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第一章成层构造和地层接触关系 1 第一节成层构造的基本概念 2 一 原生成层构造1 层理 由物质成分 颗粒大小 颜色 结构构造等的差异而表现出来 在垂直方向上明显的反映 也即成层物质的原生界面 3 2 层面 限制岩石的界面同一层上有上 下层面 上 下层面之间的垂直距离即单层厚度 原生成层构造是在岩石形成过程中形成的 因此 原生层理面变化之研究 是研究变形历史的重要依据 4 沉积岩 火成岩均具原生成层构造 沉积岩原始层面呈水平状 仅于沉积盆地边缘 岛屿或隆起四周会有原始倾斜 5 二 次生成层构造主要见于变质岩中 如片理 片麻理等 它是由变质作用而形成的 6 三 层理形成的决定因素沉积材料 物质成分 颗粒大小 颜色等 沉积环境 海相 陆相 边缘相等 水动力条件 水能量 性质 动 静 和水流大小等 7 四 层理的类型厚度 单层 巨厚层 1m厚层0 5 1m中厚层0 1 0 5m薄层1 10cm叶片层0 1 1cm微细层 0 1cm 8 成因 1 风层层理2 水成层理3 冰川层理4 火山层理形态 1 水平层理2 波状层理3 交错层理斜层理 9 五 层理的识别1 片状矿物的分布方向 即层理方向 2 厚层状岩石中的微细层理 3 洪积层中的砂层或扁平状砾石的分布 雨花台砾石层 10 4 透镜状夹层的延伸方向 5 沉积夹层 如C和P之间梁山段页岩夹层 6 缝合线 厚层灰岩 砂岩中 7 岩层中结核延长方向 如栖霞组中燧石结核 老虎洞组燧石结核 11 六 岩层产状要素走向 构造面与水平面的交线的方向 倾向 构造面与垂直走向直立面的交线 由高向低于水平面 倾角 构造面与水平面之夹角记录方式 1 走向 倾向 倾角350 NE 50 2 倾向 倾角80 50 12 13 倾伏角 构造线与其水平投影线之间的夹角 倾伏向 水平投影线指向下倾的方向 构造线的倾伏 在包含构造线在内的垂直面上测量 侧伏角 构造线下倾一端与构造面走向的锐夹角 侧伏向 构成此锐夹角的走向线一端的方向 构造线的侧伏 在构造面上测量 14 七 露头线分布规律 对地质图而言 露头线 构造面与地面的交线 包括层面 断面等 15 图1 3 16 图1 4 17 图1 5 18 第二节鉴别岩层顶 底面的原生构造 19 一 研究目的明确地层的新 老关系 恢复地层层序 为确定各种矿产所在构造部位和层位 重建该区的构造发展史以及为预测预防地震 找矿 找水提供可靠的依据 20 二 层序与层位层序 岩层形成的先后顺序 即新与老 层位 岩层经构造变动之后的位置 有高低之分层位高不等于地形的高低同层位具相同的化石同层位岩性不尽相同 21 图1 6假设地面水平的地质剖面图 22 同层位岩性不同 23 三 判别岩层顶 底的标志1 序粒层理 粒级层理 递变层理 单一岩层中 从底到顶颗粒粒度由粗变细 而且期间无明显界线 但在两个序粒层理之间 其粒度或成分均有明显变化 据此可以判别岩层顶 底 序粒层理在浊流沉积中发育得最好 24 各种产状岩层的粒级层理 25 应注意和韵律层理相区别 韵律层理不是发生在每一单层中的颗粒粗细的变化 而是粗层 中层 细层反复成韵律 其间有界面 26 2 斜层理 单层与主层理斜交的层纹构造称为斜层理 底切 顶截 27 3 波痕 为岩层顶面构造之一波痕要素 波痕指数 波长 波高 28 29 a 浪成波痕 是对称波痕 振荡波痕断面如图 特点 波峰尖 波谷圆 