构造学[1].docx

构造学 (tectonics) 研究地球的物质组成、结构、构造及其形成、发生、发展和演化规律及机理的一门地球科学分支学科。构造地质学的研究对象构造地质学研究各类地质体（岩石、岩层、岩体）在力的作用下发生的变形及其产生的构造现象；如：褶皱、断层、节理、劈理等。构造地质学的研究内容主要是由内动力地质作用所形成的各种地质构造的几何形态、产状、规模、形成机制、分布特点、组合及演化历史，进而为探讨产生地质构造的地壳运动的方式、方向和动力来源提供依据。研究尺度(scale) 尺度: 指物体的规模大小。 因此，地质构造的规模大小可以划分为巨型、大型、中型、微型和超微型等级别。具体的研究方法如下：地质填图是研究地质构造最基本的方法。应用力学原理，鉴定各个构造的力学性质，分析构造变形时作用力的性质、大小、方向和构造应力场的演化过程。利用反序法，对地质构造进行历史分析。根据相似原理，进行构造模拟实验，观察其变形特点以及应力与应变之间的关系。在构造研究中，应用各种新技术和新方法，特别要重视和推广电子计算机技术，使构造地质的研究向定量的数据分析方向发展。 1、层理的概念 沉积岩最突出的特征就是具有层理。层理是沉积岩沉积时形成的成层构造。它是由沉积岩的成分、结构、胶结物、颜色等沿垂向的变化而显示出来的一种面状构造。 层理的最大单位是岩层。岩层上、下层面之间的垂直距离，称为岩层厚度。根据厚度大小，将岩层分为：巨厚层：大于2.0m； 厚层：0.5m-2.0m；中厚层：0.1m-0.5m；薄层：0.01m-0.1m；微层：小于0.01m。岩层内的层理由小到大分为细层、层系和层系组。 由若干个细层组成层系；由几个层系构成层系组。 现在，具体介绍如下：(1) 细层: 细层又称纹层, 是组成层理的最小单位, 细层厚度很小, 常以毫米计, 同一细层多具有较均一的成分和结构, 它们是在相同的水动力条件下同时形成的。细层可与层面平行或斜交 细层可以是平直的也可是波状弯曲的 细层与细层之间可平行或不平行(2) 层系: 是由成分、结构和产状上相同的许多细层组成，是在同一环境相同水动力条件下，不同时间形成的细层组成。层理的基本类型层理按其形态的不同可分为三种基本类型: 平行层理、波状层理、斜层理（1）水平层理:指细层界面平直，互相平行，且平行于岩层面。通常形成在水介质较平稳的环境中（2）波状层理 指细层界面呈波状起伏，但总体方向平行于岩层面。（3）斜层理 它是由一系列与岩层面斜交的细层所组成的。斜层理一般出现在碎屑岩中。4、 层理的识别 (1) 岩石成分的变化 (2) 岩石结构的变化: (3) 岩石颜色的变化 (4) 沉积岩的原生层面构造（1）岩层的产状要素 岩层的产状是以岩层面在三度空间的延伸方位及其倾斜程度来确定的, 是表示岩层面在地壳中的空间位置的几何要素岩层面的产状要素包括岩层面的走向、倾向和倾角。 走向: 表示岩层在空间中的水平延伸方向。岩层面与水平面相交的线叫走向线。走向线两端所指的方向即走向线与地理子午线的夹角为岩层的走向。倾向: 表示岩层的倾斜方向。在岩层面上与走向线垂直并沿倾斜面向下所引的直线叫倾斜线。 倾斜线在水平面上的投影线所指岩层面向下倾斜的那个方向就是岩层的真倾向, 简称倾向。倾角: 表示岩层的倾斜程度。岩层的倾斜线及其在水平面上的投影线之间的夹角就是岩层的倾角（真倾角）。（2） 岩层产状要素的测定 岩层的产状要素通常是用地质罗盘仪直接在岩层面上测得根据钻孔资料、地形地质图上岩层出露线与地形的关系作图求解 视倾斜值用几何作图法或赤平投影方法求解 一、水平岩层的概念 :水平岩层是指岩层层面为水平状态的岩层。