1、緒論目的：使學生明確地質構造的概念、構造地質學的研究內容、方法和研究意義重點：對地質構造、原生構造、次生構造概念的理解難點：真正理解地質構造的含義內容：一、構造地質學研究的對象及內容構造地質學的研究對象是地殼中的各種地質構造現象1、地質構造分為原生構造和次生的構造。原生構造,是指沉積物或巖漿在成巖過程形成的構造,如沉積巖中的斜層理、波痕、泥裂等和巖漿巖中的流動構造、原生節理等。而次生構造,是指巖層或巖體形成之后,在力的作用下形成的構造,如褶皺、節理和斷層等。構造地質學側重于研究巖層或巖體在內動力地質作用下形成的次生構造。但是對原生構造也必須涉及,因為原生構造通常可以反映出次生構造形成時的地質背

2、景,某些原生構造又是識別次生構造的形態、產狀及其變形特征的重要標志。2、地質構造的規模有大有小：大至巖石圈內部的結構和巨大構造單元,如造山帶和盆地的形成和發展;小至巖石內部的組構特征,構造地質學主要研究中小型的地質構造,大地構造學和顯微構造學將在后續課程中介紹。3、構造地質學主要的研究內容包括三個方面:(1)巖石圈內各種變形的幾何形態、組合特征分布規律;(2)分析構造形成的地質構造背景、力學條件和運動學、動力學機制;(3)研究構造的形成序列及疊復演化的歷史。二、構造地質學的研究方法和手段1、巖石圈內的各種地質構造是在漫長的地質歷史過程中由構造運動形成的。目前,在野外見到的地質構造是構造運動作用

3、的結果,人們無法直接觀察它們形成的過程,也很難在實驗室中再造。因此,人們只能通過野外地質調查,研究巖石變形,分析構造力作用的方式,探討變形過程特點及其反映構造運動的性質。構造地質學的這種研究方法稱為“反序法”。2、野外地質調查和地質填圖是研究地質構造的重要手段之一。地質構造是三維空間的地質實體,將野外觀測到的各種地質現象用一定比例尺反映在平面圖和剖面圖上,這對于分析構造的幾何形態是十分重要的。在地質制圖過程中要充分利用航片、衛片及地球物理資料,不僅彌補了地表觀察的局限,而且獲取了深部構造的信息。3、變形模擬實驗是構造研究重要手段,也是構造研究中進展比較顯著的一個領域。透射電鏡、電子計算機及高溫

4、、高壓設備的引入,構造模擬以從定性的物理模似到定量的數學模擬;從宏觀的巖石礦物的實驗到微觀的模擬礦物變形實驗;從常溫、常壓條件下的實驗到高溫、高壓條件下的實驗。這些模擬手段的更新不但使構造研究深入到超微觀的晶體變形中,而且對不同層次構造的形成條件和形成機制提供科學的依據。4、在對野外觀測、收集資料進行綜合整理和變形模擬實驗的基礎上,要對地質構造進行全面的綜合分析,以便取得對地質構造的幾何學特征、變形史和變形機制方面的理論認識。把取得的理性認識,再應用到生產實踐中,不斷地修正、補充,進一步完善,從而達到對地質構造規律性認識的不斷深化。三、構造地質學的研究意義構造地質學的研究意義,可以歸納為理論意

5、義和生產實踐意義。1、 理論意義,主要通過野外地質調查收集地質構造資料,闡明地質構造空間分布特征的時間發展規律,探討構造運動的動力起源問題。2、 實際意義在于運用地質構造的客觀規律,解決礦產分布、水文地質、工程地質及地震地質等方面的有關問題。（1）實踐證明,地殼中的礦產分布是受一定地質構造控制的,如內生金屬礦床的形成與構造有密切關系。地質構造的存在,為礦液的運移和充填創造了有利條件。地質構造也是沉積礦產形成的重要條件,如石油和天然氣礦田,除具備生油氣地層外,還須一定的儲油氣的構造。一般有利儲油氣構造是背斜頂部,或是封閉良好的斷層內。（2）地下水的運移和賦集與地質構造有著密切關系,地下水或地下熱

6、水往往賦存在向斜構造或斷裂帶內。（3）工程建筑,要研究地基的穩定性,除分析巖石的力學性質外,地質構造是影響地基穩定性的主要因素。（4）地震是地殼現代活動的表現。地震發生的位置,往往是斷裂帶活動的部位。大地震多數發生在區域性斷裂帶內,屬于構造地震。因此,進行地震預測,減少地震災害,離不開對現今活動構造帶的研究。第一章地質體的產狀及接觸關系目的：1、掌握各種地質體產狀的描述及表示方法；2、掌握各種接觸關系的特征及鑒別標志重點：1、線狀構造和面狀構造的表示方法；2、“V”字型法則；3、接觸關系難點：“V”字型法則內容：第一節地質體及地質體的產狀（略講）一、地質體的概念地質體是指人們觀察和研究的任何體

7、積的天然巖石體。地質體的規模有大有小，它可以是一個大型的大地構造單元，如大洋或大陸板塊、復式褶皺山系、巨大巖基、巖盆等，也可以是具有填圖尺度的一個具體的褶皺、斷層、巖體。就地質體的成因而言，它可以是沉積巖層，還可以是巖漿巖體，甚至可以是經歷了多次變形和變質作用的變質雜巖體。地質體在組成上和構造上應有一定的獨特性，它們的邊界具有一定的天然界面，這種區劃天然地質體的界面，稱為地質面。二、地質體的類型1、根據地質體的地質成因可將地質體劃分為沉積的、巖漿的和變形變質的三種類型。前二者又稱為原生地質體，后者是沉積的或巖漿的地質體經變形變質作用改造而成的，故稱次生地質體。2、根據地質體的變形情況可將地質體

