1、 1 构造地质学复习提纲 一 构造地质学 是地质学的基础学科之一，研究对象是组成地壳的岩石、岩层和岩体在岩石圈中力的作用下变形形成的各种现象（构造）；研究内容是这些构造的几何学、组合形式、形成机制和演化过程，探讨产生这些构造的作用力的方向、方式和性质。 面状结构的产状要素 1. 走向线： (1)走向线：倾斜平面与水平面的交线 (同一倾斜平面上有无数条，高程不同，相互平行 ) (2)走向：走向线两端所指的方向（相差 180） 2. 倾向： (1)倾斜线：倾斜平面上与走向线垂直的线 (2)倾向： 倾斜线 (下端 )在水平面上的投影所指的方向 3. 倾角： 倾斜线与水平面的交角（最大交角） 表示方法
2、 ：倾向倾角， 如： 66 50（常用） 走向 /倾向倾角，如： 156/66 50 方向定量：规定 N 为 0（或 360）； E 为 90； S 为 180； W 为 270 线状结构的产状要素 1. 倾伏向：某直线（下端）在水平面上的投影 所指的方向 2. 倾伏角：某直线与水平面的交角（最大交角） 表示方法 ：倾伏向倾伏角，如： 45 51 3. 侧伏角：直线在倾斜平面上时，该线与该平面 走向线 的 锐夹角 4. 侧伏向：锐夹角所在的走向线那一端的方向 。 表示方法 ：侧伏角侧伏向，如： 15E 水平岩层 ： 未经变动的新岩层 水平岩层的主要特征： 1. 岩层界线与等高线平行或重合 2.
3、 老岩层在下 (谷底），新岩层在上（山顶） 3. 岩层顶、底之间的高差为岩层的厚度 4. 出露宽度是顶、底面露头线的水平距离，取决于 岩层厚度、地面坡度 倾斜岩层 “V”字形法则 1. 岩层倾向与 地面坡向相反：露头线与等高 ； 线同向弯曲 ； 露头线曲率等高线曲率 。 2. 岩层倾向与 地面坡向一致： (1)岩层倾角 地面坡角：露头线与等高线同向弯 曲 露头线曲率等高线曲 率 (2)岩层倾角地面坡角： 露头线与等高线反向弯曲 地层接触关系 整合和不整合 1. 整合接触： （ 1）特点：两套地层产状一致，沉积连续，生物 连续，无构造运动 （ 2）过程：下降、沉积 再下降、再沉积 2. 假整合（
4、平行不整合）接触： （ 1）特点：两套地层产状一致，地层缺失，生物 间断，有升降运动，但不强烈 。 缺：无沉积，因地壳上升； 失：有沉积，被剥蚀 （ 2）过程：下降、沉积 上升、沉积间断、 剥蚀 下降、沉积 3. 不整合（角度不整合）接触： （ 1）特点： 两套地层产 状不一致，地层缺失，生物 间断，有强烈构造运 动 （褶皱、断层、变质、 岩浆活动） （ 2）过程：下降、沉积 强烈构造运动 下降、再沉积 2 不整合的观察和研究 1.研究意义： （ 1）研究地质发展历史； （ 2）鉴定地壳运动特征； （ 3）确定构造变形时期； （ 4）划分地层、构造单元； （ 5）了解古地理特征和古构造状态；
5、（ 6）寻找沉积、热液性矿床和石油、天然气田 。 2.研究内容： （ 1）确定不整合：（其标志） 古生物：上下两套地层中化石代表的时代 有大的间断 沉积侵蚀：有古侵蚀面、古风化壳、古土壤、底 砾岩、残积矿床（铁帽、铝土矿、磷矿、沙金）等 构造变形：上下两套地层产状不同，构造线变化，褶皱样式、断层类型、变形程度差异， 下部地层中的断层被上覆地层截切 岩浆活动：上下两套地层中岩浆岩系列的成分、产状、规模、强度积热液矿床差异 变质程度：上下两套地层变质程度差异 （ 2）不整合时代的确定： 缺失地层的年代 下伏最新地层之后；上覆最老地层之前 侵入的岩浆时代之前；剥蚀的岩浆时代之后 被截切断层之后；贯穿
