1、第十章節理徐海軍中國地質大學地球科學學院巖石變形：韌性變形巖石變形：脆性變形斷裂構造巖石受力破裂的變形破裂構造的兩方面特征：斷裂存在裂隙，地質體不再連續；位移（沿破裂面）沒有明顯位移節理有明顯的位移斷層裂隙被礦物充填脈體斷層節理周口店龍門口一、節理的定義和研究意義節理的定義和研究意義節理是巖石中的裂隙，是沒有明顯位移的斷裂。節理研究的意義：通過對節理性質、產狀、分布規律、分期、配套及其與褶皺、斷裂和區域構造關系的分析，闡明地質構造的形成和發展過程。節理是一種重要的控礦構造，對于石油、天然氣和地下水的運移及儲存有重要意義。注意區別于礦物的“解理”！區域性的節理控制著地形的演化云南石林節理流體流動

2、的證據二、節理的成因節理的成因原生節理成巖過程中形成。如沉積巖中因縮水而造成的泥裂或火成巖冷卻收縮而成的柱狀節理。構造節理由構造變形而成。非構造節理由外動力作用形成，如風化作用、山崩或地滑等引起的節理，常局限于地表淺處。原生節理（房山巖體）柱狀節理（云南騰沖）原生節理原生節理柱狀節理（云南騰沖）柱狀節理三、節理的分類節理的分類節理的分類主要依據兩個方面, 一是按節理與有關構造的幾何關系, 一是按節理形成的力學性質。節理與有關構造的幾何關系分類:根據節理產狀與巖層產狀的關系劃分根據節理產狀與褶皺軸的關系劃分根據節理產狀與侵入巖中流動構造關系劃分節理的力學性質分類:剪節理和張節理節理與有關構造的幾

3、何關系分類走向節理: 節理走向與所在巖層的走向大致平行的節理。傾向節理: 節理走向與所在巖層的走向大致垂直的節理。斜向節理: 節理走向與所在巖層的走向斜交的節理。順層節理: 節理面與所在巖層的層面大致平行的節理 。節理與有關構造的幾何關系分類縱節理: 節理走向與褶皺軸向平行的節理。橫節理: 節理走向與褶皺軸向直交的節理。斜節理: 節理走向與褶皺軸向斜交的節理。節理與侵入巖流動構造關系分類張節理：張應力產生的破裂面剪節理：剪應力產生的脆性破裂面節理的力學性質分類剪節理 張節理 產狀穩定，延伸遠 產狀不穩定，延伸不遠 平直光滑，有擦痕和羽裂 彎曲粗糙，無擦痕 出現在砂、礫巖中，一般切過砂礫和膠結物

4、 出現在砂、礫巖中，常繞過砂、礫 未充填時，是閉合的縫 多開口，一般多被充填 一般是共軛“X”型節理系 樹枝狀，鋸齒狀，雁列狀等 剪應力產生 張應力產生 剪節理張節理張節理張節理擦痕 “X”型共軛節理系將巖石切割成棋盤狀“X”型共軛節理系將巖石切割成菱形巖塊 1在哪里？?共軛剪節理的應力狀態: 兩組共軛剪節理的交線方向代表s2軸, 兩組共軛剪節理面的夾角的平分線分別代表s1和s3軸的方向。一般來說, s1位于銳夾角平分線的方向, s3位于鈍夾角平分線的方向。13雁列張節理（火炬狀節理）張節理的成因機制純剪單剪剪節理的成因機制純剪單剪四、節理組和節理分期節理組：在一次構造作用的統一構造應力場中形

5、成的, 產狀基本一致, 力學性質相同的一群節理稱為節理組。節理系: 在一次構造作用的統一構造應力場中形成的兩個或兩個以上的節理組稱為節理系。系統性節理：在區域性節理的發育中, 節理在節理產狀、方位、組合、排列、間距等方面具有規律性就叫做系統性節理，無規律可循的則稱為非系統性節理。節理的分期節理的分期就是將一個地區不同構造時期、不同構造應力場所形成的節理進行篩分, 把同一構造期和同一構造應力場所形成的節理組合在一起。節理的分期主要依據：節理組以及節理系之間的交切關系；各期節理的配套關系。錯開后期形成的節理切斷早期形成的節理, 若后期節理是剪節理, 則可見到錯斷線兩側標志點的對應錯開。限制一組節理

