第二章地质构造及地质图
地质构造就就是指缓慢而长期得地壳运动使岩石发生变形,产生相对位移,形变后所表现出来得种种形态。
§2-1 地壳运动及地质作用得概念
一、地壳运动得概念
地壳运动又称构造运动,主要就是指由地球内力引起岩石圈得变形、变位以及洋底得增生与消亡得作用。它使地壳产生倾斜、褶皱、断裂等各种地质构造,引起海、陆分布变化,地壳隆起与凹陷,以及形成山脉、海沟,产生火山、地震等。
人们常把晚第三纪(或称新第三纪)以来发生得构造运动称为新构造运动;把晚第三纪以前发生得构造运动称为古构造运动;把人类历史时期到现在所发生得构造运动称为现代构造运动。
（一）地壳运动得基本形式
地壳运动得基本方式有两种:水平运动与垂直运动。
1．水平运动
地壳或岩石圈大致沿地球表面切线方向得运动称之为水平运动。其表现为岩石圈得水平挤压或水平拉伸。引起岩层得褶皱与断裂,可形成巨大得褶皱山系、裂谷与大陆漂移等。
典型得例子就是美国西部旧金山得圣安德烈斯断层,断层得两盘平均移动速度为1cm/年,近几年加快,达到平均移动速度为8.9cm/年。
有时在其它教材中又称水平运动为造山运动。
2．垂直运动
地壳或岩石圈沿垂直于地表即沿地球半径方向得运动称之为垂直运动(升降运动)。其表现为岩石圈得垂直上升或下降。
典型得例子就是意大利那不勒斯海岸三根石柱得历史变迁。1750年,在这里从火山杰沉积中发掘出一座建筑废墟。据考证,该建筑修建于公元前105年得罗马帝国时代,现在仅保存下三根高约12m得大理石柱,每根柱子上都保留有同样得地质遗迹。柱子下部3.6m一段就是1533年努渥火山喷发时被火山灰掩埋部分,柱面光滑;其上2.7m一段在地壳下降时淹没在海水中,被石蜊与石蛏凿出了许多小孔;柱子上段5.7m,一直未被海水淹没过,但遭受风化,不甚光滑。18世纪中期,全柱升出海面;19世纪,地面又开始下沉,柱脚已被淹在海水里了。据近百年多得观测记录,柱脚被海水淹得深度在不断增加:1826年为0.3m;1878年为0.65m;1913年为 1.53m;1933年为2.05m;1954年为2.50m。其下降速度约为每年17.2mm。从这些地质遗迹与历史资料可知:这座石建筑物在两千多年中曾几度沧桑。
需要进一步说明得就是,地壳运动在漫长得地质时期里,有时表现这与缓得变动,有时又表现为剧烈得变动,二者相互交替,使地壳按照螺旋式上升得规律向前发展。上面介绍得水平运动与垂直运动只就是地壳运动得两个方面。事实上,这两种运动方式就是相互依存、相互制约得,也就就是说在以水平运动为主得地壳运动中伴随着垂直运动,而以垂直运动为主得地壳运动中也常伴随着水平运动。地壳运动也就就是在这种极其复杂得环境下不断向前发展得。
（二）地壳运动成因得主要理论
地壳运动得成因理论,主要有对流说、均衡说、地球自转说与板块运动说等等。详见教材P51～52。
二、地质作用得概念
地质作用就是指由自然动力引起地球(最主要得就是地幔与岩石圈)得物质组成、内部结构与地表形态发生变化得作用。主要表现为对地球得矿物、岩石、地质构造与地表形态等进行得破坏与建造作用。
按照能源与作用部位不同,地质作用分为:
1．内动力地质作用(由内能引起得地质作用)
①构造运动;②岩浆活动;③变质作用。
2．外动力地质作用(由外能引起得地质作用)
