中国石油大学北京构造地质学节理

会计学1中国石油大学北京构造地质学节理2021/5/252概述1.节理（Joint）：岩石中没有明显位移的裂隙或破裂面.JointVein第1页/共68页2021/5/253概述2.研究意义：1）工程地质方面2）水文地质方面3）石油勘探方面4）构造地质方面第2页/共68页主要内容1.节理的分类2.节理的分期与配套3.不同地质背景上发育的节理4.节理的野外观测5.节理测量资料的整理分析第3页/共68页要点1. 张节理和剪节理的主要特征和区分方法2. 节理的分期和配套方法3. 共轭剪节理的识别和应力指向意义4.  节理的分期和共轭节理的判定5.  节理玫瑰花、极点、等密图的制作第4页/共68页主要内容1.节理的分类2.节理的分期与配套3.不同地质背景上发育的节理4.节理的野外观测5.节理测量资料的整理分析第5页/共68页2021/5/2571.节理的分类节理的分类主要依据两个方面，一是按节理与有关构造的几何关系，另是按节理形成的力学性质，这两者之间又相互有关.第6页/共68页2021/5/258(一)节理与相关构造的几何关系分类1.按节理与岩层产状关系，分为四类：1)走向节理.2)倾向节理.3)斜向节理.4)顺层节理.第7页/共68页2021/5/259(一)节理与相关构造的几何关系分类2.按节理与褶皱轴向(或区域构造线)关系，分为三类：1)纵节理.2)横节理.3)斜节理.第8页/共68页2021/5/2510(二)节理的力学性质分类3.按节理的力学性质，分为两类：1)剪节理.2)张节理.第9页/共68页2021/5/2511(二)节理的力学性质分类1. 剪节理：由剪切应力产生的破裂面，主要特征：1）产状稳定，延伸较远，间距比较均匀.2）节理面平直光滑，两侧岩石可有少量相对位移，可见擦痕.第10页/共68页2021/5/25123）一般切穿砾岩中的砾石.第11页/共68页2021/5/25134）常见共轭出现，其锐交角等分线常指示σ1方向在岩石塑性较大、应变量较大时，σ1可变为钝交角等分线方向.以上四点为关键点，其余作一般了解.第12页/共68页2021/5/2514“X”型共轭节理系将岩石切割成棋盘“X”型共轭节理系将岩石切割成菱形岩块第13页/共68页2021/5/25155）主剪裂面由羽状微裂面组成.羽状微裂面与主剪裂面交角一般为5－15°,相当于内摩擦角的一半.微裂面与主剪裂面相交之锐夹角方向指示本侧岩块剪切方向.剪节理的尾端变化和连接形式：折尾、菱形结环、分叉折尾菱形结环分叉第14页/共68页2021/5/2516(二)节理的力学性质分类2.张节理：张应力产生的破裂面，垂直σ3方向，主要特征：1）产状不稳定，延伸不远，单条节理短而曲折.第15页/共68页2021/5/25172）节理面粗糙不平，无擦痕.3）多开口，常被矿脉充填，脉宽变化大，脉壁不平直.4）一般绕过砾岩.5）有时具有较规则的几何形态，例如：a）追踪张节理：锯齿状.第16页/共68页2021/5/2518b）单列雁行张节理.c）共轭雁行张节理.第17页/共68页2021/5/25196）张节理的尾端变化和连接形式:多为不规则形态,另有树枝状、多级分叉、杏仁状结环.7）在共轭剪裂带中形成的张节理多呈雁列状.第18页/共68页2021/5/2520(二)节理的力学性质分类3.节理力学性质的过渡和转化：一些早期形成的节理,在后期构造变形中会被改造或叠加50°60°第19页/共68页2021/5/2521利用应变椭球体分析节理力学性质σ3A轴第20页/共68页2021/5/2522(三)特殊节理组合类型1.雁列节理：一组成雁行式斜列的节理。（雁列脉，enechelon）1)几何要素：雁列带、雁列面、雁列轴、雁列角.2)左阶（列）、右阶（列）的概念.左阶（列）右阶（列）雁列带第21页/共68页2021/5/2523雁列带:雁列节理和雁列脉成带状展布的空间范围叫雁列带。雁列面:穿过雁列带中各个单脉的中心而平分雁列带的中心面叫雁列面。雁列轴:雁列面在雁列带横截面上的迹线叫做雁列轴。雁列角:单脉与雁列面之间的锐夹角为雁列角。雁列角的大小对分析节理的力学性质很有意义，根据实测资料统计,雁列角有两个高峰值,一个为45°左右,属于张裂型节理;另一个为10°左右,属于剪裂型节理,是由剪裂作用中与主剪切面成小角度相交的微剪裂发育而成的。aa’,bb’-雁列带，MM’-雁列轴，β-雁列角，AW-雁列带宽度第22页/共68页2021/5/25243)类型：a)平直型：剪裂.b)S型：张裂.