1、第五章第五章 節理節理(Joint)(Joint)構造地質學構造地質學主要內容：主要內容： 1.1.節理的分類節理的分類 2.2.節理的分期與配套節理的分期與配套 3.3.不同地質背景上發育的節理不同地質背景上發育的節理 4.4.節理的野外觀測節理的野外觀測 5 5. 節理測量資料的整理節理測量資料的整理第五章第五章 節理節理一、節理的概念一、節理的概念v1. 1. 定義要點：無明顯位移的斷裂，成群定義要點：無明顯位移的斷裂，成群成組發育。成組發育。v2. 2. 研究節理的意義：研究節理的意義：工程地質方面工程地質方面水文地質方面水文地質方面油氣勘探方面油氣勘探方面熱液礦床形成熱液礦床形成構造

2、地質方面構造地質方面v3 3、主要類型：、主要類型：1)1)原生節理：原生節理：成巖過程中形成，如：泥裂、玄武成巖過程中形成，如：泥裂、玄武巖中的柱狀節理、侵入巖中的原生節理。巖中的柱狀節理、侵入巖中的原生節理。2)2)次生節理：次生節理：成巖后產生成巖后產生va.a. 構造節理：與構造變形有關，分布廣，影構造節理：與構造變形有關，分布廣，影響大，是本章討論的重點。響大，是本章討論的重點。vb. b. 非構造節理：如人工節理、溫差節理、卸非構造節理：如人工節理、溫差節理、卸載節理、分布窄，影響小。載節理、分布窄，影響小。原生解理北愛爾蘭熔巖柱節理構造節理構造節理燕山山脈砂巖內剪節理燕山山脈砂巖

3、內剪節理風化節理風化節理二、節理與有關構造的幾何關系分類二、節理與有關構造的幾何關系分類 v1. 1. 按節理與巖層產狀關系，分為四類：按節理與巖層產狀關系，分為四類：a) a) 走向節理走向節理b) b) 傾向節理傾向節理c) c) 斜向節理斜向節理d) d) 順層節理順層節理 v2.2.據節理走向與褶皺軸向的關系：據節理走向與褶皺軸向的關系：a) a) 縱節理縱節理b) b) 斜節理斜節理 c) c) 橫節理橫節理剪節理剪節理張節理張節理三節理的力學性質分類三節理的力學性質分類v1 1、剪節理：、剪節理：由剪應力產生的破裂面。由剪應力產生的破裂面。 2 2、剪節理的主要特征：、剪節理的主要

4、特征： 產狀穩定，沿走向和傾向延伸較遠，產狀穩定，沿走向和傾向延伸較遠，間距比較均勻，規模較大；間距比較均勻，規模較大； 節理面平直光滑，兩側巖相可有少量節理面平直光滑，兩側巖相可有少量相對位移，可見擦痕；相對位移，可見擦痕； 發育在礫巖中的發育在礫巖中的剪節理，一般會切穿剪節理，一般會切穿礫巖中的礫石；礫巖中的礫石；照片照片示意圖示意圖 常構成共軛常構成共軛X型節理系型節理系棋盤格構造；棋盤格構造；單組節理等間距出現單組節理等間距出現以上四點為關鍵點，其余作一般以上四點為關鍵點，其余作一般 主剪裂面由羽狀微裂面組成。主剪裂面由羽狀微裂面組成。 各剪節理尾端變化或連接形式有三種：各剪節理尾端變

5、化或連接形式有三種：折尾、菱形結環和分叉。折尾、菱形結環和分叉。3 3、共軛共軛剪剪節理角平分線與主應力方向節理角平分線與主應力方向在沒有遞進變形和后期構造疊加的情況下，在沒有遞進變形和后期構造疊加的情況下，節理銳角等分線指向最大主應力節理銳角等分線指向最大主應力1 1的方向的方向如果是韌性巖層，經過壓扁作用，節理發生如果是韌性巖層，經過壓扁作用，節理發生旋轉，銳角等分線可以變為鈍角等分線。旋轉，銳角等分線可以變為鈍角等分線。共軛剪切破裂角共軛剪切破裂角2q q =90=90o o- -f f 1在哪里？?壓扁作用：剪節理方位與夾角變化壓扁作用：剪節理方位與夾角變化壓扁作用：剪節理方位與夾角變

