构造地质学课件.ppt

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1、本章所要讨论的主要内容：1、构造地质学的定义及研究内容2、构造地质学的进展3、构造解析4、构造研究的基本方面,绪论,构造地质学的定义和研究内容 定义：构造地质学是地质学的基础学科之 一，主要是研究组成地壳的岩石、岩层和岩体在岩石圈中力的作用下变形形成的各种现象（构造）。研究这些构造的几何形态、组合形式、形成机制和演化过程，探讨产生这些构造的作用力和方向、方式和 性质。研究内容：构造地质学的主要研究对象是中、小型构造。1、构造对沉积的控制作用,2、构造对岩浆活动的控制作用3、构造对变质作用的控制作用4、构造对矿产的控制作用构造地质学的进展新构造观：新构造观主要包括以下四点：1、以水平运动为主导的

2、活动论以及渐进突变的旋回式发展是认识和分析构造的根本思想。2、岩石圈是层圈式的，各分层界面常常是活动性构造界面，各分层的构造是不协调的，横向是不均一的。3、构造是多因、多级、多时、多性的。4、挤压、伸展和平移构造共同组成了岩石圈各级各类构造。,构造研究方法新进展：1、深层与浅层构造研究的结合2、定量分析 从定性到定量，这是构造地质学发展走向成熟的一个标志。定量分析主要包括以下几个方面：(1)岩石组构运动学及动力学(2)应力场研究(3)古差异应力的计算(4)有限应变分析(5)造山带缩短量的计算3、构造地球化学4、变形矿物动力学,构造解析构造解析包括地质构造几何学的、运动学的和动力学解析三个方面。

3、1、几何学解析就是认识和测量各类各级构造的形状、产状、方位、大小、构造内部各要素之间以及该构造与相关构造之间的几何关系，从而建立一个完整的具有几何规律的构造关系或型式。2、运动学解析的目的在于再现岩石形成和变形期间所发生的运动，主要是通过对岩石或岩层中的原生构造，尤其是次生构造的分析揭示其运动规律，解释改变岩层和岩体的位置、方位、大小和形态的平移、转动、体变及形变的组合情况。3、动力学解析是要阐明产生构造的力、应力和力学过程，其目的是查明变形应力的性质、大小和方位。,构造研究的基本方面1、野外工作是基础2、重视构造几何学的研究 3、建立并完善构造模式4、引进新技术，采用新方法5、组织多学科、多

4、兵种协作攻关，综合研究,第二章地质体的产状和地层接触关系 本章所要讨论的主要内容：1、地质体的基本产状2、岩层的厚度和埋藏深度3、岩层的露头4、地层的接触关系5、沉积岩层的构造6、野外照片,第一节 地质体的基本产状一些基本概念 地质体是泛指任何成因的天然岩石体，包括沉积成因的岩层，喷出成因的层状火山岩，侵位成因的岩浆岩体以及受力变形形成的构造。各种地质体的构造都可以归纳为面状构造和线状构造。面状构造有层理、节理、断层等，以及一些只有几何意义的结构面，如褶皱轴面等。线状构造包括所有呈线状习性的构造，以及各种平面的交线，如褶皱的枢纽和线理等。为确定和表示面状构造和线状构造的空间关系，建立了产状要素

5、的概念。产状要素是用来规定面状构造或线状构造在三维空间的产出状态，用之表示其与水平参考面和地理方位之间的关系。,面状构造的产状要素 平面的产状是以其在空间的延伸方位及其倾斜程度来确定的。任何面状构造或地质体界面的产状均以其走向、倾向和倾角的数据表示。,1、走向：倾斜平面与水平面的交线叫走向线，走向线两端延伸的方向即为该平面的走向任何一个平面都有无数条相互平行的不同高度的走向线。2、倾向：倾斜平面上与走向线相垂直的线叫倾斜线，倾斜线在水平面上的投影所指的沿平面向下倾斜的方位即倾向。3、倾角：平面上的倾斜线与其在水平面上的投影线之间的夹角，即在垂直于该平面走向的直立剖面上该平面与水平面间的夹角。,

6、视倾角,当观察剖面与岩层的走向斜交时，岩层与该剖面的交迹线叫视倾斜线，视倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角称视倾角，也叫假倾角。视倾角的值比倾角值小，两者之间的关系为：tg=tgcos,当视倾向偏离倾向越大时，视倾角越小，当视倾向平行走向时，视倾角等于零。,线状构造的产状要素直线的产状是直线在空间的方位和倾斜程度，产状要素包括倾伏向、倾伏角，或用其所在平面的侧伏向和侧伏角表示。倾伏向（指向）：某一直线在空间的延伸方向，即某一倾斜直线在水平面上的投影线所指示的该直线向下倾斜的方位。倾伏角：指直线的倾斜角，即直线与其水平投影线间所夹之锐角。侧伏角：当线状要素包含在某一倾斜平面内时，此线与该平面走

7、向间所夹之锐角即为此线在那个面上的侧伏角。侧伏向就是构成上述锐角的走向线那一端的方位。,岩层产状的表示方法1、文字记述岩层产状方法（1）象限角法：以地理子午线（经线）为基准线，走向线、倾向线与它所夹的角，即为走向或倾向的象限角。（2）方位角法：以地理正北（N）为起点（0），顺时针旋转到岩层的走向线、倾向线的角度，即为走向和倾向的方位角。,2、在地质图上表示岩层产状的符号,3、等值线图表示岩层产状的方法,第二节 岩层的厚度和埋藏深度,岩层的厚度,1、真厚度（h）：岩层顶、底面之间的最短距离。2、铅直厚度(hg)：岩层顶、底面之间的铅直距离。同一岩层，只要产状不变，在任何方向的剖面上铅直厚度是不变

