[构造地质学]No5 第5章 节理.pdf

构构 造造 地地 质质 学学 Structural GeologyStructural Geology 思考讨论题 第三讲第三讲 与横弯褶皱作用相比与横弯褶皱作用相比，，纵弯褶皱作用有哪纵弯褶皱作用有哪 些与之不同的特点些与之不同的特点（（形态形态，，应力应变分应力应变分 布及特征布及特征，，伴生构造等伴生构造等））？？造成这二种褶造成这二种褶 皱构造特征差别的原因是什么皱构造特征差别的原因是什么？？ 为什么自然界中较少见到剪切为什么自然界中较少见到剪切 褶皱褶皱？？形成剪切褶皱需要怎样形成剪切褶皱需要怎样 的条件的条件？？ Structural GeologyStructural Geology Joint 节节理理 第五章第五章 节节理理 节理及其分类节理及其分类 节理的形成作用节理的形成作用 节理及其分类节理及其分类 节理的形成作用节理的形成作用 一、节理及其分类一、节理及其分类 1、节理的概念 节理是岩石中没有明显位移的断裂构造，在地壳上部岩石中广泛发育 北京西山的一条张剪性节理 一、节理及其分类一、节理及其分类 节理的研究意义节理的研究意义 脉状矿体的储集空间 油、气、水运移储集的通道和空间 工程地质：岩体强度、稳定性 地质构造分析：应力场分析 理论意义 节理的性质、产状和分布规律与褶皱、断层和区域构造有着密切的成因联 系。

节理研究有助于分析和阐明地质构造的形成和发展 生产实践意义 一、节理及其分类一、节理及其分类 2、、节理的分类 1) 节理与有关构造的几何关系 2) 节理形成时的力学性质 节理的分类主要依据两个方面 一、节理及其分类一、节理及其分类 1.根据节理与有关构造的几何关系的分类根据节理与有关构造的几何关系的分类 节理是一种相对小型的构造，总是与其他构造伴生节理的产状与其他构 造的产状之间往往存在一定的几何关系 (1) 走向节理-节理走向与岩层走向大致平行 (2) 倾向节理-节理走向与岩层走向大致直交 (3) 斜向节理-节理走向与岩层走向斜交 (4) 顺层节理-节理面与岩层的层面大致平行 A. 根据节理产状与岩层产状的关系可将节理分为： 一、节理及其分类一、节理及其分类 (1) 纵节理-节理走向与褶皱轴向平行（下图a） (2) 横节理-节理走向与褶皱轴向直交（下图c） (3) 斜节理-节理走向与褶皱轴向斜交（下图b） B. 根据节理与褶皱轴的关系，可将节理分为 C. 对于发育于水平岩层或近水平岩层中的节理 一般根据节理的走向进行划分，如北东向节理、北西向节理等 一、节理及其分类一、节理及其分类 一、节理及其分类一、节理及其分类 2.节理的力学性质分类节理的力学性质分类 根据节理的力学性质，可将节理分为剪节理和张节理。

剪节理是由剪应力产生的破裂面 1) 剪节理剪节理 一、节理及其分类一、节理及其分类 a.产状较稳定，沿走向和倾向延伸较 远 b. 较平直光滑，有时具有剪切滑动留 下的擦痕剪节理如被矿物质充填 ，岩（矿）脉宽较为均匀，脉壁较 平直 c.发育于砾岩和砂岩中的剪节理，一 般穿切砾石和胶结物 剪节理具有如下主要特征：剪节理具有如下主要特征： 一、节理及其分类一、节理及其分类 d. 典型的剪节理常常组成共轭型节理系，可将 岩石切成菱形、棋盘格式或成柱状如果只有 一组节理发育，则成平行延伸的节理剪节理 往往成等间距排列 一、节理及其分类一、节理及其分类 e.主剪裂面由羽状微裂面组成羽状微裂面与主剪裂 面主角一般为1015，相当于内摩擦角（）的 一半 右图是剪切实验形成的两组羽列剪节理A与BA 组微剪裂面与主剪裂面MN夹角为（不超过15度 ），指示本盘错动方向；B组微剪裂面与MN夹角 为角 一、节理及其分类一、节理及其分类 f. 剪节理尾端 尖灭处常呈 折尾、菱形 结环、节理 叉 一、节理及其分类一、节理及其分类 X 型节理系是剪节理最典型的形式之一，两 组剪节理的夹角称共轭剪裂角两组剪节理的交 线代表；两组节理的夹角平分线分别代表和 。