6、上下两套地层的断层之前 古风化壳的年代 （ 3）不整合的空间展布和变化 ： 不同地段、不同部位强度、性质 均有变化，综合考虑区域多种因素 。 三 面力和体力 1. 力：物体相互间的一种机械作用 2. 接触力： 物体与物体间的作用力 3. 面力：作用在物体表面的接触力 4. 应力集中：接触面积与物体边界面积比量级很小时， 即集中 5. 体力：非接触力作用在物体内部每一支点上时， 为体力 截面上的应力、正应力、剪应力 1. 应力：在外力作用下，物体内任一截面单位面积 上的受力大小 2. 正应力：垂直截面的应力，以 表示 3. 剪应力：平行截面的应力，以 表示 主应力、主方向、主平面 1. 主应力：
7、某一截面上只有正应力，没有 剪应力时 的正应力 2. 主方向：主应力的方向 3. 主平面：垂直于主应力的平面 应力椭球体和应变椭球体 1. 应力椭球体： 1 最大压（最小拉）应力轴 ； 2 中间应力轴； 3 最小压（最小拉）应力轴 。 故： 1 2 3 2. 应变椭球体： A(X)最大应变轴； B(Y)中间应变轴 ； C(Z)最小应变轴。 3 应力分析简介 1. 常见的应力状态： 单轴应力状态：一个主应力不为零，其余两个均为零 双轴应力状态：一个主应力为零，其余两个均不为零 三轴应力状态：三个主应力均不为零，且 1 2 3 2. 二维应力状态分析（平面应力状态分析） 若：有两轴主应力 (1，
8、2)作用在斜截面 ( AB )上，且 1 2， 3 = 0；求分析斜面 ( AB 面 )上的应力状态。 规定： AB 法线与 1的夹角 AB 线 AB 面的截线，单位长度 ( =1 ) AB = 1， OA = sin , OB = cos 又 = P / A , P = A 在 OA 面上的正应力 P2 = 2 OA = 2 sin , 在 OB 面上的正应力 P1 = 1 OB = 1 cos （ 1）在垂直 AB 面上的力： 为 P1 和 P2 的分力之和： 即 ： Pn = P1n + P2n = P1cos+ P2sin AB 面上的正应力： = P1cos+ P2sin = 1co
9、s cos+ 2sin sin = 1cos2 + 2sin2 = (1) （ 2）在平行 AB 面上的力： Pt = P1sin + P2cos AB 面上的剪应力： = 1 cos sin+ 2 sin cos = (2) 讨论： 由 (1)：当 = 0 时， cos 2 = 1； = 1 （最大）； 2 不起作用 c o s 22 2 2121 sin22 21 4 说明： 垂直该面的应力对该面作用最大 平行该面的应力对该面无作用 由 (2)： 当 = 0 时， = 0 当 = 90 时， = 0 （ 2 = 180） 当 = 45 时， 达最大值 （ 2 = 90） 即： 说明： 与主