第23页/共68页2021/5/2525(三)特殊节理组合类型2.缝合线构造（Stylolite，与Suture的区别）由难溶组分残积而成的尖齿状线条，是压溶作用的产物.第24页/共68页2021/5/2526压溶作用（Pressuresolution）第25页/共68页2021/5/2527峰尖方向指示最大主应力σ1方向第26页/共68页2021/5/2528(三)特殊节理组合类型3.羽饰构造(Plumosestructure)1)常见于粒度比较均匀的细粒岩石中.2)成因观点不甚一致：可能张剪成因，快速破裂，与裂纹的扩展有关.第27页/共68页2021/5/2529第28页/共68页2021/5/25303)包括以下几个组成部分:羽轴、羽脉、边缘带、边缘节理、陡坎.边缘节理第29页/共68页2021/5/25314)最常见的羽饰构造是人字型,也有呈放射状和环状的。羽饰构造一般发育于浅层次的脆性状态岩石中,是快速破裂中形成的,羽脉的发散方向指示节理的扩展方向,羽脉收敛会聚方向和人字型尖端指向断裂源点。边缘带的边缘节理及陡坎与微剪羽裂类似,显示出剪切力偶方向。第30页/共68页2021/5/2532第31页/共68页2021/5/2533(四)节理的裂开－愈合作用节理常常被矿物质充填而形成岩脉,最常见的充填物是石英、方解石等。充填物有外来的,有从围岩因压溶作用析出的,也有一些岩脉是溶液与围岩交代形成的。溶液侵入节理空间并使节理两壁张开而形成的岩脉称之为扩张性岩脉;如果由溶液与围岩交代以占有空间而形成的岩脉叫做非扩张性岩脉。第32页/共68页2021/5/2534节理脉的充填常常是一个持续反复增生的过程,先形成一个窄的裂缝,然后张开,张开的空间被结晶矿物质充填愈合,这种反复裂开－愈合的增生作用称为裂开－愈合作用。节理充填物的晶体常常显示纤维状或柱状的结晶习性,脉内矿物的结晶方向与应力作用方式和方向有关。受垂直岩脉走向的张应力作用的岩脉,其内矿物晶体垂直岩脉的脉壁生长;而受平行岩脉走向的剪应力作用,脉内矿物晶体长轴与脉壁斜交。第33页/共68页2021/5/2535(五)节理组和节理系的概念1.节理组：在一次构造作用的统一应力场中形成，产状基本一致，且力学性质相同的一群节理，称之节理组.第34页/共68页2021/5/2536(四)节理组和节理系的概念2.节理系：在一次构造作用的统一应力场中形成的两个或两个以上的节理组，称之节理系.如：X型共轭节理系、放射状或同心状节理系.第35页/共68页2021/5/2537第36页/共68页主要内容1.节理的分类2.节理的分期与配套3.不同地质背景上发育的节理4.节理的野外观测5.节理测量资料的整理分析第37页/共68页2021/5/2539(一)节理的分期1.分期概念：区分不同时期形成的节理的先后关系.1)目的：了解节理发育的一般规律，恢复古构造应力场.2)依据：节理的相互交切关系，以及与相关地质体的交切关系.第38页/共68页2021/5/2540(一)节理的分期2.依据节理组交切关系进行分期：1）错开关系：被错者先.注意：有对应的错开点.第39页/共68页2021/5/25412）限制：被限者晚.注意：无对应的错开点.第40页/共68页2021/5/25423）互切：同期.第41页/共68页2021/5/25434)追踪、利用和改造：被追踪、利用和改造者早.第42页/共68页2021/5/2544(二)节理的配套1.配套：把一定构造期的统一应力场中形成的各组节理组合成一定系列.第43页/共68页2021/5/2545(二)节理的配套2.配套方法：1）利用节理的相互切错关系确定其共轭关系.第44页/共68页2021/5/25462）利用剪切滑动关系.第45页/共68页2021/5/2547(二)节理的配套3.注意事项：节理的配套工作十分繁难复杂，这项研究只宜在构造变动微弱、构造关系清楚地区进行，原因：1）节理是一种小尺度构造，成因多样，不仅构造作用可以形成，非构造因素也可造成.2）在漫长的地质时期中多次形成的节理又相互叠加、改造、穿插、切割，使各次构造作用中形成的节理的相互关系被破坏和掩蔽.第46页/共68页主要内容1.节理的分类2.节理的分期与配套3.不同地质背景上发育的节理4.节理的野外观测5.节理测量资料的整理分析第47页/共68页2021/5/2549(一)与纵弯褶皱有关的节理1. 褶皱初期节理：纵弯褶皱机制岩层发生弯曲褶皱之前,水平岩层受侧向水平挤压力作用,在岩层中形成一对平面共轭“X”型剪节理，s2垂直,s1、s3水平.第48页/共68页2021/5/2550(一)与纵弯褶皱有关的节理2. 