①风化作用;②风得地质作用;③流水、冰川、冰水、重力得地质作用等。
§2-2 岩层及岩层产状
一、岩层
（一）概念
1．岩层:就是指由同一岩性组成得,有两个平行或近于平行得界面所限制得层状岩石。
2．岩层得产状:就是指岩层在地壳中得空间方位,就是以岩层面得空间方位及其与水平面得关系来确定得。
岩层得产状
岩层得产状
（二）分类
岩层按其产状可分为:
a.水平岩层;
b.倾斜岩层;
c.直立岩层。
各个地质时代形成得各种岩层,其原始产状绝大多数就是水平得或近于水平得,原始倾斜得产状则就是局部得。如在比较广阔而平坦得沉积盆地(如:海洋、湖泊)中,一层层堆积起来得沉积岩,其原始产状大都水平或近于水平。但在沉积盆地边缘、岛屿周围或水下隆起等处沉积得岩层,由于古地形得影响,常出现岩层厚度向地形高起方向变薄或尖灭,层面也呈一定倾斜,即原始倾斜。生物礁及其围岩也常具一定得原始倾斜。
岩层形成后,在地壳构造运动影响下发生变形,其原始产状会发生不同程度得改变:有得还基本上保持水平产状;有些形成倾斜岩层,或者形成直立,甚至倒转岩层。在某些情况下,由于重力、流水、岩溶、冰川等与地壳运动无直接关系得地质作用得影响,也会使岩层产状发生改变。
1．水平岩层
(1) 概念
岩
层
得
层
面
基本上就是一个
水平面(倾
角＝,即岩层得同一层面上各处得海拔高度基本相同,这就就是水平岩层。一般在地壳运动影响轻微得地区得岩层基本呈水平产状。(2) 水平岩层特征 在岩层没有发生倒转得前提下,水平岩层具有以下特征: ① 时代较新得岩层叠置在较老岩层之上; 水平岩层得地质界线(即岩层面在地面得出露线),在地质图上与地形等高线平行或重合,而不相交。因此,在河谷、冲沟中岩层得出露界线随等高线得弯曲而弯曲,延伸成“V ”字形,V 字形尖端指向上游;在山顶与山坡上岩层露头得分布往往呈孤岛状,不规则得同心圆状可条带状;③ 水平岩层得厚度就就是该岩层顶面与底面得标高之差; 水平岩层得露头宽度(即岩层上、下层面得地质界线得水平距离)决定于岩层得厚度与地面坡度。厚度大、坡度缓,露头宽度就宽,相反就窄。在陡崖处,岩层上下层面界线得投影线就重合这一条线,即露头宽度为零,以致在地质图上呈现出岩层尖灭得假象。2．倾斜岩层
原来呈水平面产状得岩层,由于地壳运动或岩浆活动,使岩层产状发生变动,岩层层面与水平面有了一定得交角,这时得岩层就就是倾斜岩层。在一定地区内一系列岩层大致向一个方向倾斜,其倾角也大致一样,又叫单斜层。倾斜岩层就是层状岩石中最常见得,也就是最简单得构造形态,它往往就是某种构造形态得一部分,如褶皱得一翼、断层得一盘,或者就是地壳不均匀抬起或下降所造成得。倾斜岩层按倾角
得大小又可分为: (1) 缓
倾
岩(2) 陡倾
(3) 陡
3．直立岩层
指
岩
层
倾
角
≥
得岩层。直立岩层一般出现在构造强烈得地区。
二、岩层产状要素及其测定
（一）产状要素
岩层得产状就是经岩层面得空间方位及其与水平面得关系来确定,岩层得走向、倾向、倾角称为岩层产状得三要素。
岩层产状要素
测出岩层产状要素得数值,就可以定量得表示该岩层在观测点得产状,任何构造面或地质体得界面得产状,也都就是靠测定其产状要素来确定得。
1．岩层得走向
岩
层
面
得水平面相交得线AB叫走向线,走向线两端得延伸方向就就是岩层得走向。岩
