构造地质学基本概念.docx

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构造地质学基本概念

构造地质学

第一章沉积岩层的基本产状

一、面状结构产状要素

1、走向：

倾斜平面与水平面的交线即走向线，走向线两端延伸的方向即走向。

2、倾向：

倾斜平面上与走向线垂直的线叫倾斜线，倾斜线在水平面上的投影所指的平面向下倾斜的方位即倾向。

3、倾角：

倾斜平面上的倾斜线与其在水平面上投影的夹角。

4、视倾斜线：

当剖面与岩层走向线斜交时，剖面与岩层的交迹线叫视倾斜线。

5、视倾角：

视倾斜线与其在水平面上投影的夹角叫视倾角：

公式

二、线状结构产状要素

1、倾伏向：

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所指示的该直线向下倾斜的方位。

用方位角或象限角表示。

2、倾伏角：

指直线的倾斜角，即直线与其水平投影线间所夹的锐角。

3、侧伏角：

当线状构造包含在某一倾斜平面内，此线与该平面走向线所夹锐角叫此线在那个平面的侧伏角。

4、侧伏向：

构成侧伏锐角的走向线那一端的方位，如24°N。

三、水平岩层基本特征：

1、在地形地质图上，岩层的地质界线与地形等高线平行或重合。

2、一套水平岩层，老岩层在下，新岩层在上。

3、岩层顶、底面之间的垂直距离是岩层的厚度，水平岩层的厚度是其顶、底面标高。

4、岩层出露宽度是顶、底面出露线间的水平距，水平距的大小取决于岩层厚度和地面坡度。

四、倾斜岩层基本特征：

1、由于地壳运动，使原始水平产状的岩层发生构造变动，形成倾斜岩层

2、产状要素有走向、倾向、倾角（定义）

3、岩层厚度指岩层的两个平行界面之间的垂直距离；视厚度是在与岩层走向斜交的直立剖面或在与岩层不垂直的任何方向的非直立剖面之间上测得的岩层顶、底界线之间的垂直距离；铅直厚度是指岩层顶、底面之间沿铅直方向的厚度

