第4章-地质构造

地质学(煤矿地质学)地质学基础地质构造：指地质体（岩层、岩体、矿体等）存在的空间形式、状态及相互关系，是地壳运动所造成的岩石（或矿体）变形、变位等现象。表现主要形式：褶皱变动是岩层发生弯曲但岩层是连续的；断裂变动是岩层的连续性遭到破坏、岩层中产生了破裂面。第一节单斜岩层第二节褶皱构造第三节断裂构造第四章地质构造第一节单斜岩层一岩层及其产状一）岩层岩层是由两个平行或近于平行的界面所限制的同一岩性组成的层状岩体。岩层的顶面、底面、厚度称为岩层的三个要素。H上层面下层面二）岩层的产状岩层的产状是指岩层的空间位置。用于描述岩层在空间展布特征。一般岩层的产状用走向、倾向、倾角表示。走向、倾向、倾角称为岩层产状的三要素。第一节单斜岩层一岩层及其产状α倾角倾向走向1走向：指岩层面与水平面的交线走向是直线，有两个方向，方向用方位角表示。如走向的一个方位角是30°，可称岩层的走向是30°，也可称岩层的走向为120°。二）岩层的产状α倾角倾向走向2、倾向：在岩层面上沿岩层面的倾斜方向垂直走向的直线称倾斜线。倾斜线在水平面上的投影线所指的岩层面倾斜方向称倾向。倾向与走向相互垂直。二）岩层的产状α倾角倾向走向2、倾向倾向是射线，只有一个方向，方向用方位角表示。如倾向的方位角是30°，可称岩层的倾向30°二）岩层的产状α倾角倾向走向3、倾角倾斜线与其在水平面上的投影线(倾向线)之间的夹角。二）岩层的产状α倾角倾向走向产状的表示方法：(倾向)(倾角)160°∠25°25°倾角A倾向走向视倾向视倾角BC岩层的产状视倾角与真倾角的关系：tgA=tgBXcosC三）、岩层的基本特征1、水平岩层岩层层面保持水平状态，即同一岩层面上的海拔高度基本相同的岩层称为水平岩层。水平岩层的特征：a、在地层层序没有发生倒转的情况下，地质时代较新的岩层叠覆在较老的岩层之上。b、水平岩层的厚度是该岩层顶面标高与底面标高之差。c、水平岩层的出露和分布状态完全受地形控制。d、水平岩层露头的水平宽度（即岩层上、下层面上的出露界线之间的水平距离）是随岩层的厚度和地面波度的变化而变化的。水平岩层三）、岩层的基本特征2、倾斜岩层受构造运动的影响，岩层改变了原始的水平状态并发生倾斜，称为倾斜岩层。倾斜岩层的特征：a、在地层层序没有发生倒转的情况下，地质时代较新的岩层叠覆在较老的岩层之上。b、岩层的厚度为该岩层顶面与底面之间的垂直距离。c、岩层的出露和分布状态完全受地形控制。露头的水平宽度取决于岩层的厚度和地面坡度的变化。三）、岩层的基本特征倾斜岩层a第一节单斜岩层三）、岩层的基本特征3、直立岩层受构造运动的影响，岩层原始水平状态发生剧烈变化，岩层面与水平面垂直，称为直立岩层。四）、岩层的厚度水平岩层的厚度是指岩层顶面和底面之间的垂直距离。对于倾斜岩层而言，岩层的厚度包括真厚度、铅垂厚度、水平厚度。1、真厚度(h)在垂直岩层走向的剖面中，岩层顶面和底面之间的垂直距离。hhfhgαα四）、岩层的厚度2、铅垂厚度(hg)在垂直岩层走向的剖面中，岩层顶面和底面之间的铅垂距离。铅垂厚度(hg)与真厚度(h)的关系：h=hg×cosα(α—岩层倾角)3、水平厚度(hf)在垂直岩层走向的剖面中，岩层顶面和底面之间的水平距离。水平厚度(hf)与真厚度(h)的关系：h=hf×sinαhhfhgαα五）、地层的接触关系地层的接触关系是指上下两套新和老的地层之间的在时间和空间上的相互关系。地层接触关系分为整合接触和不整合接触两种接触关系。其中不整合接触又包括平行不整合（假整合）接触和角度不整合接触。1、整合接触指某个地区在一定的地质历史时期内，地壳运动与沉积作用处于相对平衡状态，沉积连续、形成上下两套地层之间的岩性和古生物演化基本一致，上下两套地层之间的接触关系称为整合接触。特点a、上下两套地层为连续沉积；b、上下两套地层之间的岩性、古生物基本一致c、上下两套地层之间不存在侵蚀面。五）、地层的接触关系2、不整合接触1）平行不整合（假整合）接触指某个地区在一定的地质历史时期内，地壳下降接受沉积后，地壳再抬升，使已形成的地层遭受风化剥蚀，出现明显的区域性沉积间断；之后地壳再次下降并接受沉积，上下两套地层之间的产状基本一致，称为平行整合接触或假整合接触。