1、构造地质学(李忠权简约版个人整理)

1《构造地质学》-【李忠权版】构造地质学的研究意义答：理论意义通过对不同地域的中小型地质构造的变形特征研究,分析它们在空间上的相互关系以及形成时间上的演化关系,为大地构造的分析和研究提供坚实的基础,为最终探讨地壳构造演化、地壳运动规律、构造动力来源提供依据。实践意义与国民经济建设想相关，有利的方面，如矿产资源（能源资源），水资源，受一定的构造控制，大多数矿床都赋存于地质构造中，地质构造为有用元素的迁移、聚集提供了驱动力,又为成矿元素的聚集成矿提供了容矿空间。不利的方面，如地震活动，工程地质，环境地质，保护、改善利用环境地质，防止和减少地质灾害等都与构造地质密切相关。（1）研究地球形成和演化过程，认识自然科学规律，为人类生存服务；（2）解决矿产资源的分布和定位空间问题，为社会发展服务。（3）工程地质问题：构造的存在竟极大地影响岩石的强度，由此影响工程的基础，因此在土木工程施工时，必须详细对地质构造进行研究，举例说明。（4）水文地质：水的问题时人类面临的重大问题，而水资源的分布直接或间接受地质构造所控制（5）环境地质和灾害地质。地质构造：组成地壳的岩层和岩体在内、外动力地质作用下发生的形变、变位，从而形成诸如褶皱、节理、断层、劈理以及其他各种面状和线状构造等。构造地质学研究包括构造几何学、运动学、动力学以及构造演化历史的研究：a.构造几何学研究b.构造运动学研究c.构造动力学研究d.构造演化历史的研究。构造旋回：地壳运动在地质历史中的表现特征是无时不刻不在运动，并具普遍性和旋回性，从和缓地壳运动到剧烈地壳运动算作一个旋回，叫做构造旋回或构造运动期。构造层：一次构造旋回时间内受地壳运动的作用（包括沉积建造、构造变动、岩浆活动、变质作用等）而形成的综合地质体即为一套构造层。构造世代：主要是指不同旋回或构造幕中形成的构造顺序。在一个构造幕中形成的构造群为一个世代的构造。沉积岩层的原生构造：在沉积物堆积与成岩的过程中产生的构造。如：层理构造、层面构造、包卷构造、同生结核、生物遗迹、叠层石等。固结成岩之后形成的构造为次生构造。岩层：有两个平行或近于平行的界面所限制的、岩性基本一致的层状岩体。由沉积作用形成的岩层叫沉积岩层。按层厚度可分为：块状层h2m，厚层2mh0.5m，中层0.5mh0.1m，薄层0.1mh0.01m，微层h0.01m。层理：沉积物沉积时由于介质(如水、空气)的流动在层内形成的成层构造。组成要素：细层、层系、层系组。细层（纹层）：是组成层理的最小单位，厚度极小，常以毫米计。层系：由成分、结构、和产状上相同的许多细层组成。层系的上下界面之间的垂直距离为层系厚度。层系组：由两个或两个以上的相似层系组成的，是在同一环境的相似水动力条件下形成的。层理按形态，层理按形态分为平行层理、斜层理、波状层理。识别层理的标志为：岩石的成分、结构和颜色以及层间分界面：1.岩石成分变化2.岩石结构变化3.岩石颜色变化24.岩层原生层面构造沉积岩原生构造确定岩层顶底面的标志有：1.斜层理。判别特征：每组细层与层系上界面或岩层顶面成截交关系，而与层系下界面或岩层底面呈收敛变缓而相切的关系，弧形层理凹向顶面。2.粒序层理：又叫递变层理，其特点是：在一个单层内，从底到顶粒度由粗逐渐变细，如底部是砾石或粗砂质，向上可递变为细砂、粉砂、以至泥质。3.波痕4.泥裂5.雨痕、冰雹痕及其印模6.冲刷痕迹7.古生物化石的生长和埋藏状态原始倾斜：沉积岩形成时，由于地形起伏而造成的倾斜状态。（在大型沉积盆地中形成的沉积岩层，原始产状都是水平和近水平的，仅在盆地边缘、岛屿、水下隆起和火山锥周围出现一定程度的倾斜。)岩层的产状：指岩层面在三维空间中的方位，由走向与倾斜（包括倾向与倾角）来确定。1、面状构造的表示：象限角法：走向+倾向+倾角（N30E，45，SE）；方位角法：倾向倾角（4530）2、线状构造的产状及表示方法：倾伏向、倾伏角侧伏向、侧伏角。褶皱枢纽和一切线状构造的产状都可以用倾伏（倾伏角和倾伏方向）和侧伏（侧伏角和侧伏向）来表示。走向：岩层面与水平面相交的线叫走向线。走向线两端所指的方向即为岩层的走向。倾斜线：倾斜平面上与走向线相互垂直的直线倾向：倾斜线在水平面上的投影所指的、沿平面向下倾斜的方位。倾角：倾斜线与其在水平面上的投影线之间的夹角真倾角与视倾角的关系tan=tan*cos其中为真倾角、为视倾角、为真倾向与视倾向间的夹角。倾伏向：倾斜直线在水平面上的投影线所指示的该直线向下倾斜的方位倾伏角：倾斜直线与其水平投影线间所夹锐角侧伏角：倾斜直线与所在平面走向线间所夹锐角侧伏向：构成上述锐角的走向线的那一端的方位公式：线状构造的倾伏角、侧伏角及线状构造所在的构造面的倾角之间的关系为sin=sin*sin。水平岩层：同一层面上各点海拔高度都基本相同具有这种产状的岩层叫水平岩层。单斜岩层：如一个地区内的岩层向同一方向倾斜，倾角也大致相同则称为单斜层或单斜构造。岩层的厚度：岩层的两个平行界面之间的垂直距离。铅直厚度：岩层顶底面之间沿铅直方向的距离。影响倾斜岩层的出露宽度的因素主要有岩层的厚度和倾角、地面坡角、坡向与岩层的倾角、按照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：1)相反相同：地层倾向与地形坡度方向相反。地质界线与等高线弯曲方向相同，但曲率较小。2)相同相反：岩层倾向与地形坡度方向相同，倾角大于地形坡度。地质界线与等高线弯曲方向相反。3)相同相同：地层倾向与地形坡度方向相同，倾角小于地形坡度，地质界线与等高线弯曲方向相同，但曲率较大。应用条件：“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。32）“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。整合接触：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，其产状基本一致，它们是连续形成的，这种上下地层之间的接触关系为整合接触。不整合接触：上下地层之间的层序发生间断，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了的岩石被侵蚀的时期，地层之间的这种接触关系为不整合。（含平行不整合与角度不整合）不整合面：上、下两套地层之间的沉积间断面叫做不整合面。不整合线：不整合面在地面的出露线叫不整合线。二、不整合类型（一）平行不整合：也称为假整合，平行不整合表现为上、下两套地层的产状彼此平行，但在两套地层之间缺失了某些时代的地层，表明在这段时期发生过沉积间断，这两套地层之间的接触面—不整合就代表这个没有沉积的侵蚀时期。形成过程：下降沉积→上升、沉积间断、剥蚀→再下降再沉积；不整合面上有下伏岩层组成的底砾岩、古风化壳、古土壤层。（二）角度不整合特征：缺失部分地层，上下岩层产状不一致呈一定的角度相交，不整合面上有下伏岩层组成的底砾岩，古风化壳，古土壤层等。形成过程：下降沉积→褶皱上升（伴有断裂活动、岩浆活动，变质作用等）→沉积间断、遭受剥蚀→再下降再沉积。反映上覆地层沉积之前，曾发生过褶皱等重要的构造事件。（三）地理不整合（区域不整合），指局部为平行不整合接触，但大范围内却是角度不整合。（四）嵌入不整合不整合的研究意义：（1）研究地质发展历史；（2）鉴定地壳运动特征；（3）确定构造变形时期；（4）划分地层、构造单元；（5）了解古地理特征和古构造状态；（6）寻找沉积、热液性矿床和石油、天然气田。确定不整合的存在（重点）:1．地层古生物方面的标志：生物化石带的缺失和生物演化中出现的突然中断，可能说明存在不整合。2．沉积方面的标志：（1）存在底砾岩层：砾石为下伏地层的岩石。（2）上下地层在岩性和岩相上截然不同。3．构造方面的标志：角度不整合面上、下两套地层构造变形特征包括产状、构造线方向、类型、强度等常有不同。一般来说，角度不整合面以下的老地层总比上覆新地层受到的变形次数多，故构造要强烈且复杂些。