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1、、外力、内力和应力外力：对于一个物体来说，另一个物体施加于这个物体的力，有面力和体力。内力：是同一物体内部各部分之间的相互作用力。分固有内力和附加内力。图3T 三轴应力椭球体透观图（A）和椭球体 每一主平面的正视图（B）（据 W.D. Means, 1976）应力：作用于单位面积上的内力。2、应力椭球体主应力 o 1、o 2 、o 3主应力轴 o1、o 2 、o 3应力椭球体应力椭圆3、应力状态1）三轴应力状态o 1、o 2、o 3均不为02）双轴应力状态o 1、o 2、o 3有一个为03）单轴应力状态o 1、o 2、o 3有两个为0结论1）与o 1垂直的面上正应力最大，为o 1,与o 2垂直
2、的面上正应力最小，为o 2,其他各 面上正应力界于o 1与o 2之间2）最大剪应力面出现在o 1和o 2呈45相交的共轭面上3）在o 1与o 2的主平面上，剪应力均为零结论1）与o 1垂直的面上正应力最大，为o 1,与o 3垂直的面上正应力最小，为o 3,其他各 面上正应力界于o 1与o 3之间2）最大剪应力面出现在o 1和o 3呈45相交的共轭面上3）在o 1o 2 o 3的主平面上，剪应力均为零五、应力场、构造应力场、应力轨迹和应力集中1、应力场：一系列点的瞬时应力状态均匀应力场、非均匀应力场2、构造应力场：地壳内一定范围内某一瞬时的应力状态规模上：局部构造应力场、区域构造应力场、全球构造
3、应力场 时间上：古构造应力场、现代构造应力场3、应力轨迹：表示构造应力场中主应力和最大剪应力的作用方位的应力迹线图3i2应力场中的应力轨迹A主应力轨迹（m）和主张应力轨迹（?1）; B单元挣A的纯剪应力莫尔圍;C-最大翦应力轨迹4、应力集中在均匀应力场中局部的应力异常增大现象 应力集中一般出现在以下部位： 断裂的端点、拐点、分枝点、错列点和待交会点及空洞周围等。光弹实验和数值计算可以显示出应力集中现象。一）弹性变形岩石在外力作用下发生变形，当外力解除后，又完全恢复到变形前的状态，这种变形称为 弹性变形。微观机制：岩石内部质点位移后获得一定的位能，外力解除后，可发生弹性变形回复或弹性 回跳。（二
4、）塑性变形（剩余变形或永久变形） 当应力超过岩石的弹性极限后，即使再将应力解除，变形的岩石也不能完全恢复其原来的 形状，这种变形称塑性变形。微观机制： 岩石内部质点发生滑移得到新的平衡，外力解除后，岩石不能恢复其原来的状 态。滑移有粒间滑移和粒内滑移粒内滑移分平移滑移和双晶滑移。（三）断裂变形 当应力达到或超过岩石的强度极限时，岩石内部的结合力遭到破坏，就会产生破裂面， 岩石失去连续完整性，这种变形称断裂变形。（四）强度： 岩石抵抗破坏的能力。抗压强度、抗拉强度、抗剪强度强度关系：约为 30 ：1 ：3五、递进变形在同一动力持续作用的变形过程中，如果应变状态发生连续的变化，这种变形称为递进变
5、形。1、全量应变和增量应变2、共轴递进变形和非共轴递进变形单剪纯剪共轴递进变形：应变椭球体与应力椭球体的关系非共轴递进变形第三节 影响岩石力学性质与岩石变形的因素一、围压（静岩压力）岩石所处深度越大，围压也越大，这种压力一方面增强了岩石的韧性；另一方面，大大提 高了岩石的强度极限，弹性极限也有所增高。原因： 围压使固体物质的质点彼此接近，增强了岩石的内聚力，从而使晶格不易破坏，因 而不易断裂。二、温度许多岩石在常温常压下是脆性的，随着温度的升高，岩石的强度降低，弹性减弱，韧性显 著增强，因而有利于发生变形。原因： 由于温度增高时，岩石质点（分子）的热运动增强，从而减弱它们之间的联系能力 使物质
