知名大學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)講義第10章節(jié)理

第十章 節(jié)理徐海軍中國地質(zhì)大大學(xué)地球科學(xué)學(xué)學(xué)院巖石變形：：韌性變形巖石變形：：脆性變形斷裂構(gòu)造——巖石受力破破裂的變形形破裂構(gòu)造的的兩方面特特征：斷裂─存在裂裂隙，地質(zhì)體體不再連續(xù)；；位移（沿破裂裂面）沒有明顯位移移——節(jié)理有明顯的位移移——斷層裂隙被礦物充充填——脈體斷層節(jié)理周口店龍門口口一、節(jié)理的定義和研究究意義節(jié)理的定義和和研究意義節(jié)理是巖石中中的裂隙，是是沒有明顯位位移的斷裂。。節(jié)理研究的意意義：通過對(duì)節(jié)理性性質(zhì)、產(chǎn)狀、、分布規(guī)律、、分期、配套套及其與褶皺皺、斷裂和區(qū)區(qū)域構(gòu)造關(guān)系系的分析，闡闡明地質(zhì)構(gòu)造造的形成和發(fā)發(fā)展過程。節(jié)理是一種重重要的控礦構(gòu)構(gòu)造，對(duì)于石石油、天然氣氣和地下水的的運(yùn)移及儲(chǔ)存存有重要意義義。注意區(qū)別于—礦物的“解理理”！區(qū)域性的節(jié)理理控制著地形形的演化云南石林節(jié)理——流體流動(dòng)的證據(jù)二、節(jié)理的成因因節(jié)理的成因原生節(jié)理成巖過程中形形成。如沉積積巖中因縮水水而造成的泥泥裂或火成巖巖冷卻收縮而而成的柱狀節(jié)節(jié)理。構(gòu)造節(jié)理由構(gòu)造變形而而成。非構(gòu)造節(jié)理由外動(dòng)力作用用形成，如風(fēng)風(fēng)化作用、山山崩或地滑等等引起的節(jié)理理，常局限于于地表淺處。。原生節(jié)理（房房山巖體）柱狀節(jié)理（云云南騰沖）原生節(jié)理原生節(jié)理柱狀節(jié)理（云云南騰沖）柱狀節(jié)理三、節(jié)理的分分類節(jié)理的分類節(jié)理的分類主主要依據(jù)兩個(gè)個(gè)方面,一是按節(jié)理與與有關(guān)構(gòu)造的的幾何關(guān)系,一是按節(jié)理形形成的力學(xué)性性質(zhì)。節(jié)理與有關(guān)構(gòu)構(gòu)造的幾何關(guān)關(guān)系分類:根據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀狀與巖層產(chǎn)狀狀的關(guān)系劃分分根據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀狀與褶皺軸的的關(guān)系劃分根據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀狀與侵入巖中中流動(dòng)構(gòu)造關(guān)關(guān)系劃分節(jié)理的力學(xué)性性質(zhì)分類:剪節(jié)理和張節(jié)節(jié)理節(jié)理與有關(guān)構(gòu)構(gòu)造的幾何關(guān)關(guān)系分類走向節(jié)理:節(jié)理走向與所所在巖層的走走向大致平行行的節(jié)理。傾向節(jié)理:節(jié)理走向與所所在巖層的走走向大致垂直直的節(jié)理。斜向節(jié)理:節(jié)理走向與所所在巖層的走走向斜交的節(jié)節(jié)理。順層節(jié)理:節(jié)理面與所在在巖層的層面面大致平行的的節(jié)理。節(jié)理與有關(guān)構(gòu)構(gòu)造的幾何關(guān)關(guān)系分類縱節(jié)理:節(jié)理走向與褶褶皺軸向平行行的節(jié)理。橫節(jié)理:節(jié)理走向與褶褶皺軸向直交交的節(jié)理。斜節(jié)理:節(jié)理走向與褶褶皺軸向斜交交的節(jié)理。節(jié)理與侵入巖巖流動(dòng)構(gòu)造關(guān)關(guān)系分類張節(jié)理：張應(yīng)應(yīng)力產(chǎn)生的破破裂面剪節(jié)理：剪應(yīng)應(yīng)力產(chǎn)生的脆脆性破裂面節(jié)理的力學(xué)性性質(zhì)分類剪節(jié)理

