在野外如何進行斷層的觀測

2021-07-14 23:08:49 字數 6870 閱讀 3712

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給你推薦一篇野外地貌觀察和地質構造常識,希望對你有幫助

一、節理

(一)基本概念

1、節理:岩石受力作用形成的破裂面或裂紋,稱為節理,它是破裂面兩側的岩石沒有發生明顯位移的一種構造。

節理的產狀也可用走向、傾向和傾角進行描述。

2、節理組和節理系:在同一時期,同一成因條件下形成的,彼此相互平行或近於平行的一群節理叫節理組;在同一構造應力作用下,形成有規律組合的節理組,叫節理系。

(二)節理分類

1、按節理的成因分類

節理按成因可分為原生節理、構造節理和表生節理。

(1)原生節理:指岩石形成過程形成的節理,如玄武岩的柱狀節理

(2)構造節理:是岩石受地殼構造應力作用產生的,這類節理具有明顯的方向性和規律性,發育深度較大,對地下水的活動和工程建設的影響也較大。構造節理與褶皺、斷層及區域性地質構造有著非常密切的聯絡,它們常常相互伴生,是工程地質調查工作中的重點物件(相對於節理、表生節理)。

(3)表生節理:又稱風化節理、非構造節理,是岩石受外動力地質作用(風、水、生物等)產生的,如由風化作用產生的風化裂隙等,這類節理限在空間分佈上常侷限於地表淺部岩石中,對地下水的活動及工程建設有較大的影響。

2、按力學性質進行分類

(1)張節理:在垂直於主張應力方向上發生張裂而形成的節理,叫張節理。張節理大多發育在脆性岩石中,尤其在褶皺轉折端等張拉應力集中的部位最發育,它主要有以下特徵:

裂口是張開的,剖面呈上寬下窄的楔形,常被後期物質或岩脈填充;

節理面粗糙不平,一般無滑動擦痕和磨擦鏡面;

產狀不穩定,沿其走向和傾向都延伸不遠即行尖滅;

在礫岩或砂岩中發育的張節理常常繞過礫石、結核或粗砂粒,其張裂面明顯凹凸不平或彎曲;

張節理追蹤x型剪節理髮育呈鋸齒狀。

(2)剪節理:岩石受剪應力作用發生剪下破裂而形成的節理,叫剪節理,它一般在與最大主應力呈45°夾角的平面上產生,且共軛出現,呈x狀交叉,構成x型剪節理。它具有以下特徵:

剪節理的裂口是閉合的,節理面平直而光滑,常見有滑動擦痕和磨光鏡面;

剪節理的產狀穩定,沿其走向和傾向可延伸很遠;

在礫岩或砂岩中發育的剪節理常切礫石、砂粒、結核和岩脈,而不改變其方向;

剪節理的發育密度較大,節理間距小而且具有等間距性,在軟弱薄層岩石中常常密整合帶出現。

一、節理

(三)節理的野外調查

1、調查的內容

(1)地質背景:包括地層、巖性、褶皺和斷層的發育;

(2)節理的產狀:走向、傾向和傾角;

(3)節理的張開和填充情況:包括張開的程度、充填的物質等;

(4)節理壁的粗糙程度:粗糙的、平坦的、光滑的;

(5)節理的充水情況;

填寫節理觀測登記表:

點號及位置

地層時代及巖性

岩層產狀和構造部位

節理產狀

節理組系、力學性質和相互關係

節理分期

節理密度

(根/m2)

節理面特徵及充填物

2、研究內容

確定節理的成因、對節理進行分期、統計節理的間距、數量、密度,確定節理的發育程度和主導方向等。

節理的分期可根據節理的交切關係進行,比如後期形成的節理常將先期形成的節理錯開,或者受到先期形成的節理的限制。

3、資料整理:節理玫瑰花圖、等密圖和電算處理等。

(四)節理的工程評價

1、節理的成因:構造節理分佈範圍廣、埋藏深度大,並向斷層過渡,對工程穩定性影響較大。

2、節理的受力特徵:張節理比剪節理的工程效能差。

3、節理產狀:傾向和邊坡一致的節理穩定性差。

4、節理密度和寬度:一般用節理髮達程度來表示,節理越發達,對工程影響越大。

5、節理面間的充填物:充填有軟弱介質的節理,工程地質條件差。

6、節理的充水程度:飽水的節理,其穩定性差。

二、劈理

(一)劈理的涵義

劈理是指岩石受力後,具有沿著一定方向劈開成平行或大致平行的密集的薄層或薄板的一種構造。沿著劈開的這種裂面稱劈理面,相鄰兩劈理面之間所夾的薄板狀巖片稱微劈石。

劈理面的產狀也用走向、傾向、傾角表示。

劈理使岩石具有明顯的各向異性特徵,劈理主要發育在構造變動強烈、應力集中的岩石地段,如褶皺構造的兩翼、大斷層的兩側及變質岩中,它不一定破壞岩石的完整性,但用力敲擊時,岩石則容易沿劈理面劈開。

(二)劈理的分類

1、流劈理:是岩石受力作用後,由片狀、板狀或扁平礦物顆粒產生定向排列而成。常見於變質岩中,如板岩中的板理,片岩、片麻岩中的片理等。

在平行於礦物定向排列方向上形成易於裂開的劈理面,使岩石具有分割成無數薄片的特徵。流劈理比較光滑,間距也小,僅幾毫米。

大理岩中的流劈理

2、破劈理:是岩石中平行密集,並將岩石切割成薄片狀的細微裂隙。它是岩石受剪下作用形成的,與岩石中礦物的定向排列無關。

因此,破劈理沿著最大剪下應力方向發育,其間距一般為幾毫米~幾釐米,大多發育在硬脆岩石間的軟弱岩石中或硬脆的薄層岩石中。破劈理與剪節理的區別在於其密集性,其間沒有明顯的界限。破劈理的基本特徵是劈理面平直光滑,近於平行,延伸穩定,密整合帶。

破劈理3、滑劈理:滑劈理也是岩石中平行密集的細微剪裂面,與破劈理的區別在於沿劈理面有微小的位移,滑劈理大多發育在具有鱗片變晶結構的板岩、千枚巖及片中。

s1-流劈理

s2-滑劈理

板岩中的滑劈理

滑劈理(三)劈理的野外研究

在岩石強烈變形和變質岩區工作時,應注意對劈理的觀察,大量測量其產狀並均勻地標註在地質圖或構造圖上,還要採集定向標本,供室內顯微觀測或研究用,要區分劈理和層理、測定劈理的間隔等。

在野外,劈理的識別可從以下幾個方面進行:

1、切穿不同成分、顏色、粒度岩層的面,可能是劈理面。

2、劈理在不同巖性的岩層中分佈的頻度與層面交角可能不同,甚至出現轉折或彎曲。

3、切穿岩層的夾層、透鏡體、排列方向密集的破裂面,可能是劈理面。

4、單個的劈理面一般延伸不遠。

三、斷層

(一)概念

岩層或巖體在構造運動影響下發生破裂,若破裂面兩側巖體沿破裂面發生了明顯的相對位移,這種構造就稱為斷層。

斷層的種類繁多,形態各異,規模大小相差十分懸殊,規模大的斷層延伸長度可達幾百~一千多公里,而小的斷層可在岩石標本上見到。斷層的切割深度也不相同,有的可切穿地殼至上地幔。

斷層破壞了岩石的連續完整性,對巖體的穩定性、滲透性、**活動和區域穩定性都有重大影響,從而影響工程的穩定性,與工程建設有著密切的聯絡。

(二)斷層要素

1、斷層面:構成斷層的破裂面,也就是斷層兩側巖體沿之產生顯著滑動位移的面,叫做斷層面,產狀可用走向、傾向和傾角確定。斷層一般不是單個的面,而是由一系列的破裂面或次級斷層所組成的帶,即斷層帶或斷裂帶。

2、斷層線:是指斷層面與地面的交線,即斷層面在地表的出露線,斷層線延伸方向即是斷層走向,延伸的消失點,稱為斷層的端點。

3、斷盤:斷層面兩側發生相對位移的巖體,稱為斷(層)盤。當斷層面傾斜時,位於斷層面上方的稱為上盤、下方的稱為下盤;當斷層面近於直立時,則以方位相稱,如東盤、西盤等;也可根據兩盤相對移動的關係,把相對上升的稱為上升盤,把相對下降的稱為下降盤。