6、质点更容易位移。三、溶液当岩石中有溶液或水汽时，一方面降低了岩石的弹性极限，增加了岩石的塑性，使岩石易 于变形；另一方面，在应力作用下，溶液有利于重结晶作用。原因： 溶液的加入使分子的活动增强，岩石的内摩擦力和分子之间的凝聚力必然减小，从 而降低了岩石和矿物的强度。四、孔隙压力岩层中孔隙压力增大会使岩石屈服强度降低，因而易于变形。五、时间1、快速施力与缓慢施力 快速施力，不仅加快岩石的变形速度，而且会使其脆性变形加强。原因： 缓慢施力质点有充分的时间固定下来，产生永久变形，快速施力则相反。3、蠕变与松弛：长时间的缓慢变形回降低材料的弹性极限 蠕变：在应力不增加的情况下，随着时间的增长变形 继续
7、缓慢增加的现象。分过渡蠕变阶段、平稳蠕变阶段、加速蠕变阶段。松弛： 当应变保持不变时，应力随时间的增长逐渐减小的现象。 分急剧下降阶段和逐渐下降阶段。蠕变和松弛现象表明，岩石具有流变特征。思考总结题1 、构造地质学的研究对象、内容和方法2 、岩层产状的测量及表示方法3、各种产状岩层的出露特征的“V”字形法则4 、在共轴递进变形中受力物体中最大压应力面、最大拉应力面、最大剪应力面与主应力轴 的几何关系。5 、主应变轴，挤压构造面、拉张构造面、剪切构造面、拉伸线理与主应变轴的几何关系。6 、围压、温度、溶液、孔隙压力和时间等环境因素对岩石变形的影响特点。第四章 褶 皱第一节 褶皱和褶皱要素一、褶皱
8、要素1、核部泛指褶皱中心部分的地层。2、翼部系指褶皱核部两侧的地层。3、转折端 系指从一翼向另一翼过渡的部分。4、褶轴5、枢纽 同一褶皱面的各最大弯曲点的联线。6、轴面 各相邻褶皱面上的枢纽联成的面。7、轴迹 轴面与地面或任一平面的交线。8、脊、脊线、脊面和槽、槽线、槽面9、脊迹和槽迹 脊面或槽面与地面或任意平面的交线。第二节 褶皱几何形态及褶皱的描述一、褶皱的几何形态圆柱状褶皱和非圆柱状褶皱圆柱状褶皱:把具有由一条轴线平行自身移动而形成弯曲面的这种几何形状的褶皱称为圆柱 状褶皱。二、褶皱形态的描述（一）横剖面上褶皱形态的描述1、根据轴面产状和两翼产状直立褶皱：轴面近直立，两翼倾向相反，倾角近
9、相等； 斜歪褶皱：轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不等； 倒转褶皱：轴面倾斜，两翼向同一方向倾斜，一翼的地层倒转； 平卧褶皱：轴面近水平，一翼地层正常，另一翼地层倒转； 翻转褶皱：根据褶皱枢纽产状：水平褶皱、倾伏褶皱、竖立褶皱2、根据褶皱的对称性 对称褶皱：褶皱的轴面与褶皱包络面垂直。 不对称褶皱： 褶皱的轴面与褶皱包络面不垂直。3、根据翼间角大小平缓褶皱： 翼间角小于 180，大于 120；开阔褶皱： 翼间角小于 120，大于 70；闭合褶皱： 翼间角小于 70，大于 30；紧闭褶皱： 翼间角小于 30；等斜褶皱： 翼间角近于 0，两翼近平行。4、根据褶皱面弯曲形态圆弧褶皱 褶皱面呈圆弧形弯曲；
10、尖棱褶皱 两翼平直相交，转折端呈尖角状，且两翼等长；箱状褶皱 两翼陡而转折端平直，褶皱呈箱状， 常常具有一对共轭轴面；扇状褶皱 两翼岩层均倒转，褶皱面呈扇状弯曲；挠曲 缓倾斜岩层中的一段突然变陡，形成台阶状弯曲。5、根据褶皱中各层弯曲形态的相互关系协调褶皱 褶皱中各层弯曲形态保持一致或作有规律的渐变过渡关系 不协调褶皱 褶皱的各层弯曲形态明显不同。（二）褶皱在平面上出露形态线状褶皱 其长度与宽度之比大于 10:1，是一种狭长形褶皱。短轴褶皱 其长度与宽度之比介于3:110:1 之间的褶皱。穹窿构造 其长度与宽度之比小于 3:1 的背斜构造。构造盆地 其长度与宽度之比小于 3:1 的向斜构造。第
