煤矿地质学—地质构造

第5章地质构造,第一节单斜构造第二节褶皱构造第三节断裂构造,掌握常见的地质构造概念及鉴定方法,第5章地质构造,重点,难点,构造的分类依据及常见的构造类型,要求,构造形态,岩层形成后，在地壳运动影响下，发生变位和变形，其原始产状受到不同程度的改变，这称之为地质构造变动。发生构造变动的岩层所呈现的各种空间状态，称作地质构造。表现主要形式：褶皱变动是岩层发生弯曲但岩层是连续的；断裂变动是岩层的连续性遭到破坏、岩层中产生了破裂面。,第4章地质构造,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。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。,第4章地质构造,一、岩层及其产状（一）岩层岩层是由两个平行或近于平行的界面所限制的同一岩性组成的层状岩体。岩层的顶面、底面、厚度称为岩层的三个要素,第一节单斜岩层,一、岩层及其产状（二）岩层产状岩层产状是指岩层的空间位置。用于描述岩层的空间展布特征。一般岩层的产状用走向、倾向、倾角表示。走向、倾角、倾向称为岩层产状的三要素。,第一节单斜岩层,走向指岩层面与水平面的交线。走向是直线，有两个方向，方向用方位角表示。如走向的一个方位角是30，可称岩层的走向是30，也可称岩层的走向为210。,第一节单斜岩层,（二）岩层产状,2.倾向在岩层面上沿岩层面的倾斜方向垂直走向的直线称倾斜线。倾斜线在水平面上的投影线所指的岩层面倾斜方向称倾向。倾向与走向相互垂直。倾向是射线，只有一个方向，用方位角表示，如倾向为30，可称岩层的倾向为30,第一节单斜岩层,（二）岩层产状,3.倾角倾斜线与其在水平面上的投影线(倾向线)之间的夹角。,第一节单斜岩层,（二）岩层产状,第一节单斜岩层,（二）岩层产状,对于一个岩层，真倾角只有一个，视倾角可有无数个，而且任何一个视倾角均小于真倾角。,第一节单斜岩层,（二）岩层产状,第一节单斜岩层,（三）产状的表示方法,文字记述中，产状常用方位角表示：只记述倾向和倾角。例如：12032，表示岩层倾向为120，倾角为32。平面图上产状符号如下,第一节单斜岩层,（四）岩层的基本特征,1.水品岩层岩层层面保持水平状态，即同一岩层面上的海拔高度基本相同的岩层称为水平岩层。水平岩层的特征：1.在地层层序没有发生倒转的情况下，地质时代较新的岩层叠覆在较老的岩层之上。2.水平岩层的厚度是该岩层顶面标高与底面标高之差。3.水平岩层的出露和分布状态完全受地形控制。在地图上，其出露界线与地形等高线平行或重合。4.水平岩层露头的水平宽度是随岩层的厚度和地面坡度的变化而变化的。,14,水平岩层,基本特征露头形态,3、水平岩层的露头形态，完全受地形控制，其出露线（岩层层面与地面的交线）在地质图上表现为与地形等高线平行或重合，而不会相交。,思考：在平面地质图上，水平岩层在山谷、山脊和山顶各是什么形状？,在山顶上往往呈不规则的同心圆状。,15,山谷中岩层的出露界线随等高线弯曲而弯曲，延伸成“V”字形，“V”字形尖端指向上游；在山坡上“V”字形尖端指向下游。,水平岩层,基本特征露头形态,第一节单斜岩层,（四）岩层的基本特征,水平岩层的特征：水平岩层露头的水平宽度是随岩层的厚度和地面坡度的变化而变化的。当地面坡度一定时，露头宽度与岩层厚度成正比，即岩层厚度大，露头宽度也大，岩层厚度小，露头宽度也小。当岩层厚度一定时，露头宽度与地形的坡角大小成反比，即坡度越大，露头宽度越小；坡度越小，露头宽度越大。,第一节单斜岩层,（四）岩层的基本特征,第一节单斜岩层,第一节单斜岩层,（四）岩层的基本特征,2.直立岩层岩层面与水平面垂直，在地质图上，其露头宽度与真厚度相等，岩层界线为一直线，其延伸方向不受地形影响，与地形等高线斜交。