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键入文字 构造地质学讲义 1 79 一 层理及识别一 层理及识别 1 1 1 1 层理层理 是沉积岩最常见的一种原生构造 是由岩石成分 结构和颜色在剖 面上突变或渐变所显现出来的一种成层构造 层理层理 按其形态可分为三种基本类型 平行层理 波状层理 斜层理平行层理 波状层理 斜层理 放 放 映照片 展示标本或模型 映照片 展示标本或模型 细层与层系细层与层系 概念介绍 示图 a 为细层 图 b 为层系 2 2 2 2 层理的识别 层理的识别 1 岩石成份变化 系由成分差异而显示出来的层理 2 岩石结构变化 指岩石粒度和形状的变化显示出来 3 岩石颜色变化 由于颜色的不同显示出层理来 4 岩层的原生层面构造 包括波痕 泥裂 雨痕 生物遗迹及其印模 等 二 利用沉积岩原生构造确定岩层的顶面和底面二 利用沉积岩原生构造确定岩层的顶面和底面 确定岩层新老关系是野外观察研究地质构造的一个重要问题 未经构造变动的岩层 其正常层序总是上顶下底上顶下底 即上新下老即上新下老 但经构造变 动后岩层则可直立 甚至倒转 新老层序倒置的现象 化石是确定新老关系和地 质年代的依据 但有些无化石的 哑地层 则只能根据原生构造和某些次生构 造来确定新老层序 况且确定地层的新老关系 原生构造的方法比化石来得更容 易些 键入文字 构造地质学讲义 2 79 1 1 1 1 斜层理 斜层理 2 2 2 2 粒序 韵律 层理 正粒序与反粒序层理 粒序 韵律 层理 正粒序与反粒序层理 3 3 3 3 波痕 波痕 4 4 4 4 泥裂 泥裂 5 5 5 5 雨痕 冰雹痕及其印模 雨痕 冰雹痕及其印模 6HTTP 1 16HTTP 1 16HTTP 1 16HTTP 1 1 200200200200 OKOKOKOK Date Date Date Date Fri Fri Fri Fri 13131313 NovNovNovNov 2009200920092009 02 48 0302 48 0302 48 0302 48 03 GMTGMTGMTGMT Server Server Server Server Apache 2 2 3Apache 2 2 3Apache 2 2 3Apache 2 2 3 Red Red Red Red Hat Hat Hat Hat Last Modified Last Modified Last Modified Last Modified Thu Thu Thu Thu 03030303 MayMayMayMay 2007200720072007 13 42 3613 42 3613 42 3613 42 36 GMTGMTGMTGMT ETag ETag ETag ETag 220300 584ed 42f9101ee4b00 220300 584ed 42f9101ee4b00 220300 584ed 42f9101ee4b00 220300 584ed 42f9101ee4b00 Accept Ranges Accept Ranges Accept Ranges Accept Ranges bytesbytesbytesbytes Content Length Content Length Content Length Content Length 361709361709361709361709 Connection Connection Connection Connection closeclosecloseclose Content Type Content Type Content Type Content Type text html text html text html text html charset GB2312charset GB2312charset GB2312charset GB2312 第一章第一章 绪论绪论 一 造地质学的研究对象和内容一 造地质学的研究对象和内容一 造地质学的研究对象和内容一 造地质学的研究对象和内容 构造地质学构造地质学 是地质学的一门分支学科 其研究对象是地壳或岩石圈的构是地质学的一门分支学科 其研究对象是地壳或岩石圈的构 造 造 地质构造地质构造 是指组成地壳的岩石 岩体 在内 外动力地质作用下发生的变是指组成地壳的岩石 岩体 在内 外动力地质作用下发生的变 形与变位 而形成的各种 构造 现象 诸如褶皱 断裂 劈理以及其它各种形与变位 而形成的各种 构造 现象 诸如褶皱 断裂 劈理以及其它各种 面 线状构造等 面 线状构造等 构造地质学研究内容构造地质学研究内容主要研究主要研究内动力地质作用内动力地质作用所形成的各种构造地质的所形成的各种构造地质的 形态 产状 规模 形成条件 形成机制 分布和组合规律及其演化史 并进形态 产状 规模 形成条件 形成机制 分布和组合规律及其演化史 并进 一步探讨产生地质构造的地壳运动的方式 规律及动力来源 一步探讨产生地质构造的地壳运动的方式 规律及动力来源 键入文字 构造地质学讲义 3 79 内动力地质作用内动力地质作用下产生的各种构造现象主要是在下产生的各种构造现象主要是在成岩后形成的次生构造成岩后形成的次生构造 但对沉积岩在成岩过程中 