11、三节 褶皱的产状类型及褶皱的组合型式一、褶皱的产状类型1、直立水平褶皱 轴面近于直立（倾角 80-90）， 枢纽近于水平（倾伏角0-10）；2、直立倾伏褶皱 轴面近直立（倾角80-90），枢纽倾伏角 1080；3、倾竖褶皱 轴面和枢纽均近直立（倾角和倾伏角均为 80-90）；4、斜歪水平褶皱 轴面倾斜（倾角 10-80），枢纽近于水平（倾伏角0-10）；5、平卧褶皱 轴面和枢纽均近于水平（倾角与倾伏角均为 0-10）；6、斜歪倾伏褶皱 轴面倾斜（倾角 10-80），枢纽倾伏（倾伏角10-80），但二者倾 向和倾角均不一致；7、斜卧褶皱（重斜褶皱） 轴面倾角和枢纽倾伏角均为 10-80，而且二者
12、基本一致， 倾斜角度也大致相等。二、褶皱横截面的几何分类（一）平行褶皱和相似褶皱 平行褶皱：构成褶皱的各岩层成平行弯曲。 相似褶皱：各岩层弯曲的形态相似，即各层的曲率基本不变。三、同沉积褶皱和底辟构造（一）同沉积褶皱 在岩层沉积的同时逐渐变形而形成的。（二）底辟构造 底辟构造是地下高韧性岩体如岩盐、石膏、粘土或煤层等，在构造力的作用下，或者在由于 岩石物质间密度的差异所引起的浮力作用下，向上流动并挤入上覆岩层之中而形成的一种构 造。四、褶皱的组合型式及其分布（一）穹窿和构造盆地 穹窿：是岩层自褶皱的脊向四周作放射状倾斜的背斜。构造盆地：是岩层从四周向中心的槽部倾斜的向斜。（二）雁行褶皱 雁行褶
13、皱又称斜列式褶皱，为一系列呈平行斜列（雁行状）的短轴背斜或向斜。（三）隔档式褶皱和隔槽式褶皱隔档式褶皱（又称梳状褶皱）：由一系列平行的背斜和向斜相间组成，其中背斜窄而紧闭， 形态完整清楚，呈线状延伸。而两个背斜之间的向斜则开阔平缓。隔槽式褶皱：由一系列背、向斜相间排列的褶皱组成，但其中背斜和向斜形态正好与隔档式褶皱相反，其向斜紧闭且形态完整，呈线状排列，而两向斜之间的背斜则平缓开阔成箱状（四）复背斜和复向斜复背斜和复向斜是由多级褶皱所组成的巨大背斜和巨大向斜。典型的复背斜和复向斜和次级 褶皱轴面常向该复背斜或复向斜的核部收敛。第四节 褶皱的形成机制一、褶皱形成机制的基本类型（一）纵弯褶皱作用
14、岩层受到顺层挤压力而发生褶皱的作用 。层状岩石形成褶皱的两种作用1、弯滑作用岩层通过层间滑动而弯曲成为褶皱的作用。弯滑作用的主要特点：（1）各单层有各自的中和面，而整个褶皱没有统一的中和面。（2）纵弯褶皱作用引起的层间滑动是有规律的，一般背斜中各相邻的上层相对向背斜转折 端滑动，各相邻的下层则相对向相反方向滑动。层间滑动可在翼部的硬层中可形成旋转剪节 理和同心剪节理；在岩层表面形成擦痕或矿物抹晶；在转折端易形成虚脱现象，有充填时可 形成鞍状体。（3）当两个强硬岩层之间夹有层理发育的韧性岩层的条件下，发生纵弯褶皱作用，则会在层间滑动的力偶作用下，使薄层韧性岩层发生层间小褶皱。 根据层间滑动规律和
15、层间滑动小褶皱的特点可判断岩层的顶、底面及背斜和向斜的位置。2、弯流作用 纵弯褶皱作用使岩层弯曲变形时，不仅发生层间滑动，而且某些韧性较大的 岩层内部还出现物质流动现象。弯流作用的特点：（1）物质流动方向为翼部向转折端流动；（2）软硬层相间时，硬层物质难以流动，形成等厚褶皱，软层流动形成顶厚褶皱；（3）当硬层中夹有一大层层理发育相对易流动的韧性岩层时，物质的流动并不顺其微层理发生，而是形成从属小褶皱。从属小褶皱显示了层内物质向转折端流动的特征；（4）软层内发生强烈流动时，可产生线理、劈理或片理等小构造，如夹有薄的脆性层，可 形成构造透镜体。（二）横弯褶皱作用岩层受到和层面垂直的外力作用而发生褶皱的作用。横弯褶皱作用的特点：（1）褶皱层不存在中和面，整体处于拉伸状态；（2）易形成顶薄褶皱，顶部易形成放射状或同心圆状环形断裂；（3）弯滑作用与弯流作用的方向与纵弯褶皱作用中的相反。（三