4、斷距:斷層兩盤巖體沿斷層面發生相對滑動的距離,稱為斷距。斷距的大小常常是衡量斷層規模的重要標誌,斷距又分為總斷距、水平斷距及垂直斷距。

(三)斷層分類

1、按斷層面產狀與岩層產狀的關係分類

走向斷層:斷層走向與岩層走向一致的斷層;

傾向斷層:斷層走向與岩層傾向一致的斷層;

斜向斷層:斷層走向與岩層走向斜交的斷層。

2、按斷層面走向與褶皺軸向或區域線之間的關係分類

縱斷層:斷層走向與褶皺軸向或區域構造線方向平行的斷層;

橫斷層:斷層走向與褶皺軸向或區域構造線方向垂直的斷層;

斜斷層:斷層走向與褶皺軸向或區域構造線方向斜交的斷層。

3、按斷層力學性質分類

壓性斷層:由壓應力作用形成,其走向垂直於主壓應力方向,多呈逆斷層形式,斷面為舒緩波狀,斷裂頻寬大、常有斷層角礫岩。

張性斷層:在張應力作用下形成,其走向垂直於張應力方向,常為正斷層,斷層面粗糙,多呈鋸齒狀。

扭性斷層:在剪應力作用下形成,與主壓應力方向交角小於45。,常成對出現。斷層面平直光滑,常有擦痕出現。

4、按斷層兩盤相對運動的關係進行分類

(1)正斷層:上盤相對下降,下盤相對上升的斷層,稱為正斷層。

正斷層的產狀一般較陡,傾角在45º~90º,斷層線比較平直,一般是由於重力作用或水平張力作用形成的,並在垂直於張應力方向上發育。

正斷層(2)逆斷層:下盤相對下降,上盤相對上升的斷層,稱為逆斷層。逆斷層產狀一般比較平緩,傾角很少超過70º,斷層線常呈舒緩的波狀曲線,斷層面傾角大小又可分為:

衝斷層: 傾角 >45º;

逆掩斷層: 25º~45°;

輾掩斷層: <25º。

推覆構造:巨大的外來巖席,沿著一個近於水平的滑動面(傾角小,10º~15º),長距離的滑移(位移》15km),常看一較老的岩層覆於較新的岩層之上。

逆斷層一般是受水平的擠壓應力作用,沿剪下破裂面形成的,常與褶皺相互伴生,逆斷層的規模一般較大,多為區域性的巨型構造。

逆斷層示意圖

逆斷層(手標本)

(3)平移斷層:兩盤巖體沿斷層面走向作水平相對運動的斷層,稱平移斷層。

平移斷層,斷層面近於直立,斷層線平直,延伸很遠,斷層破碎帶較窄,在斷層面上常有近於水平的擦痕。平移斷層一般是在水平剪下應力的作用下形成的。

平移斷層示意圖

(4)樞紐斷層

正、逆、平移斷層的兩盤相對運動都是直移運動。事實上,有許多斷層常常有一定程度的旋轉。

斷盤的旋轉有兩種情況:一種是旋轉軸位於斷層的一端,表現為橫過斷層走向的各個剖面上的位移量不等,一種是旋轉軸不位於斷層的端點,表現為旋轉軸兩側的相對位移的方向不同,如一側為上盤上升,而另一側為上盤下降。

兩種旋轉均使兩盤中岩層原來一致的產狀不再平行一致。旋轉量比較大的斷層,可稱為樞紐斷層。

三、斷層 (四)斷層的組合形態

1、正斷層的組合形式

(1)階梯狀斷層:幾條產狀大致相同的正斷層,相互平行排列,各斷層的一盤呈階梯狀向著同一方向依次下降的組合形態,稱為階梯狀斷層。

(2)地壘:兩條以上平行的正斷層,斷層面相對傾斜,其中間巖塊為共同的上升盤,兩側斷層的上盤呈階梯狀依次下降,這種組合形態,稱為地壘。

(3)地塹:兩條以上平行的斷層,斷層面相向傾斜,對稱排列,其間為共同的下降盤,兩側斷層的斷盤依次上升,這種組合形態的斷層稱為地塹。

另外還的環狀和放射狀斷層:

階梯狀斷層

地壘地塹

放射狀斷層

環狀斷層

2、逆斷層的組合形式

(1)疊瓦狀斷層:一系列產狀大致相同的斷層,相互平行排列,各斷層的上盤依次上衝逆掩,在剖面上呈屋頂蓋瓦式可鱗片狀疊置,這種組合形式,稱為疊瓦狀斷層。

(2)對衝式斷層:是由兩條相反傾斜,相對逆衝的斷層組成的組合形態。

(3)背衝式斷層:由兩條或兩組相反傾斜的逆衝斷層組成,表現為自一箇中心分別向兩個相反方向逆衝,一般是自背斜核部向外逆衝,總體上常常呈扇狀。

疊瓦狀斷層示意圖

對衝式斷層示意圖 背衝式斷層示意圖

三、斷層 (五)斷層的識別

1、地貌上的標誌

(1)斷層崖和斷層三角面:在斷層兩盤的相對運動中,上升盤常常形成陡崖。稱為斷層崖。

如峨眉山金頂捨身崖、昆明滇池西山龍門陡崖。當斷層崖受到與崖面垂直方向的地表流水侵蝕切割,形成沿斷層面分佈的三角形陡壁,稱為斷層三角面。如河南偃師的五佛山。

(2)斷層湖、斷層泉:沿斷層帶常形成一些串珠狀分佈的斷陷盆地、窪地、湖泊、泉水等,可指示斷層延伸方向。如我國雲南東部順南北向的小江斷裂帶分佈了一串湖泊,自北向南有楊林海、陽宗海、滇池、撫仙湖、杞麓湖以及昆明盆地、宜良盆地、嵩明盆地、玉溪盆地等。

(3)錯斷的山脊、急轉的河流:正常延伸的山脊突然被錯斷,往往是斷層兩盤平移運動的結果;橫切山脊走向的平原或盆地與山嶺的接觸帶,往往是斷層通過的地方,如太行山前斷裂帶,使太行山在華北平原西緣拔地而起,成為華北平原的西部屏障;正常流經的河流突然產生急轉彎,或一些順直深切的河谷,都能指示斷層延伸的方向,如鮮水河的支流在斷層通過的地方突然發生轉向。

斷層三角面

斷層崖 錯斷山脊

2、構造上的標誌

(1)斷層破碎帶與構造巖:規模較大的斷層,常形成斷層破碎帶,其寬度大小不等,在斷層破碎帶內常常有斷層(構造)角礫岩,糜稜巖、碎裂巖、斷層泥、構造片狀巖等構造巖。

(2)伴生節理:在斷層剪下滑動作用下,發生在斷層面兩側岩層中的節理,稱為伴生節理。

(3)牽引褶皺:斷層兩盤錯動時,緊鄰斷層面兩側的地層,因受磨擦力的牽引,發生塑性拖拉而形成的彎曲現象,稱為牽引褶皺,

(4)擦痕和階步:斷層兩盤相互錯動時,由摩擦作用導致在滑動面上產生平行密集的微小刻槽,稱為擦痕;斷層面上與擦痕直交的細小陡坎,叫階步;在斷層面上還有磨光的平面,叫磨擦鏡面。

斷層破碎帶

構造巖伴生節理

牽引褶皺

擦痕與階步

3、地層上的標誌

(1)岩層中斷及褶皺核部寬窄變化:岩層沿走向突然中斷,造成一種岩層在走向上與另一種或多種不同巖性的岩層接觸,或造成褶皺核部地層出露界線發生寬窄變體,說明有橫斷層或斜斷層存在。

斷層引起的褶皺核部寬窄變化

(2)地層的重複和缺失:當發生與岩層走向平行的斷層時,常造成斷層兩盤部分地層的重複和缺失。

斷層引起的地層的重複和缺失

(六)斷層的工程地質評價

1、斷層的力學性質:受張力作用形成的斷層,其工程地質條件比受壓力作用形成的斷層差。但壓力作用形成的斷層可能破碎帶的寬度大,應引起注意;

2、斷層位置與線路工程的關係,一般說來線路垂直通過斷層比順著斷層方向通過受的危害小;

3、斷層面的產狀與線路工程的關係:斷層面傾向線路且傾角大於10o的,工程地質條件差;

4、斷層的發生發展階段:正在活動的斷層(如新構造運動劇烈、**頻繁地區的斷層),對工程建築物的影響大,有些相對穩定的斷層,影響較小,但要考慮到復活的可能,

5、充水情況:飽水的斷層帶穩定性差;

6、人為影響:有些大的水庫,可使附近斷層復活,不可忽視。

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