第5章 节理.ppt
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1、第五章 节理 第一节 节理的概念及其基本特征 第二节 节理的分类 第三节 构造节理的分布规律 第四节 节理的岩脉充填机制和 压溶作用 第五节 节理的观测和研究,第一节 节理的概念及其基本特征 一、基本概念 二、为什么要研究节理 三、节理的基本特征,一、基本概念 节理:指岩石受力发生破裂,而两侧岩石沿破裂面没 有发生明显位移的一种断裂构造,又称裂隙或裂缝;说明:节理的形成可以是构造作用,也可以是非构造作用;可以形成在成岩阶段,或成岩之后;节理是指由变形作用或物理成岩作用形成的在岩石 中存在的宏观面状不连续;,二、为什么要研究节理 节理是地壳上部岩石中发育最广的一种构造;理论上 节理的性质、产状和
2、分布规律与褶皱、断层和区域构造有密切成因联系,故研究节 理有助于分析和阐明地质构造的形成和发展;,实践上 a,节理可为矿液上升、渗透、沉淀提供构造条 件,一些矿区的矿脉形状、产状、分布与该 区节理的性质、产状和分布密切相关;b,节理可以作为石油、天然气、地下水的运移 通道和触集场所;c,大量发育的节理常为水库、大坝等工程带来 隐患;,三、节理的基本特征(1)分布普遍 节理是一种普遍发育的地质构造;不同时代、不同岩石类型、不同构 造位置都可有节理发育;,(2)单个节理的形态多样,大小不一 节理形态可以平直、弯曲、锯齿状等;节理的大小:指节理在平面上延伸的长度和张开的宽度;统计表明,大小之间可相差
3、几十倍;数量上看,小节理占80%以上;垂向上,较大的节理可以穿过若干岩层,而较小 的节理往往只局限在一定的岩层之中,其纵 向和横向连同性差;,(3)节理往往被充填,充填物可以是硅质、铁质、钙质、泥质等,常见的是节理被方解石或石英矿物充填;(4)受岩性和构造部位的控制,节理的发育在时空上 显示出很强的不均一性;(5)尽管空间上节理的发育很不均匀,但在分布上节 理又表现出明显的方向性和组系性;这主要是因 为节理与褶皱、断层等地质构造具有密切成因联系;,第二节 节理的分类 一、原生节理和次生节理 二、构造节理的分类(一)几何形态分类(二)力学成因分类 三、构造节理的组合,一、原生节理和次生节理 按照
4、节理形成与岩石形成的时间先后关系,将节理分为:原生节理:形成于成岩过程中;次生节理:在岩石形成之后,由于构造运动 的影响或其他因素造成的;,(一)原生节理 1.沉积岩的原生节理 典型实例:泥裂;(?)成因主要是成岩过程中表层沉积物 失水收缩;分布上:局限于个别岩层之中;平面上多组成不规则环状;,2.喷出岩的原生节理 典型实例:(1)玄武岩的柱状节理 形成于熔岩冷却过程中由于冷却收缩产生的 张应力作用下;形状上将喷出岩切割成比较规则的六方柱体 或多边形柱体;(2)枕状节理 指水下喷出的熔岩流形成的球形或椭球形裂隙;,玄武岩的柱状节理,3.侵入岩的原生节理 侵入岩的形成经历了早期液态流动阶段和 晚
5、期凝固阶段;早期液态流动阶段形成流动构造(流线、流面);流线:指针状、柱状、纤维状矿物的流动形成的 线状定向排列;流面:片状、柱状矿物的流动形成的面状构造;,晚期凝固阶段发生脆性变形,形成原生节理或断层;根据侵入体中节理的产状及其与流动构造的关系分为:(1)横节理(Q节理)其走向与流线、流面垂直;节理倾斜陡峻,节理面粗糙;力学性质上属于张节理;,Q横节理;S纵节理;L层节理;D斜节理;F流线;A细晶岩脉;,(2)纵节理(S节理)节理面平行于流线,垂直于流面,倾斜一般较陡;节理细密,节理面较平滑;力学性质上属于张节理;(3)层节理(L节理)节理面平行于流面,并常平行于岩体与围岩的接触面;节理面平