褶皱期节理：1)转折端外侧：局部应力σ3⊥枢纽.2)转折端内侧：局部应力σ1⊥枢纽（与褶皱初期情况一致）.横弯褶皱：整体处于引张状态，常成放射状或同心圆状张节理.第49页/共68页2021/5/2551(二)与断层有关的节理1.羽状张节理：⊥σ3的张节理，与断层面的锐夹角指向本盘运动方向.羽状张节理常常与断层成锐角相交,与断层相交的锐夹角方向指示断层本盘位移方向,由此,断层派生的羽状张节理可以用来判断断层的滑动方向.应力状态:节理面与断层面的交线方向代表中间主应力σ2的方向;羽状张节理面的法线方向代表最小主应力σ3的方向,最大主应力σ1垂直σ2，并与σ2同位于张节理面上.第50页/共68页2021/5/2552(二)与断层有关的节理2. 伴生剪节理：二组共轭剪节理，一组平行断层面，一组与断层面斜交，其锐角平分线指向σ1.第51页/共68页2021/5/2553(二)与断层有关的节理3.派生节理：由断层两盘相对运动引起的派生应力场所致.第52页/共68页2021/5/2554(三)与区域构造有关的节理区域性节理：在地表广大地区规律性展布，与局部的褶皱和断层没有成因联系的节理.特点：1）发育范围广，产状稳定.2）规模大，间距宽，延伸长，切穿不同岩层.主节理：节理规模明显大于该区节理平均规模系统性节理：节理产状、方位、组合、排列、间距等方面具有规律性非系统性节理第53页/共68页2021/5/2555第54页/共68页2021/5/2556(四)节理在区域构造分析中的作用和问题1.作用：从理论上，节理是构造应力作用的结果，与区域构造应力场有一定的联系，因此可以从中获取区域构造应力场的信息.2.存在问题：1）节理的形成时期不易确定.2）节理两侧岩石的位移很小，不易判别运动方向.3）非构造节理的干扰.4）多期构造的叠加.因此：节理在分析应力场时存在许多困难.第55页/共68页2021/5/2557(四)节理在区域构造分析中的作用和问题3.利用节理研究区域构造应力场的要点：1）联系构造背景和构造部位.2）建立节理组合样式和空间展布模型.3）结合区域构造变形历史进行分期配套.4）分析节理的成因和形成深度.第56页/共68页2021/5/2558(四)节理在区域构造分析中的作用和问题4.利用（共轭）节理资料研究构造应力场的原理和方法：1）共轭剪节理的交线为s2方向.2）共轭剪节理的两个夹角的平分线方向分别为σ1和σ3。一般锐角平分线为σ1（有时钝角平分线为σ1）.第57页/共68页2021/5/25593）把各测点上σ1，σ3方向投影到平面上，将相邻点的σ1和σ3方向用平滑线连接，构成主应力迹线图.第58页/共68页主要内容1.节理的分类2.节理的分期与配套3.不同地质背景上发育的节理4.节理的野外观测5.节理测量资料的整理分析第59页/共68页2021/5/2561(一)露头区节理研究1.选点基本原则：代表性.2.具体要点：1）露头良好（最好能作三维空间观测）.2）岩层产状稳定.3）节理相互关系比较明确.4）构造重要部位.第60页/共68页2021/5/2562(一)露头区节理研究3.主要观测内容：1）地质背景分析.2）组、系划分，成因判别.3）分期配套.4）测量：产状，长度，宽度（平均宽度），密度（条/米）.5）充填物和充填程度观察.第61页/共68页2021/5/2563(二)覆盖区节理研究简介（补充）1.利用地应力资料评价地下节理：通过测量地应力，推断地应力值越低的地方，节理越发育，原因为应力释放.2.利用地层曲率评价构造节理3.测井方法预测节理1）声波测井.2）电磁波测井.3）地层倾角测井.4）微电阻率扫描、井下电视.第62页/共68页主要内容1.节理的分类2.节理的分期与配套3.不同地质背景上发育的节理4.节理的野外观测5.节理测量资料的整理分析第63页/共68页2021/5/2565(一)基本节理图1.玫瑰花图.1)走向玫瑰花图：半圆.2)倾向玫瑰花图：整圆.3)倾向、倾角玫瑰花图（不常用，已经被极点图和等密度图取代）.第64页/共68页2021/5/25662.极点图和等密度图(具体在实习课中介绍).第65页/共68页主要内容1.节理的分类2.节理的分期与配套3.不同地质背景上发育的节理4.节理的野外观测5.节理测量资料的整理分析第66页/共68页要点1. 张节理和剪节理的主要特征和区分方法2. 节理的分期和配套方法3. 共轭剪节理的识别和应力指向意义4.  节理的分期和共轭节理的判定5.  节理玫瑰花、极点、等密图的制作TheEnd!第67页/共68页