地质构造是
地质体
geologicbody或地壳中的岩块受到应力作用造成永久变形的产物地质体泛指天然的岩石块体而不论其规模大小形状内部结构和成因地质体在地面上直接露出部分称为露头outcrop露头上往往赋存有地质构造的一些信息因而成为地质工作者在野外调查研究的重要对象在应力作用下地质体有的发生空间位置的变化变位如平移和平稳的升降有的出现形体改变形变和体变和方位扭转这些变化后的产物统称为地质构造常见的地质构造有水平构造horizontalstructure倾斜构造dippingstructure褶皱fold断裂fracture以及岩浆岩作用产生的构造等
一地质构造空间位置的测定
为了研究地质构造首先要确定它的空间位置也就是确定地质构造的产状组成地壳的岩石从总体上看岩浆岩占绝大部分其次是变质岩沉积岩仅占地壳岩石总量的5左右但从地壳表层03km的岩石看具层状构造的沉积岩和火山岩超过岩石总量的80地质构造的各种类型在层状岩石中发育最好表现得最清楚下面着重介绍岩层产状的测定方法
一岩层的产状attitudeofstratum
岩层的产状即岩层在空间的位置以其层面在三维空间中的延伸方向和与大地水准面水平面的交角关系来确定即用层面的走向倾向和倾角三个变量来度量这三个变量称为岩层产状三要素
1
走向
strike层面与水平面相交所得的直线称走向线走向线两端指示的方向即是岩层的走向它有两个方向二者相差180走向表示岩层在空间的延长方向
2
倾向
dip在层面上与走向线垂直并沿斜面向下所引的直线为真倾斜线此线在水平面的投影线为真倾向线真倾向线指示的方向是岩层的真倾向简称倾向倾向只有一个表示岩层向下倾斜的方位层面上与走向斜交的直线均为视倾斜线其在水平面上的投影均为视倾向线其方向均为视倾向
3
倾角
dipangle层面上真倾斜线与真倾向线的夹角为岩层的真倾角简称倾角视倾斜线与其在水平面上投影线的夹角为视倾角所有的视倾角均小于真倾角岩层层面的产状须在野外的岩石露头上用地质罗盘直接测量所测量的层面应具有代表性即其能代表露头上显现的层面总的方位测量数据立即记录在野外地质记录本上或在掌上电脑上作技术处理
二岩层厚度thicknessofstratum的测定
岩层是具有三维空间的板状地质体为了真正确定岩层或地质构造的空间位置还应同时实测岩层的厚度岩层的厚度是指同一岩层从顶面superface到底面subface的距离测量线必须同时垂直于顶面和底面才能量得岩层的真厚度若测量线与顶面和底面斜交测量得的是假厚度显然假厚度恒大于真厚度表示露头上岩层出露宽度假厚度与真厚度的关系岩层呈水平产出时没有倾向倾角为零其走向可以是任意方向它的空间位置受岩层厚度控制似层状地质体如岩脉岩饼和面状分布的火山岩等的产状可以测量其延展面的走向倾向倾角和平均厚度来确定其在空间的位置
1V字形法则
V字形法则是指当不同产状的岩层分布于不同坡度及坡向的地形区时如何根据地层出露线有规律弯曲的现象判断地层产状的法则当地层倾向与地形坡向相反时地层出露线弯曲方向与地形线相同但地层出露线弯曲程度小于地形线称相反相同当地层倾向与地形坡向一致地层倾角大于地形坡度角时地层出露线弯曲方向与地形线弯曲方向相反称相同相反当地层倾向与地形坡向一致地层倾角小于地形坡度时地层出露线弯曲方向与地形线一致但地层出露线弯曲程度大于地形线称相同相同
利用V字形法则不仅可以在地形地质图上间接读出研究区岩层的空间展布特征也可以在野外研究中直接根据岩层出露线的弯曲特征分析岩层向地下延伸的规律
二水平构造
大部分沉积岩是在海洋盆地和湖泊盆地中形成的除陡岸和岛屿边缘的沉积物形成
倾斜层理
bedding外海相和湖相沉积岩具有原始水平产状大面积覆盖的玄武质熔岩和平坦地面上堆积的凝灰岩常具有近水平的产状这些岩层在平稳的上升运动作用下仍保持其水平产状这种构造称为水平构造水平构造在地貌上表现为沟谷底部出露老的岩层顺坡向上岩层逐渐变新山峰顶为较新的岩层在不同的沟谷坡上只要高程相同出露的岩层必定是同一时代的相当岩层
三倾斜构造
