構造地質學課件主講人：周俊杰單位：河北工程大學構造地質學課件河北工程大學資源學院第五章節理

斷裂構造：在一定條件下，地應力超過了巖石的強度極限，使巖石的連續性、完整性遭到破壞，產生裂隙與錯動的現象。如果沿破裂面兩側的巖層沒有發生明顯的位移的，我們稱之為節理，發生了明顯位移的就是斷層。構造地質學課件河北工程大學資源學院實際意義：1）礦液、石油、天然氣運移通道、儲集場所，控制礦體形態。2）地下水、石油滲透性，含油性，含水性與節理發育的密度，開啟性有關。3）影響水工建筑物的滲漏性和巖體的穩定性。理論意義：節理與褶皺斷裂和區域性構造密切相關，它的研究對認識和闡明區域地質構造及其形成和發展方面具有重要意義。構造地質學課件河北工程大學資源學院主要內容第一節節理的分類第二節節理的分期與配套第三節不同地質背景上發育的節理第四節節理的野外觀測第五節節理測量資料的整理構造地質學課件河北工程大學資源學院一、節理與有關構造的幾何關系分類

根據節理產狀與巖層產狀的關系劃分走向節理：節理走向與所在巖層走向大致平行的節理；傾向節理：節理走向與所在巖層走向伏致直交的節理；斜向節理：節理走向與所在巖層走向斜交的節理；順層節理：節理面與所在巖層的層面大致平行的節理。構造地質學課件河北工程大學資源學院一、節理與有關構造的幾何關系分類

