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1、构造地质学,第5章 节理,余一欣 中国石油大学（北京）资源与信息学院盆地中心 办公室：新科研楼1025室 Tel：80950600；13366035736 E-mail：,2020/11/28,2,概 述,1. 节理（Joint）：岩石中没有明显位移的裂隙或破裂面.,Joint,Vein,2020/11/28,3,概 述,2. 研究意义： 1）工程地质方面 2）水文地质方面 3）石油勘探方面 4）构造地质方面,主要内容,1. 节理的分类 2. 节理的分期与配套 3. 不同地质背景上发育的节理 4. 节理的野外观测 5. 节理测量资料的整理分析,要 点,1.张节理和剪节理的主要特征和区分方法 2
2、.节理的分期和配套方法 3.共轭剪节理的识别和应力指向意义 4.节理的分期和共轭节理的判定 5.节理玫瑰花、极点、等密图的制作,主要内容,1. 节理的分类 2. 节理的分期与配套 3. 不同地质背景上发育的节理 4. 节理的野外观测 5. 节理测量资料的整理分析,2020/11/28,7,1. 节理的分类 节理的分类主要依据两个方面，一是按节理与有关构造的几何关系，另是按节理形成的力学性质，这两者之间又相互有关.,2020/11/28,8,(一) 节理与相关构造的几何关系分类,1. 按节理与岩层产状关系，分为四类： 1) 走向节理. 2) 倾向节理. 3) 斜向节理. 4) 顺层节理.,202
3、0/11/28,9,(一) 节理与相关构造的几何关系分类,2. 按节理与褶皱轴向(或区域构造线)关系，分为三类： 1) 纵节理. 2) 横节理. 3) 斜节理.,2020/11/28,10,(二) 节理的力学性质分类,3. 按节理的力学性质，分为两类： 1) 剪节理. 2) 张节理.,2020/11/28,11,(二) 节理的力学性质分类,1.剪节理：由剪切应力产生的破裂面，主要特征： 1）产状稳定，延伸较远，间距比较均匀. 2）节理面平直光滑， 两侧岩石可有少量相 对位移，可见擦痕.,2020/11/28,12,3）一般切穿砾岩中的砾石.,2020/11/28,13,4）常见共轭出现，其锐交
4、角等分线常指示1方向 在岩石塑性较大、应变量较大时，1可变为钝交角等分线方向.,以上四点为关键点，其余作一般了解.,2020/11/28,14,“X”型共轭节理系将岩石切割成棋盘,“X”型共轭节理系将岩石切割成菱形岩块,2020/11/28,15,5）主剪裂面由羽状微裂面组成. 羽状微裂面与主剪裂面交角一般为515,相当于内摩擦角的一半. 微裂面与主剪裂面相交之锐夹角方向指示本侧岩块剪切方向. 剪节理的尾端变化和连接形式：折尾、菱形结环、分叉,折尾,菱形结环,分叉,2020/11/28,16,(二) 节理的力学性质分类,2. 张节理：张应力产生的破裂面，垂直3方向，主要特征： 1）产状不稳定，
5、延伸不远，单条节理短而曲折.,2020/11/28,17,2）节理面粗糙不平，无擦痕. 3）多开口，常被矿脉充填，脉宽变化大，脉壁不平直. 4）一般绕过砾岩. 5）有时具有较规则的几何形态，例如： a）追踪张节理：锯齿状.,2020/11/28,18,b）单列雁行张节理. c）共轭雁行张节理.,2020/11/28,19,6）张节理的尾端变化和连接形式: 多为不规则形态, 另有树枝状、多级分叉、杏仁状结环. 7）在共轭剪裂带中形成的张节理多呈雁列状.,2020/11/28,20,(二) 节理的力学性质分类,3. 节理力学性质的过渡和转化：一些早期形成的节理, 在后期构造变形中会被改造或叠加,5
