構(gòu)造地質(zhì)學(xué)七

第五章節(jié)理

節(jié)理是巖石中的裂隙，是沒有明顯位移的斷裂，也是地殼上部巖石中發(fā)育最廣的一種構(gòu)造。節(jié)理可為礦液上升。滲透、沉淀提供構(gòu)造條件。節(jié)理也是石油、天然氣和地下水的運移通道和儲聚場所。大量發(fā)育的節(jié)理常為水庫和大壩等工程帶來隱患。節(jié)理的性質(zhì)、產(chǎn)狀和分布規(guī)律與褶皺、斷層和區(qū)域構(gòu)造有著成因聯(lián)系。所以，節(jié)理的研究在一定條件下也有助于分析地質(zhì)構(gòu)造。3/14/20231第一節(jié)節(jié)理的分類

節(jié)理的分類主要依據(jù)兩個方面:①按節(jié)理與有關(guān)構(gòu)造的幾何關(guān)系②按節(jié)理形成的力學(xué)性質(zhì)。一、節(jié)理與有關(guān)構(gòu)造的幾何關(guān)系的分類

節(jié)理是一種相對小型構(gòu)造，總是與其他構(gòu)造伴生。節(jié)理的產(chǎn)狀與其他構(gòu)造的產(chǎn)狀之間往往存在一定的幾何關(guān)系。(一)按節(jié)理產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系的分類

依據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系節(jié)理可以分為以下四類(圖10-1):1·走向節(jié)理

節(jié)理走向與巖層走向大致平行的節(jié)理。2·傾向節(jié)理

節(jié)理走向與巖層走向大致直交的節(jié)理。3·斜向節(jié)理

節(jié)理走向與巖層走向斜交的節(jié)理。4·順層節(jié)理

節(jié)理面與巖層的層面大致平行的節(jié)理。3/14/20232(二)按節(jié)理與褶皺軸的關(guān)系的分類依據(jù)節(jié)理與褶皺軸的關(guān)系，節(jié)理可以分為以下三類(圖10-2):1、縱節(jié)理節(jié)理走向與褶皺軸向平行的節(jié)理。2、橫節(jié)理節(jié)理走向與褶皺軸向直交的節(jié)理。3、斜節(jié)理節(jié)理走向與褶皺軸向斜交的節(jié)理。3/14/20233張節(jié)理與剪節(jié)理的特征

剪節(jié)理張節(jié)理(1)產(chǎn)狀穩(wěn),延伸長;產(chǎn)狀不穩(wěn)，延伸不遠(yuǎn)，短而彎，常側(cè)列產(chǎn)出(2)節(jié)理面平直、光滑；節(jié)理面粗糙不平；(3)在礫巖中,切礫和膠結(jié)物;在礫巖中,繞礫切過；(4)形成ｘ形共軛剪節(jié)理;開口多，多被脈充填，寬度變化大,脈壁不平(5)形成羽列;樹枝狀.追蹤ｘ形成鋸齒狀(6)尾端變化為折尾菱形結(jié)環(huán);尾端分叉、杏仁狀結(jié)環(huán).3/14/20234二、節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)的分類

根據(jù)節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)，可將節(jié)理分為剪節(jié)理和張節(jié)理兩類。(一)剪節(jié)理剪節(jié)理是由剪應(yīng)力產(chǎn)生的破裂面，具有以下主要特征:(1)、剪節(jié)理產(chǎn)狀較穩(wěn)定，沿走向和傾向延伸較遠(yuǎn)。(2)、剪節(jié)理面較平直光滑，有時具有因剪切滑動而留下的擦痕。剪節(jié)理未被礦物充填時是平直閉合縫，如被充填，脈寬較為均勻，脈壁較為平直。3/14/20235(3)、發(fā)育于礫巖和砂巖等巖石中的剪節(jié)理，一般穿切礫石和膠結(jié)物。(4)、典型的剪節(jié)理常常組成共軛"X"型節(jié)理系。"X"型節(jié)理發(fā)育良好時，則將巖石切成菱形、棋盤格式(圖10-3)。剪節(jié)理往往成等距排列。(5)、主剪裂面由羽狀微裂面組成。羽狀微裂面與主剪裂面交角一般為10°－15°，相當(dāng)于內(nèi)摩擦角(φ)的一半。圖10-4是剪切實驗形成的兩組羽列剪節(jié)理A與B。A組微剪裂面與主剪裂面MN夾角為α。，指示本盤錯動方向，B組微剪裂面與MN夾角為γ角。3/14/20236