,第一节单斜岩层,第一节单斜岩层,（四）岩层的基本特征,1.倾斜岩层受构造运动的影响，岩层改变了原始的水平状态并发生倾斜，称为倾斜岩层。倾斜岩层的特征：1.在地层层序没有发生倒转的情况下，地质时代较新的岩层叠覆在较老的岩层之上。2.岩层的厚度为该岩层顶面与底面之间的垂直距离。露头的水平宽度取决于岩层的厚度和地面坡度的变化。3.岩层的出露和分布状态完全受地形控制。其露头线遵循“V”字形法则,第一节单斜岩层,第一节单斜岩层,（四）岩层的基本特征,1.倾斜岩层“V”字形法则共有三条法则当岩层倾向与地面坡向相反时，岩层露头界线与地形等高线的弯曲方向一致：即在沟谷处，岩层界线的“V”字形尖端指向沟谷上游方向；而在穿过山脊时，“V”字形尖端则指向山脊的下坡。,第一节单斜岩层,相反相同,第一节单斜岩层,（四）岩层的基本特征,1.倾斜岩层“V”字形法则共有三条法则当岩层倾向与地面坡向相同且岩层倾角大于地面坡角时，岩层界线与地形等高线呈相反的方向弯曲：在河谷处，岩层界线的“V”字形尖端指向河谷下游；在山脊处，岩层界线的“V”字形尖端指向山脊的上坡。,第一节单斜岩层,相同相反,上节回复,1地质构造常见的有（）、（）、（）和（）。2岩层的产状三要素包括（）、（）和（）。3当地面坡度一定时，露头宽度与岩层厚度成（）比，当岩层厚度一定时，露头宽度与地面坡度成（）比。4当岩层倾向与地面坡向相反时，岩层露头线与地形等高线的弯曲方向（），在沟谷出，岩层界限的“V”字形尖端指向沟谷（）方向，而在穿过山脊时，“V”字形尖端指向山脊的（）。5当岩层倾角与地面坡向相同且岩层倾角大于地面坡角时，岩层界限与地形等高线呈（）的方向弯曲；在河谷处，岩层界限的“V”字形尖端指向河谷（）；山脊处，岩层界限的“v”字形尖端指向山脊的（）。,上节回复,7岩层形成后，在地壳运动影响下，发生变位和变形，其原始产状受到不同程度的改变，这称为（）；发生构造变动的岩层所呈现的各种空间形态，称作（）。8岩层的（）、（）、（）称为岩层的三个要素。9对于一个岩层，（）倾角只有一个，（）倾角可有无数个，而且任何一个视倾角均（）真倾角。10水平岩层的出露和分布状态完全受地形控制。在地图上，其出露界线与地形等高线（）或（）。山谷中岩层的出露界线随等高线弯曲而弯曲，延伸成“V”字形，“V”字形尖端指向（）；在山坡上“V”字形尖端指向（）。,第一节单斜岩层,（四）岩层的基本特征,1.倾斜岩层“V”字形法则共有三条法则当岩层倾向与地面坡向相同且岩层倾角小于地面坡角时，岩层界线与地形等高线的弯曲方向相同。在河谷处，岩层界线的“V”字形尖端指向河谷上游；而在山脊处，岩层界线的“V”字形尖端指向山脊的下坡。,第一节单斜岩层,相同小相同，,31,（1）、（3）两种情况相似，不同的是前者“V”字形弯曲较等高线开阔，而后者“V”字形弯曲度较等高线紧闭。,倾斜岩层的露头形态（V字形法则）,第一节单斜岩层,（五）地层的接触关系,地层的接触关系是指上下两套新和老的地层之间的在时间和空间上的相互关系。地层接触关系分为整合接触和不整合接触两种。其中不整合接触又包括平行不整合（假整合）接触和角度不整合接触,第一节单斜岩层,（五）地层的接触关系,1)整合接触指某个地区在一定的地质历史时期内，地壳运动与沉积作用处于相对平衡状态，沉积连续、形成上下两套地层之间的岩性和古生物演化基本一致，上下两套地层之间的接触关系称为整合接触。特点1.上下两套地层为连续沉积；2.上下两套地层之间的岩性、古生物基本一致3.上下两套地层之间不存在侵蚀面。,第一节单斜岩层,（五）地层的接触关系,2）不整合接触1.平行不整合（假整合）接触指某个地区在一定的地质历史时期内，地壳下降接受沉积后，地壳再抬升，使已形成的地层遭受风化剥蚀，出现明显的区域性沉积间断；之后地壳再次下降并接受沉积，上下两套地层之间的产状基本一致，称为平行整合接触或假整合接触。