張節(jié)理

產(chǎn)狀穩(wěn)定，延伸遠(yuǎn)產(chǎn)狀不穩(wěn)定，延伸不遠(yuǎn)平直光滑，有擦痕和羽裂彎曲粗糙，無擦痕出現(xiàn)在砂、礫巖中，一般切過砂礫和膠結(jié)物出現(xiàn)在砂、礫巖中，常繞過砂、礫未充填時(shí)，是閉合的縫多開口，一般多被充填一般是共軛“X”型節(jié)理系樹枝狀，鋸齒狀，雁列狀等剪應(yīng)力產(chǎn)生張應(yīng)力產(chǎn)生剪節(jié)理張節(jié)理張節(jié)理張節(jié)理擦痕“X”型共軛節(jié)理系系將巖石切割割成棋盤狀“X”型共軛節(jié)理系系將巖石切割割成菱形巖塊塊

σ1在哪里？?共軛剪節(jié)理的的應(yīng)力狀態(tài):兩組共軛剪節(jié)節(jié)理的交線方方向代表s2軸,兩組共軛剪節(jié)理面的夾角角的平分線分分別代表s1和s3軸的方向。一般來說,s1位于銳夾角平分線的方向向,s3位于鈍夾角平分線的的方向。σ1σ3雁列張節(jié)理（（火炬狀節(jié)理理）張節(jié)理的成因因機(jī)制純剪單剪剪節(jié)理的成因因機(jī)制純剪單剪四、節(jié)理組和和節(jié)理分期節(jié)理組：在一次構(gòu)造造作用的統(tǒng)一一構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)中形成的,產(chǎn)狀基本一致致,力學(xué)性質(zhì)相同同的一群節(jié)理理稱為節(jié)理組組。節(jié)理系:在一次構(gòu)造作作用的統(tǒng)一構(gòu)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中中形成的兩個(gè)個(gè)或兩個(gè)以上上的節(jié)理組稱稱為節(jié)理系。。系統(tǒng)性節(jié)理：在區(qū)域性節(jié)節(jié)理的發(fā)育中中,節(jié)理在節(jié)理產(chǎn)產(chǎn)狀、方位、、組合、排列列、間距等方方面具有規(guī)律律性就叫做系系統(tǒng)性節(jié)理，，無規(guī)律可循循的則稱為非非系統(tǒng)性節(jié)理理。節(jié)理的分期節(jié)理的分期就就是將一個(gè)地地區(qū)不同構(gòu)造造時(shí)期、不同同構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)所形成的節(jié)節(jié)理進(jìn)行篩分分,把同一構(gòu)造期期和同一構(gòu)造造應(yīng)力場(chǎng)所形形成的節(jié)理組組合在一起。。節(jié)理的分期主主要依據(jù)：節(jié)理組以及節(jié)節(jié)理系之間的的交切關(guān)系；；各期節(jié)理的配配套關(guān)系。錯(cuò)開后期形成的節(jié)理切切斷早期形成成的節(jié)理,若后期節(jié)理是是剪節(jié)理,則可見到錯(cuò)斷斷線兩側(cè)標(biāo)志志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)錯(cuò)錯(cuò)開。限制一組節(jié)理延伸到到另一組節(jié)理理前突然中止止,這種現(xiàn)象叫做做限制,被限制的節(jié)理理組形成相對(duì)對(duì)較晚?；デ腥绻麅山M節(jié)理互相相交切或切錯(cuò)錯(cuò),且兩組節(jié)理相相互切錯(cuò)的方方向又遵循力力學(xué)分析原理理,服從統(tǒng)一的構(gòu)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng),則說明兩組節(jié)節(jié)理是同時(shí)形形成的,并具有共軛關(guān)關(guān)系。追蹤早期形成的“X”型共軛剪節(jié)理理后期受到擠擠壓作用,易形成追蹤張張節(jié)理。節(jié)理的配套節(jié)理配套就是是將在一定構(gòu)構(gòu)造時(shí)期的統(tǒng)統(tǒng)一構(gòu)造應(yīng)力力場(chǎng)中形成的的各組節(jié)理組組合成一定的的系列。判斷節(jié)理是否否配套，就是是去鑒別那些些不同方向的的節(jié)理或節(jié)理理組是否是形形成于同一構(gòu)造時(shí)期期,并且是否是形形成于同一構(gòu)造應(yīng)力力場(chǎng)的作用。五、雁列節(jié)理理和羽飾構(gòu)造造雁列節(jié)理和雁雁列脈雁列節(jié)理是一一組成雁行式式斜列的節(jié)理理。如若雁列列節(jié)理被巖脈脈或礦脈所充充填,則稱為雁列脈脈。雁裂脈的基本本要素aa’,bb’-雁列帶MM’-雁列軸β-雁列角AW-雁列帶寬度雁列節(jié)理和雁雁列脈的左階階和右階當(dāng)順著雁列軸方方向觀察時(shí),由遠(yuǎn)至近，如如果靠近你的的雁列脈/節(jié)理向左側(cè)錯(cuò)錯(cuò)列，稱為左左階，若向右右側(cè)錯(cuò)列則稱稱為右階。雁列節(jié)理中單單脈的形態(tài)羽飾構(gòu)造羽飾是發(fā)育于于節(jié)理面上的的羽毛狀精細(xì)細(xì)飾紋,是構(gòu)造應(yīng)力下下形成的一種種小型構(gòu)造。。羽飾構(gòu)造包括括以下幾個(gè)組組成部分:羽軸、羽脈、、邊緣帶、邊邊緣節(jié)理、陡陡坎。羽飾構(gòu)造一般般發(fā)育于淺層層次的脆性巖巖石中,是快速破裂形形成的,羽脈的發(fā)散方方向指示節(jié)理理的擴(kuò)展方向向,羽脈收斂會(huì)聚聚方向和人字字型尖端指向向斷裂源點(diǎn)。羽飾構(gòu)造：發(fā)育于節(jié)理理面上的羽毛毛狀精細(xì)飾紋紋，是在應(yīng)力作用下形成的小小型構(gòu)造。多多產(chǎn)于粉砂巖巖等碎屑巖中，大小與巖巖石的粒度有有關(guān)。六、節(jié)理脈的的充填機(jī)制和和壓溶作用節(jié)理脈的充填填機(jī)制溶液侵入節(jié)理理空間并使節(jié)節(jié)理兩壁張開開而形成的巖巖脈稱之為擴(kuò)擴(kuò)張性巖脈。。如果由溶液與與圍巖交代而而占有空間形形成的巖脈叫叫做非擴(kuò)張性性巖脈。按照纖維晶體體生長方向與與脈壁的關(guān)系系，可以分為為同向型和反反向型。同向型：纖維晶體自自兩壁向中心心生長，并在在巖脈中心遇遇合。纖維晶晶體與周圍巖巖石礦物成分分相同。反向型：纖維晶體自自中心向兩壁壁生長，其礦礦物成分與圍圍巖不同。縫合線構(gòu)造縫合線構(gòu)造是一種呈呈幅度不等的的尖銳鋸齒狀狀破裂面。特特點(diǎn)有:多發(fā)育于碳酸酸鹽巖石中,如石灰?guī)r、白白云巖,碎屑巖中也可可見到?？p合線構(gòu)造的的成因是巖石石中先存在微微破裂面,后來遭受擠壓壓,破裂面附近的的易溶組分溶溶解并遷移,難溶組分殘留留聚集,以至原來平直直的破裂面轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成無數(shù)細(xì)細(xì)小尖峰突起起的縫合面。。縫合線構(gòu)造的的應(yīng)力狀態(tài):縫合線構(gòu)造的的峰尖方向指指示最大主應(yīng)力σ1方向?？p合線構(gòu)造縫合線構(gòu)造七、節(jié)理的野野外觀測(cè)節(jié)理的野外觀觀測(cè)地質(zhì)背景的觀測(cè)（（觀測(cè)點(diǎn)的選選擇），確定定測(cè)點(diǎn)所處構(gòu)構(gòu)造位置；節(jié)理的分類與組系系劃分；節(jié)理發(fā)育程度的研研究：計(jì)算節(jié)節(jié)理密度（u），縫隙度（（G），節(jié)節(jié)理平均壁距距（t）；節(jié)理的延伸狀況和和性質(zhì)的變化化；節(jié)理面觀察：節(jié)理理面的光滑程程度，是否有有擦痕，羽飾飾構(gòu)造等；節(jié)理含礦性和充填填物的觀察。節(jié)理的分期和和配套往往是是在野外進(jìn)行行，二者是緊緊密聯(lián)系的，，配套的節(jié)節(jié)理是同期的的，但同期的的節(jié)理不一定定是配套的。。1，2組節(jié)理形成共共軛節(jié)理為同同期，3組節(jié)理錯(cuò)開了了1，2組節(jié)理，是后后期的。3，4組節(jié)理被1，2組節(jié)理所限制制，形成時(shí)間間晚。節(jié)理的力學(xué)性性質(zhì)分析節(jié)理形成以后后,在力學(xué)性質(zhì)上上會(huì)發(fā)生改變變,如早期是剪性性的節(jié)理,后期拉張,變成張節(jié)理。。反映節(jié)理的力力學(xué)性質(zhì)變成成剪張性。節(jié)理的統(tǒng)計(jì)一個(gè)露頭的節(jié)節(jié)理往往很多多，通過測(cè)量量節(jié)理的產(chǎn)狀狀可以知道節(jié)節(jié)理發(fā)育的方方位，進(jìn)一步步了解當(dāng)時(shí)的的應(yīng)力狀態(tài)，，但這需要測(cè)測(cè)量上百個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)，如何處處理這些數(shù)據(jù)據(jù)，這就要用用到節(jié)理等密密圖和節(jié)理玫玫瑰花圖（將將通過實(shí)習(xí)來來學(xué)會(huì)）。節(jié)理等密圖將所有數(shù)據(jù)投影影到一張吳氏氏網(wǎng)上，是法法線投影，得得到極點(diǎn)圖。。用密度計(jì)在極點(diǎn)點(diǎn)圖中統(tǒng)計(jì)，，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果果標(biāo)在圖上將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中相相同的數(shù)據(jù)點(diǎn)點(diǎn)用平滑的曲曲線連接圓周周上的線兩端端具對(duì)稱性，，等值線百分分比表示。整飾：在相鄰的等等值線間用顏顏色或花紋填填上，寫上圖名，圖例和和方位。分析：節(jié)理等密圖圖中密度最大大的區(qū)域代表表節(jié)理的優(yōu)選方位。節(jié)理玫瑰花圖圖分為節(jié)理走向向玫瑰花圖、、節(jié)理傾向玫玫瑰花圖、節(jié)理傾角玫瑰花圖圖。做法是：將所測(cè)得的節(jié)理理走向或傾向向換算北東或或北西向，按按一定間隔分分組，一般為為50或100為一間隔。計(jì)計(jì)算每一間隔隔的節(jié)理?xiàng)l數(shù)數(shù)。確定作圖的比例尺尺及坐標(biāo)。選選取一定的長長度代表一條條節(jié)理，以等等于或稍大于于數(shù)目最多的的那一組節(jié)理理的線段長度度為半徑按比比例作半圓過過圓心作東西西線和南北線線，在圓周上上標(biāo)明方位角角。找點(diǎn)連線：按各各組平均走向向或傾向在圓圓周上標(biāo)明記記號(hào)，再從圓圓心向圓周上上該點(diǎn)處按比比例定點(diǎn)連線線。寫上圖名和比例例尺。分析節(jié)理玫瑰花圖圖應(yīng)于區(qū)域地地質(zhì)構(gòu)造結(jié)合合，往往把節(jié)節(jié)理玫瑰花圖圖按測(cè)點(diǎn)位置置標(biāo)繪在地質(zhì)質(zhì)圖上。實(shí)例：水電站節(jié)理分分析這套裂隙系不不是本區(qū)的主主要裂隙構(gòu)造造，但細(xì)脈的的雁列展布反反映出串聯(lián)面面的剪切現(xiàn)象象還是較多見見的。在電站公司辦辦公樓西南方方向的采石場(chǎng)場(chǎng)，發(fā)育一形形態(tài)完好的火火炬狀構(gòu)造，，一組串聯(lián)面面由一系列產(chǎn)產(chǎn)狀為210°∠47°的張剪性裂隙隙斜列而成，，產(chǎn)狀為200°∠35°；另一組串聯(lián)聯(lián)面由一系列列產(chǎn)狀為260°∠70°的張剪性裂隙隙斜列而成，，產(chǎn)狀為80°∠82°。裂隙均被方方解石脈充填填，脈體不甚甚規(guī)則。共同同反映出σ2近水平，σ1和σ3均為斜向的局局部應(yīng)力場(chǎng)特特點(diǎn)。電站辦公樓西南采采石場(chǎng)火炬狀狀裂隙剖面素素描圖（以下幻燈片片源于候光久教授的相關(guān)關(guān)研究）貴州烏江電站站機(jī)坑剖面裂裂隙圖共軛節(jié)理赤平平投影圖共軛節(jié)理切割割巖石呈菱形形塊體近東西向構(gòu)造不是是本區(qū)主體構(gòu)構(gòu)造，其配套套裂隙系不甚甚發(fā)育。趕場(chǎng)坳隧道洞口紫紫紅色夾灰綠綠色泥質(zhì)巖系系，巖層產(chǎn)狀狀315°∠48°，215°∠80°（左行剪切））和102°∠48°（右行剪切））兩組共軛裂裂隙將巖石切切割呈大小不不等的菱形塊塊體。赤平投投影求得主應(yīng)應(yīng)力方位為：：σ1＝352°∠39°、σ2＝133°∠43°、σ3＝243°∠20°。顯然，這已已不是嚴(yán)格意意義上的東西西向構(gòu)造配套套成分，而是是經(jīng)過改造的的東西向構(gòu)造造配套裂隙系系。中高角度破裂裂即為走向NE，傾向SE，傾角大于40°的一組裂隙。。這組裂隙在在走向、傾向向上均不太平平直，充填方方解石脈，運(yùn)運(yùn)動(dòng)方式為剖剖面上正向滑滑動(dòng)為主；與與之配套的另另一組走向NE，傾向NW，傾角中等，，同樣表現(xiàn)為為剖面上的正正向滑動(dòng)。這這組裂隙多表表現(xiàn)為順著巖巖層層面的正正向滑動(dòng)，并并常以“上滅滅下現(xiàn)”式出出現(xiàn)。為喜山山期地殼差異異性升降運(yùn)動(dòng)動(dòng)，巖體重力力作用所致。順層破裂與滑滑動(dòng)，上滅下下現(xiàn)式構(gòu)皮灘電站壩壩區(qū)巖體內(nèi)部部破裂網(wǎng)絡(luò)陣陣列－幾何學(xué)學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)模模型（圖中阿拉伯伯?dāng)?shù)字代表裂裂隙系統(tǒng)）主干破裂構(gòu)造造據(jù)前人研究和和我們的進(jìn)一一步觀察，在在三維空間上上，壩區(qū)巖體體尺度上的破破裂框架主要要由NWW、NNW和NE三組優(yōu)勢(shì)破裂裂及層間破裂裂構(gòu)筑而成，，并與其他小小的裂隙系統(tǒng)統(tǒng)一起，形成成一幅復(fù)雜的的破裂網(wǎng)絡(luò)陣陣列。上述主要的幾幾組破裂，將將構(gòu)皮灘水電電站壩區(qū)巖體體分割成大小小不一的