构造地质学复习资料.docx

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构造地质学复习资料

1.2尺度（scale）

尺度:

指物体的规模大小。

构造尺度:

指构造的规模

与大小。

1.3构造层次

（layers）

•表构造层次

•浅构造层次

•中构造层次

•深构造层次

1.4构造学（tectonics）

研究地球的物质组成、结构、构造及其形成、发生、发展和演化规律及机理的一门地球科学分支学科。

2.课程性质

构造地质学是广义构造学（Tectonics）的一个分支学科，是固体地球科学的一门基础课程。

它是研究地壳和岩石圈的物质组成、结构构造及其形成、发生、发展、演化规律和机理的一门学科，其主要研究内容是地质体在力的作用下发生变形而形成的各式各类构造地质现象的几何形态、组合型式及其发生发展规律和成因机制。

它将给学生教学有关构造地质学领域的最基本知识、思维方法和技术技能。

第二讲

地质体的界面及其产状要素

1.地质体及其界面

1.1地质体的概念

•地质体：

各种成因的自然

岩石体或土质体。

•特点：

形态各异，尺度多样,

性状不同

1.2地质体的界面

地质体间及其内部几何的、物理（物质）的、状态的界面。

特点：

多类型、多尺度、多成因、多物理环境

1.2.1实际物理界面

岩层界面

断层面

不整合面

面理等

1.2.2几何界面:

褶皱轴面等

从几何学的角度来看，两条线可以构成一个面，而线又是点的集合。

因此，从这个意义来说，地质体实际上可以看成是一系列面和线的集合体。

1.2.3面状和线状构造的概念

面状构造:

指地质体中几何的

或物理的呈面状的

结构面。

线状构造：

指地质体中几何的

或物理的呈线状的物体。

2.面状构造的产状要素

虽然构造的类型、成因、规模和形态千差万别，但从几何学看，其基本结构可归纳为面状结构和线状结构。

观测和确定构造的面状结构和线状结构的方位和空间状态，即其产状，则是构造研究的基础。

一般认为:

除盆地边缘外,沉积岩层的初始产状都是水平的，受到变形后,它们的产状才有可能发生改变。

这是研究地质界面产状在变形前后发生变化与否的重要的基础性参考坐标。

2.1产状

指面状构造的空间产出状态，即指其与水平参考面和地理方位之间的关系。

任何面状构造或地质体界面的产状均以其走向、倾向和倾角的数据表示。

2.2走向、倾向、倾角（）

走向:

倾斜平面与水平面的交线叫走向线，走向线两端延伸的方向即为该平面的走向。

倾向:

倾斜平面上与走向线相垂

直的线叫倾斜线，倾斜线

在水平面上的投影所指的

沿平面向下倾斜的方位即

倾向。

倾角（）:

指平面上的倾斜线与

其在水平面上的投影

线之间的夹角。

2.3视倾向和视倾角（）

•视倾向

•视倾角（）

•tan=tan×

cos

—界面倾向线和视倾斜线之间的夹角在水平面上的投影

2.4产状要素的表示方法

•图示法

•数字法SE12030

•象限法N30E30

3.线状构造的产状要素

直线的产状是指直线在空间的方位和倾斜程度，直线的产状要素包括倾伏向、倾伏角，或其所在平面上的侧伏向和侧伏角。

3.1倾伏向和倾伏角（）

倾伏向（指向）:

某一直线在空间的延伸

方向，即某一倾斜直线在水平

面上的投影线所指示的该直线

下倾斜的方位，用方位角或象

限角表示

倾伏角指直线的倾斜角，即直线与其

水平投影线间所夹之锐角

3.2、侧伏向和侧伏角（）

侧伏角当线状构造包含在某一倾斜平面内时，此线与该平面走向线间所夹之锐角即为此线在那个面上的侧伏角。

侧伏向就是构成上述锐角的走向线的那一端的方位

3.3表示方法

倾伏SE12030

侧伏30N

4.岩层的面向

4.1岩层的面向

岩层由老变新的方向

4.2岩层面向的确定标志

4.2.1沉积岩层的沉积学标志

层理

波痕

泥裂

印痕

化石产出状态等

4.2.2岩浆岩石学标志

斜层理

4.2.3利用岩层面向确定岩层产出状态（正常与倒转）

利用岩层面向确定褶皱构造类型

（一次构造变形）

第三讲

岩层基本产状类型

及其在地质图上的表现形式

1.岩层的基本产状类型

2.地质图

2.1地质图

用规定的符号、色谱、花纹表示，按一定比例把地壳或岩石圈某一部分地质组成、构造地质现象等地质内容正投影到地形图（水平面）上得到的一种图件。

2.2地质图的要素

图名

图例

比例尺

地形线

地质体

地质界线

制图单位

制图时间等

2.3地质图类型

标准化地质图按国家制图标

准和规范编制的

专门地质图按某种特殊要求

编制的

3.地质图上地质界线的V字形法则

3.1、几个概念

3.1.1露头线

任一地质界面与天然地面的交线。

其形状取决于地质界面的产状和地形两个基本要素。

3.1.2地质界线

露头线在水平面上的正投影

3.1.3露头宽度（L）

岩层顶面和底面正投影间的水平距离。

其大小取决于岩层厚度、地形和岩层产状等三个因素及其相互关系。

3.2V字形法则

地质界线在地质图上弯曲的规律。

其特征受地质界面倾角、地形坡度及地形与地质界面产状之间的相互关系等三个因素制约。

表现为：

（1）当地质界面倾向与地形坡向相反时，地质界线在沟谷处形成尖端指向上游的“V”字形，在山脊处形成尖端指向下坡的“V”字形，地质界线的弯曲紧闭度小于地形等高线的弯曲紧闭度。

（2）当地质界面倾向与地形坡向相同，但地质界面的倾角大于地形的坡角时，地质界线在沟谷处形成尖端指向下游的“V”字形，在山脊处形成尖端指向上坡的“V”字形。

（3）当地质界面倾向与地形坡向相同，但地质界面的倾角小于地形的坡角时，地质界线在沟谷处形成尖端指向上游的“V”字形，在山脊处形成尖端指向下坡的“V”字形，但地质界线的弯曲紧闭度大于地形等高线的弯曲紧闭度。

