1、长安大学地球科学与国土资源学院长安大学地球科学与国土资源学院2008.36060学时）学时）构造地质学 概述概述（P1-1）地质构造：地质构造：组成地壳或岩石圈的岩层或岩体等，在组成地壳或岩石圈的岩层或岩体等，在内外地质动力作用下所产生的各种变形；内外地质动力作用下所产生的各种变形；如褶皱、节理、断层以及其它各种面、线状构造。如褶皱、节理、断层以及其它各种面、线状构造。构造地质学构造地质学 是地质学专业的一门重要的专业基础课；是地质学专业的一门重要的专业基础课；是地质学的一门分支学科；是地质学的一门分支学科；它是研究地壳上各级各类地质构造的发生、发展、演它是研究地壳上各级各类地质构造的发生、发
2、展、演化及其与矿产分布、地震、工程稳定性、环境演化等化及其与矿产分布、地震、工程稳定性、环境演化等的关系的一门学科。的关系的一门学科。研究对象和内容 基本概念基本概念构造地质学 概述概述（P1-2）研究对象：研究对象：各种地质构造现象；各种地质构造现象；研究内容：研究内容：各种地质构造的形态特征；各种地质构造的形态特征；形成条件；形成条件；分布与组合形式；分布与组合形式；发展演化规律；发展演化规律；形成机制。形成机制。并并追索产生上述地质现象的地壳运动方式、追索产生上述地质现象的地壳运动方式、方向和力学性质，进一步探讨地壳构造运方向和力学性质，进一步探讨地壳构造运动的动力学原因。动的动力学原因
3、。研究对象和内容构造地质学 概述概述（P1-3）可以从两个方面描述对地质构造的研究：可以从两个方面描述对地质构造的研究：q 时间：发生、发展、演化；时间：发生、发展、演化；q 空间：分布和规模、形态特征、空间组合。空间：分布和规模、形态特征、空间组合。v几何学：形态特征、分布与组合（空间）；几何学：形态特征、分布与组合（空间）；v运动学：形成时间、顺序及演化过程（时序）；运动学：形成时间、顺序及演化过程（时序）；v动力学：形成机制与发育条件（成因）。动力学：形成机制与发育条件（成因）。概念概念：研究各种地质构造的形态、产状、：研究各种地质构造的形态、产状、规模；形成机制、条件，分布、组合及演规
4、模；形成机制、条件，分布、组合及演化；产生的地壳运动方式、运动规律与动化；产生的地壳运动方式、运动规律与动力来源的一们学科。力来源的一们学科。研究对象和内容构造地质学 概述概述（P1-4）构造地质学的相关学科构造地质学的相关学科构造分析包括：微观构造，小构造，区域构造和大地构造。构造分析包括：微观构造，小构造，区域构造和大地构造。微观构造分析微观构造分析包括岩组分析和粒组分析。岩组分析是以构造岩的应力包括岩组分析和粒组分析。岩组分析是以构造岩的应力矿物为对象，研究晶体内的构造，以及矿中的各种微观小域的形成和矿物为对象，研究晶体内的构造，以及矿中的各种微观小域的形成和演变，并将各种微观的特征与宏
5、观的构造现象联系起来解释。演变，并将各种微观的特征与宏观的构造现象联系起来解释。小构造分析小构造分析的主要对象是盆地中的三级构造，包括盆地中的局部构造的主要对象是盆地中的三级构造，包括盆地中的局部构造直到一块手标本。小构造分析的步骤是通过观察、标测和制图，掌握直到一块手标本。小构造分析的步骤是通过观察、标测和制图，掌握构造变动的几何形态，进一步分析构造的力学条件，了解相邻构造的构造变动的几何形态，进一步分析构造的力学条件，了解相邻构造的成因联系及局部构造的发育历史。成因联系及局部构造的发育历史。区域构造分析区域构造分析介于小构造与大地构造之间。它是以区域地质为背景，介于小构造与大地构造之间。它