6、延伸到另一組節理前突然中止, 這種現象叫做限制, 被限制的節理組形成相對較晚。互切如果兩組節理互相交切或切錯, 且兩組節理相互切錯的方向又遵循力學分析原理, 服從統一的構造應力場, 則說明兩組節理是同時形成的, 并具有共軛關系。追蹤早期形成的“X”型共軛剪節理后期受到擠壓作用, 易形成追蹤張節理。節理的配套節理配套就是將在一定構造時期的統一構造應力場中形成的各組節理組合成一定的系列。 判斷節理是否配套，就是去鑒別那些不同方向的節理或節理組是否是形成于同一構造時期, 并且是否是形成于同一構造應力場的作用。五、雁列節理和羽飾構造雁列節理和雁列脈雁列節理是一組成雁行式斜列的節理。如若雁列節理被巖脈或

7、礦脈所充填, 則稱為雁列脈。雁裂脈的基本要素aa,bb-雁列帶MM-雁列軸-雁列角AW-雁列帶寬度雁列節理和雁列脈的左階和右階當順著雁列軸方向觀察時, 由遠至近，如果靠近你的雁列脈/節理向左側錯列，稱為左階，若向右側錯列則稱為右階。雁列節理中單脈的形態羽飾構造羽飾是發育于節理面上的羽毛狀精細飾紋, 是構造應力下形成的一種小型構造。羽飾構造包括以下幾個組成部分: 羽軸、羽脈、邊緣帶、邊緣節理、陡坎。羽飾構造一般發育于淺層次的脆性巖石中, 是快速破裂形成的, 羽脈的發散方向指示節理的擴展方向, 羽脈收斂會聚方向和人字型尖端指向斷裂源點。羽飾構造：發育于節理面上的羽毛狀精細飾紋，是在應力作用下形成

8、的小型構造。多產于粉砂巖等碎屑巖中，大小與巖石的粒度有關。六、節理脈的充填機制和壓溶作用節理脈的充填機制溶液侵入節理空間并使節理兩壁張開而形成的巖脈稱之為擴張性巖脈。 如果由溶液與圍巖交代而占有空間形成的巖脈叫做非擴張性巖脈。按照纖維晶體生長方向與脈壁的關系，可以分為同向型和反向型。同向型：纖維晶體自兩壁向中心生長，并在巖脈中心遇合。纖維晶體與周圍巖石礦物成分相同。反向型：纖維晶體自中心向兩壁生長，其礦物成分與圍巖不同。縫合線構造縫合線構造是一種呈幅度不等的尖銳鋸齒狀破裂面。特點有:多發育于碳酸鹽巖石中, 如石灰巖、白云巖, 碎屑巖中也可見到。縫合線構造的成因是巖石中先存在微破裂面, 后來遭受

9、擠壓, 破裂面附近的易溶組分溶解并遷移, 難溶組分殘留聚集, 以至原來平直的破裂面轉化成無數細小尖峰突起的縫合面。縫合線構造的應力狀態: 縫合線構造的峰尖方向指示最大主應力1方向。縫合線構造縫合線構造七、節理的野外觀測節理的野外觀測地質背景的觀測（觀測點的選擇），確定測點所處構造位置；節理的分類與組系劃分；節理發育程度的研究：計算節理密度（u），縫隙度（G）， 節理平均壁距（t）； 節理的延伸狀況和性質的變化；節理面觀察：節理面的光滑程度，是否有擦痕，羽飾構造等；節理含礦性和充填物的觀察。節理的分期和配套往往是在野外進行，二者是緊密聯系的 ，配套的節理是同期的，但同期的節理不一定是配套的。1，

10、2組節理形成共軛節理為同期，3組節理錯開了1，2組節理，是后期的。3，4組節理被1，2組節理所限制，形成時間晚。節理的力學性質分析節理形成以后,在力學性質上會發生改變,如早期是剪性的節理,后期拉張,變成張節理。反映節理的力學性質變成剪張性。節理的統計一個露頭的節理往往很多，通過測量節理的產狀可以知道節理發育的方位，進一步了解當時的應力狀態，但這需要測量上百個數據，如何處理這些數據，這就要用到節理等密圖和節理玫瑰花圖（將通過實習來學會）。節理等密圖將所有數據投影到一張吳氏網上，是法線投影，得到極點圖。用密度計在極點圖中統計，將統計結果標在圖上將統計數據中相同的數據點用平滑的曲線連接圓周上的線兩端