（4）当地质界面水平时，地质界线的弯曲形态随地形等高线的变化而变化，且二者相互平行或重合。

（5）当地质界面直立时，地质界线呈直线沿其走向延伸，不受地形变化影响。

4.不整合接触关系

在地质图上的表现特征

4.1平行不整合接触关系

不整合接触界面上下的岩层时代存在明显的间断，但其上下的地质界线与不整合界线相互平行。

4.2角度不整合接触关系

不整合接触界面上下的岩层时代存在明显的间断，但其下覆的各地质界线与不整合界线斜交，其上的地质界线与不整合界线相互平行。

4.3超覆不整合接触关系

沿超覆不整合界线在超覆处其下覆地质界线与不整合界线斜交且存在沉积间断，而在远离超覆处其上下地质界线与不整合界线相平行且不存在沉积间断。

第四讲

读地质图

1.目的与要求

•初步建立地质图的概念。

•了解和掌握地质图的基本要素。

•水平岩层在地质图上的表现特征。

•倾斜岩层在地质图上的表现特征。

•不整合接触关系在地质图上的表现特征。

2.阅读地质图的一般步骤和方法

从地质图的基本要素出发开始阅读

•基本方法

（1）先看图名、比例尺、图例，后看制图者和制图时间。

（2）先图外后图内；先地形地貌后地质资料。

（3）先地层岩石后构造和其它。

•基本技能

边看边记边绘。

3.练习

阅读凌河地质图（附图1），并思考下列问题：

（1）水平岩层在地质图上的表现特征；

（2）倾斜岩层在地质图上的表现特征；

（3）不整合接触关系在地质图上的表现特征。

第五讲

间接法求地质界面的产状

1.在地形地质图上求地质界面的产状

1.1求解条件

大比例尺地形地质图；测定范围内地质界面的产状稳定、界面平直连续

1.2求解原理

按走向线的定义，在图3-1A中沿某一地质界面选择两相邻的等高线上分别画出其两条走向线I—I、II—II。

沿界面作它们的垂线AB即倾向线；AB与其水平投影线AC之间的夹角=CAB为该地质界面的倾角，由C到A的连线方向为倾向。

在直角三角形ABC中，BC为两条走向线之间的高差。

因此，只要能作出同一地质界面在不同高程上的相邻两条平行的走向线，再依其高程差和水平距离，即可求出该地质界面的产状要素。

1.3求解步骤

（1）连接同一地质界线与100M和150M两条等高线的交点I、I和II、II，得走向线I—I、II—II。

（2）从高程高（150M）的走向线II—II上任一点C作其垂线与低的等高线上的走向线I—I交于A点，则从C到A的线段的方向代表地质界面的倾向。

两条走向线之间的地形高差为50M，按比例尺取线段CB，得三角形ABC。

（3）用量角器量出角CAB的大小，即得到该地质界面的倾角。

2.三点法求地质界面的产状

2.1求解条件

三个点位于同一地质界面上，且不在同一条直线上；已知三个点的位置、相互间的水平距离和标高；三个点范围内该地质界面稳定。

2.2求解原理同上述方法。

2.3求解步骤（图3-2）

（1）求等高点

从最低点C作任一辅助线CS，根据A（最高点）和C点间的高程差及B点的高程，用等比例线段法将其等分，在AC线上得到与B点等高的D点。

（2）求倾向

连接DB即得到178M高程上之走向线，过C点作其平行线，即得到160M高程上的走向线；在DB线上取一点O作其垂线OF即为该地质界面的倾向线。

用量角器量其方位得到倾向。

（3）求倾角

根据B、C两点间的高差，按比例尺取线段OE，连接EF，则角EFO为该地质界面的倾角，用量角器量其值。

3.练习

（1）、在凌河地质图（附图1）上求

C1底界或顶界的产状。

（2）、在望洋岗地质图（附图2）上

求断层面的产状。

（3）、在松溪地形图（附图3）上按

P221页作业（3）要求完成所求。

第六讲

地质剖面图的编制

1.目的与要求

•了解地质剖面图的图饰要素。

•掌握地质剖面图的编制方法。

2.地质剖面图的编制方法和步骤

2.1选择剖面位置

（1）先进行地形、地层、岩石、构造和其它地质特征分析。

（2）剖面线应尽量垂直于图区内地层走向和区域构造线方位，并切过尽量多的地层、岩石和构造单元。

（3）将所选择的剖面位置标绘在地质图上。

2.2绘制地形剖面

沿所选择的剖面线选择能够控制和表示其地形变化特点的地形高程点，并按地质图的比例尺大小把它们投影到以某一高程为基准线的剖面上，然后将各点依次连接并园滑连接线即得到地形剖面线。

