第四章地質(zhì)構(gòu)造第一節(jié)巖層產(chǎn)狀第二節(jié)褶皺構(gòu)造第三節(jié)斷裂構(gòu)造第四章地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造：指構(gòu)成地殼的巖層或巖體在外力作用下所發(fā)生的變形與變位。1、構(gòu)造變動：由地殼運動引起的巖層的變形與變位。地殼中的地質(zhì)構(gòu)造絕大多數(shù)屬于構(gòu)造成因。構(gòu)造變動是地質(zhì)學(xué)尤其是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的主要研究對象。2、非構(gòu)造變動：由于重力作用、地下水、風(fēng)化、冰川等作用，使巖層或巖體發(fā)生局部變形。這種作用不是地殼運動的直接表現(xiàn)。非構(gòu)造變動規(guī)模不大，分布局限，不是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的主要研究對象，但它的存在影響了對礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的全面認(rèn)識，所以有關(guān)章節(jié)中適當(dāng)介紹。2、厚度的測定一些巖層雖然出露地表，但受出露條件的限制，不易直接測量其真厚度，要根據(jù)已知數(shù)據(jù)，計算求得。1）根據(jù)實測剖面求巖層厚度已知條件（實測剖面得到）：剖面方向、坡角、巖層產(chǎn)狀、出露寬度。（1）地形平坦：h=l×sinα（2）剖面線垂直巖層走向，坡向與傾向相反：h=l×sin（α+β）

地形平坦坡向與傾向相反（3）剖面線垂直巖層走向，坡向與傾向一致，α<β：

h=l×sin（β-α）（4）剖面線垂直巖層走向，坡向與傾向一致，α>β：

h=l×sin（α-β）（5）地形直立，地層傾斜：h=l×cosα

坡向與傾向一致，α<β坡向與傾向一致，α>β2）在地形地質(zhì)圖上求巖層厚度在地形地質(zhì)圖上，根據(jù)巖層面的露頭線與同一地形等高線的兩個交點，做出巖層頂面的走向線，延長該走向線與巖層底面相交，該直線也是巖層底面上的一條走向線的水平投影，求出重合的兩條走向線的高程差，既為巖層的鉛垂厚度。下圖為地形地質(zhì)圖，AB為巖層頂面上100m走向線，CD為底面上50m走向線，巖層的鉛垂厚度hg=100-50=50m。3、巖層的埋藏深度

巖層頂面距地面的鉛垂距離—埋藏深度。

右圖為單斜巖層區(qū)的地形地質(zhì)圖，根據(jù)煤層露頭及產(chǎn)狀，求A點煤層的埋藏深度？AC=A點的標(biāo)高—E點的標(biāo)高+EF×tgα第二節(jié)褶皺構(gòu)造一、概念：巖層在外力作用下發(fā)生各種各樣的變形，但仍保持巖層的連續(xù)性和完整性。這種構(gòu)造形態(tài)叫褶皺構(gòu)造。褶皺構(gòu)造中的一個彎曲—褶曲。向上彎曲—背斜，向下彎曲—向斜。背斜核心的巖層較老，外圍的巖層較新。向斜核心的巖層較新，外圍的巖層較老。二、褶曲要素褶曲的形態(tài)是千變?nèi)f化的，為了研究它的空間形態(tài)，通常把它的各個組成部分及決定其形態(tài)特征的幾何要素分別給予命名，并統(tǒng)稱為褶曲要素。常用的褶曲要素有：1、核：褶曲最中心部分的巖層。2、翼部：褶曲核部兩側(cè)出露的巖層。3、軸面：是一個平分褶曲兩翼的假想面。軸面可以直立、傾斜或水平，可以是平面或曲面。4、軸及軸跡：軸面與水平面的交線—褶曲軸。軸面與地表面的交線—軸跡。地形起伏不大時，軸與軸跡近于重合。5、樞紐：褶曲巖層在橫剖面內(nèi)的最大彎曲點—樞紐點。同一巖層面上樞紐點的連線—樞紐。6、轉(zhuǎn)折端：褶曲一翼轉(zhuǎn)到另一翼的過渡部分，既兩翼巖層的匯合部分。常用的轉(zhuǎn)折端有圓滑狀、尖棱狀及平緩狀三種。三、褶曲的形態(tài)分類1、橫剖面形態(tài)分類1）根據(jù)軸面產(chǎn)狀分類（1）直立褶曲：又叫對稱褶曲，軸面直立，兩翼巖層傾向相反，傾角近于相等。（2）傾斜褶曲：又叫斜歪褶曲、不對稱褶曲。（3）倒轉(zhuǎn)褶曲：軸面傾斜，兩翼巖層傾向一致，傾角不等，一翼地層順序正常，另一翼地層順序倒轉(zhuǎn)。