岩浆岩在侵位和结晶过程中形成的原生构造也要加但对沉积岩在成岩过程中 岩浆岩在侵位和结晶过程中形成的原生构造也要加 以认识和研究 以认识和研究 构造尺度构造尺度可以分为可以分为巨 大 中 小 微 超微巨 大 中 小 微 超微等级别 不同的构造尺度等级别 不同的构造尺度 其研究任务与方法不同 其研究任务与方法不同 野外调查通常是从小或中尺度构造现象入手 野外调查通常是从小或中尺度构造现象入手 室内研究则为微 超微尺度研究 室内研究则为微 超微尺度研究 巨巨 大型尺度研究已属大构造研究领域大型尺度研究已属大构造研究领域 除上内容研究之外除上内容研究之外 还需对该区还需对该区 地层 沉积相和建造 岩浆活动 变质作用 及成矿作用等综合研究分析 地层 沉积相和建造 岩浆活动 变质作用 及成矿作用等综合研究分析 新理论 新技术 新方法 新仪器的应用新理论 新技术 新方法 新仪器的应用近近 20 3020 30 年来构造地质学发展年来构造地质学发展 迅猛 如航天遥感技术 航 卫片 地球物理探测方法的发展 电子显微镜迅猛 如航天遥感技术 航 卫片 地球物理探测方法的发展 电子显微镜 的发明等 对地球的研究已从陆地延伸至海洋 从地壳表层发展到深层 超深的发明等 对地球的研究已从陆地延伸至海洋 从地壳表层发展到深层 超深 钻 将地球作为一个整体与天体行星进行类比研究 电子显微镜 高温高压钻 将地球作为一个整体与天体行星进行类比研究 电子显微镜 高温高压 实验 以及晶体缺陷的研究 加深了人们对构造变形机制的深刻了解 实验 以及晶体缺陷的研究 加深了人们对构造变形机制的深刻了解 二 构造地质学的研究意义二 构造地质学的研究意义二 构造地质学的研究意义二 构造地质学的研究意义 理论意义理论意义 阐明地壳构造在空间上的相互关系和空间上的发育顺序阐明地壳构造在空间上的相互关系和空间上的发育顺序 探讨地探讨地 壳构造演化和地壳运动规律及其动力来源 壳构造演化和地壳运动规律及其动力来源 实践意义实践意义 与国民经济建设想相关与国民经济建设想相关 有利的方面有利的方面 如矿产资源如矿产资源 能源资源能源资源 水资源水资源 受一定的构造控制受一定的构造控制 不利的方面不利的方面 如地震活动如地震活动 工程地质工程地质 环境地质环境地质 保护 改善利用环境地质 防止和减少地质灾害等都与构造地质密切相关 保护 改善利用环境地质 防止和减少地质灾害等都与构造地质密切相关 构造地质学与工程地质稳定性实例构造地质学与工程地质稳定性实例 1 1 1 1 法国马尔帕赛水坝薄拱坝坝高 法国马尔帕赛水坝薄拱坝坝高 60m60m60m60m 底宽 底宽 6 26m6 26m6 26m6 26m 顶宽 顶宽 1 5m1 5m1 5m1 5m 修建在片 修建在片 麻岩上麻岩上 1959195919591959 年年 12121212 月月 2 2 2 2 日日 当水库接近满库时坝体突然崩溃当水库接近满库时坝体突然崩溃 其中地质上原因其中地质上原因 键入文字 构造地质学讲义 4 79 是坝上游拉应力分布区内陡倾张裂隙和缓倾软弱面相连 导致孔隙水压急剧增是坝上游拉应力分布区内陡倾张裂隙和缓倾软弱面相连 导致孔隙水压急剧增 高 引起坝基滑移 高 引起坝基滑移 2 2 2 2 四川永川县陈食水库坝基渗漏 在坝基附近岸坡坡脚处 风化泥岩中发 四川永川县陈食水库坝基渗漏 在坝基附近岸坡坡脚处 风化泥岩中发 育一组与岸坡走向平行的陡倾卸荷裂隙 有的开口达育一组与岸坡走向平行的陡倾卸荷裂隙 有的开口达 20cm20cm20cm20cm 之大 渗漏造成的之大 渗漏造成的 3 3 3 3 安徽梅山水库连拱坝坝肩破裂 受右坝肩花岗岩体内一组平缓裂隙向河 安徽梅山水库连拱坝坝肩破裂 受右坝肩花岗岩体内一组平缓裂隙向河 谷方向滑移导致 谷方向滑移导致 4 4 4 4 意大利瓦依昂水库滑坡事件 坝高 意大利瓦依昂水库滑坡事件 坝高 267m267m267m267m 是当时世界上最高的双拱坝 是当时世界上最高的双拱坝 库区蓄水后 山体突然以高达库区蓄水后 山体突然以高达 25252525 30m s30m s30m s30m s 的速度下滑 近的速度下滑 近 2 2 2 2 亿方土石迅速淤满亿方土石迅速淤满 水库水库 掀起高过坝顶掀起高过坝顶 100100100100 余余 mmmm 的涌浪的涌浪 冲毁下游冲毁下游 3KM3KM3KM3KM 处的村镇处的村镇 造成造成 3000300030003000 人人 死亡 水库变为石库 死亡 水库变为石库 三 构造地质研究方法三 构造地质研究方法三 构造地质研究方法三 构造地质研究方法 1 1 1 1 构造地质研究三大方面构造地质研究三大方面 几何学几何学 运动学和动力学运动学和动力学 此外尚有构造发育此外尚有构造发育 演化历史分析 演化历史分析 几何学几何学 研究构造地质的形态研究构造地质的形态 产状产状 规模规模 组合型式及相互关系组合型式及相互关系 各种各种 要素的测量及其各个构造之间的相互关系 从而建立一个完整的具有几何规律要素的测量及其各个构造之间的相互关系 从而建立一个完整的具有几何规律 的构造体系或型式 它是运动学和动力学分析的基础 的构造体系或型式 它是运动学和动力学分析的基础 运动学运动学 根据几何学的有关资料和数据根据几何学的有关资料和数据 