6、是以区域地质为背景，具体分析一个地区的地质规律。在进行区域构造分析时，往往因各家具体分析一个地区的地质规律。在进行区域构造分析时，往往因各家的学说观点不一样，以至使用同样的地质资料，得出截然不同的地质的学说观点不一样，以至使用同样的地质资料，得出截然不同的地质结论。因此，区域地质分析经常是地质学争论的焦点。结论。因此，区域地质分析经常是地质学争论的焦点。大地构造分析大地构造分析是以整个地壳为对象，对构造形态，沉积建造，岩浆活是以整个地壳为对象，对构造形态，沉积建造，岩浆活动，变质作用，成矿作用，火山、地震等方面综合分析，汇集各种有动，变质作用，成矿作用，火山、地震等方面综合分析，汇集各种有关的
7、地质地球物理资料阐明各级构造单元发生、发展，演化历史，探关的地质地球物理资料阐明各级构造单元发生、发展，演化历史，探讨各级大地构造单元形成机制和分布的规律。讨各级大地构造单元形成机制和分布的规律。构造地质学 概述概述（P1-5）构造地质学发展史构造地质学发展史-以阿尔陂斯为例以阿尔陂斯为例时间时间 主要在主要在1818世纪中期；世纪中期；固定论阶段固定论阶段代表人物代表人物：魏尔纳；魏尔纳；主要认识：主要认识：山就是山，谷就是谷，是一成不变的；山就是山，谷就是谷，是一成不变的；点评点评：是构造地质学的萌芽阶段，只对地表的静态描述；认是构造地质学的萌芽阶段，只对地表的静态描述；认识到了地表的差异
8、（各种地质构造）的存在，它们是有区别的，识到了地表的差异（各种地质构造）的存在，它们是有区别的，这就为进一步的研究各种地质构造奠定了基础；这就为进一步的研究各种地质构造奠定了基础；不足之处是：不足之处是：1 1。没有认识到运动这一永恒的主题（内力）；。没有认识到运动这一永恒的主题（内力）；2 2。没有认识到外动力地质作用在地质历史上的巨大作用；。没有认识到外动力地质作用在地质历史上的巨大作用；3 3。是人们认识地球的开始，也可以说是萌芽期。是人们认识地球的开始，也可以说是萌芽期。构造地质学 概述概述（P1-6）构造地质学发展史构造地质学发展史-以阿尔陂斯为例以阿尔陂斯为例时间时间 主要在主要在
9、1818世纪末世纪末1919世纪初期；世纪初期；削蚀论阶段削蚀论阶段代表人物：代表人物：索修尔；索修尔；主要认识：主要认识：山和谷不是一成不变的；山和谷不是一成不变的；山是地壳上升后经削蚀而形成的；山是地壳上升后经削蚀而形成的；山和谷地的内部是均一的岩块，不存在分层现象。山和谷地的内部是均一的岩块，不存在分层现象。点评：点评：是构造地质学的奠基阶段，认识到了地表的差异（各是构造地质学的奠基阶段，认识到了地表的差异（各种地质构造）的存在，它们是有区别的；认识到了地壳的运种地质构造）的存在，它们是有区别的；认识到了地壳的运动（上升）和外动力地质作用（削蚀）的存在，这就为进一动（上升）和外动力地质作
10、用（削蚀）的存在，这就为进一步的研究各种地质构造奠定了基础；步的研究各种地质构造奠定了基础；不足处不足处：没有认识到地球内部的分层和沉积岩石内部广泛存没有认识到地球内部的分层和沉积岩石内部广泛存在的分层现象。在的分层现象。响响构造地质学 概述概述（P1-7）构造地质学发展史构造地质学发展史-以阿尔陂斯为例以阿尔陂斯为例上冲论阶段上冲论阶段构造地质学起步阶段：构造地质学起步阶段：时间：时间：主要集中在主要集中在1919世纪后期；世纪后期；代表人物：代表人物：施图德施图德阿尔卑斯地质阿尔卑斯地质主要认识：主要认识：阿尔卑斯山内部可以分为若干带；由中阿尔卑斯山内部可以分为若干带；由中央花岗岩和周围的
11、沉积岩系组成；山是由于花岗岩央花岗岩和周围的沉积岩系组成；山是由于花岗岩的上升而造成的。的上升而造成的。主要进步：主要进步：认识到了沉积岩系的分层和其中的不整认识到了沉积岩系的分层和其中的不整合接触关系；认识到了岩浆活动引起地壳上升；也合接触关系；认识到了岩浆活动引起地壳上升；也认识到了外力地质作用（差异剥蚀）。认识到了外力地质作用（差异剥蚀）。主要不足：主要不足：没有认识地壳运动大量的机制和方式等没有认识地壳运动大量的机制和方式等阿尔卑斯山断面图（施图德阿尔卑斯山断面图（施图德阿尔卑斯地质阿尔卑斯地质）C结晶质的中央带，它是构造山的主体；结晶质的中央带，它是构造山的主体；K沉积岩系沉积岩系P