10、应力呈 45的面上剪应力最大 ， 易产生剪切面 四 变形与变位 1. 变形（ strain）： 岩石体受到应力作用后，其内部各质点经受了一系列的位移，使岩石体的初始形状、方位或位置发生了改变。 2. 位移： 物体内各质点的位置在变形前后的相对变化。（平移、旋转、体变、形变） 平移、旋转：改变坐标，不改变形态 （内部各质点相对位置不变） 体变、形变：改变形态和体积 （内部各质点相对位置改变） 应变的度 量（应变测量） 应力状态：某一瞬间作用于物体上的应力情况 应变状态：物体变形后的状态 1. 线应变： （ 1）定义： 变形前后线段长度的变化（ ） （ 2）应变量计算： A. 单位长度比： 式中：
11、 线应变量； l 0、 l 1 变形前、后同一 线段的长度比（伸长为正；缩短为负） B. 平方长度比： 式中： 变形前、后同一线段 的长度比的平方 2. 剪应变： （ 1）定义： 角应变：变形前相互垂直的两条直线，变形后其夹角偏离直角的量（ ） 剪应变：角应变的正切（ ） （ 2）应变量计算： = tg （右偏为正；左偏为负） 均匀应变与非均匀应变 1. 均匀应变： （ 1）定义： 物体内各质点的应变特点相同的变形 （ 2）特点： 变形前的直线，变形后仍是直线；变形前的平行线，变形后仍是平行线 2. 非均匀应变： （ 1）定义：物体内各质点的应变特点发生变化的变形 （ 2）特点： 变形前的直线
12、，变形后为曲线或折线；变形前的平行线，变形后不在保持平行 3. 连续变形：物体内从一点到另一点的应变状态 是逐渐变化的（如弯曲） 4. 不连续变形：物体内从一点到另一点的应变状态 是突然变化（如断开） 褶皱是一种非均匀连续变形 应变椭球体 1.定义： 用来表示应变状态的椭球 sin22 21 001l ll 2201 1/ll 5 2.特征： (1)变形前是球，均匀变形后为一椭球 (2)有三个相互垂直的主轴（ X、 Y、 Z），分别代 表最大、中间、最小应变轴（或 1、 2、 3； A、 B、 C ） (3)有三个相互垂直的主平面（ YZ、 XZ、 XY）， 分别垂直 X、 Y、 Z 轴 (4
13、)应力与应变有密切关系： 最大应变轴平行最小压应力轴和最大张应力轴 ； 最小应变轴平行最大压应力轴和最小张应力轴 。 弗林（ Flinn ）指数 表示应变椭球体的形态 应变强度 k = tan = (a -1) / (b-1) 式中： a = X / Y = （ 1+ 1） /（ 1- 2） b = Y / Z = （ 1+ 2） /（ 1+ 3） 讨论： k 值相当于 p 点与原点（ 1， 1）的斜率 k=0 单轴旋转扁球体（轴对称缩短） 1 k 0 扁形椭球体（压扁型） k=1 平面应变椭球体 k 1 长型椭球体（收缩型） k= 单轴旋转长球体（轴对称伸长） 旋转变形与非旋转变形 1.非旋
14、转变形： 代表应变 主轴方向的物质线在变形前后不发生方位的改变 2.旋转变形： 代 表应变 主轴方向的物质线在变形前后发生了方位的改变 递进变形 1.有限应变（总应变）： 物体变形的最终状态与初始状态对比发生的变化 2.递进变形：变形的发展过程（许多微量应变逐次叠加的过程） 六 劈理的结构、分类 1. 面理： 面状构造，矿物成分、粒度、定向、颜色的变化而成 (1)原生面理： 原始沉积、原始结晶产生（层理、流面等） (2)次生面理： 变质、变形作用形成（劈理、片理、破裂面） 2. 透入性构造： 均匀连续弥漫整体的构造现象，变形变质作用的结果 3. 非透入性构造：局部或个别区段的构造 4. 劈理：
