地質(zhì)構(gòu)造類型及簡介

1、第三節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造是地質(zhì)體（geologic body）或地殼中的巖塊受到應(yīng)力作用造成永久變形的產(chǎn)物。地質(zhì)體泛指天然的巖石塊體，而不論其規(guī)模大小、形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成因。地質(zhì)體在地面上直接露出部分稱為露頭（outcrop）。露頭上往往賦存有地質(zhì)構(gòu)造的一些信息，因而成為地質(zhì)工作者在野外調(diào)查研究的重要對象。 在應(yīng)力作用下，地質(zhì)體有的發(fā)生空間位置的變化（變位），如平移和平穩(wěn)的升降；有的出現(xiàn)形體改變（形變和體變）和方位扭轉(zhuǎn)。這些變化后的產(chǎn)物統(tǒng)稱為地質(zhì)構(gòu)造，常見的地質(zhì)構(gòu)造有水平構(gòu)造（horizontal structure）、傾斜構(gòu)造（dipping structure）、褶皺（fold）、斷裂（

2、fracture）以及巖漿巖作用產(chǎn)生的構(gòu)造等。 一、地質(zhì)構(gòu)造空間位置的測定 為了研究地質(zhì)構(gòu)造，首先要確定它的空間位置，也就是確定地質(zhì)構(gòu)造的產(chǎn)狀。 組成地殼的巖石從總體上看，巖漿巖占絕大部分，其次是變質(zhì)巖，沉積巖僅占地殼巖石總量的5%左右。但從地殼表層（0-3km）的巖石看，具層狀構(gòu)造的沉積巖和火山巖超過巖石總量的80%。地質(zhì)構(gòu)造的各種類型在層狀巖石中發(fā)育最好，表現(xiàn)得最清楚。下面著重介紹巖層產(chǎn)狀的測定方法。 （一）巖層的產(chǎn)狀（attitude of stratum） 巖層的產(chǎn)狀即巖層在空間的位置，以其層面在三維空間中的延伸方向和與大地水準面（水平面）的交角關(guān)系來確定，即用層面的走向、傾向和傾角三

3、個變量來度量。這三個變量稱為巖層產(chǎn)狀三要素（圖12-4）。 1走向（strike） 層面與水平面相交所得的直線稱走向線，走向線兩端指示的方向即是巖層的走向。它有兩個方向（二者相差180）。走向表示巖層在空間的延長方向。 2傾向（dip） 在層面上與走向線垂直并沿斜面向下所引的直線為真傾斜線，此線在水平面的投影線為真傾向線，真傾向線指示的方向是巖層的真傾向，簡稱傾向。傾向只有一個，表示巖層向下傾斜的方位。層面上與走向斜交的直線均為視傾斜線，其在水平面上的投影均為視傾向線，其方向均為視傾向。 3傾角（dip angle） 層面上真傾斜線與真傾向線的夾角為巖層的真傾角，簡稱傾角。視傾斜線與其在水平面

4、上投影線的夾角為視傾角。所有的視傾角均小于真傾角。 巖層層面的產(chǎn)狀須在野外的巖石露頭上用地質(zhì)羅盤直接測量。所測量的層面應(yīng)具有代表性，即其能代表露頭上顯現(xiàn)的層面總的方位。測量數(shù)據(jù)立即記錄在野外地質(zhì)記錄本上，或在掌上電腦上作技術(shù)處理。 （二）巖層厚度（thickness of stratum）的測定 巖層是具有三維空間的板狀地質(zhì)體。為了真正確定巖層或地質(zhì)構(gòu)造的空間位置，還應(yīng)同時實測巖層的厚度。巖層的厚度是指同一巖層從頂面（superface）到底面（subface）的距離。測量線必須同時垂直于頂面和底面，才能量得巖層的真厚度。若測量線與頂面和底面斜交，測量得的是假厚度。顯然，假厚度恒大于真厚度。圖

5、12-5表示露頭上巖層出露寬度（假厚度）與真厚度的關(guān)系。 巖層呈水平產(chǎn)出時，沒有傾向，傾角為零，其走向可以是任意方向。它的空間位置受巖層厚度控制。 似層狀地質(zhì)體（如巖脈、巖餅和面狀分布的火山巖等）的產(chǎn)狀，可以測量其延展面的走向、傾向、傾角和平均厚度來確定其在空間的位置。 1. “V”字形法則 “V”字形法則是指當不同產(chǎn)狀的巖層分布于不同坡度及坡向的地形區(qū)時，如何根據(jù)地層出露線有規(guī)律彎曲的現(xiàn)象判斷地層產(chǎn)狀的法則。當?shù)貙觾A向與地形坡向相反時，地層出露線彎曲方向與地形線相同，但地層出露線彎曲程度小于地形線，稱“相反相同”(圖126)。當?shù)貙觾A向與地形坡向一致、地層傾角大于地形坡度角時，地層出露線彎曲

6、方向與地形線彎曲方向相反，稱“相同相反”(圖127a)；當?shù)貙觾A向與地形坡向一致、地層傾角小于地形坡度時，地層出露線彎曲方向與地形線一致，但地層出露線彎曲程度大于地形線，稱“相同相同”(圖127b)。 利用V字形法則，不僅可以在地形地質(zhì)圖上間接“讀”出研究區(qū)巖層的空間展布特征，也可以在野外研究中，直接根據(jù)巖層出露線的彎曲特征，分析巖層向地下延伸的規(guī)律。 二、水平構(gòu)造 大部分沉積巖是在海洋盆地和湖泊盆地中形成的，除陡岸和島嶼邊緣的沉積物形成傾斜層理（bedding）外，海相和湖相沉積巖具有原始水平產(chǎn)狀。大面積覆蓋的玄武質(zhì)熔巖和平坦地面上堆積的凝灰?guī)r常具有近水平的產(chǎn)狀。這些巖層在平穩(wěn)的上升運動作用

7、下，仍保持其水平產(chǎn)狀，這種構(gòu)造稱為水平構(gòu)造（圖12-8）。 水平構(gòu)造在地貌上表現(xiàn)為，溝谷底部出露老的巖層；順坡向上巖層逐漸變新；山峰頂為較新的巖層；在不同的溝谷坡上，只要高程相同，出露的巖層必定是同一時代的相當巖層。 三、傾斜構(gòu)造 巖層層面在較大范圍內(nèi)向同一個方向傾斜、傾向和傾角變化不大（無突變）的構(gòu)造稱為傾斜構(gòu)造。原始水平產(chǎn)狀的巖層受到差異升降運動的改造，原始傾斜巖層被抬升到地表，都可以成為傾斜構(gòu)造；巨型褶皺的一翼或大斷層的一盤，也可能表現(xiàn)為傾斜構(gòu)造（圖12-9）。 傾斜巖層出露地面的表現(xiàn)與水平構(gòu)造不同。當溝谷走向與巖層走向相交時，從溝口向溝頭出露的巖層可能由新到老（巖層向溝口傾斜），也可能

8、由老到新（巖層向溝頭傾斜）。此外，最高山峰上出露的不一定是最新的巖層，最低谷底上出露的不一定是最老的巖層。 巖層的頂面或底面常保留著成巖過程中的某些標志，如泥裂、波痕、雹痕、殘根等。巖層形成以后受到構(gòu)造運動而變位、變形，若頂面仍然在上，底面在下，層序是下老上新，稱為正常層序（normal succesion）。當頂面在下，底面在上時，表明巖層倒轉(zhuǎn)了，層序是下新上老，稱為倒轉(zhuǎn)層序（reversed succesion）。在野外的露頭上常根據(jù)巖層頂面或底面特征和成巖過程中的特殊標志來判定巖層的層序。如層面上的泥裂，正常位置是裂口上寬下尖。若層序倒轉(zhuǎn)，則裂口朝下，尖端相上（圖12-10）。 四、褶皺

9、 （一）褶皺的基本形態(tài) 褶皺是巖層在應(yīng)力作用下產(chǎn)生連續(xù)彎曲的塑性變形（plastic deformation）產(chǎn)物，巖層的連續(xù)完整性沒有破壞。褶皺的基本類型有兩種：背斜（anticline）和向斜（syncline）。其規(guī)模有大有小，小的須用顯微鏡觀察，大的可寬達幾千米，延長達幾十千米（圖12-11）。 1背斜 巖層向上彎曲、中心部位巖層較老，兩側(cè)巖層依次變新。 2向斜 巖層向下彎曲，中心部位巖層較新，兩側(cè)巖層依次變老。 若褶皺的巖層上升到地表而未受到剝蝕作用時，則背斜為高地，向斜為低地，地面上僅見到時代最新的巖層。褶皺巖層遭到強烈風(fēng)化剝蝕后，地面的起伏主要取決于巖石抗風(fēng)化剝蝕的能力。若褶皺巖

10、層為同一種巖性或強度相近，由于背斜核部斷裂較向斜核部發(fā)育，背斜核部很可能成為低地或谷地，向斜核部反而形成高地或山梁（圖12-11b）。 （二）褶皺要素 褶皺的基本要素有核、翼、轉(zhuǎn)折端、樞紐和軸面（圖12-12）。 1核（core） 或稱核部，指褶皺中心部位的巖石。 2翼（limb） 或稱翼部，指核部之外的兩側(cè)巖石。 3轉(zhuǎn)折端（hinge zone of fold） 指褶皺從一翼向另一翼過渡的彎曲部分。 4樞紐（hinge of fold） 指同一褶皺面上曲率最大點的連線。 5軸面（axial plane） 指平分褶皺的一個假想面。 （三）褶皺的分類 1根據(jù)軸面和兩翼產(chǎn)狀的分類 根據(jù)褶皺軸面和兩

11、翼產(chǎn)狀可將褶皺分為直立褶皺（upright fold）、斜歪褶皺（inclined fold）、倒轉(zhuǎn)褶皺（overturned fold）、平臥褶皺（recumbend fold）和翻卷褶皺（facing down fold）（圖12-13）。其中倒轉(zhuǎn)褶皺是其一翼地層的層序已發(fā)生了倒轉(zhuǎn)；平臥褶皺的軸面近于水平；翻卷褶皺是早期褶皺的軸面再發(fā)生彎曲的褶皺。 圖12-13 根據(jù)軸面和兩翼產(chǎn)狀分類的幾種褶皺 a-直立褶皺；b-斜歪褶皺；c-倒轉(zhuǎn)褶皺；d-平臥褶皺；e-翻卷褶皺 2根據(jù)轉(zhuǎn)折端形態(tài)的分類 圖12-14畫出了5種褶皺的立體圖。其中圓弧褶皺（arcual fold）的轉(zhuǎn)折端成圓弧狀；尖棱褶皺（

12、chevron fold）兩翼較平直，轉(zhuǎn)折端呈尖角狀；箱狀褶皺（bod fold）的轉(zhuǎn)折端寬闊平直，兩翼陡立；扇形褶皺（fan fold）的兩翼均向核部傾斜，因而兩翼巖層新老層序倒置。撓曲（flexure）出現(xiàn)在褶皺不發(fā)育的緩傾斜巖層中，其局部地段出現(xiàn)臺階式彎曲，有些學(xué)者稱其為膝折（kink）。 3根據(jù)褶皺平面形態(tài)的分類 根據(jù)褶皺在水平面上展布的長度與寬度之比，可劃分為線狀褶皺（linear fold），其長寬比大于10：1；短軸褶皺（brachyfold），其長寬比在10：1至3：1之間；等軸褶皺，其長寬比小于3：1。背斜式等軸褶皺常稱為穹?。╠ome），向斜式等軸褶皺常稱為構(gòu)造盆地（str

13、uctural basin）。 圖12-14 根據(jù)轉(zhuǎn)折端形態(tài)分類的幾種褶皺 a-圓弧褶皺；b-尖棱褶皺；c-箱狀褶皺；d-扇形褶皺；e-撓曲 五、斷裂（fracture） 斷裂是地質(zhì)體受力發(fā)生破裂的變形，小的斷裂須在顯微鏡下才能觀察到，大的斷裂可延長幾千千米。 （一）節(jié)理（joint） 節(jié)理是一種沒有明顯位移的脆性斷裂（brittle fracture），它是地殼表層的巖石中發(fā)育最廣泛的斷裂構(gòu)造。在巖石露頭上相間幾米至十幾米都可以見到一條節(jié)理。有些地段節(jié)理的密度可達每米10條以上，巖石顯得非常破碎。自地表向下隨深度加大，節(jié)理的密度逐漸降低。但即使在深入地下2km的采礦洞內(nèi)的巖壁上仍然可以見到節(jié)

14、理。 節(jié)理的成因有多種。在巖石形成過程中產(chǎn)生的節(jié)理稱為原生節(jié)理（primary joint），如噴出巖在冷凝固結(jié)過程中產(chǎn)生的柱狀節(jié)理（prismatic joint）（圖12-15）。成巖后形成的節(jié)理為次生節(jié)理（secondary joint）。巖石經(jīng)風(fēng)化作用而產(chǎn)生的節(jié)理即是次生節(jié)理，又稱風(fēng)化節(jié)理，屬非構(gòu)造節(jié)理。由構(gòu)造運動產(chǎn)生的節(jié)理稱為構(gòu)造節(jié)理（tectonic joint），屬于次生節(jié)理。 構(gòu)造節(jié)理按其力學(xué)性質(zhì)分為剪節(jié)理（shear joint）和張節(jié)理（tension joint）。這兩種節(jié)理在巖石中廣泛分布，規(guī)模可大可小，常成為地下水運移的通道，有些甚至是礦液的通道和成礦場所。例如著名的

15、贛南鎢礦的脈狀礦體就是礦液充填在張節(jié)理中形成的。在工程地質(zhì)上對巖石節(jié)理的研究極為重要，相互平行的兩組節(jié)理交叉共存可將巖石切成菱形塊體（圖12-16）。節(jié)理的發(fā)育程度是工程地基強度的重要影響因素。 （二）斷層 斷層是具有顯著位移的斷裂。斷層在地殼中廣泛發(fā)育，但其分布不均勻。多數(shù)斷層發(fā)育在地殼上層，少數(shù)斷層切入地殼下層，有的甚至切入巖石圈中下層。地球上最大的斷層是作為板塊邊界的斷層，如洋脊軸部大斷層和板塊邊緣的走向滑動斷層。 1斷層要素 （1）斷層面（fault surface） 斷層面是指把地質(zhì)體斷開成兩部分（兩盤）并沿之滑動的破裂面。斷層面一般為稍有起伏的不規(guī)則面。斷層面的產(chǎn)狀同巖層層面一樣用

16、走向、傾向和傾角來測定（圖12-17）。大斷層的斷層面通常不是一個單一的幾何面，而是由一系列大致平行的次級斷層面組成斷層帶，其寬度達幾十米至幾千米。在斷層帶中夾雜著碎裂巖塊、巖屑、斷層泥（fault gouge）以及固結(jié)的斷層角礫巖（fault breccia）、碎裂巖（cataclasite）和糜棱巖（mylonite）。 （2）斷層線（fault trace） 斷層面和斷層帶在地面的出露線稱為斷層線。由于地面的起伏和斷層面自身的曲折，斷層線通常也是曲折的。大的斷層帶及其兩側(cè)巖石甚為破碎，其露出地面的部位較易風(fēng)化和剝蝕，地貌上常成為低洼地帶，有些斷裂帶上有泉水溢出。 （3）斷盤（fault

17、wall） 指斷層面兩側(cè)相互錯開的巖塊。斷層面傾斜時，斷層面上的巖塊稱上盤（hanging wall），斷層面下的巖塊稱下盤（footwall）。當斷層面直立時，則用方位來命名，如斷層面走向東西延伸，則稱北盤和南盤。此外，也可按斷盤相對運動方向來命名，將相對上升的一盤稱上升盤（upthrown side），相對下降的一盤稱下降盤（downthrown side）。 （4）斷距（separation） 斷層兩盤相對滑移的距離稱為斷距（圖12-16中AA或BB為斷距）。小斷層的斷距僅幾米或更小，大斷層的斷距可超過100km。 2斷層的主要類型 （1）按斷盤相對運動方向分為正斷層（normal fa

18、ult）、逆斷層（reverse fault）和平移斷層（strike-slip fault）。 正斷層 指上盤相對下降、下盤相對上升的斷層。正斷層的斷層面通常大于45（圖12-17）。正斷層主要是由于引張力和重力作用形成的。 逆斷層 指上盤沿斷層面向上移動的斷層（圖12-18）。斷層面傾角大于45的逆斷層稱為高角度逆斷層。斷層面傾角小于30的逆斷層稱為逆掩斷層（overthrust）。 平移斷層 指斷層面直立、斷盤沿斷層面作水平滑移的斷層，也稱為走向平移斷層（圖12-19）。巨大的走向滑動斷層的斷距可達幾十千米，有的超過100千米。 （2）斷層的組合類型 地塹與地壘 地塹（horst）一般由兩條以上相向傾斜的正斷層組成，其公共盤為下降盤。地壘（horst）由兩條以上相背傾斜的正斷層組成，其公共盤為上升盤（圖12-20）。地塹和地壘在一個地區(qū)相鄰伴生，常組成盆嶺構(gòu)造（basin-range structure）。 階梯狀斷層（step fault） 指在一個地區(qū)內(nèi)產(chǎn)狀大致相同的幾條正斷層相鄰發(fā)展，其上盤依次下降而呈階梯狀排列（圖12-21）。 疊瓦式斷層（imbricate fault） 指一系列產(chǎn)狀相近