8、的。h=hgcos3、水平厚度(hf)：岩层顶、底面之间的水平距离。h=hfsin4、视厚度和视水平厚度：在与岩层走向斜交的剖面上，岩层顶、底面与剖面的交线之间的最短距离大于岩层的真厚度，称为视厚度；水平距离也大于水平厚度，称为视水平厚度。5、残存厚度：岩层遭受了剥蚀，现在所见到的是岩层的残余部分，由地面某点至岩层底面之间的最短距离，称为残存厚度。,岩层的埋藏深度 由地面某点至地下某岩层顶面的铅直距离，称为该岩层在地面某点的埋藏深度。1、埋藏深度为地面某点与其在地下某岩层顶面上的铅直对应点的标高差。2、埋藏深度为该岩层顶面上的铅直对应点以上各岩层铅直厚度的总和。,第三节 岩层的露头岩层露头和露

9、头线1、岩层露头：指岩层裸露地表、未被第四系松散堆积层覆盖的部分。2、露头线：岩层露头和第四系在地表的分界线，称为基岩出露线或第四系界线；岩层与地面的交线，称为岩层面出露线，即岩层露头线。3、岩层露头线的形态及其影响因素 岩层露头线的形态是指岩层露头线在地面和地质图上的弯曲的形态。影响岩层露头线形态的因素有岩层产状和地形。水平岩层 是同一层面上各点的海拔标高相同或基本相同的岩层。水平岩层露头线的形态仅取决于地形起伏情况。,倾斜岩层,倾斜岩层是指倾向和倾角基本一致的一套岩层，是变形岩层和构造中最基本的一种。倾斜岩层在地表的出露界线或地质界线，常以一定规律展布：穿越沟谷和山脊的地质界线的平面投影均

10、呈“V”字形，这种规律叫“V”字形法则，在地形地质图上的特征为：（1）当岩层倾向与地面坡向相反时，穿越沟谷的地质界线，“V”字形尖端指向沟谷上游，即岩层的倾向；穿越山脊处，“V”字形尖端指向下坡，即岩层倾向相反的方向。地质界线的“V”字形弯曲较等高线开阔。即“倾反弯小”。,（2）当岩层倾向与地面坡向一致，岩层倾角大于地面坡角时，穿越沟谷的地质界线“V”字形尖端指向沟谷下游，即岩层的倾向；山脊处的地质界线“V”字形尖端指向山脊上坡，即岩层倾向相反的方向。岩层倾角越陡，“V”字形越开阔，倾角近于90度时，地质界线近于直线，即“倾大弯反”。（3）当岩层倾向与地面坡向一致，而其倾角小于地面坡角时，地质

11、界线“V”字形尖端在沟谷处指向上游，；在山脊处指向下坡，且其“V”字形的弯曲较等高线紧闭。即“倾小弯大”。,第四节 地层的接触关系整合接触 当一个地区长期处于地壳运动相对稳定的条件下，即沉积盆地缓慢下降，或虽上升但未超过沉积基准面以上，或地壳沉降与沉积处于相互平衡状态，沉积物则一层层连续堆积而没有沉积间断。这样一套相互平行或近于平行的新老地层之间的接触关系，称为整合接触。,不整合接触 沉积接触的上下两套地层之间有明显的沉积间断，即先后沉积的两套地层之间有明显的地层缺失，这种接触关系为不整合接触。不整合接触有两种类型。1、平行不整合（假整合）：主要表现为不整合面上下两套地层的产状彼此平行。2、角

12、度不整合：主要表现为不整合面上下两套地层产状不同，褶皱型式和变形强弱程度不同，断裂构造发育程度和性质不同，上下两套地层的构造方向不同。两套地层的变质程度和岩浆活动也常有明显差异。,不整合在地质图或剖面图上的表现1、平行不整合 在地质图和剖面图上不整合面与其上下两套地层产状一致，即倾向、倾角相同，其地质界线与整合的地质界线相似。,2、角度不整合 在地质图和剖面图上，表现为上覆一套较新地层的底面的地质界线，即上覆地层中最老一层截切下伏较老不同地层的地质界线，通常以上覆地层的底面代表不整合面。,不整合的观察1、不整合研究的意义（1）地质发展史（2）岩石地层学（3）矿产2、不整合的研究方法（1）确定不

13、整合的存在（2）确定不整合的时代（3）研究不整合空间展布和类型变化,地理不整合：是由海侵造成的，在较广阔的区域内，地壳不均衡地缓慢下沉或者海水面不断上升，引起海水不断向大陆侵入。海水占领的面积和沉积范围不断扩大，不断形成新的地层逐渐向较古老的侵蚀面上超覆。这种新老两套地层之间的接触关系，称为地理式不整合接触。特点有：（1）分布区域广阔，在不同地段的地层接触关系的类型往往发生变化。（2）不仅下伏地层可以出现缺失现象，而且越向大陆超覆方向的上覆地层底部缺失的层位越多。,第五节 沉积岩层的构造层理及其识别1、层理的形态分类 形态分类是一种几何分类，主要依据层理形态及其结构，将其分为水平层理和交错层理