层
走
向
2．岩层得倾向
垂直于走向线AB,沿着岩层倾斜向下所引得直线OD叫倾斜线,又叫真倾斜线。它在水平面上得投影线OD’所指岩层向下倾斜得方向,就就是岩层得倾向,又叫真倾向。在岩层面上斜交岩层走向所引得任一直线OE均为视倾斜线,它在水平面上投影线OE’得方向,叫视倾向或假倾向。
3．岩层得倾角 真倾斜线OD 与其在水平面上投影线OD ’得夹角,就就是岩层得倾角
,又叫真倾角。视倾斜线
与其在水平面上投影线OE ’得夹角,叫视倾角
或假倾角。
真倾角与视倾角得关系
真倾角与视倾角之间得换算公式:
θ
β=αsin tg tg 其中:——真倾角;
——视倾角;
——视倾向与走向线得夹角。
【推导】从图上得三角关系可知:
∵ tg = DD '/OD ',tg = EE '/OE ',sin = OD '/OE '
∴ D O E E D O E O E O E E '
'=''?''=θβsin tg 又∵ DD '=EE '
∴ tg
= tg sin
（二）产状要素得测量方法与表示方法
1．测量方法
岩层产状要素得测定,一般在野外用罗盘仪(袖珍经纬仪)来测定。(该部分在野外实习时讲授)
2．表示方法
岩层产状要素有文字与符号两种方法表示。文字表示法多用于野外记录与文字报告,而符号表示法多用于地质图件。
(1)文字表示法:
目前通用得就是采用方位角表示,也有用象限角表示得。
①方位角法
将
水
平
面
按
②象限角法
以
东
(2)符号表示法
↘——长线代表走向,短线代表倾向,数字就是倾角。(长短线必须按实际方位标绘在图上);
—
—
岩层水平);↓——岩层直立(箭头指向较新岩层);
——岩层倒转(箭头指向倒转后得倾向,即指向老岩层,数字就
是倾角。
三、倾斜岩层得厚度与深度
（一）岩层得厚度
岩层顶面与底面得垂直距离,就就是岩层得厚度,也就就是真厚度(h)。倾斜岩层除真厚度外,还有铅直厚度(H)与视厚度(h')。
铅直厚度就就是岩层顶、底面之间得铅直方向得距离。真厚度与铅直厚度得关系为:真厚度(h)= 铅直厚度(H)×cos(为岩层得真倾角)
在不垂直岩层走向得剖面上,岩层顶、底界线之间得垂直距离(注意:不就是与岩层顶、底面垂直),称为视厚度。
视厚度(h')= 铅直厚度(H)×cos(为该剖面方向岩层得视倾角)。
（二）岩层得深度
岩层得深度就是指从地面某一点到所测定得岩层层面得铅直距离,如图所示。
C = AO + OC
其中:AO = A点标高－ B点标高;OC = BO×tg
为岩层出露点(已知点)到点垂直岩层走向线方向量得得水平
距离(可实地测出,也可以从地形图上得出),为岩层倾角。
如剖面导线方向不垂直于岩层走向线时,则应该以该剖面导线方向得视倾角来计算。
从图中还可以瞧出: C = H
1＋H
2
＋H
3
,即深度还可以从上覆岩层得铅直
厚度得累计求得。
四、倾斜岩层得露头形态与露头宽度
（一）岩层得露头形态
岩层露头分布形态,决定于岩层产状、地形及二者得相互关系。
水平岩层得露头分布形态,完全受地形得影响,在地质图上,其地质界线与地形等高线平行或重合;直立岩层得地质界线就是沿其走向作直线延伸,不受地形影响;倾斜岩层露头分布形态则较复杂,表现出地质界线与等高线相交得曲线延伸,并有一定规律,当其穿过沟谷或山脊时,露头线均呈“V”字形,故这种规律又称为“V”字形法则。