12、1-8构造地质学 概述概述（P1-9）构造地质学发展史构造地质学发展史-以阿尔陂斯为例以阿尔陂斯为例正确认识正确认识阶段：阶段：时间：时间：1919世纪末世纪末2020世纪初期；世纪初期；代表人物：代表人物：海姆海姆关于山脉形成理论的研究关于山脉形成理论的研究主要认识：主要认识：确立了平卧褶皱及大型平移断层在造山确立了平卧褶皱及大型平移断层在造山过程中的作用。认识到研究造山带内部的复杂的大型过程中的作用。认识到研究造山带内部的复杂的大型平移断层在造山中的巨大作用。平移断层在造山中的巨大作用。主要进步：主要进步：褶皱造山、断层造山。褶皱造山、断层造山。主要不足：主要不足：当时的研究手段不足。当时
13、的研究手段不足。贺兰山西麓地区小松山推覆体剖面图贺兰山西麓地区小松山推覆体剖面图P1-10构造地质学 概述概述（P1-11）构造地质学发展史构造地质学发展史-以阿尔陂斯为例以阿尔陂斯为例构造地质学研究大发展阶段：构造地质学研究大发展阶段：时间：时间：近三四十年内近三四十年内主要特点主要特点：国内外相关学科的大发展及学科间的相互渗透，国内外相关学科的大发展及学科间的相互渗透，新方法、新技术的不断出现和应用，使构造地质学的研究手段新方法、新技术的不断出现和应用，使构造地质学的研究手段不断的进步、促使人们对地质构造的认识不断的完善和深入，不断的进步、促使人们对地质构造的认识不断的完善和深入，构造地质
14、学研究，进入了一个全新的阶段。构造地质学研究，进入了一个全新的阶段。主要体现在四个方面主要体现在四个方面：上天上天航空、航天、遥感等技术的应用；航空、航天、遥感等技术的应用；入地入地深钻、高分辨地震勘探技术等的应用；深钻、高分辨地震勘探技术等的应用；入微入微电子显微镜的引入、构造岩组分析；电子显微镜的引入、构造岩组分析；模拟和综合模拟和综合计算机和人工智能技术的应用。计算机和人工智能技术的应用。构造地质学 概述概述（P1-12）课程的讲授内容和方法课程的讲授内容和方法教材：教材：徐开礼等徐开礼等.构造地质学构造地质学.地质出版社地质出版社.1998.1998;参考书目录：参考书目录：1 1.郭
15、颖等郭颖等.简明构造地质学教程简明构造地质学教程.地质大学出版社地质大学出版社.1996;.1996;2 2.俞鸿年等俞鸿年等.构造地质学原理构造地质学原理.南京大学出版社南京大学出版社.1998.1998；3 3.冯石等冯石等.构造地质学构造地质学.石油工业出版社石油工业出版社.1982.1982;4.4.毕令斯毕令斯.M.P.M.P.构造地质学，地质出版社构造地质学，地质出版社,1956;,1956;5.5.霍布斯等霍布斯等.构造地质学纲要，石油工业出版社构造地质学纲要，石油工业出版社,1976;,1976;6.6.兰姆赛兰姆赛.J.G.J.G.岩石的褶皱作用和断裂作用，地质出版社岩石的褶
16、皱作用和断裂作用，地质出版社,19677.7.魏宽义魏宽义.构造解析学构造解析学.陕西人民教育出版社陕西人民教育出版社.2003.2003讲述和学习方法讲述和学习方法:基本理论讲述基本理论讲述+基本方法操作练习基本方法操作练习+课堂讨论课堂讨论+模型模型与标本观察描述与标本观察描述+课外作业课外作业构造地质学 概述概述（P1-13）构造地质学研究的意义构造地质学研究的意义理论意义：理论意义：1 1 阐明各级各类构造的时空展布规律；阐明各级各类构造的时空展布规律；2 2 构造的形成机制和发展演化规律；构造的形成机制和发展演化规律；3 3 地壳（地球）发展演化的规律。地壳（地球）发展演化的规律。实