a直立褶曲；b傾斜褶曲；c倒轉(zhuǎn)褶曲

d平臥褶曲；e翻卷褶曲

（4）平臥褶曲：兩翼地層及軸面都近于水平，一翼地層順序正常，另一翼地層順序倒轉(zhuǎn)。（5）翻卷褶曲：軸面翻卷向下彎曲，為平臥褶曲進(jìn)一步復(fù)雜化的產(chǎn)物。2）根據(jù)轉(zhuǎn)折端產(chǎn)狀及兩翼特點分類：（1）箱形褶曲：轉(zhuǎn)折端平直，兩翼陡峭，在兩翼轉(zhuǎn)折端處呈膝狀彎曲，背斜形態(tài)類似箱形，向斜形態(tài)類似屜形。（2）扇形褶曲：軸面直立，兩翼地層呈“S”形彎曲，中段倒轉(zhuǎn)，背斜兩翼向軸面傾斜，向斜兩翼軸面背周傾斜，轉(zhuǎn)折端圓滑。（3）等斜褶曲：兩翼與軸面平行，軸面傾斜，一翼倒轉(zhuǎn)。（4）撓曲：緩傾斜巖層中,某段巖層突然變陡，形成一種膝狀彎曲。（5）構(gòu)造階：傾斜巖層中，某段突然變緩，2、根據(jù)樞紐在縱向上的起伏分類：（1）水平褶曲：樞紐是水平的，褶曲在水平面上長距離延伸。（2）傾伏褶曲：樞紐是傾伏的，褶曲向一個方向傾伏，以至消失。（3）雙傾伏褶曲：樞紐向兩個方向傾伏，以至消失。3、根據(jù)褶曲的長寬比分類：長寬比—同一平面內(nèi)，同一露頭線所構(gòu)成的褶曲的長寬比。（1）線形褶曲：褶曲在平面內(nèi)延伸很遠(yuǎn)，其長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過寬度，長寬比在10:1以上。（2）短軸褶曲：褶曲在縱向上延伸不遠(yuǎn)便傾伏，長寬比10:1～3:1，有短軸向斜、短軸背斜。（3）渾圓褶曲：褶曲長寬比在3:1～1:1之間，近于圓形，背斜叫穹隆，向斜叫構(gòu)造盆地。4、褶曲的組合分類：（1）復(fù)向斜和復(fù)背斜：一種規(guī)模巨大，兩翼被次一級褶皺復(fù)雜化了的背斜和向斜。復(fù)背斜次一級褶曲軸面向下收斂，構(gòu)成扇形；復(fù)向斜向上方收斂，構(gòu)成房蓋形。（2）隔檔式和隔槽式褶皺：褶曲軸并列,背、向斜發(fā)育不等。隔檔式—背斜狹窄，向斜開闊；隔槽式—背斜開闊，向斜狹窄。bb四、褶皺構(gòu)造的觀察與研究1、褶曲形態(tài)的觀察研究有些褶曲可在有限地段—天然露頭或人工露頭直接看到，然而更多的褶曲，特別是一些大型褶曲，需要經(jīng)過踏勘、測量，根據(jù)地層產(chǎn)狀與地層分布規(guī)律來確定其存在。因此，研究褶曲的首要工作是將該地區(qū)的地層時代、巖層順序、巖性、厚度及變化以及地層之間的接觸關(guān)系等地質(zhì)情況搞清楚。一般來說，新老地層對稱分布是褶曲構(gòu)造的表現(xiàn)。但是，在水平巖層地區(qū)及單斜巖層地區(qū)，由于地形切割也會出現(xiàn)對稱分布：