6、化壓扁作用：剪節理方位與夾角變化4 4、張節理、張節理：張應力產生的破裂面，垂直張應力產生的破裂面，垂直3 3方向。方向。5 5、張節理的主要特征：、張節理的主要特征： 產狀不穩定，延伸不遠，單條節理短而產狀不穩定，延伸不遠，單條節理短而曲折；曲折； 節理面粗糙不平，無擦痕；節理面粗糙不平，無擦痕； 多開口，常被礦脈充填，脈寬變化大，多開口，常被礦脈充填，脈寬變化大，脈壁不平直；脈壁不平直； 一般繞過礫巖；一般繞過礫巖；張節理繞過礫石和切過礫石示意圖張節理繞過礫石和切過礫石示意圖 有時呈不規則的樹枝狀，各種網絡狀，有時具有時呈不規則的樹枝狀，各種網絡狀，有時具有較規則的幾何形態，例如：有較規則

7、的幾何形態，例如：v追蹤共軛剪節理形成鋸齒狀張節理。追蹤共軛剪節理形成鋸齒狀張節理。v單列雁行張節理。單列雁行張節理。v共軛雁行張節理。共軛雁行張節理。v與底劈或上拱作用有關的張節理常成放射狀或與底劈或上拱作用有關的張節理常成放射狀或同心圓狀同心圓狀 張節理尾端變化或連接形式有樹叉狀、多張節理尾端變化或連接形式有樹叉狀、多級分叉、杏仁狀結環以及各種不規則形狀等；級分叉、杏仁狀結環以及各種不規則形狀等；6 6、剪節理與張節理的區別：、剪節理與張節理的區別：特特 征征 剪節理剪節理張節理張節理概概 念念巖石中受剪應力作用形成巖石中受剪應力作用形成張應力產生節理張應力產生節理產產 狀狀產狀穩定、延伸

8、遠產狀穩定、延伸遠產狀不穩定，延伸不遠產狀不穩定，延伸不遠形形 態態節理面較平整，面上有擦痕節理面較平整，面上有擦痕粗糙，無擦痕粗糙，無擦痕切穿切穿能力能力在含礫砂巖中，節理一般切礫砂，在含礫砂巖中，節理一般切礫砂，平整平整繞礫而過，個別切而粗糙繞礫而過，個別切而粗糙組合組合特征特征剪裂面一般由很多羽裂組成，典剪裂面一般由很多羽裂組成，典型剪節理常成共軛節理系，發育型剪節理常成共軛節理系，發育良好成菱形塊體，具等距性良好成菱形塊體，具等距性成不規則網狀，樹枝狀，如成不規則網狀，樹枝狀，如追蹤追蹤X X節理成鋸齒狀，有時成節理成鋸齒狀，有時成放射狀或同心環狀放射狀或同心環狀剖面剖面形態形態無脈充

9、填無脈充填無充填，呈楔狀，充填，呈無充填，呈楔狀，充填，呈脈梳狀脈梳狀尾端變尾端變化特征化特征呈折尾、菱形結環、分叉，這些呈折尾、菱形結環、分叉，這些現象總體呈共軛現象總體呈共軛呈樹枝分叉，杏仁結環狀，呈樹枝分叉，杏仁結環狀，不規則網狀等不規則網狀等v鑒別節理力學性質時鑒別節理力學性質時(p106)(p106)首先：首先：其次：其次：第三：第三：v1 1、一些早期形成的剪節理，在后期構造變形、一些早期形成的剪節理，在后期構造變形中會被改造或疊加，發生先剪后張或先張后中會被改造或疊加，發生先剪后張或先張后剪等節理性質的轉化。剪等節理性質的轉化。四一些復雜及特殊節理構造四一些復雜及特殊節理構造剪節