17、践意义：实践意义：1 1 指导矿产勘查（地质矿产勘查）；指导矿产勘查（地质矿产勘查）；2 2 水文地质勘查（水文地质学）；水文地质勘查（水文地质学）；3 3 国土资源调查和管理；国土资源调查和管理；4 4 工程稳定性评价；工程稳定性评价；5 5 地震和灾害地质研究；地震和灾害地质研究；6 6 环境保护等。环境保护等。构造地质学 概述概述（P1-14）构造地质学的授课目标构造地质学的授课目标观察构造的能力：观察构造的能力：学会对各级各类构造进行观察、描述和记录；学会对各级各类构造进行观察、描述和记录；分辨构造的能力：分辨构造的能力：学会怎样正确的分辨各级各类构造；学会怎样正确的分辨各级各类构造；
18、分析构造的能力：分析构造的能力：学会分析各级各类构造的思路和方法；学会分析各级各类构造的思路和方法；处理构造的能力；处理构造的能力；学会如何利用对各级各类构造的分析结果综合研学会如何利用对各级各类构造的分析结果综合研究区域构造的形成背景和发展演化规律究区域构造的形成背景和发展演化规律构造地质学 概述概述（P1-15）构造地质学的研究方法构造地质学的研究方法 本课程是一门实践性很强的学科，也是特别复杂的学科本课程是一门实践性很强的学科，也是特别复杂的学科（历史长、规模大、温度压力高、影响因素多，差异大等）。（历史长、规模大、温度压力高、影响因素多，差异大等）。方法序法（果推因）；逻辑推理法；实验
19、模拟法等；方法序法（果推因）；逻辑推理法；实验模拟法等；恢复构造运动的途径不外乎两种：恢复构造运动的途径不外乎两种：构造历史分析法构造历史分析法以各种地质、地球物理、地球化学资料以各种地质、地球物理、地球化学资料为基础，其中特别是以岩石建造、相和厚度为依据，探讨各为基础，其中特别是以岩石建造、相和厚度为依据，探讨各种地质构造与构造运动成因上的联系。确定大地构造发展的种地质构造与构造运动成因上的联系。确定大地构造发展的特点，阐明构造运动的规律。构造运动与沉积作用经常是同特点，阐明构造运动的规律。构造运动与沉积作用经常是同时发生的，而且带有长期性。因此，恢复相、建造、厚度在时发生的，而且带有长期性
20、。因此，恢复相、建造、厚度在时间和空间上的变化规律，则是研究构造历史的首要任务。时间和空间上的变化规律，则是研究构造历史的首要任务。构造变动是地应力作用于岩石引起的永久变形，它是构构造变动是地应力作用于岩石引起的永久变形，它是构造运动的结果，反之构造形迹又是地壳运动的历史见证。造运动的结果，反之构造形迹又是地壳运动的历史见证。地地质力学分析法质力学分析法是以岩石中的永久变形为基础，研究构造变动是以岩石中的永久变形为基础，研究构造变动的力学性质及其形成的顺序，进而恢复构造应力场的特征和的力学性质及其形成的顺序，进而恢复构造应力场的特征和地壳运动历史。地壳运动历史。地质构造力学基础地质构造力学基础
21、 应力应力应力、正应力和剪应力；应力、正应力和剪应力；单向和双向受力状态下的二维应力分析；单向和双向受力状态下的二维应力分析；应力莫尔圆的基本性质及应用；剪应力互等定律；应力莫尔圆的基本性质及应用；剪应力互等定律；应力状态和应力椭球体；应力状态和应力椭球体；构造应力场和应力轨迹构造应力场和应力轨迹。应变、线应变（应变、线应变（e e、s s、）和剪应变（）和剪应变（、）；）；应变椭球体的概念及其应用；应变椭球体的概念及其应用；均匀变形与非均匀变形；均匀变形与非均匀变形；旋转变形与非旋转变形；旋转变形与非旋转变形；共轴递进变形与非共轴递进变形；共轴递进变形与非共轴递进变形；岩石有限应变测量。岩石
22、有限应变测量。本本 章章 要要 点点地质构造力学基础地质构造力学基础 应力应力需要掌握的几个概念：需要掌握的几个概念：力、应力；力、应力；外力、内力；体力、面力；固有内力、附加内力；外力、内力；体力、面力；固有内力、附加内力；应力莫尔圆；应力莫尔圆；剪应力互等定律；剪应力互等定律；应力椭球体；应力椭球体；主应力轴（应力主轴）。主应力轴（应力主轴）。地质构造力学基础地质构造力学基础 应变应变需要掌握的几个概念：需要掌握的几个概念：变形、应变；变形、应变；线应变、剪应变；线应变、剪应变；应变椭球体；应变椭球体；应变主平面、应变主轴（应变主轴）。应变主平面、应变主轴（应变主轴）。应力与应变应力与应变