过去曾认为 X 型节理的锐角分角线必与一 致，即剪裂角小于45，但实际观察表明共轭剪 节理的共轭剪裂角有时可能等于或大于90，即 剪裂角可以等于或大于45因此不应简单地把X 型剪节理的锐角分角线作为在韧性岩石发育 地区以及多次强烈变形地区尤应审慎 X 型节理 一、节理及其分类一、节理及其分类 先剪后张的实例右侧为一组共 轭剪切，左侧是追踪两组剪节 理形成的锯齿状张节理 一、节理及其分类一、节理及其分类 2) 张节理张节理 张节理是由张应力产生的破裂面 张节理(被矿脉充填) 一、节理及其分类一、节理及其分类 a.产状不稳定，延伸不远单 条节理短而弯曲，节理常侧 列产出 b. 节理面粗糙不平，无擦痕 c.在胶结不太坚实的砾岩或砂 岩中的张节理常常绕过砾石 或粗砂粒，即使切穿砾石， 破裂面也凹凸不平 张节理具有以下主要特征：张节理具有以下主要特征： d. 张节理多开口，一般被矿脉充填脉宽变化较大 ，脉壁不平直 一、节理及其分类一、节理及其分类 一、节理及其分类一、节理及其分类 e.张节理有时呈不规则的树枝状，各 种网络状，有时追踪 X 型剪节理形 成锯齿状张节理（图B）、单列或 共轭雁列式张节理（根据雁列式节 理中各单条节理的错列方式分为左 阶和右阶。

顺着一条节理走向观察 ，次一条节理向左侧错列，并与前 一条节理的近端横向重叠，为左阶 ；反之为右阶 图C），有时也形 成放射状或同心圆状 （图B） 一、节理及其分类一、节理及其分类 C雁列张节理 一、节理及其分类一、节理及其分类 f. 张节理尾端尖灭处常呈树 枝状分叉或杏仁状结环 张节理是在垂直于节理面的张应力作用 下形成的，因此张节理面的垂线方向代表3方 位（应变椭球体的长轴A） 上述剪节理和张节理的特征是一次变形 产生的节理所具有的若岩石或岩层经历了 多次变形，早期节理的特征常被后期变形改 造或破坏即使在一次变形中形成的节理， 因各种因素的干扰，也会使节理不具备上述 诸方面的典型特征 一、节理及其分类一、节理及其分类 非构造节理是在外动力地质作用下形成的节理，如风化作用或滑坡形成 的节理等，其特点是发育的范围和深度有限，与各级各类构造无规律性关系 ，产状和方位极不稳定，以张节理为主 节理形成的地质原因分类：节理形成的地质原因分类： 构造节理 非构造节理 构造节理是在内动力地质作用下形成的节理，其特点是方位和产状稳定 ，与区域构造或局部构造存在一定的关系，发育的范围和深度均较大，既有 剪节理，也有张节理； 一、节理及其分类一、节理及其分类 3、节理组和节理系、节理组和节理系 一次构造作用中形成的节理一般是有规律的，并且是成群产出的，构成 一定的组合型式，即节理组和节理系。

节理组节理组在统一应力场中同期形成的力学性质相同 的节理群，其产状也大致相同 节理系节理系统一应力场中同期形成的两个或两个以上 的节理组构成节理系，如X型共轭节理系等节理 系也包括对于统一应力场中同期形成的产状规律变 化的节理群，如放射状节理系、同心状节理系等 一、节理及其分类一、节理及其分类 4、、区域性节理区域性节理 地壳表层广大地区存在着规律性展布的区域性节理，这类节理与局部褶皱和 断层没有成因上的联系，而是区域性构造作用的结果 在岩层产状近水平的地台上，常常见到这类稳定产出的区域性节理如在我 国广西河池西南地区的上古生界灰岩中发育了一套走向NE60和NW300的X型节 理又如俄罗斯地台上有四组区域性节理，即正向系列EW向节理和SN向节 理，斜向系列NE向节理和NW向节理北美地台沉积盖层中也发育有产状稳 定、展布范围很广的节理 这类节理间距宽而稳定，在上千平方公里范围内广泛产出，不受局部褶皱和 断裂控制 一、节理及其分类一、节理及其分类 区域性节理，若被岩浆充填则呈规律排列的岩墙群，如平行排列的和 放射状排列的著名的岩墙群有东格陵兰岩墙群、苏格兰岩墙群等安徽 桐城西部大别山太古宇中发育了一套NE向岩墙群，密集排列成带，也是沿 一组节理发育的。