波峰沉积物比波谷沉积物细 30 b 流水波痕 不对称断面如图 特点 单向流水 沉积物波峰细 波谷粗 31 c 风成波痕 不对称断面如图 砂丘特点 沉积物波峰粗 波谷细 32 4 印模单层顶面由各种外动力作用形成凹凸不平状 上复岩层之底面和这一顶面接触压实后生成恰恰相反的凹凸不平 即印模 或印痕 荷重痕 形状似舌状 肾状 鳞状 钉子头状等 凸出在底面上生物模 遗体化石 遗迹化石 恐龙脚印 33 34 五 同生变形 沉积物在沉积同时或紧接其后发生的变形 常发生在沉积盆地边缘或斜坡上 变形量往往较小 但有时却能帮助我们判断沉积环境和岩层上 下关系 底部变形量小 顶部变形量大 35 六 干裂为表层构造的一种 乃沉积物在尚未完全固结时脱水在干燥的大气中曝晒而形成的干裂 其断面形态如楔形 又被上覆碎屑物充填其中 断面如图 36 七 生物遗迹虫管构造 叠层石 37 第三节地层的接触关系 38 由于地壳运动 可以使岩层改变其原来的产出状态 原始水平的岩层可以变陡乃致直立 倒转 同一地区由于地质时期地壳运动的性质和特点不同 还会造成不同的接触关系 所谓接触关系 系指同一地区相邻近的不同时代岩层的接触形式 39 地层的接触关系主要要两种形式 一 整合接触 新老岩层在岩性 古生物的演化上 基本上是连续的或逐渐变化的 而且产状和构造特征也基本一致 40 二 不整合接触 上下岩层沉积作用不连续 地层和生物演化有间断 41 1 平行不整合 假整合 当某一地区地壳沉降并接受一段沉积后 但未发生明显的褶皱运动 已沉积的地层遭受较长时间的剥蚀 发生明显沉积间断 而后又重新下降接受沉积 这样的接触关系为平行不整合 特点 上 下岩层产状一致 但其间缺失某些时代地层 或有一古剥蚀面 42 43 2 角度不整合 地壳非平缓上升 而是伴有较强烈的褶皱 断裂变动或岩浆活动 使已沉积的地层发生掀斜 褶皱或断裂 并隆起遭受剥蚀造成间断 而后又下沉接受新的沉积 44 角度不整合的特征 a 上 下岩层产状不一致 b 上 下岩层构造变形强弱不一致 下强上弱 c 有沉积间断 地层缺失 d 上岩层底部有下岩层的砾石 e 有古剥蚀面 常有古风化壳 f 上复岩层面与不整合面平行 下复岩层的构造面 如断层面 层面等 被不整合面切割 45 46 侵入接触 火成接触 不同岩类接触 火成岩侵入沉积岩中 断层接触 沉积接触 47 不整合接触的地质意义及其研究1 意义a 是鉴定地壳运动的重要依据 又是划分构造层的分界面 构造层是在一定地史阶段内受地壳运动的作用 包括沉积建造 构造变动 岩浆活动 变质作用等 而形成的综合地质体 48 b 是划分岩石地层单位的依据之一c 其空间分布变化情况 可以表明地壳运动的不均衡性d 是研究古地理环境的重要依据e 常常是风化矿床 Fe Mn P Al等外生矿床的产出地带 49 2 研究中应注意的问题a 确定不整合面 识别底砾岩与火山角砾岩 断层角砾岩 同生角砾岩和膏溶砾岩的区别 b 注意不整合在空间上的变化继承与上迭问题 以南象山 钟山两剖面为例 50 51 52 图1 15 53 54 图1 17 55 不整合时代的确定 上限 不整合面以上地层中最老的地层形成之前 下限 不整合面以下地层中最新的地层形成之后 56 一次地壳运动必会导致一个不整合 但一个不整合不一定只反映一次地壳运动 如果某一地区长期处于隆起状态 或者一次地壳运动后接受的沉积又完全剥蚀掉 以致缺少沉积历史记录 最后再有新地层沉积下来 这样的不整合面就不止包含一次地壳运动 