地质构造学基础概念

构造地质学的基本概念 1、层理:是沉积岩中常见的一种原生构造。它是通过岩石成分.结构和颜色在剖面上的突变或渐变所显现出来的一种成层构造。 V字法则:当岩层倾向向与地面坡向相反时,岩层界线与地形等高线呈相同方向弯曲,但岩层界线的弯曲度小于等高线的弯曲度;当岩层的倾向与地面坡向相同且岩层倾角大于坡度角时,岩层露头线与地形等高线呈相反方向弯曲;当岩层的倾向与地面坡向相同且岩层倾角小于坡度角时,岩层露头线与地形等高线呈相同方向弯曲,但岩层露头线的弯曲度大于等高线的弯曲度。 倾角:岩层的倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角称为真倾角,也叫真倾角。视倾角:岩层的视倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角称为视倾角,也叫假倾角。真倾角与视倾角之间关系为:tanβ= tanα.cosω 侧伏向与侧伏角:当线状构造包含在某一倾斜平面内时,此线与该平面走向线间所夹之锐角即为此线在那个平面上的侧伏角,构成侧伏锐角的走向线的那一端的方位叫侧伏向。 倾伏向与倾伏角: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,叫倾伏向;倾斜直线与其水平投影之间所夹锐角叫倾伏角。 2、平行不整合与角度不整: 平行不整合:上下两套地层的产状彼此平行,但中间缺失了一些时代的地层,有沉积间断,不整合面为古侵蚀层。 角度不整合:不整合面上下两套地层间既缺失部分地层,彼此产状有不相同。 平行不整合的形成过程:下降接受沉积,上升、沉积间断和遭受剥蚀再下降接受沉积。角度不整合的形成过程:下降接受沉积,褶皱上升(常伴有断裂、岩浆活动和区域变质等),沉积间断和遭受剥蚀,再下降接受沉积。 平行不整合:表明这段时期发生过沉积简断,且不整合面代表没有沉积的侵蚀时期。不整合面也是古剥蚀面,能够反映上覆地层沉积前的古地貌形态。 角度不整合:反映该地区上覆地层沉积前曾经发生过褶皱等重要构造事件。 1 地层不整合是研究地质发展史及鉴定地壳运动特征和时期的一个重要依据,在岩石地层学上也是划分地层单位的依据之一。 确定不整合存在的标志主要有地层古生物,沉积,构造,岩浆活动和变质作用等。确定不整合形成的时代,通常是以不整合面下伏地层中最新的一层时代为下限,以上覆地层中最老一层的时代为上限。 3、应力应变分析 内力:同一物体内部各个部分之间的相互作用力。 应力:内力均匀分布时作用在单位面积上的内力称应力。 正应力:垂直于截面dF上的应力叫正应力。 剪应力:平行于截面dF上的应力叫剪应力。 压应力:使物体经受压缩的正应力。 张应力:使物体经受拉伸的正应力。 点应力状态:指通过受力物体内一点的各个方向截面上的应力分布情况。 应变:在应力作用下物体形状和大小的改变量 岩石变形方式:拉伸,挤压,剪切,弯曲,旋转。 线应变:变形的结果引起物体内质点之间的线段的变化,常用单位长度的改变量来表示。 剪应变:变形的结果引起两条线段之间的夹角的变化叫做剪应变。 岩石在外力作用下,一般要经历弹性变形,塑性变形,破裂变形三个变形阶段。 