2.3投地质界线点

将与剖面线相交的所有地质界线点都投影到相应的地形剖面线上，覆盖层下的地质界线按其沿走向延伸与剖面线之交点进行投影。

2.4标绘地质界面

根据地质图上各地质界线与剖面线交点附近的界面产状及其相互关系标绘出地形剖面图上相应的各地质界面。

2.5整饰

按下列地质剖面图饰要求进行图面整饰：

（1）剖面图比例尺与地质图的比例尺应一致，两端标出地形等高标高。

（2）注明剖面方位、主要地形地貌控制点。

（3）图例及剖面图中相应内容的修整。

（4）剖面图放置：

左北右南、左东右西，左北西右南东、左南西右北东。

（5）剖面图图名一般放置在中间正上方或正下方。

3.地质构造剖面图的编制方法与步骤

3.1地质构造剖面图的编制方法与步骤

地质构造剖面图的编制方法和步骤与以前讲过的一般地质剖面图的编制方法和步骤一样。

这里重点强调几点：

•先绘制晚期构造后绘制早期构造

•先绘制断层构造后绘制褶皱构造

•断层的标绘

根据地质图上断层产状及其两盘被错移的地质标志体（层）判断断层的性质，并正确标绘于剖面图上。

•褶皱形态的标绘

根据地质图中褶皱的倾伏端或扬起端的形态及其两翼褶皱界面的产状确定褶皱转折端的形态，并正确标绘于剖面图上。

3.2剖面图构造分析

•结合地质图阅读分析各类构造的空间几何形态特征及其构造组合型式。

•结合地质图阅读分析各类构造和热事件发生和发展演化序列。

3.练习

（1）绘制凌河地质图（附图1）中AB方向剖面图。

（2）绘制望洋岗地质图（附图2）中垂直于断层走向线方向的地质剖面图。

（3）编制金山镇地区地质图上的AB方向构造剖面图，并分析其剖面上的构造组合型式。

第七讲

褶皱几何学

1.基本概念

1.1褶皱

指地质体中呈弯曲形态的构造形迹（现象）。

褶皱

1.2基本形态:

背形、向形

1.2基本形态:

背形、向形

1.3基本类型

根据褶皱面（层）的弯曲形态和岩层变新之关系可分：

背斜

向斜

向斜背斜

1.4褶皱面向

指在褶皱轴面上垂直于褶皱枢纽方向观察得到的岩层由老变新的方向。

2.基本要素

2.1特征面

褶皱面

轴面

背面

槽面

2.2特征线

枢纽

轴迹（褶轴）

2.3特征点

顶（脊）

拐点

槽

2.4特征值

波长、波幅、翼间角

观测褶皱的几种剖面

3.褶皱描述术语

3.1褶皱转折端形态

3.2翼间角

平缓褶皱

开启褶皱

中常褶皱

紧闭褶皱

等斜褶皱

3.3枢纽

3.4轴面

3.5大小（波长W、波幅A）

3.6对称性

3.7平面轮廓

3.8褶皱层厚度

波长W、波幅A

4.褶皱位态

褶皱位态分类

斜歪倾伏褶皱

5.褶皱的等倾斜线分类：

三类五型

5.1等倾斜线

5.2几种典型的褶皱

膝折构造

膝折构造

膝折构造

1.求两平面交线的产状

第一，据已知的两平面产状，在吴氏网上分别求出其投影大圆弧AHB和CID。

两大圆弧的交点即为两平面交线与下半球面交点的投影。

第二，作与圆心O的连线，交基圆于P点，P点的方位角即两平面交线的倾伏向，P间的角距为交线的倾伏角。

P

2.两面夹角及角平分线的测量

作一平面垂直于两相交平面的交线，即为同时垂直于两平面的公垂面，此平面的投影大圆弧与两平面投影大圆弧相交，其间夹角即所求的夹角，夹角的一半为角平分线。

3.求两相交直线所决定的平面的产状

已知两相交直线的产状分别为SE120°∠36°和S180°∠20°，求其所决定的平面的产状

4.求平面上直线的投影

已知一平面产状S180°∠37°，该平面上一直线侧伏向E，侧伏角44°，求直线的倾伏向、倾伏角。

5.面的旋转方法

已知某平面的产状，求依某一方向旋转一定角度后此面的投影。

平面与球面的交线为一大圆，这一大圆是由许多点组成的，因此，大圆的旋转实际上是组成此大圆的许多点的旋转。

球面任一点绕定轴旋转，如果这一旋转轴与南北直径重合，则该点的旋转轨迹为一圆，此圆为东西向的直立平面，其投影与吴尔福网的纬线小圆重合。

因此，只要求出大圆上各点绕定轴旋转后的位置，即可得到旋转后平面的投影。

操作步骤：

（1）将ＦＥ大圆弧上的若干点沿其所在的纬线小圆逆时针旋转30°（见粗箭头所示）到新位置。

（2）在吴尔福网上旋转，将逆时针旋转30°后各点的新位置转至同一经线大圆弧上，得新的大圆弧F′E′，F′E′即为旋转后平面的投影。

小结:

（1）求两节理面的交角及交线。

（2）据共轭剪节理求主应力轴产状。

（3）已知不整合面上、下地层的产状，求年轻地层沉积时老地层的产状。

（4）在倾斜岩层中，求交错层理或砾石在沉积时的产状。

（5）恢复早期节理受后期构造变动影响前的产状等。

1.岩层面产状为SE150°∠40°，岩层面上有擦痕线，其侧伏角为30°SW，求擦痕线的倾伏向和倾伏角。

2.某地灰岩中发育一对共轭剪节理，一组产状为SW190°∠76°，另一组为NW278°∠53°，求三个主应力轴产状。

3.不整合面产状为SW200°∠30°，下伏地层产状NW315°∠60°，求上覆地层水平时下伏地层的产状。

第九讲

构造研究中的

应力分析基础

1.力和应力的概念

1.1外力和内力

处于地壳和岩石圈中的任何地质体，都会受到相邻介质的作用力。

外力被研究物体（对象）以外的物体施加于所研究物体的作用力。

内力由外力作用引起的物体内部各部分之间的相互作用力。

1.2应力

单位面积上的作用力的大小。

作用力/面积P/A

dP/dA

1.3应力符号

约定：

正应力以挤压为正、以拉张为负；剪应力以逆时针方向为正、以顺时针方向为负。

1.4一点的应力状态

一点的应力状态，在直角坐标系中可以近似地看成是一个无限微小的正六面体单元体。

1.4.1主应力

弹性力学可以证明：

对于给定的一个单元体，总能够找到这样一种取向：

单元体表面上的剪应力分量都为零，即三个正交截面上没有剪应力作用而只有正应力作用，这种情况下的正应力称为该点的主应力，分别以1、2、3表示。

当1、2、3中有两个主应力为零，而另一个不为零时，称为单轴应力状态；

当1、2、3中有两个主应力不为零，而另一个为零时，称为双轴应力状态；

当1、2、3中三个主应力均不为零时，称为三轴应力状态。

特殊地，当1=2=3时，称为均压状态。

而1－2=称为差异应力，它是引起物体发生形变的力。

1.4.2主方向

主应力作用的方向

1.4.3主平面

三个分别包含其中两个主应力的正交截面。

2.二维应力分析和应力莫尔圆

2.1二维应力分析

对于在以1为横坐标、2为纵坐标的直角坐标系中的任一单位斜截面AB，假设其法线与横坐标1的夹角为，并沿该坐标轴方向受到双向挤压应力1和2的作用，那么，在这个截面上把应力1和2分别转换成平行于坐标轴的作用力P1和P2，则有：

则，垂直于AB截面的作用力为：

Pn=P1cos+P2sin

因为AB=1所以该截面上的正应力为

=Pn/AB=P1cos+P2sin

=1coscos+2sinsin

或=（1+2）/2

+（1-2）/2×cos2

（1）

平行于AB面的剪切作用力Pt为

Pt=P1sin－P2cos

则，剪应力为

=Pt/AB=1cossin

－2sinsin

=（1-2）/2×sin2

（2）

从

（2）式可得：

当2=90时，为最大

所以，最大剪应力作用面与1和2轴的夹角为45。

2.2应力莫尔圆

由上述

（1）2+

（2）2得：

（－（1+2）/2）2+（）2=（（1-2）/2）2（3）

（3）式为：

以为横坐标轴和为纵坐标的直角坐标系中的一个圆的方程式，这个圆称为应力莫尔圆。

应力莫尔圆

应力莫尔圆的物理意义是：

3.应力场及其表示方法

3.1应力场

某个地质体（物体）内部各点的瞬时应力状态在三维空间上的组成的总体，称为应力场。

3.2应力场的表示方法

一般地，用地质体（物体）内各点的主应力1、2、3，或最大或最小剪应力的大小和方位来表示其应力场的状态和特征。

依次沿相邻的各点的主应力或剪应力方向连接得到的轨迹线称为应力轨迹线，由它们绘制而成的应力轨迹图能够客观地形象地定性表示某个地质体（物体）内的应力分布状态；而主应力或剪应力的应力等值线图能定量地表示某个地质体（物体）内各点的应力分布及其变化特点。