23、应变应变 一、变形的概念一、变形的概念(一一)变形和变位：变形和变位：物体受力后，使其内部各质点发生位移，通称为变形，它有四种效应：(1)直移：位置的变化；(2)旋转：方位的变化；(3)体变：体积的变化；(4)形变：形状的变化 体变和形变使物体内部各质点间的相对位置发生了变化，从而改变了物体的体积大小和形状。上述四种效应通常同时发生，但发育程度不一定等同，而是常以某种效应为主，构成千姿百态的各种构造。应力与应变应力与应变应变应变 一、变形的概念一、变形的概念(二)均匀变形和非均匀变形 研究物体的变化基本上是一个几何学问题，可根据物体变形前后的几何特征将变形分为均匀变形均匀变形和非均匀变形非均匀
24、变形。1 1均匀变形均匀变形 变形前后物体各部分的变形性质、方向和大小都相同的变形称为均匀变形其特征是：原来的直线或平面，变形后仍然是直线或平面，但方向可能改变，原来互相平行的直线或平面，变形后仍然平行，方向也可能改变：变形物体中同一方向的直线具有相同的伸缩量和角度变化。2 2非均匀非均匀变变形形 变形前后物体各部分的变形方向，性质和大小有变化的变形称为非均匀变形其特征是：原来的直线或平面，变形后为曲线或曲面：原来互相平行的直线或平面，变形后不再平行，变形物体中同一方向的直线伸缩量和角度变化是不同的。应力与应变应力与应变应变应变 一、变形的概念一、变形的概念 自然界中构造变形大多数是非自然界中
25、构造变形大多数是非均匀的，如褶皱具有典型的非均匀均匀的，如褶皱具有典型的非均匀变形的特征。变形的特征。但是，在讨论岩石变形时，常但是，在讨论岩石变形时，常将整体的非均匀变形分解成许多连将整体的非均匀变形分解成许多连续的局部近似均匀变形的总和。续的局部近似均匀变形的总和。如图所示，就整体的弯曲变形而言，属于非均匀变形，但就变形体中的极微小的区域来看，具有均匀变形的特征，即每个椭圆是由变形前的小圆变来的，是均匀应变，而整个弯曲变形正是由一系列相邻小圆的均匀变形总合而成，任意两个相邻的小椭圆所代表的变形方向、性质和大小都有一定差别，在弯曲的外侧显示拉伸变形，内侧为压缩变形。应力与应变应力与应变 应变
26、应变 二、应变二、应变 应变是物体变形程度的度量。可以从两个方面描述变形前后质点位置的变化。描述物体内质点间线段长度的变化量，叫线应变线应变；描述物体内相交线段之间角度的变化量，叫角应变，或剪剪应变应变。1 1.线应变线应变 线应变即物体内线段在变形前后的相对伸长和缩短。如图所示，设物体中某线段变形前长度为L0，变形后为L1，其长度改变量为L=L1-L0L=L1-L0。线应变有多种表示方式:(1)线应变e，即指变形前后单位长度的改变量。e e=(=(L L1 1-L-L0 0)/)/L L0=0=L/LL/L0 0(2)长度比，即变形后的长度与变形前的长度之比值：s=s=L L1 1/L/L0
27、=0=e+1e+1(3)平方长度比，即线段长度比的平方:=(=(L L1 1/L/L0 0)2 2 e e、s s、三者之间知道其中两个，就可以计算出其余的。它对分析应变三者之间知道其中两个，就可以计算出其余的。它对分析应变椭球是特别有用的。椭球是特别有用的。2.2.剪应变剪应变：物体在发生变形时，其内部线段之间的交角发生了变化。原始平行的直线，变形后产生了夹角 就称为角剪应变，其剪应变其剪应变为：为：=tan tan ;如果如果 很小，则很小，则tan tan =，即，即=；剪应变无单位，规定顺时针时为正。剪应变无单位，规定顺时针时为正。应力与应变应力与应变 应变应变 三、应变椭球三、应变椭