2、褶皺內(nèi)部小構(gòu)造的觀察研究1）層間擦痕：褶曲形成過程中，巖層相對滑動、摩擦所留下的痕跡。樞紐水平時，翼部的擦痕方向近于垂直樞紐；樞紐傾伏時，擦痕方向與樞紐斜交。2）拖拉褶皺：一種層間褶曲，多發(fā)育在兩層堅硬巖層間的軟巖層中，位于主褶皺翼部的層間小褶皺多為不對稱褶皺。小褶皺的軸面與其上、下相鄰的主褶皺巖層面所夾銳角指示該相鄰巖層相對滑動方向。除翻卷褶曲外，可以結(jié)合層間滑動規(guī)律判斷巖層頂、底面，從而確定巖層層序是正常或倒轉(zhuǎn)以及背斜和向斜的相對位置。層間拖拉褶曲根據(jù)拖拉褶曲恢復(fù)褶皺形態(tài)3、褶皺形成時期的確定：描述褶皺形成的時代，通常用兩種術(shù)語：1）根據(jù)組成褶皺的地層時代命名：如：下古生代褶皺；中生代褶皺等。2）根據(jù)形成褶皺的構(gòu)造運動命名：如：加里東期褶皺（D/S之間）；K喜山期褶皺（第三紀(jì)）。JT4、褶皺的文字描述：形成于J末期（燕山運動）

1）褶曲名稱：（地名+褶曲形態(tài)）如：寧武—靜樂向斜2）軸的延展方向及延展長度，經(jīng)過的主要地物。3）兩翼產(chǎn)狀。4）核、翼地層時代，巖性特征，地層厚度。5）樞紐產(chǎn)狀、起伏變化情況。6）褶曲的形態(tài)特征及形態(tài)類型。7）褶曲被斷層、巖漿巖的破壞情況。8）形成時代。第三節(jié)斷裂構(gòu)造

地殼中的巖石在地應(yīng)力作用下，失去其連續(xù)性和完整性，這種構(gòu)造稱為斷裂構(gòu)造。節(jié)理：斷裂面兩側(cè)巖塊沒有明顯的位移。斷層：斷裂面兩側(cè)巖塊有明顯的位移。一、節(jié)理（一）節(jié)理特點：1、屬于小型構(gòu)造；2、與褶曲斷層有密切聯(lián)系。（二）節(jié)理成因分類

1、構(gòu)造節(jié)理：

2、非構(gòu)造節(jié)理：（三）節(jié)理的幾何分類1、按力學(xué)性質(zhì)分類：

1）張節(jié)理：張應(yīng)力作用的產(chǎn)物，垂直于張力方向裂開。

2）剪節(jié)理：力偶作用的產(chǎn)物。2、按節(jié)理面走向與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系分類：

1）走向節(jié)理：節(jié)理面的走向與巖層的走向一致。

2）傾向節(jié)理：節(jié)理面的走向與巖層的傾向一致。

3）斜交節(jié)理：節(jié)理面的走向與巖層的走向斜交。3、按節(jié)理面走向與褶曲樞紐的關(guān)系分類：

1）縱節(jié)理：節(jié)理走向平行于褶曲樞紐方向。

2）橫節(jié)理：節(jié)理走向垂直于褶曲樞紐方向。

3）斜節(jié)理：節(jié)理走向斜交于褶曲樞紐方向。4、節(jié)理的組合方式：

1）平行節(jié)理：各條節(jié)理的走向平行、傾向一致。

2）X節(jié)理：兩組節(jié)理直交或斜交成X形排列。

3）放射狀節(jié)理：節(jié)理成放射狀排列。此節(jié)理常發(fā)育于因巖漿上拱而形成的穹隆地區(qū)。

4）環(huán)狀節(jié)理：節(jié)理面為弧形面，并呈同心圓狀排列，多發(fā)育于局部下陷的構(gòu)造盆地周圍。（四）節(jié)理的觀測研究1、節(jié)理的野外觀測：1）觀測點的選定：根據(jù)所要解決的問題進(jìn)行選定。2）觀測內(nèi)容：（1）了解觀測點的地質(zhì)背景。（2）區(qū)分構(gòu)造節(jié)理和非構(gòu)造節(jié)理。（3）分析節(jié)理發(fā)育程度與巖層的巖性、厚度、構(gòu)造應(yīng)力的關(guān)系。（4）區(qū)分節(jié)理期、節(jié)理組和節(jié)理系：（5）描述節(jié)理的特征：3）節(jié)理的測量記錄：2、節(jié)理資料的整理：對野外觀測獲得的節(jié)理原始資料，應(yīng)及時在室內(nèi)加以整理，進(jìn)行統(tǒng)計，編制成有關(guān)圖件，以供分析節(jié)理發(fā)育的特點、規(guī)律以及與有關(guān)構(gòu)造的關(guān)系。整理和統(tǒng)計節(jié)理的方法一般是按觀測點分別編制節(jié)理玫瑰花圖、節(jié)理極點圖、節(jié)理等密度圖。

