煤矿地质ppt课件——地质构造.ppt

第四章 地质构造,定义：原始沉积岩层在地壳运动引起的地应力作用下，发生变形或变位，形成褶皱和断裂等构造形迹，称为地质构造。1 岩层的产状 一、岩层产状的概念 定义：岩层在地壳中的空间位置和产出状态。 岩层形成之后，在地壳运动的影响下，其原始产状将程度不同地发生改变，有的近于水平，有的变成倾斜，甚至直立，在构造运动强烈地区，岩层还会倒转（图4-1）。,1,1 岩层的产状,图4-1 不同产状的岩层示意图 （a）水平岩层；（b）倾斜岩层；（c）直立岩层；d）倒转岩层P、C、D、S地层代号,2,单斜岩层,中岳河南嵩山,3,二、岩层产状要素,通常用岩层面的走向、倾向和倾角来表示。 1走向（图4-2的AOB）走向表示岩层在空间中的水平延伸方向。岩层面与水平面的交线称为走向线。 2倾向倾向表示岩层的倾斜方向，倾斜平面上与走向线相垂直的直线称为倾斜线。 3倾角 （图4-2中的角）倾角表示岩层的倾斜程度，它是岩层层面与水平面的夹角倾角亦有真倾角和视倾角,4,二、岩层产状要素,真倾角与视倾角之间有如下的关系（图4-3）： tan=tancos或tan=tansinr,5,三、岩层产状的测定和表示方法,（一）地质罗盘 在野外或煤矿井下，常用地质罗盘测定方向和测量岩层及煤层的产状要素。地质罗盘的构造如图4-4所示。,6,三、岩层产状的测定和表示方法,（二）岩层产状要素的测定方法 1直接测定法 （1）选择岩层面 （2）测定岩层走向 （图4-5a） （3）测定岩的倾向 （图4-5b） （4）测定岩层倾角 （图4-5c）,7,三、岩层产状的测定和表示方法,2间接测定法 煤矿井下找不到理想的层面时，可采用间接方法测定岩层产状要素。如图4-6所示,8,三、岩层产状的测定和表示方法,（三）岩层产状的表示方法 1方位角记录法 方位角记录法是以正北方向为0，按顺时针方向将坐标方位分为360，正东方向为90，正南为180，正西为270，正北为360与0的重合（图4-7a）。此法只记倾向和倾角，如13530。此种记录法是目前常用的方法。 2象限角记录法 象限角记录法是地球子午线的南、北两端为0，东、西记为90（图4-7b）。 当岩层走向为北偏东或南偏西45，向南东倾斜。倾角25时，记录为N45E25SE或者S45W25SE。,9,三、岩层产状的测定和表示方法,10,2 褶皱构造,一、褶皱的基本概念 （一）褶皱的定义 褶皱岩层中的一个弯曲称为褶曲，它是褶皱构造的基本单位（图4-8）。,11,一、褶皱的基本概念,（二）褶曲的基本形式 褶曲的基本形式可分为两种，即背斜和向斜。 1背斜 （图4-9a） 2向斜 （图4-9b）,12,13,向斜 背斜,背斜,向斜,一、褶皱的基本概念,（三）褶曲要素褶曲要素主要有：1核部2翼部3翼角4转折端5轴面6轴线和轴迹7枢纽8高点及鞍部（图4-11）,17,二、褶曲的分类,常根据横剖面、纵剖面及平面上的形态进行分类： （一）横剖面上的形态分类 1直立褶曲 （图4-12a） 2斜歪褶曲 （图4-12b） 3倒转褶曲 （图4-12C）,18,二、褶曲的分类,（二）纵剖面上的形态分类 1水平褶曲 （图4-13a） 2倾伏褶曲 （图4-13b）,19,二、褶曲的分类,（三）平面上的形态分类 1线形褶曲长与宽之比大于10:12短轴褶曲长与宽之比为10:13:1（图4-14）3穹窿和构造盆地长与宽之比小于3:1，背斜称为穹窿；向斜称为构造盆地（图4-15）,20,三、褶皱构造的观测与研究,（一）查明褶皱的存在，确定褶皱类型 在构造简单的矿井，主要根据岩层产状，岩层层位来确定褶皱的存在。如果同一岩层对称重复出现，相对倾斜为向斜，相反倾斜为背斜（图4-16）。