特点（1）上下两套地层之间有明显的沉积间断，岩性、古生物突变，缺失某些时代的地层；（2）上下地层之间存在分布广泛的沉积间断面；（3）上下地层之间的产状基本一致。,第一节单斜岩层,（五）地层的接触关系,2.角度不整合接触指某个地区在下伏地层形成后，发生强烈的地壳运动，使已形成的地层发生倾斜、褶皱、断裂、或伴随岩浆活动、变质作用，并遭风化剥蚀、造成明显的区域性沉积间断；之后地壳再次下降并接受沉积，使新地层覆盖在不同时代的老地层之上，上下两套地层之间的产状不一致，称为角度不整合接触。,主要内容一、褶皱构造的概念二、褶曲的形态分类,第二节褶皱构造,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。,第二节褶皱构造,第二节褶皱构造,1.褶皱构造的基本类型,褶皱岩层在地壳运动的长期作用下，原始产状改变，形成各种弯曲，但仍保持连续性，称为褶皱构造，简称为褶皱。褶皱构造中单个的弯曲称为褶曲。褶曲包括向斜和背斜两种基本类型。背斜在形态上为一个弧顶向上的弯曲，中心部分为老地层，两侧地层依次更新。向斜在形态上为一个弧顶向下的弯曲，中心部分为新地层，两侧地层依次变老。,第二节褶皱构造,（一）.褶皱构造的基本类型,第二节褶皱构造,不对称背斜-宁夏贺兰山奥陶系,第二节褶皱构造,（二）褶曲要素,1.核部和翼部：褶曲的中心部位称核部；核部两侧称翼部。2.转折端：两翼岩层汇合转折的部位。3.枢纽点和枢纽线：同一褶曲横剖面上同一岩层面的最大弯曲点枢纽点；同一褶曲横剖面上同一岩层面的最大弯曲点的连线叫枢纽线，即枢纽。4.轴面和轴迹：指将褶曲岩纵向分为两部分的一个假象面。轴面与水平面的交线称轴迹。5.顶角和翼角：两翼同一岩层之间的夹角叫顶角。两翼岩层与水平面夹角叫翼角。,第二节褶皱构造,第二节褶皱构造,第二节褶皱构造,（三）.褶曲的形态分类,褶曲形态分类包括四种：横剖面的、纵剖面的、平面的及其组合形式。（1）褶曲的横剖面形态分类横剖面指垂直于褶曲轴的剖面，主要分为四种形态：1.直立褶曲：轴面直立或近于直立，两翼岩层倾向相反，倾角近等，又称对称褶曲。2.斜歪褶曲：轴面倾斜，两翼岩层倾向相反，倾角不等，又称不对称褶曲。,第二节褶皱构造,（三）.褶曲的形态分类,3.倒转褶曲：轴面倾斜，两翼岩层倾向相同，一翼岩层层序正常，另一翼倒转，老岩层覆于新岩层之上。4.平卧褶曲：轴面近于水平，一翼岩层倒转，另一翼正常。,第二节褶皱构造,（三）.褶曲的形态分类,（2）褶曲的纵剖面形态分类纵剖面指平行于褶曲轴的剖面，主要分为二种形态：1.水平褶曲：轴面枢纽近于水平，褶曲沿水平方向延伸，两翼岩层走向大致平行。2.倾伏褶曲：褶曲枢纽倾伏并向一个方向倾没以至消失，两翼岩层走向不平行且逐渐朝一个方向汇合。注意：自然界中的褶曲枢纽几乎都是倾伏的，水平褶曲常是它的一部分。,第二节褶皱构造,（三）.褶曲的形态分类,（3）褶曲的平面形态分类在水平面上，根据褶曲延伸长度及同一岩层界限的长宽比分为三类：1.线形褶曲：延伸远、长宽比大于10：1。2.短轴褶曲：延伸不远即倾伏消失，长宽比为10：1至3：1之间。3.穹窿和构造褶曲：褶曲的平面形态为浑圆形，其长与宽之比小于3：1.背斜又叫穹窿，向斜又叫构造盆地。,膝状褶皱,平缓褶皱,W型对称褶皱,钩状褶皱,主要内容一、断裂构造的概念二、节理三、断层,第三节断裂构造,（一）断裂构造的概念,第三节断裂构造,当长期作用在岩层上的构造应力达到或超过岩石的强度极限时将发生变形造成破裂和错动，使岩层的连续完整性受到破坏。岩层断裂后，其破裂面两侧的岩块无显著位移的称节理；有显著位移的称断层。它们统称为断裂构造。