构造地质学讲义

层面之间的垂直距离。

沉积岩在沉积过程中或成岩作用过程中产生的非构造变动的构造称为沉积

岩层的原生构造。如层理、层面构造（泥裂、雨痕、印模等）、结核、叠锥以及

生物遗迹等等。尽管这些都是沉积岩石学研究的内容，但是，其对构造地质的研

究也有重要意义。

一、层理及识别

1、层理是沉积岩最常见的一种原生构造，是由岩石成分、结构和颜色在剖

面上突变或渐变所显现出来的--种成层构造。

层理按其形态可分为三种基本类型：平行层理、波状层理、斜层理。（放

映照片、展示标本或模型）

细层与层系概念介绍，示图a为细层，图b为层系。

2、层理的识别

（1）岩石成份变化，系由成分差异而显示出来的层理

（2）岩石结构变化，指岩石粒度和形状的变化显示出来

（3）岩石颜色变化，由于颜色的不同显示出层理来

（4）岩层的原生层面构造，包括波痕、泥裂、雨痕、生物遗迹及其印模

等。

二、利用沉积岩原生构造确定岩层的顶面和底面

确定岩层新老关系是野外观察研究地质构造的一个重要问题。

未经构造变动的岩层，其正常层序总是上项百威能上新R老，但经构造变

动后岩层则可直立，甚至倒转，新老层序倒置的现象。化石是确定新老关系和地

质年代的依据，但有些无化石的“哑地层”，则只能根据原生构造和某些次生构

造来确定新老层序。况且确定地层的新老关系，原生构造的方法比化石来得更容

易些。

（1）斜层理

（2）粒序（韵律）层理，正粒序与反粒序层理

（3）波痕

（4）泥裂

（5）雨痕、冰雹痕及其印模

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第一章绪论

一、造地质学的研究对象和内容

构造地质学是地质学的一门分支学科，其研究对象是地壳或岩石圈的构

造。

地质构造是指组成地壳的岩石（岩体）在内，外动力地质作用下发生的变

形与变位，而形成的各种（构造）现象，诸如褶皱、断裂、劈理以及其它各种

面、线状构造等。

构造地质学研究内容主要研究的动力地质循用所形成的各种构造地质的

形态、产状、规模，形成条件、形成机制，分布和组合规律及其演化史，并进

一步探讨产生地质构造的地壳运动的方式，规律及动力来源。

内动力地质作用下产生的各种构造现象主要是在成若后形成的次空•向港，

但对沉积岩在成岩过程中、岩浆岩在侵位和结晶过程中形成的原生构造也要加

以认识和研究。

构造尺度可以分为巨；犬、中、小、微、超微等级别，不同的构造尺度

其研究任务与方法不同。•野外调查通常是从小或中尺度构造现象入手；

・室内研究则为微、超微尺度研究；

・巨、大型尺度研究已属大构造研究领域，除上内容研究之外，还需对该区

地层，沉积相和建造、岩浆活动，变质作用，及成矿作用等综合研究分析。

新理论、新技术、新方法、新仪器的应用近20-30年来构造地质学发展迅

猛，如航天遥感技术（航、卫片）、地球物理探测方法的发展、电子显微镜的

发明等，对地球的研究已从陆地延伸至海洋，从地壳表层发展到深层（超深钻），

将地球作为一个整体与天体行星进行类比研究。电子显微镜、高温高压实验，

以及晶体缺陷的研究，加深了人们对构造变形机制的深刻了解。

二、构造地质学的研究意义

理论意义阐明地壳构造在空间上的相互关系和空间上的发育顺序，探讨地

壳构造演化和地壳运动规律及其动力来源。

实践意义与国民经济建设想相关，有利的方面，如矿产资源（能源资源），

水资源，受一定的构造控制，不利的方面，如地震活动，工程地质，环境地质,

保护、改善利用环境地质，防止和减少地质灾害等都与构造地质密切相关。

构造地质学与工程地质稳定性实例

1、法国马尔帕赛水坝薄拱坝坝高60m,底宽6.26m,顶宽1.5m,修建在片

麻岩上。1959年12月2日，当水库接近满库时坝体突然崩溃。其中地质上原因

是坝上游拉应力分布区内陡倾张裂隙和缓倾软弱面相连，导致孔隙水压急剧增

高，引起坝基滑移。

2、四川永川县陈食水库坝基渗漏，在坝基附近岸坡坡脚处，风化泥岩中发

育一组与岸坡走向平行的陡倾卸荷裂隙，有的开口达20cm之大，渗漏造成的。

3、安徽梅山水库连拱坝坝肩破裂，受右坝肩花岗岩体内一组平缓裂隙向河

谷方向滑移导致。

4、意大利瓦依昂水库滑坡事件，坝高267m,是当时世界上最高的双拱坝。

库区蓄水后，山体突然以高达25-30m/s的速度下滑，近2亿方土石迅速淤满

水库，掀起高过坝顶100余m的涌浪，冲毁下游3KM处的村镇，造成3000人

死亡，水库变为石库。

三、构造地质研究方法

1、构造地质研究三大方面：几何学、运动学和动力学,此外尚有构造发育、

演化历史分析。

•几何学研究构造地质的形态、产状、规模、组合型式及相互关系、各种