特点：a、上下两套地层之间有明显的沉积间断，岩性、古生物突变，缺失某些时代的地层；b、上下地层之间存在分布广泛的沉积间断面；c、上下地层之间的产状基本一致。五）、地层的接触关系2）角度不整合接触指某个地区在下伏地层形成后，发生强烈的地壳运动，使已形成的地层发生倾斜、褶皱、断裂、或伴随岩浆活动、变质作用，并遭风化剥蚀、造成明显的区域性沉积间断；之后地壳再次下降并接受沉积，使新地层覆盖在不同时代的老地层之上，上下两套地层之间的产状不一致，称为角度整合接触。五）、地层的接触关系六）、单斜岩层在地质图上的表示1、水平岩层的表示2、倾斜岩层的“V”字形法则①当岩层倾向与地面坡向相反时，岩层露头界线与地形等高线的弯曲方向一致，即在沟谷处，岩层界线的“V”字形尖端指向沟谷的上游方向，而在穿过山脊时，“V”字形尖端则指向山脊的下坡。“相反相同”2、倾斜岩层的“V”字形法则②当岩层倾向与地面坡向相同且岩层倾角大于地面坡角时，岩层界线与地形等高线呈相反的方向弯曲。在河谷处，岩层界线的“V”字形尖端指向河谷下游；在山脊处则相反，岩层界线的“V”字形尖端指向山脊的山坡。2、倾斜岩层的“V”字形法则③当岩层倾向与地面坡向④相同且岩层倾角小于地面坡⑤角时，岩层界线与地形等高⑥线的弯曲方向也是相同的。⑦在河谷处，岩层界线的⑧“V”字形尖端指向河谷上游；⑨⑩而在山脊处，岩层界线11的“V”字形尖端则指向山脊12的下坡。3、直立岩层岩层在构造应力的长期作用下，原始产状改变，形成各种弯曲，岩层仍保持其连续性，称为褶皱构造。第二节褶皱构造1、褶皱构造的基本类型褶皱构造中单个的弯曲称为褶曲。褶曲包括向斜和背斜两种基本类型。第二节褶皱构造背斜在形态上为一个弧顶向上的弯曲，中心部分为老地层，两侧地层依次变新。向斜在形态上为一个弧顶向下的弯曲，中心部分为新地层，两侧地层依次变老。不对称背斜宁夏贺兰山奥陶系构造地质背斜在形态上为一个弧顶向上的弯曲，中心部分为老地层，两侧地层依次变新。宁夏石炭井矿区发育的褶皱构造向斜在形态上为一个弧顶向下的弯曲，中心部分为新地层，两侧地层依次变老。2、褶曲的要素核部和翼部：褶曲的中心部位称核部；核部两侧称翼部。转折端：两翼岩层汇合转折的部位。枢纽点和枢纽线：同一褶曲横剖面上同一岩层面的最大弯曲点枢纽点；同一褶曲横剖面上同一岩层面的最大弯曲点的连线枢纽线。轴面和轴迹：同一褶曲各岩层面上枢纽线构成的面叫轴面。轴面与水平面的交线称轴迹。第二节褶皱构造褶曲的要素160°∠25°345°∠65°不对称背斜翼部翼部核部转折端轴面第二节褶皱构造第二节褶皱构造3、褶曲的形态分类褶曲横剖面的形态分类：直立褶曲、斜歪褶曲、倒转褶曲、扇形褶曲、平卧褶曲、挠曲。第二节褶皱构造3、褶曲的形态分类褶曲在纵剖面上的形态分类：水平褶曲、倾伏褶曲。水平褶曲第二节褶皱构造3、褶曲的形态分类褶曲平面形态分类：线形褶曲、短轴褶曲、近等轴褶曲等类型。短轴褶曲褶曲在剖面上的分类4、褶曲的在平面、剖面的形态及判别第二节褶皱构造CAAPTPTT3AAT2T1T2T1第二节褶皱构造CAAPTPTT3AAT2T1T2T1TPPTCT3T2T1T1T2第二节褶皱构造SAADOSAADOODSSOOSSDD4、褶曲的在平面、剖面的形态及判别第二节褶皱构造5、褶皱的组合形式第二节褶皱构造1）、复式褶皱2）、隔档式构造、隔槽式构造3）、同斜褶皱6、褶曲形成的时代的判别第二节褶皱构造利用不整合面确定褶皱形成时代的平面示意图褶皱形成的时代通常是根据地层之间存在的区域性不整合接触关系来确定的。6、褶曲形成的时代的判别第二节褶皱构造图中存在两个不整合面：1、K与下伏地层之间的不整合接触面；2、J2与下伏地层之间的不整合接触面；7、褶曲的描述第二节褶皱构造1）、名称：地名＋褶曲类型2）、核部地层、两翼地层及两翼地层产状3）、轴面产状、轴迹走向4）、褶曲的形成时代5）、与相邻褶曲的关系。7、褶皱的描述1、概念岩层在构造应力的长期作用下，岩层连续性被破坏，岩层中产生破裂面，为断裂构造。