第五章 节理

节理

基本概念：

节理：又称为裂缝或裂隙，它们是岩石受力发生破裂，两侧的岩石沿破裂面没有发生明显位移的一种断裂构造。

节理发育的基本特征是：分布普遍；形态多样；规模不一；发育不均；同时又具有方向性和组系性。

节理组：由同一时期相同应力作用下，产生的方向相互平行或大致平行，力学性质相同的节理组合成为一个节理组。

节理系：由同一时期，相同应力作用下产生的两个或两个以上的节理组组合成为一个节理系。节理的分类及特征：

一、原生节理（Original joint）：

1.沉积岩的原生节理，如泥裂（Mud crack）;

2.喷出岩的原生节理，如玄武岩的柱状节理（Columnar joint），水下喷出的熔岩流往

往形成球形或椭球形裂缝，称为枕状节理（Pillow joint）；

3.侵入岩的原生节理，早期液态阶段形成两种主要的流动构造—流线和流面；晚期凝固

阶段形成的原生节理有：横节理（Cross joint）、纵节理（Longitudinal joint）、层节理（Bed joint）、斜节理（Diagonal joint）。

二、次生节理（Secondary joint）：

由非构造运动的其他外力作用形成的节理称为非构造节理又称外生节理（Non-structural joint），如岩石因温度变化引起体积不均匀的膨胀和收缩而产生的风化节理、冰川运动和冰劈作用形成的节理、洪水引起的滑坡以及人工爆破等原因引起的节理均属非构造节理。

构造节理（Structural joint）：由构造运动形成的节理称为构造节理，又名内生节理。构造节理的分类如下：

1.几何分类：

1)根据节理与所在岩层产状要素的关系，可将节理分为：

走向节理：节理走向与所在岩层走向大致平行；

倾向节理：节理走向与所在岩层倾向大致平行；

斜向节理：节理走向与所在岩层走向斜交；

顺层节理：节理面大致平行岩层层面。

2)根据节理走向与区域构造线或局部构造线的关系，可将节理分为：

纵节理：节理走向与区域构造线走向大致平行。

横节理：节理走向与区域构造线走向大致垂直。

斜节理：节理走向与区域构造线走向斜交。

2.力学成因分类：

1)剪节理（Shear joint）

剪节理的主要特征：

a)剪节理产状较稳定，沿走向和倾向延长较远；

b)节理面平直光滑，发育在砾岩或含有结核的岩层中的剪节理往往切穿胶结物

及砾石或结核；

c)剪裂面上常有扭动时留下的擦痕、摩擦镜面；

d)剪节理一般发育较密，即相邻两节理之间的距离较小，常密集成带；

e)剪节理常呈羽列现象，左阶右旋和右阶左旋；

f)剪节理两壁之间的距离较小，常呈闭合状；

g)剪节理的尾端变化有三种形式：折尾、菱形结环和节理叉；

h)剪节理的发育具有等距性的特点，即相同级别的剪节理常有大致等距离的发

育分布规律。

2)张节理（Tension joint）是由于在某一个方向的张应力超过了岩石的抗张强度，

因而在垂直于张应力方向上产生脆性破裂面。

张节理的特征：

a)张节理产状不稳定，而且往往延伸不远即行消失；

b)张节理面粗糙不平，发育在砾岩中的张节理往往绕砾石通过；

c)垂直张节理面方向上往往有轻微的裂开，但节理面上一般无擦痕，无镜面；

d)张节理一般发育稀疏，节理间距较大，而且即使局部地段发育较多，也是稀

疏不均，很少密集成带；

e)张节理常呈开口状或楔形，节理两壁之间的距离较大；常被后期地质作用的

物质所充填，形成各种脉体；

f)张节理的尾端变化形式有两种：树枝分叉状和杏仁状结环。

构造节理的分布规律：

构造节理往往与褶皱或断层相伴生，或者由它们所派生。

1.与纵弯褶皱作用有关的节理（详见课本113页）

平面共轭剪节理系

剖面共轭剪节理系

横张节理

纵张节理

层间剪节理

2.与横弯褶皱作用有关的节理

环型张节理系

放射型张节理系

3.节理与断层的关系

1)断层往往是节理发育的继续，断层又促进了新的节理的形成；

2)在断层附近节理的数量显著增加，密度相对增大，断层带的宽度增大；

3)在断层的端点、拐点、交汇点、分支点和错列点最容易出现节理。

4.张节理在褶皱中的密集规律

张节理在褶皱中具有如下密集部位：背斜枢纽或轴的延伸方向上；背斜构造高点的范围之内；枢纽发生弯曲的部位；背斜的倾伏端；岩层倾角突然变陡的地带。

5.节理发育的影响因素

沉积岩的力学性质主要受以下几个因素的影响：岩石的成分和结构、岩层的厚度及岩系组合。

成分不同的岩石其力学性质有很大的差别，从而控制节理的发育程度。岩石成分影响节理形成的原因在于组成岩石的矿物具有各自不同的应力释放特征，常见的几种沉积岩的

节理发育程度为白云岩、石灰岩、粉砂岩、粘土岩、岩盐、无水石膏。按此顺序节理的发育程度依次减少。

结构不同，统一成分的岩石其节理的发育程度亦不相同。结晶岩中节理发育的程度与岩石的结晶程度有关，一般结晶较均匀的岩石，力学性质亦较均一，受力后不易破裂；结晶不均匀的受力则较易破裂。

其他条件相同时，厚度较大的岩层节理发育较少；厚度较小的岩层，节理发育较多。节理的分期和配套

一、分期：节理的分期就是区分不同时期形成的节理的先后关系。

几种判断节理形成先后关系的常见现象：

1.切断错开后期形成的节理常切断前期形成的节理；

2.限制终止一组节理被限制在另一组节理的一侧而终止的现象则说明前者形成较晚；

3.相互切断错开相交时均不终止，而是相互切断并彼此被错开，或者在一处甲组被乙

组错开，而在另一处乙组被甲组错开，这种节理属于一对共轭剪节理。

二、配套

1.可以利用扭节理面上的擦痕、节理的羽列和派生的张节理所显示的扭动关系来确定其

共轭关系，其中以羽列现象最为常见和可靠；

2.利用剪节理的尾端变化确定其共轭关系；

3.利用两组剪节理相互切错的对应关系确定其共轭关系。

覆盖区节理的研究方法

一、相似露头法

相似露头是指其无论是岩性、构造部位，还是在成因上都与研究地区和目的层具有可比性的地面露头。对于受同一构造作用控制的构造地层，地表和地下具有相同的构造应力场，因而也具有相似的地质特征和构造演化史。

地表和地下裂缝具有很好的继承性和相似性，地面裂缝的分布规律可与地下裂缝进行类比，相似露头裂缝观测对于目的层裂缝的研究具有重要意义。

构造裂缝在露头区常具有以下标志：

1.裂缝分布较规则，常呈组出现，在大面积范围内，相同层位的裂缝组系不变，且

延伸较远；

2.有的裂缝局部或全部被矿脉充填；

3.裂缝面上具有擦痕、阶步、羽饰等；

4.裂缝切穿深度较大，有的客串忽而数层；

裂缝地面调查的主要内容：

1.裂缝的成因及其形成的地质条件，包括发育层位、岩性、地层厚度、构造部位等；

2.裂缝的产状；

3.裂缝的力学性质；

4.裂缝的组合情况：包括裂缝的延伸性、组合性和切穿性；

5.裂缝的有效性，包括：密度、张开度、平整度、充填情况及充填物成分、充填期

和分布特征；

注意：选择的地面对象必须与地下目的层的地质条件具有相似性。

二、岩心裂缝观测

岩心裂缝的观测内容：

1.裂缝的宽度

也叫张开度，指裂缝张开的大小。

?=?′×sinθ

?—裂缝真实宽度

?′—裂缝视宽度

θ—测量面与裂缝面的角度

2.间距

3.密度

面密度——单位面积内节理的总长度

线密度——与一条直线相交的裂缝条数与此直线的长度的比值

4.裂缝的产状

倾角、倾向、裂缝倾向于地层倾向的夹角

水平缝——0~15°低角度缝——15°~45°

高角度缝——45°~75°垂直缝——75°~90°

5.裂缝的充填情况

6.裂缝的溶蚀改造情

描述内容包括：溶蚀段的基块成分、构造和结构特征；溶蚀部位分布特点；溶蚀加宽的平均宽度。

7.裂缝性质

一般指李峰的力学性质。

三、裂缝的测井识别

识别裂缝的常规测井方法：裂缝识别测井（FIL）

四、分形分维法