重塑和再现岩石在构造变形期间重塑和再现岩石在构造变形期间 所发生的运动和变位 包括变形岩石内外部的运动 所发生的运动和变位 包括变形岩石内外部的运动 动力学动力学 探索构造变形的作用力性质探索构造变形的作用力性质 大小大小 方向方向 应力场的演化及其发应力场的演化及其发 育顺序 应变分析也属于动力学研究的内容 三者之间彼此相互联系 相辅相育顺序 应变分析也属于动力学研究的内容 三者之间彼此相互联系 相辅相 成的 成的 2 2 2 2 研究方法 研究方法 地质测量 填图 地质测量 填图 是基本方法 制图 数理统计提供依据 是基本方法 制图 数理统计提供依据 显微构造分析显微构造分析 是对中小尺度研究的修正和外充 是对中小尺度研究的修正和外充 键入文字 构造地质学讲义 5 79 航 卫片解译航 卫片解译 扩大视域和深度 弥补野外中小尺度研究的局限性 扩大视域和深度 弥补野外中小尺度研究的局限性 应用力学原理应用力学原理 鉴定构造的力学性质和相互关系鉴定构造的力学性质和相互关系 分析形成机制及各构分析形成机制及各构 造之间的内在关系 以从而得出区域构造的分布和发展规律 造之间的内在关系 以从而得出区域构造的分布和发展规律 室内测试和计算室内测试和计算 应变测量与计算应变测量与计算 变形变形 应力应力 矿物尤其是标型矿物矿物尤其是标型矿物 的温度压力测试 同位素年代学测定等 的温度压力测试 同位素年代学测定等 摸拟实验摸拟实验 石蜡或泥巴摸拟 光弹性实验 数学力学模拟和高温高压实验石蜡或泥巴摸拟 光弹性实验 数学力学模拟和高温高压实验 再现构造变形 再现构造变形 历史分析 历史分析 根据地层间不整合接触关系 各种构造之间的交切关系根据地层间不整合接触关系 各种构造之间的交切关系 结结 合沉积相 岩浆活动 配合同位素年代测定资料 分析构造发展的顺序 划分合沉积相 岩浆活动 配合同位素年代测定资料 分析构造发展的顺序 划分 发育阶段 恢复构造演化历史 从而对构造的规律有一个较全部系统的正确认发育阶段 恢复构造演化历史 从而对构造的规律有一个较全部系统的正确认 识 识 四 构造地质学与其它学科的关系四 构造地质学与其它学科的关系四 构造地质学与其它学科的关系四 构造地质学与其它学科的关系 数学数学 力学 弹 塑性力学 流变学 断裂力学 力学 弹 塑性力学 流变学 断裂力学 古生物学古生物学 地史学 或地层学 地史学 或地层学 矿物 岩石学矿物 岩石学 地貌学地貌学 地球物理地球物理 地球化学地球化学 计算机制图等学科关系密切计算机制图等学科关系密切 键入文字 构造地质学讲义 6 79 构造地质学是一门实践性很强的专业基础学科构造地质学是一门实践性很强的专业基础学科 我们必须坚持唯物主义的认我们必须坚持唯物主义的认 识论 理论联系实际 才能学好用这门学科 并使之向前发展 识论 理论联系实际 才能学好用这门学科 并使之向前发展 第二章第二章 沉积岩层的产状及其原生构造沉积岩层的产状及其原生构造 1 1 1 1 岩层产状 厚度及其出露特征岩层产状 厚度及其出露特征岩层产状 厚度及其出露特征岩层产状 厚度及其出露特征 一 岩层的原始产状一 岩层的原始产状 沉积盆地沉积盆地 海洋或大型湖泊海洋或大型湖泊 中心中心 形成的岩层是水平的或近水平的形成的岩层是水平的或近水平的 而边而边 缘 岛屿 水下隆起等周围的沉积物产状具有一定的倾角 称为原始倾斜 原缘 岛屿 水下隆起等周围的沉积物产状具有一定的倾角 称为原始倾斜 原 始水平的岩层 经构造变动后 可变为倾斜 直立 倒转以及各种褶皱形态 始水平的岩层 经构造变动后 可变为倾斜 直立 倒转以及各种褶皱形态 但也有仍保持近水平状态 但也有仍保持近水平状态 二 水平岩层二 水平岩层 岩层上下两个面保持水平状态 即同一层面上各点海拔高度基本相同的岩岩层上下两个面保持水平状态 即同一层面上各点海拔高度基本相同的岩 层 称为水平岩层 其特征如下 层 称为水平岩层 其特征如下 1 1 1 1 在层序没有倒转的前提下在层序没有倒转的前提下 地质时代较新的岩层叠置在较老的岩层之上地质时代较新的岩层叠置在较老的岩层之上 当地形剥蚀切割轻微的地面只出露最新岩层 如切割强烈时 老岩层则出露于当地形剥蚀切割轻微的地面只出露最新岩层 如切割强烈时 老岩层则出露于 河谷河谷 冲沟等低洼处冲沟等低洼处 较新岩层分布于山顶或分水岭上较新岩层分布于山顶或分水岭上 即岩层愈老出露愈低即岩层愈老出露愈低 岩层愈新其出露的位置愈高 岩层愈新其出露的位置愈高 2 2 2 2 水平岩层的露头形态水平岩层的露头形态 完全受地形控制完全受地形控制 其出露线其出露线 岩层与地面的交线岩层与地面的交线 在地质图上表现为与地形等高线平行或重合 而不会相交 在地质图上表现为与地形等高线平行或重合 而不会相交 3 3 3 3 水平岩层的厚度就是岩层顶面与底面标高之差 水平岩层的厚度就是岩层顶面与底面标高之差 4 4 4 4 水平岩层露头宽度 与岩层厚度和地形坡度的变化有关 水平岩层露头宽度 与岩层厚度和地形坡度的变化有关 三 倾斜岩层三 倾斜岩层 由于地壳运动由于地壳运动 使原始水平的岩层发生构造变动使原始水平的岩层发生构造变动 形成倾斜岩层形成倾斜岩层 单斜岩层单斜岩层 可以是褶皱的一翼或断层的一盘 也可以是区域性不均匀沉隆或上升引起的区可以是褶皱的一翼或断层的一盘 