根據節理與褶皺軸關系劃分縱節理：節理走向與褶皺軸向平行的節理：橫節理：節理走向與褶皺軸向直交的節理；斜節理：節理走向與褶皺軸向斜交的節理。構造地質學課件河北工程大學資源學院二、節理的力學性質分類1.剪節理：由剪應力產生的破裂面。主要特征：1、產狀穩定（沿走向和傾向均如此片）；2、節理面平直光滑，時有擦痕，脈壁平直；3、切割礫石或較大的礦物顆粒；4、常發育成共軛X節理系（conjugatejoint）5、由羽列組成（featherjointorphumosejoint）6、尾端特征：①折尾；②菱形結環；③分叉分為剪節理和張節理兩類巢湖墳頭組砂巖中的剪節理構造地質學課件河北工程大學資源學院剪節理剪節理主要特征構造地質學課件河北工程大學資源學院剪節理剪節理主要特征構造地質學課件河北工程大學資源學院2.X型剪節理X型節理系是剪節理的最典型形式，兩組剪節理的夾角為共扼剪裂角。兩組剪節理的交線代表σ2，兩組剪節理的夾角平分線分別代表σ1和σ3。過去曾認為X型節理的銳角分角線與σ1一致，即剪裂角小于45°，可是實際觀察發現，共扼剪節理的共扼剪裂角常等于甚至大于90°，即剪裂角可等于或大于45°（圖5-10）。共軛剪節理構造地質學課件河北工程大學資源學院張節理：由張應力產生的破裂面。主要特征：1、產狀不穩定2、節理面粗糙不平整，無擦痕；3、常繞礫石和粗砂顆粒而過，一般不切割；4、多開啟性，脈體充填，形態成楔形、扁豆形等；5、不規則樹枝狀、網狀、有時呈追蹤X型、雁行式、放射狀、同心圓狀的組合形式。6、尾端變化、樹枝狀、多級分叉、杏仁狀結環、不規則狀；3.張節理構造地質學課件河北工程大學資源學院張節理：由張應力產生的破裂面。3.張節理構造地質學課件河北工程大學資源學院張節理是在平行于節理面的壓應力或垂直于節理面的張應力作用下形成的，因此張節理面的垂線方向代表σ3方向，張節理與應變橢球體的長軸A直交。在上拱作用下形成的張節理，總體常常排列成放射狀或同心圓狀。在剪切作用下形成的張節理常成雁列狀。3.張節理構造地質學課件河北工程大學資源學院鑒別節理力學性質時，首先選取未受后期改造的節理，要綜合考慮各種特點；其次在大量觀察基礎上進行綜合分析對比；第三，結合與節理有關的構造和巖石力學性質進行分析。由于構造變形作用的遞進發展和相應的轉化，會發生應力的轉向或變化，出現兼具兩類性質的或過度特征，表現為張剪性。有時一條剪節理順走向轉化為一組雁列張節理。4.張節理和剪節理的區別構造地質學課件河北工程大學資源學院雁列節理：是一組呈雁行式斜列的節理，這類節理常被充填形成雁列脈（在石灰巖中普遍發育）。雁列脈成帶狀展布的空間范圍稱為雁列帶。穿過各單脈中心而平分雁列帶的中心面，稱為雁列面。雁列面在雁列帶橫截面上的跡線稱雁列軸。雁列面的產狀即代表雁列帶的產狀。單脈與雁列面的銳交角為雁列角。（三）雁列節理和雁列脈構造地質學課件河北工程大學資源學院雁列脈表現在平面上有左列、右列兩種型式。當垂直節理走向觀察時，遠側節理向右側錯列或在右端重疊時，是為右列，反之為左列。雁列脈中單脈的形態變化很大，主要有：平直型和s型兩類。平直型雁列脈一般窄而長，主要屬剪裂性質，反映破裂后變形較輕；s型雁列脈單脈的中段較寬，主要屬張裂，反映了剪切作用中的遞進變形。分為兩類：一種為正s型，一為反s型。（三）雁列節理和雁列脈構造地質學課件河北工程大學資源學院生物碎灰巖中的雁行式張節理，左階（列）式排列，運動方向左旋（反時針）－合肥工業大學行政樓大門廊柱右階（列）雁行式張節理－合肥紫蓬山侏羅系紅色砂巖構造地質學課件河北工程大學資源學院共軛雁列脈，雁列張節理的末端都互相平行并且與層理垂直。這說明雁列張節理是由早期已形成的張節理，后來又發生剪切變形，在中部發生旋轉而形成的，即雁列張節理利用和遷就了早期張節理。（三）雁列節理和雁列脈構造地質學課件河北工程大學資源學院根據實測資料統計，雁列角有兩個高峰值，一為45°左右，屬張裂型；一為10°左右，屬剪裂型，它是由剪切作用中與主剪切面成小角度相交的微剪裂發育而成的。（三）雁列節理和雁列脈構造地質學課件河北工程大學資源學院縫合線構造主要產出于石灰巖中，在構造作用力下產生裂縫，后來被其他物質充填，從縫合線的形態來判定當時的受力狀態。形成經過兩個階段，先有裂面，進而壓溶。在垂直裂面的壓溶作用下，易溶組分流失，難溶組分則殘存聚積，以致原來平直的面轉化成無數細小尖峰突起的縫合面。縫合線構造與主壓應力軸直交，即主壓應力軸與縫合線錐一致。（四）縫合線構造A.縫合線構造及其與層理和斜交關系B.縫合線錐軸與應力軸的關系A.柱狀縫合線；B.錐狀縫合線構造地質學課件河北工程大學資源學院裂開—愈合作用：巖層在力的作用下先形成節理（特別是張節理），后被其他物質充填，這種反復裂開、愈合的增生作用稱為裂開—愈合作用。裂縫中的充填物：1.外來的物質充填：如石英、方解石、長石、黑云母等。脈體礦物成纖維狀，一般與脈壁垂直，并具有反向生長的特點，即自中間面向兩壁生長。2.巖層中某些物質由于巖石的壓溶作用析出，充填到裂縫中。（五）裂開—愈合作用構造地質學課件河北工程大學資源學院羽飾：發育于節理面上的羽毛狀精細飾紋，是構造應力作用下形成的小型構造。羽飾構造包括羽軸、羽脈、邊緣帶、邊緣節理和陡坎等幾個組成部分。邊緣帶由一組雁列式微剪裂面（邊緣節理）和聯結其間的橫斷口（陡坎）組成。常見于以砂巖等碎屑巖中、細粒變質沉積巖、玄武巖等巖漿巖中。羽飾構造常見的是人字形、放射狀或環狀等。（六）羽飾構造地質學課件河北工程大學資源學院人字形、放射狀或環狀羽飾。（六）羽飾構造地質學課件河北工程大學資源學院⒈構造成因：是在內動力地質作用下形成的節理。特點：產狀和方位比較穩定，與區域構造或局部構造存在一定關系，發育的范圍和深度均較大，既有剪節理，也有張節理。⒉非構造成因：是在外動力地質作用下形成的節理，如風化節理、剝蝕節理。特點：短而小，分布范圍小，對巖石的切割深度淺，沒有規律性關系，以張節理為主，產狀和方位極不穩定。（七）節理的兩種基本成因類型構造地質學課件河北工程大學資源學院節理組：指在一次構造作用的統一應力場中形成的，產狀基本一致、力學性質相同的一群節理。節理系：在一次構造作用的統一構造應力場中形成的兩個或兩個以上的節理組。如X型共軛節理系、一群放射狀節理或同心狀節理等。