要素的测量及其各个构造之间的相互关系，从而建立一个完整的具有几何规律

的构造体系或型式。它是运动学和动力学分析的基础。

•运动学根据几何学的有关资料和数据，重塑和再现岩石在构造变形期间

所发生的运动和变位，包括变形岩石内外部的运动。

・动力学探索构造变形的作用力性质、大小、方向、应力场的演化及其发

育顺序，应变分析也属于动力学研究的内容。三者之间彼此相互联系，相辅相

成的。

2、研究方法

⑴、地质测量（填图）是基本方法，制图、数理统计提供依据。

显微构造分析是对中小尺度研究的修正和外充。

航、卫片解译扩大视域和深度，弥补野外中小尺度研究的局限性。

⑸、应用力学原理，鉴定构造的力学性质和相互关系，分析形成机制及各构

造之间的内在关系，以从而得出区域构造的分布和发展规律。

⑹、室内测试和计算应变测量与计算、变形（应力）矿物尤其是标型矿物

的温度压力测试、同位素年代学测定等。

摸拟实验石蜡或泥巴摸拟、光弹性实验、数学力学模拟和高温高压实验，

再现构造变形。

⑹、历史分析根据地层间不整合接触关系、各种构造之间的交切关系，结

合沉积相，岩浆活动，配合同位素年代测定资料，分析构造发展的顺序，划分

发育阶段，恢复构造演化历史，从而对构造的规律有一个较全部系统的正确认

识。

四、构造地质学与其它学科的关系

数学

力学（弹、塑性力学、流变学、断裂力学）

古生物学

地史学（或地层学）

矿物、岩石学

地貌学

地球物理

地球化学

计算机制图等学科关系密切

构造地质学是一门实践性很强的专业基础学科。我们必须坚持唯物主义的认

识论，理论联系实际，才能学好用这门学科，并使之向前发展。

第二章沉积岩层的产状及其原生构造

§1岩层产状、厚度及其出露特征

一、岩层的原始产状

沉积盆地（海洋或大型湖泊）中心，形成的岩层是水平的或近水平的，而边

缘、岛屿，水下隆起等周围的沉积物产状具有一定的倾角，称为原始倾斜。原

始水平的岩层，经构造变动后，可变为倾斜、直立、倒转以及各种褶皱形态，

但也有仍保持近水平状态。

二、水平岩层

岩层上下两个面保持水平状态，即同一层面上各点海拔高度基本相同的岩

层，称为水平岩层。其特征如下：

1、在层序没有倒转的前提下，地质时代较新的岩层叠置在较老的岩层之上。

当地形剥蚀切割轻微的地面只出露最新岩层；如切割强烈时，老岩层则出露于

河谷，冲沟等低洼处，较新岩层分布于山顶或分水岭上，即岩层愈老出露愈低,

岩层愈新其出露的位置愈高。

2、水平岩层的露头形态，完全受地形控制，其出露线（岩层与地面的交线）

在地质图上表现为与地形等高线平行或重合，而不会相交。

3、水平岩层的厚度就是岩层顶面与底面标高之差。

4、水平岩层露头宽度，与岩层厚度和地形坡度的变化有关。

三、倾斜岩层

由于地壳运动，使原始水平的岩层发生构造变动，形成倾斜岩层。单斜岩层

可以是褶皱的一翼或断层的一盘，也可以是区域性不均匀沉隆或上升引起的区

域性倾斜。

（-）岩层产状及其测定

1、产状要素：走向、倾向、倾角

真倾角与视倾角之间关系为：（式中。为真倾角，£为

视倾角，。真倾向线与视倾向线之间夹角）

2、岩层产状要素的测定与表示方法（要求学生回顾地学概论和南京实习时

现场实际测量）。

岩层产状要素，通常用罗盘直接测量，有些情况下需用作用法，赤平投影法

求出岩层产状要素。

⑴层产状文字表示法：通常只记录倾向和倾角即可，走向则通过倾向加

或减90度换算。

•方位角SW2050Z25°或205°Z250

•象限角法，以北或南作为起点（0°），一般记为N65°WZ250或NW65°

Z25°

⑵符号表示（用于地质图上）

（二）岩层的厚度真厚度、视厚度、铅直厚度三者具有一定的三角函数关

系附录V有详细介绍。

（三）倾斜岩层的露头形态（V字形法则）（本章重点之一）

・水平岩层露头线与等高线平行或重合；

•直立岩层露头线不受地形影响，始终呈直线延伸；

・倾斜岩层露头界线复杂，表现为与地形等高线交切关系，并显示出一

定的规律性，即在经过山脊和河谷时，均呈“V”字形态展布即“V”字形法则。

有下列三种情况：

1、岩层倾向与地面坡向相反：在山脊处“V”字形尖端指向山下，在沟谷处

“V”字形尖端指向上游。

2、岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角大于地面坡角时，在山脊处“V”

字形尖端指向山下，沟谷处“V”字形尖端指向上游。

3、岩层倾向与坡向相同，但岩层倾角小于地面坡角时，“V”字形尖端在山

脊处指向山下，沟谷处指向上游。

1、3两种情况相似，不同的是后者“V”字形弯曲大于等高线，而前者“V”