也可以是区域性不均匀沉隆或上升引起的区 域性倾斜 域性倾斜 键入文字 构造地质学讲义 7 79 一 岩层产状及其测定 一 岩层产状及其测定 1 1 1 1 产状要素 产状要素 走向 倾向 倾角走向 倾向 倾角 真倾角与视倾角之间关系为 真倾角与视倾角之间关系为 tantantantan tantantantan cos cos cos cos 式中 式中 为真倾角 为真倾角 为为 视倾角 视倾角 真倾向线与视倾向线之间夹角 真倾向线与视倾向线之间夹角 2 2 岩层产状要素的测定与表示方法 要求学生回顾地学概论和南京实习时 岩层产状要素的测定与表示方法 要求学生回顾地学概论和南京实习时 现场实际测量 现场实际测量 岩层产状要素岩层产状要素 通常用罗盘直接测量通常用罗盘直接测量 有些情况下需用作用法有些情况下需用作用法 赤平投影法赤平投影法 求出岩层产状要素 求出岩层产状要素 层产状文字表示法 通常只记录倾向和倾角即可 走向则通过倾向加层产状文字表示法 通常只记录倾向和倾角即可 走向则通过倾向加 或减或减 9090 度换算 度换算 方位角方位角SW205SW205 2525 或或 205205 2525 象限角法象限角法 以北或南作为起点以北或南作为起点 0 0 一般记为一般记为 N65N65 W W 2525 或或 NW65NW65 2525 符号表示 用于地质图上 符号表示 用于地质图上 二 岩层的厚度 二 岩层的厚度 真厚度 视厚度 铅直厚度三者具有一定的三角函数关真厚度 视厚度 铅直厚度三者具有一定的三角函数关 系附录系附录 V V V V 有详细介绍 有详细介绍 三 倾斜岩层的露头形态 三 倾斜岩层的露头形态 V V V V 字形法则 本章重点之一 字形法则 本章重点之一 水平岩层水平岩层 露头线与等高线平行或重合 露头线与等高线平行或重合 直立岩层直立岩层 露头线不受地形影响 始终呈直线延伸 露头线不受地形影响 始终呈直线延伸 倾斜岩层倾斜岩层露头界线复杂 表现为与地形等高线交切关系 并显示出一露头界线复杂 表现为与地形等高线交切关系 并显示出一 定的规律性定的规律性 即在经过山脊和河谷时即在经过山脊和河谷时 均呈均呈 V V V V 字形态展布即字形态展布即 V V V V 字形法则字形法则 有下列三种情况 有下列三种情况 1 1 1 1 岩层倾向与地面坡向相反岩层倾向与地面坡向相反 在山脊处在山脊处 V V V V 字形尖端指向山下字形尖端指向山下 在沟谷处在沟谷处 V V V V 字形尖端指向上游 字形尖端指向上游 2 2 2 2 岩层倾向与地面坡向相同 且岩层倾角大于地面坡角时 在山脊处 岩层倾向与地面坡向相同 且岩层倾角大于地面坡角时 在山脊处 V V V V 字形尖端指向山下 沟谷处字形尖端指向山下 沟谷处 V V V V 字形尖端指向上游 字形尖端指向上游 3 3 3 3 岩层倾向与坡向相同岩层倾向与坡向相同 但岩层倾角小于地面坡角时但岩层倾角小于地面坡角时 V V V V 字形尖端在山字形尖端在山 脊处指向山下 沟谷处指向上游 脊处指向山下 沟谷处指向上游 键入文字 构造地质学讲义 8 79 1 1 1 1 3 3 3 3 两种情况相似两种情况相似 不同的是后者不同的是后者 V V V V 字形弯曲大于等高线字形弯曲大于等高线 而前者而前者 V V V V 字形弯曲度小于等高线 示图 字形弯曲度小于等高线 示图 四 岩层的露头宽度 自学 四 岩层的露头宽度 自学 岩层厚度岩层厚度 倾角倾角 坡角坡角 坡向与岩层倾向坡向与岩层倾向 倾角之间关系的影响倾角之间关系的影响 学生自己学生自己 阅读即可 阅读即可 2 2沉积岩层的原生构造沉积岩层的原生构造沉积岩层的原生构造沉积岩层的原生构造 沉积岩是地球表分布最广泛的岩石沉积岩是地球表分布最广泛的岩石 其分布面积约占地球大陆面积的其分布面积约占地球大陆面积的 75 75 75 75 因此因此 大部分地质构造是由沉积岩形成的大部分地质构造是由沉积岩形成的 所以观测分析沉积岩层的原生构造所以观测分析沉积岩层的原生构造 岩层产状和接触关系是研究地质构造的一项基础工作 也是本课程的基本内容岩层产状和接触关系是研究地质构造的一项基础工作 也是本课程的基本内容 之一 之一 举例举例 安徽贵池徐桥银矿产于奥陶系灰岩裂隙中安徽贵池徐桥银矿产于奥陶系灰岩裂隙中 为脉状矿体为脉状矿体 奥陶系灰岩奥陶系灰岩 为厚层 块层状且大理岩化 层理看不清 地质人员对地层产状长时间争论不为厚层 块层状且大理岩化 层理看不清 地质人员对地层产状长时间争论不 休 后来我根据大理岩中残留的生物碎屑的排列方向 确定了原始层理 令地休 后来我根据大理岩中残留的生物碎屑的排列方向 确定了原始层理 令地 质人员十分信服 质人员十分信服 岩层岩层由两个平行或近乎平行的界面所限制的 岩性基本一致的层状岩由两个平行或近乎平行的界面所限制的 岩性基本一致的层状岩 体 由沉积作用形成的岩层称沉积岩层 体 由沉积作用形成的岩层称沉积岩层 层面层面上 下岩层的界面 上层面叫做顶面 下层面叫底面 两个岩层上 下岩层的界面 上层面叫做顶面 下层面叫底面 两个岩层 的接触面 既是上覆岩层的底面 又是下覆岩层的顶面 的接触面 既是上覆岩层的底面 又是下覆岩层的顶面 厚度厚度 两个 冲刷充填构造两个 冲刷充填构造 5 5 5 5 