14、。2、层理的识别标志（1）岩石成分的变化（2）岩石结构的变化（3）岩石颜色的变化（4）岩层的层面原生构造,利用原生沉积构造鉴定岩层的顶面和底面 面向是指成层岩层顶面法线所指的方向，是成层岩系中岩层由老变新的方向。沉积岩层的很多原生沉积构造，可以用来确定岩层的面向。1、交错层理 交错层理是由纹层互相斜交组成的，常呈弧形，有多种类型。2、递变层理（粒序层理）是碎屑物质在沉积过程中由于流体逐渐衰减而形成的一种沉积结构。3、波痕 波痕是沉积物表面由于水和空气流动而形成的波状起伏不平的堆积形态。,4、冲刷面 固结或半固结的沉积岩层，当出露水面或在水下遭到流水的冲刷时，就会形成凹凸不平的冲刷面。,5、层面

15、暴露标志6、生物标志 根据某些化石在岩层内的埋藏保存状态也可鉴定岩层的顶、底面。,第三章 地质构造分析的力学基础第一节 应力的概念面力和体力 地壳中作用于岩石上的力有多种，最重要的有两种：重力和面力。重力是一种体力，与质量成正比。对于深埋于地壳中的岩石，其上覆岩石柱的重量是一种重要的力。所谓体力是指作用于岩石内部每个质点的外力。面力是岩块间的相互作用力，是通过其接触面而传递的，它作用于物体的表面，所以也叫表面力。,应力 应力是在面力或体力的作用下引起的，作用在物体内或表面单位面积上的一对大小相等方向相反的力，应力的方向与力的方向一致。内力：同一岩石内部各质点之间相互作用的力，可分为固有内力和附

16、加内力。固有内力是指岩石内部各个质点之间原来存在的自然结合力。附加内力是指当岩石受到外力作用时，引起内部固有内力的改变量。,1、合应力：在外力作用下，于岩石内部任一截面上所产生的与外力作用方向平行的应力，即称为作用在该截面上的合应力。,2、正应力和剪应力：合力可以运用平行四边形法则分解为两种应力。正应力（或直应力）：与截面垂直的应力 剪应力：作用于截面上并与其平行的应力,、主应力：在外力作用下，于岩石内部，与外力作用方向垂直的截面上，只产生正应力，不产生剪应力，这种与外力作用方向平行的正应力，称为主应力。与主应力垂直的截面称为主应力面或主平面，其上只有主应力而无剪应力；主应力面的法线称为主应力

17、轴，它代表主应力的作用方向。4、基本计算公式,任意截面（N）上的合应力（合）、外力（P）、主应力面（A），N与A的夹角（n）、主应力（a）等之间的关系为：（上式）,第二节 应力状态分析应力状态的概念在外力作用下，于岩石内部任一点的无数个方向不同的截面上所产生的应力情况，称为岩石内部该点的应力状态。,一点的应力状态,一点的应力状态 可以用三个主应力的大小和方向来表示，分别用1、2、3表示最大、中间和最小主应力，123。常见的应力状态有：1、单轴应力状态：一个主应力不等于零，另外两个主应力等于零。2、双轴应力状态：一个主应力为零，另外两个主应力不等于零。3、三轴应力状态：三个主应力都不等于零，为一

18、般的应力状态，123。,二维应力分析1、任一斜截面上的应力分析,表示二维应力状态的莫尔圆,三维应力分析 三维应力分析是在二维应力分析的基础上进行的，只不过数字表达式更为复杂。,三维应力莫尔圆：,第三节 应力场、应力轨迹、应力集中应力场和应力轨迹 物体内各点在某一瞬间的应力状态组成了一个应力场。地壳的一定空间内某一瞬间的应力状态称为构造应力场。表示那一瞬间的应力状态及其变化情况，通常用各点的主应力方向连成的轨迹来表示，称应力轨迹，也称应力迹线，它表示了主应力方向的连续变化。应力场的研究方法主要有：节理统计、岩组分析、光弹模拟、数学地质模拟等。,应力集中 根据材料实验，物质内部的缺陷（如孔洞、缺口

19、、微裂隙等）所在，会引起局部的应力集中，大大超过应力的正常值，使岩石沿着这些应力集中部位首先遭到断裂破坏。,自然界中的岩石并非完整无缺，因此应力集中现象在地壳中也必然存在。,第四节 变形岩石应变分析基础基本概念1、变形、位移和应变 当地壳中岩体受到应力作用后，其内部各质点经受了一系列的位移，从而使岩体的初始形态、方位和位置发生了改变，通常称为变形。物体的位移是通过其内部各质点的初始位置和终止位置的变化来表达的。质点的初始位置和终止位置的连线叫做位移矢量。位移的基本方式可以分为平移、旋转、体变和形变四种。平移和旋转是指刚体的平移和旋转，是物体相对于外部坐标作整体的平移或旋转。体变和形变分别指体积

