第五节 断裂构造（一）——节理
地壳中岩石（岩层或岩体），特别是脆性较大和靠近地表的岩石，在受力情况下容易产生断裂和错动，总称为断裂构造。它和褶皱构造一样，是地壳中普遍发育的基本构造形式之一。除去地壳表层普遍发育的各种断裂构造外，还存在许多不同规模、不同深度的断裂系统，甚至把岩石圈分割成许多板块。这里所讲的断裂构造主要指大陆壳上常见的构造。通常根据断裂岩块相对位移的程度，把断裂构造分为节理和断层两大类。本节简要介绍节理。
一、节理的分类
几乎在所有岩石中都可看到有规律的、纵横交错的裂隙（图7-50），它的专门术语叫节理。节理即断裂两侧的岩块沿着破裂面没有发生或没有明显发生位移的断裂构造。节理的长度、密度相差很悬殊，有的可延伸几米、几十米，有的只有几厘米；有的密度很大，有的则比较稀疏。沿着节理劈开的面称节理面。节理面的产状和岩层的产状一样，用走向、倾向和倾角表示。节理常与断层或褶曲相伴生，它们是在统一构造作用下形成的有规律的组合。
（一）节理的成因分类
按照成因可以分为两类，一是非构造节理，另一是构造节理。
1.非构造节理 指岩石在外力地质作用下，如风化、山崩、地滑、岩溶塌陷、冰川活动以及人工爆破等作用所产生的节理。这类节理常分布于地表浅部的岩石中，节理的几何规律性较差，一般没有矿化现象，但这些风化裂隙等常形成地下水运移的通道，或在一定条件下形成储水层；风化破碎带对于工程建设有很大影响。
在非构造节理中还包括岩石在成岩过程中所形成的节理，即所谓原生节理。例如：
（1）侵入岩体中的节理 岩浆侵入围岩，随着岩浆的冷却常形成有规律性的节理。它们主要分布于岩浆侵入体的顶部和边缘部分。其形成主要与岩浆的冷却和收缩有关。岩浆体冷却收缩是从上而下，从外及内，从边缘到中心缓慢进行的，因此在岩体内容易形成平行于接触面的节理；同时当岩体外部冷凝后，而内部仍在流动，这流动部分和冷凝部分之间也容易发生裂隙。如图7-51。在火成岩体中常见的节理有：
横节理 又称Q节理，指节理面与岩体中流线构造（原生线状流动构造）相垂直的节理。这可能因岩浆冷凝不均，垂直流线方向产生张力所致。节理面较粗糙，产状较陡直。其中常被岩浆填充，形成互相平行的岩墙或岩脉。
纵节理 又称S节理，指节理面平行于流线构造的节理。这可能因岩浆在流动方向由外及里冷却收缩不均产生剪切力所致。节理面平直，节理裂隙紧闭，产状较陡。
层节理
又称L节理，指节理面平行于流面的节理，常发育于岩体顶部或与围岩接触的平缓部位。这可能因岩浆自上而下冷却依次逐渐收缩所致。
上述三种节理常把侵入体分割成大小方块，促进岩石的风化。
斜节理 指节理走向与流线、流面斜交的节理，常两组共生形成“X”形。节理面光滑，有时可见擦痕和光滑镜面。这种节理属于构造节理，是在上述节理形成后，岩体受压因剪切作用所致。
（2）玄武岩中的柱状节理在玄武岩熔岩流或其他浅成岩体中，垂直冷凝面常发育成规则的六方柱状节理。其成因，一般认为，假设在均一基性的熔岩中有均匀分布的冷却中心（呈等边三角形分布，冷却中心距离彼此相等），然后各向中心收缩，形成六方柱状节理，如图7-52所示。在自然界，由于熔岩物质的不均一性等因素的影响，这种节理不一定都是六方柱状，也可能呈五角柱状七角柱状及其它。徐松年（1984）等近来研究表明，柱状节理面不是单纯的张裂面，还存在非平面的剪切变形。
2.构造节理 指在构造运动作用下形成于岩石中的节理，常常成组成群有规律地出现。这种节理往往与其他构造如褶皱、断层等有一定的组合关系和成因联系。如图7-53表示在水平挤压下在褶曲构造中可能发育的各种节理。
（二）节理的几何分类
指按照节理与其所在的岩层或其它构造的关系进行的分类（图7-53）。实际上这种几何分类与力学成因有密切关系，即一定的几何关系可反映一定的力学成因。
1.根据节理与所在岩层的产状要素的关系可以分为（图7-54）：
（1）走向节理节理的走向大致平行于岩层的走向；
（2）倾向节理节理的走向大致垂直于岩层的走向；
（3）斜向节理节理的走向斜交于岩层的走向；
（4）顺层节理节理面大致平行岩层层面。
2.根据节理的走向与所在褶曲枢纽的关系可以分为：
（1）纵节理二者大致平行的节理；
（2）横节理二者大致垂直的节理；
（2）横节理二者大致垂直的节理；
（3）斜节理二者互相斜交的节理。
上述两种分类，在某些情况下，例如对于水平褶皱而言，走向节理相当于纵节理；倾向节理相当于横节理；斜向节理相当于斜节理。
（三）节理的力学成因分类
按照产生节理的力学性质，节理主要分为张节理和剪节理。
1.张节理 是岩石在张应力作用下所产生的节理。上述褶曲构造中的纵节理和横节理都属于张节理。张节理常具有如下的特征：
（1）产状不甚稳定，在岩石中延伸不深不远；
（2）多具有张开的裂口，节理面粗糙不平（图7-55），面上没有擦痕，节理有时为矿脉所填充
；
（3）在碎屑岩中的张节理，常绕过砂粒和砾石，节理随之呈弯曲形状（图7-55）；