岩层层面在较大范围内向同一个方向倾斜倾向和倾角变化不大无突变的构造称为倾斜构造原始水平产状的岩层受到差异升降运动的改造原始倾斜岩层被抬升到地表都可以成为倾斜构造巨型褶皱的一翼或大断层的一盘也可能表现为倾斜构造倾斜岩层出露地面的表现与水平构造不同当沟谷走向与岩层走向相交时从沟口向沟头出露的岩层可能由新到老岩层向沟口倾斜也可能由老到新岩层向沟头倾斜此外最高山峰上出露的不一定是最新的岩层最低谷底上出露的不一定是最老的岩层岩层的顶面或底面常保留着成岩过程中的某些标志如泥裂波痕雹痕残根等岩层形成以后受到构造运动而变位变形若顶面仍然在上底面在下层序是下老上新称为
正常层序
normalsuccesion当顶面在下底面在上时表明岩层倒转了层序是下新上老称为
倒转层序
reversedsuccesion在野外的露头上常根据岩层顶面或底面特征和成岩过程中的特殊标志来判定岩层的层序如层面上的泥裂正常位置是裂口上宽下尖若层序倒转则裂口朝下尖端相上
四褶皱
一褶皱的基本形态
褶皱是岩层在应力作用下产生连续弯曲的
塑性变形
plasticdeformation产物岩层的连续完整性没有破坏褶皱的基本类型有两种
背斜
anticline和
向斜
syncline其规模有大有小小的须用显微镜观察大的可宽达几千米延长达几十千米
1背斜岩层向上弯曲中心部位岩层较老两侧岩层依次变新
2向斜岩层向下弯曲中心部位岩层较新两侧岩层依次变老若褶皱的岩层上升到地表而未受到剥蚀作用时则背斜为高地向斜为低地地面上仅见到时代最新的岩层褶皱岩层遭到强烈风化剥蚀后地面的起伏主要取决于岩石抗风化剥蚀的能力若褶皱岩层为同一种岩性或强度相近由于背斜核部断裂较向斜核部发育背斜核部很可能成为低地或谷地向斜核部反而形成高地或山梁
二褶皱要素
褶皱的基本要素有核翼转折端枢纽和轴面
1
核
core或称核部指褶皱中心部位的岩石
2
翼
limb或称翼部指核部之外的两侧岩石
3
转折端
hingezoneoffold指褶皱从一翼向另一翼过渡的弯曲部分
4
枢纽
hingeoffold指同一褶皱面上曲率最大点的连线
5
轴面
axialplane指平分褶皱的一个假想面
三褶皱的分类
1根据轴面和两翼产状的分类根据褶皱轴面和两翼产状可将褶皱分为
直立褶皱
uprightfold
斜歪褶皱
inclinedfold
倒转褶皱
overturnedfold
平卧褶皱
recumbendfold和
翻卷褶皱
facingdownfold图1213其中倒转褶皱是其一翼地层的层序已发生了倒转平卧褶皱的轴面近于水平翻卷褶皱是早期褶皱的轴面再发生弯曲的褶皱
图1213根据轴面和两翼产状分类的几种褶皱a直立褶皱b斜歪褶皱c倒转褶皱d平卧褶皱e翻卷褶皱
2根据转折端形态的分类图1214画出了5种褶皱的立体图其中
圆弧褶皱
arcualfold的转折端成圆弧状
尖棱褶皱
chevronfold两翼较平直转折端呈尖角状
箱状褶皱
bodfold的转折端宽阔平直两翼陡立
扇形褶皱
fanfold的两翼均向核部倾斜因而两翼岩层新老层序倒置
挠曲
flexure出现在褶皱不发育的缓倾斜岩层中其局部地段出现台阶式弯曲有些学者称其为
膝折
kink
3根据褶皱平面形态的分类根据褶皱在水平面上展布的长度与宽度之比可划分为
线状褶皱
linearfold其长宽比大于101
短轴褶皱
brachyfold其长宽比在101至31之间等轴褶皱其长宽比小于31背斜式等轴褶皱常称为
穹隆
dome向斜式等轴褶皱常称为
构造盆地
structuralbasin
图1214根据转折端形态分类的几种褶皱a圆弧褶皱b尖棱褶皱c箱状褶皱d扇形褶皱e挠曲
五断裂fracture
断裂是地质体受力发生破裂的变形小的断裂须在显微镜下才能观察到大的断裂可延长几千千米
一节理joint
节理是一种没有明显位移的
脆性断裂
brittlefracture它是地壳表层的岩石中发育最广泛的断裂构造在岩石露头上相间几米至十几米都可以见到一条节理有些地段节理的密度可达每米10条以上岩石显得非常破碎自地表向下随深度加大节理的密度逐渐降低但即使在深入地下2km的采矿洞内的岩壁上仍然可以见到节理
节理的成因有多种在岩石形成过程中产生的节理称为
原生节理
primaryjoint如喷出岩在冷凝固结过程中产生的
柱状节理