因此，这两种图件是常用的有效的应力状态表示方法之一。

第十讲

变形岩石的应变分析基础

1.变形和位移

1.1变形

处于地壳和岩石圈中的任何地质体，受到力作用而会发生变形。

变形是指地质体（物体）初始形状、方位或位置发生了改变。

1.2位移

位移是指地质体（物体）及其内部各质点初始位置的改变，是通过物体内各质点的初始位置和终止位置的变化来表达的。

质点的初始位置和终止位置的连线叫位移矢量。

这条线只代表位移的最终结果，而不代表位移的实际路径。

1.3位移方式

四种:

平移

旋转

形变

体变

2.应变

应变是指变形前后物体的形状、大小或物质线方位的改变量。

2.1线应变

指变形前后物体中线段长度的改变量，一般用e表示：

e=（L1-L0）/L0

（1）

（1）式中L0和L1分别代表变形前和变形后线段的长度。

并约定：

伸长应变为正值、缩短应变为负值。

2.2平方长度比

指变形前后线段长度比的平方，一般用表示：

=（L1/L0）2=（1+e）2

（2）

2.3剪应变

变形前相互垂直的两条物质线，变形后其夹角偏离直角的改变量称为角剪应变，其正切称为剪应变。

即：

=tan（3）

并约定：

顺时针方向旋转的剪应变为正值、逆时针方向旋转的剪应变为负值。

3.均匀应变和非均匀应变

3.1均匀应变

变形物体内各点的应变特征相同。

3.2非均匀应变

变形物体内各点的应变特征发生不同的变化。

4.连续变形和不连续变形

如果物体内从一点到另一点的应变状态是逐渐改变的，则称为连续变形；如果是突然改变的，则应变是不连续的，称为不连续变形。

例如物体的两部分之间发生了断裂。

5.应变椭球体

5.1概念

单位圆球体经均匀应变变成的椭球体称为应变椭球体。

从数学上可以证明和推导出，由单位圆球变成的应变椭球有三个互相垂直的主轴，沿主轴方向只有线应变而没有剪应变。

这三个主轴分别以X、Y、Z或A、B、C表示，并分别代表应变椭球体的最大、中间和最小应变主轴。

包含应变椭球体的任意两个应变主轴的平面称为应变主平面。

分别以XY、XZ、YZ或AB、AC、BC三个平面表示。

.2应变椭球体的类型：

Flinn图解

应变椭球体的形态及其类型可用图解来表示，其中Flinn图解是常用的。

在该图解中：

a=X/Y=（1+e1）/（1+e2）（4）

b=Y/Z=（1+e2）/（1+e3）（5）

K=tan=（a－1）/（b－1）（6）

图解中P点的K值代表任意一点的应变椭球体状态，P点与坐标原点（1，1）之间的距离d反映了应变椭球体的应变强度。

当e2=0，K=1，V=0时，称为平面应变；

当e20时，为压扁应变区；

当e20时，为收缩应变区。

6.旋转变形和非旋转变形

6.1旋转变形

变形过程中平行于应变椭球体主应变轴方向的物质线方位发生了改变的变形（应变），称为旋转变形。

简单剪切变形（一种体变为零的平面应变）就是其典型的代表。

简单剪切变形

6.2非旋转变形

变形过程中平行于应变椭球体主应变轴方向的物质线方位始终保持不变的变形（应变），称为非旋转变形。

纯剪变形（一种体变为零的平面应变）就是其典型的代表。

简单剪切变形与纯剪变形

7.递进变形

7.1有限应变和增量应变

物体变形的最终状态与初始状态对比发生的变化，称为有限应变或总应变。

在变形过程中，物体从初始状态变化到最终状态的过程是一个由许许多多次微量应变的逐次叠加过程，这种变形的发展过程称为递进变形。

其中，变形期中某一瞬间正在发生的小应变叫增量应变，如果所取瞬间非常微小，其间发生的微量应变可称为无限小应变。

递进变形就是许多次无限小应变逐渐累积的过程。

在变形史的任一阶段，都可把应变状态分解为两部分：

一部分是已经发生了