三、節理組和節理系

構造地質學課件河北工程大學資源學院分期：把不同時期形成的節理加以區分，將同期節理組合在一起。配套：一定構造期的統一應力場中形成的各組節理組合成一定系列。

節理的分期主要依據：①根據節理組的交切關系；②利用與各期次節理有關的地質體，如與巖脈等的關系。節理組的交切關系：1.錯開：后期形成的節理常切斷前期的節理。2.限制：一組節理延伸到另一組節理前突然中止，這種現象叫做限制，被限制節理組形成較晚，如圖5-25中3、4組節理被1、2組節理所限制，所以3、4組節理形成較晚（區分錯開與限制的關鍵是錯開表現為一系列標志點的對應錯開，而限制則無對應點的錯開）；

第二節節理的分期與配套

一、節理的分期構造地質學課件河北工程大學資源學院分期一、節理的分期構造地質學課件河北工程大學資源學院節理組的交切關系：3.互切：兩組節理互相交切或切錯，說明兩組節理是同時形成的，成共軛關系（圖5-26）；4.追蹤、利用和改造：晚期節理常比早期節理更明顯更完整。

一、節理的分期構造地質學課件河北工程大學資源學院借助其他構造來判斷節理形成的順序

巖性、結構不同的巖脈、巖墻的交切關系，常常清楚地顯示出節理形成的先后順序。例如一組有巖脈充填的節理，被另一組無巖脈的節理切錯，說明無巖脈的節理形成較晚。又如一組節理被侵入體所截，而另一組節理切過該侵入體，這表明前一組節理先形成，后一組節理形成較晚。一、節理的分期構造地質學課件河北工程大學資源學院借助其他構造來判斷節理形成的順序

如圖5-27，西北某地一巖體中發育了三套節理，一套為同心圓狀節理，主要發育于巖體中部；另一套為共扼剪節理，主要發育于巖體內部邊緣部位。這兩套節理形成的先后順序不易確定，從交切關系看可能是同期的。這兩套節理均被另一套穿切巖體和圍巖的南北向節理所切。從而利用巖體較準確地確定出三套節理的先后順序。

一、節理的分期構造地質學課件河北工程大學資源學院配套：將一定構造期的統一應力場中形成的各組節理組合成一定系列。根據共扼節理的組合關系進行節理配套1．由于同一期應力場中形成的共軛剪節理具有其特定的剪切滑動關系，利用剪節理面上的擦痕、節理的羽列和派生張節理來確定其共軛關系（圖5-28)。圖5-28共有四組剪節理，根據其羽列可以確定是兩對共軛剪節理，分別反映σ1的方位為近南北向（Pl）和近東西向（P2）。二、節理的配套構造地質學課件河北工程大學資源學院根據共軛節理的組合關系進行節理配套2．利用剪節理的尾端變化，即折尾和菱形結環進行配套。折尾和菱形結環一般代表兩組剪節理。3．利用兩組節理的相互切錯確定其共軛關系（圖5-26)。4．利用追蹤剪節理形成的鋸齒狀張節理，可以對節理進行配套（圖5-12)。兩組雁列張節理也可以進行配套（圖5-13)。如果兩組雁列脈有一條共同的張節理，更能確切證明兩組是共軛的（圖5-18)。二、節理的配套構造地質學課件河北工程大學資源學院根據節理發育地區總的地質特征進行節理配套。例如一群節理的間距大、穿層性強、延伸遠、展布范圍廣、具有一定方位；而另一群節理的間距小、受巖層控制、延伸不遠、展布范圍局限、方向隨巖層產狀和局部構造而變，這顯然是兩套節理。二、節理的配套構造地質學課件河北工程大學資源學院一、與褶皺有關的節理決定于褶皺的形成方式和發展進程。縱彎褶皺有關的張節理有兩組，一組縱張節理，一組橫張節理。縱張節理主要發育于背斜轉折端上，在褶皺橫截面上排列成扇狀，單個節理為尖端向下的楔形。隨著背斜的不斷隆起，張節理也不斷從外側向內核發展。橫張節理主要發育于向斜核部。與縱彎褶皺有關的剪節理包括一對斜向共軛剪節理以及褶皺兩翼層間滑動引起的剪節理。斜向共軛剪節理與褶皺軸向斜交，傾斜陡峻，兩組節理的交線代表σ2，也與層面直交。共軛剪節理的銳角分角線常為局部應力場σ1的方位。