小于5二、水平岩层的特征（1）地质时代较新的岩层叠置在较老的岩层之上；所以，在地形切割不深时，大部分地区为同一岩层所占据，如地形切割较深且起伏不平时，高处出露的岩层时代较新，低处出露的岩层时代较老。AB -倾斜线 OD-倾向 -走向线 OD-倾角（2）水平岩层的出露与分布状态严格受地形控制。在地图上，水平岩层的地质界线与地形等高线平行或重合。（3）水平岩层的厚度等于该岩层上、下层面的标高差。（4）水平岩层的露头宽度（岩层上、下层面在地面出露线之间的水平距离）是随岩层的厚度和地形坡度不同而变化的。一、倾斜岩层（一）倾斜岩层的概念:在地壳运动下，岩层的原始产状一般都要发生程度不同的改变。若岩层发生倾斜，倾角大于5且小于85，这样的岩层称为倾斜岩层。（三）“”字形法则：(1) 当岩层倾向与地面坡向相反时:向反线同 (2) 当岩层倾向与地面坡向相同且岩层倾角大于地面坡角时: 向同线反(3) 当岩层倾向与地面坡向相同且岩层倾角小于地面坡角时: 向同线同二、直立岩层（一）概念岩层层面近于直立（a大于85）的岩层称为直立岩层。（二）直立岩层的基本特（1）直立岩层的地质界线不受地形的控制。如果岩层走向不变，其出露线在地形地质图上为一条直线。实际上，直立岩层的出露线是随地形上下起伏的。（2）直立岩层的露头宽度等于岩层的厚度，不受地形的影响。2.岩层厚度概念真厚度: 是指岩层的两个平行界面之间的垂直距离，即岩层顶面到地面的垂直距离。 水平厚度：岩层顶面到地面的水平距离叫岩层的水平厚度。它随剖面方向的不同而不同。铅直厚度: 岩层顶面到底面的铅直距离叫岩层的铅直厚度。当岩层厚度和倾角不变时，在任意剖面内其铅直厚度不变。 视厚度: 在与岩层走向斜交的直立剖面上或在与岩层面不垂直的任何方向的非直立剖面上所测得的岩层顶面与底面之间的垂直距离。视厚度随剖面方向的不同而变化。 岩层视厚度（h）与铅直厚度（H）的关系： h=H*cosa（a为岩层的视倾角）岩层的真厚度和视厚度的关系：h=h*cosa/cosa 岩层真厚度（h）与铅直厚度（H）的关系： h=H*cosa由于同一岩层的视倾角永远小于真倾角，因此视倾角的余弦值总是大于真倾角的。故岩层的真厚度总是小于视厚度。注意:铅直厚度视厚度真厚度 2. 确定不整合的形成时代确定不整合的形成时代, 是以不整合面下伏地层中最新的地层时代为下限, 以不整合面上覆地层中最老的地层时代为上限, 其间所缺失的那部分地层的时代就是不整合形成的时代。1.力的概念 力是物体间的相互作用，这种作用能使物体形状和机械运动的状态发生转变。2.应力 一种矢量，具有大小、方向和作用点，可以用平行四边形法则进行合成和分解。 3. 应力的概念:为受力物体内任意一截面单位面积上的附加内力 在内力均匀分布的情况下，则截面A上的应力为： =P/A 3. 一点的空间应力状态类型根据单元体上主应力分布情况，可以把一点的应力状态分为三类：(1) 三轴应力状态: 三个主应力均不为零的状态, 这是自然界最普遍的一种应力状态(2) 双轴应力状态: 一个主应力的值为零, 另外两个主应力的值不为零的应力状态(3) 单轴应力状态: 其中只有一个主应力的值不为零, 另外两个主应力的值都等于零的应力状态。 变形的概念: 物体受到力的作用后, 其内部各质点之间的相互位置发生改变叫做变形。最基本变形方式：（1）拉伸变形：当沿物体轴线方向有一对大小相等、方向相反的外力作用时，物体沿轴线方向伸长，这种现象称为拉伸变形。