（4）节理间距较大，分布稀疏而不均匀，很少密集成带；
（5）常平行出现，或呈雁行式（即斜列式）出现，有时沿着两组共轭呈X形的节理断开形成锯齿状张节理，称追踪张节理（图7-56）。
2.剪节理 又称剪切节理，是岩石在剪切应力（亦称扭应力）作用下所产生的节理，它一般产生于与压应力呈45°角左右的平面上，即最大剪切面上。上述褶曲构造中的斜向节理或斜节理多属于剪节理。剪节理具有下述特征：
（1）产状比较稳定，在平面中沿走向延伸较远，在剖面上向下延伸较深；
（2）常具紧闭的裂口，节理面平直而光滑，沿节理面可有轻微位移，因此在面上常具有擦痕、镜面等；
（3）在碎屑岩中的剪节理，常切开较大的碎屑颗粒或砾石（图7-57），或切开结核、岩脉等；
（4）节理间距较小，常呈等间距均匀分布，密集成带；
（5）常平行排列、雁行排列，成群出现；或两组交叉，称“X节理”，或称“共轭节理”（图7-58），两组节理有时一组发育较好，一组发育较差。
二、节理与褶皱构造的关系
在一个地区，在同一应力场（或在同一构造运动）作用下，所产生的褶皱、断裂等彼此具有密切的成因联系。
图7-53已经说明各种节理的分布与褶曲构造的关系。现以图7-59为例，进一步说明褶曲的形成和各种节理的发生序次：
（一）岩层褶皱前的早期节理
当一套水平岩层受到水平方向的侧向压力时，在层面上出现两组剪切节理，即X节理（共轭节理）；这种节理面垂直于层面，是为平面型X节理（图7-59A）。
如果继续受力，会在沿着压力方向产生一组张节理，又叫横张节理；有时是沿着X节理面曲折拉开，形成追踪张节理（图7-59A）。
（二）岩层褶皱后的晚期节理
岩层在水平压力的继续作用下，开始弯曲褶皱，如图7-59C所示，在背斜顶部产生平行于枢纽的张节理，又叫纵张节理（因在背斜顶部受到张应力作用，参阅图7-45）。这种节理垂直层面，上宽下窄呈楔形，从横剖面看，在中和面以上发育呈扇形分布。在脆性岩层中发育较好，有时追踪早期X节理，形成锯齿状的纵张节理。它们沿走向一般延伸不远。
如果褶皱继续发展，如图7-60B所示，沿着最大剪切面又发育成X节理，但这晚期X节理与前者不同，在剖面上呈X交叉，而在层面上与枢纽平行，故称剖面X节理。
如果岩层中间夹有塑性较大岩层（如页岩），岩层褶皱时由于层间滑动所产生的力偶作用，使岩层发生小型褶皱，叫层间牵引褶皱或拖拉褶皱（图7
-60及封面上图）。
如果岩层中间夹有脆性较大的岩层，则在上下层的力偶作用下，形成层间剪节理（图7-59C）。有时这种剪节理或其它原因的剪节理，细而密集，甚至可将岩层劈成薄片，称为劈理。图7-61说明层间剪节理或剪劈理的成因。
三、研究节理的意义
研究节理的类型、成因和分布规律有着重要的理论和实际意义。
首先，研究节理的分布、性质和组合情况，有助于推断区域性应力场的特点和各种应力的分布规律以及与各种构造的相互关系。
例如，根据共轭节理的锐角等分线的方向，从理论上讲代表挤压作用力的方向。如图7-62为不同类型的节理组合图，s1s1和s2s2为两组共轭剪切节理，其锐角等分线方向即南北向为压应力方向，那么东西方向当然是张应力方向，因此产生了相应的张节理tt。
有时候一条剪节理是由许多条首尾衔接的呈羽状排列的小节理组成。沿着小节理的走向向前观察，若后一条小节理重叠于前一条小节理的左侧，则为左行（或叫左旋）；若后一条小节理重叠在前一条节理的右侧，则为右行（或叫右旋）。如图7-63，有MN和M′N′两组共轭羽状剪节理，根据上述方法可以判断MN为右行剪节理，M′N′为左行剪节理，并可据以判断压应力为南北方向（如箭头所示）。
其次，研究节理有很大实际意义。有些节理，主要是张节理常提供岩浆活动侵入的通道，并控制矿体的形成和分布。富含张节理的岩石，对于地下水的运动和富集有密切关系，有时构成地下水的含水层。此外，在进行隧道、水工建筑（水库大坝等）、矿井坑道、桥梁等工程设计和施工时，都必须对有关地区的岩石节理做详细的调查和测量，以防止可能引起的破坏作用和不良影响。
除此，节理对于地貌的发育、形态等有密切关系。节理构成岩石的软弱面，提供了风化和侵蚀的有利条件，流水、冰、植物等常沿节理风化或侵蚀，造成各种地貌。如花岗岩中的纵节理、横节理和层节理，往往把坚硬的岩石切割成无数方块，在棱、角处先行风化，形成球状风化地貌（图7-64）。有时沿着陡倾斜的节理风化侵蚀成险峻峭拔的地貌（图7-65）；有时沿着垂直节理侵蚀成悬崖峭壁（图7-66）或峰林石柱，如广东仁化丹霞地貌、河北承德棒锤山、北京西山龙门涧、云南路南石林、湖南大庸张家界等，都是在近水平的岩层中发育了几组垂直节理，然后顺着节理切开的岩层选择风化，结果塑造成千姿百态、群峰林立、石柱凌空的地貌形态。有些河谷是沿着节理的方向发育的。
测量节理产状要素的方法与测量岩层产状相同。有时节理面未暴露在外
，可将硬纸片插入节理裂隙中，然后测量其产状要素。