构造地质学（地质07级3班）
第一章绪论 (3)
1.1基本构造简介 (3)
1.2 构造地质学的目的 (5)
1.3构造地质学的难点 (5)
第二章原生构造和接触关系 (6)
2.1地层的产状 (6)
2.2不同产状地层的地表露头特点 (6)
2.3沉积岩层的原生构造 (7)
2.4地层的接触关系 (8)
第三章构造研究中的应力分析基础 (9)
3.1力和应力 (9)
3.2应力场 (10)
第四章变形岩石运动学分析基础 (11)
4.1基本概念 (11)
4.2刚体运动的分析 (11)
4.3非刚体运动的分析 (11)
第五章岩石力学性质 (13)
5.1岩石力学性质的几个基本概念 (13)
5.2岩石的强度及其影响因素 (14)
5.3岩石变形的微观机制 (14)
5.4岩石破裂准则 (15)
第六章劈理 (16)
6.1几个基本概念 (16)
6.2.劈理的结构、分类和产出背景 (16)
6.3.劈理的形成作用和应变意义 (17)
6.4.劈理的观察和研究 (18)
第七章线理（Lineations） (18)
7.1.线理的概念分类 (18)
7.2.小型线理 (18)
7.3.大型线理 (19)
第八章褶皱的几何分析 (19)
8.1.褶皱和褶皱要素 (19)
8.2.褶皱的描述 (20)
8.3.褶皱的分类 (21)
8.4褶皱的组合型式 (22)
8.5.叠加褶皱 (22)
第九章褶皱-成因分析 (23)
9.1.纵弯褶皱作用 (23)
9.2.横弯褶皱作用 (25)
9.3.剪切褶皱作用 (25)
9.4.柔流褶皱作用 (25)
9.5.膝折褶皱作用 (26)
第十章节理 (26)
10.1.节理的定义与分类 (26)
10.2.节理的分期与配套 (27)
10.3.与节理有关的构造主要有 (27)
10.4.岩浆岩中的节理 (28)
10.5.节理的研究方法 (28)
第十一章断层概论 (29)
11.1.断层要素和位移 (29)
11.2.断层分类 (30)
11.3.断层形成机制 (32)
11.5.断层的识别 (33)
第十二章伸展构造 (33)
12.1.伸展构造型式 (33)
12.2.伸展构造的成因模式 (35)
第十三章逆冲推覆构造 (36)
13.1.逆冲推覆构造的几何学 (36)
13.2.逆冲推覆构造的运动学 (37)
13.3.逆冲推覆构造的动力学 (38)
13.4.逆冲推覆构造的地质背景 (38)
第十四章走向滑动断层 (39)
14.1走滑断层概念 (39)
14.2走滑断层的几何学和运动学 (39)
14.3走滑断层的动力学 (40)
第十五章韧性剪切带 (41)
15.1.韧性剪切带的定义 (41)
15.2.韧性剪切带的几何特征 (43)
15.3.韧性剪切带内的变形 (43)
15.4.韧性剪切带的运动方向的确定 (45)
15.5.韧性剪切带的观察与研究 (46)
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题解
构造是物体各组成部分的组合方式、组合方法和组合原理，而结构指组成结构的单元。
构造地质指不同地质体之间的组合方式。
构造地质学是研究地质体之间组合方式的几何学、运动学和动力学特征。
地质体:人们观察和研究的具有一定体积的天然岩石单元。特点：规模可大可小，组成和结构上有一定的独特性。
构造地质学是研究组成地壳的岩石、岩层和岩体在岩石圈中力的作用下变形形成的各种现象（构造）。研究这些构造的几何形态、组合型式、形成机制和
演化过程，探讨产生这些构造的作用力的方向、方式和性质。
第一章绪论
1.1基本构造简介
构造有级别之分：
巨型构造：主要是指造山系和板块的构造单元，如喜马拉雅造山带、松潘-甘孜造山带和四川盆地等。
大型构造：造山系和板块等区域构造单元中的次级构造单元，如复背斜、复向斜或区域性大断裂。一般展布于1：200000图幅（75km×90km）或联幅范围内。中性构造：主要见于一个地段上的褶皱和断层等，在1:50000图幅（19km×23km）或更大比例尺地质图可见其全貌。
小型构造：主要指出露于露头上和手标本上的构造，如各种小褶皱、断裂及面状和线状等构造。
微型构造：见于手标本或偏光显微镜下显示的构造，如各类微型面理和线理。
构造有类型之分；
伸展构造：水平拉伸形成的构造，如裂谷、地堑-地垒、盆岭构造、变质核杂岩等中-大型构造，也有正断层、张节理等中-小型构造；
压缩构造：压缩构造是水平挤压形成的构造，如褶皱系和逆冲推覆构造等中-大型构造，也有逆断层等中-小型构造；
走滑构造：走滑构适是顺直立剪切面水平方向滑动。如走滑断层，剪节理等。旋转构造：旋转构造是指地质体绕轴转动形成的构造。如枢纽断层等。
构造有层次之分；
构造层次主要讨论地壳-岩石圈的分层性。构造层次产生的根本原因是温度压力的变化引起的岩石力学性质的改变造成的。
构造层次的划分不仅仅与深度有关，最主要是与温度压力有关，而主要和温度有关。
表构造层次：主导变形作用是剪切作用，代表性构造是各类断层、断块构造、横