prismaticjoint图1215成岩后形成的节理为
次生节理
secondaryjoint岩石经风化作用而产生的节理即是次生节理又称风化节理属非构造节理由构造运动产生的节理称为
构造节理
tectonicjoint属于次生节理构造节理按其力学性质分为
剪节理
shearjoint和
张节理
tensionjoint这两种节理在岩石中广泛分布规模可大可小常成为地下水运移的通道有些甚至是矿液的通道和成矿场所例如著名的赣南钨矿的脉状矿体就是矿液充填在张节理中形成的在工程地质上对岩石节理的研究极为重要相互平行的两组节理交叉共存可将岩石切成菱形块体图1216节理的发育程度是工程地基强度的重要影响因素
二断层
断层是具有显著位移的断裂断层在地壳中广泛发育但其分布不均匀多数断层发育在地壳上层少数断层切入地壳下层有的甚至切入岩石圈中下层地球上最大的断层是作为板块边界的断层如洋脊轴部大断层和板块边缘的走向滑动断层
1断层要素
1
断层面
faultsurface断层面是指把地质体断开成两部分两盘并沿之滑动的破裂面断层面一般为稍有起伏的不规则面断层面的产状同岩层层面一样用走向倾向和倾角来测定图1217大断层的断层面通常不是一个单一的几何面而是由一系列大致平行的次级断层面组成断层带其宽度达几十米至几千米在断层带中夹杂着碎裂岩块岩屑
断层泥
faultgouge以及固结的
断层角砾岩
faultbreccia
碎裂岩
cataclasite和
糜棱岩
mylonite
2
断层线
faulttrace断层面和断层带在地面的出露线称为断层线由于地面的起伏和断层面自身的曲折断层线通常也是曲折的大的断层带及其两侧岩石甚为破碎其露出地面的部位较易风化和剥蚀地貌上常成为低洼地带有些断裂带上有泉水溢出
3
断盘
faultwall指断层面两侧相互错开的岩块断层面倾斜时断层面上的岩块称
上盘
hangingwall断层面下的岩块称
下盘
footwall当断层面直立时则用方位来命名如断层面走向东西延伸则称北盘和南盘此外也可按断盘相对运动方向来命名将相对上升的一盘称
上升盘
upthrownside相对下降的一盘称
下降盘
downthrownside
4
断距
separation
断层两盘相对滑移的距离称为断距图1216中AA或BB为断距小断层的断距仅几米或更小大断层的断距可超过100km
2断层的主要类型1按断盘相对运动方向分为
正断层
normalfault
逆断层
reversefault和
平移断层
strikeslipfault正断层指上盘相对下降下盘相对上升的断层正断层的断层面通常大于45图1217正断层主要是由于引张力和重力作用形成的逆断层指上盘沿断层面向上移动的断层图1218断层面倾角大于45的逆断层称为高角度逆断层断层面倾角小于30的逆断层称为
逆掩断层
overthrust平移断层指断层面直立断盘沿断层面作水平滑移的断层也称为走向平移断层图1219巨大的走向滑动断层的断距可达几十千米有的超过100千米
2断层的组合类型地堑与地垒
地堑
horst一般由两条以上相向倾斜的正断层组成其公共盘为下降盘
地垒
horst由两条以上相背倾斜的正断层组成其公共盘为上升盘图1220地堑和地垒在一个地区相邻伴生常组成
盆岭构造
basinrangestructure
阶梯状断层
stepfault指在一个地区内产状大致相同的几条正断层相邻发展其上盘依次下降而呈阶梯状排列图1221
叠瓦式断层
imbricatefault指一系列产状相近的以低角度为主的逆断层相伴出现各断层上盘朝同一个方向逆冲上升在剖面上呈房顶盖瓦状这类断层多出现在受到强烈水平挤压作用的地区图1222
推覆构造
nappestructure指逆掩断层的上盘岩块沿缓倾斜的波状断层面远距离滑移所形成的构造断层上盘称为
推覆体
nappe或
逆冲岩系
或
外来岩席
allochthone断层下盘称为
原地岩系
autochthone推覆体局部被剥蚀掉后露出其下的断层面或下盘岩石可形成
构造窗
fenster被断层面或下盘岩石环绕的孤立推覆体残片称为
飞来峰
klippe推覆体往往可以被推移几至几十千米推覆体内常发育叠瓦式断层