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煤矿地质构造 培训课件 地质构造第一节岩层产状第二节褶皱构造第三节断裂构造 第四章地质构造 地质构造 指构成地壳的岩层或岩体在外力作用下所发生的变形与变位 1 构造变动 由地壳运动引起的岩层的变形与变位 地壳中的地质构造绝大多数属于构造成因 构造变动是地质学尤其是构造地质学的主要研究对象 2 非构造变动 由于重力作用 地下水 风化 冰川等作用 使岩层或岩体发生局部变形 这种作用不是地壳运动的直接表现 非构造变动规模不大 分布局限 不是构造地质学的主要研究对象 但它的存在影响了对矿区地质构造的全面认识 所以有关章节中适当介绍 第一节岩层产状 一 岩层产状的概念1 岩层 两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石 某一地质历史时期形成的岩层 地层 岩层顶 底界面之间的距离 岩层的厚度 1 夹层2 变薄3 尖灭4 透镜体岩层厚度的变化 2 岩层的产状及测定方法岩层产状 岩层在地壳中的产出状态 1 产状的三要素 1 走向 2 倾向 3 倾角 tg tg cos 视倾向与真倾向之间的夹角 岩层产状三要素 2 岩层产状的记录方法某岩层走向50 或230 倾向140 倾角30 记录如下 1 方位角全面记录 50 SE 30 NE50 SE 30 2 方位角简单记录 140 30 N140 30 3 象限角全面记录 N50 E SE 30 4 象限角简单记录 S40 E SE 30 产状在地质图上的表示方法 在图件的相应位置上标出30 1 2000 1 10000的图件 长线7mm 短线2mm 1 25000 1 50000的图件 长线5mm 短线1mm 3 岩层产状的间接确定方法1 三点法适用条件 岩层倾角缓 罗盘不易测定 或岩层深埋地下不能直接测定时 1 条件 a 三点位于同一岩层面上而不在一条直线上 b 三点水平位置和标高为已知 c 三点范围内岩层产状无变化 2 求法要点 过次高点作一条走向线 再过另二点中的任意一点 最高或最低点 作走向线 利用两条等高线的高程差和水平距离 求出岩层产状 3 具体求法 以一定比例将A B C三点按其平面位置投到平面图上 连接最高最低点 图中A C 在该线上岩层面高程均匀下降 等分该线段 找出与次高点B相同高程的点E BE连线即为次高点B的走向线 过A C两点分别作EB的平行线 既为三条走向线 在BE线上任选一点D 过D作DF DB D F为岩层的倾向 在DB上截取一段DG 并使其等于D F两点的高程差 连接GF DFG既为岩层倾角 求倾角也可以用公式 arctg 高差 平距 上例中 高差 10m 平距可按比例量取 2 在地形地质图上求岩层产状地形地质图 在地形图的基础上 加绘一些地质资料 如地层界线 断层走向线等地质资料 单斜岩层 在一定范围内 岩层的倾斜方向和倾角大体一致 单斜岩层的露头线是岩层面与地面的交线 露头线上的各点既在岩层面上 又在地面上 在地形地质图上 找到露头线与地形等高线的交点 这些点便是岩层面上的已知标高点 只要有三个不同高程的点 便可用上述三点法求解岩层产状 在可能的条件下 直接寻找露头线与同一地形等高线的两个交点 连接这两个交点 既为岩层走向线 右图为地形地质图 A B两点为某岩层界面与100m等高线的两个交点 连接AB 既为某岩层面上的100m走向线 再找出同一界面上与另一等高线200的交点C 过C点作AB的平行线 既为200m走向线 在地形地质图上求岩层产状根据两条走向线的平距和高差 可求出岩层的倾向和倾角 二 岩层的厚度及埋藏深度1 岩层厚度的概念真厚度 h 岩层顶 底面之间的垂直距离 也叫岩层厚度 铅垂厚度 hg 岩层顶 底面间的铅垂距离 水平厚度 hf 在垂直岩层走向的剖面内 岩层顶 底间的水平距离 视厚度 h 与岩层走向斜交的任意剖面内 岩层顶 底面间的距离 h hgcos h hfsin 2 厚度的测定一些岩层虽然出露地表 但受出露条件的限制 不易直接测量其真厚度 要根据已知数据 计算求得 1 根据实测剖面求岩层厚度已知条件 实测剖面得到 剖面方向 