古生物化石的生长和埋藏状态 古生物化石的生长和埋藏状态 3 3 3 3 地层之间的接触关系地层之间的接触关系地层之间的接触关系地层之间的接触关系 一 整合与不整合一 整合与不整合 1 1 1 1 整合 整合 岩层连续沉积 层序无间断 产状一致 时代连续或其中的生物 演化是渐变 2 2 2 2 不整合不整合 层序有间断 缺失 即部分地层无沉积或虽有沉积但却被剥蚀 键入文字 构造地质学讲义 9 79 二 不整合类型二 不整合类型 一 平行不整合 一 平行不整合 下降沉积 上升 沉积间断 剥蚀 再下降再沉积 不 整合面上有下伏岩层组成的砾石 古风化壳 古土壤层 二 角度不整合 二 角度不整合 特征特征 缺失部分地层 上下岩层产状不一致呈一定的角度相交 不整合面 上有下伏岩层组成的底砾岩 古风化壳 古土壤层等 形成过程形成过程 下降沉积 褶皱上升 伴有断裂活动 岩浆活动 变质作用等 沉积间断 遭受剥蚀 再下降再沉积 反映上覆地层沉积之前 曾发生过褶皱 等重要的构造事件 三 三 地理不整合地理不整合 区域不整合区域不整合 指局部为平行不整合接触 但大范围内 却是角度不整合 四 嵌入不整合 四 嵌入不整合 三 不整合的研究三 不整合的研究 一 确定不整合的存在 重点 一 确定不整合的存在 重点 1 地层古生物方面的证据 化石反映出生物演化的不连续性 种 属的突 变 生物群落迥然差异 2 沉积方面的标志 存在侵蚀面 古风化壳 古土壤以及 Fe Mn P Ni 稀土或铝土矿等 底砾岩 3 构造方面的标志 产状 变形变质程度 4 岩浆活动和变质作用方面的标志 二 观察研究不整合面及其上 下地层的产状 岩性及时代 二 观察研究不整合面及其上 下地层的产状 岩性及时代 1 详细测制剖面 研究岩性 岩相和化石 确定时代 观察构造形态 变 质情况 岩浆活动等 2 砾石来源 粒度 圆度 分选性 排列方向等 3 制图 素描图 照相等 三 研究不整合的空间和类型变化 三 研究不整合的空间和类型变化 举例举例 宁镇山脉 J1 2xn与下覆地层的接触关系 在栖霞山高地为不整合 仙鹤 观 J1 2和 T3h为平行不整合 在钟山则为整合接触关系 键入文字 构造地质学讲义 10 79 四 确定不整合的形成时代 重点 四 确定不整合的形成时代 重点 形成时代形成时代 不整合面之下覆相对最新的地层时代为下限 不整合面之上相对 最老的地层时代为其上限 缺失地层时代为其形成时代 注意二点 取下覆最新时代为下限 两者之间相隔最近的时代为不整合形成时代 同一次构造运动周期不同地区有先有后 时间可长可短 缺失地层并 不一致 这是褶皱幕的穿时代性的反映 大范围内 可发生多次构造变动 形成多个角度不整合和平行不整合 在接近大陆的地方 几个不整合面往往逐渐归并为一个角度不整合 其 向缺失地层很多 实际上是包含了多次地壳运动所经历的构造事情 注意 缺 与 失 的关系 如我国华北 O2 C2 是缺失 O3 S D C1 还是原先有沉积 后来剥蚀掉即 失 去了 4 4 4 4 软沉积变形软沉积变形软沉积变形软沉积变形 软沉积变形软沉积变形指沉积或成岩作用过程中形成的非构造应力作用形成的变 形 沉积物此时尚未固结成岩 处于塑性或半塑性状态 故称之为软沉积变形 一 一 负荷作用形成的软沉积变形负荷作用形成的软沉积变形 负荷构造 火焰构造 砂球和砂枕 视图 二 二 滑塌和滑移作用滑塌和滑移作用 滑塌褶皱 爬折构造 卷曲层理 视图 三 三 与孔隙液压效应有关的软沉积变形与孔隙液压效应有关的软沉积变形 砂岩墙 碟状构造 四 四 软沉积变形的成因机制软沉积变形的成因机制 内因 内因 沉积物力学性质高度塑性 抗剪 切 强度极差 外因 外因 一定角度的斜坡地形和地震 风暴 海啸等外部诱发因素 键入文字 构造地质学讲义 11 79 第三章第三章地质构造分析的力学基础地质构造分析的力学基础 一 一 力和体力力和体力 1 力 物体相互间的一种机械作用 2 接触力 物体与物体间的作用力 3 面力 作用在物体表面的接触力 4 应力集中 接触面积与物体边界面积比量级很小时 即集中 5 体力 非接触力作用在物体内部每一支点上时 为体力 二 外力和内力外力和内力 1 外力 外界物体向研究物体施加的作用力 2 内力 外力作用引起的物体内部各点之间的相互作用力 三 应力 正应力 剪应力三 应力 正应力 剪应力 1 应力 在外力作用下 物体内任一截面单位面积上的受力大小 2 正应力 垂直截面的应力 以 表示 键入文字 构造地质学讲义 12 79 3 剪应力 平行截面的应力 以 表示 四 主应力 主方向 主平面四 主应力 主方向 主平面 1 主应力 某一截面上只有正应力 没有剪应力时的正应力 2 主方向 主应力的方向 3 主平面 垂直于 主应力的平面 五 应力椭球体和应变椭球体五 应力椭球体和应变椭球体 1 应力椭球体 1 最大压 最小拉 应力轴 2 中间应力轴 3 最小压 最小拉 应力轴 故 1 2 3 2 应变椭球体 A X 最大应变轴 B Y 中间应变轴 C Z 最小应变轴 六 应力分析简介六 应力分析简介 1 常见的应力状态 单轴应力状态 一个主应力不为零 其余两个均为零 双轴应力状态 一个主应力为零 其余两个均不为零 三轴应力状态 三个主应力均不为零 且 1 2 3 2 二维应力状态分析 平面应力状态分析 若 有两轴主应力 1 2 