構造地質學七

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)育最廣的一種構造。節(jié)理可為礦液上升。滲透、沉淀提供構造條件。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、產(chǎn)狀和分布規(guī)律與褶皺、斷層和區(qū)域構造有著成因聯(lián)系。所以，節(jié)理的研究在一定條件下也有助于分析地質構造。5/17/20231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)理與有關構造的幾何關系②按節(jié)理形成的力學性質。一、節(jié)理與有關構造的幾何關系的分類

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

依據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀的關系節(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。5/17/20232(二)按節(jié)理與褶皺軸的關系的分類依據(jù)節(jié)理與褶皺軸的關系，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。5/17/20233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，短而彎，常側列產(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環(huán);尾端分叉、杏仁狀結環(huán).5/17/20234二、節(jié)理的力學性質的分類

根據(jù)節(jié)理的力學性質，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。(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。5/17/20235(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。5/17/20236

“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)理與主應力軸的關系是對節(jié)理進行應力狀態(tài)分析和探討應力場的依據(jù)。多年來地質學家一般認為“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°。對此一些地質學家作了不同解釋。在韌性巖石發(fā)育地區(qū)及多次強烈變形地區(qū)尤應審慎，應當觀察剪節(jié)理的剪切方向來確定其反映的應力方位。5/17/20237(二)張節(jié)理張節(jié)理是由張應力產(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。單條節(jié)理短而彎曲，節(jié)理常側列產(chǎn)出(圖10-5)。(2)、張節(jié)理面粗糙不平，無擦痕。(3)、在膠結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。5/17/20238

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。5/17/20239

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)理的力學性質時，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)理力學性質應結合與節(jié)理有關的構造和巖石的力學性質進行分析。5/17/202310

由于構造變形作用的遞進發(fā)展和相應轉化，會發(fā)生應力的轉向或變化，以致常常出現(xiàn)一種節(jié)理兼具兩類節(jié)理性質的特征或過渡特征，表現(xiàn)為張剪性等等。有時一條剪節(jié)理順走向轉變?yōu)橐粭l雁列張節(jié)理(圖10-9)。圖10-9河南嵩山盧店紙房水庫邊石英云母變質砂巖中被石英充填的雁列節(jié)理5/17/202311三、節(jié)理組和節(jié)理系

一次構造作用中形成的節(jié)理一般是有規(guī)律的，并且是成群產(chǎn)出的，構成一定的組合型式，即組成節(jié)理組和節(jié)理系。

節(jié)理組是指在一次構造作用的統(tǒng)一應力場中形成的，產(chǎn)狀基本一致和力學性質相同的一群節(jié)理。在一次構造作用的統(tǒng)一構造應力場中形成的兩個或兩個以上的節(jié)理組，則構成節(jié)理系，如“x”型共軛節(jié)理系等。對于在一次構造作用的統(tǒng)一應力場中形成的產(chǎn)狀呈規(guī)律性變化的一群節(jié)理，也稱為節(jié)理系，如穹隆上發(fā)育的一群放射狀節(jié)理或同心狀節(jié)理。5/17/202312四、節(jié)理的分期與配套

一定地區(qū)的節(jié)理一般是長期多次構造活動的產(chǎn)物，為了探討該地區(qū)的構造變形史，常常進行節(jié)理的分期。分期就是將一定地區(qū)不同時期形成的節(jié)理，按先后順序，組合成一定系列，以便從時間、空間和形成力學上研究一個地區(qū)節(jié)理的發(fā)育史和分布產(chǎn)出規(guī)律。

節(jié)理的分期主要依據(jù)兩個方面:①根據(jù)節(jié)理組的交切關系：節(jié)理組的交切關系表現(xiàn)為節(jié)理組的錯開、限制、互切、追蹤。②借助其他地質體。如：一組節(jié)理為脈充填，另一組切割脈。5/17/202313

節(jié)理的配套是指在統(tǒng)一應力場中形成的各組節(jié)理的組合關系。一般是對一對共軛剪節(jié)理進行配套。1、互錯2、折尾、菱形結環(huán)3、運動方向4、追蹤5/17/202314第二節(jié)雁列節(jié)理和羽飾構造