弯褶皱和纵弯褶皱。
浅构造层次：主导变形作用是纵弯褶皱作用，代表性构造是平行褶皱和各类断层。中构造层次：主导变形作用是相似褶皱作用和压扁作用。该层次顶面以板劈理出现为界，代表性构造是相似褶皱、顶厚摺皱及韧性剪切带和断层。
深构造层次：主导变形作用是流变作用和深熔作用，顶面以片理带为界。代表性构造是柔流褶皱和韧性剪切带，深部发生混合岩化，甚至形成深熔花岗岩。构造有阶段之分：
构造的阶段性主要表现为不同时期的构造变形的形态、构造运动方式和构造动力的来源和作用方式的差异。大至地球的演化，小至某一露头的演化，都包含有不同的构造阶段。
构造阶段归根到底是由板块作用的不同演化阶段造成的。
①以水平运动为主因的岩石圈构造是高度活动的;
②构造演化是以不可逆的渗入突变的阶段式发展;
③构造动力主要来自地球深部活动;
④岩石圈结构是层圈式的、不均一的，各分层界面常常是活动的，具有一定的控制性;
⑤挤压作用、伸展作用和剪切作用分别或共同铸造了地壳一岩石圈的各级各类构造;
怎样研究构造？
马杏垣教授指出(1983):“它(解析)包括几何学的、运动学的和动力学的解析三个方面。而所谓‘解析’也是一种思维方法，即把整体分解为部分，把复杂的事物分解为简单的要素加以研究的方法。解析的目的在于透过现象掌握本质，因此，需要把构造现象的各个方面放在矛盾双方的相互联系、相互作用中去，放到构造的运动、演化中去，看看它们在地壳、岩石圈的整体结构中各占何种地位，各起什么作用，各以何种方式与其他方面发生相互制约又相互转化的关系等等。”
几何学分析：就是认识和测量各类各级构造的形态、产状、方位、大小、构造内部各要素之间及该构造与相关构造之间的几何关系，从而建立一个完整的具有几何规律的构造系或型式。几何学分析提供的资料和数据则是运动学和动力学分析的基础。
运动学分析：再现岩石形成至变形期间所经历的过程和发生的运动，主要是通过对岩石或岩层中的原生构造，尤其是次生构造的分析揭示其运动规律，解释改变岩层和岩体的位置、方位、大小和形态的平移、转动、体变及形变的组合情况。动力学分析：阐明产生构造的力、应力和力学过程，其目的是查明变形应力的性质、大小和方位。
自然界最基本的地质构造：断层、节理、褶皱、劈理、面理和线理。
断层——调节地壳中岩石位移的破裂面。断层的作用可以使地壳缩短或伸长，形成山脉和盆地，断层的作用对我们日常生活有很大影响。
节理——岩石中的裂隙（破裂面），沿着它没有发生明显的位移。（张节理和剪节理）
褶皱——地质体系统弯曲的层和面。有些褶皱是初始水平的岩层，受应力作用弯曲而缩短。在高温状态下或长时间连绵不断的应力作用，地质体可以表现出一定的塑性。
混合岩中的柔流褶皱
劈理、面理和线理：在温度和压力较高的状态下，通过变形变质和重结晶作用而形成。
面理——由面状变质矿物、重结晶的晶体、显微断层和压扁砾石等紧密的平行排列所显示的面状构造。
劈理——是面理的一种特殊类型，是强烈变形的紧密的近于平行的面，具有可劈开的性能。
线理——是由针状矿物、线状拉长的矿物或针状矿物集合体、微褶皱或地质体中的沟槽等的优选所显示的线状排列。
上述基本的构造要素通常都不是孤立存在的，它们往往形成一定的组合和一定的样式，并具有叠加、置换、继承和新生的性质。
构造组合：具有成因关系的各种构造要素的集合体。在不同层次上、不同尺度之间、不同的构造单元之间都可以形成构造组合。
构造样式：与构造组合概念相似，主要指有成因关系的构造要素组成的形态。构造叠加：构造叠加是指已变形的构造又再次变形而产生的复合现象。
构造置换：是岩石中的一种构造在后期变形中或通过递进变形过程被另一种构造所代替的现象。
构造的继承：如果前期构造控制或影响了后期构造的形成和发展，后期构造保留了前期构造的某些特点，即为构造继承。
构造的新生：不受前期构造影响的，可以改造前期构造的新产生的构造。
1.2 构造地质学的目的
（1）学会如何去认识、描述和测量这些变形构造；
（2）掌握和解释造成这些构造的位移、旋转和变形的方法；
（3）分析地壳变形的动力；
（4）指导其他地质学科的研究；
（5）为能源和金属矿产的勘探服务。
1.3构造地质学的难点
（1）我们可以自由去考察和采样的范围相对很小，所以不管是在广度上还是在深度上，我们掌握的地质信息是相对有限的。
（2）地质时间是漫长的，这是地质学家研究对象的特色之一，地质学家必须学会用10的指数式来谈论时间，去思考。
（3）自然体系的十分复杂性。我们所见到的每个地质记录只代表了一个很长而复杂的演化史中的若干个结果，要回溯并准确了解它的全部过程需要艰苦的研究。
第二章原生构造和接触关系
2.1地层的产状
一般来说:除盆地边缘外,沉积岩层的初始产状都是水平的，受到变形后,它们的产状才有可能发生改变。这是研究地质界面产状在变形前后发生变化与否的重要的基础性参考坐标。
产状：是指构造面或构造线在空间的位态。即指其与水平参考面和地理方位之间的关系。
一、面状结构的产状要素
1. 走向：(1)走向线：倾斜平面与水平面的交线
(2)走向：走向线两端所指的方向（相差180°）