作用在斜截面 AB 上 且 1 2 3 0 分析斜面 AB 面 上的应力状态 规定 AB 法线与 1 的夹角 AB 线 AB 面的截线 单位长度 1 AB 1 OA sin OB cos 又 P A P A 键入文字 构造地质学讲义 13 79 在 OA 面上的正应力 P2 2 OA 2 sin 在 OB 面上的正应力 P1 1 OB 1 cos 1 在垂直 AB 面上的力 为 P1 和 P2 的分力之和 即 Pn P1n P2n P1 cos P2 sin AB 面上的正应力 P1 cos P2 sin 1 cos cos 2 sin sin 1 cos 2 2 sin 2 1 2 1 2 cos 2 1 22 2 在平行 AB 面上的力 Pt P1 sin P2 cos AB 面上的剪应力 1 cos sin 2 sin cos 1 2 sin2 2 2 讨论 讨论 由 1 当 0 时 cos 2 1 1 最大 2 不起作 用 说明 垂直该面的应力对该面作用最大 平行该面的应力对该面无作用 键入文字 构造地质学讲义 14 79 由 2 当 0 时 0 当 90 时 0 2 180 当 45 时 达最大值 2 90 1 2 即 2 说明 与主应力呈 45 的面上剪应力最大 易产生剪切面 第四章第四章变形岩石应变分析基础变形岩石应变分析基础 一 一 变形与变位变形与变位 1 变形 strain 键入文字 构造地质学讲义 15 79 岩石体受到应力作用后 其内部各质点经受了一系列的位移从而使岩石体 的初始形状 方位或位置发生了改变 2 位移 物体内各质点的位置在变形前后的相对变化 平移 旋转 体变 形变 平移 旋转 改变坐标 不改变形态 内部各质点相对位置不变 体变 形变 改变形态和体积 内部各质点相对位置改变 二 应变的度量 应变测量 二 应变的度量 应变测量 应力状态 某一瞬间作用于物体上的应力情况 应变状态 物体变形后的状态 1 线应变 1 定义 变形前后线段长度的变化 2 应变量计算 l1 l0 A 单位长度比 l0 式中 线应变量 l0 l1 变形前 后同一线段的长度比 伸长为正 缩短为负 B 平方长度比 l1 l0 2 1 2 式中 变形前 后同一线段的长度比的平方 2 剪应变 1 定义 角应变 变形前相互垂直的两条直线 变形后其夹角偏离直角的量 剪应变 角应变的正切 2 应变量计算 tg 右偏为正 左偏为负 键入文字 构造地质学讲义 16 79 三 均匀应变与非均匀应变均匀应变与非均匀应变 1 均匀应变 1 定义 物体内各质点的应变特点相同的变形 2 特点 变形前的直线 变形后仍是直线 变形前的平行线 变形后仍是 平行线 2 非均匀应变 1 定义 物体内各质点的应变特点发生变化的变形 2 特点 变形前的直线 变形后为曲线或折线 变形前的平行线 变形后 不在保持平行 3 连续变形 物体内从一点到另一点的应变状态是逐渐变化的 弯曲 4 不连续变形 物体内从一点到另一点的应变状态是突然变 断开 褶皱 是一种非均匀连续变形 四 应变椭球体四 应变椭球体 1 定义 用来表示应变状态的椭球 2 特征 1 变形前是球 均匀变形后为一椭球 2 有三个相互垂直的主轴 X Y Z 分别代表最大 中间 最小应变 轴 或 1 2 3 A B C 3 有三个相互垂直的主平面 YZ XZ XY 分别垂直 X Y Z 轴 4 应力与应变有密切关系 最大应变轴平行最小压应力轴和最大张应力轴 最小应变轴平行最大压应力轴和最小张应力轴 五 弗林 五 弗林 FlinnFlinnFlinnFlinn 指数 指数 表示应变椭球体的形态 应变强度 键入文字 构造地质学讲义 17 79 k tan a 1 b 1 式中 a X Y 1 1 1 2 b Y Z 1 2 1 3 讨论讨论 k 值相当于 p 点与原点 1 1 的斜率 k 0单轴旋转扁球体 轴对称缩短 1 k 0扁形椭球体 压扁型 k 1平面应变椭球体 k 1长型椭球体 收缩型 k 单轴旋转长球体 轴对称伸长 六 旋转变形与非旋转变形六 旋转变形与非旋转变形 1 非旋转变形 代表应变主轴方向的物质线在变形前后不发生方位的改变 2 旋转变形 代表应变主轴方向的物质线在变形前后发生了方位的改变 七 递进变形七 递进变形 1 有限应变 总应变 物体变形的最终状态与初始状态对比发生的变化 2 递进变形 变形的发展过程 许多微量应变逐次叠加的过程 键入文字 构造地质学讲义 18 79 第五章第五章岩石变形行为岩石变形行为 自学为主 第六章第六章 劈理劈理 就几何形态而论 任何构造都可看成是面状构造或线状构造面状构造或线状构造 面状构造和线状构造都可以分成为 透入性 和 非透入 性两类 透入性构造透入性构造均匀地弥漫于地质体中的构造 反映地质体作为一个整体 也均匀地发生了变形 非透入性构造非透入性构造以一种不连续面分散于地质体中 变形仅发生在不连续面 及其附近 将均匀连续的地质体分成若干部分 所以又称为 分划性 构造 透入性和非透入性是相对性概念 如图7 1中的S2小尺度观察是透入性构造 微小尺度划分不连续的分划性构造了 1 1 1 1 劈理的结构 分类和产出背景劈理的结构 分类和产出背景劈理的结构 分类和产出背景劈理的结构 分类和产出背景 一 劈理岩石的域组构 一 劈理岩石的域组构 cleavagecleavage