坡角 岩层产状 出露宽度 1 地形平坦 h l sin 2 剖面线垂直岩层走向 坡向与倾向相反 h l sin 地形平坦坡向与倾向相反 3 剖面线垂直岩层走向 坡向与倾向一致 h l sin 5 地形直立 地层倾斜 h l cos 坡向与倾向一致 2 在地形地质图上求岩层厚度在地形地质图上 根据岩层面的露头线与同一地形等高线的两个交点 做出岩层顶面的走向线 延长该走向线与岩层底面相交 该直线也是岩层底面上的一条走向线的水平投影 求出重合的两条走向线的高程差 既为岩层的铅垂厚度 下图为地形地质图 AB为岩层顶面上100m走向线 CD为底面上50m走向线 岩层的铅垂厚度hg 100 50 50m 第二节褶皱构造 一 概念 岩层在外力作用下发生各种各样的变形 但仍保持岩层的连续性和完整性 这种构造形态叫褶皱构造 褶皱构造中的一个弯曲 褶曲 向上弯曲 背斜 向下弯曲 向斜 背斜核心的岩层较老 外围的岩层较新 向斜核心的岩层较新 外围的岩层较老 二 褶曲要素褶曲的形态是千变万化的 为了研究它的空间形态 通常把它的各个组成部分及决定其形态特征的几何要素分别给予命名 并统称为褶曲要素 常用的褶曲要素有 1 核 褶曲最中心部分的岩层 2 翼部 褶曲核部两侧出露的岩层 3 轴面 是一个平分褶曲两翼的假想面 轴面可以直立 倾斜或水平 可以是平面或曲面 4 轴及轴迹 轴面与水平面的交线 褶曲轴 轴面与地表面的交线 轴迹 地形起伏不大时 轴与轴迹近于重合 5 枢纽 褶曲岩层在横剖面内的最大弯曲点 枢纽点 同一岩层面上枢纽点的连线 枢纽 6 转折端 褶曲一翼转到另一翼的过渡部分 既两翼岩层的汇合部分 常用的转折端有圆滑状 尖棱状及平缓状三种 三 褶曲的形态分类1 横剖面形态分类1 根据轴面产状分类 1 直立褶曲 又叫对称褶曲 轴面直立 两翼岩层倾向相反 倾角近于相等 2 倾斜褶曲 又叫斜歪褶曲 不对称褶曲 3 倒转褶曲 轴面倾斜 两翼岩层倾向一致 倾角不等 一翼地层顺序正常 另一翼地层顺序倒转 a直立褶曲 b倾斜褶曲 c倒转褶曲d平卧褶曲 e翻卷褶曲 2 根据枢纽在纵向上的起伏分类 1 水平褶曲 枢纽是水平的 褶曲在水平面上长距离延伸 2 倾伏褶曲 枢纽是倾伏的 褶曲向一个方向倾伏 以至消失 第三节断裂构造 地壳中的岩石在地应力作用下 失去其连续性和完整性 这种构造称为断裂构造 节理 断裂面两侧岩块没有明显的位移 断层 断裂面两侧岩块有明显的位移 一 节理 一 节理特点 1 属于小型构造 2 与褶曲断层有密切联系 二 节理成因分类1 构造节理 2 非构造节理 三 节理的几何分类1 按力学性质分类 1 张节理 张应力作用的产物 垂直于张力方向裂开 2 剪节理 力偶作用的产物 2 按节理面走向与岩层产状的关系分类 1 走向节理 节理面的走向与岩层的走向一致 2 倾向节理 节理面的走向与岩层的倾向一致 3 斜交节理 节理面的走向与岩层的走向斜交 3 按节理面走向与褶曲枢纽的关系分类 1 纵节理 节理走向平行于褶曲枢纽方向 2 横节理 节理走向垂直于褶曲枢纽方向 3 斜节理 节理走向斜交于褶曲枢纽方向 二 断层 一 断层要素 为了描述 研究断层 把断层的形态组成部分分别给以命名 统称为断层要素 1 断层面 矿区常见的断层面 1 规整的断层面 2 破碎的断层带 3 密集的小错动 断层面的产状用走向 倾向及倾角表示 2 断层线 既断层面与地面的交线 地形平坦时 断层线接近断层的走向线 断层线的变化规律与地层界线一样 遵循 V 字形法则 3 断盘 被断层面所分割的由岩体或岩层所组成的地块 1 上盘 断层面倾斜时 位于断层面以上的地块 2 下盘 断层面倾斜时 位于断层面以下的地块 4 交面线 岩层层面与断层面的交线 1 上盘交面线 上盘岩层层面与断层面的交线 2 下盘交面线 下盘岩层层面与断层面的交线 二 断距断层两盘相对错开的距离 断距 断距与断层的延伸长度 切割深度共同表示断层规模的大小 在煤矿生产中断距表明了煤层被错开后相隔的距离 因此 断距是开采矿产不可缺少的资料 1 真断距断层面上的某个点 随上 下盘相对位移的距离 真断距代表了断层两盘相对位移的总距离 故又称总断距 真断距ab 是一个向量 可沿不同方向分解成各个分量 