一、雁列節(jié)理雁列節(jié)理是一組呈雁行斜列式的節(jié)理，這類節(jié)理常被充填形成雁列脈。兩者的構造意義是相同的，雁列脈產(chǎn)出于多種巖石，在碳酸鹽巖中尤其發(fā)育(圖10-7)。雁列脈呈帶狀展布的范圍稱為雁列帶(圖10-10)。穿過各單脈中心而平分雁列帶的中心面，稱為雁列面。雁列面在雁列帶橫截面上的跡線稱雁列軸。雁列面的產(chǎn)狀即代表雁列帶的產(chǎn)狀。單脈與雁列面的銳交角為雁列角,雁列脈可以是單列產(chǎn)出，是單剪作用的結果，也可以由左階和右階兩條雁列脈交叉組合成共軛雁列脈(圖10-7)。5/17/202315

雁列脈中單脈的形態(tài)變化很大，主要有平直型和“S”型兩類。平直型窄而長，多屬剪裂反映破裂后變形較輕(圖10-1)?！癝”型中段較寬，多屬張裂，反映了剪切作用中的遞進變形。在由“S”型單脈組成的共軛雁列脈中，一為正“S”型，一為反“S”型(圖10-7。圖10-7共軛雁列脈中，雁列張節(jié)理的末端都互相平行且與層理垂直。這說明雁列張節(jié)理是由早期已形成的張節(jié)理又發(fā)生剪切變形使中部發(fā)生旋轉而形成的，即雁列張節(jié)理利用和遷就了早期張節(jié)理。雁列角的大小對分析節(jié)理的力學性質是很有意義的。根據(jù)實測資料統(tǒng)計，雁列角有兩個高峰值:一組為45°左右;另一組為10°左右。前者是張裂型，是剪切作用中派生的張節(jié)理；后者可能是剪裂型，是剪切作用與主剪切面成小角度相交的微剪羽裂發(fā)育而成的(圖10d1)。5/17/202316二、羽飾構造

羽飾是發(fā)育于節(jié)理面上的羽毛狀精細飾紋，是在應力作用下形成的小型構造。羽飾構造包括以下幾個組成部分(圖10-12):羽軸、羽脈、邊緣帶、邊緣節(jié)理、緣面和陡坎。邊緣帶由一組雁列式微剪裂面(邊緣節(jié)理)和連接其間的橫斷口(陡坎)組成。羽飾構造產(chǎn)于多種巖石之中，以砂巖等碎屑巖中最為常見(圖10-13)，也見于細粒變沉積巖中和玄武巖等巖漿巖中。羽飾構造的寬度一般為數(shù)厘米至數(shù)十厘米，也有數(shù)米寬者。規(guī)模大小主要與巖石的粒度有關，粒度愈小，羽飾愈小，羽脈愈細;顆粒愈均勻，發(fā)育的羽飾愈完美。5/17/202317

羽飾構造有多種形式，最常見的是人字形，有時呈放射狀或環(huán)狀，或構成復合過渡形式。決定羽飾幾何形態(tài)的因素有，裂源點(破裂發(fā)生起點)的位置、巖石性質、層厚、層面約束條件及作用力。羽飾構造的形成機制一直是一個爭論問題，存在三種觀點:①張裂說;②剪裂說;③張剪復合說等。張裂說認為羽飾構造所在的、主節(jié)理為張裂面，依據(jù)是節(jié)理面上羽飾完好，沒有任何剪切滑動跡象。剪裂說認為，羽飾構造邊緣帶的雁列微裂隙是剪切機制的顯明標志，由于羽飾所在的節(jié)理面是剪應力剛剛達到或略微超過巖石破裂強度而產(chǎn)生的萌芽剪裂面，因尚未滑動而保存羽飾。也有人認為羽飾構造是張剪性裂面。(馬杏垣&，楊光榮素描，1978)現(xiàn)在多數(shù)學者傾向于剪裂說。5/17/202318

