《构造地质学》讲义解析
《构造地质学》
第一章绪论
一、地质构造与构造地质学
二、构造尺度与构造层次的概念
地壳或岩石圈不同深度的物理化学条件所导致的地质构造在垂向上的分带性。
不同的构造层次分别显示不同的主导变形机制。
三、构造解析的思想
1.对不同岩石类型地区和不同尺度的地质构造采取不同的研究方法
野外观察和地质填图始终是研究地质构造的基本方法。
2.构造解析
分析和解释地质构造要素的空间关系和形成规律的方法学，内容包括对构造的几何学、运动学和动
目的：了解地质构造的发生条件、形成机制和演化过程。
四、学习构造地质学的意义
1.理论意义
阐明地壳构造在空间上的相互关系和时间上的发育顺序，探讨地壳构造的演化和地壳运动规模及其动力来源。
2.实践意义
应用地质构造的客观规律指导生产实践，解决矿产分布、水文地质、工程地质、地震地质及环境地质等方面有关的问题。
由角度不整合限定。
思考题
1. 构造尺度与构造层次的概念。
2. 对地质构造主要从哪几个方面进行研究？各有什么主要内容？
3. 学习构造地质学有什么意义？
第二章沉积岩层和岩浆岩的原生构造及其产状
一、倾斜岩层与直线的产状要素
1. 岩层的产状要素
走向、倾向和倾角。
(图中直线MON)，走向线两端延伸的方向即为该岩层的走向，有两个数值。
倾斜线下倾方向在水平面上的投影线所指的方位就是该岩
倾角：岩层的倾斜线与它在水平面上投影线之间的锐夹角就是该岩层的（真）倾角。
注意：规定：水平岩层的倾角为0°；直立岩层的倾角为90°，走向有两个数值。
当观察剖面与岩层的走向斜交时，岩层与该剖面的交迹线叫视倾斜线，视倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角称视倾角，也叫假倾角。视倾角的值比倾角值小，两者之间的关系为： tanβ=tanα·cosω
2. 倾斜岩层产状表示法
（1）方位角表示法：“倾向∠倾角”
如：213?∠54?、0?∠ 25?、60?∠ 60?
地质学上一般采用方位角表示法。以正北为0°，正东90°，正南180°，正西270°。
（2）象限角表示法：
如N65 ? W/24 ? SW，表示走向为北偏西65 ?，倾角为24 ?，向南西倾斜。
3. 直线的产状要素
倾伏向：某一直线在空间的延伸方向，即某一倾斜直线在水平面上的投影线所指示的该直线向下倾斜的方位。
倾伏角：直线的倾斜角，即直线与其水平投影线间所夹之锐角。
侧伏角：当线状构造包含在某一倾斜平面内时，此线与该平面走向线间所夹之锐角。
侧伏向：构成侧伏锐角的走向线的那一端的方位。
直线产状的表示方法与平面产状的表示方法类似，也是“倾向∠倾角”。如213°∠ 54 °
二、利用沉积岩层原生构造确定岩层的顶面与底面
层理是沉积岩层常见的一种原生构造，它是通过岩石的成分、结构和颜色在剖面上的突变或渐变所显现出来的
沉积岩层顶面与底面的识别标志有：
1、交错层理：顶面被截切，底面收敛
2、递变层理：（粒级层理）同一岩层内下粗上细
3、波痕：波峰（尖脊状）向上，波谷（圆弧状）朝下
4、层面暴露标志
（1）泥裂：“ V ”形尖端朝下
（2）雨痕、雹痕及印模：凹向下层面
5、生物标志：底栖生物基部指向下层面
三、水平岩层与倾斜岩层在地形地质图上的特征
1.水平岩层在地形地质图上的特征
层序正常顶面在右侧岩层倒转
800m 地
形等高线岩
层界线800m
地形
等高线
岩
层界线（1）地层出露线与地形等高线平行，一般不相交； （2）顶面的海拔与底面海拔之差就是岩层的真厚度。 2.倾斜岩层在地形地质图上的特征—“V ”字形法则
倾斜岩层的露头界线在地形地质图上与地形等高线之间有一定的关系，这种关系就是“V ”字形法则。 （1）“相反相同”
如果岩层倾向与地面坡向相反，在地形地质图上岩层界线与地形等高线的弯曲方向一致，且弯曲幅度小于地形等高线。
（2）“相同>相反”
如果岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角大于地面坡角，则在地形地质图上岩层界线与地形等高线的弯曲方向相反。
（3）“相同<相同”
如果岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角小于地面坡角，则在地形地质图上岩层界线的弯曲方向与地形等高线相同且弯曲幅大于地形等高线。
（1） （2） （3）
四、岩层的露头宽度
岩层的露头宽度是指岩层的上、下层面在地面上的出露界线之间的水平距离。 1.水平岩层—与岩层的厚度和地面坡度有关。
a ．地面坡度一定时，岩层厚度大，露头宽度就宽；
b ．岩层厚度一定时，地面坡度缓，露头宽度就宽。
2.倾斜岩层—主要取决于岩层的厚度和倾角，还受地面坡角、坡向与岩层的倾角、倾向之间关系的影响。 a ．当岩层倾向与坡向相反时，地面坡度缓，露头宽度就宽；地面坡度陡，露头宽度就窄。若岩层出露在陡崖峭壁上，岩层顶、底面的界线在平面上重合成一条线。
b ．当岩层与倾斜地面直交时，露头宽度＜岩层厚度；岩层倾角达90°时，露头宽度＝岩层厚度；岩层与地面的交角（锐夹角）由大变小，则露头宽度由窄变宽。 四、地层的接触关系 1、整合接触
当一个地区长期处于地壳运动相对稳定的条件下，（即沉积盆地缓慢下降，或虽上升但未超过沉积基准面以上，或地壳沉降与接触关系，称为整合接触。 2、 不整合接触
即先后沉积的两套地层之间有明显的地层缺失，这种接触关系为不整合接触。
a ．平行不整合：上、下地层的产状彼此平行，但两套地层之间缺失了一些时代的地层。常发育风化壳。反映
b ．角度不整合：上、下两套地层之间既缺失部分地层，产状又不相同。常发育底砾岩。反映造山运动。
c ．嵌入不整合：沉积于不整合面低凹部位的沉积岩层与不整合面相交的现象。
d ．超覆：新地层的展布范围超过早先的盆地边界而覆盖在下伏地层或原为剥蚀区的基底之上而形成的不整合。
e ．沉积不整合：沉积岩层形成于岩体之上。
注意：不要将一些交错层理误认为是角度不整合。
五、沉积岩中的软沉积变形构造
软沉积变形是指沉积物尚未充分固结成岩时发生的变形。变形的机制有三种：
负荷作用：当砂岩沉积在塑性的泥质层之上因差异压实会使沉积物发生垂向流动而形成软沉积变形构造。 滑塌作用、滑移作用：在陆地上，尤其是水下隆起的斜坡上，由于由重力、水流和震动等原因引起松软沉积 六、岩浆岩体中的原生构造
岩浆向上运移，侵入上覆围岩或喷溢到地面并逐渐冷凝固结形成岩石的过程中所产生的构造就是岩浆岩体的原生构造，可分为原生流动构造和原生破裂构造。
原生流动构造形成于粘稠的含晶体的液态岩浆流动阶段。 原生破裂构造形成于岩浆冷凝固化阶段。
思考题
1. 走向、倾向和倾角的含义是什么？
2. 岩层的露头宽度与哪些因素有关？
3. 如何在地形地质图上判断地层是否水平？
4. 沉积岩层有哪些基本的接触关系？各有什么构造意义？如何识别它们？
5. 如何判断沉积岩层的顶面与底面？
6. “V ”字形法则的内容是什么？
7. 岩浆岩中主要有哪些原生构造？
第三章 地质构造分析的力学基础----应力分析基础
一、应力 1.几个相关概念
外力：一物体施加于另一个物体的力。外力分为面力、体力，面力是通过接触面作用于物体的力，体力是物体内每个质点都受
到的力。
内力：同一物体内部各部分之间的相互作用力。
固有内力：物体未受外力时，内部各质点间已经存在的相互作用力称为物体的固有内力，即自然状态粒子结合
附加内力：物体受到外力作用时，内部质点之间的相互作用力也会相应地改变，这种内力的改变量称为附加 2.应力
在内力均匀分布的情况下作用于单位面积上的内力，称为应力。
在物体内部某截面（如图中n 面）上的某点（如图中m 点）处截取一微小面积?F ，设其上的作用力为?P ，则将
称为n 截面上m 点处的应力，也可以称为m 点处n 截面上的应力。
应力 p 是矢量，可以分解为垂直于截面 n 的正应力（σ）和平行于截面 n 的剪应力（τ）。
规定：正应力挤压（压应力）为正，拉伸（张应力）为负。
3.一点的应力状态
P
dF dP
F P F ==??→?0lim
2
3
1
1
2
3
为了表述一点处的应力状态，以考察点为中心，截取一个体积趋于零的立方体，该立方体的六个表面上只有正应力而没有剪应力作用。此时的三对正应力称之为该点处的主应力，按照大小分别用σ1、σ
2
和σ3表示（σ1＞σ2＞σ3）。
主应力的方向称为该点的应力主方向，三对表面称为该点的三个主平面。 一点的三个主应力决定了该点的应力状态。
当3个主应力中：有2个为零时，称为单轴应力状态；有1个为零时，称为双轴应力状态或平面应力状态；3个都不为零时，称为三轴应力状态。 二、应力莫尔圆
以横坐标代表正应力σ，纵坐标代表剪应力τ，建立σ－τ 坐标系，一点的应力状态在该坐标系中可以表示为一个圆的方程：
圆心：（σ1+σ2/2，0） 半径：σ1-σ2/2
这个圆就是该点的应力莫尔圆，圆上某点的坐标（σ，τ）分别代表法线与最大主应力轴σ1呈θ夹角的那个截面上所受到的正应力与剪应力。 1．双轴应力状态的特点
（1）剪应力互等定律：两个相互垂直的截面上受到的剪应力大小相等，符号相反； （2）两个相互垂直的截面上受到的正应力之和不变，等于σ1＋σ2； （3）最大剪应力作用在与最大主应力呈45°和135°的截面上。 2．三轴应力状态
一般利用与三个主应力轴分别平行的三对特殊截面上的应力状态来分析三轴应力状态。实际上是把三轴状态转化为双轴状态。
2
2
1222
1)2
(
)2
(σστσσσ-=++-
在三轴应力状态下，最大剪应力仍作用在与最大主应力轴 1呈45°和135°的截面上。
几种应力状态的二维应力莫尔圆：
三、应力场、应力轨迹与应力扰动
1、受力物体内各点的应力状态在物体占据的空间内组成的总体称为应力场。由构造作用造成的应力场称为构造应力场。
物体内各点应力状态相同时，组成均匀应力场，否则，组成非均匀应力场。
2、应力场可用应力轨迹来表示，应力轨迹又称应力迹线、应力网络，是定性地表示主应力和最大剪应力作用方位的曲线。
3、应力扰动又称应力集中，是由于岩块或地块内部的局部不均匀性和不连续性，在岩体内部造成应力场局部变化
无圆孔的均匀应力场圆孔造成的主应力迹线扰动圆孔孔壁上切向正应力的分布四个特殊点的切向正应力
思考题
1. 面力、体力、外力、内力、正应力和剪应力的含义是什么？
2. 单轴、双轴和三轴应力状态的应力莫尔圆各有何特点？
3. 哪些因素可以在岩石中引起应力扰动？（圆孔附近的应力扰动、断裂尖端的应力扰动、能干层褶皱的应力扰动）
第四章应变分析基础
一、变形和位移
1．变形：岩石的初始状态、方位和位置的改变就是变形。
1
单轴压应力
123
>==0
123
==>0123
>>>0
23
1>>=0123
>=0>12
3
=－,=0
静水压力三轴压应力
双轴压应力平面应力(拉压应力)纯剪应力(等值拉压应力)
孔
0p3p5p
应力矢量比例尺
p
2p
3p
0p2p
3p孔
圆孔
圆孔
岩石变形的五种方式：
2．位移：变形岩石内部质点初始位置到终止位置之间的移动距离就是位移。
岩石发生位移的四种方式：平移、旋转、形变和体变。
二、变形的度量－－应变
物体在某一时刻的形态与早先的形态（一般指初始状态或未变形的状态）之间的差别就是物体在该时刻的应变。 1．线应变
线应变是物体内某方向单位长度的改变量。
设一原始长度为l 0的杆件变形后长度为l ，则其线应变e 为： 一般把伸长时的线应变取正值，缩短时的线应变取负值。
实际上，杆件在纵向被拉长的同时，还有横向变形，其横向线应变e 0 为：
在弹性变形内，一种材料的横向线应变与纵向线应变之比的绝对值为一常数，该常数就是该材料的泊松比（ν），即
材料具有泊松比这一性质，表明在单向拉伸或压缩条件下，既有平行于作用力方向的变形，又有垂直于作用力
方向上的变形，这种现象叫做泊松效应。 2．剪应变
变形前相互垂直的两条直线变形后直角的改变量（ψ）称为角剪切应变，或简称角剪应变，其正切值γ称为剪
应变，即γ＝tg ψ.
（图示）边长为单位长度的正方形，相邻两边发生的剪应变
00
l l
l l
l e ?=-=0
00b b b b b e ?=-=e
e e
e νν-==
00 拉伸
挤压
剪切
弯曲
扭转
中和面
b
b
l
l P P
3．主应变和应变主方向
在均匀变形条件下，通过变形物体内部任意点总是可以截取一个体积微小的立方体，其三对相互垂直的表面上都只有线应变而无剪应变，这三对相互垂直的截面就是该点的主应变面，其上的线应变称为主应变，其方向称为应变主方向或主应变轴，平行于最大伸长方向者称为最大应变主方向λ1或最大主应变轴A ，平行于最大压缩方向者称为最小应变主方向λ3或最小主应变轴C ，介于其间的为中间应变主方向λ2或中间主应变轴B 。（与应力恰好相反）
4．均匀应变和非均匀应变
（1）均匀变形
物体内各点的应变特征相同的变形称为均匀变形。
特征：变形前的直线变形后仍是直线；变形前的平行线变形后仍是平行线。
拉伸、挤压、剪切是均匀变形。
（2）非均匀变形
物体内各点的应变特征发生变化的变形称为非均匀变形。
特征：直线变形后不再成为直线，而成了曲线或折线；平行线变形后不再保持平行，圆变形后亦不再成为圆或椭圆。
如果物体内从一点到另一点的应变状态是逐渐改变的，则称为连续变形；如果是突然改变的，则应变是不连续的，称为不连续变形。
弯曲、扭转是非均匀变形。
三、应变椭球体
1、应变椭球体
1的单位球体，该球体变形而成的椭球体可以用来描述岩石的应变状态，这个椭球就是应变椭球体。
应变椭球体在地质构造中的应用：
应变椭球体的三个主轴方向可形象地表示变形造成的地质构造的空间方位。垂直λ3的平面是受压的面，代表褶皱的轴面或者片理面的方位。垂直λ1的平面为张性面，代表张性构造（如张节理）的方位。平行λ1的方向为最大拉伸方向，常可反映矿物的定向排列。
2、旋转应变与非旋转应变
根据应变主轴方向的物质线在变形前后方向是否改变，可把应变分为旋转应变与非旋转应变。
非旋转变形又称无旋转变形，λ1和λ3质点线方向在变形前后保持不变。如果体积不变而且λ2=0，则称为纯剪应变。