4、露头界线用“V”字型法则

5、露头宽度取决于岩层厚度、倾角、地面坡度、坡向与岩层的倾角、倾向之间的关系

五、地层接触关系：

（整合和不整合两大类）

1、整合接触：

一套套产状一致，时代连续的地层之间的接触关系

2、不整合接触：

如果上下两套地层之间有明显的沉积间断，这种接触关系为：

①平行不整合（假整合）：

不整合面上下两套地层的产状彼此平行一致，但因时代间断而地层缺失。

过程：

下降、沉积→上升、沉积间断、遭受剥蚀→下降、再沉积

②角度不整合：

不整合上下两套地层不仅有地层缺失，而且产状不同。

过程：

下降、沉积→褶皱上升、沉积间断、遭受剥蚀→再次下降、再沉积

3、不整合面的地质意义：

不整合面上的岩层常可形成铁、锰、磷及铝土矿等沉积矿产，不整合面利于岩浆和含矿溶液活动，容易形成各种热液矿床，不整合面是石油、天然气储集的有利场所。

第二章沉积岩层的原生构造

一、层理及其识别：

1、层理是通过岩石成分、结构和颜色在剖面上的突变或渐变所显现出来的一种成层构造

2、沉积岩层理可根据岩石的成分、结构、色调等的变化得以识别：

①成分②结构③颜色④层面原生构造

二、利用原生构造判别岩层顶、底面

1、交错层理：

前积纹层的顶部多被斜切，与层系面呈高角度相交，下部常逐渐变缓收敛，与底面小角度相交或相切

2、递变层理：

底面到顶面粒度由粗变细

3、波痕：

振荡式波痕成对称的夹脊圆谷状，尖脊指向顶面，圆弧指向底面

4、层面暴露标志：

泥裂雨痕

5、生物标志：

穹状纹层的凸起方面指向岩层顶面

6、底面印膜：

凸起方向为底面

三、软沉积变形主要标志：

1、软沉积变形是指沉积物尚未充分固结成岩时发生的变形

2、软沉积变形的主要标志：

①软沉积变形常局限于一定层位或一定岩层中，如果一强烈变形层夹于整套变形轻微岩系中，说明个别层是软沉积变形的结果。

②软沉积变形常局限于沉积盆地中一定地段，如沉积盆地边缘，大隆起边缘

③软沉积变形主要是重力作用的结果，一般不显示构造应力造成的构造定向性

第三章褶皱

一、褶皱几何要素：

1.核：

褶皱的中心部分

2.翼：

褶皱中心两侧圆弧状的部分

3.拐点：

相邻背形和向形共用翼的褶皱面常呈“S”型弯曲，褶皱面相交凸向的转折点叫拐点。

4.翼间角：

正交剖面上两翼的内夹角，圆弧形褶皱的翼间角指两翼上拐点的切线的夹角。

5.转折端：

褶皱面上从一翼过渡到另一翼的转折部分

6.枢纽：

单一褶皱面上最大弯曲点的连线

7.脊线和槽线：

同一褶皱面上背形最高占的连线叫脊线，沿向形最低点的连线为槽线，脊线中最高点表示褶皱隆起部位，叫高点，脊线中最低部位叫轴陷。

8.轴面：

各相邻褶皱面枢纽连成的面叫轴面。

轴迹：

轴面与地面的交线在地质图上的投影。

褶轴：

从几何学观点来看，转折端浑圆的褶皱面，可看作一条直线通过平行自身移

动而构成的一个曲面，这条直线称为褶轴。

二、褶皱在正交剖面上的表现

（一）转折端的形态（图示）

1.圆弧褶皱2.尖棱褶皱

3.箱状褶皱4.挠曲

（二）翼间角大小（图示）：

1.平缓褶皱：

120°＜α＜180°2.开启褶皱：

70°＜α＜120°

3.中常褶皱：

30°＜α＜70°4.紧闭褶皱：

5°＜α＜30°

5.等斜褶皱：

0°＜α＜5°

（三）轴面产状（图示）：

1.直立褶皱2.斜歪褶皱3.倒转褶皱

4.平卧褶皱5.翻卷褶皱

（四）褶皱的对称性

1.对称褶皱2.不对称褶皱

褶皱两翼发育从属褶皱，由一翼长一翼短的不对称褶皱组成。

从属褶皱轴面的倾倒方向为倒向。

在背斜左翼，如果从属褶皱是右行倒向或顺时针倒向，从属褶皱为“Z”型，在右翼，从属褶皱倒向为左行倒向或逆时针倒向，为“S”型。

三、褶皱的形态分类

（一）根据组成褶皱的各褶皱层的厚度变化和几何关系的分类

1.平行褶皱：

褶皱面作平行弯曲，同一褶皱层的厚度在褶皱各部分一致，故又称等厚褶皱，弯曲的各层具有相同的曲率中心，故又称同心褶皱，由中心向外，曲率半径逐渐增大，曲率变小，岩层变平缓：

向核部曲率逐渐变大。

2.相似褶皱：

组成褶皱的各褶皱面做相似弯曲，各面具有相同的曲率，没有共同的曲率中心。

褶皱形态不随深度的变化而变化，同一层的厚度发生有规律的变化，即两翼薄转折端增厚，平行轴面量出的视厚度在褶皱各部位保持一致。

平行和相似褶皱都是协调式褶皱，无规律的是不协调式褶皱—底辟构造。

3.底辟构造：

由变形复杂的高塑性层（如岩盐、石膏、泥质岩层等），刺穿变形软弱的上覆脆性岩层的一种构造。

如果底辟核由岩盐类组成，则称为盐丘构造。

（底辟核、核上构造、核下构造）

（二）兰姆赛的褶皱形态分类：

等斜线是褶皱正交剖面上层的上、下界面相同倾斜点的连线。

兰姆赛分类：

I类：

等斜线向内弧收敛，内弧曲率大于外弧曲率，内弧倾斜度大于外弧倾斜度

IA类IB类平行褶皱IC类

Ⅱ类：

等斜线平行且等长，曲率相等（相似褶皱）

Ⅲ类：

等斜线向内弧撒开，呈倒扇状，外弧曲率大于内弧曲率，典型的顶厚褶皱。

四、褶皱的组合方式：

（一）阿尔卑斯式褶皱

1.基本特点：

①一系列线状结构呈线状展布，所有褶皱的走向基本与构造带的延伸方向一致

②整个带内的背斜和向斜呈连续波状，基本同等发育，布满全区

③不同级别的褶皱往往组成巨大的复背斜和复向斜，并伴有叠瓦状断层

2.复背斜和复向斜是一个两翼被一系列次级褶皱复杂化的大型褶皱构造，在一平面上观察，如果中央部位次级褶皱的地层老于两侧次级褶皱的地层，则称复背斜。

如果中央部位次级褶皱的地层新于两侧次级褶皱的地层，则称复向斜。

扇形复背斜倒扇形复背斜倒扇形复向斜扇形复向斜

（二）侏罗山式褶皱（过渡褶皱）

1.隔挡式：

由一系列平行褶皱组成，特征是背斜紧闭且发育完整，两背斜之间的向斜开阔平缓。

2.隔槽式：

由一系列平行褶皱组成，特征是向斜紧闭且发育完整，两向斜之间的背斜开阔平缓，常呈箱状。

（三）日尔曼式（断续褶皱）

五、褶皱的成因分析

（一）纵弯褶皱作用及形成褶皱的特点：

岩层受顺层挤压力作用而形成的褶皱，地壳中的水平运动是这种作用的地质条件。

多层岩层在纵弯褶皱作用下发生的弯滑作用，相邻的岩层间的滑动方向为各相邻上层相对向背斜转折端滑动，下层相对向相邻向斜转折端滑动。

而弯流作用是层内物质从两翼流向转折端，形成顶厚或相似褶皱。

（二）横弯褶皱作用及形成褶皱的特点：

横弯作用是岩层受到与层面垂直的应力作用而发生弯曲的行为，产生原因可以是地壳的差异升降运动、岩浆的上拱作用、盐层或其它塑性层的重力上浮的底辟作用及沉积过程中发生的同沉积褶皱作用等。

其特点是：

1.褶皱岩层整体处于拉伸状态，各层都没有中和面

2.由于褶皱的顶部受到强烈的侧向拉伸，因此，如果岩层具有一定的韧性，则可被拉薄而形成IA型顶薄褶皱，但在脆性较高的沉积岩层中顺层拉伸则引发断裂，于背斜顶部形成地堑；如果是穹窿，则可形成放射状或环状正断层等，总体达到伸展变薄的效果。

3.其引起的弯流作用是使岩层物质从弯曲的顶部向翼部流动，褶皱翼部的韧性岩层由于重力作用和层间差异流动可能形成轴面向外倾倒的层间小褶皱，其轴面与主褶皱的上、下层面的锐夹角指示上层顺倾向滑动，下层逆倾向滑动。

底辟构造和同沉积褶皱是横弯褶皱中比较特殊的褶皱构造，是横弯褶皱作用两种不同的构造表现形式。

①底辟构造是地下岩盐、石膏或粘土等低粘性易流动的物质，在构造力或浮力的作用下向上流动，以至刺穿上覆岩层拱起形成的构造

②同沉积褶皱是在岩层沉积的同时边沉积边褶皱而形成。

其两翼的倾角一般上部平缓，往下逐渐变陡，总体为开阔褶皱，岩层厚度在顶部薄、两翼厚，岩层的岩石结构受构造控制，常在一侧或两侧伴生有同沉积滑塌褶皱或滑塌断层。

第四章节理

节理定义：

节理是岩石中的裂缝，是没有明显位移的断裂

纵节理：

节理走向与褶皱轴向平行的节理

横节理：

节理走向与褶皱轴向直交的节理

斜节理：

节理走向与褶皱轴向斜交的节理

走向节理：

节理走向与所在岩层走向大致平行的节理

倾向节理：

节理走向与所在岩层走向大致直交的节理

斜向节理：

节理走向与所在岩层走向大致斜交的节理

一、节理的力学成因分类：

1.剪节理：

由剪应力产生的破裂面

其特征：

①产状稳定，沿走向和倾向延伸较远

②剪节理较平直光滑，有时具有因剪切滑动而留下的擦痕

③发育于砾石和砂岩等岩石中的剪节理，一般穿切砾石和胶结物

④常组成“X”型节理系，“X”型节理发育良好时，则将岩石分成菱形、棋盘格式，剪节理往往等距排列。

⑤主剪裂面由羽状微裂面组成

⑥各剪节理尾端变化或连接形式有三种：

折尾、菱形结环和分叉

2.张节理：

由张节理产生的破裂面

其特征：

①产状不甚稳定，延伸不远。

单条节理短而弯曲，节理常侧列产出

②张节理面粗糙不平，无擦痕

③在胶结不太坚实的砾石或砂岩中的张节理常绕砾石或粗砂粒而过，如切穿砾石，破裂面也凹凸不平

④张节理多开口，一般被脉矿充填，脉宽变化较大，脉不平直

⑤张节理有时呈不规则的树枝状、各种网络状，有时也追踪“X”型共轭剪节理形成锯齿状张节理、单列或共轭雁列式张节理，有时也呈放射状或同心圆状组合形式

二、节理的分期配套

分期就是在一定地区不同时期形成的节理，按先后顺序，组合成一定系列，以便从时间、空间和形成力学上研究一个地区节理的发育史和分布产出规律。

第五章断层

一、断层的几何要素：

1.断层面：

将岩块或岩层断开成两部分并借以滑动的面

2.断层（裂）带：

由一系列破裂面或次级断层组成的带

3.断层线：

断层面与地面的交线，即断层在地面的出露线

4.断盘：

断层面两侧沿断层面移动的岩层

5.滑距：

指断层两盘实际的位移距离，是根据错动前的一点错动后分成两个对应点之

间的实际距离

6.断距：

被错断岩层在两盘上对应层之间的相对距离

7.地层断距：

断层两盘上对应层之间的垂直距离

8.铅直地层断距：

断层两盘上对应层之间的铅直距离

9.水平地层断距：

断层两盘上对应层之间的水平距离

二、断层分类

（一）按断层走向与所切岩层走向的方位关系

1.走向断层：

断层走向与岩层走向基本一致的断层

2.倾向断层：

断层走向与岩层走向基本直交的断层

3.斜向断层：

断层走向与岩层走向基本斜交的断层

（二）按断层走向与褶皱轴向或区域构造线之间的几何关系分类

1.纵断层：

断层走向与褶皱轴向基本一致

2.横断层：

断层走向与褶皱轴向基本直交

3.斜断层：

断层走向与褶皱轴向基本斜交

（三）按断层两盘相对运动

1.正断层：

断层一盘相对下盘沿断层面向下滑动的断层

2.逆断层：

断层一盘相对下盘沿断层面向上滑动的断层

逆冲断层：

位移量很大的低角度逆断层，30°左右，5km以上

大逆冲断层的上盘，因从远处推移而来称外来岩块，下盘意味着相对未动而称原地岩块。

推覆体：

是一种外来岩块，因其总体呈平板状故称逆冲岩席。

逆冲断层和推覆体共同构成逆冲推覆构造或推覆构造。

3.平移断层：

断层两盘顺断层走向相对滑动的断层。

4.枢纽断层：

断层两盘以某一点为轴心作相对旋转运动的断层。

逆时针←→左行顺时针←→右行

所谓右行或左行是指沿垂直断层走向观察断层时，对盘向右或向左滑动。

