第3章节理.

2019/12/20构造地质学—郝建民主讲1第三章节理(Joint)嶂石岩地区节理构造异常发育2019/12/20构造地质学—郝建民主讲2嶂石岩地貌以嶂石岩命名的嶂石岩地貌，和丹霞地貌、张家界地貌并称为中国三大旅游砂岩地貌。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲3河南辉县郭亮村2019/12/20构造地质学—郝建民主讲4河南辉县郭亮村2019/12/20构造地质学—郝建民主讲5北京房山十渡孤山寨一线天，距地面高约45m、长65m、宽1-1.5m，最窄处仅有60-70cm，在北京地区，像这样如此之高、之长、之险、之窄的张性构造裂隙，实属罕见，堪称地质奇观。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲6香格里拉巴拉格宗大峡谷2019/12/20构造地质学—郝建民主讲72012年4月22日美国冒险家迪恩·波特成功徒手攀爬湖北恩施大峡谷海拔1800米高峰，在大峡谷一炷香景点处零保险状态下行走41米于两座山峰之间的软绳(扁带)上。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲8破裂（Fracture）破裂构造的两方面特征：1）断裂─存在裂隙，地质体不再连续；2）位移（沿破裂面）a）没有位移─节理b）有位移─断层如果裂隙被矿物充填─脉体节理（joint）断层（fault）脉体（vein）2019/12/20构造地质学—郝建民主讲9圆形的“弹坑”是受到长期风蚀或水蚀侵袭之后的痕迹，而纵横交错的裂纹则是岩石受到外力挤压或拉伸而形成的节理。其中横向、较深的节理形成的时间更早，而两组交错的斜向节理则更为年轻，因为我们从图中可以看到，横向节理有明显的被斜向节理所截断的痕迹。嶂石岩石英砂岩2019/12/20构造地质学—郝建民主讲10非常典型的X型破裂两组共轭剪切破裂（节理）各自向对方倾斜，呈X形状，中间那点公用，构成两组节理面的交线。两组节理总是像情侣一样同时出现，比翼双飞。所以，可以把共轭X剪切破裂称之为夫妻节理。“共轭”的本意：两头牛背上的架子称为轭，轭使两头牛同步行走。共轭即为按一定的规律相配的一对。通俗点说就是孪生或夫妻。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲11节理断层周口店龙门口2019/12/20构造地质学—郝建民主讲122019/12/20构造地质学—郝建民主讲132019/12/20构造地质学—郝建民主讲142019/12/20构造地质学—郝建民主讲152019/12/20构造地质学—郝建民主讲16节理是岩石中的裂隙，是没有明显位移的断裂。节理研究的意义：1、通过对节理性质、产状、分布规律、分期、配套及其与褶皱、断裂和区域构造关系的分析，阐明地质构造的形成和发展过程。2、节理是一种重要的控矿构造，对于石油、天然气和地下水的运移及储存有重要意义。第一节节理的定义和研究意义2019/12/20构造地质学—郝建民主讲17石油地质勘探的实践证明，认识节理发育的不均一性，往往比认识它的普遍性更为重要。因为只有掌握了地下节理密集带的分布规律，才能使钻探获得更多的成效。节理既是油气运移的通道，又是油气聚集的空间，因而在石油地质勘探中，对节理的研究经常是一个重要课题。节理与油气的关系是很密切的,从世界上已开发的油气田统计数字看，裂隙性储集层在油气资源和生产能力方面，大约占世界总量的一半。裂隙是碳酸盐岩储集油气的主要形式，我国的碳酸盐岩分布十分广泛，最近几年我国石油地质勘探工作，已在很多地区不同时代的地层中，找到了碳酸盐岩裂隙性油气田。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲18•岩石节理对在缺水地区（中国西北地区，非洲等）找寻地下水尤为重要，钻打到节理特别是两组节理的交线部位，几乎肯定见水。如果移动哪怕一小点距离就会打到节理之间的菱形块体内，就是干井，出不来水，做无用功。水对维持人类正常生活、畜牧业、工业发展必不可少。所以，正确地利用构造地质学知识指导科学找水特别重要。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲19区域性的节理控制着地形的演化2019/12/20构造地质学—郝建民主讲20云南石林2019/12/20构造地质学—郝建民主讲21张家界武陵源石柱林景观2019/12/20构造地质学—郝建民主讲22节理的成因①原生节理：成岩过程中形成。