57 研究不整合面 对工程地质也相当重要例 1983年3月7号 甘肃兰州东乡镇 有一海拔2200m高山发生滑坡 这滑坡就是沿着不整合面滑下的 70年就有人发现有裂缝 但未引起足够重视 虽有人从山坡上搬到坡下来住 但仍未免遭于难 这次滑坡速度300m 分钟 总滑距达1600m 58 第二章褶皱构造 59 具有层状构造的地质体 由于受到力的作用而产生的弯曲变形 叫做褶皱 运动着的地球至今仍不断地变化着 褶皱就是各种各样变化中的一种 其规模大小不一 但基本型式有两种 1 背形 褶皱岩层向上弯曲 形成凸状2 向形 褶皱岩层向下弯曲 形成凹状 60 图2 1 62 上述两种型式是在褶皱岩层新老关系不清时使用 当褶皱岩层的新老关系清楚时 有如下两种型式 1 背斜 褶皱岩层向上弯曲 核心部位地层较老 而两侧岩层依次较新 并对称重复出现2 向斜 褶皱岩层向下弯曲 核心部位地层较新 而两侧岩层依次较老 并对称重复出现 63 由于构造运动的多期性和复杂性 也可出现 1 背形向斜2 向形背斜研究褶皱构造 对阐明某一地区的构造形成和发展史 解决矿产的分布 开采以及水文工程地质等均有重要的理论和实际意义 64 第一节褶皱要素 65 褶皱样式很多 为便于正确描述和研究 首先要分清构成褶皱的各个组成部分的特征和相互关系 即所谓褶皱要素 图2 2 1 核部 褶皱岩层中中心部位 常指出露地表的褶皱中心部分2 翼部 核部两侧岩层部位 曲率半径大于平均圆弧部分 66 67 3 转折端 褶皱两翼岩层互相过渡的弯曲部分 曲率半径小于平均圆弧部分 岩层弯曲度最大的部分 4 褶轴 褶皱面上以自身移动的轨迹和褶皱面形态完全吻合的直线 它无固定位置 亦不限于哪一条 凡与此平行的均为褶轴 68 5 枢纽 同一层面上各个不同横截面上最大弯曲点的连线 它可以是曲线 也可以是直线 可以水平 也可以倾斜 6 轴面 枢纽面 连接褶皱各层的枢纽而构造的面 它可以是平面 也可以是曲面 在对称褶皱中 当轴面为平面时 轴面是两翼夹角的平分面 不对称褶皱中否 见P35图2 2 7 轴迹 轴面与任一平面的交线 常指与地面 与横截面的交线 69 8 脊线 背斜横剖面中同一层面上弯曲的最高点为脊 不同横剖面上脊的连线为脊线9 槽线 向斜横剖面中同一层面上弯曲的最低点为槽 不同横剖面上槽的连线为槽线10 脊面 连接各褶皱面脊线的面11 槽面 连接各褶皱面槽线的面 70 71 褶皱的度量度量褶皱大小的要素是波长和波幅S 0为包络面 某一褶皱截面中几个褶皱或所有褶皱枢纽的切线面称为包络面 72 i为拐点 即周期性波形中弯曲方向改变 斜率变化率为零的点 也是相邻的向斜与背斜的交接点 同一褶皱面的一翼上 许多拐点的联线为拐线 联结同一褶皱面许多拐线的面为拐面 当褶皱面为严格循环的波形时 其拐面位于两包络面的正中 因此 拐面亦可称中间面 73 波长 W 相当于同一褶皱面上 两个相邻同相位拐点之间的距离 波幅 A 为二包络面之间垂直距离的一半 74 不对称褶皱的波长与波幅还可以分别在垂直于及平行于轴面的方向上测量 轴面与中间面之余角Wm WaSec Am AaCos 75 第二节褶皱形态的描述 76 一 几何形态描述1 圆柱状褶皱 具有褶轴平行自身移动的轨迹与褶皱形态完全一致的褶皱 特点 枢纽呈直线 在其延伸方向上褶皱的规模和形态基本上无变化 枢纽和褶轴产状一致 77 2 非圆柱状褶皱 无褶轴 不具备上述圆柱状褶皱的特点 实际上 自然界大多数褶皱并非圆柱状 也就是说枢纽不是直线 