15、 将岩石按一定方向分割成平行密集的薄片或薄板的 次生面理 劈理的结构 1. 劈理域： 层状硅酸盐或不溶残余物富集成的平行或交织状的 薄条带或薄膜；原岩的组分被强烈改造；矿 物、矿 物几何体的形态或晶格具有显著的 优选方位。 2. 劈理石： 夹在劈理域之间的平板状或透镜状的岩片，原岩的成分仍保留。 劈理的分类 1. 传统分类： （ 1）流劈理：由片状、板状、扁圆状矿物或集合体的平行排列构成的，有使岩石分裂成无数薄片的性能，是在固态流变过程中新生的面理。 6 （ 2）破劈理：岩石中密集、平行的剪切破裂面或压溶 劈理域。 （ 3）滑劈理：切过先期面理的差异性平行滑动面（带），带中 (新、老 )矿物定
16、向排列，构成劈理域。 （ 4）褶劈理：当滑劈理两侧先期面理被牵引弯曲时，称之。 2. 结构形态分类 （ 1）连续劈理：岩石中矿物均匀分布，全部定向， 劈理域窄，肉眼无法鉴定劈理域和微劈石。 (包括：板劈理、千枚理、片理、流劈理 ) （ 2）不连续劈理：劈理域在岩石中具有明显的间 隔，肉眼能直接鉴定劈理域和微劈石。 (包括：褶劈理、间隔劈理、破劈理、流劈理 ) 3. 劈理产出的构造背景 （ 1）轴面劈理：产状平行与褶皱轴面的劈理。 岩性均一、 粘度差小的岩系中易产生，更平行 （ 2）层间劈理：受层面控制，与层理斜交的劈理。 在硬岩层中密度小，与层面交角大；软岩层中密度大，与层面交角小 （ 3）顺
17、层劈理：平行岩层层面的劈理 （流劈理、顺层滑动） （ 4）断裂劈理：断层带内和附近两盘发育的各种劈理。 平行或斜交；直线、弧形或 “S” 型 （ 5）区域性劈理：区域性应力作用下变质变形的产物 。 多为流劈理、滑劈理 劈理的形成机制和应变意义 劈理的形成作用 1. 机械旋转：片状、板状矿物旋转到垂直于压缩 ， 方向的定向排列 2. 重结晶：云母、石英等矿物垂直于最大压缩方 向的 生长 3. 压溶作用：平行压缩方向，颗粒边界的溶解， 运移到垂直压缩方向的 堆积 4. 晶体塑性变形：压扁、拉长作用 劈理的应变意义 1. 判断应力方向：垂直于最大压缩方向，平行 于 XY 面 2. 判断褶皱位置：轴面
18、劈理；硬（软）岩层中 正（反）扇形 3. 判断剪切带的动向：伴生劈理 4. 确定构造序次（构造世代）：叠加、破坏 5. 分析岩石变质条件 6. 判定与区域构造、大型构造的关系 七 小型线理 拉伸线理 1. 岩石碎斜、砾石、鲕粒、矿物颗粒或集合体平行排列 2. 塑性拉长而成 3. 平行应变椭球体的最大 张应力轴 4. A 型线理 矿物生长线理 1. 针状、柱状、板状矿物的定向排列 2. 重结晶的结果 3. 平行应变椭球体的最大张应力轴 4. A 型线理 皱纹线理 1. 先存面理微细褶皱的枢纽平行排列而成 2. 与区域性褶皱的枢纽方向一致 3. B 型线理 7 交面线理 1. 面理与面理或面理与层
19、理交切而成的线理 2. 与区域性褶皱的枢纽方向一致 3. B 型线理 大型线理 石香肠构造 1. 平行排列的长条状块段、裂隙、楔入充填物的 构造组合 2. 互层岩系受到垂直层面 挤压力，软弱岩层向两 侧流动而成 3. B 型线理，但常见到的是横断面（ A、 C 轴） 窗棂构造 1. 平行排列的半圆柱状的大型线理 2. 强硬岩层组成，软岩层嵌入其间 3. 顺层缩短而成 4. B 型线理 杆状构造 1. 由石英等单矿物形成的细长的杆状体 2. 变质岩褶皱转折端、断裂带低压带处， 3. 变形过程中同构造分泌物或先期石英脉随 褶皱 碾滚而成 4. B 型线理 铅笔构造 1. 浅变质岩中泥质、粉砂质岩劈
20、成的长条状构造 2. 交面铅笔构： 劈理与劈理或劈理与层理交切； B 型线理 3. 压 实变形铅笔构造： 压实、劈开 ； A 型线理 压力影构造 1. 低变质岩中的矿物生长线理 2. 中间早期的刚性物体 （黄铁矿、磁铁矿、变斑晶、化石）， 两端 同构造期的纤维状结晶矿物 （石英、方解石、云母、绿泥石） 3. 成因：应力作用沿刚体表面基质被拉开 形成低压 引张区基质中易溶物 质被 压溶 向低压区运移 在低压场所沿最大拉伸方向 生长纤维状矿物 线理的观察和研究 1. 区分原生线理与次生线理 2. 观察线理，分析确定大构造的位置和类型 3. 测量线理，判断物质运动方向，综合研究 区域应力场 4. 判
21、断断层两盘的运动方向，判断断层性质 5. 几何学、运动学、动力学研究的主要标志 八 褶皱（ folds）和褶皱要素 褶皱的基本类型 褶皱面状构造（层面、面理）的弯曲变形 褶皱：地质体中呈弯曲形态的构造现象，是岩石中的各种面（层理、面理等）发生弯曲而显示的变形。 1.背形：褶皱面上凸式弯曲； (不考虑地层的新老关系 ) 2.向形：褶皱面下凹式弯曲 (不考虑地层的新老关系 ) 据褶皱面的弯曲形态和地层新老关系划分： 1.背斜：核部老、翼部新地层 (对称 )组 成的褶皱。 2.向斜：核部新、翼部老地层 (对称 )组 成的褶皱。 8 褶皱要素 1. 核：褶皱最中心的那一套地层 2. 翼：褶皱核部两侧对
22、称出现的地层 3. 枢纽：同一褶皱面上最大弯曲点的连线 (可直线，可曲线 ) 4. 轴面：褶皱枢纽连成的面 (假想的面，可平面，可曲面 ) 5. 转折端：褶皱面从一翼过渡到另一翼的弯曲部分 6. 翼间角：正交剖面上两翼间的内夹角 7. 脊线：同一褶皱面上最高点的连线 槽线：同一褶皱面上最低点的连线 8. 拐点：褶皱面上相反凸向的转折点 (公共翼上 ) 褶皱的描述 正交剖面上褶皱的形态 正交剖面（横截面）：垂直褶皱枢纽的剖面 1. 按转折端的形态分类 （ 1）圆弧褶皱：转折端呈圆弧状弯曲的褶皱 （ 2）尖棱褶皱：转折端呈尖状弯折的褶皱 （ 3）箱状褶皱：转折端宽平，两翼产状直立，轴面共轭 （ 4
23、）挠曲（膝折）：膝状弯曲 1 2 3 4 2. 按翼间角大小分类 (1) 平缓褶皱： 180120(2) 开启褶皱： 12070(3) 中常褶皱： 7030 (4) 紧闭褶皱： 305 (5) 等斜褶皱： 50 3. 按轴面产状分类 (1) 直立褶皱：轴面近直立，两翼倾向相反，倾角近相等 (2) 斜歪褶皱：轴面倾斜， 两翼倾向相反，倾角不相等 (3) 倒转褶皱：轴面倾斜，两翼倾向相同，其中一翼地层倒转 (4) 平卧褶皱：轴面近水平，其中一翼地层倒转 9 (5) 反卷褶皱：轴面弯曲的平卧褶皱 A. 对称褶皱 (直立 ) B. 等斜褶皱 (直立 ) C. 不对称褶皱 (斜歪 ) D. 倾伏褶皱 (