20、的变化和形状的变化，体变和形变使物体内部各质点的相对位置发生了改变，从而改变了物体的大小和形状，即引起了物体的应变。,因此，应变是物体在应力作用下的形状和大小的改变量，但有时也包含有旋转的含义。,2、应变的测量 应变是指与初始状态比较的物体变形后的状态，变形的结果引起物体内质点之间的线段长度的变化或两条线段之间的角度的变化，前者为线应变，后者为剪应变。（1）线应变,（2）剪应变,3、主应变、主应变面和主应变轴 在三向应力状态下，于岩石内部任意点上，即在这个单元体中的三个相互垂直的面上，只有线应变而无剪应变，岩石表现为单纯的拉伸或压缩，这个线应变称为主应变；该三个相互垂直的面，称为主应变面；三个

21、相互垂直的主应变方向，称为主应变轴。4、均匀应变和非均匀应变（1）均匀变形物体各点的应变相同的变形称为均匀变形。其特征是：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。因此，其中任一个小单元体的应变性质（大小和方向）就可以代表整个物体的变形特征。,（2）非均匀变形,物体内各点的应变特征发生变化的变形称为非均匀变形。直线经变形后不再成为直线，而成了曲线或折线，平行线变形后不再保持平行，圆变形后亦不再成为椭圆。,如果物体内从一点到另一点的应变状态是逐渐改变的，则称为连续变形；如果是突然改变的，则应变是不连续的，称为不连续变形。,应变椭球体和递进变形1、应变椭球体,设想在变形前岩石内有

22、一个半径为1的单位球体，均匀变形后成为一个椭球以这个椭球的形态和方位来表示岩石的应变状态，这个椭球便称为应变椭球体。,2、递进变形 物体变形的最终状态与初始状态对比发生的变化，称为有限应变或总应变或全量应变。实际上，在变形过程中，物体从初始状态变化到最终状态的过程是一个由许许多多微量应变的逐次叠加过程，这种变形的发展过程称为递进变形。其中，变形期中某一瞬间正在发生的小应变，叫增量应变如果所取瞬间非常微小，其间发生的微量应变可称为无限小应变。（1）共轴递进变形 在递进变形过程中，如果各增量应变椭球的主轴始终与有限应变椭球的主轴一致，这种变形就叫共轴递进变形。否则就叫非共轴递进变形。递进纯剪变形是

23、共轴递进变形的典型实例。,（2）非共轴递进变形 递进简单剪切是非共轴递进变形的典型实例。,第五节 岩石变形行为及影响因素岩石的力学性质 影响岩石变形的岩石力学性质主要有：1、岩石的弹性和塑性 岩石在外力作用下发生变形，当外力取消后，又恢复到变形前的状态，岩石的这种力学性质称为弹性，这种变形称为弹性变形。当应力超过岩石的弹性极限，即使外力去掉后，岩石也不能完全恢复到原来的形状，从而使一部分变形保留下来，这种变形称为塑性变形，岩石的这种性质称为塑性。,2、岩石的脆性和韧性 岩石受力后，若在破裂前，只能承受很小的变形时，称为岩石的脆性。脆性强的岩石，受力变形后很快就会发生破裂。岩石受力后，若在破裂前

24、，能够承受较大的变形而不失去连续完整性时，称为岩石的韧性。韧性强的岩石不易被拉断、剪断或折断。,3、岩石的刚性 岩石不易发生变形的性质，称为刚性。理想的刚体，在任何应力作用下都不会发生任何变形。岩石不是理想的刚体，且不同岩石的刚性相对地有强有弱。4、岩石的粘性 岩石容易发生流动变形的性质称为粘性。理想的粘性体称为牛顿流体，它是能经受很大程度变形的材料，在长时间的极其微小的应力作用下，就能表现出持续、缓慢的塑性变形，实际上这是在固体条件下的流动变形。,岩石的脆性破坏1、岩石的强度 当岩石所受的应力达到或超过岩石的强度极限时，就会发生断裂。岩石的这种抵抗破坏的能力，称为岩石的强度。2、岩石的脆性破

25、坏方式 岩石的破裂有两种类型：张裂与剪裂。张裂的位移方向垂直于破裂面，张裂面一般垂直于主应力方向。剪裂相对位移平行于破裂面，破裂面一般与最大主压应力方向的夹角小于45度。,3、库伦剪切破裂准则,库伦认为岩石抗剪切破坏的能力不仅同作用在截面上的剪应力有关，而且还与作用于该截面上的正应力有关。设发生剪裂的临界剪应力为，则：=0+n n作用于该剪切面上的正应力，0-n=0时的岩石抗剪强度，也称为岩石的内聚力，内聚力对于一种岩石而言是一个常数；内摩擦系数，即为直线的斜率，如以直线的斜角表示，则=tg，则上式为：=0+ntg 岩石的内摩擦角，则上式称为库伦剪切破裂准则。,4、莫尔剪切破裂准则,莫尔根据岩

26、石力学实验的结果，对库伦准则提出了修正。他认为材料的内摩擦角不是常数，而是随围压的变化而变化，其破裂线的方程一般表示为：,n=f(n)这是一条由一系列实验得出的曲线，它包络了同一种岩石在不同围压下破裂时的极限应力圆，这一曲线称为莫尔包络线。,影响岩石变形行为的因素1、岩石的各向异性 2、围压,3、温度,4、孔隙流体对变形的影响5、时间（1）应变速率（2）蠕变与松弛 当作用于岩石的应力保持长期不变时，岩石的应变会随应力作用时间的延长而逐渐加大，称为岩石的蠕变。在岩石受力变形的过程中，若待应力和应变达到一定值以后就维持应变量不变，则所需继续作用的应力值会随时间的延长而逐渐减小，称为岩石的松弛。（3

