第3章 节理 嶂石岩地区节理构造异常发育.ppt

2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 1 第三章节理 Joint 嶂石岩地区节理构造异常发育 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 2 嶂石岩地貌 以嶂石岩命名的嶂石岩地貌 和丹霞地貌 张家界地貌并称为中国三大旅游砂岩地貌 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 3 河南辉县郭亮村 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 4 河南辉县郭亮村 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 5 北京房山十渡孤山寨一线天 距地面高约45m 长65m 宽1 1 5m 最窄处仅有60 70cm 在北京地区 像这样如此之高 之长 之险 之窄的张性构造裂隙 实属罕见 堪称地质奇观 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 6 香格里拉巴拉格宗大峡谷 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 7 2012年4月22日美国冒险家迪恩 波特成功徒手攀爬湖北恩施大峡谷海拔1800米高峰 在大峡谷一炷香景点处零保险状态下行走41米于两座山峰之间的软绳 扁带 上 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 8 破裂 Fracture 破裂构造的两方面特征 1 断裂 存在裂隙 地质体不再连续 2 位移 沿破裂面 a 没有位移 节理b 有位移 断层如果裂隙被矿物充填 脉体 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 9 圆形的 弹坑 是受到长期风蚀或水蚀侵袭之后的痕迹 而纵横交错的裂纹则是岩石受到外力挤压或拉伸而形成的节理 其中横向 较深的节理形成的时间更早 而两组交错的斜向节理则更为年轻 因为我们从图中可以看到 横向节理有明显的被斜向节理所截断的痕迹 嶂石岩石英砂岩 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 10 非常典型的X型破裂 两组共轭剪切破裂 节理 各自向对方倾斜 呈X形状 中间那点公用 构成两组节理面的交线 两组节理总是像情侣一样同时出现 比翼双飞 所以 可以把共轭X剪切破裂称之为夫妻节理 共轭 的本意 两头牛背上的架子称为轭 轭使两头牛同步行走 共轭即为按一定的规律相配的一对 通俗点说就是孪生或夫妻 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 11 节理 断层 周口店龙门口 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 12 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 13 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 14 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 15 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 16 节理是岩石中的裂隙 是没有明显位移的断裂 节理研究的意义 1 通过对节理性质 产状 分布规律 分期 配套及其与褶皱 断裂和区域构造关系的分析 阐明地质构造的形成和发展过程 2 节理是一种重要的控矿构造 对于石油 天然气和地下水的运移及储存有重要意义 第一节节理的定义和研究意义 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 17 岩石节理对在缺水地区 中国西北地区 非洲等 找寻地下水尤为重要 钻打到节理特别是两组节理的交线部位 几乎肯定见水 如果移动哪怕一小点距离就会打到节理之间的菱形块体内 就是干井 出不来水 做无用功 水对维持人类正常生活 畜牧业 工业发展必不可少 所以 正确地利用构造地质学知识指导科学找水特别重要 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 18 区域性的节理控制着地形的演化 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 19 云南石林 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 20 张家界武陵源石柱林景观 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 21 节理的成因 原生节理 成岩过程中形成 如沉积岩中因缩水而造成的泥裂或火成岩冷却收缩而成的柱状节理 构造节理 由构造变形而成 非构造节理 由外动力作用形成 如风化作用 山崩或地滑等引起的节理 常局限于地表浅处 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 22 原生节理 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 23 柱状节理 云南腾冲 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 24 北爱尔兰著名的景点 巨人堤道 位于北爱尔兰的东北海岸 离Antrim县的Bushmills镇仅3公里远 在1986年 其被列入世界文化遗产 巨人堤道 有很多石柱 其石头大部分都为六角 Hexagonal 但也有些有四个 五个 七个或八个角的 最高的石柱达到12米高 爱尔兰的Giant sCauseway是上古时代火山爆发后留下的玄武岩地貌 另外以玄武岩地貌著名的类似地方还有苏格兰STAFFA岛上的Fingal s溶洞 亚美尼亚的加尼峡谷等 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 25 岩石的变形与构造制约地表植被的发育 