“X”型節(jié)理系是節(jié)理的典型形式，兩組共軛剪節(jié)理的夾角為共軛剪裂角。兩組共軛剪節(jié)理的交線代表σ2，兩組節(jié)理的夾角平分線分別代表σ1和σ3?！癤”型節(jié)理與主應(yīng)力軸的關(guān)系是對節(jié)理進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)分析和探討應(yīng)力場的依據(jù)。多年來地質(zhì)學(xué)家一般認(rèn)為“X”型節(jié)理的銳角分角線與σ1一致，即剪裂角小于45°。實際觀察發(fā)現(xiàn)，共軛剪節(jié)理的共軛剪裂角有時可能等于甚至大于90°，即剪裂角可等于或大于45°。對此一些地質(zhì)學(xué)家作了不同解釋。在韌性巖石發(fā)育地區(qū)及多次強(qiáng)烈變形地區(qū)尤應(yīng)審慎，應(yīng)當(dāng)觀察剪節(jié)理的剪切方向來確定其反映的應(yīng)力方位。3/14/20237(二)張節(jié)理張節(jié)理是由張應(yīng)力產(chǎn)生的破裂面，具有以下主要特征:(1)、張節(jié)理產(chǎn)狀不甚穩(wěn)定，延伸不遠(yuǎn)。單條節(jié)理短而彎曲，節(jié)理常側(cè)列產(chǎn)出(圖10-5)。(2)、張節(jié)理面粗糙不平，無擦痕。(3)、在膠結(jié)不太堅實的礫巖或砂巖中的張節(jié)理常常繞礫石或粗砂粒而過，如切穿礫石，破裂面也凹凸不平。(4)、張節(jié)理多開口，一般被礦脈充填。脈寬變化較大，脈壁不平直。(5)、張節(jié)理有時呈不規(guī)則的樹枝狀，各種網(wǎng)絡(luò)狀，有時也追蹤"X"型共扼剪節(jié)理形成鋸-齒狀張節(jié)理(圖10-6)、單列或共軛雁列式張節(jié)理(圖10-7)，有時也呈放射狀或同心圓狀組合形式。3/14/20238

根據(jù)雁列式節(jié)理中各單條節(jié)理的錯列方式分為左階和右階。順一條節(jié)理走向觀察，次一條節(jié)理向左側(cè)錯列，并與前一條節(jié)理的近端橫向重疊，是為左階;反之為右階(圖10-7)。張節(jié)理是在垂直于節(jié)理面的張應(yīng)力作用下形成的，因此，張節(jié)理面的垂線方向代表σ3方位。在上拱作用下形成的張節(jié)理，總體常常排列呈放射狀或同心圓狀。3/14/20239