（2）压缩变形：当沿物体轴线方向有一对大小相等、方向相同的外力作用时，物体沿轴线方向缩短，这种应变称为压缩应变。（3）剪切应变：当物体受到一对大小相等、方向相反且不在同一直线上的剪切力作用时，物体的一部分相对于另一部分发生错动所产生的角度变形，称为剪切变形。(4）弯曲变形：是指物体受力的作用而发生的拱曲或波状弯曲。它可以由垂直轴线的外力作用产生，也可以由平行轴线但不在轴线上的侧压力（这个力平行层面）作用而产生。前者称横弯曲，后者称纵弯曲，岩层褶皱即属于此种变形结果。（5）扭转变形：在物体两端与轴线垂直的平面内，分别有大小相等、方向相反的力偶作用时，物体发生变形叫扭转变形。如“S”或反“S”状构造，即属此种变形。4. 均匀与非均匀变形: 均匀变形: 岩石的各个部分的变形性质、方向和大小都相同的变形 。 特点: 原来的直线经变形后认为直线；原来为曲线，变形后仍为曲线；原来平行的线经变形后仍平行。变形物体中同一方向所有变形量均相同。拉伸、压缩剪切变形都属于均匀变形 非均匀变形: 岩石的各个部分的变形性质、方向和大小发生变化的变形。例如, 弯曲和扭转就是非均匀变形, 构造地质学主要研究的多是这类变形, 但在具体研究时, 多把整体的非均匀变形分解成局部的均匀变形来讨论分析, 即把非均匀变形视为若干连续的局部均匀变形的总和。 变形物体内部质点之间相对位移的程度, 是物体变形程度的量度，用来度量变形物体的体积或形状的改变量。可将应变分为线应变、剪切应变和体应变三种。 1. 线应变:物体内某方向上单位长度的改变量叫线应变（相对伸长或压缩）。 2. 剪应变:物体在剪切力的作用下发生变形，变形后的任一截面相对其原来的位置发生了 一定的角度旋转，这种应变称为剪切应变。 3. 体应变 体应变是体积变化量（V-V0）与原来体积V0之比，也称膨胀度，即： = (V-V0) / V0式中： 膨胀度，大于0表示膨胀，小于0表示压缩； V变化后的体积；V0变化前的体积。 第三节 岩石的变形阶段三种性质：褶皱是指岩石收力发生弯曲变形，它是由岩石中各种原来近于水平的面变成曲面而表现出来的，形成褶皱的变形面绝大多数是沉积岩的层面，而变质岩的劈理、片理或片麻理以及岩浆岩的原生流面、岩层和岩体中的节理面、断层面或不整合面，受力后也可变形而形成褶皱面。 一、褶皱要素褶皱的要素指褶皱的各个组成部分 1. 核：褶皱的中心部分（最新或最老）地层2. 翼：核部两侧对称出现的地层3. 枢纽：同一褶皱面上最大弯曲点的连线4. 转折端：褶皱面从一翼过渡到另一翼的弯曲部分5. 翼间角：正交剖面上两翼间的内夹角 6. 脊线：同一褶皱面上最高点的连线 槽线：同一褶皱面上最低点的连线7. 拐点：由向形向背形转折过渡(公共翼上)的几何点8. 轴面：褶皱各层枢纽连成的面(假想的面)。褶皱要素中其中最重要的是枢纽、轴面和两翼。褶皱的形态虽然多种多样的，但其基本形式有两种。（1）背斜：岩层向上弯曲，核部岩层时代较老，两翼岩层依次变新，且对称分布的褶皱。（2）向斜：岩层向下弯曲，核部岩层时代较新，两翼岩层依次变老，且对称分布的褶皱。 由于受后期风化、剥蚀的破坏，造成向斜在地面上的出露特征是：从中心向两侧，岩层从新到老对称重复出露，而背斜在地面上出露特征缺恰恰相反，从中心到两侧，岩层从老到新重复出露。 如褶皱岩层的新老层序不明，或者褶皱的变形面不是层面而是其他构造面，则将褶皱面向上弯曲的称为背斜，向下弯曲的称为向斜。一、褶皱的位态分类褶皱在空间的位态取决于轴面和枢纽的产状。以横坐标表示轴面的倾角，纵坐标表示枢纽的倾伏角，可将褶皱分为七种类型。