10、理剪節理 v西山灰巖中的共西山灰巖中的共軛剪節理軛剪節理 v先剪切后張開先剪切后張開 v左側為追蹤形成左側為追蹤形成的鋸齒狀張節理的鋸齒狀張節理節理力學性質轉化節理力學性質轉化 由于遞進變由于遞進變形和構造作用形和構造作用的轉化，節理的轉化，節理力學性質可以力學性質可以同時表現出張同時表現出張節理和剪節理節理和剪節理兩類節理的特兩類節理的特點。點。北京西山一條張剪性節理北京西山一條張剪性節理（據宋鴻林）（據宋鴻林） 節理力學性質轉化節理力學性質轉化v主干節理特征主干節理特征形態（平直），與派生節理的關系表明具有右旋形態（平直），與派生節理的關系表明具有右旋剪切性質剪切性質主干節理中石英纖晶延伸

11、方向與節理壁夾主干節理中石英纖晶延伸方向與節理壁夾5050 角，角，該方向為拉伸方向，說明其又具有拉張性質該方向為拉伸方向，說明其又具有拉張性質v派生節理特征派生節理特征石英纖晶在末端垂直于節理，在與主干節理匯合石英纖晶在末端垂直于節理，在與主干節理匯合部位與節理壁夾部位與節理壁夾6060 角角v結論：剪應力與張應力同時作用的產物結論：剪應力與張應力同時作用的產物利用應變橢球體分析派生節理利用應變橢球體分析派生節理和纖晶生長方向和纖晶生長方向2 2、雁行節理和雁列脈、雁行節理和雁列脈v雁列節理是一組呈雁行斜列的節理，這類雁列節理是一組呈雁行斜列的節理，這類節理被充填形成雁列脈節理被充填形成雁列

12、脈。雁列帶要素雁列帶要素 s雁列帶雁列帶 s雁列角雁列角 s雁列軸雁列軸s帶寬帶寬(AW)(AW)雁裂節理被充填形成雁列脈雁裂節理被充填形成雁列脈3 3、羽飾構造：、羽飾構造：發育在節理面上的羽毛狀精發育在節理面上的羽毛狀精細紋飾，是應力作用下形成的小型構造。細紋飾，是應力作用下形成的小型構造。4 4、縫合線構造、縫合線構造v細小尖峰狀縫合面組合，難溶組分聚集細小尖峰狀縫合面組合，難溶組分聚集v縫合線既有順層發育的，也有斜交層面發育的縫合線既有順層發育的，也有斜交層面發育的v斜交者多是在構造作用下先裂開，后經壓溶作用斜交者多是在構造作用下先裂開，后經壓溶作用形成形成5 5、節理脈的充填常常是一

13、個持續反復增生、節理脈的充填常常是一個持續反復增生的過程，先形成一個窄的裂縫，然后張開，的過程，先形成一個窄的裂縫，然后張開，張開的空間被結晶物質充填愈合。張開的空間被結晶物質充填愈合。 這種反復裂開與愈合的增生作用，稱為這種反復裂開與愈合的增生作用，稱為裂裂開開愈合作用。愈合作用。愈合時充填的愈合時充填的愈合物來自脈愈合物來自脈壁，是壓溶作壁，是壓溶作用所致，垂直用所致，垂直于脈壁，反向于脈壁，反向生長生長據據J.RamsayJ.Ramsay研究，瑞士溫德格來研究，瑞士溫德格來侖鮞狀壓巖中寬侖鮞狀壓巖中寬7.5mm7.5mm的脈，經的脈，經歷了歷了500500次以上的開合作用。次以上的開合作