字形弯曲度小于等高线。示图。

（四）岩层的露头宽度（自学）

岩层厚度、倾角、坡角、坡向与岩层倾向，倾角之间关系的影响，学生自己

阅读即可。

§2沉积岩层的原生构造

沉积岩是地球表分布最广泛的岩石，其分布面积约占地球大陆面积的75%,

因此，大部分地质构造是由沉积岩形成的。所以观测分析沉积岩层的原生构造、

岩层产状和接触关系是研究地质构造的一项基础工作，也是本课程的基本内容

之一。

举例：安徽贵池徐桥银矿产于奥陶系灰岩裂隙中，为脉状矿体。奥陶系灰岩

为厚层〜块层状且大理岩化，层理看不清。地质人员对地层产状长时间争论不

休，后来我根据大理岩中残留的生物碎屑的排列方向，确定了原始层理，令地

质人员十分信服。

•岩层由两个平行或近乎平行的界面所限制的、岩性基本一致的层状岩

体。由沉积作用形成的岩层称沉积岩层。

•层面上、下岩层的界面。上层面叫做顶面，下层面叫底面，两个岩层

的接触面，既是上覆岩层的底面，又是下覆岩层的顶面。

•厚度两个）冲刷充填构造

（5）古生物化石的生长和埋藏状态

§3地层之间的接触关系

一、整合与不整合

1、整合：岩层连续沉积，层序无间断、产状一致、时代连续或其中的生物

演化是渐变。

2、不整合：层序有间断、缺失，即部分地层无沉积或虽有沉积但却被剥蚀。

二、不整合类型

（-）平行不整合：下降沉积一上升、沉积间断、剥蚀一再下降再沉积；不

整合面上有下伏岩层组成的砾石、古风化壳、古土壤层。

（二）角度不整合

特征：缺失部分地层，上下岩层产状不一致呈一定的角度相交，不整合面

上有下伏岩层组成的底砾岩，古风化壳，古土壤层等。

形成过程：下降沉积一褶皱上升（伴有断裂活动、岩浆活动，变质作用等）

一沉积间断、遭受剥蚀一再下降再沉积。反映上覆地层沉积之前，曾发生过褶皱

等重要的构造事件。

（三）地理不整合（区域不整合），指局部为平行不整合接触，但大范围内

却是角度不整合。

（四）嵌入不整合

三、不整合的研究

（-）确定不整合的存在（重点）

1、地层古生物方面的证据：化石反映出生物演化的不连续性（种、属的突

变），生物群落迥然差异。

2、沉积方面的标志，存在侵蚀面、古风化壳、古土壤以及Fe、Mn、P、Ni,

稀土或铝土矿等，底砾岩。

3、构造方面的标志：产状，变形变质程度。

4、岩浆活动和变质作用方面的标志。

（二）观察研究不整合面及其上、下地层的产状，岩性及时代。

1、详细测制剖面，研究岩性，岩相和化石，确定时代，观察构造形态，变

质情况，岩浆活动等。

2、砾石来源、粒度、圆度、分选性、排列方向等。

3、制图、素描图、照相等

（三）研究不整合的空间和类型变化

举例宁镇山脉J1-2xn与下覆地层的接触关系，在栖霞山高地为不整合，仙鹤

观Jl-2和T3h为平行不整合，在钟山则为整合接触关系。

（四）确定不整合的形成时代（重点）

形成时代：不整合面之下覆相对最新的地层时代为下限，不整合面之上相对

最老的地层时代为其上限，缺失地层时代为其形成时代。

注意二点：

①取下覆最新时代为下限，两者之间相隔最近的时代为不整合形成时代;

②同一次构造运动周期不同地区有先有后，时间可长可短，缺失地层并

不一致，这是褶皱幕的穿时代性的反映。

③大范围内，可发生多次构造变动，形成多个角度不整合和平行不整合,

在接近大陆的地方，儿个不整合面往往逐渐归并为一个角度不整合，其

向缺失地层很多，实际上是包含了多次地壳运动所经历的构造事情。

④注意“缺”与“失”的关系，如我国华北O2/C2,是缺失。3、S、D、3,

还是原先有沉积，后来剥蚀掉即“失”去了。

§4软沉积变形

软沉积变形指沉积或成岩作用过程中形成的非构造应力作用形成的变形。

沉积物此时尚未固结成岩，处于塑性或半塑性状态，故称之为软沉积变形。

一、负荷作用形成的软沉积变形

负荷构造、火焰构造、砂球和砂枕（视图）

二、滑塌和滑移作用

滑塌褶皱、爬折构造、卷曲层理（视图）

三、与孔隙液压效应有关的软沉积变形

砂岩墙、碟状构造

四、软沉积变形的成因机制

内因：沉积物力学性质高度塑性，抗剪（切）强度极差。

外因：一定角度的斜坡地形和地震、风暴、海啸等外部诱发因素。

第三章地质构造分析的力学基础

-、力和体力

1、力：物体相互间的一种机械作用

2、接触力：物体与物体间的作用力

3、面力：作用在物体表面的接触力

4、应力集中：接触面积与物体边界面积比量级很小时，即集中

5、体力：非接触力作用在物体内部每一支点上时，为体力

二、外力和内力

1、外力：外界物体向研究物体施加的作用力

2、内力：外力作用引起的物体内部各点之间的相互作用力

三、应力、正应力、剪应力

1、应力：在外力作用下，物体内任一截面单位面积上的受力大小

2、正应力：垂直截面的应力，以。表示

3、剪应力：平行截面的应力，以T表示

四、主应力、主方向、主平面

1、主应力：某一截面上只有正应力，没有剪应力时的正应力

2、主方向：主应力的方向

3、主平面：垂直于主应力的平面

五、应力椭球体和应变椭球体

1、应力椭球体：

。1一最大压（最小拉）应力轴；。2—中间应力轴；

。3—最小压（最小拉）应力轴

故：0।＞O2＞。3

2、应变椭球体：

A（X）—最大应变轴；B（Y）—中间应变轴；

C（Z）—最小应变轴

六、应力分析简介

1、常见的应力状态：

单轴应力状态：一个主应力不为零，其余两个均为零

双轴应力状态：一个主应力为零，其余两个均不为零

三轴应力状态：三个主应力均不为零，且。1＞。2＞。3

2、二维应力状态分析（平面应力状态分析）

若：有两轴主应力（。1,。2）作用在斜截面（AB）上，且。1＞。2,

o3=0；分析斜面（AB面）上的应力状态。

规定：a—AB法线与。1的夹角，AB线一AB面的截线，单位长度（=1）

AB=1,

，OA=sina,OB=cosa

又•:o=P/A,P=oA

.•.在OA面上的正应力P2=o2OA=o2sina,

在OB面上的正应力Pl=o1OB=o1cosa

(1)在垂直AB面上的力：为Pl和P2的分力之和：

B|J：Pn=P1n+P2n=Plcosa+P2sina

AB面上的正应力：oa=Plcosa+P2sina

=o1cosacosa+o2sinasina

=O1cos2a+02sin2a

01+O201-O2

=--------+----------cos2a(1)