6、整光滑,产状一般较缓;力学性质上属于张节理;,(4)斜节理(D节理)节理面与流线、流面都斜交;通常以两组共轭的X型剪节理形式产出,其锐角 等分线平行于流线,反映变形时岩石塑性较大;节理面较光滑,往往一组较发育,并可见错动;,Q横节理;S纵节理;L层节理;D斜节理;F流线;A细晶岩脉;,(二)次生节理 1.构造节理 指由构造运动形成的节理,又称 内生节理;特点:分布范围和深度均较大,且方位和产状比较 稳定,并表现出一定的规律性;成因上与周围的地质构造有联系,有张有剪;,2.非构造节理 指由非构造运动的其他外力作用形成的节理,又称外生节理;例如:风化(温度变化引起体积不均匀胀缩),根劈,冰劈,洪水
7、滑坡,人工爆破等 都可以产生节理;特点:分布范围和深度有限,常局限于一定岩层、一 定深度或某一现象附近;产状、方位极不稳定,与各级各类构造没有规律 性关系,力学机制上多为张节理;,二、构造节理的分类 分类依据:节理与有关构造的几何关系;节理的力学性质;注意:两种分类并非完全对立,而是相互关联;,(一)按节理与有关构造的几何关系分类 节理作为一种相对小型构造,总是与其它构造伴生;或者为它们的派生构造;故节理与其它构造之间存在一定的 几何关系;,1.按节理与所在岩层的产状关系分类 走向节理:节理走向与所在岩层走向大致平行;倾向节理:节理走向与所在岩层倾向大致平行;斜向节理:节理走向与所在岩层走向斜
8、交;顺层节理:节理面大致平行岩层层面;,1走向节理;2倾向节理;3、4斜向节理;,2.按节理走向与区域构造线的关系分类 纵节理:节理走向与区域构造线走向大致平行;横节理:节理走向与区域构造线走向大致平行;斜节理:节理走向与区域构造线走向斜交;,、纵节理或走向节理;横节理或倾向节理;、斜向节理;顺层节理;,(二)节理的力学性质分类 从应力的角度考虑,直接形成节理的应力 有两种:即张应力和剪应力;故按节理的力学性质,可分为剪节理和张 节理两类;,1.剪节理 指由剪应力产生的破裂面,当岩石所受剪应力超过岩石的抗剪强度时形成,常由剪裂面进一步发展而成;具有以下主要特征:(1)剪节理产状较稳定,沿走向和
9、倾向延伸 较远,穿过岩性显著不同的岩层时,受 岩石性质的影响,其产状可能发生改变;,(2)剪节理较平直光滑,表现为:发育于砾岩和砂岩等岩石中的剪节理,一般 穿切砾石和胶结物;剪节理未被矿物充填时表现为平直闭合缝;如被充填,脉宽较为均匀,脉壁较为平直;(3)剪节理面上有时具有因剪切滑动而留下的擦痕或 摩擦镜面,但由于剪节理沿扭裂面相对位移量不 大,故需要野外仔细观察;,(4)剪节理一般发育较密,常密集成带;其间距的大 小会因岩性与岩层厚度的不同而变化,硬而厚的岩 层中剪节理间距大于软而薄的岩层;(5)典型的剪节理常是两组同时出现,相交成“X”型,组成共轭“X”型剪节理系,剪节理近等距排列,岩 石
10、被切成菱形或棋盘格式;(6)主剪裂面由羽状微裂面组成,羽状微裂面与主裂面交角一般为1015,相当于内摩擦角()的一半(?);,剪节理羽列现象实验模拟,剪节理羽列现象,62 64,24指向本盘运动方向,指向本盘运动方向,剪裂角,(7)剪节理尾端变化有三种形式:,形成剪节理的应力场特征“X”型节理系是剪节理的典型形式,两组共轭剪节理的锐夹角为共轭剪裂角;两组共轭剪节理的交线代表2,两组节理的夹角平分线分别代表1和3;一般认为“X”型节理的锐角平分线与1一致,即剪裂角小于45;野外实际观察发现,共轭剪裂角有时可能等于甚至大于90,即剪裂角大于45;,在没有递进变形和后期构造叠加的情况下,节理锐角等分
11、线指向最大主应力1的方向;如果是韧性岩层,经过压扁作用,节理发生旋转,锐角等分线可以变为钝角等分线;,启 示 构造分析中,不能简单根据构造空间展布方位推断应力作用方式,必须从发生、发展的过程作具体分析。要系统研究不同型式构造的特征,以了解构造发展的全过程及其与构造作用力的关系。,不应简单地把“X”型剪节理的锐角平分线作为1,特别是在韧性岩石发育地区及多次强烈变形地区尤应慎重,应当观察剪节理的剪切方向来确定其反映的应力方位;,2.张节理 指由张应力产生的破裂面,即当岩石所受张应力超过岩石的抗张强度时形成;具有以下主要特征:(1)张节理产状不稳定,延伸不远;单条节理 短而弯曲,多条张节理常侧列出现