上述剪節(jié)理和張節(jié)理的特征是在一次變形中形成的節(jié)理所具有的。如果巖石或巖層經(jīng)歷了多次變形，早期節(jié)理的特點在后期變形中常被改造或被破壞。即使在同一次變形中，由于各種因素的干擾，也會使節(jié)理并不具備上述典型特征。因此，在鑒別節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)時，首先，必須選取未受后期改造的節(jié)理，并且要綜合考慮各種特點;其次，不能只依據(jù)個別露頭上節(jié)理的特點，而應(yīng)對區(qū)域內(nèi)許多測點或露頭上節(jié)理的特點加以分析對比;第三，鑒別節(jié)理力學(xué)性質(zhì)應(yīng)結(jié)合與節(jié)理有關(guān)的構(gòu)造和巖石的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析。3/14/202310由于構(gòu)造變變形作用的的遞進(jìn)發(fā)展展和相應(yīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化，會發(fā)發(fā)生應(yīng)力的的轉(zhuǎn)向或變變化，以致致常常出現(xiàn)現(xiàn)一種節(jié)理理兼具兩類類節(jié)理性質(zhì)質(zhì)的特征或或過渡特征征，表現(xiàn)為為張剪性等等等。有時時一條剪節(jié)節(jié)理順走向向轉(zhuǎn)變?yōu)橐灰粭l雁列張張節(jié)理(圖10-9)。圖10-9河南嵩山盧店紙房房水庫邊石英云母變質(zhì)砂巖巖中被石英充填的的雁列節(jié)理3/6/202311三、節(jié)節(jié)理組組和節(jié)節(jié)理系系一次構(gòu)構(gòu)造作作用中中形成成的節(jié)節(jié)理一一般是是有規(guī)規(guī)律的的，并并且是是成群群產(chǎn)出出的，，構(gòu)成成一定定的組組合型型式，，即組組成節(jié)節(jié)理組組和節(jié)節(jié)理系系。節(jié)理組組是指在在一次次構(gòu)造造作用用的統(tǒng)統(tǒng)一應(yīng)應(yīng)力場場中形形成的的，產(chǎn)產(chǎn)狀基基本一一致和和力學(xué)學(xué)性質(zhì)質(zhì)相同同的一一群節(jié)節(jié)理。。在一一次構(gòu)構(gòu)造作作用的的統(tǒng)一一構(gòu)造造應(yīng)力力場中中形成成的兩兩個或或兩個個以上上的節(jié)節(jié)理組組，則則構(gòu)成成節(jié)理系，如“x”型共軛節(jié)理理系等。對對于在一次次構(gòu)造作用用的統(tǒng)一應(yīng)應(yīng)力場中形形成的產(chǎn)狀狀呈規(guī)律性性變化的一一群節(jié)理，，也稱為節(jié)節(jié)理系，如如穹隆上發(fā)發(fā)育的一群群放射狀節(jié)節(jié)理或同心心狀節(jié)理。。3/6/202312四、節(jié)理的的分期與配配套一定地區(qū)的的節(jié)理一般般是長期多多次構(gòu)造活活動的產(chǎn)物物，為了探探討該地區(qū)區(qū)的構(gòu)造變變形史，常常常進(jìn)行節(jié)節(jié)理的分期期。分期就是將將一定地區(qū)區(qū)不同時期期形成的節(jié)節(jié)理，按先先后順序，，組合成一一定系列，，以便從時時間、空間間和形成力力學(xué)上研究究一個地區(qū)區(qū)節(jié)理的發(fā)發(fā)育史和分分布產(chǎn)出規(guī)規(guī)律。節(jié)理的分期期主要依據(jù)據(jù)兩個方面面:①根據(jù)節(jié)理組組的交切關(guān)關(guān)系：節(jié)節(jié)理組的交交切關(guān)系表表現(xiàn)現(xiàn)為節(jié)理組的錯開、限制制、互切、、追蹤。