27、）施力重复次数,第四章 褶皱构造第一节 褶皱和褶皱要素褶皱的概念 岩层或岩体，在各种应力长期作用下形成波状弯曲，但仍然保持着它们的连续完整性，称为褶皱构造。褶皱形象地反映了地壳岩石发生了塑性变形。褶皱的基本类型 从单一褶皱面的弯曲来看，基本形态有两种：背形和向形。,背形是指两侧褶皱面相背倾斜的上凸弯曲。向形是指两侧褶皱面相对倾斜的下凹弯曲。中性褶皱：褶皱面既不上凸也不下凹，而是 凸向旁侧。,褶皱的两种基本类型：背斜：核部由老地层，翼部由新地层组成的岩层，凸向地层变新方向的弯曲的褶皱。向斜：核部由新地层，翼部由老地层组成的岩层凸向地层变老的方向弯曲的褶皱。,如果褶皱构造很复杂，地层发生了倒转，造

28、成背形的核部是新地层，称为背形向斜；向形的核部是老地层，称为向形背斜。,褶皱要素褶皱要素是褶皱的基本组成部分，主要有：1、核：褶皱中心部位的岩层。2、翼：泛指褶皱两侧比较平直的部分。3、拐点：相邻的背形和向形共用翼的褶皱面常呈“S”形弯曲，褶皱面不同凸向的转折点称为拐点。4、翼间角：是指正交剖面上两翼间的夹角。5、转折端：褶皱面从一翼过渡到另一翼的弯曲部分。6、枢纽：单一褶皱面上最大弯曲点的连线。7、脊线和槽线：同一褶皱面上沿着背形最高点（脊点）的连线称为脊线；沿向形最低点（槽点）的连线称为槽线。8、轴面：各相邻褶皱面的枢纽连成的面。,第二节 褶皱的描述,的重要方式。正交剖面是指与褶皱枢纽相垂

29、直的剖面。褶皱在水平面、铅直剖面和正交剖面上的空间关系如下图所示。可见只有正交剖面才能表示出褶皱的真实形态。,褶皱的剖面形态是表现褶皱形态,转折端的形态 根据转折端的形态，可将褶皱分为以下几类：1、圆弧褶皱：转折端呈圆弧形弯曲的褶皱。2、尖棱褶皱：转折端为尖顶状，常由平直的两翼相交而成。3、箱状褶皱：转折端宽阔平直，两翼产状较陡，形如箱状。如果箱状褶皱由两个共轭的轴面组成,则称共轭褶皱.4、挠曲：在平缓岩层中，一段岩层突然变陡而表现出的褶皱面的膝状弯曲。,翼间角根据翼间角的大小将褶皱分为以下几类：1、平缓褶皱：120翼间角1802、开阔褶皱：70翼间角1203、中常褶皱：30翼间角704、紧闭

30、褶皱：5翼间角305、等斜褶皱：0翼间角5,枢纽 枢纽包括指向和倾伏角。指向一般代表褶皱在空间延伸的方位。倾伏角可以从水平（0）到直立（90）。枢纽的指向和倾伏角是描述褶皱位态的重要数据。,褶皱的位态分类 褶皱在空间的位态取决于轴面和枢纽产状。以横坐标表示轴面的倾角，纵坐标表示枢纽倾伏角，可将褶皱分为七种类型：1、直立水平褶皱：轴面倾角9080，枢纽近水平（倾伏角010）2、直立倾伏褶皱：轴面倾角9080，枢纽10703、倾竖褶皱：轴面倾角9080，枢纽70904、斜歪水平褶皱：轴面倾角8020，枢纽010,5、斜歪倾伏褶皱：轴面倾角8020，枢纽10706、平卧褶皱：轴面、枢纽0207、斜卧

31、褶皱：枢纽和轴面两者倾向及倾角基本一致，轴面倾角2080，枢纽在轴面上的倾伏角7090,褶皱的大小褶皱的大小以褶皱的波长（）和波幅（A）来确定，在正交剖面上连接各褶皱面的拐点的线称作褶皱的中间线。褶皱波长是指一个周期波的长度，即等于两个相间拐点之间的距离；波幅是指中间线与枢纽点之间的距离。,褶皱的对称性,两翼等长的褶皱称为对称褶皱，反之为不对称褶皱。,褶皱的平面轮廓褶皱的平面轮廓可以根据褶皱中的同一褶皱面在平面上出露的纵向长度和横向宽度之比予以表达，可将褶皱分为：1、等轴褶皱：长与宽之比近于1:1；等轴背斜又称穹窿构造；等轴向斜又称构造盆地。2、短轴褶皱：长与宽之比约3:1的枢纽向两端倾伏的褶

32、皱。3、线状褶皱：长度远大于宽度的各类狭长的褶皱（一般大于10:1）。,第三节 褶皱的形态分类根据组成褶皱的各褶皱层的厚度变化分类,1、平行褶皱 典型平行褶皱的几何特点是褶皱面作平行弯曲。同一褶皱层的厚度在褶皱各部分一致，所以也称等厚褶皱；弯曲的各层具有同一曲率中心，所以又称为同心褶皱。,2、相似褶皱 典型的相似褶皱的几何特点是组成褶皱的各褶皱面作相似的弯曲各面的曲率相同，但没有共同的曲率中心。各褶皱层的厚度发生有规律的变化，两翼变薄，转折端加厚；平行轴面的厚度在褶皱各部位保持一致。,根据组成褶皱的各褶皱面之间的几何关系分类,1、协调褶皱 褶皱中各褶皱面弯曲的形态一致或作有规律的变化，其间没有