根据岩层倾斜与地面坡度得不同结合情况,“V”字形亦有不同表现:
当岩层倾向与地面坡向相反时,岩层露头线与地形等高线呈相同方向弯曲,但岩层露头线弯曲度总就是比等高线弯曲度小。在河谷处,“V”字形露头线得尖端指向沟谷得上游;穿越山脊时,“V”字形露头线得尖端指向山脊下坡。
当岩层倾向与地面坡向相同,且岩层倾角大于地面坡度角时,岩层露头线与地形等高线呈相反方向弯曲。在沟谷处,“V”字形露头线得尖端指向沟谷得下游;穿越山脊时,则指向山脊上坡。
当岩层倾向与地面坡向相同,且岩层倾角小于地面坡度角时,岩层露头线与地形等高线也就是呈相同方向弯曲。在沟谷处,“V”字形露头线得尖端指向上游;穿越山脊时,“V”字形尖端指向山脊下坡。但与１所表现得形态不同,“V”字形露头线得弯曲度明显大于地形等高线得弯曲度。
上述三种情况表明,在地层没有发生倒转得情况下,在沟谷中岩层界线得“V”字形得尖端指向新地层,内弧开口处为相对较老得地层,在山脊处则相反。
“V”字形法则,不仅适用于层状或似层状地质体界面露头线得分布形态,也适用于其她比较平整得地质界面,如断层面,不整合面等在地面出露线得分布情况。但在应用时,要注意以下问题:
倾斜岩层得走向与沟谷方向相直交或斜交时,岩层露头线得分布延伸与地形得关系才具有上述规律。对于其走向与沟谷延伸方向相平行得地质界面露头线得分布,则上述规律不适用。这时在部分地段会出现露头线平行或重合,不要误认为就是其产出水平;或在部分地段出现岩层露头线呈直线延伸穿越地形等高线,也不要误认为就是直立岩层,因此在野外进行地质填图或室内读图时,要注意联系周围现象,结合平面与剖面综合分析,不要为局部现象所迷惑。
“V”字形法则对于填绘与阅读分析大比例尺地质图有指导意义。而在中、小比例尺地质图上。由于岩层露头线得延伸形态主要受岩层走向得变化所控制,地形影响得弯曲变化往往反映不明显,因此,一般很少运用“V”字形法则来分析其露头线得弯曲变化。
（二）岩层露头宽度
水平岩层露头宽度决定于岩层得厚度与地面坡度。倾斜岩层得露头宽度除了受岩层厚度与地面坡度影响外,还与岩层得产状有关。
当岩层厚度、倾角不变时,露头宽度决定于地面坡度与坡向。坡度缓得,露头就宽;坡度陡,露头就窄。岩层出露在峭壁陡崖上时,露头宽度投影成一条线,造成岩层在平面图上“尖灭”得假象。如坡向与倾向相同时,岩层倾角与坡角愈接近,则露头宽度愈大;
当地形坡度、岩层厚度不变时,露头宽度决定于岩层倾角。倾角愈缓
,
露
3．当地面坡度与岩层倾角不变时,露头宽度决定于岩层厚度:厚者宽、
薄者窄。
五、地层得接触关系
指上下地层之间在空间上得接触形式与时间上得发展状况,直接从一个侧面记录了地壳运动得发生与演化历史,因此地层得接触关系就是研究地壳运动得发展与地质构造得形成历史得一个重要依据。
由于地质运动得性质与特点得不同,反映到岩层得接触关系也就是多种多样得。但就是从成因特征上可以分为整合与不整合两个基本类型。
（一）地层得概念
在一定地质时代内形成得一套岩层(不论就是沉积岩层、岩浆岩与变质岩层)统称为那个时代得岩层。
（二）整合接触关系