羽飾構造一般發(fā)育于淺層次的脆性狀態(tài)巖石中，并且可能是在快速破裂中形成的。羽脈發(fā)散方向指示節(jié)理的擴展方向，羽脈收斂匯聚方向和“人”字形尖端指向斷裂源點。邊緣帶的邊緣節(jié)理及陡坎與微剪羽列和反階步類似，顯示出剪切力偶方向。因此，羽飾構造有助于節(jié)理配套，在某種程度上也有助于分析節(jié)理的力學性質。羽飾構造與大型構造的類比及其與大型構造的成因關系，是今后值得注意的研究課題。5/17/2023195/17/2023205/3鬼/20播2321充填脈撐的礦物便種類很想多，如棒石英、抹方解石壺、長石云等。脈糞體礦物刑成纖維牲狀，一翻般與脈吃的第一嘉次張開很壁垂直波，并具溉有反向唯生長的卡特點。宵在裂開-愈合過圍程中，原后續(xù)的神裂開發(fā)叨生于已壯愈合裂培縫的邊京界，因堆為這里購是力學紛薄弱面毫。根據(jù)丙蘭姆躁賽對譯瑞士耳溫德咳格萊稿侖鮞逆狀灰數(shù)巖的食研究胖，7.5鴉mm寬的脈湖中曾有50多0次以上瓶的裂開-愈合過貌程。他交還指出遺，如果尚不是大暮多數(shù)，愿至少有鼠相當多角的張裂見脈是通嬸過逐漸呈增生過辯程形成愛的。由上擊述可代見，屑在節(jié)滴理研匪究中尺，對漁巖脈俱進行乏微觀發(fā)研究檔是十亞分重深要的蠻，這拴對分晴析節(jié)恐理的究力學針性質離和發(fā)銀育過侵程常庸可提皂供有里意義糕的信拍息。5/3付/20宏2322三、它縫合都線構遍造縫合線斯構造是確一種與容節(jié)理相西似的小璃型構造翻，常見蜂于不純毛灰?guī)r中遲，在我魯國南方私三疊系道等灰?guī)r職中廣泛破發(fā)育。階過去認倒為縫合笨線都是睛順層理袍發(fā)育的侵，是壓弊溶作用第的結果速。但是甲，近年磨來研究金發(fā)現(xiàn)，畢縫合線吹不僅順壓層理產(chǎn)淹出，也左有與層冠理斜交嫂或直交剪的。與竹層理不愉一致的屈縫合線容一般是歷在構造怠作用下腳先形成對裂縫，專進而在孕壓溶作督用下發(fā)駐育成縫毅合線。夾所以，垮縫合線秒構造的臘形成總傍是經(jīng)過座兩個階毒段，先結有裂面止，進而漿壓溶。舒在垂直啄裂面的吵壓溶作德用下，擁易溶組紙分流失州，難溶喂組分則師殘存聚黎積，以秀致原來徒平直的辦面轉化衣成無數(shù)聲細小尖倉峰突起粥的縫合樓面。在賤許多大伏理巖中嬌，經(jīng)常墊會見到傳壓溶作陵用引起腹的縫合弟線?？p鋒合線構紹造與主簡壓應力斷軸直交啄，即主辜壓應力慈軸與縫攻合線錐嶺軸一致(圖10-唐16)。因焦此，名縫合劇線構脾造在繡一定榴程度乳上有弄助于其人們咐分析變其所競在部我位的畫應力氧狀態(tài)殃。剖虜面上妥縫合飲線還跡表現(xiàn)睡為柱懇狀和磨錐狀賣等多蒸種型銷式。5/3煤/20谷23235/3慶/20望2324圖10-熔1根據(jù)薪節(jié)理朽產(chǎn)狀嫂與巖博層產(chǎn)耳狀關泉系的摔節(jié)理擱分類1.走向節(jié)孤理;2拼.傾向節(jié)耳理;3.斜向節(jié)梅理;4.順層節(jié)窗理圖10系-2根據(jù)壺節(jié)理泊產(chǎn)狀貴與褶鎮(zhèn)皺軸