地质构造:指岩石在地质应力作用下产生的变形变质的产物。基本的地质构造有褶皱、断裂、节理、劈理,它们是营造各种地质遗迹景观(雏形)的基本必备条件。
1.褶皱
褶皱是岩层受力变形产生的一系列连续弯曲,也称褶曲。岩层褶皱后原有的位置和形态均已发生改变,但其连续性未受到破坏。褶皱是由相邻岩块发生挤压或剪切错动而形成的,是地质构造作用的直观反映。褶皱的形态多样,大小不一,依其形成环境和条件而定。
(1)褶皱的几何要素
褶皱的几何要素包括核、翼、弧尖、枢纽、轴面、轴线等(图2-1)。
图2-1 褶皱的几何要素
核:指褶皱岩层的中心。
翼:指褶皱岩层的两坡。
弧尖:指背斜横断面上的最大弯曲点。
枢纽:指单个层面最大弯曲点的连线,或同一层面上弧尖的连线。枢纽可以是直线,也可以是曲线。
枢纽的倾斜方向:指枢纽倾伏向,其产状随褶皱形态的变化而改变。
轴面:指褶皱两翼近似对称的面(假想面),它也可以是曲面,其产状随着褶皱形态的变化而变化。轴面与褶皱的交线,就是枢纽。
轴线(轴迹):轴面与水平面或地面的交线。
褶皱的长、宽、高是决定褶皱大小的三要素,以同一褶皱层为测量基准。长即枢纽的长度;宽是相邻两背斜(或向斜)弧尖之间的距离,在横剖面(垂直枢纽的切面)上测量;高是相邻背斜弧尖与向斜弧尖间的距离,在横剖面上顺着轴面形迹测量。
背斜与向斜形成示意图见图2-2。
图2-2 背斜(1、3、5)与向斜(2、4、6)形成示意图
(2)褶皱的类型
褶皱的基本类型是背斜与向斜。原始水平岩层受力后向上凸曲者称为背斜;向下凹曲者称为向斜。在直立或倾斜褶皱岩层的横剖面上,凡背斜者,核部岩层的时代最老,朝两翼依次变新;凡向斜者,核部岩层的时代最新,朝两翼依次变老。
背斜与向斜常是并存的。相邻背斜之间为向斜,相邻向斜之间为背斜。相邻的向斜与背斜共用一个翼。
2.断裂
断裂是指岩石的破裂,是岩石的连续性受到破坏的表现,当作用力的强度超过岩石的强度时,岩石就要发生断裂,断裂是地质构造变形的另一种直观反映。
断裂包括断层与节理两部分,有关“节理”的内容在“断裂”后介绍。岩石破裂,并且沿破裂面两侧的岩块有明显的相对滑动移位者,称为断层。
(1)断层的几何要素
断层的几何要素包括断层面、断层盘、断层滑距等(图2-3)。
图2-3 断层的几何要素
断层面:分隔两个岩块并使其发生相对滑动的面。断层面有的平坦光滑,有的粗糙,有的略呈波状起伏。断层面的走向、倾向与倾角,称为断层面的产状要素。
断层盘:被断开的两部分岩块,其中位于断层面之上的,称为上盘岩块,位于断层面以下的,称为下盘岩块。相对上升者称为上升盘,相对下降者称为下降盘。上盘岩块和下盘岩块都可以是上升盘或下降盘。如果断层面直立,就分不出上盘岩块、下盘岩块。如果岩块做水平滑动,就分不出上升盘和下降盘。
断层滑距:断层两盘岩块相对移动的距离。它有不同的度量方法。断层两盘岩块相当的点(在断层面上的点,未撕裂的为同一点,未因断裂而移动),其两点间的直线距离称为滑距,代表真位移,它可以分解为沿水平方向的真位移及沿垂直方向的真位移。断层两盘岩块中相当层(未断裂前为同一层)因断裂而在剖面图或平面图中表现出来的移动距离,称为断距或断层落差,代表视位移。
断层产状与地层产状并不完全相同,断层形成后受外力侵蚀的状况比较复杂,所以视位移不等于真位移。
(2)断层命名
①按断层两盘岩块相对滑动方向,可分为以下三种。
正断层:上盘岩块向下滑动,两侧相当的岩层相互分离。(www.xing528.com)