6、0,60,2020/11/28,21,利用应变椭球体分析节理力学性质,3,A轴,2020/11/28,22,(三) 特殊节理组合类型,1. 雁列节理：一组成雁行式斜列的节理。（雁列脉，en echelon） 1) 几何要素：雁列带、雁列面、雁列轴、雁列角. 2) 左阶（列）、右阶（列）的概念.,雁列带,2020/11/28,23,雁列带: 雁列节理和雁列脉成带状展布的空间范围叫雁列带。 雁列面: 穿过雁列带中各个单脉的中心而平分雁列带的中心面叫雁列面。 雁列轴: 雁列面在雁列带横截面上的迹线叫做雁列轴。 雁列角: 单脉与雁列面之间的锐夹角为雁列角。雁列角的大小对分析节理的力学性质很有意义，根据
7、实测资料统计, 雁列角有两个高峰值, 一个为45左右, 属于张裂型节理; 另一个为10左右, 属于剪裂型节理, 是由剪裂作用中与主剪切面成小角度相交的微剪裂发育而成的。,aa,bb-雁列带，MM-雁列轴， -雁列角，AW-雁列带宽度,2020/11/28,24,3) 类型： a) 平直型：剪裂. b) S型：张裂.,2020/11/28,25,(三) 特殊节理组合类型,2. 缝合线构造（Stylolite，与Suture的区别） 由难溶组分残积而成的尖齿状线条，是压溶作用的产物.,2020/11/28,26,压溶作用（Pressure solution）,2020/11/28,27,峰尖方向指
8、示最大主应力1方向,2020/11/28,28,(三) 特殊节理组合类型,3. 羽饰构造 (Plumose structure) 1) 常见于粒度比较均匀的细粒岩石中. 2) 成因观点不甚一致：可能张剪成因，快速破裂，与裂纹的扩展有关.,2020/11/28,29,2020/11/28,30,3)包括以下几个组成部分: 羽轴、羽脉、边缘带、边缘节理、陡坎.,边缘节理,2020/11/28,31,4)最常见的羽饰构造是人字型, 也有呈放射状和环状的。羽饰构造一般发育于浅层次的脆性状态岩石中, 是快速破裂中形成的, 羽脉的发散方向指示节理的 扩展方向, 羽脉收敛会聚方 向和人字型尖端指向断裂源 点
9、。边缘带的边缘节理及陡 坎与微剪羽裂类似, 显示出 剪切力偶方向。,2020/11/28,32,2020/11/28,33,(四) 节理的裂开愈合作用,节理常常被矿物质充填而形成岩脉, 最常见的充填物是石英、方解石等。充填物有外来的, 有从围岩因压溶作用析出的, 也有一些岩脉是溶液与围岩交代形成的。溶液侵入节理空间并使节理两壁张开而形成的岩脉称之为扩张性岩脉; 如果由溶液与围岩交代以占有空间而形成的岩脉叫做非扩张性岩脉。,2020/11/28,34,节理脉的充填常常是一个持续反复增生的过程, 先形成一个窄的裂缝, 然后张开, 张开的空间被结晶矿物质充填愈合, 这种反复裂开愈合的增生作用称为裂开
10、愈合作用。节理充填物的晶体常常显示纤维状或柱状的结晶习性, 脉内矿物的结晶方向与应力作用方式和方向有关。受垂直岩脉走向的张应力作用的岩脉, 其内矿物晶体垂直岩脉的脉壁生长; 而受 平行岩脉走向的剪应力作用, 脉内矿物晶体长轴与脉壁斜交。,2020/11/28,35,(五) 节理组和节理系的概念,1. 节理组：在一次构造作用的统一应力场中形成，产状基本一致，且力学性质相同的一群节理，称之节理组.,2020/11/28,36,(四) 节理组和节理系的概念,2. 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，称之节理系. 如：X型共轭节理系、放射状或同心状节理系.,2020/11
11、/28,37,主要内容,1. 节理的分类 2. 节理的分期与配套 3. 不同地质背景上发育的节理 4. 节理的野外观测 5. 节理测量资料的整理分析,2020/11/28,39,(一) 节理的分期,1. 分期概念：区分不同时期形成的节理的先后关系. 1) 目的：了解节理发育的一般规律，恢复古构造应力场. 2) 依据：节理的相互交切关系，以及与相关地质体的交切关系.,2020/11/28,40,(一) 节理的分期,2. 依据节理组交切关系进行分期： 1）错开关系：被错者先. 注意：有对应的错开点.,2020/11/28,41,2）限制：被限者晚. 注意：无对应的错开点.,2020/11/28,4