domaindomain 劈理域和微劈石 劈理域和微劈石 microlithonmicrolithonmicrolithonmicrolithon domaindomaindomaindomain 一一 劈理域的形态及排列劈理域的形态及排列 1 劈理的平面度 劈理域的平面程度 键入文字 构造地质学讲义 19 79 平直 粗糙 锯齿状 缝合线状的 2 劈理的排布格式 平行劈理 交织劈理 二 微劈石的结构二 微劈石的结构 由粒状矿物组构 无优选方位 常保持先存板岩 和千枚岩的面理 三 劈理的间隔 三 劈理的间隔 两劈理面之间垂直距离 5 20cm 0 01mm 上下限 C MCA Powell 1979 四 劈理域的相对宽度 四 劈理域的相对宽度 劈理域宽 微劈石宽或劈理域宽度总量 岩石测线 总长度 100 计量 劈理域宽成劈理带 劈理域窄显示面状分割特点 二 劈理分类二 劈理分类 一 传统分类 一 传统分类 流劈理 破劈理 滑劈理流劈理 破劈理 滑劈理 二 劈理的结构分类 二 劈理的结构分类 C MCA Powell 1979 提出 用带有成因含义的术语来描述劈理构造弊病 很多 因此 需要有一个描述劈理组构和形态的分类方案 G E BorradailG E BorradailG E BorradailG E Borradail G H DavisG H DavisG H DavisG H Davis 等人的方案等人的方案 1 连续劈理 矿物均匀分布 完全定向 或在显微镜下辨别出劈理域和微 劈石者 如板劈理 千枚理 片理和片麻理 1 板劈理 富泥质的低级变质岩中 具良好的可劈性 使岩石劈成十分 平整的石板 但显微尺度下 劈理域却是交织排布的 与板劈理有关的变形包体 矿物晶粒 碎屑 结核 化石 斑点等 2 千枚理和片理 矿物结晶颗粒较大 肉眼可见与板劈理相区别之 富层状硅酸盐岩石 云母片岩类 如 千枚状构造 复矿物成分岩石中的片理 云母石英片岩 键入文字 构造地质学讲义 20 79 粒状单矿物岩 大理岩 石英片岩 3 片麻理 深变质岩中的劈理 由深浅两色矿物条带组成 与千枚理 和片理比较通常连续性较差 2 不连续劈理 劈理间隔肉眼可见 露头和手标本可显示其不连续的构 造特征 按微劈石域的结构 可分为间隔劈理和褶劈理 1 间隔劈理 过去称为破劈理 显微镜下观察劈理域的主要成分是粘 土质和碳质等不溶物 Nickelsen 1972 过去认为是剪切滑动 实际是压溶成 因 2 褶劈理 肉眼可见间隔切过先存在的连续劈理为特点 间隔大小 0 1mm 10mm 早期连续劈理发生挠曲或微褶皱 进一步可分为 渐变褶劈理 带状褶劈理 分隔褶劈理 近年来 Gray 和 Durney 1979 强调压溶作用在褶劈理的成因 三 不同地质背景上发育的劈理三 不同地质背景上发育的劈理 一 轴面劈理 一 轴面劈理 岩性均一 在韧性差小的岩系里 平均韧性高 与轴面平 行性越高 反之韧性差较大 强弱相间的岩系里轴面劈理则发生散开和聚钦 强 岩层呈正扇形 弱岩层中呈反扇形 轴面劈理形成于褶皱作用的晚期 是最大的挤压面 AB 面 1 近年研 究认为轴面劈理是压扁和压溶作用结果 随着轴面劈理的形成弯滑作用逐渐为剪 切褶皱作用所代替 二 层间劈理 二 层间劈理 三 顺层劈理 三 顺层劈理 代表褶皱前期一组挤压应变面 但亦有人认为是沉积变质 过程中重荷 重结晶的结果 四 断裂劈理 四 断裂劈理 在断裂的两盘岩石中或断层带中 与断裂具有统一的力学 机制 断层一章讲授 五 区域劈理 五 区域劈理 键入文字 构造地质学讲义 21 79 2 2 2 2 劈理的形成机制劈理的形成机制劈理的形成机制劈理的形成机制 一 劈理的形成作用一 劈理的形成作用 1 1 1 1 机械旋转机械旋转 2 2 2 2 重结晶作用重结晶作用 3 3 3 3 压溶作用压溶作用 4 4 4 4 晶体塑性变形晶体塑性变形 二 劈理的应变意义二 劈理的应变意义 即与应变椭球体的关系即与应变椭球体的关系 3 3 3 3 劈理的野外研究劈理的野外研究劈理的野外研究劈理的野外研究 一 区分劈理与层理一 区分劈理与层理 二 测定劈理参数 描述劈理的结构特征二 测定劈理参数 描述劈理的结构特征 1 劈理的间隔 大间隔 75mm 小间隔 1 5mm 微间隔 0 01 0 1mm 连 续 2 2 d d 主导层的厚度 由上式可知 主波长 Wi 与应力无关 应力只影响褶皱发育的速率 从上式可以看出 当 1 1 2 2时 WiWi 3 463 46 时 这样的褶皱是非常微弱的 因此 当 1 2时 只有均匀缩短 而不会有褶皱 当硬岩层为多层岩层 1 1 时 Wi 2Wi 2 d nd n 1 1 6 6 2 2 1 31 3 主波长 WiWi 除受 层数 n n 控制外 其它情况同单层 三 岩层埋深及应变速率对褶皱形成的影响 三 岩层埋深及应变速率对褶皱形成的影响 埋深埋深 1 浅部 P T 较低 岩石呈弹性性状 层理显示不均一 褶皱以弯滑 为主 键入文字 构造地质学讲义 34 79 2 深部 P T 较高 岩石呈韧性性状 粘弹性 岩层层理不 均一性减小以至消失 褶皱作用由弯流 剪切 柔流褶皱 如太古界 元古界等 变质岩区发育的相似褶皱 肠状褶皱等 就是这个缘故 应变速率应变速率 大 深部的岩石也会呈弹性弯曲或脆性 断裂断裂 小 岩石呈粘性材料 