11、具對稱性，等值線百分比表示。整飾：在相鄰的等值線間用顏色或花紋填上，寫上圖名，圖例和方位。分析：節理等密圖中密度最大的區域代表節理的優選方位。節理玫瑰花圖分為節理走向玫瑰花圖、節理傾向玫瑰花圖、節理傾角玫瑰花圖。做法是：將所測得的節理走向或傾向換算北東或北西向，按一定間隔分組，一般為50或100為一間隔。計算每一間隔的節理條數。確定作圖的比例尺及坐標。選取一定的長度代表一條節理，以等于或稍大于數目最多的那一組節理的線段長度為半徑按比例作半圓過圓心作東西線和南北線，在圓周上標明方位角。找點連線：按各組平均走向或傾向在圓周上標明記號，再從圓心向圓周上該點處按比例定點連線。寫上圖名和比例尺。 分析節

12、理玫瑰花圖應于區域地質構造結合，往往把節理玫瑰花圖按測點位置標繪在地質圖上。實例：水電站節理分析這套裂隙系不是本區的主要裂隙構造，但細脈的雁列展布反映出串聯面的剪切現象還是較多見的。 在電站公司辦公樓西南方向的采石場，發育一形態完好的火炬狀構造，一組串聯面由一系列產狀為21047的張剪性裂隙斜列而成，產狀為20035；另一組串聯面由一系列產狀為26070的張剪性裂隙斜列而成，產狀為8082。裂隙均被方解石脈充填，脈體不甚規則。共同反映出2近水平， 1和3均為斜向的局部應力場特點。電站辦公樓西南采石場火炬狀裂隙剖面素描圖（以下幻燈片源于 候光久教授的相關研究） 貴州烏江電站機坑剖面裂隙圖 共軛節

13、理赤平投影圖共軛節理切割巖石呈菱形塊體近東西向構造不是本區主體構造，其配套裂隙系不甚發育。趕場坳隧道洞口紫紅色夾灰綠色泥質巖系，巖層產狀31548， 21580（左行剪切）和10248（右行剪切）兩組共軛裂隙將巖石切割呈大小不等的菱形塊體。赤平投影求得主應力方位為：1352 39、 2133 43、 324320。顯然，這已不是嚴格意義上的東西向構造配套成分，而是經過改造的東西向構造配套裂隙系。中高角度破裂即為走向NE，傾向SE，傾角大于40的一組裂隙。這組裂隙在走向、傾向上均不太平直，充填方解石脈，運動方式為剖面上正向滑動為主；與之配套的另一組走向NE，傾向NW，傾角中等，同樣表現為剖面上的

14、正向滑動。這組裂隙多表現為順著巖層層面的正向滑動，并常以“上滅下現”式出現。為喜山期地殼差異性升降運動，巖體重力作用所致。順層破裂與滑動，上滅下現式 構皮灘電站壩區巖體內部破裂網絡陣列幾何學及運動學模型（圖中阿拉伯數字代表裂隙系統）主干破裂構造據前人研究和我們的進一步觀察，在三維空間上，壩區巖體尺度上的破裂框架主要由NWW、NNW和NE三組優勢破裂及層間破裂構筑而成，并與其他小的裂隙系統一起，形成一幅復雜的破裂網絡陣列。 上述主要的幾組破裂，將構皮灘水電站壩區巖體分割成大小不一的塊體，使巖石喪失了完整性，降低了內聚力。巖體內部結構的不均一性更為明顯。而且當巖體再次遭受施加應力時，應力和應變將主要由這些較大的破裂進行調整。破裂面的愈合行為 構皮灘壩區，出露地層以碳酸鹽巖為主體，脈體基本上為方解石脈。研究表明除裂隙幾何形態上的差異外，脈體內部礦物的生長和排列也各有特點。單脈大體上可分為四種基本類型。而復脈則為某兩類或多類單脈的組合。方解石單脈類型左岸復脈標本橫切面薄片素描近南北向構造配套裂隙