33、明显不协调的突变现象，如相似褶皱和平行褶皱。2、不协调褶皱,最典型的不协调是底辟构造，一般由变形复杂的高塑性层（如岩盐、石膏、泥质岩石或煤层等）为核心，刺穿变形较弱的上覆脆性岩层的一种构造。一般由底辟核、核上构造和核下构造三个部分组成。底辟核：由岩盐、石膏、泥质岩石及煤层等高塑性岩层组成，体积较大，外形奇特，内部褶皱极其复杂。核上构造：指位于底辟核上覆和四周岩层的构造。核下构造：指底辟核底盘岩层的构造。,兰姆赛（Ramsay）的褶皱形态分类,褶皱面的曲率变化可用等斜线表示。等斜线是褶皱正交剖面上层的上下界面的相同倾斜点的连线。,Ramsay根据一个褶皱的等斜线型式把褶皱分成三种类型：1类褶皱的

34、等斜线向内弧收敛，内弧的曲率大于外弧的曲率；2类褶皱的等斜线相互平行，内弧和外弧的曲率相同，为典型的相似褶皱；3类褶皱的等斜线向外弧收敛，外弧曲率大于内弧曲率。Ramsay又根据厚度的变化将1类褶皱分为三型：1A型将褶皱的厚度在枢纽部分比翼部小，可称顶薄褶皱；1B型褶皱是理想的平行褶皱，以褶皱层的厚度在各部分相等为特点；1C型褶皱是平行褶皱（1B型）和相似褶皱（2型）的过渡类型，枢纽处的厚度比翼部的略大。,第四节 褶皱的组合形式,阿尔卑斯式褶皱(Alpinotype folds)又称全形褶皱。其特点是：一系列线状褶皱成带状展布，所有褶皱的走向基本上与构造带的延伸方向一致；在整个带内的背斜和向斜

35、呈连续波状，同等发育，布满全区；不同级别的褶皱往往组合成巨大的复背斜和复向斜。,侏罗山式褶皱（Jura-type folds）又称过渡型褶皱，代表构造是隔挡式与隔槽式褶皱。隔挡式褶皱又称梳状褶皱，由一系列平行褶皱组成，其特点是背斜紧闭，发育完整，两个背斜之间的向斜开阔。隔槽式褶皱特征是向斜紧闭且发育完整，向斜间的背斜开阔，呈箱状。这两类褶皱尤其是隔挡式褶皱在欧洲侏罗山发育较好，通称侏罗山式褶皱。,日尔曼式褶皱（German-type folds）,又称断续褶皱。发育于构造变形十分轻微的地台盖层中，以卵圆形穹窿、拉长的短轴背斜或长垣为主。褶皱翼部倾角极缓，甚至近于水平，但规模可以很大，延长可以数

36、十公里计。穹窿或长垣可以孤零零地产出于水平岩层之中，所以向斜和背斜不等同发育，而且空间展布常无一定方向性；有些穹窿或长垣可以成群展布，或呈有规律的定向排列，或呈雁列分布。,第五节 褶皱的形成机制褶皱形成机制的类型1、纵弯褶皱作用（1）纵弯褶皱作用,纵弯褶皱作用是指岩层受到顺层挤压力的作用而形成的褶皱。,在纵弯褶皱作用中，岩层的弯曲是通过层间滑动发生的，称为弯滑褶皱作用；如果是通过顺层流动和顺层剪切作用发生的，则称为弯流褶皱作用。一般来说，在脆硬性岩层中产生弯滑褶皱作用，在韧软性岩层中产生弯流褶皱作用。,弯滑褶皱作用的形成过程:,弯流褶皱作用的形成过程:,（2）纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造

37、单层岩石纵弯褶皱作用的形成过程中和面褶皱作用 由于层的切向长度变化而成的单层弯曲，由于层的中部有一个无应变面，所以也称中和面褶皱作用。,顺层剪切作用 顺层剪切作用中，褶皱岩层的弯曲由顺层的剪切来调节。较弱岩层在形成等厚的平行褶皱中，常以透入性顺层剪切的弯流作用为主；在多层的薄层强岩层间结合不牢或层间夹有很薄的弱岩层时，应变集中于层间的差异性顺层剪切，而以弯滑作用为主。,压扁作用的影响,2、横弯褶皱作用 岩层受到与层面垂直的外力而弯曲的作用称为横弯褶皱作用。,横弯褶皱作用的形成过程:（1）成因机制,（2）横弯褶皱的特点,3、剪切褶皱作用又称滑褶皱作用，是岩层沿着一系列与层面交切的密集面发生不均匀