地球的岩石圈与生命圈是密切相关的 开花的小草挤在玄武岩的柱状节理缝里 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 26 柱状节理 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 27 节理的分类主要依据两个方面 一是按节理与有关构造的几何关系 一是按节理形成的力学性质 一 节理与有关构造的几何关系分类 1 根据节理产状与岩层产状的关系划分2 根据节理产状与褶皱轴的关系划分3 根据节理产状与侵入岩中流动构造关系划分 二 节理的力学性质分类 可将节理划分为剪节理和张节理两类 第二节节理的分类 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 28 一 节理与有关构造的几何关系分类 1 节理产状与岩层产状关系分类走向节理 节理走向与所在岩层的走向大致平行的节理 图中1 倾向节理 节理走向与所在岩层的走向大致垂直的节理 图中2 斜向节理 节理走向与所在岩层的走向斜交的节理 图中3 顺层节理 节理面与所在岩层的层面大致平行的节理 图中4 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 29 节理与有关构造的几何关系分类 2 节理与褶皱轴关系分类纵节理 节理走向与褶皱轴向平行的节理 横节理 节理走向与褶皱轴向直交的节理 斜节理 节理走向与褶皱轴向斜交的节理 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 30 二 节理的力学性质分类 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 31 剪节理 张节理 张节理 3 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 32 张节理 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 33 张节理 多脉体充填 脉的宽度变化大 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 34 剪节理脉 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 35 剪节理的主剪裂面往往由羽状微裂面组成 主剪裂面与微裂面之间的交角一般为10 15 相当于岩石内摩擦交的一半 其与主剪裂面之间所夹锐角指示本盘的运动方向 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 36 雁列张节理 火炬状节理 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 37 雁列节理野外出露特征 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 38 海滩岩石的夫妻节理 即 X 型共轭节理系 把石头切割成 巧克力 状 美 真想咬一口 秀色可餐啊 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 39 共轭的X型节理是一种典型的剪节理 两组剪节理的夹角即为共轭剪裂角 他与主应力轴 1的关系为 交平分线的方向即为最大主应力轴 1的方向 在野外 可以用这种共轭节理来实地判定最大主应力轴 1的方向 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 40 都江堰 国堰宾馆 墙上的X破裂 由汶川地震形成 注意顶上几层没有 看来买房子买顶楼的要保险些 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 41 映秀璇口中学校舍墙上的X破裂 由汶川地震形成 该楼原为5层 一楼坐下去了 二楼压到地面 一楼屋内的人若没逃出必死无疑 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 42 在岩石力学实验室内 我们可以重现这样的X型共轭剪切破裂 条件是差应力大于4倍岩石的拉张强度 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 43 关于共轭剪裂角的讨论 剪切破裂面与最大主压应力轴 1 之间的夹角称为剪裂角 按照库仑 Coulomb 纳维叶 Navier 和莫尔 Mohr 的剪切破裂准则 剪裂角 为内摩擦角 这就是说剪裂角总是小于45 当内摩擦角很小 围压大温度高 岩石呈塑性时 剪裂角才趋近45 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 44 从现有的高温高压岩石力学试验成果来看 剪裂角永远不能大于45 然而野外地质现象却清晰地表明可以大于45 这样就产生了矛盾 李四光教授指出 在岩层具有塑性变形的条件下 在长期受压力的过程中 或在强烈压力作用下 对着压力方面的锐角有时变为钝角 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 45 对于剪裂角大小的变化 目前有两种主要看法 一种观点认为剪裂角之所以可能变成大于45 的状况 主要是由于长期地质作用的结果 即脆性破裂后又经过了塑性变形的影响 另一种观点认为野外实际的岩石多是非均质的 微裂隙遍布于各个方位 岩石受力后常常沿着微裂隙发育的优势面 即潜在的软弱面 发生断裂 按照这种观点 最大主压应力方向与破裂面之间的夹角就不具有稳定的数值 而是随地质条件的不同带有相当大的偶然性 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 46 所以 根据剪裂面确定主应力轴 三个主应力轴中的 2是确定的 1或 3则需根据野外的切错 相对位移等关系来综合确定 不能简单以共轭节理所夹锐角或钝角来确定最大或最小主压应力方向 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 47 节理力学性质的转化 一些早期形成的剪节理 在后期构造变形中会被改造或叠加 例如 早期在南北向挤压下形成一对共轭剪节理 后期在南北向顺时针剪切力的作用下 北东向一组剪节理被改造为北东向的张节理 若后期发生的是南北向逆时针剪切力 则早期的北西向一组剪节理被改造成北西向的张节理 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 48 张剪性节理 主干节理 派生节理 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 49 节理组 在一次构造作用的统一构造应力场中形成的 产状基本一致 力学性质相同的一群节理称为节理组 节理系 在一次构造作用的统一构造应力场中形成的两个或两个以上的节理组称为节理系 系统性节理 在区域性节理的发育中 在节理产状 方位 组合 排列 间距等方面具有规律性的节理就叫做系统性节理 无规律可循的则称为非系统性节理 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 50 第三节雁列节理和羽毛构造 雁列节理是一组成雁行式斜列的节理 如若雁列节理被岩脉或矿脉所充填 则称为雁列脉 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 51 雁列脉的基本要素aa bb 雁列带 雁列脉呈带状展布的范围AW 雁列带宽度雁列面 穿过各单脉中心而平分雁列带的中心面MM 雁列轴 雁列面在雁列带横截面上的迹线 雁列角 单脉与雁列面的锐夹角 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 52 雁列节理中单脉的形态左 张裂型 右 剪裂型 单脉的形态单脉的形态有两种 即平直型和S型 平直型 节理平直 狭窄而延伸长者多为剪节理 S型 节理中段宽而两端窄者多为张节理 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 53 雁列节理和雁列脉的左阶和右阶 当沿着节理走向观察时 次级节理向左侧错列 并与前一条节理的近端横向重叠 称为左阶 或左列 反之称为右阶 或右列 左阶 列 右阶 列 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 54 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 55 这是一支真羽毛 典型的羽毛构造 羽根朝着右下方 断裂朝着左上方传播 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 56 羽饰构造包括以下几个组成部分 羽轴 羽脉 边缘带 边缘节理 陡坎 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 57 岩石破裂面上这种 羽毛 构造在英文中叫Plumestructure或Featherfracture 它由羽轴及两侧的羽片构成 羽片上有一系列羽枝 构成人字行 羽枝发散方向指示岩石破裂的扩展方向 羽枝收敛汇聚方向即羽根指向裂源点 从岩石羽毛结构研究发现 裂源点总是岩石中原先存在的力学薄弱点 例如 空洞 裂隙 化石 弱矿物等 原来 岩石中破裂是从一个薄弱点跳到另一个薄弱点的 就像运动员的三级跳 这就加深我们对岩石断裂机制的理解 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 58 岩石中常见的羽毛构造 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 59 汶川地震之后 在陈家坝乡附近龙门山中央主断裂内的羽毛构造 它是地震破裂在岩石中快速传播留下的证据 常见于细粒的岩石例如粉砂岩 石灰岩等中 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 60 图5 23 羽饰构造有多种型式 最常见的是人字型 也有呈放射状和环状的 羽饰构造一般发育于浅层次的脆性状态岩石中 是快速破裂中形成的 羽脉的发散方向指示节理的扩展方向 羽脉收敛会聚方向和人字型尖端指向断裂源点边缘带的边缘节理及陡坎与微剪羽裂类似 显示出剪切力偶方向 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 61 一 节理的分期 节理的分期就是将一个地区不同构造时期 不同构造应力场所形成的节理进行筛分 把同一构造期和同一构造应力场所形成的节理组合在一起 节理的分期主要依据 1 节理组以及节理系之间的交切关系 2 各期节理的配套关系 第四节节理的分期和配套 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 62 错开 后期形成的节理切断早期形成的节理 若后期节理是剪节理 则可见到错断线两侧标志点的对应错开 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 63 限制 一组节理延伸到另一组节理前突然中止 这种现象叫做限制 被限制的节理组形成相对较晚 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 64 互切 如果两组节理互相交切或切错 且两组节理相互切错的方向服从统一的构造应力场 则说明两组节理是同时形成的 并具有共轭关系 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 65 能否配套 别那些不同方向的节理或节理组是否是形成于同一构造时期 并且是否是形成于同一构造应力场的作用 能否配套成为共轭 X 型节理系 1 节理配套的概念 节理配套就是将在一定构造时期的统一构造应力场中形成的各组节理组合成一定的系列 换句话说 就是去鉴 二 节理的配套 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 66 谁跟谁配套 2 节理配套的依据 1 进行配套的两组节理无论是在平面上还是在剖面上均具有一定的几何学组合关系 多数呈 X 型式 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 67 2 进行配套的两组节理或几个节理组在其尾端可以有折尾 菱形结环 分叉 3 进行配套的两组节理或几个节理组必需是形成于同一构造时期 在动力学上属于统一的构造应力场 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 