4、岩浆活动和变质作用方面的标志：不整合面上、下两套地层及其构造是在不同时期的地壳运动中形成的。因此往往各自伴生不同时期和不同特点的岩浆活动和变质作用。确定不整合的形成时代（重点）①缺失地层的年代②下伏最新地层之后；上覆最老地层之前③侵入的岩浆时代之前；剥蚀的岩浆时代之后④被截切断层之后；贯穿上下两套地层的断层之前⑤古风化壳的年代注意二点：①取下覆最新时代为下限，两者之间相隔最近的时代为不整合形成时代；4②同一次构造运动周期不同地区有先有后，时间可长可短，缺失地层并不一致，这是褶皱幕的穿时代性的反映。③大范围内，可发生多次构造变动，形成多个角度不整合和平行不整合，在接近大陆的地方，几个不整合面往往逐渐归并为一个角度不整合，其向缺失地层很多，实际上是包含了多次地壳运动所经历的构造事情。④注意“缺”与“失”的关系，如我国华北O2/C2，是缺失O3、S、D、C1，还是原先有沉积，后来剥蚀掉即“失”去了。应力场：任一物体或岩体中的每一点都存在着一个与该点对应的瞬时应力状态，一系列瞬时的点应力状态组成的空间称为应力场。均匀应力场：应力场中各点的应力状态如果都相同，称为均匀应力场。非均匀应力场：如果各点的应力状态并不相同，从一点到另一点的应力状态存在着变化，则称为非均匀应力场。主应力：当外力作用方向与作用面垂直，则该作用面上只产生正应力而不产生剪应力。此作用面称主平面，主平面上的正应力称主应力。构造应力场：是指地壳一定范围内某一瞬时的应力状态。变形：物体受力作用后，其内部各点间相互位置发生改变，称为变形。岩石变形方式有五种：拉伸、挤压、剪切、弯曲和扭转，这五种变形归纳起来．可概括为两种变形类型：均匀变形和非均匀变形。线应变：即物体变形前后的相对伸长或缩短。泊松效应:单向拉伸或压缩下，既有平行于作用力方向的变形，又有垂直于作用力方向的变形，这种现象称为泊松效应。泊松比：一种材料的横向线应变与纵向应变之比的绝对值是一个常数。角剪应变：即原来互呈直交的两条直线，变形后所改变的角度值。主应变及主应变面：通过变形物体内任一点，总可以截取这样一个立方单元体，在其相互垂直的面上都只有线应变无剪应变，则称该三个相互垂直截面上的线应变为主应变。这三个平面称主应变面。应变主方向：三个主应变方向称应变主方向或主应变轴。岩石变形的三个阶段1、弹性变形：岩石在外力下发生变形，当外力取消后，又完全恢复到变形前的状态，这种变形称为弹性变形（OB）。弹性回跳现象：质点因位移吸收一定量的位能，外力解除后，这种位能使质点回到原来位置。2、塑性变形：当外力继续增加，变形继续增强，以致当应力超过岩石的弹性极限时，如将外力去掉，变形后岩石不能恢复到原来的形状，这种变形称为塑性变形（BD）。即发生了剩余变形或永久变形。3、断裂变形（脆性变形）：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，产生破裂面，失去连续完整性，这种变形称为断裂变形。对应D点的应力值σB叫强度极限。应力超过弹性极限后，变形进入塑性变形阶段。过B点曲线显著弯曲，到C点后曲线变成近水平(因载荷增加很少甚至没有增加变形也会显著增加，这种现象叫屈服或塑性流变)，过C点后，应力缓慢增加到D点达到最高值。对应C点的应力值σr叫屈服极限，对应D点的应力值σB叫强度极限。5强度：岩石在外力作用下抵抗破坏的能力。张裂：在外力作用下，当张应力达到或超过岩石抗张强度时，在垂直主张应力轴方向上产生的断裂。剪裂：在外力作用下，当剪应力达到或超过岩石抗剪强度时，产生的断裂。岩石发生共轭剪切破裂时,包含最大主应力s1象限的共轭剪切破裂面中间的夹角称为共轭剪切破裂角（2θ）。最大主应力轴s1作用方向与剪切破裂面的夹角称为剪裂角（θ）。共轭剪裂面的锐夹角的等分线对着主应力方向。影响剪裂角大小的因素：有岩石性质及岩石所处的温压条件。岩性方面：脆性→韧性，剪裂角由小变大（因为内摩擦角小，剪裂角就大）。随温度、围压的增加，剪裂角由小变大。应变椭球体：当物