38、的剪切而形成“褶皱”。它貌似褶皱，实际上岩层面不起任何控制作用，岩层没有发生弯曲变形，仅仅是沿着剪切面滑动而已。4、柔流褶皱作用韧性很大的岩层（如岩盐、石膏、粘土、煤层），或处在高温、高压环境下而变为具有高韧性的岩层，在应力作用下产生塑性流动变形，称为柔流褶皱作用。形成的褶皱称为柔流褶皱，其形态极为复杂，无一定规律。,影响褶皱发育的因素 内因：岩层的成层性、厚度、层间黏结程度、岩石的力学性质等。,外因：岩层在形成褶皱构造的过程中所经历的地质环境，包括地壳运动的次数、应力作用的方式、应变速率、埋藏深度和基底构造等。1、岩层的层理对褶皱发育的影响2、岩层的厚度、粘度比对褶皱发育的影响,3、多层岩层

39、对褶皱发育的影响（1）接触应变带的概念,（2）强硬层间距离对褶皱形态的影响,4、岩层经历的地质环境对褶皱发育的影响（1）地壳运动次数的影响（2）应力作用方式的影响（3）岩层应变速率的影响（4）岩层埋藏深度的影响（5）基底对盖层褶皱的影响,第六节 褶皱的观察和研究1、褶皱基本形式的确定2、褶皱要素的测定3、褶皱类型的确定4、褶皱形态深部变化的研究5、叠加褶皱的研究 叠加褶皱又称重褶皱，是指已经褶皱的岩层再次弯曲变形而形成的褶皱。,6、褶皱形成时代的确定,7、表示褶皱的地质图件（1）地形地质图（2）横剖面图,（3）纵剖面图,（4）煤层底板等高线图,第五章 节理节理 组成地壳的岩层或岩体，如果所受应

40、力超过岩石强度极限时，就会发生断裂，出现断裂面，失去完整性，总称为断裂构造。被断裂面分割的岩层或岩体沿断裂面没有发生显著位移，或者位移量很小的断裂构造，称为节理。第一节 节理的分类,按节理与有关构造的几何关系分类1、根据节理产状和岩层产状的关系分类（1）走向节理：节理走向与所在岩层走向平行或大致平行。（2）倾向节理：节理走向与岩层走向大致直交的节理。（3）斜向节理：节理走向与岩层走向斜交的节理。（4）顺层节理：节理面与岩层的层面大致平行的节理。,2、根据节理与褶皱轴迹方位的关系分类（1）纵节理：节理走向与所在褶皱轴迹方位平行或大致平行。,（2）横节理：节理走向与所在褶皱轴迹方位垂直或大致垂直。

41、（3）斜节理：节理走向与所在褶皱轴迹斜向相交。,节理的力学性质分类1、剪节理：剪节理是由剪应力产生的破裂面。,剪节理具有如下主要特征：（1）产状较稳定，沿走向和倾向延伸较远；（2）平直光滑，有时具有因剪切滑动而留下的擦痕；（3）发育于砾石和砂岩等岩石中的剪节理，一般穿切砾石和脉结物；,（4）典型的剪节理常常组成x型节理系（5）主剪裂面由羽状微裂面组成。2、张节理：张节理是由张应力产生的破裂面。张节理具有如下主要特征：（1）产状不稳定,延伸不远,单条节理短而弯曲,节理常侧列产出；,（2）张节理面粗糙不平,无擦痕；（3）在胶结不太坚实的砾岩或砂岩中的张节理常绕过砾石或粗砂粒,如切穿砾石,破裂面也凹

42、凸不平；,（4）张节理常开口,一般被矿脉填充;（5）张节理有时呈不规则的树枝状和各种网络状,有时也追踪x型节理形成锯齿状节理,单列或共轭雁列式张节理,有时也呈放射状或同心圆状组合形式。,第二节 节理的组合节理组和节理系 节理组是指在一次构造作用的统一应力场中形成的，产状基本一致和力学性质相同的一群节理。在一次构造作用的统一应力场中形成的两个或两个以上的节理组，则构成节理系，如x型共轭节理系等。对于在一次构造作用的统一应力场中形成的产状呈规律性变化的一群节理，也称为节理系，如一群放射状节理或同心状节理等。,节理的分期和配套 节理的分期是将一定地区不同时期形成的节理，即自成岩期、成岩后变形前以及各

43、变形期中形成而汇集于岩石中的节理加以按期区分，组合成一定系列。,节理的分期主要依据两个方面：一是节理的交切关系，二是各期节理的配套关系。1、节理组的交切关系（1）切断错开,（2）限制中止,（3）相互切断错开,（4）追踪,2、节理的配套 节理配套是指在统一应力场中形成的各组节理的组合关系。节理配套是划分节理期次的良好依据。,节理的密度 节理的密度又称节理的频率，指在节理面法线的方向上单位长度内的节理条数（条/米），是反映节理发育程度的一个重要指标。第三节 节理的观测与研究 1、节理的野外观测与研究（1）观测点的选定（2）观测内容,表5-1 节理观测点记录表,（3）节理发育程度的研究（4）进行节理

44、的野外分期及配套研究2、节理测量资料的室内整理（1）节理玫瑰花图*节理走向玫瑰花图,*节理倾斜玫瑰花图,（2）节理极点图（3）节理等密图,3、利用节理研究恢复构造应力场,第六章 断层断层是地壳表层中岩层顺破裂面发生明显位移的构造。地壳岩石中断裂主要表现为层次性，浅层次为脆性断裂，形成脆性断层或简称断层；在较深和深层次则形成韧性断层或称韧性剪切带；两者之间存在一个过渡层次。脆性断层和韧性剪切带构成了断层的双层结构。,第一节 断层的几何要素断层面 断层,的断裂滑动面，称为断层面。断层面的空间位置由其走向、倾向和倾角确定。断层面可以是一个简单的平面，也可以是沿走向或倾向都发生变化而成的曲面。,断层带