②借助其他他地質(zhì)體。。如：一組節(jié)理為脈充充填，另一一組切割脈脈。3/6/202313節(jié)理的配套是指在統(tǒng)一一應(yīng)力場中中形成的各各組節(jié)理的的組合關(guān)系系。一般是對一一對共軛剪剪節(jié)理進(jìn)行行配套。1、互錯2、折尾、菱菱形結(jié)環(huán)3、運動方向向4、追蹤3/6/202314第二節(jié)雁雁列節(jié)理理和羽飾飾構(gòu)造一、雁列節(jié)節(jié)理雁列節(jié)理理是一組組呈雁行行斜列式式的節(jié)理理，這類類節(jié)理常常被充填填形成雁雁列脈。。兩者的的構(gòu)造意意義是相相同的，，雁列脈脈產(chǎn)出于于多種巖巖石，在在碳酸鹽鹽巖中尤尤其發(fā)育育(圖10-7)。雁列脈呈帶狀狀展布的范圍圍稱為雁列帶(圖10-10)。穿過各單脈中中心而平分雁雁列帶的中心心面，稱為雁列面。雁列面在雁列列帶橫截面上上的跡線稱雁列軸。雁列面的產(chǎn)產(chǎn)狀即代表雁雁列帶的產(chǎn)狀狀。單脈與雁列面面的銳交角為為雁列角,雁列脈脈可以以是單單列產(chǎn)產(chǎn)出，，是單單剪作作用的的結(jié)果果，也也可以以由左左階和和右階階兩條條雁列列脈交交叉組組合成成共軛軛雁列列脈(圖10-7)。3/6/202315雁列脈脈中單單脈的的形態(tài)態(tài)變化化很大大，主主要有有平直直型和和“S”型兩類類。平平直型型窄而而長，，多屬屬剪裂裂反映映破裂裂后變變形較較輕(圖10-1)。““S”型中段段較寬寬，多多屬張張裂，，反映映了剪剪切作作用中中的遞遞進(jìn)變變形。。在由由“S”型單脈脈組成成的共共軛雁雁列脈脈中，，一為為正““S”型，一一為反反“S”型(圖10-7。圖10-7共軛雁雁列脈脈中，，雁列列張節(jié)節(jié)理的的末端端都互互相平平行且且與層層理垂垂直。。這說說明雁雁列張張節(jié)理理是由由早期期已形形成的的張節(jié)節(jié)理又又發(fā)生生剪切切變形形使中中部發(fā)發(fā)生旋旋轉(zhuǎn)而而形成成的，，即雁雁列張張節(jié)理理利用用和遷遷就了了早期期張節(jié)節(jié)理。。雁列列角的的大小小對分分析節(jié)節(jié)理的的力學(xué)學(xué)性質(zhì)質(zhì)是很很有意意義的的。根根據(jù)實實測資資料統(tǒng)統(tǒng)計，，雁列列角有有兩個個高峰峰值:一組為為45°°左右;另一組組為10°°左右。。前者者是張張裂型型，是是剪切切作用用中派派生的的張節(jié)節(jié)理；；后者者可能能是剪剪裂型型，是是剪切切作用用與主主剪切切面成成小角角度相相交的的微剪剪羽裂裂發(fā)育育而成成的(圖10d1)。3/6/202316二、羽羽飾構(gòu)構(gòu)造羽飾是是發(fā)育育于節(jié)節(jié)理面面上的的羽毛毛狀精精細(xì)飾飾紋，，是在在應(yīng)力力作用用下形形成的的小型型構(gòu)造造。羽羽飾構(gòu)構(gòu)造包包括以以下幾幾個組組成部部分(圖10-12):羽軸、、羽脈脈、邊邊緣帶帶、邊邊緣節(jié)節(jié)理、、緣面面和陡陡坎。。邊緣緣帶由由一組組雁列列式微微剪裂裂面(邊緣節(jié)節(jié)理)和連接接其間間的橫橫斷口口(陡坎)組成。。羽飾構(gòu)構(gòu)造產(chǎn)產(chǎn)于多多種巖巖石之之中，，以砂砂巖等等碎屑屑巖中中最為為常見見(圖10-13)，也見見于細(xì)細(xì)粒變變沉積積巖中中和玄玄武巖巖等巖巖漿巖巖中。。羽飾飾構(gòu)造造的寬寬度一一般為為數(shù)厘厘米至至數(shù)十十厘米米，也也有數(shù)數(shù)米寬寬者。。規(guī)模模大小小主要要與巖巖石的的粒度度有關(guān)關(guān)，粒粒度愈愈小，，羽飾飾愈小小，羽羽脈愈愈細(xì);顆粒愈愈均勻勻，發(fā)發(fā)育的的羽飾飾愈完完美。。3/6/202317羽飾構(gòu)構(gòu)造有有多種種形式式，最最常見見的是是人字字形，，有時時呈放放射狀狀或環(huán)環(huán)狀，，或構(gòu)構(gòu)成復(fù)復(fù)合過過渡形形式。。決定定羽飾飾幾何何形態(tài)態(tài)的因因素有有，裂裂源點點(破裂發(fā)發(fā)生起起點)的位置置、巖巖石性性質(zhì)、、層厚厚、層層面約約束條條件及及作用用力。。羽飾構(gòu)構(gòu)造的的形成成機(jī)制制一直直是一一個爭爭論問問題，，存在在三種種觀點點:①張裂說說;②剪裂說說;③③張剪復(fù)復(fù)合說說等。。張裂裂說認(rèn)認(rèn)為羽羽飾構(gòu)構(gòu)造所所在的的、主主節(jié)理理為張張裂面面，依依據(jù)是是節(jié)理理面上上羽飾飾完好好，沒沒有任任何剪剪切滑滑動跡跡象。。剪裂裂說認(rèn)認(rèn)為，，羽飾飾構(gòu)造造邊緣緣帶的的雁列列微裂裂隙是是剪切切機(jī)制制的顯顯明標(biāo)標(biāo)志，，由于于羽飾飾所在在的節(jié)節(jié)理面面是剪剪應(yīng)力力剛剛剛達(dá)到到或略略微超超過巖巖石破破裂強(qiáng)強(qiáng)度而而產(chǎn)生生的萌萌芽剪剪裂面面，因因尚未未滑動動而保保存羽羽飾。。也有有人認(rèn)認(rèn)為羽羽飾構(gòu)構(gòu)造是是張剪剪性裂裂面。。(馬杏垣垣&，楊光光榮素素描，，1978)現(xiàn)在多多數(shù)學(xué)學(xué)者傾傾向于于剪裂裂說。3/6/202318羽飾構(gòu)造一般發(fā)育育于淺層次的脆性性狀態(tài)巖石中，并并且可能是在快速速破裂中形成的。。羽脈發(fā)散方向指指示節(jié)理的擴(kuò)展方方向，羽脈收斂匯匯聚方向和“人””字形尖端指向斷斷裂源點。邊緣帶帶的邊緣節(jié)理及陡陡坎與微剪羽列和和反階步類似，顯顯示出剪切力偶方方向。因此，羽飾飾構(gòu)造有助于節(jié)理理配套，在某種程程度上也有助于分分析節(jié)理的力學(xué)性性質(zhì)。羽飾構(gòu)造與與大型構(gòu)造的類比比及其與大型構(gòu)造造的成因關(guān)系，是是今后值得注意的的研究課題。3/6/2023193/6/2023203/6/202321充填脈的礦物種種類很多，如石石英、方解石、、長石等。脈體體礦物成纖維狀狀，一般與脈的的第一次張開壁壁垂直，并具有有反向生長的特特點。在裂開-愈合過程中，后后續(xù)的裂開發(fā)生生于已愈合裂縫縫的邊界，因為為這里是力學(xué)薄薄弱面。根據(jù)蘭姆賽對瑞瑞士溫德格萊侖侖鮞狀灰?guī)r的研研究，7.5mm寬的脈中曾有500次以上的裂開-愈合過程。他還還指出，如果不不是大多數(shù)，至至少有相當(dāng)多的的張裂脈是通過過逐漸增生過程程形成的。由上述可見，在在節(jié)理研究中，，對巖脈進(jìn)行微微觀研究是十分分重要的，這對對分析節(jié)理的力力學(xué)性質(zhì)和發(fā)育育過程常可提供供有意義的信息息。3/6/202322三、縫合線構(gòu)造造縫合線構(gòu)造是一一種與節(jié)理相似似的小型構(gòu)造，，常見于不純灰灰?guī)r中，在我國國南方三疊系等等灰?guī)r中廣泛發(fā)發(fā)育。過去認(rèn)為為縫合線都是順順層理發(fā)育的，，是壓溶作用的的結(jié)果。但是，，近年來研究發(fā)發(fā)現(xiàn)，縫合線不不僅順層理產(chǎn)出出，也有與層理理斜交或直交的的。與層理不一一致的縫合線一一般是在構(gòu)造作作用下先形成裂裂縫，進(jìn)而在壓壓溶作用下發(fā)育育成縫合線。所所以，縫合線構(gòu)構(gòu)造的形成總是是經(jīng)過兩個階段段，先有裂面，，進(jìn)而壓溶。在在垂直裂面的壓壓溶作用下，易易溶組分流失，，難溶組分則殘殘存聚積，以致致原來平直的面面轉(zhuǎn)化成無數(shù)細(xì)細(xì)小尖峰突起的的縫合面。在許許