（1）直立水平褶皱：褶皱轴面近于直立，倾角为80-90，枢纽近于水平，倾伏角，为0-10。（2）直立倾伏褶皱：褶皱轴面近于直立，倾角为80-90，枢纽倾伏角为10-70。（3）倾竖褶皱：褶皱轴面近于直立，倾角为80-90，枢纽倾伏角为70-90。（4）斜歪水平褶皱：褶皱轴面倾角为20-80，枢纽倾伏角为0-10。（5）斜歪倾伏褶皱：褶皱轴面倾角为20-80，枢纽倾伏角为10-70。（6）平卧褶皱：褶皱枢纽倾伏角和轴面倾角为0-20。（7）斜卧褶皱:褶皱枢纽和轴面两者倾向及倾角基本一致，轴面倾角为20-80，枢纽在轴面上的侧伏角为20-701、节理：即岩石中的裂隙，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（有显著位移者）2、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。节理的分类一、节理与有关构造的几何关系节理产状与岩层产状 走向节理；倾向节理；斜向节理； 顺层节理节理与褶皱轴的关系:纵节理；横节理； 斜节理节理组：在一次构造作用的统一应力场中形成的，产状基本一致和力学性质相同的一群节理。节理系：在一次构造作用的统一应力场中形成的两个或两个以上的节理组构成节理系，如“X”型共轭节理系。 当在一次构造作用的统一应力场中形成的产状呈规律变化的一群节理，也可称为节理系，如放射状节理和同心圆状节理。系统性节理和非系统性节理：某一区域内节理的产状和方位，排列和间距有规律的为系统性节理。一般为构造成因。 一、断层的几何要素断层面:空间位置，由走倾向、倾角定之。断层线 断盘： 上盘， 上升盘，下盘，下降盘（二）断距（sepration） 两对应层之距离1、垂直被错岩层走向的剖面上测得1）地层断距2）铅直地层断距3）水平断距2、垂直于断层走向的剖面上除铅直地层断距相等外，其余均大于前者，故称视断距。 一、断层与有关构造的几何关系分类1断层走向与岩层走向的关系：走向断层 倾向断层 斜向断层 顺层断层 2断层走向与褶皱轴向的关系：纵断层 横断层 斜断层正断层：上盘下降、下盘上升的断层。特征：断面产状陡，倾角一般在450以上。大型正断层往往上陡下缓呈铲状。逆断层：上盘上升，下盘下降的断层。高角度逆断层：断面倾角在450以上。低角度逆断层：断面倾角小于450。按力学性质分类：压性断裂张性断裂扭（剪）性断裂断层组合形式正断层、组合型式：1.阶梯状断层 2、地堑和地垒 3。环状断层和放射性断层。逆断层主要组合型式1.叠瓦式（状）最具代表性、最基本的型式2.背冲式背向逆冲3.对冲式相向逆冲 断层的识别或确定（一）地貌标志1、断层崖和断层三角面；2.错断的山脊水系改向 3.串珠状湖泊洼地；泉的带状分布； （二）构造标志：地质界线突然中断 构造强化（三）地层标志（四）岩相变化和矿化标志（五）断层岩标志：断层角砾岩 碎粒岩 碎斑岩 假玄武玻璃和断层泥。第四节 断层活动时间性一时间确定:根据断层与褶皱 地层 交切关系判断 地层不整合面岩（脉）体二断层长期活动的分析长期性三生长断层1、一般为走向正断层，剖面上呈勺状或犁式；2、上盘地层明显增厚，生长指数=下降盘厚度/上升盘厚度；3、断距随深度增大，地层愈老，断距愈大；4、常在上盘发育反牵引构造（Revers drag structure）。确定断层外移方向（一）地层新老关系（二）断层面（带）特征1、擦痕、阶步2、牵引构造3、羽状节理、侧旁小褶皱4、断层角砾岩第二节 利用原生构造确定岩层的顶面和地面可用于判断岩层顶、底面的岩层原生构造有:波痕、泥裂、雨痕和冰雹痕、斜层理、粒级层理、冲刷面、古生物化石的生长和埋藏状态等。