45、 大的断层一般不是一个简单的面，而是由一系列破裂面或次级断层组成的带，即断层（裂）带。断裂带内还夹杂或伴生有搓碎的岩块、岩片以及各种断层岩。断层规模越大，断裂带越宽越复杂。大断裂带还常常呈现分带性。,断层线是断层面与地面的交线，即断层在地面的出露线。断层线的弯曲形态决定于断层面的弯曲程度、断层面的产状以及地面的起伏，在地面弯曲延伸的规律，与岩层露头线“V”字形规律相同。,断盘断层面两侧沿断层面发生位移的岩块。如果断层面是倾斜的，位于断层面上侧的一盘称为上盘，下侧的一盘称为下盘。如果断层面直立，则按断盘相对于断层走向的方位描述，如东盘、西盘、NE盘、SW盘等。,根据两盘的相对滑动，相对上升的一盘

46、称为上升盘，相对下降的一盘称为下降盘。,第二节 断层的断距、落差和平错断距,断距可以分为以下几类：1、总断距（H总）指断层两盘相对错开的真正距离。,2、地层断距（Ho）是指在与岩层走向垂直的剖面上，断层两盘同一岩层或矿层错开的垂直距离。3、铅直地层断距（Hg）是指在与岩层走向垂直的剖面上，断层两盘同一岩层或矿层错开的铅直距离。,4、水平断距（Hf）是指在与岩层走向垂直的剖面上，断层两盘同一岩层或矿层错开的水平距离。,5、走向断距（Hd）是指断层两盘同一岩层或矿层沿断层走向线错开的水平距离。6、倾向断距（Hc）指断层两盘同一岩层面或矿层沿断层倾斜线错开的倾斜距离。落差和平错,在与断层走向垂直的剖

47、面上，倾向断距的铅直分量为落差（Ha），水平分量为平错（Hb）。,落差、平错与倾向断距的关系为：Ha=HcsinHb=Hccos 断层倾角。,第三节 断层分类按断层与有关构造的几何关系分类1、根据断层走向与所切岩层走向的方位关系，分为：（1）走向断层：断层走向与岩层走向基本一致的断层。,（2）倾向断层：断层走向与岩层走向基本直交的断层。,（3）斜向断层：断层走向与岩层走向斜交的断层。,（4）顺层断层：断层面与岩层层理等原生地质界线基本一致的断层。,2、根据断层走向与褶皱轴向或区域构造线之间的几何关系，分为：（1）纵断层：断层走向与褶皱轴向一致或断层走向与区域构造线基本一致的断层。,（2）横断层

48、：断层走向与褶皱轴向直交或断层走向与区域构造线直交的断层。,（3）斜断层：断层走向与褶皱轴向斜交或断层走向与区域构造线斜交的断层。,1、正断层 是断层上盘相对下盘沿断层面向下滑动的断层。2、逆断层,断层的上盘相对下盘沿断层面向上滑动的断层。根据断层倾角大小可,分为高角度逆断层和低角度逆断层。,逆冲断层是位移量很大的低角度逆冲断层，倾角一般在30度左右或更小，位移量一般在数公里以上。大逆冲断层的上盘，因从远处推移而来而称为外来岩块（体），下盘相对未动而称为原地岩块（体）。推覆体就是一种外来岩块（体）。因总体成平板状又称逆冲岩席。逆冲断层与推覆体共同构成逆冲推覆构造或推覆构造。当推覆构造发育区遭受

49、强烈侵蚀切割，将部分外来岩块剥掉而露出下伏原地岩块，表现为在一片外来岩块中露出一小片由断层圈闭的原地岩块，称为构造窗；如果剥蚀强烈，外来岩块被大片剥蚀，只在大片被剥露出来的原地岩块上残留小片孤零零的外来岩体，成为飞来峰。,3、平移断层 是断层两盘顺断层面走向相对移动的断层。规模巨大的平移断层通常称为走向滑动断层，又可进一步命名为左行和右行平移断层。4、枢纽断层,有许多断层常具有一定程度的旋转运动，即以断层面上的一点为枢纽中心，两盘发生相对旋转滑动，称为枢纽断层。,第四节 断层形成机制 安德森（Anderson）的断层力学成因模式安德森等分析了形成断层的应力状态，认为由于地面与空气间无剪应力作用

50、，所以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。以此为依据提出了形成正断层、逆断层和平移断层的三种应力状态。1、形成正断层的应力状态 水平拉伸和铅直上隆是最适合于发生正断层作用的应力状态。2、形成逆断层的应力状态 水平挤压有利于逆冲断层的发育。3、形成平移断层的应力状态,哈弗奈（Hafner）的断层力学模式,Hafner分析了地球内部可能存在的各种边界条件所引起的应力系统。他假定了一个标准应力状态，并附加以类似实际构造状况的边界条件，从而推算出各种边界应力场下势断层的可能产状和性质。,第五节 断层的标志断层面上的特征1、擦痕是断层两侧的岩块相互滑动和摩擦留下的,痕迹，是断层面上常见