14、用。主要內容：主要內容： 1.1.節理的分類節理的分類 2.2.節理的分期與配套節理的分期與配套 3.3.不同地質背景上發育的節理不同地質背景上發育的節理 4.4.節理的野外觀測節理的野外觀測 5 5. 節理測量資料的整理節理測量資料的整理第五章第五章 節理節理一、節理組和節理系的概念一、節理組和節理系的概念v1. 1. 節理組：節理組：在一次構造作用的統一應力場中在一次構造作用的統一應力場中形成，形成，產狀基本一致產狀基本一致，且，且力學性質相同力學性質相同的一的一群節理，稱之節理組。群節理，稱之節理組。v2. 2. 節理系：節理系：在一次構造在一次構造作用的統一應力場中形作用的統一應力場中

15、形成的兩個或兩個以上的成的兩個或兩個以上的節理組，稱之節理系。節理組，稱之節理系。如：如：X X型共軛節理系、放型共軛節理系、放射狀或同心狀節理系。射狀或同心狀節理系。二、節理的分期二、節理的分期v1. 1. 分期概念：分期概念：區分不同時期形成的節理的先區分不同時期形成的節理的先后關系。后關系。目的：了解節理發育的一般規律，恢復節目的：了解節理發育的一般規律，恢復節理發育時期的古構造應力場。理發育時期的古構造應力場。依據：節理的相互交切關系，以及與相關依據：節理的相互交切關系，以及與相關地質體的交切關系。地質體的交切關系。v2. 2. 依據節理組交切依據節理組交切關系進行分期：關系進行分期：

16、 錯開關系：被錯開關系：被錯者先錯者先. .v注意：注意：有對應有對應的錯開點。的錯開點。 限制：被限者晚。限制：被限者晚。v注意：注意：無對應的錯無對應的錯開點。開點。 互切：同期。互切：同期。 追蹤、利追蹤、利用和改造：用和改造：被追蹤、利被追蹤、利用和改造者用和改造者早。早。v3. 3. 借助相關地質體判別節理形成順序借助相關地質體判別節理形成順序三、節理的配套三、節理的配套 v1. 1. 概念：概念：把一定構造時期統一應力場中把一定構造時期統一應力場中形成的節理組合成一定的節理組和節理系。形成的節理組合成一定的節理組和節理系。作用：作用：利用節理組系與主應力方位的關利用節理組系與主應力

17、方位的關系來確定和恢復局部或區域的古構造應系來確定和恢復局部或區域的古構造應力場。力場。v2. 2. 利用節理的共軛組合關系進行配套：利用節理的共軛組合關系進行配套：a a）利用節理的相互切錯關系確定其共軛關）利用節理的相互切錯關系確定其共軛關系系b b）利用剪切滑動關系）利用剪切滑動關系v3. 3. 根據總體地質特征進行配套根據總體地質特征進行配套原理：發育特征顯著不同的節理屬于不原理：發育特征顯著不同的節理屬于不同的套。同的套。例如教材中：衡陽盆地中的兩群節理例如教材中：衡陽盆地中的兩群節理(自自學學)。 v4. 4. 在節理的分期與配套中應注意的事在節理的分期與配套中應注意的事項：項：

18、1 1）應該而且必須同時進行）應該而且必須同時進行 2)2)不僅要依據節理相互之間的關系及其本不僅要依據節理相互之間的關系及其本身的特征。而且應結合地質背景，結合節身的特征。而且應結合地質背景，結合節理所在的構造和有關的地質體進行；理所在的構造和有關的地質體進行； 3)3)主要在野外進行，有時統計分析的結果主要在野外進行，有時統計分析的結果還需再帶到野外進行檢驗還需再帶到野外進行檢驗v復習：復習：1 1、剪節理和張節理的特征、剪節理和張節理的特征2 2、節理的分期：錯開、限制、互、節理的分期：錯開、限制、互切；借助其它地質體切；借助其它地質體12312314123123主要內容：主要內容： 1