8、劃分為變形地質體和未變形地質體兩種類型。3、根據地質體的形狀、內部結構和產狀可將地質體劃分為層狀、塊狀和脈狀三種類型。層狀地質體一般又可劃分原生成層構造和次生成層構造兩類，前者是指原生沉積巖中的層理，后者是指次生的變質巖中的構造面理。塊狀地質體在地殼中多呈等軸狀，如花崗巖體或變質混合雜巖等。脈狀地質體總體形態呈板狀，但其內部結構不具有層狀地質體那樣的成層性。根據以上地質體的分類原則，將地質體分類如下表(表1-1)。三、地質體的產狀(一)面狀構造的產狀及表示方法1產狀要素的概念面狀構造的產狀是用產狀要素來表示的。產狀要素包括走向、傾向和傾角。走向：某一傾斜構造面和任一水平面的交線稱為走向線，走向

9、線所指的地理方位角，稱為走向。傾向：在構造面上，沿傾斜面引出垂直走向線的直線，稱傾斜線，傾斜線在水平面上的投影線向下傾斜一端的方位角，稱為傾向。傾角：構造面上的傾斜線與其在水平面上投影線之間的夾角，稱傾角或真傾角。2、視傾向的概念在傾斜的構造面上，斜交走向線所引的任一直線均為視傾斜線，其在水平面上投影線所指的傾斜方位，稱視傾向或假傾向。視傾斜線與其水平投影線的夾角，稱視傾角或假傾角。視傾角永遠小于真傾角，二者的換算可由下列公式表示：tg=tg·cos式中：為視傾角，為真傾角，為傾斜面的傾向線和視傾向線之間的夾角。3、面狀構造產狀的表示方法面狀構造產狀的表示方法有數字法和圖示法兩種。數

10、字表示又有象限角和方位角兩種表示。象限角表示：以北或南(0°)為準，記走向、傾角和傾斜象限，如N45°W,30°NE，即走向北偏西45°，傾角30°，向北東傾斜。方位角表示：只記傾向和傾角，如45°30°表示構造面的傾向是北東45，傾角是30°。用符號表示產狀要素一般是在繪制地質圖時表示面狀構造的產狀。不同性質的面狀構造所采用的符號是不同的，今后在分析地質圖時可逐步了解。(二)線狀構造的產狀及表示方法線狀構造的產狀要素一般用傾伏或側伏來表示。傾伏產狀是在直立面上測量的，它包括傾伏向和傾伏角兩個要素：傾伏向是指構造線

11、在水平面上的投影線向下傾伏一端的方位。傾伏角是指構造線與其水平面上投影線之間的夾角。傾伏產狀用數字表示，如20°,N30°W，是指傾伏向北偏西30°，傾伏角為20°。側伏產狀是線在所在的構造面上測量的，它包括側伏向和側伏角兩個要素。側伏向是指構造線與所在構造面走向線之間所夾銳角一端的方位。側伏角是構造線和所在面走向所夾的銳角。側伏產狀用數字表示，如20°S，是指線在面上的側伏角為20°，側伏向南。第二節層狀地質體的產狀及其露頭界線層狀地質體是構成表層地殼的主要組成部分，而沉積巖又是層狀地質體中成層構造發育最好、分布最廣的地質體，因此，

12、我們以沉積巖為代表來討論層狀地質體的產狀及露頭界線。沉積巖層的產狀有水平、直立和傾斜的三種。一、水平巖層(一)巖層原始產狀沉積巖層和火山巖層，由于發育不同程度的層理構造，可以反應沉積物在沉積過程中的構造環境。把那些還保持著沉積作用時形成的巖層產狀叫原始產狀。原始產狀多呈水平或近水平的，只有在沉積盆地邊緣、島嶼周圍、水下隆起或火山錐附近等局部地區，才會出現原始傾斜產狀。(二)水平巖層的特征一般把巖層傾角小于5°左右的巖層認為是水平巖層。在巖層沒有發生倒轉的前題下，水平巖層具有如下特征：1、地質時代較新的巖層位于較老巖層之上。因此，在地形被切割輕微時，地表只出露最新巖層。在地形被切割較深

13、的地區，由山谷至山頂，巖層由老到新依次排列。2、水平巖層的地質界線隨著地形等高線的彎曲而彎曲。水平巖層的地質界線與地形等高線平行或重合。3、水平巖層的厚度等于巖層頂面和底面的標高差。4、水平巖層上、下層面出露界線之間的水平距離(露頭寬度)的變化受巖層厚度和地面坡度的影響。如果巖層的厚度一致，地形緩則露頭寬度大，地形陡則露頭寬度就窄小。二、傾斜巖層一個地區，在地殼運動的影響下，水平巖層的產狀可發生改變，形成和水平面有一定交角并朝一個方向傾斜的巖層，稱傾斜巖層。傾斜巖層是經變形后最簡單而最常見的變動蹤跡。但更多的不是單獨的構造形態，往往是某種構造形態的一部分，例如褶皺的一個翼、斷層的一盤、巖層受地

14、殼差異升降運動的影響以及巖漿活動引起上覆巖層傾斜等。傾斜巖層的產狀可用面狀構造的產狀要素表示。(一)傾斜巖層的厚度及埋藏深度1、巖層的厚度巖層的頂面和底面的垂直距離即為巖層的厚度，也是巖層的真厚度。除巖層的真厚度外，還有鉛直厚度和視厚度。巖層的鉛直厚度是指頂面和底面的鉛直距離。真厚度(h)=鉛直厚度(H)·cos。當=0°時，真厚度和鉛直厚度相等，即為水平巖層。當>0°時，真厚度永遠小于鉛真厚度。如果巖層的產狀不變，在任何剖面上的鉛直厚度都是相等的。視厚度是指在不垂直巖層走向的任意剖面上，巖層頂面跡線和底面跡線之間的垂直距離。視厚度(h)=鉛直厚度(H)&#

15、183;cos。由于視傾角永遠小于真傾角，所以真厚度總是小于視厚度。2、巖層的埋藏深度巖層的埋藏深度是指從地表的某一點到埋深在地下的某一巖層的鉛直距離。已知A、B兩點的標高和兩點間的水平距離及巖層傾角，就可求得A點到地下的某巖層的埋深。根據巖層已知點到所測埋深點的距離、兩點高差及巖層產狀，可以在地形地質圖上求得巖層的埋深。(二)傾斜巖層的露頭界線1、傾斜巖層的露頭寬度在垂直巖層走向的剖面上，巖層出露地表的水平投影寬度，叫做露頭寬度。傾角相同、坡角一致，露頭寬度取決于巖層厚度，巖層厚則寬，巖層薄則窄如果巖層的傾角和地面的坡度角一定，巖層的露頭寬度與其厚度有關，巖層的厚度愈大，露頭寬度也大，反之，

16、厚度小(圖1-9)。如果巖層的厚度和巖層的傾角一定，巖層的露頭寬度取決于地面坡度角和巖層的傾向與地面坡向的關系。當巖層的傾向與地面坡向相反時，地面坡度角越緩，露頭寬度越大，反之，則越小)。當巖層的傾向與地面坡向相同時，地面坡度角越接近巖層的傾角，露頭寬度越大，反之，則越小。如果巖層的厚度和地面坡度角一定，巖層的露頭寬度取于巖層傾角的大小，以及地面坡向和巖層傾向之間的關系。當巖層的傾向與地面坡向相反時，巖層的層面與地面的夾角越小，露頭寬度越大，直交時，露頭寬度最小。當巖層的傾向與地面坡向相同時，巖層的傾角越接近地面坡度角，露頭寬度越大，反之，則越小。2、傾斜巖層的露頭界線(“V”字型法則)巖層的

17、露頭界線是指巖層露頭在空間上的分布形態。巖層的露頭分布形態受巖層的產狀和地形兩者關系的影響，也就是傾斜巖層地質界線與地形等高線相交處展現“V”字形，故又稱“V”字形法則。根據傾斜巖層的產狀與地形的關系所表現出的巖層界線與地形等高線彎曲情況，有如下幾種型式：（1）當巖層的傾向與地面的坡向相反時，巖層的界線與地形等高線的彎曲方向相同，即“相反相同”，但是巖層界線彎曲的曲率比地形等高線的彎曲曲率要小。巖層界線表現出的“V”字形尖端在溝谷處指向上坡，而在山梁處則指向下坡。（2）當巖層的傾向與地面的坡向相同而巖層的傾角大于地面坡度角時，巖層的露頭界線與地形等高線呈相反方向彎曲，即“相同相反”。巖層界線表

18、現出的“V”字形尖端在溝谷中指向下坡，而在山梁處則指向上坡；（3）當巖層的傾向與地面的坡向相同而巖層傾角小于地面坡度角時，巖層界線與地形等高線的彎曲方向相同，即“相同相同”，巖層界線彎曲的曲率大于地形等高線的彎曲曲率。巖層界線表現的“V”字形尖端在溝谷處指向上坡，在山梁處指向下坡。3、傾斜巖層的特征傾斜巖層在野外的出露情況和地形地質圖上可表現如下特征：(1)傾斜巖層在野外和地形地質圖上呈條帶狀分布，切割地形等高線。(2)在沒有發生倒轉的前提下，順著巖層的傾向，巖層的時代由老到新排列。(3)橫穿溝谷的巖層傾角越大，巖層的條帶越接近直線狀，若巖層的傾角越小，則巖層越彎曲。第三節巖層巖體的接觸關系巖

19、層的接觸關系可劃分為整合接觸、平行不整合接觸和角度不整合接觸；巖體和圍巖的接觸關系可劃分侵入接觸關系和沉積接觸關系。一、巖層的接觸關系(一)整合接觸關系及其特征當某一地區在某一地質歷史時期內是處于連續沉降的地殼運動作用下，或雖處于上升，但未超過水下侵蝕基準面，或地殼升降與沉積作用處于相對平衡時，這個地區的沉積作用是連續進行的，這種環境下形成的地層接觸關系為整合接觸。整合接觸整合接觸關系有如下特征：1、 巖層層面相互平行排列；2、 上、下巖層的時代是連續的；3、 在海相沉積中，上、下巖層的巖性往往是遞變的，例如華北地區的寒武系及奧陶系地層，均以灰巖為主的連續沉積，兩者間為整合接觸關系。(二)假整

20、合(平行不整合)接觸關系及其特點若兩套地層外表雖呈平行排列，貌似整合，但實際上兩者并不是在同一環境下連續沉積的，它們之間顯示一個較長時期的沉積間斷，這種地層之間的接觸關系稱為假整合接觸關系。假整合形成過程可簡單表示為：下降接受沉積上升遭受剝蝕再下降接受新的沉積。假整合接觸關系有如下特征：1、 假整合面上、下兩套巖層的產狀，在大范圍內彼此平行排列；2、 缺失部分地層有兩種情況，其一是缺失地層根本就沒有沉積，其二是缺失的地層沉積了，后經地殼上升被剝蝕掉了；3、 不整合面上、下地層之間有古生物間斷；4、 在不整合面之上地層的底部常存在有由下部老地層成分組成的底礫巖；5、在起伏不5、 平的風化殼上，往

21、往有特殊的風化殘余礦產。我國華北地臺奧陶系與中石炭系之間是一個典型的假整合接觸關系。(三)角度不整合接觸關系及其特征角度不整合接觸關系簡稱不整合，又叫斜交不整合。一組較新地層呈角度接觸覆蓋在不同時代較老地層之上，它們之間有明顯的古風化剝蝕面，這種地層接觸關系稱角度不整合。角度不整合可簡單表示為：沉積盆地下降接受沉積在地殼運動的影響下發生褶皺、斷裂，往往有巖漿作用和變質作用相伴生，同時隆起上升遭受風化剝蝕再下降接受新的沉積。角度不整合有如下特征：1、 不整合面上、下新老巖層之間的產狀明顯不同，兩者呈角度接觸；2、 不整合面上、下新老巖層之間缺失某一時代的地層，存在明顯的沉積間斷；3、 在不整合面

22、上常發育有底礫巖和古風化殘余礦產，如褐鐵礦、鋁土礦和磷礦等；4、 由于長期的沉積間斷，不整合面上、下新老巖層的沉積條件發生變化，造成兩套地層的巖性和巖相明顯差異；5、 不整合面以下的老巖層的變形要比上覆的年輕地層相對強烈復雜，兩套巖層中的巖漿活動和變質作用往往明顯不同。我國華北地臺的震旦系與前震旦的變質巖系之間存在一個明顯的不整合面，這是前震旦紀末期呂梁運動造成的結果。(四)巖層接觸關系的研究1、不整合的研究意義（1）通過巖層的接觸關系的研究，不但能反映出地殼運動的性質、發生時期，而且對研究地質發展歷史具有重要的意義。（2）巖層接觸關系是劃分地層單位的依據，也是地質填圖的重要地質界線。對不整合

23、面的研究，可了解一個地區古地理和古構造環境。（3）由于不整合面是構造上的薄弱帶，巖漿及其含礦溶液沿此帶可形成一些內生礦床；同時，在不整合面上有古風化殼的存在，因此，還常有鐵、磷、錳、鋁土礦等外生礦床。同時，不整合也是地下水、石油和天然氣賦集和儲存的良好構造部位。2、巖層接觸關系的研究方法(1)不整合的鑒定標志根據地層之間不整合的特點，鑒定不整合的存在可有如下標志：上、下兩套巖層中所含的古生物化石反映出古生物的演化不是連續的或古生物群截然突變的，說明可能存在不整合；兩套地層之間如果存在古剝蝕面、古土壤層、風化剝蝕礦產、底礫巖等，說明下覆地層曾在上覆地層沉積之前隆起，遭受風化剝蝕；如果上、下兩套地

24、層的變形出現明顯差異，如巖層的產狀不同、構造線不同，褶皺樣式和變形強度各異，而且下伏地層中的斷層被上覆地層截切，說明可能存在角度不整合；如果上、下兩套巖層在巖漿作用和變質作用方面有明顯差異，以及與巖漿作用和變質作用有關的內生礦產方面的差異，也可確定不整合存在。(2)確定平行不整合和角度不整合的形成時期不整合的形成時期通常相當于不整合接觸的上、下兩套地層之間缺失的那部分地層的時代。一般以下伏地層最年輕的地層的時代做為下限；上覆地層最老地層沉積之前做為上限。當缺失地層較少時，確定不整合形成的時代較為準確；若上、下兩套地層的時代間隔很大，不整合的形成時代的準確判定就有一定困難。要正確地鑒定不整合所代

25、表的地殼運動的時期，還必須進行區域地層對比和區域地質構造發展史的綜合研究，以便確定地層是“缺”(即當時就沒有沉積)，還是“失”(即原有的地層被剝蝕掉了)。(3)研究不整合的空間展布及其變化由于不同地區構造運動的強度和性質的變化，往往不整合在不同地段的表現也不同，所以，不整合在空間上常常是變化的。在較大的范圍內,有時會由一個地段的角度不整合接觸過渡到平行不整合，甚至是整合接觸。二、巖體與圍巖的接觸關系巖體與圍巖的接觸關系分兩種類型：一是侵入接觸關系；二是沉積接觸關系。侵入接觸關系表明侵入事件發生時代晚于圍巖的形成時代；沉積接觸關系表明侵入事件發生時代早于圍巖的形成時代。(一)侵入接觸關系巖漿侵入

26、到圍巖之中，巖體和圍巖的關系稱為侵入接觸關系。在侵入接觸關系中，在接觸面以內巖體的邊緣部分稱為內接觸帶；接觸面以外的圍巖部分稱為外接觸帶。侵入接觸關系主要表現在內、外接觸帶上。其特征是：(1)巖體穿切圍巖；沿內接觸帶可見有冷凝邊，外接觸帶可見有烘烤邊和接觸變質帶或礦化蝕變現象；(2)巖體內往往有圍巖的碎塊落入捕虜體；(3)與侵入體有關的巖墻和巖脈插入到圍巖中。(二)沉積接觸關系巖體形成后經地殼運動出露地表，再經風化剝蝕作用后，又被新的沉積物所覆蓋，這種接觸關系稱沉積接觸關系。其特點是：1、 巖體與上覆圍巖的接觸帶沒有冷凝邊、烘烤邊和接觸變質或礦化蝕變現象；2、 巖體內的定向排列的原生構造或巖脈

27、、礦脈被截切；3、 在巖體頂部有風化剝蝕面和古風化殼，同時，在上覆巖層的底部含有巖體成分的碎屑和礫石。其它特征與角度不整合關系相似。根據巖體與圍巖的接觸關系可確定巖體形成的相對時代。巖體侵入的最新地層時代為巖體形成的下限；而上覆巖層的最老地層時代為巖體形成的上限。第二章沉積巖和火山巖的原生構造目的：掌握火山巖和沉積巖的原生構造的特點重點：利用原生構造確定巖層的層序難點：確定巖層新老關系的方法及構造意義內容：由成巖過程中所形成的構造稱為原生構造。原生構造是在一定構造環境下形成的，并且與變形構造（次生構造）有著內在的聯系。原生構造是確定巖石變形和恢復構造形態的重要標志。因此，研究原生構造是構造地質

28、學的重要內容之一。第一節 沉積巖層的原生構造一、層理構造及其識別沉積巖層是指被兩個平行或近于平行的界面所限定的同一巖性的層狀地質體。限定同一巖性層狀地質體的界面叫巖層面。層面可分上層面(頂面)和下層面(底面)，它們反映出巖層由老到新的順序。兩個巖層的接觸面即是下伏巖層的頂面，又是上覆巖層的底面,每個巖層代表了一種相對穩定的沉積條件和構造環境。層理是沉積巖中最普遍的原生構造，是由巖層內部的成分、粒度、結構、膠結物和顏色等特征在垂直層面的方向上的突變或漸變所顯示出來的一種成層性。根據層理的形態及其結構，將其分為平行層理、波狀層理、斜層理和交錯斜層理等。層理的識別可根據巖石成分、結構、顏色的變化以及

29、層面的原生構造等。在地殼運動的影響下，原始沉積巖層可發生變形和變位，有些巖層雖然發生傾斜，但仍然保持沉積巖層的正常層序，也有些巖層則層序發生倒轉，如褶皺倒轉翼或斷層的一盤都可以使正常層序發生變化,因此，在研究地質構造時就應首先搞清巖層的層序。確定巖層層序最主要的方法是根據巖層中含有的古生物化石來確定巖層的形成時代,但在缺少古生物化石的巖層，可利用沉積巖層的原生構造和變形后產生的次生構造來確定巖層層序。有關利用次生構造確定巖層層序的方法將在以后有關章節中述及,本節只介紹一些利用沉積巖的原生構造確定層序的方法。1、斜層理它是沉積巖層的細層與層系界面相交而表現出來的層理構造。斜層理在水成和風成的碎屑

30、沉積中都可以形成。斜層理表現形式較多，如單向斜層理和交錯斜層理等。可利用細層上部與層系界面相交、下部收斂變緩而與層系界面相切來鑒別巖層的頂、底面。2、粒級層理粒級層理又叫遞變層理，是碎屑物在沉積過程中由于流體動力的逐漸減弱而成的一種沉積結構。其特征是在一個單層中，由底面到頂面粒度由粗到細。在自然界中，還可以出現少數反向粒級層理，即在一個單層內，由底到頂碎屑顆粒逐漸變粗，這是由于古水動力逐漸加強等原因造成的，與正向粒級層理的區別在于它的頂界是逐漸過渡的3、波痕波痕有兩種類型：一種是流動波痕；另一種是浪成波痕。流動波痕在剖面上表現為不對稱的波形曲線,浪成波痕是對稱型的。波痕是由波峰和波谷組成的,浪

31、成波痕的波峰和波谷有如下特點：(1)波峰一般呈尖棱狀，波谷呈園弧狀；(2)波峰的碎屑顆粒的粒度較粗、重礦物的含量相對較高，而波谷顆粒的粒度相對較細、重礦物的含量相對較低。不論是巖層的頂面的波痕原型或是底面的鑄型，其波峰尖端指向巖層頂面，波谷的圓弧凸向底面。4、泥裂泥裂又叫干裂,是未固結的沉積物露出水面后，經曝曬干固時收縮形成的與層面大致垂直的楔形裂隙。泥裂多分布于粘土巖、泥質粉砂巖、泥灰巖等細粒的沉積巖中。泥裂在層面上呈多邊形不規則狀，在剖面上呈上寬下窄的“V”形。泥裂向下變窄的尖端指向巖層的底面，開口端指向頂面。5、雨痕、冰雹印痕雨痕和冰雹印痕是較少見的層面構造。這種印痕是雨點或冰雹落在松軟

32、的泥質沉積物上，沖擊出近圓形的凹坑，后被沉積物充填并呈半圓形的突起。根據雨痕和雹痕印痕所保存下來的凹坑和半圓形的凸起確定巖層的底面和頂面。6、沖刷印痕這種原生構造是指在泥質巖石的頂面，由于水流的沖刷，使層面產生各種形狀的凹槽，這種凹槽又印在上覆巖層的底面，形成舌狀、帶狀凸起,凸起所在的面為上覆巖層的底面，凹槽所在的面為下伏巖層的頂面。7、生物化石標志古生物的生長狀態及死亡后被保存在巖石中具有一定的規律。例如疊層石，無論是柱狀、分枝狀或錐狀體，它們都是由一些圓錐形或圓拱形的薄層-基本層疊置而成的。這種層在縱斷面上呈錐形或圓拱形，在橫剖面上呈圓形或橢圓形。基本層的錐形或圓拱形向上指向巖層的頂面。瓣

33、鰓類和腕足類化石的外殼，在古水流的作用下造成凸出外殼朝上狀態，這種狀態在水流中最穩定。可以根據凸形外殼朝上為頂面的這種規律判定巖層的頂面和底面。8、軟沉積變形軟沉積變形是指在未固結的沉積層中發生的變形。軟沉積變形的原因較復雜，一般認為是在重力失穩和孔隙液壓等因素控制下產生的。這種變形的種類較多，常用于確定巖層頂、底面的是褶皺和斷層。當松散沉積物在斜坡上重力失穩時，就會產生向下滑動，并形成褶皺和斷層，這種變形又被水流沖刷剝蝕所切割，以后的沉積物又覆蓋其上，形成截頂現象,變形被截頂的一面代表下伏巖層的頂面，向下變形逐漸變弱的一面為底面。軟沉積變形已成為構造地質學家關注的課題之一。其中問題之一是如何

34、鑒別軟沉積變形。下面提供幾點鑒別和分析軟沉積變形的方法：(1)軟沉積變形常局限于一定層位或一定巖層中，如果整套巖系變形輕微，更說明個別層的變形是軟沉積變形的結果；(2)軟沉積變形常局限于一定地段，如沉積盆地邊緣，大陸隆起的邊緣等；(3)由于軟沉積變形主要是重力作用的結果，一般不顯示區域構造力造成的定向性。所以，在研究軟沉積變形中，應把沉積作用、沉積環境與構造變形結合起來綜合分析，才能得出正確的結論。第二節火山巖的原生構造從巖漿噴出地表到巖漿冷凝成巖所形成的各種構造叫火山巖的原生構造。火山巖的原生構造是識別火山巖層頂、底面，確定火山巖層層序的重要地質依據。一、火山巖的原生流動構造1、流線和流面流

35、面是熔巖在流動過程中片狀、板狀礦物以及扁平狀火山巖屑定向平行排列而形成的,流面大致與火山熔巖流底面平行。流線是熔巖在流動過程中，針狀、柱狀礦物及長條狀火山碎屑定向平行排列形成的,它可以指示熔巖流相對流動的方向。2、流紋構造流紋構造是由于熔漿流動形成的,它是由不同顏色的條帶或礦物以及拉長的氣孔等呈平行排列的一種構造。流紋構造可以指示熔巖流動面的產狀，它主要發育在流紋巖以及其它酸性或堿性火山熔巖中。3、繩狀構造熔巖流的表面迅速冷凝的外殼受其下流動著的熔巖流的影響而形成的繩狀卷曲構造叫繩狀構造,它代表了熔巖層的頂面。4、氣孔構造和杏仁構造當巖漿從火山口溢出時，由于溫度和壓力降低，其中所含氣體向外逃逸

36、，冷凝后沒有逃逸的氣體保存在火山巖中，形成蝌蚪狀、云彩狀、管狀和不規則狀孔洞，叫氣孔構造。當氣孔被其它礦物充填時，則稱為杏仁構造。氣孔構造在浮巖、玄武巖中最為多見,它相對集中分布于各層熔巖的頂部和底部，并大致平行于熔巖層面。二、火山巖的原生破裂構造熔巖流在冷凝收縮過程中形成垂直于熔巖流表面的破裂構造，并把熔巖分割成多邊形柱狀體稱為柱狀節理。柱狀節理常見于玄武巖、安山玄武巖中，還可以發育在火山凝灰巖中，甚至在超淺成巖體中也可以見到。近年來，由于對火山巖柱狀節理的深入研究，一些學者認為，單純冷縮很難形成數米至十余米長的節理。康瑟(L H Kantha,1981)提出，高度規則的玄武巖柱狀節理是熔漿

37、在冷凝期間雙擴散對流作用引起的。火山巖的破裂構造還發育有橫節理、縱節理和層節理，在火山巖體的前緣部位發育有放射狀節理和前緣扇形節理。三、利用火山巖的原生構造確定火山巖層的頂、底面在某一構造運動時期內，同一次或相同方式的幾次火山作用旋回所形成的一套成分有規律變化、厚度較大的火山巖層和相關的火山碎屑巖層總稱為火山巖系。火山巖層是火山巖系的基本單位，它代表了火山巖噴發的一次間歇。劃分火山巖層并確定其頂面和底面可利用火山巖的原生構造來鑒定。1、氣孔構造和杏仁構造的分布變化熔巖頂部的氣孔和杏仁構造大而多，呈不規則的云朵狀；底部則少而小。如果是管狀氣孔，其分枝指示底面。2、熔巖玻璃和熔巖渣的存在中酸性巖漿

38、噴到地表急劇冷凝形成外殼為玻璃質；巖漿中含大量揮發性氣體，在熔巖表殼急速逸出，形成表層粗糙的熔渣殼。玻璃質殼和熔渣殼指示火山巖層頂面。3、熔巖層氧化殼和還原邊的存在巖漿溢出地表與空氣直接接觸，熔巖表面含鐵物質被氧化成紅色暈膜(紅頂)或氧化殼；熔巖底面則處于還原條件，形成暗綠色底邊(綠底)。4、熔巖流使下部巖石烘烤或變質烘熱的巖漿與下部圍巖接觸，使受到烘烤的圍巖發生褪色現象或出現接觸變質現象，以此可確定熔巖層的頂、底面。5、利用火山巖層中的特征結構和構造的存在火山巖層的結構的變化，一般下面粗上面細，即集塊巖火山角礫巖火山凝灰巖；利用枕狀構造頂面上凸，底面平坦的特點以及繩狀構造現象等確定火山巖層的

39、頂面和底面。6、利用噴發間歇階段形成的風化殼的存在如果兩次火山噴發間隔時間較長，則可造成第一次噴發的熔巖層表面被風化剝蝕，形成風化剝蝕面,風化剝蝕面為下伏巖層的頂面。第三章地質構造分析的力學基礎目的：使學生掌握地質構造分析的基本力學原理重點：應力與變形的關系難點：應力分析內容：次生地質構造是在力的作用下組成地殼的巖層或巖體發生的變形。研究地質構造,除了觀察和描述地質構造的幾何特征外,還必須探討地質構造的形成過程和形成機制。這必然涉及到變形體的力學問題。這里僅介紹與構造分析有關的力學基礎及簡單的應力和應變分析。第一節應力和應力狀態一、外力、內力和應力力是物體間的相互作用,其結果使物體發生運動狀態

40、的改變。力是矢量,基本要素是大小、方向和作用點。在力的圖示中用帶箭頭的線段代表力:線段的長度按一定比例尺表示力的大小;線段一端的箭頭表示力的作用方向;線段的一個端點表示力的作用點。對一個具體物體來說,力又可以分為內力和外力。外力是指其它物體作用于所研究的物體上的力。外力又可進一步分為面力和體力。面力是指作用在物體表面上的力,如圍巖的壓力,流體壓力,風力及固體間接觸面的作用力。體力是分布在物體內各質點上的力,如重力,慣性力和電磁力等。內力是物體內質點間的相互作用力。內力又可分為固有內力和附加內力。固有內力是指沒有外力作用時物體內質點間的相互作用力,正是固有內力使物體保持其形狀和特有的力學性質。附

41、加內力是在外力的作用下固有內力的改變量。顯然,附加內力引起物體變形。因此固體力學中所說的內力就是指附加內力。內力和外力是相對的,它視研究尺度不同而有所不同。例如,地心引力對地殼而言是外力但對整個地球而言則是內力。在外力作用下,巖塊內將產生內力。為確定巖塊內某一截面上的內力,通常用截面法。設巖塊在若干外力作用下處于平衡狀態,沿M-N截面將物體分為A、B兩部分。取A部分為分離體。若使A部分保持平衡,截面M-N上必有連續分布的內力與A部分的外力構成平衡力系,這些作用于A部分M-N截面上的內力實際上是B部分對A部分的作用力,其合力稱為M-N截面上的內力。為確定內力在M-N截面上的分布,在截面M-N上O

42、點附近取一微小面積A,在面積A上作用內力P,則:Pm=p/A稱為該面積上的平均應力。顯然,平均應力Pm并不能真正反映P在A上的真正分布狀態,其近似程度與A的大小有關。為求得應力在O點附近的真正分布狀態,將A取極限值,則:P=limp/A=dp/dAAO稱為截面M-N上點O處的全應力。根據力的分解法則,可將全應力P分解為垂直M-N截面的應力正應力和平行M-N截面的應力剪應力。通常正應力用表示,剪應力用表示。根據力的合成原理,則有:P2=2+2應力的單位是：力/(長度)2,通常用牛頓/米2(N/m2)表示,稱帕斯卡(Pasca)或簡稱帕(Pa)。正應力可使巖石受到壓縮,稱壓應力,用正值表示(0);

43、也可以使巖石受到拉伸,稱張應力,用負值表示0。固體力學和部分構造地質學教科書中,正應力的符號規定與此相反。剪應力有使巖石發生剪切滑移的趨勢。使巖石有順鐘向剪切滑動趨勢的剪應力為負值(0),反之為正值(0)。二、應力狀態通過受力巖塊中一點P可截取無數個不同方位的截面,每個截面上正應力()和剪應力()的大小和方向均不相同。為了分析過P點不同截面上應力的大小和方向,以P點為幾何中心截取一微分六面體稱為單元體,六面體的各棱邊分別平行直角坐標系的坐標軸,邊長分別為dx、dy和dz。每一面上的應力可分為一個正應力和兩個剪應力。正應力用和一個腳標表示,如x表示該正應力作用在垂直x軸平面上并平行x軸,同理,y

44、和z表示作用在垂直y軸和z軸平面上并平行該坐標軸的正應力。剪應力用和兩個腳標表示,第一個腳標代表所在平面所垂直的坐標軸,第二個腳標代表該剪應力所平行的坐標軸。如xy表示作用于垂直x軸平面上并平行y軸的剪應力。剪應力共有六個,即xy、yx、xz、zx、yz和zy。因此在微分六面體上共作用有九個應力分量:x、y、z、xy、yx、xz、zx、zy、yz。根據靜力學力的平衡條件,六個剪應力分量有下述關系:-xy=yx；-xz=zx;-yz=zy即互相垂直平面上作用的相互垂直的一對剪應力大小相等,符號相反,稱為剪應力互等定律。因此九個應力分量可簡化為六個:x、y、z、xy、xz、yz。若一點的六個應力分

45、量已知,通過該點的任何截面上的應力均可求得,所以這六個應力分量可確定該點的應力狀態。事實上,以P點為幾何中心可截取無數個微分六面體,每個微分六面體的表面均作用有正應力和剪應力。但總可找出這樣一個微分六面體:該六面體的六個面上只作用有正應力而沒有剪應力。單元體上剪應力為零的平面稱為主平面,主平面上作用的正應力稱為主應力,主應力的方向線叫主應力軸。因此,這個微分六面體將有三個主應力,1、2和3,并規定123,分別稱為最大主應力、中間主應力和最小主應力。最大主應力與最小主應力之差(1-3)稱為應力差,應力差越大,變形越強烈。如果P點主應力的大小和方向已知,可求得過P點任意截面上的正應力和剪應力。所以

46、三個主應力可確定一點的應力狀態。根據三個主應力,可將點的應力狀態分成三種類型:單軸應力狀態:一個主應力(1或3)不為零,另外兩個主應力為零。雙軸應力狀態：兩個主應力不為零,另外一個主應力為零。三軸應力狀態:三個主應力均不為零。三、應力橢球體根據P點主應力的大小和方向,按一定比例可以作一個三軸橢球體。橢球體的長軸、中間軸和短軸分別平行1、2和3,并與1、2和3值成比例。該橢球稱為應力橢球。P點位于橢球體的幾何中心,因此應力橢球可以直觀地表示一點的應力狀態。應力橢球的三個軸即為主應力軸。根據任意兩個主應力軸可以確定一個橢圓,稱為應力橢圓。三個主應力軸以不同方式組合可確定三個應力橢圓。地質上許多三維

47、問題可簡化為二維問題,這時應力橢圓是實用的。第二節應力分析一、二維應力分析盡管構造地質學研究的對象是三維的,但在有特殊邊界形狀及特殊分布力的情況下,許多三維問題可簡化為二維問題進行分析。例如,如果褶皺構造所有橫截面的形態保持不變,則可以認為外力沿褶皺樞紐方向分布是處處相同的,因此可以將某一橫截面上應力分析結果推廣到任一橫截面,從而將三維應力分析簡化為二維問題。在二維應力分析中,多將所分析的平面作為x-y面。(一) 單軸應力狀態分析1、單軸應力狀態解析在受單向拉伸或壓縮的地質體中取一微分單元體,厚度取一個單位。該單元體x面（垂直X軸的面）上作用1,該面剪應力為零,y面（垂直Y軸的面）上正應力和剪

48、應力均為零。為求任意截面上的正應力和剪應力,在單元體上截取一平面AB,AB外法線n與1夾角為。一般規定,從1軸到截面法線按順時針方向量取角為負值,逆時針方向為正值。將AB左側作為分離體。在三角形AOB中,AO面上作用1,AB面上作用正應力和剪應力。設AB的面積為a,則AO面積為a·cos,AO面上的內力P=1·a·cos,根據平衡條件,AB面上必有大小相等方向相反的內力P,而P=P=1·a·cos。將P分解成垂直AB面的內力N和平行AB面的內力T,顯然,N=·a,T=·a。根據力的分解法則可作出內力三角形。在內力三角形中:c

49、os=a·/1·a·cos=1cos2=1/2*(1+cos2)sin=a·/1·a·cos=1·sin·cos=1/2*sin2上式表達了單軸應力狀態下外法線與主應力軸夾角的截面上正應力和剪應力與1的關系。從式中可以得出如下結論：(1)正應力值的變化令一階導數為0,求得的極值。=-1sin2=0解得:1=0°；2=90°當=0°時,截面垂直1,cos2=1,=1取極大值。當=90°時,截面平行1,cos2=-1,=0取得極小值。當0°90°時,cos21

50、,1。因此,在與1垂直的截面上,正應力最大,且等于主應力;在與1平行的截面上,正應力值最小,為0;在其它截面上。1。(2)剪應力值的變化令=1/2*sin2的一階導數為零,可求得的極值。=1cos2=0解得:1=0°；2=90°；3=45°當=0°時,截面垂直1,sin2=0,=0,取極小值。當=90°時,截面平行1,sin2=0,=0,取極小值。當=45°時,sin2=1,=1/2,取極大值。當0°45°和當45°90°時,sin21,1/2。因此,在與主應力平行和垂直的截面上,剪應力最小,為

51、0;在與主應力軸呈45°夾角的截面上,剪應力值最大,為1/2;在其它截面上剪應力值介于0-1/2之間。與1軸呈45°夾角的截面有兩個,它們互相垂直,1位于一角平分線上。這兩個平面稱為最大剪應力作用面。2、單軸應力狀態莫爾圓（1）.單軸應力狀態莫爾圓畫法首先建立以為橫坐標以為縱坐標的直角坐標系,按一定比例在橫軸上自原點O起截取OA=1,以(1/2,0)點為圓心,以1/2為半徑畫圓,此圓即為單軸應力狀態的應力莫爾圓。顯然,該圓的方程是:(-1/2)2+2=(1/2)2（2）.單軸應力狀態莫爾圓的物理意義在莫爾圓上作一直徑交圓周于D和D點。設CD與軸夾角為2。自D點向橫軸引垂線D

52、E和弦OD。在ODE中,OC=1/2OE=OC+CECE=CD·cos2=1/2cos2=1/2(1+cos2)=ED=CD·sin2=1/2*sin2因此,莫爾圓上任意點的坐標(,)的物理意義是:如果過莫爾圓上任意一點所作的半徑與橫軸夾角為2,則該點的坐標(,)分別代表外法線與1夾角截面上的正應力和剪應力。如果已知一點1的大小和方向,就可以通過莫爾圓求出外法線與1軸夾角截面上的正應力和剪應力。具體作法是:首先以（1/2,0）為圓心,以1/2為半徑畫應力莫爾圓;然后自橫坐標與莫爾圓交點A按角的方向量取對應圓心角為2的圓弧,得到圓上一點D。D點的橫坐標和縱坐標代表該截面上的正

53、應力和剪應力。通過分析莫爾圓,可以得出與單軸主應力狀態數學分析相同結論:（1）在垂直1軸的截面上，=0,正應力取最大值為1,剪應力為0;（2）在平行1軸截面上=90°,正應力為0,剪應力為0;（3）在與1夾角為45°截面上,=45°,剪應力取得最大值,為1/2。另外,從莫爾圓中還可得出另外兩個重要結論:i)在兩個任意的互相垂直截面上,正應力之和等于主應力;ii)互相垂直截面上,剪應力大小相等,方向相反,此為剪應力互等定律。證明請參考教科書。(二)雙軸應力狀態分析1、雙軸應力狀態分析在雙軸應力狀態下,任意截面上的正應力()和剪應力()與主應力1、3之間的關系可通過疊

54、加法求得。在受力巖體內一點周圍取一微分單元體,主應力1和3分別作用在該單元體上一對互相垂直的面上。截面AB外法線與1軸夾角為,與3軸夾角為90°+(圖3-6)。首先分別求出1和3單獨作用時AB面上的正應力1、3和剪應力1、3與1和3的關系,然后將兩項疊加,即:=1+3=1+3當1單獨作用時,AB面上作用有正應力1和剪應力1,該面外法線與1軸夾角為。根據上式可得:1=1/2(1+cos2)1=1/2*sin2當3單獨作用時,AB面上作用有正應力3和剪應力3,該面外法線與3軸夾角為90°+。根據上述公式可得:3=3/21+cos(180°+2)=3/2(1-cos2)

55、3=3/2sin2(90°+)=-3/2sin2將1和3單獨作用結果相疊加得:=1+3=(1+3)/2+(1-3)2*cos2=1+3=(1-3)/2*sin2上式表示雙軸應力狀態下外法線與1呈角的截面上正應力和剪應力與主應力1、3之間的關系。顯然,在已知主應力1和3的情況下,可求得任意截面上正應力和剪應力。從上式中還可得出如下結論。(1)正應力的變化規律令的一階導數為零求的極大和極小值。=-(1-3)sin2=0解得:1=0°；2=90°當=0°時,截面垂直1軸平行3軸,=1取極大值。當=90°時,截面垂直3軸平行1軸,=3取極小值。當取其它

56、值時,截面與1和3軸斜交,值介于1和3之間。(2)剪應力變化規律令一階導數為零可求得剪應力極大和極小值。=(1-3)cos2=0解得:1=0°；2=90°；3=45°當=0°時,sin2=0,=0。當=90°時,sin2=0,=0。當=45°時,sin2=1,=1-3/2因此,在平行和垂直1軸截面上,剪應力為0,在與1和3成45°角的截面上,剪應力最大,是主應力差的一半。最大剪應力作用面有兩個,互相垂直,1和3分別位于二最大剪應力作用面的角平分線上。2、雙軸應力狀態莫爾圓同單軸應力狀態莫爾圓作法相同。首先建立以為橫坐標以為縱坐標的直角坐標系;然后按一定比例在橫軸上截取OA=1,OB=3,得A、B兩點;以AB/2長為半徑,以AB中點為圓心畫圓即得到雙軸應力狀態莫爾圓。該圓的方程為:-（1+3）/22+2=(1-3)/22過莫爾