68 4 进行配套的两组节理或几个节理组在露头上可见到相互切错的关系 并且这种相互切错关系遵循于力学分析原理 服从于统一的构造应力场 两组方向节理的相互切错 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 69 5 进行配套的两组节理或几个节理组的节理面上有擦痕 且擦痕指示的两组节理的相对位移方向遵循力学分析原理 服从统一的构造应力场 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 70 6 进行配套的两组节理或几个节理组的节理面中或旁侧的伴生 派生构造所反映的动力学特征符合统一的构造应力场 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 71 7 进行配套的两组节理或几个节理组的节理面一般应该有相应的构造归属 即可以归属到研究区某一次构造运动的构造成分 8 早期形成的 X 型共轭剪节理后期受到挤压作用 易形成追踪张节理 利用这种特征也可将节理组进行配套 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 72 奇特的变质岩 天生桥 天生桥长27米 宽13米 高13米 由变质岩构成 全国罕见 桥面由伟晶岩组成 微呈拱形 天生桥座落在落差112米的瀑布之上 呈南北向分布 桥前是百丈深渊 奔腾的瀑布 呼啸着从桥下飞泻直下 气势磅礴 蔚为壮观 天生桥是怎么形成的 天生桥的生成 受岩性和变质岩两组 X 型节理控制 桥洞处正好是黑云母斜长片麻岩中两组 X 型节理交叉处 在 X 节理交叉处岩石十分破碎 黑云斜长片麻岩本身岩性又软弱 极易风化 经过寒冻风化剥落与后期冰雪水 瀑布流水的长期不断的冲刷 将破碎的黑云母斜长片麻岩冲走 保留了坚硬的伟晶岩形成的桥面 这完全是大自然鬼斧神工的杰作 也是地质构造与物质成分巧妙结合的结果 河北阜平天生桥地质公园 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 73 天桥瀑122米落差 河北阜平天生桥地质公园 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 74 第五节节理脉的充填机智和压溶作用一 扩张脉和非扩张脉1 扩张脉 溶液侵入节理空间 并使节理两壁张开而形成岩脉 纤维状晶体可垂直壁 可斜交壁 2 非扩张脉 溶液与围岩交代 占有空间而形成的岩脉二 裂开 愈合作用1 形成过程 裂缝 裂开 充填 愈合 再裂开 反复裂开 愈合的增生作用 2 充填物 石英 方解石 长石等三 缝合线1 不纯灰岩中的与节理类似的小构造2 多锯齿状 总体顺岩层层面发育3 先有裂缝 后经压溶形成 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 75 扩张性岩脉 A B C 和非扩张性岩脉 D E F 裂开 愈合脉的发育示意图 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 76 A 缝合线构造及其与层理和斜交关系B 缝合线锥轴与应力轴的关系 A 柱状缝合线 B 锥状缝合线 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 77 缝合线构造过去认为 缝合线构造都是平行层理的 是压溶作用的结果 是成岩作用过程中的产物 近年来的研究证实 缝合线构造不仅平行于岩层层面分布 而且还可与层面垂直或斜交 它们是先裂缝后压溶而成 是构造作用的产物 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 78 第六节区域性节理一 一般特征1 区域性构造作用的结果2 发育范围广 产状稳定3 规模大 间距宽 延伸长 可切穿不同岩层4 构成一定的 有规律的几何形式5 主节理延伸长 规模大 在各组各类节理中站主要地位6 节理是地壳浅层次的脆性变形构造二 区域构造分析中的作用1 判断大构造和构造应力场2 节理分期 配套 3 应力场图解 相同时期 统一应力作用下形成的节理 有规律分布 不同方位 不同性质 不同旋向 可求出主压应力的方向 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 79 第七节节理的野外观察一 观察点的选择选择节理的观察点应遵循如下一些原则 1 露头良好 最好能在三度空间观测 其露头面积一般不小于10m2 以便进行大量的测量 2 构造特征清楚 岩层产状稳定 3 节理比较发育 组系和相互关系比较清楚 4 观察点应选在构造上的重要部位 并在不同的构造层 不同岩系和不同岩性层中都应布点 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 80 二 节理观测的内容 1 地质背景的观测 在对节理观测前 首先应了解观察地段的地质背景 其中包括 节理所在构造层及其组成 地层时代及其产状 岩层及其成层性 褶皱和断层的特点 观测点所在的构造部位等内容 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 81 2 节理的分类及节理组 节理系的划分 根据节理特征对节理进行力学性质的鉴别和确定 根据节理方向 力学性质 形成时间的一致性 划分和确定节理组 根据节理和节理组形成时间的一致性 形成的构造应力场的统一性 划分和确定节理系 3 节理的配套和分期 根据节理配套的依据将所有节理和节理组进行配套 根据节理分期的依据将所配好的共轭节理和其它节理按形成的先后顺序进行分期 4 节理发育程度的研究 岩性对节理的发育有明显的影响 岩性对节理发育程度的影响表现为 韧性岩层中剪节理比张节理发育 在同一应力状态下 韧性岩层中共轭剪节理的夹角常常比脆性岩层中大 节理的间距或密集程度也因岩性而有差异 岩层的厚度影响节理发育的间距 岩层越厚节理间距越大 层面的存在会降低岩石的强度 因此 岩性相同而厚度不等的岩石 在同样外力下 薄层中的间距小 更密集 2020 3 7 构造地质学 郝建民主讲 82 5 节理发育程度的研究 节理发育程度常常以密度或频度来表示 节理频度或密度是指节理法线方向上单位长度内节理的条数 条 米 如果n组节理都很陡 可以选定单位面积测定节理数 为了了解岩石的渗透性及其影响