19、.1.節理的分類節理的分類 2.2.節理的分期與配套節理的分期與配套 3.3.不同地質背景上發育的節理不同地質背景上發育的節理 4.4.節理的野外觀測節理的野外觀測 5 5. 節理測量資料的整理節理測量資料的整理第五章第五章 節理節理v構造節理構造節理是區域構造運動的產物是區域構造運動的產物, ,它與它與構造運動中形成的褶皺、斷層和區域構造運動中形成的褶皺、斷層和區域構造在幾何特征、形成作用和發展演構造在幾何特征、形成作用和發展演化上都具有密切關系。化上都具有密切關系。v1.1.與褶皺構造有關的配套節理與褶皺構造有關的配套節理1)1)平面共軛剪節理系平面共軛剪節理系vA A、早期平面共軛剪節理

20、系、早期平面共軛剪節理系vB B、晚期平面共軛剪節理系、晚期平面共軛剪節理系2)2)剖面共軛剪解理系剖面共軛剪解理系vA A、早期剖面共軛剪節理系、早期剖面共軛剪節理系vB B、晚期剖面共軛剪節理系、晚期剖面共軛剪節理系3)3)橫張節理橫張節理vA A、早期橫張節理、早期橫張節理vB B、晚期橫張節理、晚期橫張節理4)4)縱張節理縱張節理( (一般形成于褶皺晚期一般形成于褶皺晚期) )v5)5)穹隆上發育的節理穹隆上發育的節理( (橫彎褶皺橫彎褶皺) )節理最容易在褶皺的什么部位生成？節理最容易在褶皺的什么部位生成？v2.2.與斷層有關的配套節理與斷層有關的配套節理1.1.羽狀張節理：羽狀張節

21、理： v3 3的張節理，與斷層面的銳夾角指的張節理，與斷層面的銳夾角指向本盤運動方向向本盤運動方向2.2.伴生剪節理：伴生剪節理：v二組二組“X”X”型共軛節理，一組平行斷層面，型共軛節理，一組平行斷層面，其銳角平分線指向其銳角平分線指向1 1。3 3派生節理派生節理斷層及其派生節理和小褶皺示意圖 F F主斷層；主斷層；S S1 1、S S2 2剪節理；剪節理；T T張節理；張節理；D D小褶皺軸面小褶皺軸面( (右下為右下為應變橢球體應變橢球體) )A A最大應變最大應變( (拉伸拉伸) )軸軸C C最小應變最小應變( (壓縮壓縮) )軸軸v3.3.與區域構造有關的節理與區域構造有關的節理

22、在地表廣大地區有規律性展布，與局部的褶在地表廣大地區有規律性展布，與局部的褶皺和斷層沒有成因聯系的節理皺和斷層沒有成因聯系的節理-區域性節理。區域性節理。主主要見于地臺上。要見于地臺上。 特點：特點：v1)1)發育范圍廣，產狀穩定；發育范圍廣，產狀穩定；v2)2)規模大，間距寬，延伸長，切穿不同巖層規模大，間距寬，延伸長，切穿不同巖層v3)3)常構成一定的幾何形式。常構成一定的幾何形式。主節理：主節理：規模明顯大于該區節理平均規模的節理規模明顯大于該區節理平均規模的節理 延伸長，常以較穩定產狀切穿不同巖層或局部構造，延伸長，常以較穩定產狀切穿不同巖層或局部構造，在各類節理中占主導地位。區域構造

23、活動的產物在各類節理中占主導地位。區域構造活動的產物v系統性節理系統性節理規律性反映與構造的成生聯系規律性反映與構造的成生聯系v非系統性節理非系統性節理非構造或構造成因非構造或構造成因節理向地殼深部逐漸消失，估計能達到節理向地殼深部逐漸消失，估計能達到15km15km。卸載節理卸載節理“釋重節理釋重節理”或或“釋負荷節理釋負荷節理”。v4 4、節理在分析區域構造中的作用和問題、節理在分析區域構造中的作用和問題1. 1. 作用：作用：理論上，節理是構造應力作用的結果，與理論上，節理是構造應力作用的結果，與區域構造應力場有一定的聯系，因此可以從中獲取區域構造應力場有一定的聯系，因此可以從中獲取區域

24、構造應力場的信息。區域構造應力場的信息。2. 2. 問題：問題：v1 1）節理的形成時期不易確定；）節理的形成時期不易確定；v2 2）兩側巖石的位移很小，不易判別運動方向；）兩側巖石的位移很小，不易判別運動方向；v3 3）非構造節理的干擾；）非構造節理的干擾；v4 4）多期構造的疊加。）多期構造的疊加。v因此：因此：節理在分析應力場時存在許多困難。節理在分析應力場時存在許多困難。v5.5.節理的密度節理的密度( (頻率頻率) )：節理法線方向上單位：節理法線方向上單位長度內的節理的條數長度內的節理的條數( (條條/ /米米) )。反映節理發。反映節理發育程度的一個重要指標育程度的一個重要指標1

25、)1)與巖石性質的關系：脆性巖層密度大與巖石性質的關系：脆性巖層密度大2)2)與巖層厚度的關系：巖性相同時，與巖與巖層厚度的關系：巖性相同時，與巖層厚度成反比層厚度成反比3)3)與構造應力的關系：與構造應力成正比與構造應力的關系：與構造應力成正比主要內容：主要內容： 1.1.節理的分類節理的分類 2.2.節理的分期與配套節理的分期與配套 3.3.不同地質背景上發育的節理不同地質背景上發育的節理 4.4.節理的野外觀測節理的野外觀測 5 5. 節理測量資料的整理節理測量資料的整理第五章第五章 節理節理v1.1.選點基本原則：代表性。選點基本原則：代表性。v2.2.具體要點：具體要點：1)1)露頭

26、良好露頭良好( (大于大于1010平米、最好能作三維平米、最好能作三維空間觀測空間觀測) )；2)2)巖層產狀穩定；巖層產狀穩定；3)3)節理相互關系比較明確；節理相互關系比較明確；4)4)觀測點應選在構造重要部位觀測點應選在構造重要部位。v3. 3. 主要觀測內容主要觀測內容1)1)了解觀測點地質背景，區分構造節理了解觀測點地質背景，區分構造節理和非構造節理；和非構造節理；2)2)組、系劃分，成因判別；組、系劃分，成因判別；3)3)對節理進行分期和配套；對節理進行分期和配套；4)4)節理發育程度的研究：產狀，長度，節理發育程度的研究：產狀，長度，平均寬度，密度；平均寬度，密度；5)5)組合形

27、式的觀測組合形式的觀測6)6)充填物和充填程度觀察。充填物和充填程度觀察。7)7)含礦性觀察含礦性觀察v4 .4 .節理觀測的記錄節理觀測的記錄 位置、地層層位及巖性、構造部位、產狀、組位置、地層層位及巖性、構造部位、產狀、組系、分期配套、密度、充填物等系、分期配套、密度、充填物等點號點號位置位置地層時代、地層時代、層位和巖性層位和巖性巖層產狀巖層產狀構造部位構造部位節理節理產狀產狀節理組系節理組系力學性質力學性質節理分節理分期配套期配套節理節理密度密度節理面特節理面特征及充填征及充填備備注注主要內容：主要內容： 1.1.節理的分類節理的分類 2.2.節理的分期與配套節理的分期與配套 3.3.不同地質背景上發育的節理不同地質背景上發育的節理 4.4.節理的野外觀測節理的野外觀測 5 5. 節理測量資料的整理節理測量資料的整理第五章第五章 節理節理v對節理資料進行統計分析，以查明節理發育對節理資料進行統計分析，以查明節理發育的規律和特點及其與該區有關構造的關系。的規律和特點及其與該區有關構造的關系。一般采用圖表方式一般采用圖表方式: :1)1)節理玫瑰花圖節理玫瑰花圖va a、走向玫瑰花圖、走向玫瑰花圖vb b、傾向玫瑰花圖、傾向玫瑰花圖vc c、傾角玫瑰花圖、傾角玫瑰花圖2)2)節理極點圖節理極點圖3)3)節理等密圖節理等密圖一、基本節理圖一