28、球 当物体或岩石发生均当物体或岩石发生均匀变形时，内部质点的匀变形时，内部质点的相对位置将发生变化。相对位置将发生变化。设想物体和岩石变形前设想物体和岩石变形前内部某一点为一小圆球内部某一点为一小圆球体，变形后这个圆球体体，变形后这个圆球体就会变成一个椭球体，就会变成一个椭球体，该椭球体称为该椭球体称为应变椭球应变椭球体体。反之，如果变形前。反之，如果变形前为一椭球，变形后这个为一椭球，变形后这个椭球成了球体，该椭球椭球成了球体，该椭球体叫体叫逆应变椭球体逆应变椭球体。这。这些椭球的二维图形如图些椭球的二维图形如图所示。所示。应力与应变应力与应变 应变应变 三、应变椭球三、应变椭球 应变椭球体
29、有三个互成直角的对称面，这些平面相交于椭球体的三个主直径，这些主直径的方向叫应变主方向。取1方向平行于椭球的最大直径(最大应变轴A轴)。取初始圆球的半径为1，2和3方向分别平行于椭球的中间直径(中间应变轴B轴)和最短直径(最小应变轴C轴)的方向，1、3和3值分别叫最大主应变、中间主应变和最小主应变。通过椭球并包含任意两个主方向的平面叫应变主平面(主应变面)，它们与应变椭球相交成椭圆。应变椭球的特性之一，就是变形后的这些应变主方向，在变形前也是正交的。一般情况下，这些方向仅有线应变，无剪应变。三个主半径不等的应变椭球体都有两个过中心的截面，它们与椭球相交成圆，这些圆叫应变椭球体的圆截面，它们彼此
30、相交于应变的中间主方向，而且分别与1方向呈相等的夹角。对三轴应变椭球体，圆截面有两种情况：一是圆截面半径与变形前的球体半径相等，该截面称不变歪面；另一种情况下，圆截面所包含的线有相等的变形，也就是说，圆截面内所有的直线的伸长或缩短都相等，该圆截面称均匀变歪面。应力与应变应力与应变 应变应变 四、递进变形四、递进变形 在同一种力持续作用的变形过程中，如应变状态发生连续的变化，这种变形称递进变递进变形形。在递进变形过程中，岩石内部的应变状态将随变形过程的发展而变化。因而在一期变形全过程中，依次出现性质和方位不同的应变状态，从面导致构造变形的发展及其力学性质的转化。由此可见，递进变形不仅涉及变形的空
31、间分布规律，并且涉及时间因素，即岩石变形的历史过程。I I全量全量应变应变和增量和增量应变应变 递进变形包括两部分应变，即增量增量应变应变和全量全量应变应变。增量应变又称瞬瞬时时应变应变，它代表在变形历史的某一瞬时正在发生的一个无限小的应变，因此又叫无限小无限小应变应变。全量全量应变应变代表在变形历史中某一瞬间已经发生的应变总和，又称总总应应变变。这种应变常常是有限应变，是增量应变积累的结果。当研究递进变形时，为直观和方便，常将变形历史的任意瞬间应变的性质分解为巳经发生的全量应变和正在发生的增量应变两部分，以便考查递进变形的发展。对于同一变形过程来说，全量应变和增量应变之间是有密切联系的。全全
32、量量应变应变的大小的大小等于各阶段增量应变之和等于各阶段增量应变之和。应力与应变应力与应变应变应变 五五.岩石应变测量岩石应变测量 确定变形岩石内的有限应变状态及其分布规律的一个方法，确定变形岩石内的有限应变状态及其分布规律的一个方法，就是测量和统计变形岩石内已知原始形状的标志物在变形后的形就是测量和统计变形岩石内已知原始形状的标志物在变形后的形态变化，然后加以对比分析。根据变形标志物中已知长度或相对态变化，然后加以对比分析。根据变形标志物中已知长度或相对长度比的线性标志发生的长度变化，可以计算伸缩线应变；根据长度比的线性标志发生的长度变化，可以计算伸缩线应变；根据已知两条直线之间原始角度的变
33、化，可以计算角剪应变和剪应变。已知两条直线之间原始角度的变化，可以计算角剪应变和剪应变。变形岩石内可供测量和计算应变状态的标志物类型很多，一般分变形岩石内可供测量和计算应变状态的标志物类型很多，一般分为两类：为两类：(1)(1)原始为圆球或椭球的标志体；原始为圆球或椭球的标志体；(2)(2)已知原始形状其它标志体。已知原始形状其它标志体。变形岩石的应变测量不仅可以帮助我们查明某些构造的形成变形岩石的应变测量不仅可以帮助我们查明某些构造的形成机制，而且也是对岩石变形进行定量研究的基础，因而是现代构机制，而且也是对岩石变形进行定量研究的基础，因而是现代构造地质研究中不可缺少的组成部分。近年来，形成