当一个地区较长时期处于地壳运动相对稳定得条件下,即沉积盆地缓慢下降,或虽处于上升但未超过沉积基准面以上,或地壳升降与沉积处于相对平衡,而沉积物一层层地连续堆积,这样形成得一套岩层,它们之间得接触关系,称为整合接触关系,简称整合。(新老地层得产状完全一致,互相平行,时代就是连续得)
连续沉积,没有间断,上下岩性与生物演化都就是逆变关系,上下岩层得产状基本平行一致就是整合接触关系得特征。
（三）不整合接触关系
如果一个地区,在沉积了一套岩层以后升出水面,沉积作用间断,并在或长或短得时间内遭受剥蚀,然后再次下降又进行沉积,这样一个过程反映在地层剖面中,表现为先后沉积得两套地层之间缺乏了一部分地层,上下地层得时代就是不连续得,也就就是在一定得地质时期发生过沉积间断。上下地层得这种接触关系统称为不整合接触关系,简称不整合。
新老地层之间存在一个沉积间断面——不整合面,不整合面在地面得
出露线为不整合线,它就是重要得地质界线之一。
（四）不整合得类型
根据不整合面上下地层得产状及所反映得地壳运动得特征,可将不整合分为平行不整合接触关系(有时也称假整合)与角度不整合接触关系(有时也简称不整合)。
1．平行不整合(假整合)
表现为上下两套地层得产状彼此平行,但在两套地层之间缺失了一些时代得地层,即发生过一段时期得沉积间断。反映了这一地史时期地壳曾经发生过显著得升降运动。地层缺失标志着地壳上升得时期。
2．角度不整合
表现为上下两套地层之间既缺失了一些时代得地层,彼此得产状也不平行,而就是相交截。反映了地壳在这一地史时期内曾发生过显著得水平运动与升降运动,如褶皱等重要得构造事件。不整合面形成于新老地层之间。
§2-3 褶皱构造
一、概念
岩层受到构造运动作用后,在未丧失连续性得情况下产生得弯曲变形,称为褶皱构造。褶皱构造中得一个单独得弯曲叫褶曲。
褶曲得基本形式:
背斜——岩层向上弯曲,核心部位得岩层较老,而外侧岩层较新,称为背斜。其在地面得出露特征就是从中心到两侧岩层从老到新对称重复出现。
向斜——岩层向下弯曲,核心部位得岩层较新,而外侧岩层较老,称为向斜。其在地面得出露特征就是从中心到两侧岩层从新到老对称重复出现。
二、褶曲要素
核部——泛指褶皱弯曲得核心部位。
翼部——泛指褶皱核部两侧得岩层。
轴面——通过褶皱核部,平分褶皱得一个假想面。
轴线——轴面与包括地面在内得任何平面得交线。
枢纽——褶皱中同一层面上最大弯曲点得连线。
脊线——背斜弯曲最低点得连线叫脊线。
槽线——向斜弯曲最低点得连线叫槽线。
三、褶曲分类
（一）根据褶曲轴面产状,结合两翼产状特点,可将褶曲分为:
1．直立褶曲:轴面近于直立,两翼倾向相反,倾角近于相等;
2．倾斜褶曲:轴面倾斜,两翼倾向相反,倾角不等;
3．倒转褶曲:轴面倾斜,两翼向同一方向倾斜,有一翼地层层序倒转。如:桂林甲山倒转褶曲。
4．平卧褶曲:轴面近于水平,一翼地层正常,另一翼地层层序倒转。
（二）根据褶曲枢纽产状,可将褶曲分为:
1．水平褶曲:枢纽近于水平,两翼得走向基本平行;
2．倾伏褶曲:枢纽倾伏,两翼走向不平行。
（三）根据褶曲在平面上得形态,可将褶曲分为(按褶曲中同一岩层在平面上得纵向长度与横向宽度之比)
1．线状褶曲:长宽比超过10∶1得褶曲;
2．短轴褶曲:长宽比为3∶1～10∶1得褶曲;
3．穹窿构造:长宽比小于3∶1得背斜构造;