12、;(2)张节理面粗糙不平,无擦痕;在胶结不太 坚实的砾岩或砂岩中,张节理常绕砾石或 粗砂粒而过;,张节理的侧列现象,张节理的不规则弯曲,(3)张节理常多开口或呈楔形,一般被矿脉充 填,脉宽变化较大,脉壁不平直(4)张节理多发育稀疏,或疏密不均;,(5)张节理有时呈不规则树枝状,网络状;有时追踪“X”型共轭剪节理形成锯齿状张节 理、单列或共轭雁列式张节理;有时也呈放射状或同心圆状组合形式;,(6)张节理的尾端变化形式 有两种:树枝状分叉:小节理无明显方向;杏仁状结环:椭圆形,棱角不明显;,张节理尾端变化形式,形成张节理的应力场特征 张节理是在垂直于 节理面的张应力 作用下形成的;张节理面的垂直方
13、向 代表3的方位;,3.节理力学性质的鉴别原则(1)上述特征是在一次变形中形成的节理所具有 的,如果岩石或岩层经历了多次变形,早期节 理的特点在后期变形中常被改造或破坏;即使在同一次变形中形成的节理也未必具 备上述典型特征;(2)鉴别一定区域内节理的力学性质,首先需要选 取未受后期改造的节理,且综合考虑各种特点;,(3)不能只依据个别露头上节理的特点,而应对区域 内许多测点和露头上的节理特点加以分析对比;(4)应结合与节理有关的构造和岩石的力学性质进行 分析;(5)由于构造变形作用的递进发展和相应转化,会发 生应力的转向或变化,导致常出现一种兼具两类 节理特征的张剪性节理;,节理力学性质的转化
14、 主干节理呈右旋剪切滑动;主干节理中发育的石英纤维晶体与主干节理壁 交角约50,该方向与张应力作用方向一致;表明在主干节理的剪切滑动过程中或其晚期,由于张应力作用剪裂面 被拉开;主干节理实为剪应力与 张应力共同作用的产物,属张剪性节理;,北京西山一条张剪性节理,三、节理的组合 构造节理的分布往往表现出有成因 联系的许多节理具有一定的排列型式,即组成节理组和节理系;,1.节理组 指由同一时期,相同应力作用下产生的、产状基本一致、力学性质相同的一群节理;常见的节理组排列形式:平行型;斜列型;,北京周口店奥陶白云岩中沿扭裂带形成的雁行排列张节理,2.节理系 同一时期,相同应力作用下产生的两个或两个以
15、上的节理组,构成一个节理系;常见的节理系排列形式“X”型:同一时期剪应力作用下形成;环型:同一时期张应力作用下形成;放射型;,第三节 构造节理分布规律 一、与纵弯褶皱有关的节理 二、与横弯褶皱有关的节理 三、节理与断层的关系 四、张节理在褶皱中的密集规律 五、节理发育的影响因素 六、节理的配套与分期,构造节理 与褶皱或断层伴生;或者为褶皱或断层所派生;构造节理的分布与褶皱或断层有密切关系;,一、与纵弯褶皱有关的节理 在褶皱变形的不同变形阶段,与褶皱伴生(或为其派生)的构造节理的力学性质和分布特点不同;,1.平面共轭剪节理系 产状平缓岩层受到侧向水平挤压力作用,(1)早期平面“X”型剪节理 形成
16、于岩层尚未弯曲之前;应变轴方位是Y轴直立,X轴、Z轴水平;“X”型交叉的锐角指向挤压 方向(Z轴);,(2)晚期平面“X”型剪节理 形成于岩层弯曲诱导出的局部应力场;背斜顶部:应变主轴方位是 Y轴直立,X轴垂直于 枢纽;“X”型交叉的锐角 指向褶皱枢纽方向;向斜部位:应变主轴Z轴垂直 于枢纽;“X”型交叉的钝 角指向褶皱枢纽方向;,2.剖面共轭剪节理系 形成于岩层弯曲过程中;应变轴方位是Y轴水平与枢纽方向一致,X轴变为直立;“X”型交叉的锐角指向挤压方向(Z轴);,3.横张节理 张应力方向平行于枢纽;岩层弯曲前的横张节理 追踪早期平面“X”型节理而呈锯齿 状延伸,节理走向垂直于枢纽;岩层弯曲后
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