34、岩石有限应变造地质研究中不可缺少的组成部分。近年来，形成岩石有限应变测量的热潮，并取得了一系列成果，这里仅作一些简要介绍。测量的热潮，并取得了一系列成果，这里仅作一些简要介绍。应力与应变应力与应变应变应变 五五.岩石应变测量岩石应变测量 1 1原始为圆球或椭球原始为圆球或椭球的标志体的应变测量：的标志体的应变测量：这类标志体包括砾这类标志体包括砾岩中的砾石、砂岩中的岩中的砾石、砂岩中的砂粒、熔岩内的气孔、砂粒、熔岩内的气孔、板岩内的还原斑、放射板岩内的还原斑、放射虫等。如果标志体原始虫等。如果标志体原始是球体，虽然不知道体是球体，虽然不知道体积的变化，但可以直接积的变化，但可以直接测定应变椭球
35、体的形状，测定应变椭球体的形状，从面获得应变状态。从面获得应变状态。应力与应变应力与应变应变应变 五五.岩石应变测量岩石应变测量 2 2原始非球状物体的应变测量原始非球状物体的应变测量 可供可供应变测应变测量的原始非球状物体包括：量的原始非球状物体包括：(1 (1）原始形状）原始形状规则规则，线线、角成明、角成明显对显对称的称的标标志物，如某些志物，如某些变变形化石和形化石和变变形晶体；形晶体；(2)(2)与与应变应变有关的小型构造有关的小型构造标标志物，如志物，如压压力影、生力影、生长矿长矿物物纤维纤维、石香、石香肠肠构构造、造、线线理、面理、理、面理、节节理，以及小型褶理，以及小型褶皱皱等
36、。等。利用上述各种变形标志体进行应变分析，必须研究标志体与基质的利用上述各种变形标志体进行应变分析，必须研究标志体与基质的关系，考察它们是否具有相同的物理力学性质如果性质相同，所测关系，考察它们是否具有相同的物理力学性质如果性质相同，所测定标志体的变形，才能正确反映变形岩石的应变状态。此外，上述各定标志体的变形，才能正确反映变形岩石的应变状态。此外，上述各标志体必须配合在一起加以利用。标志体必须配合在一起加以利用。必须指出，必须指出，即使精确地测定了上述即使精确地测定了上述标志体的应变主轴的方位和大小，也只能对它们作出半定量分析，因标志体的应变主轴的方位和大小，也只能对它们作出半定量分析，因为
37、在一般情况下，并不完全知道标志体原始的精确形状或方位。为在一般情况下，并不完全知道标志体原始的精确形状或方位。应力与应变应力与应变应变应变 五五.岩石应变测量岩石应变测量 图图3-453-45是利用变形腕足是利用变形腕足类化石进行应变分析的类化石进行应变分析的图示。根据变形腕足类图示。根据变形腕足类化石的两条标志线化石的两条标志线(饺合饺合线和壳瓣对称面的痕迹线和壳瓣对称面的痕迹)测定应变椭球体的椭圆测定应变椭球体的椭圆切面切面(平行于层理平行于层理)的主的主轴。如果化石轴。如果化石A A和化石和化石B B的两条标志线原来是相的两条标志线原来是相互垂直的，变形后仍然互垂直的，变形后仍然相互垂直
38、，据此，可以相互垂直，据此，可以确定应变状态。其它不确定应变状态。其它不同方位的化石中也有足同方位的化石中也有足够的信息可以测定椭圆够的信息可以测定椭圆切面的形状。切面的形状。地质构造力学基础地质构造力学基础 岩石变形习性岩石变形习性一、变形阶段：一、变形阶段：弹性变形阶段：弹性变形阶段：非永久变形非永久变形,虎克定律虎克定律塑性变形阶段：塑性变形阶段：永久变形永久变形,连续连续断裂变形阶段：断裂变形阶段：永久变形永久变形,不连续不连续,破裂破裂yyP12破裂塑性变形区弹性变形区eee岩石变形的应力应变曲线（1）弹性变形（2）塑性变形（3）破裂变形岩石变形的一般化应力应变曲线根据材料在破裂前塑