（四）断层形成机制（安德森模式）：

他认为因地面与空气间无剪应力作用，所以形成断层的三轴应力状态中的一个主应力轴趋于垂直于水平面。

以此为依据提出了形成正断层、逆（冲）断层和平移断层的三种应力状态。

一般认为，断层面是一个剪裂面，σ1与两剪裂面的锐角分角线一致，σ3与两剪裂面的钝角分角线一致，σ1所在盘向锐角角顶方向滑动，即断层两盘在垂直σ2的方向上滑动。

1.正断层应力状态：

σ1直立，σ2与σ3水平，σ2与断层走向一致，上盘顺断层倾

斜向下滑动。

其有利条件：

最大主应力（σ1）在铅直方向上逐渐增大，或最小主应力（σ3）在水平方向下逐渐减小，因此，水平拉伸和铅直升降是最适合于发生正断层作用的应力状态。

2.逆（冲）断层应力状态：

最大主应力轴（σ1）和最小主应力轴（σ3）水平，最小主应力轴（σ3）直立，σ2平行于断层面走向。

其有利条件：

σ１在水平方向逐渐增大，或者最小主应力（σ3）逐渐减小。

因此，水平挤压有利于逆冲断层的发育。

3.平移断层应力状态：

最大主应力轴（σ1）和最小主应力轴（σ3）水平，中间主应力轴（σ2）直立，断层面走向垂直于σ2，滑动方向也垂直于σ2，两盘顺断层走向滑动。

五、断层效应：

1、走向断层常造成两盘地层的重复和缺失

倾向相反

倾向相同

断层倾角大于地层倾角

断层倾角小于地层倾角

正断层

地层重复

地层缺失

地层重复

逆断层

地层缺失

地层重复

地层缺失

断层两盘

相对动向

下降盘出现新地层

下降盘出现新地层

上升盘出现新地层

2、平移断层剖面上会表现为正、逆断层。

顺岩层倾向滑动的一盘剖面表现为上升盘

3、正（逆）断层表现为平移断层

4、平移正（逆）断层或正（逆）平移断层：

①如果滑移线与岩层在断层面上的迹线平行，剖面上好像没有错移

②如果滑移线在岩层正断层面迹线的下侧，剖面上表现为正断层，平面上表现为平移错开

③如果滑移线位于岩层在断层面迹线的上侧，剖面上表现为逆断层，平面上为平移错开

5、横断层错断褶皱

①横断层完全顺断层走向滑动：

核部在两盘宽度相等，但核部错开

②两盘顺断层倾斜滑动：

两盘中褶皱核部宽度不等，背斜上升盘核部变宽，向斜（垂直于断层走向）上升盘核部变窄。

③两盘顺断层斜向滑动：

核部宽度发生变化，轴迹被错开

轴迹错移距离取决于：

①两盘平移分量的大小和方向

②两盘倾斜滑动的分量的大小

③褶皱轴面的倾角

六、断层的识别（P154）

（一）地貌标志：

1.断层崖：

由于断层两盘的相对滑动，断层的上升盘常形成陡崖，叫断层崖。

2.断层三角面：

断层崖受到与崖面垂直方向的水流的侵蚀切割，乃形成沿断层走向分布的一系列三角形陡崖，即断层三角面。

3.错断的山脊：

4.串珠状湖泊洼地

5.泉水的带状分布

6.水系特点：

引起河流急速转向，甚至错断河谷。

（二）构造标志：

线状或面状地质体在平面或剖面上突然中断、错开，不再连续，说

明有断层存在。

断层引起的构造强化有：

①岩层产状的急变或变陡

②节理化、劈理化的突然出现

③小褶皱剧增以及挤压破碎和各种擦痕等现象

（三）地层标志：

地层的重复和缺失

（四）岩浆活动和矿化作用：

岩体、矿化或硅化等热液蚀变带沿一条线断续分布

（五）岩相和厚度标志：

①控制沉积盆地和沉积作用的同沉积断层，引起断层两侧沉积环境的明显变化，

岩相和厚度因而发生显著差异。

②断层的推覆，使相距甚远的岩相带直接接触

七、断层活动性判断（P161、156）

同沉积断层（生长断层）：

同沉积断层又称生长断层，主要发育于沉积盆地边缘，尤其是大中型断陷盆地的边缘。

在大盆地内部也常有次级同沉积断层。

在沉积盆地形成发育的过程中，盆地不断沉降，沉积不断进行、盆地外侧不断隆起，这些作用都是在控制盆地边缘的断层的不断活动中发生的。

同沉积断层主要特点：

①一般为上陡下缓的正断层

②上盘即下降盘明显增厚

③随深度增大，地层时代越老，断距越大