,（一）断裂构造的概念,第三节断裂构造,1）节理断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，但没有发生明显的相对位移的断裂构造称节理，又称为裂隙。其破裂面称为节理面。,（一）断裂构造的概念,第三节断裂构造,（1）节理的分类1.节理的力学性质分类节理按力学性质可分为张节理和剪节理。张节理是在张应力作用下形成的节理。剪节理是在剪应力作用下形成的节理。,1）张节理特点：产状不稳定，在平面上呈蜿曲状或锯齿状延伸，沿走向延伸不远即告消失。,湖北省某地砂岩中张节理的侧列形式,1）张节理特点：张节理面粗糙不平，发育在砾岩中的张节理往往绕砾石通过。平面观察，张节理明显呈不规则的弯曲；追踪两组剪节理的张节理呈规则的锯齿状，可称为追踪张节理。,宁芜侏罗系砂岩中张节理的不规则弯曲,江苏江宁某地区追踪张节理控制的矿脉,1）张节理特点：张节理常呈开口状或楔形，节理两壁之间的距离较大，常被后期地质作用的物质所充填，形成各种脉体。张节理一般发育稀疏，节理之间的距离较大，分布不均匀，即使局部地段发育较多也很少密集成带。张节理面方向上往往有轻微的裂开，但节理面上一般无擦痕。,1）张节理特点：张节理的尾端变化形式有两种：树枝状分叉和杏仁状结环。树枝状分叉的小节理没有明显的方向性；杏仁状结环呈椭圆形，棱角不明显。,上节回复,1当岩层倾向与地面坡向相同且岩层倾角小于地面坡角时，岩层界限与地形等高线的弯曲方向（）。在河谷处，岩层界限的“v”字形尖端指向河谷（);而在山脊处，岩层界限的“v”字形尖端指向山脊的（）。2褶曲基本形态只有两种分别为（）和（）。3背斜中心部分为（）地层，两侧依次对称分布（）地层；向斜中心部分为（)地层，两侧依次对称分布（）地层。4褶曲的中心部位称（);核部两侧称（）。背斜核部岩层相对于两侧岩层（）；向斜核部岩层相对于其两侧岩层（）。,上节回复,6褶曲的纵剖面的形态主要包括（）褶曲和（）褶曲，自然界中的褶曲几乎都是（），（）褶曲常是它的一部分。7轴面直立，两翼倾向相反，倾角近相等是（）褶曲；轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不等的是（）褶曲。8褶曲的平面形态为浑圆形，其长与宽比小于3:1.其中背斜称为（），向斜称为（）。9（）和（）统称为断裂构造。其中破裂面两侧的岩块无显著位移的称为（）；有显著位移的称（）。,2）剪节理特点：.剪节理产状较稳定，沿走向和倾向延长较远，但穿过岩性显著不同的岩层时，其产状可以发生改变，反映岩石性质对剪节理方位有一定的影响。,2）剪节理特点：节理平直而光滑，常具擦痕构造现象；节理两壁之间往往比较紧闭。发育在砾岩中或含砾的碎屑岩中的剪节理常把砾石切穿并发生微小的错移，可以借助这种错移确定岩石被剪切的方向。一般剪切理发育较密集，相邻两节理之间的距离较小，常具有等距性分布特点；有时则密集成带。,2）剪节理特点：在由压应力诱导产生的剪应力作用下形成的剪节理，常发育成两组构造X型剪节理。,同一应力场作用下形成的两组剪节理相互交切,2）剪节理特点：剪节理常呈羽列现象，仔细观察一条剪节理往往并非一条单独的节理，而是由若干条方向相同首尾接近的小节理呈羽状排列而成。,2）剪节理特点：剪节理的尾端变化有三种形式：折尾、菱形结环和节理叉。,（一）断裂构造的概念,第三节断裂构造,（1）节理的分类2.节理的产状分类根据节理产状与岩层产状的关系，分为三种：1）走向节理：节理走向大致与岩层走向平行。2）倾向节理：节理走向大致与岩层走向垂直，与岩层倾向大致平行。3）斜向节理：节理走向与岩层走向斜交。,（一）断裂构造的概念,第三节断裂构造,（1）节理的分类,3.节理的成因分类根据成因分两大类：原生和次生节理。