22

(2)在平行AB面上的力：

Pt=Plsina+P2cosa

AB面上的剪应力：Ta=o1cosasina+o2sinacosa

o1-o2

=--------sin2a(2)

2

讨论:

由（1）:当a=0口寸，cos2a=1；oa=o］（最大）；o2不起作

用

说明：垂直该面的应力对该面作用最大

平行该面的应力对该面无作用

由(2)：当a=0时，Ta=0

当a=90°时，Ta=0(2a=180°)

当a=45°时，Ta达最大值(2a=90°)

o1-o2

即：Ta=-------

2

说明：与主应力呈45°的面上剪应力最大，易产生剪切面

第四章变形岩石应变分析基础

变形与变位

1、变形（strain）：

岩石体受到应力作用后，其内部各质点经受了一系列的位移从而使岩石体

的初始形状、方位或位置发生了改变。

2、位移：物体内各质点的位置在变形前后的相对变化。（平移、旋转、体变、

形变）

平移、旋转：改变坐标，不改变形态（内部各质点相对位置不变）

体变、形变：改变形态和体积（内部各质点相对位置改变）

二、应变的度量（应变测量）

应力状态：某一-瞬间作用于物体上的应力情况

应变状态：物体变形后的状态

1、线应变：

（1）定义：变形前后线段长度的变化（£）

（2）应变量计算：

1rio

A、单位长度比：£=——

1（）

式中：£—线应变量；lo、h—变形前、后同一线段的长度比（伸长为正;

缩短为负）

2

B、平方长度比：X=（l1/10）=（1+4

式中：入一变形前、后同一线段的长度比的平方

2、剪应变：

（1）定义：

角应变：变形前相互垂直的两条直线，变形后其夹角偏离直角的量（W）

剪应变：角应变的正切（Y）

（2）应变量计算：V=tgw（右偏为正；左偏为负）

三、均匀应变与非均匀应变

1、均匀应变：

（1）定义：物体内各质点的应变特点相同的变形

（2）特点：变形前的直线，变形后仍是直线；变形前的平行线，变形后仍是

平行线

2、非均匀应变：

（1）定义：物体内各质点的应变特点发生变化的变形

（2）特点：变形前的直线，变形后为曲线或折线；变形前的平行线，变形后

不在保持平行

3、连续变形：物体内从一点到另一点的应变状态是逐渐变化的（弯曲）

4、不连续变形：物体内从一点到另一点的应变状态是突然变（断开），褶皱

是一种非均匀连续变形

四、应变椭球体

1、定义：用来表示应变状态的椭球

2、特征：

（1）变形前是球，均匀变形后为椭球

（2）有三个相互垂直的主轴（X、Y、Z）,分别代表最大、中间、最小应变

轴（或入1、入2、入3；A、B、C）

（3）有三个相互垂直的主平面（YZ、XZ、XY）,分别垂直X、Y、Z轴

（4）应力与应变有密切关系：

最大应变轴平行最小压应力轴和最大张应力轴

最小应变轴平行最大压应力轴和最小张应力轴

五、弗林（Flinn）指数

表示应变椭球体的形态一应变强度

k=tana=（a-1）/（b-1）

式中：a=X/Y=（1+£1）/（1=e2）

b=Y/Z=（1+e2）/（1+e3）

讨论：k值相当于p点与原点（1,1）的斜率

k=0单轴旋转扁球体（轴对称缩短）

l>k>0扁形椭球体（压扁型）

k=l平面应变椭球体

°°>k>l长型椭球体（收缩型）

k=8单轴旋转长球体（轴对称伸长）

六、旋转变形与非旋转变形

1、非旋转变形：代表应变主轴方向的物质线在变形前后不发生方位的改变

2、旋转变形：代表应变主轴方向的物质线在变形前后发生了方位的改变

七、递进变形

1、有限应变（总应变）：物体变形的最终状态与初始状态对比发生的变化

2、递进变形：变形的发展过程（许多微量应变逐次叠加的过程）

第五章岩石变形行为

(自学为主)

第六章劈理

就几何形态而论，任何构造都可看成是面状构造或线状构造。

面状构造和线状构造都可以分成为“透入性”和“非透入”性两类。

透入性构造均匀地弥漫于地质体中的构造，反映地质体作为一个整体，也

均匀地发生了变形。

非透入性构造以一种不连续面分散于地质体中，变形仅发生在不连续面及

其附近，将均匀连续的地质体分成若干部分，所以又称为“分划性”构造。

透入性和非透入性是相对性概念。如图7-1中的S2小尺度观察是透入性构造,

微小尺度划分不连续的分划性构造了。

§1劈理的结构、分类和产出背景

—'、劈理岩石的域组构(cleavagedomain)

劈理域和微劈石(microlithondomain)

（一）劈理域的形态及排列

1、劈理的平面度一劈理域的平面程度

•平直；

•粗糙；

•锯齿状；

•缝合线状的

2、劈理的排布格式

•平行劈理

•交织劈理

（二）微劈石的结构①由粒状矿物组构，无优选方位；②常保持先存板岩

和千枚岩的面理。

（三）劈理的间隔两劈理面之间垂直距离，5-20cm-0.01mm（上下限）

（C.MCA.Powell,1979）

（四）劈理域的相对宽度劈理域宽/微劈石宽或劈理域宽度总量/岩石测线

总长度义100强计量。

劈理域宽成劈理带，劈理域窄显示面状分割特点。

二、劈理分类

（-）传统分类：流劈理、破劈理、滑劈理

（二）劈理的结构分类

C.MCA.Powell,（1979）提出“用带有成因含义的术语来描述劈理构造弊病

很多”，因此，需要有一个描述劈理组构和形态的分类方案。

G.E.Borradail&G.H.Davis等人的方案

1、连续劈理矿物均匀分布，完全定向，或在显微镜下辨别出劈理域和微

劈石者，如板劈理，千枚理，片理和片麻理。

（1）板劈理富泥质的低级变质岩中，具良好的可劈性、使岩石劈成十分

平整的石板，但显微尺度下，劈理域却是交织排布的。与板劈理有关的变形包体,

矿物晶粒、碎屑、结核、化石、斑点等。

（2）千枚理和片理，矿物结晶颗粒较大，肉眼可见与板劈理相区别之。

①富层状硅酸盐岩石（云母片岩类），如“千枚状构造”。

②复矿物成分岩石中的片理（云母石英片岩）

③粒状单矿物岩（大理岩、石英片岩）

（3）片麻理，深变质岩中的劈理，由深浅两色矿物条带组成，与千枚理

和片理比较通常连续性较差。

2、不连续劈理，劈理间隔肉眼可见，露头和手标本可显示其不连续的构

造特征。按微劈石域的结构，可分为间隔劈理和褶劈理。

（1）间隔劈理，过去称为破劈理。显微镜下观察劈理域的主要成分是粘

土质和碳质等不溶物（Nickelsen,1972）,过去认为是剪切滑动，实际是压溶成

因。

（2）褶劈理，肉眼可见间隔切过先存在的连续劈理为特点，间隔大小

O.lmm-lOmmo早期连续劈理发生挠曲或微褶皱。进一步可分为：

①渐变褶劈理

②带状褶劈理

③分隔褶劈理

近年来，Gray和Durney（1979）强调压溶作用在褶劈理的成因。

三、不同地质背景上发育的劈理

（-）轴面劈理岩性均一，在韧性差小的岩系里，平均韧性高，与轴面平

行性越高，反之韧性差较大，强弱相间的岩系里轴面劈理则发生散开和聚钦。强

岩层呈正扇形，弱岩层中呈反扇形。

轴面劈理形成于褶皱作用的晚期，是最大的挤压面（AB面）±o10近年研

究认为轴面劈理是压扁和压溶作用结果。随着轴面劈理的形成弯滑作用逐渐为剪

切褶皱作用所代替。

（二）层间劈理

（三）顺层劈理代表褶皱前期一组挤压应变面，但亦有人认为是沉积变质

过程中重荷、重结晶的结果。

（四）断裂劈理在断裂的两盘岩石中或断层带中，与断裂具有统一的力学

机制。（断层一章讲授）

（五）区域劈理

§2劈理的形成机制

一、劈理的形成作用

1、机械旋转

2、重结晶作用

3、压溶作用

4、晶体塑性变形

二、劈理的应变意义即与应变椭球体的关系

§3劈理的野外研究

一、区分劈理与层理

二、测定劈理参数、描述劈理的结构特征

1、劈理的间隔，大间隔75mm，小间隔l-5mm,微间隔0.01-0.1mm,连

续＜0.001mm

2、劈理域的形态

3、微劈石的结构

三、观察和测量劈理和层理之关系

1、利用劈理判断相邻岩层运动方向

2、确定正常与倒转，背向斜位置

3、劈面与轴面平行或以轴面对称面对称分布，赤平投影上，劈理极点投

影不是与轴面一致，就是与轴面对称分布。

4、圆柱状褶皱劈理与层理分线与褶皱枢纽平行，都代表褶皱变形的中间

高变轴。

四、利用劈理特征推断岩石变形机制和构造环境。

五、研究变斑晶外面理，探讨变形与变质作用的关系。

六、观察交切关系，建立先后发展顺序。

第七章线理

线理(Lineation)岩石内部或表面的各种平行线状构造，主要是露头或手

标本上的平行透入性构造。而与褶皱有关的线状构造如枢纽。香肠构造、窗根和

杆状构造等也被看为作粗大的线理。

§1变形岩石中的小型线理

一、拉伸线

形成方式有二：其一物质塑性流动过程中的伸长变形，位于ab面之上，指

示物质运动方向，代表应变椭球体的长轴方向，为。线理；其二是辗滚而成。使

物质垂直力偶作用的方向拉伸，这种线理常与褶皱枢纽平行，为b线理。

二、生长线理

针状、柱状等矿物定向排列构成，它们都是岩石在变形和变质过程中压溶和

重结晶作用的产物。因而反映岩石重结晶流动方向。有时在动力变质带上，在强

大的应力作用下，矿物生长往往不依结晶习性，却屈服于应力生长，如断层面上

的石英、方解石纤维状晶体。均属a线理。

三、皱纹线理

发育在千枚岩、片岩中，由早期劈理或片理揉皱成的平行定向构造，与褶皱

或褶劈有关，平行褶皱枢纽，称b线理。

四、交面线理

两个面状构造的交线，如层理与面理，面理与面理之交线，与褶皱枢纽B平

行，称^线理。

§2变形岩石中的大型线理

石香肠，窗板和杆状构造最为常见。

一、石香肠构造(Boudinagestructrue)

根据人工模拟实验结果，绘图分别介绍张裂石香肠、剪切型石香肠、粘滞性、

褶皱型石香肠的特征和形成机制

石香肠与组构轴关系，纵弯褶皱中平行枢纽，横弯褶皱中空间上呈“巧克力

方盘”状。

二、窗标构造(mullionstructrue)

窗板构造是强裂褶皱中的大型线理，非型为圆核计柱体或呈波状起伏的浑圆

楔状，表现常有一层应矿持薄膜。

成因分类:

1、节理式窗根构造

2、肿缩式窗椽构造

3、褶皱式窗标构造

三、铅笔构造(pencilstructrue)

发育在泥板岩和粉砂质板岩中的一种线状构造，成因是由二组或二组以上平

行面状构造交切分割而成。

四、杆状构造

由石英、方解石或其它成份单一的强硬岩石物质构成，成带成束地出现在变

质岩中。其与窗根构造的区别在于杆状构造是由变质作用中产生的析离体组成，

析离体在未分裂或辗滚成棒之前，一般呈囊状、透镜体或似层状分布于面理之间。

与枢纽平行应为b线理。

五、压力影构造

§3线理的野外研究

线理作为一维变量，是反映岩石变形和变质过程中物质运动方向的良好标

志。线理位于运动面上，即ab面上，平行或垂直运动方向，指示主要运动方向，

通过线理研究可揭示大型构造形成方式和形成过程，恢复区域构造变形史。

一、区分原生线理及次生线理，实测产状。

二、正确进行线理定向，确定线理的运动轴型

B.Sander（1926）座示系统介绍

三、认识线理与大构造的关系，为区域构造分析提供依据

1、根据线理与层理走向相交关系，推测褶皱枢纽（B）产状。

2、如果大型褶皱发育了轴面劈理，则应注意平行轴褶的各种交面线理，

寄生褶皱以及其它大型线理的构造表现及组合型式。

3、注意拉伸线理在轴面上的表现展布

4、断层滑动面上的线理往往指示断层运动方向，辗滚成因的线理的代表

中间应变轴，它指示断层三度空间的真实延伸方向。

四、与线理的研究要同时进行的工作

1、新生线理矿物组合，推测线理生长时期的变形环境；

2、应变测量，确定线理生长期岩石变形情况。

五、划分线理的形成期次

第八章褶皱

褶皱（folds）——岩石受力后发生弯曲变形，原来岩石中近乎垂直的面，变

成了弯曲面，它们可是So,Sx,岩浆岩的流面，甚至节理面和断层面等等。

巨、大、中、小、显微尺度的规模。

§1、褶皱和褶皱要素

一、褶皱的基本类型

①背斜与向斜

②背形与向形

③褶皱面向：在褶皱轴面上，8观察地层变新的方向

二、褶皱要素核、翼、拐点、翼间角、枢纽、轴面、轴迹、脊线、枢线、

轴陷、轴隆（高点）

§2、褶皱描述

正交剖面概念

圆柱状褶皱：一轴线平行自身移动形成的弯曲面。

非圆柱状褶皱：凡不属于上述特征的褶皱，其中有一特殊类型即圆锥状褶皱。

它是由一轴线一端固定，以某一角度绕旋转轴进行旋转而成。

一、转折端的形态（圆弧褶皱、尖棱褶皱、箱状褶皱、挠曲褶皱）

二、翼间角反映褶皱紧密程度

三、枢纽：指向；倾伏端、扬起端

四、褶皱的大小，波长，波幅

五、褶皱的对称性Z、M,S型褶皱；倒向（从属褶皱的轴面的倾倒方向）

六、平面轮廓

§2褶皱的形态描述

一、横剖面上褶皱形态描述

1、根据轴面产状和两翼产状：

•直立褶皱•斜歪褶皱•倒转褶皱•平卧褶皱•翻卷褶皱

2、对称性:

・对称裙缴（轴面与水平面或包络面垂直）；•不对稀懿•（轴面与水平面

或包络面斜交）。

3、据翼间角大小分:

▲平缓褶皱:翼间角小于180°，大于120°

▲开阔褶皱：翼间角小于120,大于70。

▲闭合褶皱：翼间角小于70°,大于30°

▲紧闭褶皱:翼间角小于30°

▲等斜褶皱:翼间角近于0°,两翼近平行

4、据褶皱面弯曲形态：圆弧褶皱、尖棱褶皱、箱状褶皱、扇状褶皱、挠曲

褶皱

5、据各层弯曲形态变化规律：协调褶皱、不协调褶皱

二、褶皱在平面（地面）上的露头形态

♦穹隆构造L/W43:l的背斜

♦构造盆地L/W<3:1的向斜

♦短轴褶皱L/W=3:1-10:1

♦线状褶皱L/W>10:l狭长形褶皱

§3褶皱的类型及褶皱的组合型式

一、褶皱的位态分类（M.J.Rickard,1971）

（一）、Rickard三角投影网的结构特征示图说明

（二）、Rickard的七大类褶皱

Rickard分类表

水平(0°倾伏(10°近直立(80°

枢纽倾伏角Y

-10°)-80°)-90°)

轴面倾角a

I直立水平II直立倾伏

近直立(80°-90°)in倾竖褶皱

褶皱褶皱

VI斜歪倾伏

IV斜歪水平

倾斜(10°-90°)褶皱

褶皱

vn斜卧褶皱

近水平（0°-10°）V平卧褶皱

上表只要抓住其命名原则，就不难记住。

命名原则是：轴面产状+枢纽产状+褶皱=褶皱名称

（三）、特征：

①正确地反映褶皱三维空间形态和产状特征，避免前述二维空间对褶皱观察

描述的偏面性。

②七个区代表大类型变化范围，各区面积大小，代表自然界中出现的机率。

③定量化描述，便于统计分析

④易观察某地区褶皱的产状变化规律

二、褶皱横越面的几何类型

（一）平行褶皱和相似褶皱

HanHise.C.k.（1896）根据褶皱岩层的厚度变化及各层之间的几何关系划分

的二类型

1、平行褶皱（parallelfolds）

又名同心褶皱（Syncorefolds）,指各岩层成平行弯曲，象两条铁轨一样平行

延伸，其间的宽度（厚度）处处相等；具有一个共同的曲率中心，向内弧方向曲

率逐渐增大，往深部最终消失。

2、相似褶皱（Similarfolds）

各层的曲率基本不变，无共同的曲率中心，褶皱形态往深部延伸，保持不变;

同一层岩真厚度翼薄顶厚，但平行褶皱面方向量度的“厚度”在各部位保持不变。

（二）据各褶皱层面之间的几何关系分类

协调褶皱（harmonicfolds）

2、不协调褶皱（disharmonicfolds）

（三）兰姆赛的褶皱几何分类（J.G.Ramsay,1967）

分类依据是根据褶皱横截面（，B）上褶皱层的等倾斜线型式和厚度变化参

数所反映的相邻褶皱面的曲率关系。

等倾斜线的绘制：①在，B的照片或横剖面图上，以实际水平线为基准；②

以基准线，按一定角度间隔（10°,20。…）作相邻褶皱的切线；③连接等斜切

点即为等倾斜线。

兰姆赛的三类五型褶皱

I类：IA顶薄，等倾斜线强烈向内收敛，不等长

IB等厚，等倾斜线向内弧收敛，等长

IC顶厚，等倾斜线向内弧轻微收敛，不等长

II类：等倾斜线平行且相等，曲率相等，相似褶皱

in类：等倾斜线向外领、内撒开、倒扇形、顶厚褶皱

三、同沉积褶皱和底辟构造

（一）同沉积褶皱（Synsedimentaryfolds）

（二）底辟构造（diapiricstructure）和盐区（Saltdome）

同沉积褶皱顾名思义，褶皱与岩层沉积同时形成，有3个特征：

①产状，褶皱两翼上部产状缓、下部变陡，总体多为开阔褶皱。

②厚度变化，在背斜顶部厚度小（甚至缺失），两翼岩层厚度最大。

③结构上的变化，背斜顶部则因水浅，粒度粗大，而向斜中心部位则因

水体较深，粒度最细。（示图）

底辟构造是地下深部高韧性岩体（如岩盐、石膏、粘土或煤层等，在构造作

用力下，或者由于岩石间密度差异所引起的浮力作用下，向上流动或挤入（刺入）

上覆岩层之中而形成的一种构造。如岩浆上升侵入围岩，使围岩发生挠曲时，则

可形成岩浆底辟构造。（示图）

四、褶皱的组合型式和分布

（-）阿尔卑斯式褶皱（Alpinotypefolds）又称全形褶皱，基本特点是:

①褶皱呈线状成带展布，走向与构造带一致；

②背向斜同等发育，布满全区。

③不同级别的褶皱往往成复背斜和复向斜构造，是造山带强烈地带主要

构造样式。

复背斜和复向斜概念。

（二）侏罗山式褶皱（Jura-typefolds）

又称过度型褶皱，其代表性构造是隔档式与隔槽式褶皱，隔档式褶皱又称梳

状褶皱。

其成因是沉积盖层在刚性基底的软弱层上滑脱变形或薄皮滑脱的结果，属于

造山带前陆的构造现象。

我国湘、鄂西、黔北和川东发育外，在湘赣一带也广泛发育。（示图）

（三）日尔曼式褶皱（German-tpyefolds）

又称断续式褶皱：主要发育于构造变形轻微的地台盖层中，以卵圆形穹隆，

拉长的短轴背斜或长垣为主。

褶皱翼部产状很缓，甚至近水平，但规模很大，延长数十公里以外，可以弧

零地产出于水平岩层中，背斜、向斜发育不同等，展布无定向，有的成群分布，

呈雁行式排列。

这类褶皱常产于北美地台上，区域性巨大盆地中，在中国川中以及柴达木盆

地之中也有类似褶皱。

五、叠加褶皱（Superimposedfolds）

（-）叠加褶皱的三种基本型式（兰姆赛，1967）示图说明:

I型：晚期褶皱最大应变轴（A、X、a1）或流动方向a?与早期褶皱的轴面

平行，两期褶皱的枢纽（中间应变轴B、Y、a2）方向不一致，一般呈大角度相

交，这种类型褶皱相当“横跨”“斜跨”褶皱。

F1的轴面变形影响不大，而储再褶皱，呈有规律的起伏，表现为穹盆相间

的构造，类似两个波叠加，波峰+波峰=峰更高，波谷+波谷=谷更低，波峰+波谷

=中和，相当一个鞍部。

II型、a2±S1（或大角相交）B】Ab2成中等或大角度相交

R常为紧闭或等斜的斜歪褶皱，平卧褶皱，S,与翼一起褶皱，Bi也同时褶皱,

形成平面上的新月型或蘑菇型褶皱。

III型、共轴叠加褶皱，a2Asi成大角度相交，但Bi||b2.

F.之Si和两翼共同被褶皱，尤其在正交剖面上更为清楚，可出现双重褶皱

或钩状闭合褶皱。

§4褶皱形成机制

一、褶皱形成机制的基本类型

（-）纵弯褶皱（Buckling）即顺层挤压力作用下，岩层发生褶皱。

・单层纵弯（或多层粘结很牢的一套岩层）。中和面、拉张区与挤压区

•当多层（一套岩层）纵弯作用，无中和面、层面的往往起着重要的作用，

常通过下列二种方式形成褶皱。

1、弯滑作用（flexuralsliping）

这种情况下，当两硬层夹一软弱岩层时，则在上下硬岩层滑动的力偶作用下,

使薄层软弱（韧性）层产层间小褶皱可帮助我们确定层序倒转与否及背、向斜的

位置。

方法是：新岩层总是向背斜转端滑动，老岩层则对反方向滑动，画作层间小

褶皱的轴面，与主褶皱面所交锐角光指示相邻居层相对滑方向，滑动方向一经确

定，就可确定背、向斜的位置，也知道岩层正常与倒转。

2^弯流作用(flexuralflow)

指岩层产生褶皱变形时，不仅有层间滑动，而且会有岩层内部的物质流动现

象。

（二）横弯褶皱作用（Bending）

即岩层受到层面方向外力作用（预托作用）。如岩浆底群、盐丘等都可能导

致上覆岩层的横弯褶皱作用。

（三）剪切褶皱（Shearfoldingorslipfolding）

又称滑褶皱，是沿•系列与层面不平行的密集劈理而发生差异性的滑动而形

成的“褶皱”，所以层理面So不起作用，只是作为褶皱的标志，故又称之为被

动褶皱作用.

（四）柔流褶皱作用（Rheidfolding）

指高韧性岩石（岩盐、石膏或煤层）或处于高温高压环境下变成高韧性体，

受到外力作用产生的粘性流动（既有层流动又有紊流），形成复杂多变的褶皱。

混合岩化变质作用地区常见构造。

（五）膝折作用

是兼具弯滑褶皱作用和剪切褶皱作用两种特征的特殊褶皱作用，主要出现在

岩性较均一的薄层岩石或片理化的浅变质岩中。

其形成方式，在•定的围压限制下，受到与层理或面理近水平或斜交的压应

力作用，岩层顺层间滑动，但又受到限制常使滑动面发生急剧的转折。（示图）

二、褶皱形成过程中的压扁作用。（示图）

三、影响褶皱作用的主要因素

（-）层理的影响

（二）厚度和力学性质的影响（主波长理论）

毕奥特（M.A.Biot,1957,1965）和兰伯格（1963）通过模拟实验和野外褶皱

的实际观察研究，对侧向纵弯作用下的褶皱发育机制进行了力学、数学分析弹性

弯曲（虎克体），粘弹性层弯曲（牛顿流体）作用。

岩性在地表条件下的变形基本上是弹性的（。=E£）即。8£。可将岩层当

作弹性板来考虑，其形成的褶皱波长与作用大小有关。

岩石在地下深处，较高的温压条件下，在小应力长期作用下，不同的岩石可

以看作是粘度各异的粘性固体的变形，可简化为牛顿体的变形来表达，即应力与

应变速率成正比（。=Re）,岩石的粘度在变形中起着主导作用，粘性大的岩

层在褶皱发育过程中起骨干作用，这种岩层称为能干层或强岩层。

设想：一厚为d的高粘度（口1）强岩层夹于低粘度（U2）的软弱层之间，

使其侧向顺层挤压，而发生纵弯作用（示图）。此时，强硬岩层发生纵弯曲受到

两种阻力。

①来自强岩层内部阻力（f内阻）。外弧拉伸，内弧压缩，层要弯曲，必须

克服内部阻抗（f内阻），若岩层弯曲波长愈大，弧愈缓（内外曲率愈小），内

阻抗愈小。所以如没有介质的包围，它趋向于形成最大的可能波长即一个波。

②另一种阻力（f夕卜阻）来自上、下软弱层（U2）o强岩层弯曲时，必须要

推开上下软弱层，而软弱层则反作用，力图阻止其弯曲。这种外部阻挠力与硬岩

层的波长成正比，与波幅成正比（f外阻8W,f外阻8A波幅）。所以外部阻挠

力要求褶皱的波长尽可能小。按照最小功原理，岩层将选择做功最小，而又能抵

抗这两种阻力，使某一调和的中间值作为最易褶皱的初抬主波长Wi,即这种波

长的褶皱最易发育，据毕奥特的计算：

1/3

Wi=2nd（u1/6u2）或Wi/d=2n（j/6“2）心

式中：山一主导层（硬岩层）的粘度；入一低粘度介质（软弱层）且UD

u2；d—主导层的厚度。

由上式可知，主波长（Wi）与应力无关（应力只影响褶皱发育的速率）

从上式可以看出：当小七“2时，Wi%3.46时，这样的褶皱是非常微弱的，

因此，当r=八时，只有均匀缩短，而不会有褶皱。

1/

当硬岩层为多层岩层（1M）时，Wi=2nd（nu1/6u2）\主波长（Wi）除受

层数（n）控制外，其它情况同单层。

（三）岩层埋深及应变速率对褶皱形成的影响

埋深：1）浅部：P.T较低，岩石呈弹性性状，层理显示不均一，褶皱以弯滑

为主。

2）深部：P.T较高，岩石呈韧性性状（粘弹性），岩层层理不均一性

减小以至消失，褶皱作用由弯流一剪切一柔流褶皱，如太古界、元古界等变质岩

区发育的相似褶皱，肠状褶皱等，就是这个缘故。

应变速率：£大，深部的岩石也会呈弹性弯曲或脆性。

断裂：£小，岩石呈粘性材料（10"-1。22泊），t大而。很小，则£很大，

岩石发生强烈褶皱。

在地表（或浅部）低T低P下，即使。很小，只要t呈足够长，岩层由蠕变

而发生强烈褶皱，甚至达到破坏强度。

（四）基底构造对盖层褶皱的影响

§5褶皱构造的观察与研究

基本任务是：野外观察和填图，结合各种地质勘探（物化探、山地工程）等

手段，航、卫片解释等研究，查明褶皱的形态；产状；组合分布特点；形成机制

和形成时代；为研究区域地质构造特征，褶皱与矿产及水文、工程地质、环境地

质等提供基础资料和依据。

一、褶皱形态的研究

（-）了解区域构造总轮廓，小比例尺地质图，航卫、片解释分析，或在露

头良好的地区横穿儿条路条观察。

（-）查明地层层序和追索标志层

（三）根据褶皱各部位地层产状确定褶皱几何形态

①轴面和枢纽产状的确定

②根据同一层位在不同高度的岩层倾角变化规律，结合岩层厚度的变化，分

析儿何形态，是否为平行褶皱还是相似褶皱、顶厚褶皱等。

③转折端处岩层产状的研究，此处层序始终是正常的。

（四）观察褶皱出露形态及其平面图像

示图，重点解释，平面图上褶皱岩层露头线，最大弯曲点的联线是否是褶皱

的轴迹，其方向反映枢纽的倾伏向。

①地面起伏不大，较平坦，轴面近直立