如沉积岩中因缩水而造成的泥裂或火成岩冷却收缩而成的柱状节理。②构造节理：由构造变形而成。③非构造节理：由外动力作用形成，如风化作用、山崩或地滑等引起的节理，常局限于地表浅处。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲23原生节理2019/12/20构造地质学—郝建民主讲24柱状节理（云南腾冲）2019/12/20构造地质学—郝建民主讲25北爱尔兰著名的景点“巨人堤道”位于北爱尔兰的东北海岸，离Antrim县的Bushmills镇仅3公里远。在1986年，其被列入世界文化遗产。“巨人堤道”有很多石柱，其石头大部分都为六角（Hexagonal），但也有些有四个、五个、七个或八个角的，最高的石柱达到12米高。爱尔兰的Giant’sCauseway是上古时代火山爆发后留下的玄武岩地貌。另外以玄武岩地貌著名的类似地方还有苏格兰STAFFA岛上的Fingal’s溶洞、亚美尼亚的加尼峡谷等。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲26岩石的变形与构造制约地表植被的发育，地球的岩石圈与生命圈是密切相关的。开花的小草挤在玄武岩的柱状节理缝里2019/12/20构造地质学—郝建民主讲27柱状节理2019/12/20构造地质学—郝建民主讲28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,一是按节理形成的力学性质。（一）节理与有关构造的几何关系分类:1、根据节理产状与岩层产状的关系划分2、根据节理产状与褶皱轴的关系划分3、根据节理产状与侵入岩中流动构造关系划分（二）节理的力学性质分类:可将节理划分为剪节理和张节理两类:第二节节理的分类2019/12/20构造地质学—郝建民主讲29(一)节理与有关构造的几何关系分类1、节理产状与岩层产状关系分类走向节理:节理走向与所在岩层的走向大致平行的节理(图中1)。倾向节理:节理走向与所在岩层的走向大致垂直的节理(图中2)。斜向节理:节理走向与所在岩层的走向斜交的节理(图中3)。顺层节理:节理面与所在岩层的层面大致平行的节理(图中4)。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲302、节理与褶皱轴关系分类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。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲313、侵入岩体中的节理即岩浆侵入围岩，随着岩浆的冷却而形成的有规律性的节理。它们主要分布于岩浆侵入体的顶部和边缘部分。其形成主要与岩浆的冷却和收缩有关。岩浆体冷却收缩是从上而下，从外及内，从边缘到中心缓慢进行的，因此在岩体内容易形成平行于接触面的节理；同时当岩体外部冷凝后，而内部仍在流动，这流动部分和冷凝部分之间也容易发生裂隙。在火成岩体中常见的节理有横节理、纵节理、层节理、斜节理等（图10-19）。Q—横节理；S—纵节理；L—层节理；STR—斜节理；A—细晶脉岩；F—流线2019/12/20构造地质学—郝建民主讲32横节理又称Q节理，指节理面与岩体中流线构造（原生线状流动构造）相垂直的节理。这可能因岩浆冷凝不均，垂直流线方向产生张力所致。节理面较粗糙，产状较陡直。其中常被岩浆填充，形成互相平行的岩墙或岩脉。纵节理又称S节理，指节理面平行于流线构造的节理。这可能因岩浆在流动方向由外及里冷却收缩不均产生剪切力所致。节理面平直，节理裂隙紧闭，产状较陡。层节理又称L节理，指节理面平行于流面的节理，常发育于岩体顶部或与围岩接触的平缓部位。这可能因岩浆自上而下冷却依次逐渐收缩所致。上述3种节理常把侵入体分割成大小方块，促进岩石的风化。斜节理指节理走向与流线、流面斜交的节理，常两组共生呈“X”形。节理面光滑，有时可见擦痕和光滑镜面。这种节理属于构造节理，是在上述节理形成后，岩体受压因剪切作用所致。