24、斜歪或倒转 ) E. 平卧褶皱 4. 按褶皱的对称性分类 （ 1）对称褶皱：褶皱轴面与褶皱包络面垂直，两翼长度 基本相同。 （ 2）不对称褶皱：褶皱轴面与褶皱包络面斜交，两翼长度 不相同。 根据不对称褶皱判断大构造的位置，其步骤和原理： A、标出不对 称小褶皱的轴面 B、小轴面与包络面的锐夹角指向对盘运动方向 C、正常褶皱时上盘向上运动，下盘向下运动 D、连出褶皱的转折端 平行枢纽方向的褶皱形态 1、枢纽产状： （ 1）水平褶皱：枢纽近水平，两翼地层走向平行 （ 2）倾伏褶皱：枢纽倾伏，出现转折端 背斜：倾伏端，一般枢纽倾向封闭端，内部老地层 向斜：扬起端，一般枢纽倾向撒开端，内部新地层 （
25、3）倾竖褶皱：枢纽直立 2、褶轴： （ 1）圆柱状褶皱：褶轴平行自身旋转构成的褶皱 （ 2）非圆柱状褶皱：不具褶轴平行自身旋转构成的 褶皱的特点 （ 3）锥状褶皱 ：轴线一端固定，旋转构成的褶皱 褶皱的平面形态 1. 等轴褶皱：长：宽 = 1： 1（穹隆、构造盆地） 2. 短轴褶皱：长：宽 = 3： 1 3. 线状褶皱：长度远大于宽度的褶皱 10 褶皱的大小（正交剖面上） 1. 中间线：连接各褶皱面上拐点的线 2. 波长：两个相间拐点之间的距离（一个周期波的长度） 3. 波幅：中间线与与枢纽点之间的距离 褶皱的分类 褶皱的位态分类 （ Rekard 分类） 根据轴面倾角和枢纽倾伏角两个要素，将
26、褶皱分为七类： 规定：水平为 010； 倾斜（伏）为 1080； 直立为 8090 1.直立水平褶皱：轴面直立，枢纽水平（弱变形） 2.直立倾伏褶皱：轴面直立，枢纽倾伏 3.倾竖褶皱： 轴面直立，枢纽直立（强变形） 4.斜歪水平褶皱：轴面倾斜，枢纽水平 5.斜歪倾伏褶皱：轴面倾斜，枢纽倾伏，产状不同 (最常见 ) 6.平卧褶皱：轴面、枢纽均水平（强变形） 7.斜卧褶皱：轴面倾斜，枢纽倾伏，产状相同（强变形） 褶皱的形态分类 1、几何学分类： （ 1）平行褶皱（等厚褶皱、同心褶皱）： 各褶皱面有同一曲率中心 （ 2）相似褶皱：各褶皱面具有相同的曲率 （ 3）底辟构造： A、高 塑体膨胀、上升而成
27、 B、地表为穹隆或短轴背斜，发育放射状、同心圆状断层 C、高塑体为岩盐类时，称盐丘构造 2、褶皱形态分类（ Ramsay 分类） 等倾斜线： 褶皱正交剖面上，岩层上、下界面的相同倾斜点的连线。 根据等倾斜线的形式、厚度，将褶皱分为三类五型： A 型 等倾斜线向内弧收敛，长度差别大，内弧曲率大， 顶薄褶皱 B 型 等倾斜线向内弧收敛，垂直层面，长度大致相等， 内弧曲率大，平行褶皱、等厚褶皱 C 型 等倾斜线向内弧微收敛，长度差不大，内弧曲率 稍大，过渡型褶皱 型 等倾斜线平行且相等，内、外 弧曲率相等， 相似褶皱 型 等倾斜线向外弧微收敛，长度差不大， 外弧曲率稍大，顶厚褶皱 褶皱的组合形式 阿
28、尔卑斯式褶皱 （ Alpinotype folds） 1、基本特征： （ 1）一系列线状褶皱平行排列，走向与构造带的走向一致 （ 2）背斜、向斜相间连续排列，同等发育 （ 3）不同级别的褶皱组成复背斜或复向斜 2、复式褶皱： （ 1）一系列次级小褶皱组成的大褶皱 （复式背斜、复式向斜） （ 2）核部向两翼由直立褶皱斜歪褶皱倒转褶皱 平卧褶皱 （ 3）正常情况下，小褶皱的轴面向核部收敛 侏罗山式褶皱（ Jura-type folds） 1. 基本特征： （ 1）一系列线状褶皱平行排列，走向与构造带的走向一致 （ 2）紧密的褶皱与开阔的褶皱相间排列 （ 3）沉积盖层沿刚性基底上软层滑脱形成的薄皮褶皱