10 11 1022泊 t 大而 很小 则 很大 岩石发生强烈褶皱 在地表 或浅部 低 T 低 P 下 即使 很小 只要 t 呈足够长 岩层由蠕变 而发生强烈褶皱 甚至达到破坏强度 四 基底构造对盖层褶皱的影响 四 基底构造对盖层褶皱的影响 5 5 5 5 褶皱构造的观察与研究褶皱构造的观察与研究褶皱构造的观察与研究褶皱构造的观察与研究 基本任务基本任务是 野外观察和填图 结合各种地质勘探 物化探 山地工程 等 手段 航 卫片解释等研究 查明褶皱的形态 产状 组合分布特点 形成机制 和形成时代 为研究区域地质构造特征 褶皱与矿产及水文 工程地质 环境地 质等提供基础资料和依据 一 褶皱形态的研究一 褶皱形态的研究 一 一 了解区域构造总轮廓了解区域构造总轮廓 小比例尺地质图 航卫 片解释分析 或在露 头良好的地区横穿几条路条观察 二 查明地层层序和追索标志层 二 查明地层层序和追索标志层 三 根据褶皱各部位地层产状确定褶皱几何形态 三 根据褶皱各部位地层产状确定褶皱几何形态 轴面和枢纽产状的确定 根据同一层位在不同高度的岩层倾角变化规律 结合岩层厚度的变化 分 析几何形态 是否为平行褶皱还是相似褶皱 顶厚褶皱等 转折端处岩层产状的研究 此处层序始终是正常的 四 观察褶皱出露形态及其平面图像 四 观察褶皱出露形态及其平面图像 示图 重点解释 平面图上褶皱岩层露头线 最大弯曲点的联线是否是褶皱 的轴迹 其方向反映枢纽的倾伏向 键入文字 构造地质学讲义 35 79 地面起伏不大 较平坦 轴面近直立 枢纽平缓者 其转折端联线 近乎 褶皱的轴迹 其方向大致反映了枢纽的倾伏方向 斜歪倾伏褶皱 尤其斜卧褶皱 形态复杂的褶皱 或地形复杂 起伏较大 其联线就不一致了 前者联线与轴迹平行 但位置不同 后者联线与 轴迹既不平行 位置也不一样 这个现象可用多层不同颜色的纸褶皱后浸入水中来观察 五 绘制褶皱剖面图和横截面图 五 绘制褶皱剖面图和横截面图 褶皱是个复杂的立体形态地质体 一般通过地质图和剖面图来表示其空间关 系 剖面图剖面图一般有 2 种 其一是横剖面图横剖面图 铅直剖面图铅直剖面图 其二是横截面图横截面图 或或 正交剖面图正交剖面图 正交剖面图 故名思义 指与褶皱枢纽垂直的剖面图 即枢纽为 剖面的法线 示图 当褶皱枢纽倾伏时 需要作正交剖面图来反映其形态 如 枢纽的产状是变化的 要分区段来绘制正交剖面 二 褶皱形态的深部变化的研究二 褶皱形态的深部变化的研究 可从以下五方面入手解决 1 峡谷深沟的陡崖上 直接观察测量不同高程上的褶皱变化 2 由表及里 由浅入深 从褶皱的地表形态特征推断向下延伸的变化 系统测量岩层的产状 了解褶皱的几何形态 研究各层所表现的力学性质 系统测量厚度变化 了解变形的特点 从而推断褶皱各岩层所表现出的深部变化 规律 如地表为顶薄褶皱 平行褶皱 顶厚褶皱 相似褶皱等 则向下向深部变 化的情景不一样 3 利用物探和钻探方法所取得的资料来确定褶皱深部形态的特点和变化 三 褶皱内部的小构造研究三 褶皱内部的小构造研究 与主褶皱有成因联系的次级小褶皱 从属小褶皱 可以反映大褶皱的形态 和产状 系统统计测量其轴面 纽枢产状 此外 还可利用小褶皱来判断岩层 层序正常与否 背 向斜的位置 前已述 键入文字 构造地质学讲义 36 79 但需注意还有一类独立的小褶皱 与主褶皱无成因联系 可能是主褶皱前或 之后另一次构造运动的产物 四 确定褶皱形成的时代四 确定褶皱形成的时代 按褶皱形成与成岩时间的关系可分为 成岩后的褶皱 构造运动形成 成 岩之前的褶皱 同沉积褶皱 一 角度不整合分析法 一 角度不整合分析法 详见第二章不整合的研究 二 岩性厚度分析法 二 岩性厚度分析法 示图讲解 该背斜在 1 层沉积之前尚未隆起 背斜隆起时期是 1 3 层沉积时期 第 4 层 沉积时 背斜又停止隆起 4 8 层则是在 8 层沉积以后中又褶皱的 此外 还可以根据与褶皱相接触的岩浆岩体的同位素 年龄来间接确定 也 可以根据垒叠加褶皱的相对先后顺序 未确定相对的新老关系 键入文字 构造地质学讲义 37 79 第九章第九章 节理节理 1 1 1 1 节理的定义 节理的定义 节理 joint 即岩石中的裂隙 fissure or fracture 是指没有明显位移的断 裂 断裂包含节理 无显著位移者 和断层 fault 有显著位移者 2 2 2 2 节理研究的理论和实践意义 节理研究的理论和实践意义 实际意义 1 矿液 石油 天然气运移通道 储集场所 控制矿体形态 2 地下水 石油渗透性 含油性 含水性与节理发育的密度 开启性 有关 3 影响水工建筑物的渗漏性和岩体的稳定性 理论意义 节理与褶皱断裂和区域性构造密切相关 它的研究对认识和阐明 区域地质构造及其形成和发展方面具有重要意义 1 节理的分类 一 几何分类一 几何分类 Classification of joint 一 据岩层产状关系分 一 据岩层产状关系分 1 走向节理 strike joint 2 倾向节理 dip joint 3 斜向节理 oblique joint 4 层节理 bedding joint 二 据褶皱枢纽关系分 二 据褶皱枢纽关系分 1 纵节理 longitudind joint 2 横节理 transcurrent joint 3 斜节理 oblique joint 键入文字