在這里僅介紹節(jié)理玫瑰花圖的編制方法：1）將節(jié)理走向方位角的大小依次排列,按每10°為間隔，進(jìn)行分組。2）統(tǒng)計每組節(jié)理數(shù)和該組平均走向。3）按選定比例作一半圓，一般為270°--90°，上方為北。4）以每組平均走向為方位，以節(jié)理數(shù)為長度，從圓心一端點連線，然后把各點端點連接，若端點不連續(xù)，則折線聯(lián)回原點，既得該圖。二、斷層（一）斷層要素：

為了描述、研究斷層，把斷層的形態(tài)組成部分分別給以命名，統(tǒng)稱為斷層要素。1、斷層面：礦區(qū)常見的斷層面：1)規(guī)整的斷層面；2)破碎的斷層帶；3)密集的小錯動。斷層面的產(chǎn)狀用走向、傾向及傾角表示。2、斷層線：既斷層面與地面的交線。地形平坦時，斷層線接近斷層的走向線，斷層線的變化規(guī)律與地層界線一樣，遵循“V”字形法則。3、斷盤：被斷層面所分割的由巖體或巖層所組成的地塊。

1）上盤：斷層面傾斜時，位于斷層面以上的地塊。

2）下盤：斷層面傾斜時，位于斷層面以下的地塊。4、交面線：巖層層面與斷層面的交線。

1）上盤交面線：上盤巖層層面與斷層面的交線。

2）下盤交面線：下盤巖層層面與斷層面的交線。（二）、斷距

斷層兩盤相對錯開的距離—斷距。斷距與斷層的延伸長度、切割深度共同表示斷層規(guī)模的大小。在煤礦生產(chǎn)中斷距表明了煤層被錯開后相隔的距離，因此，斷距是開采礦產(chǎn)不可缺少的資料。1、真斷距斷層面上的某個點，隨上、下盤相對位移的距離。

真斷距代表了斷層兩盤相對位移的總距離，故又稱總斷距。真斷距ab：是一個向量，可沿不同方向分解成各個分量：ab的鉛垂分量ad—鉛垂斷距；水平分量bd—水平斷距。以上兩個分量位于包含ab線的鉛垂面內(nèi)。在斷層面上：ab沿斷層走向線的分量ac—走向斷距；ab沿斷層傾向線的分量ac—傾向斷距。

平移斷距：總斷距=走向斷距；鉛垂斷距=傾向斷距=0。正、逆斷層：總斷距=傾向斷距；走向斷距=0；鉛垂斷距=總斷距×sinφ

水平斷距=總斷距×cosφ（φ—斷層面傾角）2、地層斷距

上、下盤中同一地層面的距離—地層斷距。若沿地層傾向切制剖面，在該剖面內(nèi)，上、下盤同一巖層面的垂直距離—地層斷距；其它剖面內(nèi)得到的為視地層斷距。

與地層斷距相關(guān)聯(lián)的有：鉛垂地層斷距hg和水平地層斷距hf，三者之間的幾何關(guān)系：h0=hf×cosα；h0=hg×sinα

在煤礦生產(chǎn)過程中的應(yīng)用：地層斷距與真斷距是兩個不同的概念。兩點之間的距離必須在兩點的連線（即相對位移方向）上量取，而兩個面的距離與兩個面相對錯移時的方向無關(guān)。因此，地層斷距相同的斷層，真斷距未必相等；真斷距相等的斷層，地層斷距未必相等。地層斷距不同于真斷距，它們的各個分量也不存在對應(yīng)關(guān)系。只有在某些特定條件下，二者的某些分量才相等。如地層水平時，地層斷距=鉛垂斷距=鉛垂地層斷距。3、落差：