逆断层:上盘岩块向上滑动,可掩覆于下盘岩块之上。若逆断层中断层面倾斜平缓,倾角小于25°,则称为逆掩断层。
走滑断层:也称平移断层。被断的岩块沿陡立的断层面做水平滑动。根据相对滑动方向,可分为左旋与右旋两类。观察者位于断层一侧,对侧向左滑动者称为左旋,对侧向右滑动者称为右旋。
断层示意图见图2-4。断层如兼有两种滑动性质,可复合命名,如走滑-逆断层,逆-走滑断层。前者表示以逆断层为主兼有走滑断层性质,后者表示以走滑断层为主兼有逆断层性质。
图2-4 断层示意图
②根据断层走向与被断岩层走向(或区域性岩层走向)的几何位置关系,可分为以下三种。
走向断层:断层走向与岩层走向平行。若断层走向与区域性岩层走向平行,则称走向断层。
倾向断层:断层走向与岩层走向垂直。若断层走向与区域性岩层走向垂直,则称倾向断层(横断层)。
斜向断层:断层走向与岩层走向斜交。若断层走向与区域性岩层走向斜交,则称斜向断层。
③根据断层的组合形式,可分为地垒与地堑。
地垒:是倾斜面相对的两个正断层所夹持的共同下盘(上升盘)岩块,常为山岭。
地堑:是倾斜面相向的两个正断层所夹持的共同上盘(下降盘)岩块,常为谷底。
3.节理
岩石破裂后,断裂面两侧岩块没有明显位移的断裂,称为节理。它是分布最广、最常见的一种断裂构造。节理常与断层或褶皱伴生,成群成组出现形成有规律的排列组合。节理的大小不一,小的只有几厘米,大的可延伸几米、几十米。分布也不均匀,有的地方密集,有的则较稀疏。沿着节理劈开的面称为节理面。节理面可以是水平的、倾斜的、直立的,其产状用走向、倾向和倾角表示。图2-5为在褶皱构造中的各种节理。
图2-5 在褶皱构造中的各种节理
1、2—走向节理(纵节理);3—倾向节理(横节理);4、5—斜向节理(斜节理);6—顺层节理(据宋春青,2005)
(1)节理的成因分类
构造节理指岩石在构造运动作用下产生的节理。构造节理是本部分介绍的重点。另外,还有非构造节理。
非构造节理指岩石在外力地质作用下(如风化、山崩、滑坡、喀斯特塌陷、冰川活动、人工爆破等)所产生的节理,以及岩浆岩在冷凝成岩过程中所形成的原生节理。
(2)节理的几何分类
节理的几何分类是指按节理与其所在的岩层或其他构造的关系进行的分类。
根据节理与所在岩层的产状要素的关系可以分为走向节理、倾向节理、斜向节理、顺层节理。
根据节理的走向与所在褶曲枢纽的关系可以分为纵节理、横节理、斜节理。
(3)节理的力学成因分类
按照产生节理的力学性质不同,节理分为张节理和剪节理。
张节理(图2-6):岩石在拉张应力作用下产生的节理。构造中的纵节理和横节理都属于张节理。
张节理具有以下特征:具有张开的裂口,呈楔形,延伸不深不远,有时为矿脉所填充;节理面参差不齐,粗糙不平,常绕过砾石;节理间距较大,分布稀疏面不均匀,很少密集成带;常平行出现或呈雁行式排列,有时沿着两组呈“X”形的共轭剪节理断开形成锯齿状张节理,称为追踪张节理。
图2-6 张节理
剪节理(图2-7):岩石在剪切应力作用下产生的节理。由于岩石抗剪切的能力远远小于它的抗压能力,因此岩石在承受压应力的情况下往往先形成两组互相交叉的剪节理。褶曲构造中的斜向节理多属于剪节理。
剪节理具有以下特征:常具紧闭的裂口,延伸较远、较深;节理面平直而光滑,沿节理面可有轻微位移,有时可见擦痕、镜面等,能切断、错开砾石、结核;常成组、成群密集出现,形成两组交叉节理,故又称为X节理或共轭剪节理。
图2-7 剪节理
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