在一定大的范围内 褶皱规模 形态 方向均有变化 但为了对褶皱形态和产状进行统计研究 可将某褶皱划分若干区段 使其近似圆柱状褶皱 特别是对变质岩地区的研究是非常必要的 78 79 80 二 纵 横剖面形态描述1 枢纽 水平褶皱 倾伏褶皱 倾竖褶皱2 轴面和两翼 直立褶皱 斜歪褶皱 平卧褶皱 倒轴褶皱 翻卷褶皱 81 a 直立褶皱 b 斜歪褶皱 c 倒转褶皱 d 平卧褶皱 e 翻卷褶皱 p 横剖面上的轴迹 82 3 翼间角 横截面上 两翼同一褶皱面上拐点切线之夹角 平缓褶皱 开阔褶皱 闭合褶皱 紧闭褶皱 等斜褶皱 83 4 褶皱转折端弯曲形态圆弧状褶皱 尖棱状褶皱 箱状褶皱 扇形褶皱 挠曲 84 5 褶皱对称性对称褶皱 一组褶皱的轴面与该组褶皱的包络面垂直 而且两翼近于等长 单个对称褶皱的横剖面形态的两半互为镜象 即轴面平分翼间角 图2 3 不对称褶皱 85 86 6 同一褶皱中各层弯曲形态协调褶皱 各弯曲岩层形态一致不协调褶皱 各弯曲岩层形态不一致 盐丘构造 底辟褶皱 底辟褶皱的核心与其上岩层的褶皱形态不协调 核心层往往是复杂褶皱 其上往往是穹窿状或短轴状背斜 87 三 平面形态描述同一岩层出露之长 宽比穹窿构造 长 宽比小于3 1的背斜 构造盆地 小于3 1的向斜 短轴褶皱 长 宽比在3 1 10 1之间的褶皱 线状褶皱 长 宽比大于10 1的褶皱 88 89 第三节褶皱的类型和组合型式 90 一 结合轴面和枢纽产状的分类Rickard 1971 根据轴面倾角 枢纽倾伏角和侧伏角三个变量 给制了三角投影网图 按褶皱产状可分七种 直立水平褶皱 直立倾伏褶皱 倾竖褶皱 斜歪水平褶皱 平卧褶皱 斜歪倾伏褶皱 斜卧褶皱 91 直立水平褶皱 轴面近于直立 倾角80 90 枢纽近水平 倾伏角0 10 直立倾伏褶皱 轴面近于直立 倾角80 90 枢纽倾斜 倾伏角10 80 倾竖褶皱 轴面近于直立 倾角80 90 枢纽近直立 倾伏角80 90 斜歪水平褶皱 轴面倾斜 倾角10 80 枢纽近水平 倾伏角0 10 92 平卧褶皱 轴面近水平 倾角0 10 枢纽近水平 倾伏角0 10 斜歪倾伏褶皱 轴面倾斜 倾角10 80 枢纽倾伏 倾伏角10 80 两者倾向和倾斜程度均不相同 斜卧褶皱 轴面倾斜 倾角80 90 枢纽倾伏 倾伏角10 80 且两者倾向基本一致 倾角大致相等 93 94 二 根据岩层等倾斜线型式分类等倾斜线 相邻层面上切线倾角相等的切点的连线 95 96 由于不同形态的褶皱在横截面上相邻褶皱面的曲率不同 因此 其等倾斜线型式 长度及岩层厚度也不一样 Ramsay将此分为三类五型 97 类 等倾斜线呈扇形 并向内弧方向收敛 根据收敛程度不同分三型 A型 强烈收敛 自转折端至翼部 等倾斜线长度逐渐增加 即顶薄褶皱 98 特点 1 内弧曲率比外弧大2 同一层靠近轴面的真厚度 to 小于翼部真厚度 ta to ta 99 B型 中等程度收敛 大体与褶皱面垂直 等倾斜线长度大致相等 由于各层褶皱弯曲只有一个曲率中心 故称同心褶皱 平行褶皱 等厚褶皱 特点 1 褶皱层弯曲相互平行2 内弧曲率大于外弧3 同一岩层在褶皱各部位厚度相同 to ta 100 4 轴部岩层的轴面厚度 To 小于翼部平行轴面之厚度 Ta To Ta 101 A型 等倾斜线向内弧微弱收敛 转折端较之两翼略长 to ta是同心褶皱向相似褶皱过渡的型式 102 类 各等倾斜线均与轴面平行且等长 褶皱各层曲率相同 相似褶皱 to ta To Ta 10