2. 倾向：(1)倾斜线：倾斜平面上与走向线垂直的线
(2)倾向：倾斜线(下端)在水平面上的投影所指的方向
3. 倾角：倾斜平面上的倾斜线与其在水平面上的投影线之间的夹角
产状的表示方法：倾向∠倾角，如：66o∠50o
二、线状结构的产状要素
1. 倾伏向：某直线（下端）在水平面上的投影所指的方向
2. 倾伏角：某直线与水平面的交角（最大交角）
表示方法：倾伏向∠倾伏角，如：45o∠51o
3. 侧伏角：直线在倾斜平面上时，该线与该平面走向线的锐夹角
4. 侧伏向：锐夹角所在的走向线那一端的方向。
表示方法：侧伏角侧伏向，如：15E 。
2.2不同产状地层的地表露头特点
不同产状的地层（水平地层、倾斜地层、垂直地层）在地表露头上或地形地质图上表现出的形态不尽相同，在野外工作中或读地质图时，掌握地层产状与地表露头（或地形地貌）的关系是地质工作者的基本功。
水平岩层
水平岩层的主要特征：
1. 岩层界线与等高线平行或重合
2. 老岩层在下(谷底），新岩层在上（山顶）
3. 岩层顶、底之间的高差为岩层的厚度
4. 出露宽度是顶、底面露头线的水平距离，取决于岩层厚度、地面坡度
倾斜岩层
倾斜岩层与地形地貌的关系可以分为以下几种：
1、岩层倾向与地面坡向相反
2、岩层倾向与地面坡向一致
（1）岩层倾角＜地面坡角（2）岩层倾角＞地面坡角
在不同的情况下，地层在地表的露头特点是不同的（V字形法则）。
1. 岩层倾向与地面坡向相反：
露头线与等高线同向弯曲（相反相同），露头线曲率＜等高线曲率
2. 岩层倾向与地面坡向一致：
(1)岩层倾角＜地面坡角：露头线与等高线同向弯曲（相同相同），露头线曲率＞等高线曲率。
(2)岩层倾角＞地面坡角：露头线与等高线反向弯曲（相同相反）。
直立地层
当地质界面直立时，地质界线呈直线沿其走向延伸，不受地形变化影响。2.3沉积岩层的原生构造
原生构造的概念和种类
原生构造：在沉积岩形成期间通过沉积作用或沉积变形作用形成的构造。
常见的原生构造有原始沉积成因的沉积构造和沉积期间变形成因的沉积构造，前者主要有各种层理、波痕等，后者主要有软沉积物褶皱、生长断层等。
原始沉积成因的沉积构造|：层理、层面构造、生物标志构造
①层理：层理是沉积物在沉积时形成的在层内的成层构造，由层面所限定。
层面：沉积作用发生变化的面。
层理的要素主要有纹层、层系和层系组：
纹层：又叫细层，是组成层理的最小单位，以毫米计，成份和结构较为单一，是在相同水动力条件下形成的。
层系：是由成分、结构、产状相同的许多细层组成，由水动力相同，但不同时间形成的纹层组成。
层系组：由两个或两个以上相似的层系组成，同一环境，相似水动力。
层理的形成：水流的变化、沉积物性质的变化、气候变化、地壳变动等都可造成层理。
层理的辨别：层理可根据岩石成分、结构、色调、原生层面构造等在垂向上的变化进行识别。
层理的类型：按照纹层的形态，以及纹层与层系界面的关系，将层理划分为水平层理、平行层理、交错层理和波状层理等等。
水平层理：纹层平直并与层面平行，主要发育在细粒沉积物和灰岩中。
平行层理：主要产于砂岩中，外貌上与水平层理相似，但它产生的水动力条件较强。
交错层理：层系内部的纹层与层系界面斜交的层理类型。纹层的顶面多被截切，呈高角度；下部逐渐变换收敛，成小角度交切。
交错层理的三种基本类型：板状交错层理、槽状交错层理、楔状交错层理。
（交错层理可以指示地层的原始顶底面，平凉汭水河延长组）
波状层理：纹层呈连续的波状。
②层面构造：在岩层层面（顶面或底面）上出现的各种构造。主要有波痕、干裂、
雨痕、铸模等。
波痕：主要是在粉砂质沉积物表面，由水流或波浪作用引起的波状起伏的层面构造。
波痕的形态可以指示水体的性质，波痕指数可以指示波痕的成因。
底面构造：在地层底部形成的由水流作用形成的，或在成岩作用之前形成的沉积构造。主要有岩层底部的冲刷面和底面印模两种。
冲刷面：流体对下伏沉积物冲刷，形成起伏不平的面。
底面印模：当水流在松软沉积物表面流动时，它对沉积物表面的侵蚀，或所携带坚硬物质对沉积物表面的刻画，而在软沉积物表面上留下凹坑，其
后砂质沉积物沉积在其中，成岩后就在砂岩底面保留了下来，称底面印
膜或铸型。
③生物标志构造：某些化石在岩层内的埋藏保存形态能够指示沉积岩层的顶底
面，这类构造叫生物标志构造。主要是藻类形成的叠层石、古植物的根
系等。
软沉积物变形：指沉积物未充分固结成岩时发生的变形。主要有负荷引起的软沉积变形和滑塌作用引起的软沉积物变形。
负荷引起的软沉积变形（负载构造）：当砂岩沉积在塑性的泥质层之上时，由于差异压实作用，使沉积物发生垂向流动而形成的软沉积变形构造。主
要有砂枕构造（重荷模）和火焰状构造等。
滑塌构造：主要发生在盆地边缘或水下隆起的斜坡上，由于重力、水流或构造因素等诱发的，松软沉积物顺坡下滑或顺层流动而形成的变形构造。
原生构造的实用性
①应变标志：变形的原生构造可以指示内部应变。
②鉴别上、下层序：沉积岩和火山岩中许多原生构造可用来确定岩层层序的正常或倒转。
③指示水流方向：原生构造还可用来指示岩石形成期间的运动学。
④区别次生构造：由压扁拉长的砾石所显示的线理
2.4地层的接触关系
地层的接触关系：正常的接触和非正常的接触（不整合接触侵入接触断层接触）
正常的接触：层与层之间连续沉积，没有间断或间断时间很短，称为正常沉积接触。
非正常接触：除了正常接触之外，所有的接触关系都可称为非正常接触关系。
主要包括：不整合接触关系、侵入接触关系和断层接触关系。
1>不整合接触：不整合指两个时代明显不同的岩层之间的沉积接触关系。
表示两套地层之间有岩层的缺失。
不整合的类型也有很多种，但主要有异岩不整合，角度不整合和假整合。
异岩不整合：它是分隔年轻沉积岩层与下伏结晶岩系（变质岩或侵入岩）的沉积接触面。
特点：（1）下伏岩系形成于地壳深处，并经过剥蚀作用，上覆岩系形成于地表环境；（2）两套岩系之间经过长期的间断；（3）两套岩系之间
往往有底砾岩存在。
角度不整合：指分开两套产状不同的岩层之间的间断面。往往表现为上部为水平岩层，下部地层倾角较陡。
特点：（1）角度不整合的存在说明上下两套地层之间有构造运动发生；（2）与海平面的变化有关；（3）存在底砾岩。
假整合：上下两套地层产状相同，但两套地层之间有地层的缺失。这种不整合叫假整合。
特点：（1）往往在稳定板块内部存在；（2）与海平面变化有关；（3）往往有古风化壳存在。
毗连不整合（裂离不整合、变异性不整合）：形成于因断层作用造成的断陷盆地之中，下伏地层与上覆地层有剧烈的沉积相变化，上覆地层往往是快速堆积的扇体沉积。
特点：（1）在裂离构造环境之中，往往是裂谷或被动大陆边缘；（2）沉积相有剧烈变化；（3）间断面上往往有水下硬底，代表的是水下间断。
怎样确定不整合的存在
1、古生物方面：化石反映出生物演化的不连续性（种、属的突变），生物群落迥然差异。
2、沉积方面：存在侵蚀面、古风化壳、古土壤以及Fe 、Mn、P、Ni，稀土
或铝土矿等，底砾岩。
3、构造方面：产状，变形变质程度。
4、岩浆活动和变质作用方面的标志。
确定不整合的形成时代：不整合面之下相对最新的地层时代为其下限，不整合面之上相对最老的地层时代为其上限，缺失地层时代为其形成时代。
2>侵入接触：它是粘性流体和固流体贯穿围岩运动时形成的。
侵入接触面指围岩与侵入体的分界面。侵入体可以是岩浆，也可以是沉积岩（底劈）。
3>断层接触：断层接触是一类常见的，也是较易辨别的接触关系。其标志主要有：
对应物体的错开，断层面，断裂带，擦痕，构造岩，线性构造，断层崖，断层三角面等。
第三章构造研究中的应力分析基础
构造解析的理论基础：应力分析基础应变分析基础岩石力学性质
3.1力和应力
地质体的变形和变位是岩石对力和应力的反映。
力是改变物体运动状态的作用。
应力可看作是趋向于使某一物体变形的作用，它与力的作用面积有关：
P=F/A （P-应力；F-作用力；A-面积；应力单位为帕斯卡Pa,N/m2）应力可以分解为正应力和剪应力
正应力：垂直于作用面的应力分量为正应力σ；压性为正，张性为负。
剪应力：平行于作用面的应力分量为剪应力τ。若使物体有顺时针转动的趋势（右旋）为负，反之（左旋）为正。
应力椭圆：应力椭圆是描绘地质体内某一点的二维应力状态，椭圆的轴代表主应力，互相垂直。长轴叫最大主应力轴（σ1 ），短轴叫最小主应力轴（σ
3 ），长轴和短轴方向没有剪应力的分量。
应力椭球：描绘岩体内某一点的三维应力状态。
主应力轴：应力椭球体三个主应力轴分别是σ1 、σ2、σ3，且σ1 >σ2>σ3，分别称为最大主应力轴、中间主应力轴和最小主应力轴。
应力主方向：主应力方向称为该点的应力主方向。
主平面：这三个主应力轴可以组成三个主平面。
单轴应力状态：当 1、 2 、 3 中有两个主应力为零，而另一个不为零时，称为单轴应力状态；
双轴应力状态：当 1、 2 、 3 中有两个主应力不为零，而另一个为零时，称为双轴应力状态；
三轴应力状态：当 1、 2 、 3 中三个主应力均不为零时，称为三轴应力状态。特殊地，当 1= 2 = 3时，称为均压状态。
应力椭球意义，可以描述一个相对均质的地质体所受到的应力状态——即应力的分布。
但是应力椭球也有局限性，它不能表示某一点所受到的正应力和剪应力的大小和分布状态。
应力莫尔圆可以表示某一点所受到的正应力和剪应力的大小和分布状态。
思考：应力莫尔园当α为0，45，90度是怎样？
3.2应力场
应力场：受力物体内的每一点都存在与之对应的应力状态，物体内各点的应力状态的总体就组成了应力场。
古应力场：在地史时期作用的应力场称为古应力场。
构造应力场：由构造应力造成的应力场叫构造应力场。
应力轨迹：构造应力场中定性地表示主应力和最大剪应力方向的轨迹。
应力场研究方法：对于古应力场的研究，通常采用节理统计法。此外，也可以根据已知的数据，配合其它地质条件的研究，应用数值模拟和物理模拟方法获得。
第四章变形岩石运动学分析基础
4.1基本概念
变形：地壳中岩石受到应力作用后，使岩石体的初始形状、方位和位置发生了改变，这种改变叫变形。
变形的根本原因是物体的质点产生了位移。
位移矢量：在某一参考系中，质点的初始位置和终止位置的连线叫位移矢量。这条线只代表位移的最终结果，而不代表位移的实际路径。
位移方式：四种: 平移旋转形变体变
刚体变形时，岩石原始体积和形状保持不变，主要发生平移或（和）旋转，地质体内部各点相对位置没有变化。
非刚体变形时，岩石的形状或（和）体积发生了变化，地质体内部各点相对位置产生变化。
刚体运动与非刚体运动经常相伴产生
运动学分析：是再现地质体在变形期间所发生的运动（平移、旋转、形变、体变）。
运动学分析有两种方法：刚体变形分析和非刚体变形分析。
4.2刚体运动的分析
刚体运动——平移和旋转
平移：岩体内所有各质点均沿着平行路径运动。主要是沿着不连续面进行的。
刚体的平移运动用位移矢量来表示，位移矢量用两个参数表示，即运移距离和运移方位。
旋转：是引起地质体内各质点绕一共同轴的运动的一种刚体运动。
旋转可用旋转轴的方位、旋转方向、旋转量来表示。
4.3非刚体运动的分析
物体内质点的相对位置发生变化，称为非刚体运动。
应变：应变是指变形前后物体的形状、大小或物质线方位的改变量。
应变分析：非刚体运动的分析就是应变分析，主要是分析应变。
地质学中应变分析主要限于均匀形变（均匀应变）。
均匀形变（均匀应变）应满足的条件是：
（1）变形前存在于非刚行体内的直线，变形后仍为直线；
（2）变形前相互平行的线，变形后仍然平行；
（3）变形前的圆球变形后为椭球。
连续形变：如果物体内从一点到另一点的应变状态是逐渐改变的，则称为连续形变；
不连续形变：如果物体内从一点到另一点的应变状态是突然改变的，则应变是不连续的，称为不连续形变。
弯曲变形——宏观上非均匀形变，微观上为均匀形变
（总的变形是非均匀的，每个小圆近似于均匀变形而成椭圆，相邻的椭圆形态和方位做系统的变化）
宏观的均匀形变在微观上为非均匀形变
均匀应变主要是地质体内质点间的长度和角度发生了变化。所以，针对均匀应变的应变分析主要是描述物体内各质点间长度和角度的变化。描述这一变化主要用线应变和剪应变。
线应变（extension)：地质体两质点间的长度在变形后的改变量与原长之比，称为为线应变。
一般用e表示：e=（L1-L0）/L0 （1）
（1）式中L0和L1分别代表变形前和变形后线段的长度。伸长应变为正值、缩短应变为负值。
线应变也可用平方长度比表示
平方长度比：指变形前后线段长度比的平方，一般用表示：=(L1/ L0 )2 =(1+ e)2
长度无变化为1，若为拉长，大于1，若为缩短，小于1。
剪应变:变形前相互垂直的两条物质线，变形后其夹角偏离直角的改变量称为角剪应变 ，其正切称为剪应变 。
规定：顺时针方向旋转的角剪应变为正值、逆时针方向旋转的角剪应变为负值。角剪应变一般指某条线相对于某条线的，是相对的。
线应变和剪应变的研究也主要是选取适合的地质标志体
描述均匀形变的地质体的应变状态，用应变椭球体来描述。
应变椭球体：设想在形变前岩石中有一个半径为1的球体，均匀变形后成为一个椭球体，以该椭球体的形态和方位来表示岩石的应变状态，这个椭球体称为应变椭球体。
可以证明，椭球三个互相垂直的主轴，只有线应变而没有剪应变——A、B、C 轴或X、Y、Z轴，A（或X）为最大拉伸方向，C（或Z）为缩短轴，B（或Y）为中间应变轴。
规定：三个主轴的半轴长分别为λ1、λ 2 、λ3的开平方。
主平面：包含任意两个主轴的平面叫主平面。
压扁面：垂直C轴的AB面是压扁面。
张性面：垂直A轴的BC面为张性面。
平面应变：中间应变轴不变形（e2=0，或λ2=1）的应变称为平面应变。
可以证明，在平面应变时，必有两个横过应变椭球体中心的的圆切面（无伸缩面）。
任何通过球心的直线，如果位于无伸缩面与A轴间，都发生伸长；如果位于无伸缩面与C轴之间，都发生缩短。平面应变时包含B轴的两个圆切面
应变椭球体形态类型可以表示不同的应变状态。
应变椭球体形态的表示方法：主要用弗林（Flinn）图解表示。
弗林（Flinn）图解：用应变椭球体三个主轴的半轴长比作为坐标轴的二维图解。
a=X/Y=(1+e1)/(1+e2)
b=Y/Z=(1+e2)/(1+e3)
坐标原点为（1，1）
弗林指数：k=tanα=(a-1)/(b-1)
根据应变椭球体主轴方向在变形前后的方位是否改变，可把变形分为旋转变形和非旋转变形。
非旋转变形：应变主轴方向在变形前后的方位没有变化，叫非旋转变形，一个特殊情况，变形中不发生体积变化且中间应变轴应变为零，这时叫纯剪
切。
旋转变形：如果应变主轴方向在变形前后的方位有改变叫旋转变形，一个特殊情况，变形中不发生体积变化且中间应变轴应变为零，这时叫简单剪切。递进变形：在变形过程中，物体从初始状态到最终状态的变化（有限应变）是一个由许许多多微量应变逐次叠加的过程，这种变形的发展过程称为递进变形。
其中，变形期中某一瞬间发生的小应变叫增量应变，如果瞬间非常小，其增量应变称为无限小应变。递进变形就是许多次无限小应变逐渐累积的过程。
在变形历史的任一阶段，都可以把应变状态分解为两部分：一部分是已经发生了的有限应变，一部分是正在发生的无限小应变。
共轴递进变形：各增量应变椭球体的主轴始终与有限应变椭球体的主轴一致的应变
共轴递进变形主要是一种特殊的非旋转变形，应力作用主要是压扁作用。
递进纯剪切变形是一个典型的例子。
非共轴递进变形：各增量应变椭球体的主轴始终与有限应变椭球体的主轴不一致的应变
非共轴递进变形主要是一种旋转变形，应力作用主要是剪切作用。
递进简单剪切变形是一个典型的例子。
无限小增量应变的主轴与剪切方向呈45°交角。
简单剪切中“S”张裂脉的形成原因分析
第五章岩石力学性质
5.1岩石力学性质的几个基本概念
岩石力学是材料力学的组成部分，构造地质的这一部分基础理论主要是借用材料力学的研究成果。材料力学主要是应用岩石力学试验机得到的应力-应变曲线进行研究。所以，应用这方面的理论要注意同实际地质情况相结合。
屈服强度：从弹性行为到塑性行为转折点的差应力值，也叫屈服应力。这个转折点叫弹性极限。
极限强度（强度）：塑性变形期间所能受到的最大差应力值。
在断裂前的塑性变形的应变量小于5%的材料，称为脆性材料;在断裂前的塑性变形的应变量超过10%的材料称为韧性材料;
在常温、常压下多数岩石表现为脆性，即在弹性变形范围内或弹性变形后立即破裂，这种破裂称为脆性破裂。但在增高温度和围压等条件下，岩石常表现出一定的韧性。
5.2岩石的强度及其影响因素
影响岩石强度的主要因素内因：岩性;外因:围压温度流体压力应变速率岩性因素：岩性影响岩石的强度，主要体现在岩石的能干性方面。
岩石的能干性：描述岩石变形行为相对差异的术语，指在相同变形条件下，岩石发生粘性流动的能力。
岩石能干性的判别：
（1）有限应变对比（2）劈理折射对比（3）香肠构造对比（4）褶皱形态对比注意：岩石的强度还受岩石的裂隙、节理、层面的影响和围压、温度、空隙流体、应变速率的影响。
围压：增加围压，可以提高岩石的强度和韧性，围压的效应可能因流体压力的增加而部分或全部地被抵消。
温度：降低屈服强度，增强韧性。
孔隙流体：一方面可以降低岩石的强度，促使岩石的塑性变形；另一方面产生孔隙流体压力效应，围压的效应可能因流体压力的增加而部分或全部地被抵消（Pe=Pc-Pρ)。
应变速率：单位时间里的应变量，称应变速率。应变速率较低，可以降低屈服强度、强度极限和破裂强度。
蠕变：在恒定应力作用下，应变随时间持续增长的变形称为蠕变。(弹性蠕变稳态蠕变加速蠕变)
松弛：在恒定变形情况下，岩石中的应力可以随时间不断减小，这一现象称为松弛。
5.3岩石变形的微观机制
宏观上所见到的变形现象，实际上是由岩石颗粒内微观尺度上的变形来实现的，所以，研究显微构造能够更好地认识和理解宏观尺度的构造，也是构造研究（解析）的一个重要方面。
这些显微构造的变形机制包括：微破裂作用、碎裂作用、碎裂流动、位错滑动和机械双晶作用。每一种变形机制都有其特定的适用范围。
微碎裂作用：是一种实现脆性变形的基本变形机制。岩石在显微和超显微尺度上发生破碎和碎裂时，微破裂一旦形成，其尖端就成为应力集中的场所，而扩展连接，成为宏观破裂，产生碎裂作用和碎裂流。它主要是地壳浅层次的现象，主要与压力作用有关。
碎裂作用：微破裂形成后，通过连接、扩展、局部密集成带，使岩石沿断裂破裂成碎块，当应力继续增大，碎块进一步破裂和细粒化，产生高度破碎的碎块和粉晶集合体，这一过程称为碎裂作用。
碎裂流：当应力继续增大，高度破碎的碎块和粉精重复破碎，粒径不断减小，相互之间产生摩擦滑动和刚体转动，能承受大的变形和相对运动，这种变形过程称为碎裂流。
晶内滑动：在微观尺度上，沿晶体内部一定的滑移系发生的，一定方向的滑移。
实现晶内滑移的方式是位错及其传播。
滑移系是由晶体结构决定的，滑移面通常是原子或离子的高密度面。
晶内滑移不仅使晶粒形状改变而发生塑性变形，还使结晶轴发生旋转，造成晶格优选方位。
如果滑移面是石英晶体的（0001）面，则不仅使石英颗粒压扁，形成形态优选方位，而且使其结晶轴C轴向缩短方向接近，形成晶格优选方位。晶内滑动是塑形变形（韧性变形）的主要微观变形机制，主要发生于地壳较深层次。
位错：在超显微的原子尺度上，在一个晶体的整个滑移面上，并没有同时发生滑动，而只在应力集中区首先发生（晶体缺陷），然后扩张到整个滑移区，直到最后与晶粒边界相交，在那里产生一个小阶梯为止，这种现象叫位错，滑移区与未滑移区的界线叫位错线。
地毯省力移动→晶体省力破坏
位错蠕变：在较高温度下（T>0.3Tm），位错较易发生，位错又通过恢复和重结晶作用，从而导致颗粒尺度上的塑性变形。
恢复作用：位错可以通过攀移，符号相反的位错湮灭，符号相同的位错组成位错壁，从而将一个晶粒分割为亚晶粒，产生多边化作用，结果使每一个亚颗粒位错密度降低，这是位错的恢复作用。
动态重结晶：初始变形的晶粒边界或局部的高位错密度处，在高温下易产生重结晶作用，使大晶粒分解成许多无位错的小晶粒，这一过程叫动态重结晶作用。如果大晶粒还没有分解完，就产生核幔构造。它与亚颗粒的区别在于小晶粒的边界明显。
扩散蠕变：晶内和晶界的空位和原子在差异应力下通过运动使晶粒形状发生塑性变形，一般空位朝高应力区集中，原子朝低应力区集中，由此造成高应力作用区物质损失低应力区物质增加。这时没有流体加入，是一种固态扩散蠕变。
溶解蠕变：也称为压溶，与扩散蠕变相似，但它是一种有流体参与的塑性变形过程。这种变形矿物内部晶格并没产生塑性变形，主要在不变质或浅变质的地区产生。
主要在晶粒很细的岩石中，在很高的温度下（T>0.5Tm），扩散的速率能够及时调节由于晶粒滑动而产生的空缺或重叠时，才能够实现，这种变形机制也称超塑性流动。它可以使岩石受到极大的应变但不发生破坏。
5.4岩石破裂准则
破裂是在外力作用下，产生不连续面的现象。控制破裂产生的两个基本的因素：（1）即将发生破裂的截面上的应力状态，也称极限应力状态；（2）材料的力学性质。
在极限应力状态下，破裂面上各点极限应力分量所应满足的条件，称为破裂条件或破裂准则。
人们根据分析和研究提出种种破裂假说，包括：
1.最大张应力破裂准则
2.库伦破裂准则
3. 库伦-纳唯叶破裂准则
4.格里菲斯破裂准则
最大张应力破裂准则：当作用于材料的外力超过其所能承受的最大张应力时，材料就会沿最大张应力作用的截面发生破坏。这一准则适用于围压小的环境，主要是单向拉伸的脆性破裂。
剪切破裂准则：岩石受到的剪切应力超过岩石的剪切极限时，就会沿剪切面产生
破裂。包括库伦破裂准则、库伦-纳唯叶破裂准则、格里菲斯破裂准则等。针对一个特定的材料，所能承受的最大剪应力为一常数（τ0 ），也称岩石的内
聚力。在双轴应力状态下，最大剪应力为：亦即在τ< τ0时，不会产生破裂，在τ> τ0时，产生破裂。这一理论称为库伦破裂准则。共轭剪切破裂角为包含最大主应力轴两个共轭剪切破裂面之间的夹角。
剪裂角为主大主应力轴方向与剪切破裂面之间的夹角。
库伦-纳唯叶破裂准则：岩石抵抗破裂的能力不仅与该截面上的剪应力有关，而且与该截面上的正应力有关。产生剪切破裂的极限剪应力为：
τ= τ0+μσn，
又可写成：τ= τ0+σntanυ
τ0为当σn=0时岩石的抗剪强度，又称内聚力，对于特点的岩石它是常数；σn 是剪切面上的正应力；μ为内摩擦系数；υ为内摩擦角。
格里菲斯破裂准则：脆性材料的断裂是由小的、无定向裂缝扩展的结果。在双轴应力状态下，裂缝（假设为扁平的椭圆裂缝）开始扩展的判断式为：
To为单轴抗张强度的数值，τn和σn分别为剪裂面上的剪应力和正应力。
第六章劈理
6.1几个基本概念
地质构造从形态上看，主要是面状构造和线状构造
面理(foliation)是地壳中的面状构造。一般用S (surface)表示。
原生面理：如层理等
次生面理：在变形变质作用中形成的透入性的面状构造。劈理(cleavage)是其中的一种。
透入性：某一构造要素如果在某一地质体中呈均匀连续弥漫整体的分布的构造现象。透入性反映了这一地质体整体发生了一次变形变质作用。透入性和非透入性是相对的。
面状构造在不同尺度的表现——透入性与尺度有关
6.2.劈理的结构、分类和产出背景
劈理：一种将岩石按一定方向分割成平行密集的薄片或薄板的次生面状构造。劈理的结构：具有域结构，亦即劈理域和微劈石相间的平行排列。
1.劈理域（M）：劈理域常是由层状硅酸盐或不溶残余物质富集而成的平行状或交织状的薄条带或薄膜，故称劈理域，也称薄膜域。劈理域的存在，使岩石具有按一定方向劈开的性质。
2.微劈石（QF）：微劈石是夹于劈理域间的窄的平板状或透镜状的岩片，亦称透镜域。
1.传统的分类(我国目前广泛使用)：流劈理破劈理滑劈理
2.结构形态分类(欧美国家广泛使用)：连续劈理不连续劈理
3.产出的构造背景分类：(与其他类型构造伴生)
1.轴面劈理
2.层间劈理
3.顺层劈理
4.断裂劈理
5.区域性劈理
传统的分类：
流劈理:由片状、板状矿物或它们的集合体平行排列形成的一种次生透入性的面状构造。板岩中的板劈理、千枚岩中的的千枚理、片岩中的片理、片麻岩中的片麻理均是流劈理。
破劈理（间隔劈理）：岩石中一组密集的剪破裂面。
滑劈理（褶劈理）：一组切过先存面理的差异性平行滑动面（带）。
结构形态分类
连续劈理：岩石中矿物全部定向，劈理域宽度极小，只能借助显微镜才能识别，大多数流劈理属于此类。
不连续劈理：肉眼就能鉴别劈理域和微劈石的劈理，破劈理和滑劈理可属于此类。
产出的构造背景分类
劈理的形成常与褶皱、断层和区域性流变构造在几何上和成因上有密切关系，主要讨论与褶皱、断层有关的劈理。
轴面劈理：劈理产状平行或大致平行于褶皱轴面，发育于强烈褶皱的地质体中，形成于褶皱作用过程的中晚期阶段，是强烈压扁作用和剪切流变作用的结果。
层间劈理：岩层之间发育的，受岩性及层面控制的，与层理斜交的劈理。在粘度不同的岩层中劈理的类型、间隔和产状也不相同，发生劈理折射现象。
顺层劈理：与岩层界面近于平行的劈理。
断裂劈理：由断裂作用引起的、与断层面斜交或近于平行的劈理。
区域性劈理：在大范围内，产状稳定的劈理。
6.3.劈理的形成作用和应变意义
劈理的形成机制
（1）机械旋转：片状矿物在变形过程中旋转到与压缩垂直的方向上。
（2）定向重结晶：矿物易于在垂直最大压应力方向上进行重结晶作用。
（3）压溶作用：在垂直最大压缩方向上，溶解出的物质迁移堆积。
（4）晶体塑性变形：晶内滑移作用使得晶体形态产生优选方位（平行于主应变面XY）。
6.4.劈理的观察和研究
劈理的观察和研究
1.认真区分层理（原生面理）和劈理（次生面理）；
2.辨别劈理的类型——鉴别劈理域和微劈石的矿物成分和相互关系；
3.观察劈理与岩性的关系；
4.确定应变状态——地质标志物测量与分析；
5.每一期劈理表示经历了一次构造事件，分析劈理的叠加关系和先后顺序，建立发育序列，对分析构造演化历史具有重要意义。
6.观察劈理与其它构造的关系；
7.采制定向标本，为室内分析用。
野外记录时，通常以S0表示原生面理，以S1、S2、S3…………表示不同世代的次生面理。
第七章线理（Lineations）
7.1.线理的概念分类
线理（Lineation）：岩石中发育的具有透入性的线状构造。
线理的分类
（1）根据成因：原生线理次生线理
（2）根据线理作为运动学的关系：a线理b线理
（3）根据相对尺度：小型线理大型线理
原生线理：如岩浆中的流线，沉积岩中的流动痕等。
次生线理：在变形变质作用中形成的透入性的线状构造。可表示为L1、L2…。根据运动关系分类a（A）线理：与物质运动方向（产生最大应变的方向）平行。
b（B）线理：与运动物质方向（产生最大应变的方向）垂直。
7.2.小型线理
小型线理的种类：
拉伸线理：由塑性拉长的岩石碎屑、砾石、矿物等显示的线状构造，其拉长方向与应变椭球体的最大主应变轴（A轴）方向一致，是一种A线理。
矿物生长线理：由针状、柱状或板状矿物在引张方向上定向重结晶生长而显示的线理，一般平行于应变椭球体的长轴（A轴）排列，是一种A线理。
皱纹线理：先存面理的微细褶皱的枢纽平行排列而成，一般与应变椭球体的最大主应变轴垂直，为B线理；
交面线理：两种面理的交线而显示的线理，一般与应变椭球体的最大主应变轴垂直，多为B线理。
7.3.大型线理
大型线理的种类
（1）石香肠构造：不同力学性质互层的岩系受到垂直或近垂直岩层的挤压时形成的、强硬层被拉伸或拉断的现象，在剖面上有不同形态，在平面上平
行排列的长条状块段，B线理。
石香肠构造的要素及其反映的应力方位
a.石香肠的宽度;
b.石香肠的长度;
c.石香肠的厚度；L.纵间隔;T.横间隔
断面形态取决于：（1）岩层之间的粘度差；（2）拉伸作用的强弱；
（2）窗棂构造：在顺层挤压作用下，强硬层组成的形似一排棂柱的半圆柱状大型线状构造。
（3）杆状构造：由构造变形变质期间形成的分泌物质（主要是石英），集中于褶皱转折端，或碾转而成的棒状体。
（4）铅笔构造：轻微变质的泥岩或粉砂岩中，使岩石劈成铅笔状长条的一种线状构造。
（5）杆状构造：1. 由石英等单矿物形成的细长的杆状体
2. 变质岩褶皱转折端、断裂带低压带处，
3. 变形过程中同构造分泌物或先期石英脉随褶皱碾滚而成
4. B型线理
线理的观察和研究
（1）区分原生线理和次生线理；（2）确定线理类型；（3）确定与它所属大构造的关系；（4）正确测量线理；（5）分析运动学意义。
第八章褶皱的几何分析
褶皱：一种直观的塑性变形现象，由岩石中各种面状要素（层面、面理等）所显示的弯曲变形。褶皱形态多样，规模变化大。褶皱的研究对于揭示一个地区的地质构造及演化具有重要意义。褶皱常形成构造圈闭，有利于形成油气藏，褶皱的鞍部也是脉状矿床的有利聚集区。
8.1.褶皱和褶皱要素
褶皱的基本形态有背形和向形。褶皱的基本类型有背斜和向斜。中性褶皱
褶皱面向：指在褶皱轴面上垂直于褶皱枢纽方向观察得到的岩层由老变新的方向。
褶皱要素图示
褶皱的翼间角（课本p88）
问题：平分翼间角的面是不是轴面？
两翼的平分面不一定是轴面
问题：是不是每一个（种）褶皱都有褶轴？
只有当褶皱的枢纽和轴面的产状确定时，才能大致确定褶皱的产状！
只有枢纽的产状，不能确定褶皱的产状！只有轴面的产状，不能确定褶皱的产状！
8.2.褶皱的描述
一、正交剖面上褶皱的形态
褶皱的不同截面上形态不尽一致，只有正交剖面上才能表现出褶皱的真实形态。褶皱分类
A根据转折端的形态对褶皱分类：
1.尖棱褶皱
2.圆弧褶皱
3.箱状褶皱
4.挠曲
B根据翼间角对褶皱分类：
1.平缓褶皱
2.开启褶皱
3.中常褶皱
4.紧闭褶皱
5.等斜褶皱
C根据轴面和两翼产状对褶皱分类
1.直立褶皱
2.等斜褶皱
3.倒转褶皱
4.平卧褶皱
5.翻卷褶皱
二、平行褶皱枢纽方向褶皱的形态
①根据枢纽倾伏角分为：
水平褶皱倾伏褶皱倾竖褶皱
（1）水平褶皱：枢纽倾伏角近于水平（0°-5°）。
（2）倾伏褶皱：枢纽倾伏角在5°-85°之间，在水平面上出现褶皱两翼同一层面相会合，背斜汇合处称为倾伏端，一般枢纽倾向封闭端，内部为老
地层；向斜汇合处称为扬起端，一般枢纽倾向撒开端，内部为新地层。（3）倾竖褶皱：枢纽直立（85°-90°）
②根据是否存在褶轴：圆柱状褶皱非圆柱状褶皱
问题：是否存在褶轴？是否存在枢纽？
三、褶皱的平面轮廓
根据褶皱中同一褶皱面在平面上出露的纵向长度和横向长度之比，分为：