橫切或斜切斷層的剖面內(nèi)，上、下盤同一巖層界線與斷層各有一個交點，兩個交點的高程差，叫落差（H），兩個交點的水平距離—平錯（L），兩點沿斷層面的距離—傾斜間隔。一般把斷層傾向剖面內(nèi)的落差值叫落差，其它剖面內(nèi)的落差值叫視落差。（三）斷層的分類1、以兩盤相對位移方向為基礎(chǔ)的分類：該分類方案首先將斷層分成三大類：1）正斷層：上盤相對下降，下盤相對上升。2）逆斷層：上盤相對上升，下盤相對下降。3）平移斷層：兩盤沿斷層面走向相對水平位移。若上盤相對逆傾向斜沖—逆平移斷層。若上盤相對順傾向斜滑—正平移斷層。2、根據(jù)斷層走向與兩盤巖層走向的關(guān)系分類：1）走向斷層：斷層走向與巖層走向基本一致。2）傾向斷層：斷層走向與巖層走向近于直交,與傾向平行。3）斜交斷層：斷層走向與巖層走向斜交。3、根據(jù)斷層走向與褶曲軸向的關(guān)系分類：

1）縱斷層：斷層走向與褶曲軸向近于平行。

2）橫斷層：斷層走向與褶曲軸向近于直交。

3）斜斷層：斷層走向與褶曲軸向斜交。4、根據(jù)斷層的組合形式分類：1）地塹和地壘（塹壘構(gòu)造）：2）迭瓦狀構(gòu)造：3）階梯狀構(gòu)造：

階梯狀斷層地塹和地壘

（四）識別斷層的標(biāo)志1、巖層的不連續(xù)1）平面上表現(xiàn)為錯開，剖面上表現(xiàn)為升降。證明有斷層的存在，斷層存在于平面上煤（巖）層錯開的部位。2）巖層走向發(fā)生急劇變化：由于兩盤巖層在相對錯動時，產(chǎn)狀發(fā)生變化而形成，是指一些大、中型斷層而言。2、煤（巖）層的重復(fù)與缺失1）走向斷層與巖層傾向相反時，正斷層造成重復(fù)，逆斷層造成缺失。2）傾向相同，且斷層面傾角>巖層傾角，正斷層造成缺失，逆斷層造成重復(fù)。3）傾向相同，且斷層面傾角<巖層傾角,正斷層造成重復(fù)，逆斷層造成缺失。

走向斷層造成巖層重復(fù)與缺失

a.c.e--走向斷層造成巖層重復(fù)；b.d.f--走向斷層造成巖層缺失3、褶曲的突然變寬變窄褶曲被橫向或斜向斷層切割時，不僅表現(xiàn)為巖層分布不連續(xù)及軸線不連續(xù)，還表現(xiàn)為褶曲核部寬度在斷層兩盤突然變化：

PPCCCC背斜PP向斜

PPCC

下降

上升上升下降

切割背斜時，上升盤變寬，下降盤變窄；切割向斜時，上升盤變窄，下降盤變寬。平移斷層切割褶曲，兩盤寬度不變，但各地層界線平行錯開。斜移斷層，既有平面錯開，也有寬度變化。4、牽引褶曲斷層兩盤沿斷層面相對錯移時產(chǎn)生的摩擦力，拖動斷層附近的巖層，使之彎曲而形成的褶曲。巖層因牽引而變薄的尖端指示了對盤運動方向。5、斷層角礫巖6、地形上的陡壁、懸崖7、水文特征有些斷層導(dǎo)水性較強(qiáng)，往往成為地下水的出露地表通道，有些斷層切割含水層，形成泉水。沼澤、湖泊成排成帶分布時，沿線可能是一條或平行排列的數(shù)條斷層。（五）斷層類型的確定主要指正斷層、逆斷層和平移斷層的確定，常用的方法有：1、經(jīng)驗類推法：根據(jù)以往研究成果，若某礦以正斷層為主，那么所遇新斷層，就可以根據(jù)這種規(guī)律判斷其類型為正斷層。2、小斷層類比法：大斷層附近常伴生一系列小斷層。在巷道掘進(jìn)中若遇到一系列小斷層，可判斷前方有大地層存在，且性質(zhì)與小斷層相同。小斷層類比

3、巖層層位對比法采用本方法時，必須掌握下列地質(zhì)情況：1）煤層頂、底板的巖性特征，植物化石分帶。.1502）煤層厚度及層間距。3）煤