④上盘常发育逆牵引构造，逆牵引构造一般构成背斜

八、伸展构造的类型

1、地堑：

由两组走向平行，相向倾斜的正断层组成

2、地垒：

由两组走向平行，反向倾斜的正断层组成

3、断陷盆地：

在伸展背景条件下由基底和盆缘正断层控制发育的沉积盆地

4、裂谷：

大洋裂谷–大西洋中央海岭上的裂谷

大陆裂谷–东非裂谷

陆间裂谷–红海裂谷

5、变质核杂岩：

被构造上拆离及伸展的未变质沉积盖层所覆盖的，呈孤立的平缓穹形

或拱形强烈变形的变质岩和侵入岩构成的隆起

6、岩墙群：

岩墙是横切围岩构造的板状侵入岩体，呈平行或放射状排列。

九、伸展构造模式

沃尼克：

正断层（非旋转-高角度、旋转）

利斯特：

纯剪模式、单剪模式、分层剪切（滑动）模式

拆沉作用：

①大陆岩石圈地幔由于软流圈温度低，密度大，从而产生重力不稳，如有

合适的断裂，岩石圈地幔将陷入软流圈中，并使岩石圈变薄

②由于密度较大的岩石圈地幔覆于密度较大的软流圈地幔中将造成对流，

导致岩石圈地幔陷入软流圈中

十、逆冲推覆构造的几何结构，组合型式

（一）组合：

1.叠瓦式

2.背冲式

3.对冲式

4.楔冲式：

产状相近的一套逆冲断层和一套正断层共同构成上宽下窄的楔状体

（二）几何结构

上盘断坡（HWR）

与上下盘产状关系

1.台阶式：

断坪、断坡下盘断坡（FWR）

前断坡

走向与逆冲位移方向关系侧断坡

斜断坡

2.双重逆冲构造：

顶板逆冲断层、底板逆冲断层

叠瓦扇：

无顶板逆冲断层

3.反冲断层：

主要位于逆冲断层前锋部位和断坡后侧或应变软弱的断坪上

4.冲起构造：

逆冲断层和反冲断层围限部位，因强烈挤压形成

5.构造三角群：

反冲断层、分支逆冲断层、底板逆冲断层限定的三角带

十一、逆冲作用与褶皱作用

1.褶皱的倒向与逆冲方向一致，以及变形强度的共同衰减

2.逆冲推覆构造引起了褶皱作用，尤其是在造山带的前陆部位

①逆冲推覆构造中的褶皱是逆冲作用形成的

②箱状构造、侏罗山式褶皱都是盖层在基底上逆冲滑脱形成

③逆冲推覆作用形成的褶皱，其几何形态和组合型式受断坡（倾角、长度、间断）、运移速度及规模、岩系组成、逆冲作用进程、滑脱层（性质、厚度和深度）诸因素的影响

3.断弯褶皱作用：

断坡形成之后

断展褶皱作用：

几乎与断层同时发生

断滑褶皱作用：

顺层滑脱的结果

4.在逆冲岩席中，如果能干层在非能干层在下，二者独立变形，反之，两组岩层的变形模式受能干层控制

十二、走向滑动断层：

指大型平移断层，是两盘顺直立断层面相对水平剪切滑动的构造

（一）基本特征：

1.走滑断裂带包括一系列与主断裂平行的或以微小角度相交的次级断层，单条断层延伸不远，各级断层分叉交织，常构成发辫状

2.常伴生有雁列式褶皱、断裂、断块隆起和断陷盆地等构造

3.断层两侧地层-岩相带呈递进式依次错移，时代愈老，移距愈大

4.断层常呈直线延伸

（二）伴生构造

1.拉分盆地：

走滑断层系中拉伸形成的断陷盆地

①长边为走滑断层，短边为正断层

②左行左阶“S”型，右行右阶“Z”型

③决定拉分盆地发育的因素是雁列走滑断层的间隔和重叠、断层的尺度、活动持续时间和切割深度

2.花状构造：

①正花状构造：

聚敛性走滑断层派生的压扭性

应力状态中形成的构造

②负花状构造：

离散性走滑断层派生的张扭性

应力状态中形成的构造

3.雁列式褶皱和牵引式弯曲

4.双重构造：

两条走滑断层围限的断块中产出的一套与主断层斜交的次级雁列式走滑断层

注：

逆冲断裂带的双重构造展现在剖面上，走滑断裂带中的双重构造展现在平面上

牵引构造羽状张节理小褶皱轴面雁列式褶皱

↓↓↓

突出方向指示与主断层锐角与主断层交角

本盘运动方向指示本盘运动方向指示对盘运动方向

形成两盘剪节理是否属于共轭关系的最主要判据是什么？

①同一时期，同一构造应力作用形成的两组剪切节理面交织而成

②两组剪节理的交线平行于σ2，两组剪节理的夹角被σ1、σ3平分