常见的断裂构造有节理构造和断层构造。第三节断裂构造2、节理构造断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，但没有发生明显的相对位移的断裂构造称节理构造。第三节断裂构造两组近于垂直的节理南京东郊湖山地区上泥盆统五通组砂岩断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，但没有发生明显的相对位移的断裂构造称节理构造2、节理构造构造节理南京东郊湖山地区三叠系下青龙组石灰岩2、节理构造2、节理构造节理按力学性质可分为张节理和剪节理。张节理是在张应力作用下形成的节理。剪节理是在剪应力作用下形成的节理。第三节断裂构造2、节理构造张节理特点：①产状不稳定，在平面上呈蜿曲状或锯齿状延伸，沿走向延伸不远即告消失。②节理面粗糙不平，擦痕不发育，节理两壁裂开距离较大，有些张节理呈开口状或楔形，常被矿脉充填。③在由压应力诱导产生的张应力作用下形成的张节理，常常会追踪先已形成的共轭X型剪节理，形成锯齿状追踪张节理。④一般来说，张节理面两侧的岩石没有发生相对错移的现象。当张节理发育在砾岩或含砾的碎屑岩中时常是绕过砾石。⑤张节理一般发育稀疏，节理之间的距离较大，分布不均匀，即使局部地段发育较多也很少密集成带。2、节理构造剪节理特点：①产状稳定，在平面和剖面上都呈直线延伸；规模较大，沿走向和倾向常延伸较远。②节理平直而光滑，常具擦痕、镜面等构造现象；节理两壁之间往往比较紧闭。③发育在砾岩中或含砾的碎悄岩中的剪节理常把砾石切穿并发生微小的错移，可以借助这种错确定岩石被剪切的方向。④一般剪切理发育较密集，相邻两节理之间的距离较小，常具有等距性分布特点；有时则密集成带。⑤在由压应力诱导产生的剪应力作用下形成的剪节理，常发育成两组构造X型剪节理。⑥共轭X型剪节理常呈羽列现象。2、断层构造断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，并且发生明显的相对位移的断裂构造称断层构造。第三节断裂构造3、断层构造山西柳林县成家庄，石炭系本溪组断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，并且发生明显的相对位移的断裂构造称断层构造第三节断裂构造2）、断层的要素A断层面：指断层的破裂滑动面。B断层线：断层面与地面的交线。C断盘：断层面两侧的岩体。位于断层面上方的称为上盘；位于断层面下方的称为下盘。第三节断裂构造2）、断层的要素D断层交面线：断层面与岩层面的交线。逆断层断层面断层交面线上盘下盘3、断层的要素E断层的断距、落差第三节断裂构造总断距(滑距)、地层断距、铅垂断距、水平断距H总总断距(滑距)是断层两盘相对错开的真正距离H总E断层的断距、落差第三节断裂构造地层断距H0:指在与岩层垂直的剖面上，断层同一层面错开的垂直距离。第三节断裂构造铅垂地层断距Hg:指在与岩层垂直的剖面上，断层同一层面错开的铅直距离。H0=Hgcosαα-地层倾角E断层的断距、落差第三节断裂构造水平地层断距Hf:指在与岩层垂直的剖面上，断层同一层面错开的水平距离。H0=Hfsinαα-地层倾角E断层的断距、落差第三节断裂构造断层的落差Ha:指在与断层走向垂直的剖面上，断层同一层面错开的铅直距离。H0=HfsinαE断层的断距、落差第三节断裂构造断层的平错Hb:指在与断层走向垂直的剖面上，断层同一层面错开的水平距离。Hb=Hatgββ-断层倾角E断层的断距、落差3、断层构造3）、断层的形态分类按断层两盘相对位移的特点可分为：正断层、逆断层、平移断层、枢纽断层等类型。第三节断裂构造3、断层构造正断层：断层上盘沿断层面倾斜线相对向下移动，下盘相对向上移动。第三节断裂构造正断层山西柳林成家庄断层的上盘相对下降、下盘相对上升C22tC21bC22tC21b第三节断裂构造3、断层构造逆断层：断层上盘沿断层面倾斜线相对向上移动，下盘相对向下移动。逆断层山西柳林县成家庄，石炭系本溪组第四节地质构造三、断裂构造