ab的铅垂分量ad 铅垂断距 水平分量bd 水平断距 以上两个分量位于包含ab线的铅垂面内 在断层面上 ab沿断层走向线的分量ac 走向断距 ab沿断层倾向线的分量ac 倾向断距 平移断距 总断距 走向断距 铅垂断距 倾向断距 0 正 逆断层 总断距 倾向断距 走向断距 0 铅垂断距 总断距 sin 水平断距 总断距 cos 断层面倾角 2 地层断距上 下盘中同一地层面的距离 地层断距 若沿地层倾向切制剖面 在该剖面内 上 下盘同一岩层面的垂直距离 地层断距 其它剖面内得到的为视地层断距 与地层断距相关联的有 铅垂地层断距hg和水平地层断距hf 三者之间的几何关系 h0 hf cos h0 hg sin 在煤矿生产过程中的应用 地层断距与真断距是两个不同的概念 两点之间的距离必须在两点的连线 即相对位移方向 上量取 而两个面的距离与两个面相对错移时的方向无关 因此 地层断距相同的断层 真断距未必相等 真断距相等的断层 地层断距未必相等 地层断距不同于真断距 它们的各个分量也不存在对应关系 只有在某些特定条件下 二者的某些分量才相等 如地层水平时 地层断距 铅垂断距 铅垂地层断距 3 落差 横切或斜切断层的剖面内 上 下盘同一岩层界线与断层各有一个交点 两个交点的高程差 叫落差 H 两个交点的水平距离 平错 L 两点沿断层面的距离 倾斜间隔 一般把断层倾向剖面内的落差值叫落差 其它剖面内的落差值叫视落差 三 断层的分类1 以两盘相对位移方向为基础的分类 该分类方案首先将断层分成三大类 1 正断层 上盘相对下降 下盘相对上升 2 逆断层 上盘相对上升 下盘相对下降 3 平移断层 两盘沿断层面走向相对水平位移 若上盘相对逆倾向斜冲 逆平移断层 若上盘相对顺倾向斜滑 正平移断层 2 根据断层走向与两盘岩层走向的关系分类 1 走向断层 断层走向与岩层走向基本一致 2 倾向断层 断层走向与岩层走向近于直交 与倾向平行 3 斜交断层 断层走向与岩层走向斜交 3 根据断层走向与褶曲轴向的关系分类 1 纵断层 断层走向与褶曲轴向近于平行 2 横断层 断层走向与褶曲轴向近于直交 3 斜断层 断层走向与褶曲轴向斜交 4 根据断层的组合形式分类 1 地堑和地垒 堑垒构造 2 迭瓦状构造 3 阶梯状构造 阶梯状断层地堑和地垒 四 识别断层的标志1 岩层的不连续1 平面上表现为错开 剖面上表现为升降 证明有断层的存在 断层存在于平面上煤 岩 层错开的部位 2 岩层走向发生急剧变化 由于两盘岩层在相对错动时 产状发生变化而形成 是指一些大 中型断层而言 2 煤 岩 层的重复与缺失1 走向断层与岩层倾向相反时 正断层造成重复 逆断层造成缺失 2 倾向相同 且断层面倾角 岩层倾角 正断层造成缺失 逆断层造成重复 3 倾向相同 且断层面倾角 岩层倾角 正断层造成重复 逆断层造成缺失 走向断层造成岩层重复与缺失a c e 走向断层造成岩层重复 b d f 走向断层造成岩层缺失 3 褶曲的突然变宽变窄褶曲被横向或斜向断层切割时 不仅表现为岩层分布不连续及轴线不连续 还表现为褶曲核部宽度在断层两盘突然变化 PPCCCC背斜PP向斜PPCC下降上升上升下降切割背斜时 上升盘变宽 下降盘变窄 切割向斜时 上升盘变窄 下降盘变宽 平移断层切割褶曲 两盘宽度不变 但各地层界线平行错开 斜移断层 既有平面错开 也有宽度变化 4 牵引褶曲断层两盘沿断层面相对错移时产生的摩擦力 拖动断层附近的岩层 使之弯曲而形成的褶曲 岩层因牵引而变薄的尖端指示了对盘运动方向 5 断层角砾岩6 地形上的陡壁 悬崖7 水文特征有些断层导水性较强 往往成为地下水的出露地表通道 有些断层切割含水层 形成泉水 沼泽 湖泊成排成带分布时 沿线可能是一条或平行排列的数条断层 五 断层类型的确定主要指正断层 逆断层和平移断层的确定 常用的方法有 1 经验类推法 根据以往研究成果 若某矿以正断层为主 那么所遇新断层 就可以根据这种规律判断其类型为正断层 2 小断层类比法 大断层附近常伴生一系列小断层 在巷道掘进中若遇到一系列小断层 可判断前方有大地层存在 且性质与小断层相同 小断层类比 3 岩层层位对比法采用本方法时 必须掌握下列地质情况 1 煤层顶 底板的岩性