12、2,3）互切：同期.,2020/11/28,43,4) 追踪、利用和改造：被追踪、利用和改造者早.,2020/11/28,44,(二) 节理的配套,1. 配套：把一定构造期的统一应力场中形成的各组节理组合成一定系列.,2020/11/28,45,(二) 节理的配套,2. 配套方法： 1）利用节理的相互切错关系确定其共轭关系.,2020/11/28,46,2）利用剪切滑动关系.,2020/11/28,47,(二) 节理的配套,3. 注意事项：节理的配套工作十分繁难复杂，这项研究只宜在构造变动微弱、构造关系清楚地区进行，原因： 1）节理是一种小尺度构造，成因多样，不仅构造作用可以形成，非构造因素也
13、可造成. 2）在漫长的地质时期中多次形成的节理又相互叠加、改造、穿插、切割，使各次构造作用中形成的节理的相互关系被破坏和掩蔽.,主要内容,1. 节理的分类 2. 节理的分期与配套 3. 不同地质背景上发育的节理 4. 节理的野外观测 5. 节理测量资料的整理分析,2020/11/28,49,(一) 与纵弯褶皱有关的节理,1.褶皱初期节理：,纵弯褶皱机制岩层发生弯曲褶皱之前, 水平岩层受侧向水平挤压力作用, 在岩层中形成一对平面共轭“X”型剪节理，s2垂直, s1、 s3水平.,2020/11/28,50,(一) 与纵弯褶皱有关的节理,2.褶皱期节理： 1) 转折端外侧：局部应力3枢纽. 2)
14、转折端内侧：局部应力1枢纽（与褶皱初期情况一致）. 横弯褶皱：整体处于引张状态，常成放射状或同心圆状张节理.,2020/11/28,51,(二) 与断层有关的节理,1. 羽状张节理： 3的张节理，与断层面的锐夹角指向本盘运动方向.,羽状张节理常常与断层成锐角相交, 与断层相交的锐夹角方向指示断层本盘位移方向, 由此, 断层派生的羽状张节理可以用来判断断层的滑动方向. 应力状态: 节理面与断层面的交线方向代表中间主应力2的方向; 羽状张节理面的法线方向代表最小主应力3的方向, 最大主应力1垂直2，并与2同位于张节理面上.,2020/11/28,52,(二) 与断层有关的节理,2. 伴生剪节理：
15、二组共轭剪节理，一组平行断层面，一组与断层面斜交，其锐角平分线指向1.,2020/11/28,53,(二) 与断层有关的节理,3. 派生节理：由断层两盘相对运动引起的派生应力场所致.,2020/11/28,54,(三) 与区域构造有关的节理,区域性节理：在地表广大地区规律性展布，与局部的褶皱和断层没有成因联系的节理. 特点： 1）发育范围广，产状稳定. 2）规模大，间距宽，延伸长，切穿不同岩层.,主节理：节理规模明显大于该区节理平均规模 系统性节理：节理产状、方位、组合、排列、间距等方面具有规律性 非系统性节理,2020/11/28,55,2020/11/28,56,(四) 节理在区域构造分析
16、中的作用和问题,1. 作用：从理论上，节理是构造应力作用的结果，与区域构造应力场有一定的联系，因此可以从中获取区域构造应力场的信息. 2. 存在问题： 1）节理的形成时期不易确定. 2）节理两侧岩石的位移很小，不易判别运动方向. 3）非构造节理的干扰. 4）多期构造的叠加. 因此：节理在分析应力场时存在许多困难.,2020/11/28,57,(四) 节理在区域构造分析中的作用和问题,3. 利用节理研究区域构造应力场的要点： 1）联系构造背景和构造部位. 2）建立节理组合样式和空间展布模型. 3）结合区域构造变形历史进行分期配套. 4）分析节理的成因和形成深度.,2020/11/28,58,(四) 节理在区域构造分析中的作用和问题,4. 利用（共轭）节理资料研究构造应力场的原理和方法： 1）共轭剪节理的交线为s2方向. 2）共轭剪节理的两个夹角的平分线方向分别为1和3。一般锐角平分线为1（有时钝角平分线为1）.,2020/11/28,59,3）把各测点上1，3方向投影到平面上，将相邻点的1和3