区域性节理具有以下特点：区域性节理具有以下特点： 发育范围广，产状稳定； 节理规模大，间距宽，延伸长，可切穿不同岩层 ； 节理常构成一定几何形式 一、节理及其分类一、节理及其分类 主节理是指规模明显大于该区节理平均规模的节理主节理延伸长 ，常以较稳定的产状切穿不同岩层甚至局部构造，在一定地区的各组 、各类节理中占主导地位，节理延长为数十米以至上百米主节理往 往与一般节理不是在同一次构造作用中形成的，而是更大区域构造活 动的产物 节理是一种脆性变形，是地壳表层次和浅层次的构造随着向地 下深度的增加，温压的变化，岩石的塑性也相应增高，故自地表向深 部，节理会越来越闭合，进而逐渐消失 节节理理 节理及其分类节理及其分类 节理的形成作用节理的形成作用 1、节理的形成、节理的形成 A、、张节理张节理 张应力作用而产生的节理是张节理，它的方位垂直于主张应力或平行 于主压应力 岩石受拉伸时，会产 生与主张应力垂直的 张节理； 实验和野外观察表明 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 岩石在一个方向上受压时，会形成与受压方向相 平行的张节理； 岩石受到单剪作用时，在与剪切方向大致成45 的 方向上受到拉伸，在与拉伸垂直的方向产生张节 理。

二、节理的形成作用二、节理的形成作用 B、、剪节理剪节理 剪节理是由于剪应力作用 而形成的节理，其两侧岩块沿 节理面有微小剪切位移或有剪 切位移的趋势，位移方向与 2剪节理与2平行 ，与1、3呈一定的夹角 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 由于剪节理是由共轭剪切面发展而成的，所以常成对出现包含最大 主应力轴1象限的共轭剪切破裂面之间的夹角称为共轭剪切破裂角1 方向与剪切破裂面之间的夹角称为剪裂角从野外观察和室内实验可知， 岩石内两组初始剪裂面的交角常以锐角指向最大主应力方向，即共轭剪切 破裂角常小于90，通常约60左右，而剪裂角则小于45，这个现象可以用 库伦莫尔强度理论来加以解释 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 当岩石发生剪破裂时，剪裂面与最大主应 力轴1的夹角，即剪裂角=45一(/2)，共 轭剪切破裂角2=90-，所以，剪裂角的大 小取决于内摩擦角甲的大小不同岩石的内摩 擦角不同，在变形条件相同的条件下脆性岩石 比韧性岩石的内摩擦角大内摩擦角大，剪裂 角就小实验和研究表明，同一种岩石在不同 变形条件下的内摩擦角不同随着温度、围压 的增大，剪裂角也增大，并逐渐接近45，当 破裂后发生递进变形或受其它因素(如塑性增 高)的影响时，会出现剪裂角大于45的现象。

二、节理的形成作用二、节理的形成作用 C、、缝合线构造缝合线构造 缝合线构造是一种与节理相似的小型构造，一般顺层理产生，常见 于不纯灰岩或大理岩中 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 过去认为缝合线都是顺层理发育的，是在非构造的荷载重力下压溶 作用的结果近年来研究发现，缝合线不仅顺层理产出，也有与层理斜 交或直交的与层理不一致的缝合线一般是在构造作用下先形成裂缝， 进而在压溶作用下发育成缝合线 因此，缝合线构造的形 成总是经过两个阶段，即先 有裂面，进而压溶，在垂直 裂面的压溶作用下，易溶组 分流失，难溶组分残存聚积 ，使原来平直的面转化成由 无数细小的尖峰、突起构成 的缝合面(图715) 二、节理的形成作用二、节理的形成作用 D、、节理力学性质的转化节理力学性质的转化 由于构造变形作用的递进发 展和相应转化，会发生应力的转 向和变化，因而常出现一种节理 兼具两种力学性质的特征或过渡 特征，表现为张剪性等一些早 期形成的剪节理，在后期构造变 形中会被改造或叠加，发生先剪 后张的现象 先剪切后张开 追踪的锯齿状张 开理 二、节理的形成作用二、节理。