当岩石发生剪切破裂时,包含最大主应力轴σ1象限的共轭剪切破裂面之间的夹角称为共轭剪切破裂角。 剪裂角是指最大主应力轴σ1与剪切破裂面夹角。 剪裂角的大小取决于内摩擦角的大小。脆性岩石的内摩擦角比塑性岩石的大。在同一形变环境里,页岩的内摩擦角比砂岩的小,则页岩的剪裂角比砂岩的大。 共轭剪裂角:两组共轭剪节理的夹角为共轭剪裂角。 均匀应变:物体内各质点的应变特征相同的变形。 非均匀应变:物体内各质点的应变特征发生变化的变形。 应力椭球体:当物体内一点的主应力矢量σ1σ2σ3为半径做出的一个椭球体,用 于表示该点的全应力状态。 应变椭球体:为了形象地描述岩石的应变状态,常设想在变形前岩石中有一个半径为1的单位球体,均匀变形后形成为一个椭球,以这个椭球体的形态来表示岩石的应变状态,这个椭球体便是应变椭球体。 蠕变:在应力不变的情况下,应变随时间的增加缓慢持续增长的情况称为蠕变。 松弛:当应变保持不变时,应力随时间的增长应力逐渐减小的现象称为松弛。 影响岩石力学性质与岩石变形的因素有围压,温度,溶液,孔隙压力,时间 当围压增大时岩石强度增大,当温度升高时则岩石的韧性增强。 4、褶皱 (1)概念: 枢纽:单一褶皱面上最大弯曲点的连线。 轴面:各相邻褶皱面的枢纽连成的面叫轴面。 脊线:同一褶皱面上沿着背形最高点的连线。 根据轴面产状和两翼产状褶皱分为:直立、斜歪、倒转、平卧、翻卷褶皱。 据翼间角大小分为:平缓(120-180)、开阔(70-120)闭合(30-70)紧闭(《30)等斜(0)范海斯分类:平行褶皱:各岩层呈平行弯曲,褶皱层真厚度不变;相似褶皱:各岩层弯曲的形态相似,或各层的曲率基本不变。 (2)里卡德褶皱分类: 里卡德根据轴面倾角,枢纽倾伏角和侧伏角三个变量绘制出一个类似岩石命名分区图的三角投影网图,并根据三角网图内各项数据的规律变化,将三角投影网图划分为七个区,分别代表七种特征的褶皱类型。 Ⅰ. 直立水平褶皱轴面近于直立(倾角80°-90°),枢纽近于水平(倾伏角0°-10°)。Ⅱ.直立倾伏褶皱轴面近于直立,枢纽倾伏角10°-80°。Ⅲ.倾竖褶皱轴面和枢纽近直立,倾角和倾伏角均为80°-90°。Ⅳ.斜歪水平褶皱轴面倾斜(倾角10 °–80°),枢纽近于水平(倾伏角0°-10°)。Ⅴ.平卧褶皱轴面和枢纽均近水平,倾角和倾伏角0°-10°。Ⅵ. 斜歪倾伏褶皱轴面倾斜(倾角10°-80°),枢纽倾伏(倾伏角10°-80°)。Ⅶ斜卧褶皱轴面倾角和枢纽倾伏角均为10° -80°,倾向和倾伏向一致,倾角和倾伏角大致相等,枢纽在轴面上的侧伏角为80° -90°。 以上七类褶皱反映了轴面和枢纽产状的连续变化系列,因此包含了自然界可以出现的各种产状的褶皱。三角投影网图上所划分的七个区,分别代表七大类型褶皱产状的变化范围。图内各区范围的大小也大致反映出该类褶皱在自然界出现的几率大小及其过渡类型的一般变化规律,其中Ⅵ区范围最大,表明斜歪倾伏褶皱在地壳中最常见,它是产状变化最大的一类褶皱。 这一分类使对褶皱形态的研究从定性描述提高到半定量的水平,为应用统计方法分析褶皱形态和产状特征提供了条件。 (3)兰姆赛分类: 根据褶皱横截面上褶皱层等倾斜线型式和厚度变化所反映的相邻褶皱面的曲率关系 将褶皱分为三类五型:(略) Ⅰ类这类褶皱岩层的等倾斜线向内弧呈收敛状,内弧曲率总是比外弧大,故外弧倾斜度也总是小于内弧,根据等倾斜线的收敛程度可分为三个亚类; ⅠA等倾斜线向内弧呈剧烈收敛,各线长短差别极大,内弧曲率远大于外弧,为典型顶薄褶皱; ⅠB等倾斜线也想内弧收敛,并与褶皱面垂直,各线长短大致相等,褶皱层真厚度不变,内弧曲率任大于内弧,为典型的平行褶皱; ⅠC等倾斜线想内弧轻微收敛,转折端等倾斜线比两翼附近的略长,反映两翼厚度有变薄趋势,内弧曲率仍大于外弧曲率,为平行褶皱向相似褶皱的过渡型式。 Ⅱ等倾斜线相互平行且等长,褶皱层的内弧外弧曲率相等,为典型的平行褶皱。 Ⅲ等倾斜线向外弧收敛,向内弧撒开呈倒扇状,外弧曲率大于内弧,为典型顶厚褶皱。兰姆赛用数学概念表达和划分褶皱类型,对研究褶皱形成机制有一定意义。 (4)同沉积褶皱:是在整体沉降背景下,一边沉积一边褶皱形成。 特点:褶皱两翼的倾角一般是上部平缓,往下逐渐变陡,褶皱总的形态多为开阔褶皱;在背斜顶部岩层变薄(有的层位甚至缺失),而两翼岩层厚度则有增大趋势,在向斜中泽中心部岩层厚度往往最大;岩层的岩石结构也明显收构造影响,即背斜顶部常沉 积浅水的粗粒物质,而向斜中心部位泽沉积细粒物质。 常见的褶皱组合类型有穹窿和构造盆地,雁行式,隔档式和隔槽式,复背斜和复向斜雁列褶皱:又称斜列式褶皱,为一系列呈平行斜列的短轴背斜和向斜,它可由不同规模和级次的背斜或向斜所组成。 隔档式褶皱:又称梳状褶皱,由一系列平行的背斜和向斜相间组成,其中背斜是窄而紧闭的,形态完整清晰呈线状延伸,两个背斜之间的向斜开阔平缓。 隔槽式褶皱:由一系列平行的背斜和向斜相间排列的褶皱组成,其中背斜和向斜形态与隔档式相反,其向斜紧闭且形态完整,呈线状排列,而向斜之间的背斜则平缓开阔成箱状。 褶皱形成机制的基本类型有纵弯,横弯,剪切,柔流。 纵弯褶皱与横弯褶皱 纵弯褶皱作用:岩层受到顺层挤压力的作用而发生褶皱,称纵弯褶皱作用。 横弯褶皱作用:岩层受到与层面垂直的外力作用而发生褶皱,称横弯褶皱作用。 纵弯褶皱:1. 纵弯褶皱是岩层受到顺层挤压力的作用而发生褶皱,其地质条件是地壳水平运动。2. 纵弯褶皱各单一岩层有自己的中和面,当单一岩层彼此粘结很牢成为一个整体的岩层受到挤压形成纵弯褶皱时,在不同部位可能形成一系列有规律的内部小构造。3. 当单一岩层受到顺层挤压时层面在形成褶皱的过程中起着重要的作用,以致岩层通常通过下列两种方式形成褶皱,一种是弯滑作用,多形成水平褶皱;一种是弯流作用,多形成相似褶皱或顶厚褶皱。 横弯褶皱:1.横弯褶皱是岩层受到垂直层面的外力作用而发生的褶皱,包括地壳差异升降运动、岩浆或岩盐底辟作用及痛沉积褶皱作用。2. 横弯褶皱作用岩层整体处于拉张状态,一般不存在中和面。3. 横弯褶皱作用一般形成顶薄褶皱。4. 横弯褶皱引起的弯流作用是使岩层物质从弯曲的顶端向两翼流动,易于形成顶薄褶皱。 确定褶皱形成时代的主要方法有角度不整合分析,岩性厚度分析。 (4)顶厚褶皱与相似褶皱的区别: 1. 发育岩性不同:顶厚褶皱一般形成于强弱互层的近地表地层中,相似褶皱则发育在岩相较均一、结构较细的岩层中。 2. 形成环境不同:顶厚褶皱多是近地表环境, 相似褶皱多为中、深厚环境。3. 形成机制不同:顶厚褶皱是弯流作用形成,相似褶皱是剪切褶皱作用形成。4. 物质的流动方式不同:顶厚褶皱顺层由翼部向转折端流动,相似褶皱则是沿一系列剪破裂面由下向上穿层流动。 5、节理 节理是岩石中的裂隙,是没有明显位移的断裂。 根据节理与褶皱轴的关系可将节理分为纵节理,横节理,斜节理。 根据节理与岩层产状的关系可将节理分为走向节理,倾向节理,斜向节理,顺层节理。按节理的力学成因可将褶皱分为剪节理,张节理。 剪节理:由剪应力作用形成的节理。 张节理:由张应力作用形成的节理。 剪节理的基本特点: 1. 产状稳定,沿走向和倾向延伸较远; 2. 节理面叫平直光化,有时具有应剪切滑动留下的擦痕。当剪节理未被矿物充填时是闭合的,如被矿物充填,脉宽较为均匀,脉壁较为平直。 3. 发育与砾岩和砂岩等岩石中的剪节理,一般都切穿砾石和砂粒等粒状矿物。 4. 典型的剪节理经常组成共轭X型剪节理,节理往往成等距排列 5. 主剪节理面由羽状微裂面组成。羽状微裂面与主剪节理面教教一般为5—15度,相称于内摩擦角的一半。 6. 剪节理的尾端变化或连接形式有三种:折尾、菱形结环、分叉。张节理的特点: 1. 张节理产状不甚稳定,延伸不远,单条节理多短而曲折,一组节理有时成侧列产出。 2. 张节理面粗糙不平,无擦痕。 3. 在砾岩或砂岩中的张节理经常绕过砾石和粗砂砾,如切穿砾石,其破裂面也凹凸不平。 4. 张节理多开口,常被矿脉充填,脉宽变化较大,脉壁不平直。 5. 张节理有时呈不规则的树枝状,各种网络状。 6. 张节理尾端变化或连接形式有树枝状、多级分叉、杏仁状结环以及各种不规则形状。 节理组:指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。 节理系: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,称节理系。节理的分期依据:1:据节理组的交切关系(交切表现情况:错开、限制、互切追踪 利用与改造)2:利用与各期次节理有关的地质体。 节理配套依据:共轭节理的组合关系,并辅之以节理发育的总体特征及其与之有关的地质构造的关系。 与纵弯褶皱有关的张节理有两组:纵张节理和横张节理。 与断层有关的节理:羽状张节理、伴生剪节理、派生剪节理。 6、断层面:是一个将岩块或岩层断开成两部分,断开岩块或岩层顺着滑动的破裂面。总滑距:两个对应点之间的正真位移距离。 滑距:断层两盘实际的位移距离,错动后对应点之间的实际距离。 断距:岩层高度的垂直变化 地堑:地堑是由走向大致平行、倾向相反、性质相同的两条(或数)断层组成,它们中间共用一个下降盘。 地垒:地堑是由走向大致平行、倾向相反、性质相同的两条(或数)断层组成,它们中间共用一个上升盘。 地层断距:同一岩层断开后,上下盘之间的垂直距离,即地层缺失或重复的真正厚度。逆冲推覆构造:是由逆冲断层及其上盘推覆体或逆冲岩席组合而成的构造 推覆体:在逆掩断层或辗掩构造中,常见老岩层覆盖在新岩层上,这样的老岩层称推覆体。 构造窗:外来岩体中露出一小块由断层圈闭的较年青地层。 飞来峰:当推覆体遭受强烈剥蚀,在大片被剥露出来的原地岩块中残留一小片由断层圈闭的外来岩块叫飞来峰 断层两盘相对运动方向的确定: 1).两盘地层的新老关系:对于走向断层,老岩层出露盘常为上升盘,但地层倒转或断层倾角小于岩层倾角时,老地层出露盘为下降盘。如地层变形复杂,不能简单依据地层新老来判别。如果横断层切过褶皱,对背斜来说,上升盘核部变宽,下降盘核部变窄,对于向斜情况相反。 2).牵引构造:断层两盘紧邻的岩层常常发生明显的弧形弯曲,这种弯曲叫做牵引褶皱。一般认为这是两盘相对错动对岩层拖拽的结果,并以褶皱的弧形弯曲的突出方向指示本盘的运动方向。 3).擦痕和阶步:擦痕和阶步是两盘相对错动时在断层面上留下的痕迹,擦痕一般表现为一组比较均匀的平行细纹;阶步则表现为一组与擦痕大致垂直的阶块。 4).羽状节理:在断层两盘相对运动过程中,在断层的一盘或两盘的岩石中常常产生羽状排列的张节理和剪节理。这些派生节理和主断层斜交。 5).断层两侧小褶皱:由于断层两盘的相对错动,断层两侧岩层有时形成复杂的紧闭小褶皱。这些小褶皱轴面与主断层常成小角度相交,其所交锐角指示对盘运动方向。 6).断层角砾岩:如果断层切断并挫碎某一标志性岩层或矿层,根据该层角砾在断层面上的分布可以推断两盘相对位移方向。 同沉积断层的概念、分布及识别。 概念:与盆地沉降同时活动的断层即为同沉积断层。 分布:主要发育于沉积盆地边缘,尤其是大、中型断陷盆地边缘,但大盆地内部也常有次级同沉积断层。 识别:1.一般为走向正断层,在剖面上常呈上陡下缓的凹面向上的勺状。2.上盘(下降盘)地层明显增厚。3. 断距随深度增大,地层愈老,断距愈大。断距是累积的,因此任一标志层的断距都是这一层以前断层活动引起的断距之和。4. 常在上盘发育逆牵引断层,逆牵引一般构成背斜,与断层走线延伸一致,背斜顶点逐渐偏移,偏移轨迹与断层面大致平行 7、劈理 劈理是一种将岩石按一定方向分割成平行密集的薄片或薄生的次生面状构造。它发育在强烈变形的岩石里,具有明显的各向异性特征,发育状况往往与岩石中所含片状矿物的数量及其定向的程度有着密切的关系。 劈理有传统分类:流劈理,破劈理,滑劈理。 劈理的结构分类:1.连续劈理:连续劈理发育于变质岩石中,按其变形特征及其重结晶的状况,可分为板劈理,千枚理,片理和片麻理2.不连续劈理:不连续劈理域之间的间隔可以在网眼尺度下加以确定,在露头或手标本上就可显示其不连续的构造特征。不连续劈理按微劈石域的结构,可分为间隔劈理的褶劈理。 线理是描述岩石内部或表面的各种平行线状构造的一个术语。 小型线理:拉伸,矿物生长线理,皱纹线理,交面线理。 大型线理:石香肠构造,窗棂构造,铅笔构造,杆状构造。 阿尔卑斯式褶皱:又称全形褶皱,基本特点是: ①褶皱呈线状成带展布,走向与构造带一致;②背向斜同等发育,布满全区。③不同级别的褶皱往往成复背斜和复向斜构造,是造山带强烈地带主要构造样式。 8、复背斜和复向斜概念。 侏罗山式褶皱:又称过度型褶皱,其代表性构造是隔档式与隔槽式褶皱,隔档式褶皱又称梳状褶皱。 其成因是沉积盖层在刚性基底的软弱层上滑脱变形或薄皮滑脱的结果,属于造山带前陆的构造现象。 我国湘、鄂西、黔北和川东发育外,在湘赣一带也广泛发育。