,21,顺地貌向斜谷,庐山,22,背斜山,23,逆地貌示意图,24,逆地貌,背斜谷,向斜山,25,三、褶皱构造的观测与研究,在构造复杂的矿井，褶曲紧凑，岩层倾角较大，岩层容易倒转。观测的方法主要是依据岩层层序和岩层新老关系来确定，而岩层产状只能作参考。如图4-17所示，某矿巷道揭露的岩层产状为同一方向倾斜，沿倾斜方向同一层位重复出现，中间地层老，两翼新，为一倒转背斜。,26,三、褶皱构造的观测与研究,（二）确定褶皱的位置和方向 1褶皱轴位置的确定 一般情况下根据巷道中所见岩层的产状和层间距，用作图法推断褶曲轴的位置。对于下部拟开采的煤层可用上部已揭露的资料用下延推断法确定褶皱轴的位置（图4-18）。,27,三、褶皱构造的观测与研究,当煤矿生产需要准确的掌握褶曲轴的位置、标高等参数时，就需采用巷探和钻探方法。如沿煤层走向掘进的水平煤巷出现转弯而呈“U”型展布时，那么巷道的转弯部位即为倾状褶曲的轴部（图4-19）。,28,三、褶皱构造的观测与研究,2褶皱轴方向的确定 褶皱轴方向可采用实测法和作图法来确定。 对于小型褶皱，当石门巷道两壁都有褶皱轴部出露时，在两壁褶皱轴相同标高位置拉测绳，用罗盘测量其方向，即为褶皱轴向。对于中型褶皱需在煤矿水平切面图上，根据不同巷道揭露的褶皱轴位置将它们连接起来，即可确定褶皱的延伸方向。,29,三、褶皱构造的观测与研究,（三）褶曲内部小构造的研究 如层面擦痕、层间小褶皱、小断裂等。 在褶曲枢纽近于水平的部位，层面擦痕方向与枢纽近于垂直，在枢纽倾伏部位，层面擦痕方向与枢纽斜交。 层间小褶皱又称拖拉褶皱，它是一种不对称的小褶皱，多发育在两层坚硬岩层之间的软岩层中（图4-20）。,30,（三）褶曲内部小构造的研究,在正常情况下，小褶曲轴面倾角大于岩层倾角，在岩层倒转情况下，小褶曲轴面倾角小于岩层倾角。由此可以确定背斜和向斜的位置，恢复褶皱形态（图4-21）。,31,三、褶皱构造的观测与研究,（四）褶皱的形成作用 一般根据力对岩层的作用方式，将褶皱的形成作用分为纵弯褶皱作用和横弯褶皱作用。 1. 纵弯褶皱作用 是作用力顺层面发生挤压，使岩层失稳弯曲而形成褶皱。按变形方式又可分为： 弯滑褶皱 弯流褶皱作用,32,（四）褶皱的形成作用,（1）弯滑褶皱作用 是指岩层在水平挤压力作用下，通过层间滑动而发生的弯曲变形（图4-22）。,33,（四）褶皱的形成作用,（2）弯流褶皱作用 是指岩层发生弯曲变形时，不仅有层间滑动，而且还有显著的顺层物质流动（图4-23）。煤系地层在形成褶皱时，煤层容易产生塑性流动，往往从翼部挤向转折端，从而使煤层厚度发生变化。,34,（四）褶皱的形成作用,2. 横弯褶皱作用 是岩层受到与层面垂直的作用力而发生褶皱。横弯褶皱是由地壳局部升降、基底断块的垂直运动、岩浆侵入顶托和岩盐的底辟作用引起岩层的弯曲（图4-24）。,35,三、褶皱构造的观测与研究,（五）褶皱形成时代的确定 一般通过区域性角度不整合来确定褶皱形成的时代。原始水平岩层在地壳运动引起的地应力作用下发生褶皱上升，褶皱岩层遭受风化剥蚀。若地壳重新下降，就会在风化剥蚀面上沉积新的水平岩层，从而形成了岩层的角度不整合。由此可见，褶皱的形成时代是在不整合面下伏最新褶皱岩层形成之后，上覆最老岩层形成之前。即用角度不整合的形成时代作为褶皱的形成时代。 此外，褶皱的形成时代还可根据与褶皱相接触的岩浆岩体的同位素年龄来测定。,36,3 断裂构造,定义：岩层受力后产生变形，当应力达到或超过岩层的强度极限时，岩层的连续完整性遭到破坏，在岩层一定部位和一定方向上产生的破裂称为断裂构造。 根据岩层破裂面两侧岩块有无明显位移，可将断裂构造分为： 节理 岩层断裂后，两侧岩块未发生显著位移的断 裂构造。 又叫裂隙 (成群出现,组合规律) 断层 岩层受地应力作用后发生破裂，在力的继续作用下，两侧岩块沿破裂面发生显著相对位移的断裂构造 。,美国圣安德烈斯断层,圣安德烈斯平移断层谷,三藩市,洛杉矶,华山断层崖2,华山的断层崖,一、节理,（一）节理的分类 1节理的成因分类 （1）原生节理 指沉积岩在形成过程中，沉积物脱水和压缩后所生成的节理，如泥裂及煤层中的内生裂隙等。 （2）次生节理(岩层形成后所形成的) 根据力的来源和作用性质不同，又可分为： 构造节理(地应力作用所形成) 非构造节理 (外力地质作用或人为) 如风化作用、滑坡、爆破以及煤层被采空后地压造成的节理等,（一）节理的分类,2节理的力学性质分类 （1）张节理(构造张应力) 与褶曲有关的张节理常见的有两组： 一组是横张节理 另一组是纵张节理（图4-26） （2）剪节理 (构造剪应力),（二）节理的识别标志,1张节理的识别标志 （1）节理面粗糙不平，常张开，易被矿脉充填呈楔状、扁豆状或其它不规则形状。,（2）产状不稳定，延伸不远，单条节理短而弯曲，绕砾石而过（图4-27）。,1张节理的识别标志,（3）组合形态常呈不规则的树枝状，有时呈雁行排列，有时追踪张节理发育而呈锯齿状（图4-28）。（4）尾端变化呈杏仁状结环和树枝状多级分叉（图4-29）,（二）节理的识别标志,2剪节理的识别标志 （1）节理面平直光滑，通常是闭合的，有时被矿脉充填。 （2）产状稳定，沿走向和倾向延伸较远，常切穿岩层中的砾石，岩脉或结核（图4-27） （3）组合形态常成组出现，往往等距排列，两组发育常组成X型共轭节理系（图4-30）。有时一条剪节理由许多相互靠近，首尾邻接的细微羽裂组成（图4-31）。 （4）尾端变化呈菱形结环、转折、分叉（图4-32）。,二、断层,（一）断层要素1断层面（图4-33）断层破碎面,形态多样,破碎带. 2断盘(相对位移岩块)3断层线断层面与地面的交线称为断层线。断煤交线：上盘断煤交线下盘断煤交线（图4-34）,二、断层,（二）断距 断层两盘同一岩层面相对位移的距离称为断距。在垂直于岩层走向的剖面上可测得的断距有：地层断距水平地层断距铅直地层断距,（二）断距,落差：指垂直于断层走向的剖面上断层两盘同一煤层或岩层面对应点的标高差。 平错：指垂直于断层走向的剖面上断层两盘同一煤层或岩层面对应点的水平距离。,二、断层,（三）断层分类 1根据断层两盘相对位移方向分类 （1）正断层 （2）逆断层 （3）平移断层,（三）断层分类,2根据断层走向与岩层走向关系分类 （1）走向断层 （2）倾向断层 （3）斜交断层,（四）断层的组合型式,常见的组合型式如下： 1地堑和地垒,（四）断层的组合型式,2阶梯状构造 3叠瓦状构造,图4-41 叠瓦状构造示意图,图4-40 阶梯状构造示意图,（五）断层的成因及其特点,岩石受力超过其强度极限时，便开始发生破裂。在力的继续作用下，破裂面两侧的岩块产生相对滑动，从而形成断层。 从应力状态分析，形成断层的三轴应力状态中的一个主应力轴趋于垂直水平面，断层面是一对剪切面，最大压应力轴或最小张应力轴1与两剪切面的锐角平分线一致，最小压应力轴或最大张应力轴3与两剪切面的钝角平分线一致，断层两盘垂直于中间主应力轴2方向滑动。 不同断层类型的力学成因和特点是不相同的。,（五）断层的成因及其特点,1正断层的成因及其特点 正断层的特征反映出一定范围内的地壳受到水平引张作用。形成正断层的应力状态是1 直立， 2 、 3 水平（图4-42a）。 在此状态下，沿着与3 垂直的张裂或剪裂发展而成正断层。沿张裂发育而成的正断层，一般断层面产状较陡，断面粗糙不平或呈锯齿状；沿剪裂发育而成的正断层，其断面较平直。在断层破碎带中，断层角砾岩大小混杂棱角显著，无定向排列。正断层规模差别很大，两盘岩块相对位移小的只有几十厘米或更小，大者可达上千米，甚至更大，在地面延伸由几米至几百米，甚至上千公里。在正断层发育地区，它们常呈一定的组合型式。在平面上，常见的组合型式有平行状、雁行状、环状及放射状。在剖面上，主要有阶梯状（图4-40）和地堑、地垒（图4-39）。,（五）断层的成因及其特点,（五）断层的成因及其特点,2逆断层的成因及其特点 逆断层的特征反映部分地壳受到水平挤压作用，它是地壳运动所产生的水平挤压应力所形成的断裂构造。形成逆断层的应力状态是3直立，2、1水平（图4-42b）。 大多数逆断层与褶皱相伴生，常在背斜的轴部附近发育，其走向与轴向一致。断面常呈舒缓波状，断层破碎带中的构造透镜体常成斜列展布。逆断层规模有大有小，大者延展上千公里，小者在手标本上都可见到。在逆断层发育地区，常组合成一定型式，平面上呈平行状、雁行状；剖面上呈叠瓦状（图4-41）。,（五）断层的成因及其特点,3平移断层的成因及其特点 平移断层的特征反映地壳局部受到侧向水平挤压，顺平面X剪裂面发育而成平移断层，其应力状态是2直立、1、3水平（图4-42c）。根据两盘相对位移方向的不同，平移断层可分为左型和右型（图4-43）。,（六）断层标志,归纳起来主要有以下几个方面： 1煤、岩层不连续 在野外或井下发现煤、岩层突然中断或错开，并与其它岩层相接触，这是断层存在的直接标志。例如：在沿煤层掘进的巷道碛头，突然遇到了半煤岩或顶板岩层，说明有断层存在（图4-44）。,（六）断层标志,2构造不连续 褶皱轴线或早期存在的断层等在延展方向上突然中断、错开，造成构造不连续现象，这是横断层或斜交断层存在的标志（图4-45）。 图4-45 构造不连续,（六）断层标志,3煤、岩层的重复与缺失 一般走向正断层或逆断层可造成煤、岩层的重复或缺失（图4-46）。由于断层位移类型不同，断层与岩层的倾向、倾角不同，会造成六种基本的重复和缺失情况（表4-1与图4-46中的a,b,c,d,e,f是相互对应的）。 图4-46 走向断层造成的岩层重复与缺失,（六）断层标志,4断层面的擦痕与阶步 擦痕是断层面两侧的岩块发生位移时相互摩擦而形成的痕迹（图4-47）。擦痕由粗而深的一端向细而浅的一端，摸之有光滑感觉。此方向反映对盘的滑动方向；反之有粗糙感，表示本盘的滑动方向。 阶步是发育在断层面上的一种小陡坎，指向断层对盘相对滑动方向。 图4-47 断层面上的擦痕和阶步,（六）断层标志,5断层角砾岩和断层泥 在断层破碎带中，由于岩石受到强大压力作用而破碎成大小不等的岩石碎块，经过碎屑基质胶结后，形成断层角砾岩。在泥质岩或煤层的断面上，常夹有被磨得很细的泥称为断层泥。断层角砾岩和断层泥都是岩层错动形成的产物，可作为确定断层存在的标志。 6其它标志 由于断层的影响，使山脊突然错开，地貌上形成悬崖峭壁。有的断层破碎带有泉水涌出，泉点呈串珠状分布。在矿井巷道接近断层时，往往有滴水、淋水或涌水现象等等。,（七）断层形成时代的确定,如在断层切割的一套地层之上，被一套时代较新的地层以角度不整合关系所覆盖，断层并未切穿不整合面，则此断层的形成时代与不整合的形成时代一致（如图4-49所示）。 如果断层切割了岩浆岩体，则断层时代新于被其切割的岩体时代。如果岩浆侵入断层破碎带中形成岩体或岩体穿过断层，则断层时代早于岩浆岩体的时代（如图4-50所示）。,作业:,一、名词解释：岩石的产状，褶皱构造，节理，断层，二、简答题：1、岩（煤）层产状的三要素是什么？并用图示说明。2、断层有哪些要素并用图示标出。3、根据断层两盘相对位移方向，断层可分为哪些类并说明。4、形成断层主要有哪些标志？,66,