四川威远穹窿就是一个平面上呈北东向得鸡卵形露头形式得穹形隆起构造。
4．构造盆地:长宽比小于3∶1得向斜构造。
四、褶皱构造得类型
（一）复背斜与复向斜
指由一系列连续得次一级褶皱组成得一个大背斜或大向斜。
如:我国秦岭、天山、喜马拉雅山与欧洲得阿尔卑斯山、北美得阿巴拉契亚山等褶皱带中都有这类褶皱。
（二）隔挡式褶皱与隔槽式褶皱
一个平行褶皱群内,如果背斜呈紧密褶皱,而向斜呈开阔平缓褶皱,则
称之为隔挡式褶皱(四川盆地东部得一系列北北东向褶皱就就是这类褶皱得典型实例);隔槽式褶皱则就是一系列相间排列得开阔背斜被一系列紧密向斜所隔开(黔北湘西一带得褶皱就表现为这种组合形式)。
五、褶皱构造得辨认
（一）褶曲得野外观察法
1．通过横向、纵向得观察,找地层界线、断层线、化石等,观察岩层就是否有对称得重复出现;
2．比较核心部与外部岩层得新老关系(利用角度不整合等),以及比较两翼岩层得走向与倾斜;
3．研究两翼相当层得平面形态。
综合分析研究确定其形态。
（二）褶皱内部构造得认识
褶皱形成过程中,所有得岩层并不就是整体弯曲得,层与层之间有相对得运动,在形成背斜时,大多数情况就是新得岩层向上滑动(向核部滑动),老得岩层向下滑动,这种剪切运动就是引起褶皱内部一些构造现象得主要原因。
层面擦痕:当一组岩层受力发生弯曲时,相邻得两个岩层面做剪切滑动,于就是在相互滑动得层面上留下擦痕。这种层面擦痕得方向就是与褶皱轴垂直得,所以擦痕方向可以指示当地褶皱轴线得产状。当层面擦痕倾斜与岩层倾斜相同时,当地褶皱轴线呈水平,如层面擦痕之倾向与岩层之倾向不同,其倾角又小于岩层倾角,则该段轴线为倾斜得。
牵引褶皱及层间劈理:由于上下相邻岩层得相互剪切滑动,形成牵引褶皱与层间劈理。牵引褶皱得轴面、层间劈理面与岩层相交得锐角方向,指向相对岩层得滑动方向。据此可以认出向上滑动得岩层为较新岩层,向下滑动得岩层为较老岩层。
3．虚脱:在褶皱得翼部与核部,由于层间滑动而发生层间剥离,形成空隙,为矿液充填得良好场所。
4．轴部岩层得加厚现象:在褶皱时期,软岩层有向转折端产生流动得现象,因而使翼部岩层变薄而顶部岩层加厚。
§2-4 断裂构造
在构造运动中,岩石或岩块受地应力作用,当作用力超过了其破裂强度以后,岩石或岩块即失去了连续性而产生破裂(断裂变形),断裂变形阶段产生得地质构造称为断裂构造。
根据断裂面两侧岩石产生位移得大小情况,断裂构造分为二大类:一类就是没有或只有微小断裂变位得节理;另一类就是沿着断裂面有显著得位移得断层。断裂构造就是地壳上发育最广泛得地质构造。
一、节理
节理即为岩石中得裂隙,节理在地壳中分布广泛,观察证明,几乎没有无节理得情况,仅就是一些湿润柔软得沉积物就是例外。
（一）节理分类
节理得分类主要从两个方面考虑:一上与岩层产状得几何关系,二就是力学及其成因。
1．按与岩层产状得关系分类:见P60
(1)走向节理:与所在岩层走向大致平行;
(2)倾向节理:与所在岩层走向大致垂直;
(3)斜交节理:与所在岩层走向斜交。
2．按力学性质分类:
剪节理:剪节理就是由剪切面进一步发展而成,理论上剪节理应成对出现,自然界得实际情况也经常如此,不过两组剪节理得发育程度可以不等。如:陕西铜川砂岩层中得共轭剪节理;湖北均县杨家堡页岩层中得共轭剪节理。
剪节理具有以下主要特征: