岩层产状

第二章岩层产状和地层接触关系第一节岩层产状第二节岩层厚度第三节地层接触关系第四节潜山和披覆构造第一节岩层产状一、岩层和层理岩层是指两个层面限制的岩性相同，时代一致的层状地质体。层面由短暂的沉积间断所形成。地层是指同一地质历史时期形成的各种岩层的总和。地层具有时代概念。岩层是地层的最小单位。层理是岩石性质(颜色、成分、结构)沿垂直方向变化而形成的层状构造。是一种原生构造，在沉积过程中形成。二、海侵层位与海退层位沉积后岩层的原始产状一般总是近于水平的。由于古地形的影响，岩层厚度常向地形高起的方向变薄以至尖灭，层面也出现不同程度的倾斜，这种倾斜叫原始倾斜。大陆相对变低，海水向大陆侵进，淹没了一部分原来的陆地，使沉积范围扩大，称为海侵。反之为海退。据沉积分异原理，靠岸为粗粒沉积物，向海沉积物颗粒变细。海侵层位在垂向剖面中表现出由下向上沉积物颗粒由粗变细，所反映的沉积环境由浅水到深水，由氧化到还原。海退层位与此相反。海侵层位，在地质图上表现为新地层的地质界线超过老地层，并盖于其上，形成超覆不整合。海退层位在地质图上表现为新地层分布的面积比老地层小。同一沉积岩层，由于所处的地理位置、物源供应和沉积环境的不同，常在横向上出现岩性变化，这种现象称为横向变化。相反，岩性相同的岩层，也可能不是同一岩层，可能是许多岩层的综合体，包括了相当长的时代，此现象称为穿时现象。三、水平岩层的特征同一层面具有相同海拔高度的岩层称为水平岩层。其有如下特征：1、新岩层一定位于老岩层之上。2、岩层面与地表的交线(岩层界线)在地质图上与地形等高线平行或重合而不相交。3、水平岩层的厚度是上层面与下层面之间的高差。在地形地质图上，可根据上下层面的标高之差求得其厚度。4、同一水平岩层在地质图上不同地段所表现出的宽度(露头宽度)是不同的。其受地形的控制。四、倾斜岩层及产状要素根据沉积补偿原理，沉积岩层的原始产状是水平的。当其受构造运动的影响，层面与现今的水平面有了一定的交角，便成为倾斜岩层。倾斜岩层是一种最常见、较为简单的构造形态。往往是某种构造形态的一部分，如褶曲的一翼，断层的一盘。地质体在地壳中的产出状态(空间位置)称为地质体的产状。确定倾斜岩层的产出状态，需要三个要素，即走向，倾向和倾角，统称为产状三要素。因为走向和倾向相差900故在实际工作中，通常只用倾向和倾角表示岩层的产状。真倾角与视倾角的关系在实际工作中，由于地形等条件的限制，常见不到岩层的层面，所见到的只是层面与陡壁的交线，此陡壁常与岩层，走向线不垂直。这种情况下，只能测得岩层的视倾向和视倾角。可利用公式或几何作图法进行真倾角与视倾角之间的换算。视倾角总是小于真倾角。tanβ=tanα.cosω在不太大的范围内，岩层产状没有变化时，可把层面看成平面，而起伏变化的地表是一个曲面。岩层露头线(岩层界线)是平面与一个曲而的交线。水平岩层的露头线在地质图上与地形等高线平行或重合，不相交。倾斜岩层的露头线形状既随岩层产状而变化，又受地形的影响。常表现出有规律的“V”字形态，称“V”字形法则。依倾斜岩层产状与地面坡向坡度的关系，“V”字形法则包含三种情况：“V”字形法则也适用于其它比较平整的地质界面。如断层面，不整合面等。使用“V，／字形法则时，要注意两点。1、倾斜岩层的走向与沟谷延伸方向平行时，不符合“V”字形法则。2、“V”字形法则对于填绘和阅读分析大比例尺地质图有指导意义。在中小比例尺地质图上，其反映不明显。岩层的露头宽度取决于岩层的厚度、地形坡度和岩层倾角三者之间的相互关系。第二节岩层厚度岩层的厚度有四种真厚度是指岩层顶面和底面之间的垂直距离。铅直厚度是指岩层顶面和底面之间的铅直距离。产状不变的同一岩层在各处的垂直厚度都相等。倾斜岩层的铅直厚度永远大于真厚度。视厚度指在不垂面直于岩层走向的剖面上，岩层的顶面和底面分别与剖面相交，这两条交线之间的垂直距离。视厚度随剖面的方向改变而改变。视厚度的最小值等于真厚度，最大值等于垂直厚度。真厚度、铅直厚度和视厚度三者之间可以进行换算。残余厚度指岩层遭受剥蚀后，残留部分的厚度。其必然与剥蚀而相联系。真厚度、铅直厚度和视厚度h—真厚度H—铅直厚度h′—视厚度α—岩层真倾角β—岩层视倾角第三节地层接触关系地层的接触关系多种多样，但是，总起来说，不外整合和不整合两种基本类型。上下地层在沉积层序上没有间断，岩性或所含化石都是一致的或递变的，它们的产状也基本平行，即它们是连续沉积的，这种上下地层之间的接触关系，称为整合接触。上下地层间的层序如果有了间断，即先后沉积的地层之间缺失了一部分地层(这种沉积间断的时期可能代表没有沉积作用的时期，也可能代表以前沉积的岩石被侵蚀的时期)，地层之间这种接触关系称为不整合。上下地层间的沉积间断面叫不整合面。不整合面在地面的出露线叫不整合线。根据不整合面上下地层的产状及所反映的地壳运动特征，不整合可分为平行不整合和角度不整合两种主要类型。平行不整合是指不整合面上下岩层产状一致的不整合，也称假整合，由地壳的升降运动所造成。角度不整合是指不整合面上下岩层产状不一致的不整合，所反映的构造运动为褶皱运动。平行不整合示意图角度不整合示意图除平行不整合与角度不整合外，还有嵌入不整合、超覆不整合以及非整合等。嵌入不整合是由于不整合面的凹凸不平，致使不整合面与上下地层均呈截交关系，其包括平行嵌入不整合和斜交嵌入不整合。超覆不整合又叫海侵不整合或地理不整合，是由于水侵作用，在海(湖)盆地的边缘地带，使越来越新的地层直接覆于剥蚀面之上而形成的新老地层之间的接触关系。其在近岸处表现为角度不整合，向盆地内部常常为平行不整合或整合接触所代替。非整合指沉积岩与变质岩或岩浆岩体之间的不整合，也称异岩不整合。沉积岩与岩浆岩体的接触关系包括侵入接触和沉积接触两种。异岩不整合几种埋藏地形示意图角度不整合在平面图上和剖面图上的表现地质图地质图不整合的表现上图－地质图；下图－沿A-B线的剖面图角度不整合在地质图上的表现AB第四节潜山和披覆构造潜山的早期含义是指被新地层覆盖埋藏的基岩古地貌(古地形)山头。在油田上现在所指的潜山比上述概念有所扩大，不仅指古地貌潜山，而且还包括古剥蚀面被构造运动改造而形成并长期生长的古潜山。潜山披覆构造是由不整合面(古剥蚀面)所分割的两大部分构造组成，即剥蚀面以下是老岩层、岩体组成的(古)潜山核部，剥蚀面以上是较新地层组成的披覆构造。潜山披覆构造示意图披覆构造通常是顶薄的穹窿构造，而且为局部隆起无相应的向斜，在深部该构造显著，其两翼有原始倾斜或地层尖灭。潜山的分类按地层按岩性按构造1.断块潜山－断层活动控制着潜山核部的增长幅度。根据基岩断块体与断层的组合特征，又可进一步分为三类：(1)单断式潜山(2)断阶式潜山(3)地垒式潜山2.褶皱潜山－由较老的地层形成的褶皱构造内幕被新地层埋藏的潜山。3.残山－地史中的古地貌山。任丘单断式古潜山(据华北油田)南孟断阶式古潜山(据华北油田)渤海白臼坨地垒式古潜山褶皱潜山剖面图八里庄潜山构造图(上)和剖面图(下)第三章岩石变形分析的力学基础第一节应力分析第二节变形分析第三节影响岩石力学性质和岩石变形的因素第四节构造应力场第一节应力分析内力是同一物体内部各部分之间的作用力。在未受外力作用时，物体内部各质点相互之间的引力和斥力达到平衡时的力，使物体保持一定的形状，这种力称为固有内力。当物体受一定外力作用时，其内力的改变量称为附加内力。其作用是为了阻止物体继续变形并力图恢复原来形状。当物体的附加内力超过一不限度时，就会发生形变以致破裂。为了讨论方便，规定：物体不受外力作用时，其内力等于零；物体受外力作用时，其附加内力简称内力。内力和外力都是向量，对受力物体来说，他们大小相等，方向相反，且作用在同一条作用线上。应力是为表示内力的强度而引入的概念，通常把单位面积上的内力称为应力。应力是向量。当应力方向倾斜于它的作用面时，总应力可以分解为两个分应力，与作用面垂直的分应力称为正（直）应力（σ）、与作用面平行的分应力称为扭（剪）应力（τ）。如果一个截面上只有正应力而无扭应力作用，则该截面称为主平面，该正应力称为主应力。当正应力的方向是向着作用面的称为压应力，用正值表示。当正应力的方向是离开作用面的称为张应力，用负值表示。扭应力的方向是与作用面平行的，以使物体有顺时针转动趋势者为负，有逆时针转动趋势者为正。应该注意应力符号规则与向量符号规则不同，应力的正负号与其截面外法线方向有关，而向量的正负号却以坐标轴方向为准。受力物体内一点的应力情况可以用6个独立的应力分量σx、σy、σz、τxy、τyz、τzx来表示，也可以用三个主应力σ1、σ2、σ3来表示。物体受力后，内部各个截面上将产生有规律分布的应力，物体所处的这种力学状态即所谓应力状态。在平面应力状态下，若已知两个主应力则为平面主应力状态。根据平面应力状态公式可以求得任一截面上的应力值、主应力极值和扭应力极值以及其作用面方向。2sin22cos222121212121在平面应力状态下，若已知扭应力且正应力为零则为平面纯扭应力状态。根据平面应力状态公式可以求得任一截面上的应力值、主应力极值和扭应力极值以及其作用面方向。2cos2sin在平面应力状态下，若已知相互垂直的两个截面上的正应力和扭应力则为平面一般应力状态。根据平面应力状态公式可以求得任一截面上的应力值、主应力极值和扭应力极值以及其作用面方向。2cos2sin)2(2sin2cos)2()2(xyyxxyyxyx2sin22cos222121212sin22cos22212121221222122平面主应力状态公式整理公式两式分别平方后相加得圆方程0,221221圆心半径莫尔应力圆是计算一点应力状态的几何作图方法，其横坐标表示正应力，纵坐标表示扭应力。已知一点的平面应力状态，可画出一个莫尔应力园，此圆上的每一个点表示一个对应截面上的应力值。平面主应力莫尔圆的画法是，在横坐标轴（σ）轴上找到两个主应力值对应的点。此两点间的连线即是莫尔圆的直径。画平面纯扭应力莫尔圆时，先在纵坐标轴（τ）轴上找到纯扭应力值对应的点，以此点与坐标原心的连线为半径，坐标原点为圆心画圆，即得莫尔圆。画平面一般应力莫尔圆时，在σ－τ坐标系中找到两个相互垂直截面上的应力值所对应的两个点，一个点在横轴的上方，另一个点在下方，此两点的连线就是莫尔圆的直径。应用莫尔应力圆时要注意两点：1、σ一τ坐标系两坐标轴的单位要一致。2、两个主平面的外法线是相互垂直的，即相差90度。但此两平面在莫尔圆上对应的两个点到构成180度的圆心角。因此，若已知受力物体内两截面的外法线相差α角，并已知其中一个截面在莫尔圆上的对应点求另一截面的对应点时，应按相同的旋转方向转动2α的圆心角。.第二节应变分析物体受到力的作用后，其内部各点间相互位置发生改变，称为变形。物体变形的程度用应变来量度，即以其相对变形来量度。谈论某时刻的应变状态是指物体在该时刻的形态与某一早先的形态（一般指初始的、未变形的形态）之间的差别。应变符号法则与应力不同，压应变为负，张应变为正，直角变为钝角的扭应变为负，直角变为锐角的扭应变为正。应变分两种方式。线应变（也称正应变），即物体变形前后的相对伸长或缩短，单位长度的伸长量称为张应变，单位长度的缩短量称为压应变。扭应变，即原来互呈直交的两条直线，变形后所改变的角度值。在弹性变形范围内，一种材料的横向线应变与纵向线应变之比的绝对值为一常数，称泊松比。材料具有泊松比这一性质，表明在单向拉伸或压缩条件下，既有平行于作用力方向的变形，又有垂直于作用力方向上的变形，这种现象叫做泊松效应。当物体发生均匀变形时，内部质点的相对位置将发生变化。设想物体变形前其内