1、第四章 地质构造,讲授内容,第一节 岩层产状 第二节 褶皱构造 第三节 断裂构造,第四章 地质构造,地质构造：指构成地壳的岩层或岩体在外力作用下所发 生的变形与变位。 1、构造变动：由地壳运动引起的岩层的变形与变位。地壳中的地 质构造绝大多数属于构造成因。构造变动是地质学尤其是构造地质 学的主要研究对象。 2、非构造变动：由于重力作用、地下水、风化、冰川等作用，使 岩层或岩体发生局部变形。这种作用不是地壳运动的直接表现。非 构造变动规模不大，分布局限，不是构造地质学的主要研究对象， 但它的存在影响了对矿区地质构造的全面认识，所以有关章节中适 当介绍。,第一节 岩层产状,一、岩层产状的概念 1、
2、岩层：两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。 地层：某一地质历史时期形成的岩层地层。 岩层的厚度：岩层顶、底界面之间的距离岩层的厚度。,岩 层 厚 度 的 变 化,1.夹层 2.变薄 3.尖灭 4.透镜体,第一节 岩层产状,2、岩层的产状及测定方法 岩层产状岩层在地壳中的产出状态。 1）产状的三要素 （1）走向： （2）倾向： （3）倾角： tg=tgcos 视倾向与真倾向之间的夹角。,第一节 岩层产状,2）岩层产状的记录方法某岩层走向50（或230），倾向140，倾角30。记录如下： （1）方位角全面记录：50SE30，N50SE30，NE50SE30 （2）方位角简单记录：14030，
3、N14030 （3）象限角全面记录：N50E，SE30 （4）象限角简单记录：S40E，SE30 产状在地质图上的表示方法：在图件的相应位置上标出 30，1：20001：10000的图件：长线7mm，短线2mm；1：250001：50000的图件：长线5mm，短线1mm。,第一节 岩层产状,3、岩层产状的间接确定方法 1）三点法 适用条件：岩层倾角缓，罗盘不易测定，或岩层深埋地下不能直接测定时。 （1）条件： a、三点位于同一岩层面上而不在一条直线上。 b、三点水平位置和标高为已知。 c、三点范围内岩层产状无变化。 （2）求法要点： 过次高点作一条走向线，再过另二点中的任意一点（最高或最低点）
4、作走向线。利用两条等高线的高程差和水平距离，求出岩层产状。,第一节 岩层产状,三点法求产状图,第一节 岩层产状,（3）具体求法： 以一定比例将A、B、C三点按其平面位置投到平面图上，连接最高最低点（图中A、C），在该线上岩层面高程均匀下降，等分该线段，找出与次高点B相同高程的点E，BE连线即为次高点B的走向线，过A、C两点分别作EB的平行线，既为三条走向线。在BE线上任选一点D，过D作DFDB，DF为岩层的倾向，在DB上截取一段DG，并使其等于D、F两点的高程差，连接GF，DFG既为岩层倾角。求倾角也可以用公式： =arctg（高差/平距） 上例中，高差=10m，平距可按比例量取。,第一节 岩
5、层产状,2）在地形地质图上求岩层产状 地形地质图：在地形图的基础上，加绘一些地质资料，如地层界线、断层走向线等地质资料。 单斜岩层：在一定范围内，岩层的倾斜方向和倾角大体一致。 单斜岩层的露头线是岩层面与地面的交线，露头线上的各点既在岩层面上，又在地面上。在地形地质图上，找到露头线与地形等高线的交点，这些点便是岩层面上的已知标高点，只要有三个不同高程的点，便可用上述三点法求解岩层产状。在可能的条件下，直接寻找露头线与同一地形等高线的两个交点，连接这两个交点，既为岩层走向线。,第一节 岩层产状,右图为地形地质图，A、B两点为某岩层界面与200m等高线的两个交点，连接AB，既为某岩层面上的200m
6、走向线，再找出同一界面上与另一等高线的交点C，过C点作AB的平行线，既为300m走向线。 根据两条走向线的平距和高差，可求出岩层的倾向和倾角。,在地形地质图上求岩层产状,第一节 岩层产状,二、岩层的厚度及埋藏深度 1、岩层厚度的概念 真厚度（h）：岩层顶、底面之间的垂直距离。也叫岩层厚度。 铅垂厚度（hg）：岩层顶、底面间的铅垂距离。 水平厚度（hf）：在垂直岩层走向的剖面内，岩层顶、底间的水 平距离。 视厚度（h）：与岩层走向斜交的任意剖面内，岩层顶、底面间的距离。h=hgcos h=hfsin,第一节 岩层产状,2、厚度的测定 一些岩层虽然出露地表，但受出露条件的限制，不易直接测量其真厚度
7、，要根据已知数据，计算求得。 1）根据实测剖面求岩层厚度 已知条件（实测剖面得到）：剖面方向、坡角、岩层产状、出露宽度。 （1）地形平坦：h=lsin （2）剖面线垂直岩层走向，坡向与倾向相反：h=lsin（+）,地形平坦 坡向与倾向相反,第一节 岩层产状,坡向与倾向一致，,第一节 岩层产状,2）在地形地质图上求岩层厚度 在地形地质图上，根据岩层面的露头线与同一地形等高线的两 个交点，做出岩层顶面的走向线，延长该走向线与岩层底面相交，该直线也是岩层底面上的一条走向线的水平投影，求出重合的两条走向线的高程差，既为岩层的铅垂厚度。 下图为地形地质图，AB为岩层顶面上100m走向线，CD为底面上50
8、m走向线，岩层的铅垂厚度hg=100-50=50m。,第一节 岩层产状,3、岩层的埋藏深度 岩层顶面距地面的铅垂距离埋藏深度。 右图为单斜岩层区的地形地质图，根据煤层露头及产状，求A点煤层的埋藏深度？ AC=A点的标高E点的标高+EFtg,第二节 褶皱构造,一、概念：岩层在外力作用下发生各种各样的变形，但仍保持岩层的连续性和完整性。这种构造形态叫褶皱构造。 褶皱构造中的一个弯曲褶曲。 向上弯曲背斜，向下弯曲向斜。 背斜核心的岩层较老，外围的岩层较新。向斜核心的岩层较新，外围的岩层较老。,第二节 褶皱构造,二、褶曲要素 褶曲的形态是千变万化的，为了研究它的空间形态，通常把它的各个组成部分及决定其
9、形态特征的几何要素分别给予命名，并统称为褶曲要素。 常用的褶曲要素有：,第二节 褶皱构造,1、核：褶曲最中心部分的岩层。 2、翼部：褶曲核部两侧出露的岩层。 3、轴面：是一个平分褶曲两翼的假想面。轴面可以直立、倾斜或水平，可以是平面或曲面。 4、轴及轴迹：轴面与水平面的交线褶曲轴。轴面与地表面的交线轴迹。地形起伏不大时，轴与轴迹近于重合。 5、枢纽：褶曲岩层在横剖面内的最大弯曲点枢纽点。同一岩层面上枢纽点的连线枢纽。 6、转折端：褶曲一翼转到另一翼的过渡部分，既两翼岩层的汇合部分。常用的转折端有圆滑状、尖棱状及平缓状三种。,第二节 褶皱构造,三、褶曲的形态分类 1、横剖面形态分类 1）根据轴面
10、产状分类 （1）直立褶曲：又叫对称褶曲，轴面直立，两翼岩层倾向相反，倾角近于相等。 （2）倾斜褶曲：又叫斜歪褶曲、不对称褶曲。 （3）倒转褶曲：轴面倾斜，两翼岩层倾向一致，倾角不等，一翼地层顺序正常，另一翼地 层顺序倒转。,a直立褶曲； b倾斜褶曲； c倒转褶曲 d平卧褶曲； e翻卷褶曲,第二节 褶皱构造,（4）平卧褶曲：两翼地层及轴面都近于水平，一翼地层顺序正常，另一翼地层顺序倒转。 （5）翻卷褶曲：轴面翻卷向下弯曲，为平卧褶曲进一步复杂化的产物。 2）根据转折端产状及两翼特点分类： （1）箱形褶曲：转折端平直，两翼陡峭，在两翼转折端处呈膝状弯曲，背斜形态类似箱形，向斜形态类似屉形。 （2）
11、扇形褶曲：轴面直立，两翼地层呈“S”形弯曲，中段倒转，背斜两翼向轴面倾斜，向斜两翼轴面背周倾斜，转折端圆滑。 （3）等斜褶曲：两翼与轴面平行，轴面倾斜，一翼倒转。 （4）挠曲：缓倾斜岩层中,某段岩层突然变陡，形成一种膝状弯曲。,第二节 褶皱构造,（5）构造阶：倾斜岩层中，某段突然变缓， 2、根据枢纽在纵向上的起伏分类： （1）水平褶曲：枢纽是水平的，褶曲在水平面上长距离延伸。 （2）倾伏褶曲：枢纽是倾伏的，褶曲向一个方向倾伏，以至消失。 （3）双倾伏褶曲：枢纽向两个方向倾伏，以至消失。 3、根据褶曲的长宽比分类： 长宽比同一平面内，同一露头线所构成的褶曲的长宽比。 （1）线形褶曲：褶曲在平面内
12、延伸很远，其长度远远超过宽度，长宽比在10:1以上。,第二节 褶皱构造,（2）短轴褶曲：褶曲在纵向上延伸不远便倾伏，长宽比10:13:1，有短轴向斜、短轴背斜。 （3）浑圆褶曲：褶曲长宽比在3:11:1之间，近于圆形，背斜叫穹隆，向斜叫构造盆地。 4、褶曲的组合分类： （1）复向斜和复背斜：一种规模巨大，两翼被次一级褶皱复杂化了的背斜和向斜。复背斜次一级褶曲轴面向下收敛，构成扇形；复向斜向上方收敛，构成房盖形。 （2）隔档式和隔槽式褶皱：褶曲轴并列,背、向斜发育不等。隔档式背斜狭窄，向斜开阔；隔槽式背斜开阔，向斜狭窄。,第二节 褶皱构造,四、褶皱构造的观察与研究 1、褶曲形态的观察研究 有些褶
13、曲可在有限地段天然露头或人工露头直接看到，然而更多的褶曲，特别是一些大型褶曲，需要经过踏勘、测量，根据地层产状与地层分布规律来确定其存在。因此，研究褶曲的首要工作是将该地区的地层时代、岩层顺序、岩性、厚度及变化以及地层之间的接触关系等地质情况搞清楚。一般来说，新老地层对称分布是褶曲构造的表现。但是，在水平岩层地区及单斜岩层地区，由于地形切割也会出现对称分布,第二节 褶皱构造,2、褶皱内部小构造的观察研究 1）层间擦痕：褶曲形成过程中，岩层相对滑动、摩擦所留下的痕迹。枢纽水平时，翼部的擦痕方向近于垂直枢纽；枢纽倾伏时，擦痕方向与枢纽斜交。 2）拖拉褶皱：一种层间褶曲，多发育在两层坚硬岩层间的软岩
14、层中，位于主褶皱翼部的层间小褶皱多为不对称褶皱。小褶皱的轴面与其上、下相邻的主褶皱岩层面所夹锐角指示该相邻岩层相对滑动方向。除翻卷褶曲外，可以结合层间滑动规律判断岩层顶、底面，从而确定岩层层序是正常或倒转以及背斜和向斜的相对位置。,第二节 褶皱构造,层 间 拖 拉 褶 曲,根据拖拉褶曲恢复褶皱形态,第二节 褶皱构造,3、褶皱形成时期的确定： 描述褶皱形成的时代，通常用两种术语： 1）根据组成褶皱的地层时代命名：如，下古生代褶皱；中生代褶皱等。 2）根据形成褶皱的构造运动命名：如：加里东期褶皱（D/S之间）；喜山期褶皱（第三纪）。,第二节 褶皱构造,4、褶皱的文字描述： 1）褶曲名称：（地名+褶
15、曲形态）如：宁武静乐向斜 2）轴的延展方向及延展长度，经过的主要地物。 3）两翼产状。 4）核、翼地层时代，岩性特征，地层厚度。 5）枢纽产状、起伏变化情况。 6）褶曲的形态特征及形态类型。 7）褶曲被断层、岩浆岩的破坏情况。 8）形成时代。,第三节 断裂构造,地壳中的岩石在地应力作用下，失去其连续性和完整性，这种构造称为断裂构造。 节理：断裂面两侧岩块没有明显的位移。 断层：断裂面两侧岩块有明显的位移。 一、节理 （一）节理特点： 1、属于小型构造； 2、与褶曲断层有密切联系。 （二）节理成因分类 1、构造节理： 2、非构造节理：,第三节 断裂构造,（三）节理的几何分类 1、按力学性质分类：
16、1）张节理：张应力作用的产物，垂直于张力方向裂开。2）剪节理：力偶作用的产物。 2、按节理面走向与岩层产状的关系分类：1）走向节理：节理面的走向与岩层的走向一致。2）倾向节理：节理面的走向与岩层的倾向一致。3）斜交节理：节理面的走向与岩层的走向斜交。 3、按节理面走向与褶曲枢纽的关系分类：1）纵节理：节理走向平行于褶曲枢纽方向。2）横节理：节理走向垂直于褶曲枢纽方向。3）斜节理：节理走向斜交于褶曲枢纽方向。,第三节 断裂构造,4、节理的组合方式：1）平行节理：各条节理的走向平行、倾向一致。2）X节理：两组节理直交或斜交成X形排列。3）放射状节理：节理成放射状排列。此节理常发育于因岩浆上拱而形成
17、的穹隆地区。4）环状节理：节理面为弧形面，并呈同心圆状排列，多发育于局部下陷的构造盆地周围。,第三节 断裂构造,（四）节理的观测研究 1、节理的野外观测： 1）观测点的选定：根据所要解决的问题进行选定。 2）观测内容： （1）了解观测点的地质背景。 （2）区分构造节理和非构造节理。 （3）分析节理发育程度与岩层的岩性、厚度、构造应力的关系。 （4）区分节理期、节理组和节理系： （5）描述节理的特征：,第三节 断裂构造,2、节理资料的整理： 对野外观测获得的节理原始资料，应及时在室内加以整理，进行统计，编制成有关图件，以供分析节理发育的特点、规律以及与有关构造的关系。整理和统计节理的方法一般是按
18、观测点分别编制节理玫瑰花图、节理极点图、节理等密度图。,第三节 断裂构造,在这里仅介绍节理玫瑰花图的编制方法： 1）将节理走向方位角的大小依次排列,按每10为间隔，进行分组。 2）统计每组节理数和该组平均走向。 3）按选定比例作一半圆，一般为270- 90，上方为北。 4）以每组平均走向为方位，以节理数为长度，从圆心一端点连线，然后把各点端点连接，若端点不连续，则折线联回原点，既得该图。,第三节 断裂构造,二、断层 （一）断层要素： 为了描述、研究断层，把断层的形态组成部分分别给以命名，统称为断层要素。 1、断层面： 矿区常见的断层面： 1)规整的断层面； 2)破碎的断层带； 3)密集的小错动
19、。 断层面的产状用走向、倾向及倾角表示。,第三节 断裂构造,2、断层线：既断层面与地面的交线。 形平坦时，断层线接近断层的走向线，断层线的变化规律与地层界线一样，遵循“V”字形法则。 3、断盘：被断层面所分割的由岩体或岩层所组成的地块。1）上盘：断层面倾斜时，位于断层面以上的地块。2）下盘：断层面倾斜时，位于断层面以下的地块。 4、交面线：岩层层面与断层面的交线。1）上盘交面线：上盘岩层层面与断层面的交线。2）下盘交面线：下盘岩层层面与断层面的交线。,第三节 断裂构造,（二）、断距 断层两盘相对错开的距离断距 。 断距与断层的延伸长度、切割深度共同表示断层规模的大小。 在煤矿生产中断距表明了煤
20、层被错开后相隔的距离，因此，断距是开采矿产不可缺少的资料。,第三节 断裂构造,1、真断距 断层面上的某个点，随上、下盘相对位移的距离。 真断距代表了断层两盘相对位移的总距离，故又称总断距。 真断距ab：是一个向量，可沿不同方向分解成各个分量：ab的铅垂分量ad铅垂断距；水平分量bd水平断距。以上两个分量位于包含ab线的铅垂面内。 走向断距：在断层面上ab沿断层走向线的分量ac； 倾向断距： ab沿断层倾向线的分量ac。,第三节 断裂构造,平移断距： 总断距=走向断距； 铅垂断距=倾向断距=0。 正、逆断层： 总断距=倾向断距； 走向断距=0； 铅垂断距=总断距sin 水平断距=总断距cos（断
21、层面倾角）,第三节 断裂构造,2、地层断距 上、下盘中同一地层面的距离地层断距。 若沿地层倾向切制剖面，在该剖面内，上、下盘同一岩层面的垂直距离地层断距；其它剖面内得到的为视地层断距。,第三节 断裂构造,与地层断距相关联的有：铅垂地层断距hg和水平地层断距hf，三者之间的几何关系：h0=hfcos；h0=hgsin在煤矿生产过程中的应用：,第三节 断裂构造,地层断距与真断距是两个不同的概念。两点之间的距离必须在两点的连线（即相对位移方向）上量取，而两个面的距离与两个面相对错移时的方向无关。因此，地层断距相同的断层，真断距未必相等；真断距相等的断层，地层断距未必相等。 地层断距不同于真断距，它们
22、的各个分量也不存在对应关系。只有在某些特定条件下，二者的某些分量才相等。如地层水平时，地层断距=铅垂断距=铅垂地层断距。,第三节 断裂构造,3、落差： 横切或斜切断层的剖面内，上、下盘同一岩层界线与断层各有一个交点，两个交点的高程差，叫落差（H），两个交点的水平距离平错（L），两点沿断层面的距离倾斜间隔。 一般把断层倾向剖面内的落差值叫落差，其它剖面内的落差值叫视落差。,第三节 断裂构造,（三）断层的分类 1、以两盘相对位移方向为基础的分类： 该分类方案首先将断层分成三大类： 1）正断层：上盘相对下降，下盘相对上升。,第三节 断裂构造,2）逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降。,第三节 断裂构造
23、,3）平移断层：两盘沿断层面走向相对水平位移。 若上盘相对逆倾向斜冲逆平移断层。 若上盘相对顺倾向斜滑正平移断层。,第三节 断裂构造,2、根据断层走向与两盘岩层走向的关系分类： 1）走向断层：断层走向与岩层走向基本一致。 2）倾向断层：断层走向与岩层走向近于直交,与倾向平行。 3）斜交断层：断层走向与岩层走向斜交。 3、根据断层走向与褶曲轴向的关系分类： 1）纵断层：断层走向与褶曲轴向近于平行。 2）横断层：断层走向与褶曲轴向近于直交。 3）斜断层：断层走向与褶曲轴向斜交。,第三节 断裂构造,4、根据断层的组合形式分类： 1）地堑和地垒（堑垒构造）： 2）迭瓦状构造： 3）阶梯状构造：,阶梯状
24、断层,地堑和地垒,第三节 断裂构造,（四）识别断层的标志 1、岩层的不连续 1）平面上表现为错开，剖面上表现为升降。证明有断层的存 在，断层存在于平面上煤（岩）层错开的部位。 2）岩层走向发生急剧变化：由于两盘岩层在相对错动时，产状发生变化而形成，是指一些大、中型断层而言。,第三节 断裂构造,2、煤（岩）层的重复与缺失 1）走向断层与岩层倾向相反时，正断层造成重复，逆断层造成缺失。 2）倾向相同，且断层面倾角岩层倾角，正断层造成缺失，逆断层造成重复。 3）倾向相同，且断层面倾角岩层倾角, 正断层造成重复，逆断层造成缺失。,走向断层造成岩层重复与缺失a.c.e-走向断层造成岩层重复；b.d.f-
25、走向断层造成岩层缺失,第三节 断裂构造,第三节 断裂构造第三节 断裂构造,3、褶曲的突然变宽变窄 褶曲被横向或斜向断层切割时，不仅表现为岩层分布不连续及轴线不连续，还表现为褶曲核部宽度在断层两盘突然变化： 切割背斜时，上升盘变宽，下降盘变窄； 切割向斜时，上升盘变窄，下降盘变宽。 平移断层切割褶曲，两盘宽度不变，但各地层界线平行错开。 斜移断层，既有平面错开，也有宽度变化。,第三节 断裂构造,4、牵引褶曲 断层两盘沿断层面相对错移时产生的摩擦力，拖动断层附近的岩层，使之弯曲而形成的褶曲。 岩层因牵引而变薄的尖端指示了对盘运动方向。 5、断层角砾岩 6、地形上的陡壁、悬崖 7、水文特征 有些断层
26、导水性较强，往往成为地下水的出露地表通道，有些断层切割含水层，形成泉水。沼泽、湖泊成排成带分布时，沿线可能是一条或平行排列的数条断层。,第三节 断裂构造,（五）断层类型的确定 主要指正断层、逆断层和平移断层的确定，常用的方法有： 1、经验类推法： 根据以往研究成果，若某矿以正断层为主，那么所遇新断层，就可以根据这种规律判断其类型为正断层。 2、小断层类比法： 大断层附近常伴生一系列小断层。在巷道掘进中若遇到一系列小断层，可判断前方有大地层存在，且性质与小断层相同。,第三节 断裂构造,3、岩层层位对比法 采用本方法时，必须掌握下列地质情况： 1）煤层顶、底板的岩性特征，植物化石分带。 2）煤层厚
27、度及层间距。 3）煤层结构、夹矸厚度、岩性。,第三节 断裂构造,4、对比分析法 1）利用相邻井巷查明的断层的性质，判断新巷道所遇断层性质。 2）利用相邻煤层资料判断,第三节 断裂构造,5、断层标志法 1）煤线方向指示另一盘错动方向 2）断层角砾岩：看角砾岩岩性，若全是顶板岩石，对盘下降。若有底板岩石存在，对盘上升，此法只起辅助作用。 3）擦痕：用手顺擦痕方向摸，光滑方向既手代表盘运动方向。 4）根据钻孔资料：当巷道开到钻孔附近时,要充分利用钻孔资料。 5）根据产状分析：要充分利用岩层产状资料。,思考题,1、地质构造、单斜构造、褶曲构造、断裂构造的概念？ 2、什么是岩层的产状要素，如何用三点法求产状？ 3、褶曲分类、形成时代？ 4、节理按成因分类？ 5、断层分类？ 6、走向线在平面、剖面上的重复与缺失？ 7、识别断层标志。 8、断层类型确定的方法有那些？,