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲33剪节理张节理产状稳定，延伸远产状不稳定，延伸不远平直光滑，有擦痕和羽裂弯曲粗糙，无擦痕出现在砂、砾岩中，一般切过砂砾和胶结物出现在砂、砾岩中，常绕过砂、砾未充填时，是闭合的缝多开口，一般多被充填一般是共轭“X”型节理系树枝状，锯齿状，雁列状等剪应力产生张应力产生(二)节理的力学性质分类2019/12/20构造地质学—郝建民主讲34剪节理张节理张节理σ32019/12/20构造地质学—郝建民主讲35张节理2019/12/20构造地质学—郝建民主讲36张节理（多脉体充填，脉的宽度变化大）2019/12/20构造地质学—郝建民主讲37剪节理脉2019/12/20构造地质学—郝建民主讲38剪节理的主剪裂面往往由羽状微裂面组成，主剪裂面与微裂面之间的交角一般为10°—15°，相当于岩石内摩擦交的一半。其与主剪裂面之间所夹锐角指示本盘的运动方向。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲39雁列张节理（火炬状节理）2019/12/20构造地质学—郝建民主讲40雁列节理野外出露特征2019/12/20构造地质学—郝建民主讲41海滩岩石的夫妻节理，即“X”型共轭节理系，把石头切割成“巧克力”状,美！真想咬一口，秀色可餐啊。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲42共轭的X型节理是一种典型的剪节理，两组剪节理的夹角即为共轭剪裂角，他与主应力轴σ1的关系为，交平分线的方向即为最大主应力轴σ1的方向，在野外，可以用这种共轭节理来实地判定最大主应力轴σ1的方向。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲43都江堰“国堰宾馆”墙上的X破裂，由汶川地震形成。注意顶上几层没有，看来买房子买顶楼的要保险些。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲44映秀璇口中学校舍墙上的X破裂，由汶川地震形成。该楼原为5层，一楼坐下去了，二楼压到地面。一楼屋内的人若没逃出必死无疑。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲45在岩石力学实验室内，我们可以重现这样的X型共轭剪切破裂，条件是差应力大于4倍岩石的拉张强度。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲46◆关于共轭剪裂角的讨论：•剪切破裂面与最大主压应力轴（σ1）之间的夹角称为剪裂角（θ）。•按照库仑（Coulomb）-纳维叶（Navier）和莫尔（Mohr）的剪切破裂准则，剪裂角：φ为内摩擦角。这就是说剪裂角总是小于45°，当内摩擦角很小、围压大温度高、岩石呈塑性时，剪裂角才趋近45°。2452019/12/20构造地质学—郝建民主讲47•从现有的高温高压岩石力学试验成果来看，剪裂角永远不能大于45°，然而野外地质现象却清晰地表明可以大于45°，这样就产生了矛盾。•李四光教授指出，“……在岩层具有塑性变形的条件下，在长期受压力的过程中，或在强烈压力作用下，对着压力方面的锐角有时变为钝角。”2019/12/20构造地质学—郝建民主讲48•对于剪裂角大小的变化，目前有两种主要看法：•一种观点认为剪裂角之所以可能变成大于45°的状况，主要是由于长期地质作用的结果，即脆性破裂后又经过了塑性变形的影响。•另一种观点认为野外实际的岩石多是非均质的，微裂隙遍布于各个方位。岩石受力后常常沿着微裂隙发育的优势面（即潜在的软弱面）发生断裂。•按照这种观点，最大主压应力方向与破裂面之间的夹角就不具有稳定的数值，而是随地质条件的不同带有相当大的偶然性。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲49•所以，根据剪裂面确定主应力轴：•三个主应力轴中的σ2是确定的；•σ1或σ3则需根据野外的切错、相对位移等关系来综合确定，不能简单以共轭节理所夹锐角或钝角来确定最大或最小主压应力方向。2019/12/20构造地质学—郝建民主讲50节理力学性质的转化一些早期形成的剪节理,在后期构造变形中会被改造或叠加,例如:早期在南北向挤压下形成一对共轭剪节理,后期在南北向顺时针剪切力的作用下,北东向一组剪节理被改造为北东向的张节理;若后期发生的是南北向逆时针剪切力,则早期的北西向