1、波痕: 波痕最常见的两种类型是流动波痕和浪成波痕。2、泥裂: 泥裂（干裂），又叫龟裂纹，是指泥质或泥灰沉积物暴露在干燥大气中经过干涸收缩而产生的与层面大致垂直的裂缝。裂缝组合在平面上成多边形，裂缝断面“V”字形或“U”字形。3、雨痕、冰雹痕及其印模 雨痕和冰雹痕是雨点和冰雹落在湿润而柔软的泥质或粉砂质沉积物上打击出圆形或椭圆形的边缘略高出沉积物表面凹坑。4、斜层理 斜层理是由沉积岩内的细层与层面相交而表现出来的层理构造。斜层理可以用来判断沉积岩层的顶面和底面。5、粒级层理粒级层理又叫递变层理, 其特点是在一个单层内, 从岩层的底部到岩层的顶部, 矿物或碎屑的粒度是由粗逐渐变细。例如, 底部为砾石, 向上可依次逐渐递变为粗砂、细砂、粉砂、泥质。6、冲刷痕迹:固结或半固结的沉积岩层, 在露出水面或在水下时, 因流水的冲刷而在沉积岩层的层面上造成沟、槽和浅坑等凹凸不平的冲刷痕迹, 之后, 在其上覆沉积岩层的底面上可形成相应的印模。一、整合接触的基本概念及特征 上、下地层在沉积层序上没有间断, 岩性和所含化石都是递变的, 上、下岩层的产状平行一致, 它们是连续沉积形成的, 这种上、下岩层的接触关系叫整合接触。 岩层整合接触关系具有下列特征：（1）上下地层的时代连续，没有沉积间断；（2）沉积岩的岩性、岩相、生物演化是渐变的；（3）上下地层的产状基本平行一致。二、不整合接触的基本概念及特征 若上、下地层之间“缺”“失”地层，时代不连续，岩性及古生物的演化又是突变的，上下地层产状平行一致或截交，这种地层间的接触关系称为不整合接触。根据不整合面上、下地层的产状以及所反映的构造运动的类型和特征, 不整合可以分为平行不整合和角度不整合两种主要类型。1. 平行不整合（假整合） 上、下两套地层的岩层产状平行一致, 但上、下两套地层之间发生过沉积间断, 缺失了部分时代的地层。(2) 特征: 不整合面代表沉积间断和侵蚀时期, 是一个古剥蚀面, 在这个面上常有含下伏地层岩石碎块的底砾岩, 有时还保存了古风化壳和古土壤, 平行不整合面有起伏, 也有平整的, 它反映了上覆新地层沉积之前的古地貌形态 。平行不整合的特征如下：（1）上下地层时代不连续，有显著的沉积间断；（2）上下地层的岩性及岩相、古生物的演变是突变的；（3）在不整合面上常有下伏地层的风化、剥蚀产物组成的底砾岩，有时还保存着古风化壳、古土壤层、风化残余型矿床等。（4）上下地层产状基本一致。2. 角度不整合（斜交不整合） 这种接触关系表现为不整合上下地层之间缺失地层，上覆新地层覆盖在不同时代的老地层之上。角度不整合的特征:(1) 上、下两套地层之间有沉积间断, 缺失部分地层；(2) 上、下两套地层的岩层产状不一致；(3) 在不整合面上常有底砾岩、古风化壳、古土壤层等；(4) 上覆较新地层的底面与不整合面基本平行, 而下伏较老地层的岩层面与不整合面相截交。 纵弯褶皱作用:纵弯褶皱作用是指岩石受到顺层挤压力使岩层失稳弯曲而发生褶皱的作用。 又分为弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用。（1）弯滑褶皱作用: 一系列岩层通过层间滑动而弯曲成为褶皱的过程。弯滑褶皱作用的特点存在应力中和面：背斜上部拉伸，下部挤压；向斜上部挤压，下部拉伸；纵弯曲引起的弯滑作用往往形成平行褶皱。各相邻层的上层相对向背斜转折端滑动，下层向相邻向斜的转折