1）原生节理：在沉积作用、岩浆作用以及成岩过程中形成的节理。例如玄武岩柱状节理、煤的内生裂隙等。2）次生节理：岩层形成后生成的裂隙。又分为二类：构造节理：由地壳运动产生的构造应力所成，分布广、有规律。非构造节理：外力地质作用或人为因素所成。例如风化、滑坡、崩塌、冰川、人工爆破等造成的。规模不大、分布不广、无规律。,（二）节理的观测与研究,第三节断裂构造,1.观测1）选择和建立观测点根据研究目的，在不同的构造部位、不同层位、不同岩性上观测。要是有足够大的面积，以保证有几十条节理可供观测。2）描述、记录节理特征记录内容包括构造部位、层位、岩性、地层时代和产状、节理产状、节理力学性质、充填特征和形态特征、伴生构造、密集程度等。,（二）节理的观测与研究,第三节断裂构造,2.研究1）数理统计节理密度：指垂直节理走向上单位距离内节理的条数。节理裂隙度：垂直节理走向上单位距离内节理缝隙宽度。裂隙率（面密度）：节理裂隙面积占观测面积的百分比。2）资料的整理分析对节理进行分组、分期、分性质统计，编制相应图件。,（三）断层,第三节断裂构造,断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，并且发生明显的相对位移的断裂构造称断层。,（三）断层,第三节断裂构造,（1）断层要素包括断层面、断层线、断盘、断层交面线、断距、落差等。1.断层面：指断层的破裂滑动面。2.断层线：断层面与地面的交线，即断层在地面的出露线。3.断盘：断层面两侧的岩体。位于断层面上方的称为上盘；位于断层面下方的称为下盘。4.断层交面线：断层面与岩层底面的交线。,（1）断层要素,（三）断层,第三节断裂构造,（1）断层要素5.断层的断距、落差1）断距包括总断距(滑距)、地层断距、铅垂断距、水平断距总断距(滑距)：原先断层面上的某个点，随着两盘相对位移而撕裂成上、下盘的各一点，该两点之间的距离，称为真断距。真断距是个向量，可以沿不同方向分解成几个分量。真断距的铅垂分量，称铅垂断距；真断距的水平分量，称水平断距。,（一）断层要素,断层位移相当点（撕裂点）与相当层的概念滑距总滑距(ns)走向滑距(ss)倾斜滑距(ds)总滑距侧伏角(a),（三）断层,第三节断裂构造,（1）断层要素,地层断距H0:指在垂直地层走向的剖面上，断层上、下盘同一岩层层面之间错开的垂直距离。,（三）断层,第三节断裂构造,（1）断层要素,铅垂地层断距Hg:指在与岩层垂直的剖面上，断层同一层面错开的铅直距离。H0=Hgcos-地层倾角,（三）断层,第三节断裂构造,（1）断层要素,水平地层断距Hf:指在与岩层垂直的剖面上，断层同一层面错开的水平距离。H0=Hfsin-地层倾角,（三）断层,第三节断裂构造,（2）落差与平错,断层的落差Ha:上、下盘同一岩层界限与断层线各有一个交点，两个交点的高程差H，称断层落差。,（三）断层,第三节断裂构造,（2）落差与平错,断层的平错Hb:2个交点间的水平距离L，称平错。,（3）断层分类,第三节断裂构造,1.根据断层两盘相对位移方向分类：分为：正断层、逆断层、平移断层、枢纽断层等。,（4）断层分类,第三节断裂构造,正断层：断层上盘沿断层面倾斜线相对向下移动，下盘相对向上移动。,（4）断层分类,第三节断裂构造,逆断层断层上盘沿断层面相对向上移动，下盘相对向下移动。,（4）断层分类,第三节断裂构造,逆断层,逆断层又分为三种：A逆冲断层：断层面倾角大于45；B逆掩断层：断层面倾角在3045间；C辗掩断层：断层面倾角小于30。,（4）断层分类,第三节断裂构造,平移断层断层的两盘沿断层面走向发生移动的断层。,（4）断层分类,第三节断裂构造,枢纽断层：断层两盘以断层面上的某一点为枢纽中心发生相对旋转滑动。,（4）断层分类,第三节断裂构造,2.根据断层走向和所