第三節不同地質背景上發育的節理構造地質學課件河北工程大學資源學院一、與褶皺有關的節理決定于褶皺的形成方式和發展進程。

第三節不同地質背景上發育的節理構造地質學課件河北工程大學資源學院一、與褶皺有關的節理決定于褶皺的形成方式和發展進程。

第三節不同地質背景上發育的節理構造地質學課件河北工程大學資源學院二、與斷層有關的節理羽狀張節理：斷層兩側的羽狀張節理一般是在斷層活動時派生應力活動的產物。節理成羽狀斜列，常與斷層面成銳角相交，與斷層所交的銳角指示本盤運動方向。應力狀態是：節理與斷層面的交線代表σ2，與張節理垂直的方向代表σ3，σ1垂直于σ2并位于張節理面上。

派生剪節理：斷層兩盤相對運動引起的派生應力場，也可以形成兩組剪節理（S1和S2)。S1節理組與斷層面呈大角度相交，一般不太發育，方位也不太穩定，不易用來判別斷層兩盤的相對運動方向。另一組節理（S2）與斷層面呈小角度相交，其交角一般不超過15°，相當于剪切羽列，與斷層面所交銳角指示本盤運動方向

第三節不同地質背景上發育的節理構造地質學課件河北工程大學資源學院二、與斷層有關的節理伴生剪節理：可形成兩組剪節理，一組與斷層面平行，一組與斷層面斜交（圖5-31）。

第三節不同地質背景上發育的節理構造地質學課件河北工程大學資源學院三、與區域構造有關的節理是區域性構造作用的結果。區域性節理如被巖漿充填，則形成規律性排列的巖墻群，如有的平行排列，有的呈放射狀。著名的巖墻群有東格陵蘭巖墻群、蘇格蘭巖墻群等。安徽桐城西部大別山太古界中發育了一套NE向正長巖巖墻群，密集排列成帶，也是順一組節理發育的。區域性節理的特點：1．發育范圍廣，產狀穩定；2．節理規模大、間距寬、延伸長、可穿切不同巖層；3．節理常構成一定幾何形式。第三節不同地質背景上發育的節理構造地質學課件河北工程大學資源學院三、與區域構造有關的節理

主節理：延伸長，以較穩定產狀切穿不同巖層甚至局部構造，在一定地區的各組各類節理中占有主導地位。一般說，節理是一種脆性變形，是地殼淺層次的構造。自地表向深部，節理會越來越閉合而逐漸消失。第三節不同地質背景上發育的節理構造地質學課件河北工程大學資源學院第四節節理的野外觀測

在野外工作前的準備階段對航片和衛片進行解譯，概括地宏觀認識工作區節理的特點和規律。構造地質學課件河北工程大學資源學院一、選擇觀測點

作到疏密適度，注意幾點：第一，露頭良好，最好能在三度空間觀測，其露頭面積一般不小于10m2，便于大量測量；第二，構造特征清楚，巖層產狀穩定；第三，節理比較發育，組系及其相互關系比較明確；第四，觀測點應選在構造上的重要部位，并且在不同構造層、不同巖系和不同巖性層中都應布點。構造地質學課件河北工程大學資源學院二、觀測內容1．地質背景的觀測：包括構造層及其組成；地層及其產狀；巖性及成層性；褶皺和斷層的特點；以及測點所在的構造部位等內容。2．節理的分類和組系劃分：對節理要進行分類，劃分組系。3．對節理進行分期和配套：主要應在野外進行，野外與室內相結合，反復檢驗。4．節理發育程度的研究：節理的間距（或密集程度）因巖性和巖層厚度而有差異。

節理發育程度常以密度或頻度表示。節理密度或頻度：指節理法線方向上單位長度(m）內的節理條數（n)，即n/m。如果幾組節理都很陡，可以選定單位面積測定節理數。構造地質學課件河北工程大學資源學院二、觀測內容5．節理的延伸：分為層內節理和穿層節理。6．節理組合型式的觀測：巖石中的幾組節理，常組合成一定型式，將巖石切成形狀和大小各不相同的塊體。7．節理面的觀察：觀察內容包括節理面的形態和結構細節；節理面的平直程度；節理面是否有擦痕和羽飾構造；微剪切羽裂及其與主剪節理的幾何關系。8．節理含礦性和充填物的觀察：注意節理是否含礦以及含礦節理占節理總數