39、性变形的应变量可以把材料分为脆性材料（10%)、韧脆性材料（5 7.5%）和脆韧性材料（7.510%)。yyP12破裂塑性变形区弹性变形区eee二、岩石的变形阶段二、岩石的变形阶段 脆性和韧性岩石的变形一般都经历弹性变形、塑性变形和破裂变形三个阶段。由于受到岩石自身的力学性质、边界条件、物理化学条件、外力的性质等因素的影响，不同岩石的这三个阶段各不相同。大理岩在挤压应力作用下的变形实验结果三、岩石变形的微观机制三、岩石变形的微观机制1脆性变形机制微破裂作用、碎裂作用和碎裂流 岩石中固有的微裂隙引起应力集中，从而导致脆性破裂。2塑性变形机制晶内滑动和位错滑动、位错蠕变（边界形化作用、动态重结晶作
40、用和核幔构造）、扩散蠕变、溶解蠕变（压溶作用）、颗粒边界滑动 岩石中矿物晶体特性和缺陷对塑性变形过程具有重要意义。地质构造力学基础地质构造力学基础 四、岩石变形影响因素四、岩石变形影响因素(一一)、岩石本身因素：、岩石本身因素：性质（如玄武岩、石英岩与灰岩、泥灰岩）性质（如玄武岩、石英岩与灰岩、泥灰岩）结构（各项异性、层理。空隙、粒度大小、胶结特征等）。结构（各项异性、层理。空隙、粒度大小、胶结特征等）。(二二)、影响岩石力学性质的外界因素、影响岩石力学性质的外界因素1围压影响岩石的极限强度和韧性围压影响岩石的极限强度和韧性 使固体物质的质点彼此接近，增强了质点的内聚力，从而使晶格不易破坏，因
41、而不易破裂。围压与深度和构造环境有关。2温度影响岩石的韧性和屈服极限温度影响岩石的韧性和屈服极限 温度升高时岩石质点的热运动增强，减弱了它们之间的联系能力，使物质质点更容易位移。温度与深度和构造环境有关。3孔隙流体影响岩石的强度和质点迁移能力(异常孔隙流体）4 4时间时间（1）时间对应变速率的影响 长时间受力时质点有充足的时间固定下来，易于产生永久变形;快速受力时质点来不及重新排列就破裂了，表现出脆性特征。（2）蠕变与松弛长时间地缓慢变形会降低弹性极限 在应力不增加的情况下，应变随着时间的增长缓慢增加的现象就是蠕变，反映了岩石的流动性。在应变恒定的情况下，所需应力可以随时间增长不断减小的现象就
42、是松弛。岩石中各种地质构造主要是岩石蠕变的产物。地质构造力学基础地质构造力学基础 岩石变形习性岩石变形习性五、脆性变形机制（剪裂角分析）：五、脆性变形机制（剪裂角分析）：岩石破裂的方式有两种：垂直于拉伸方向的张裂、略小于岩石破裂的方式有两种：垂直于拉伸方向的张裂、略小于450的共轭剪裂。的共轭剪裂。库仑剪切破裂准则：库仑剪切破裂准则：格里菲斯破裂准则：格里菲斯破裂准则：经莫尔包洛线修正的格里菲斯破裂准则（麦克托林及华西）。经莫尔包洛线修正的格里菲斯破裂准则（麦克托林及华西）。地质构造力学基础地质构造力学基础 岩石变形习性岩石变形习性六、塑性变形机制：六、塑性变形机制：1晶内滑移与颗粒变形晶内滑
43、移与颗粒变形:2动态恢复、动态重结晶与细粒化动态恢复、动态重结晶与细粒化:3颗粒边界滑动和超塑性流动。颗粒边界滑动和超塑性流动。读褶皱地区地质图读褶皱地区地质图并做图切剖面图并做图切剖面图 P1一、目的：一、目的：(1)(1)掌握阅读褶皱地区地质图的步骤和方法；掌握阅读褶皱地区地质图的步骤和方法；(2)(2)学会认识分析褶皱形态、组合及形成时代；学会认识分析褶皱形态、组合及形成时代；(3)(3)掌握绘制褶皱地区图切剖面图的方法。掌握绘制褶皱地区图切剖面图的方法。读褶皱地区地质图并做图切剖面图读褶皱地区地质图并做图切剖面图 P1二、方法说明：二、方法说明：首先从地质图的图例或地层柱状图上了解图区
44、出首先从地质图的图例或地层柱状图上了解图区出露的地层的时代、层序和接触关系；然后浏览一下地质露的地层的时代、层序和接触关系；然后浏览一下地质图，概略地认识图区新老地层的分布和延展情况，了解图，概略地认识图区新老地层的分布和延展情况，了解其地貌特征，并结合比侧尺分析地形对地层露头分布形其地貌特征，并结合比侧尺分析地形对地层露头分布形态和出露宽度的影响。态和出露宽度的影响。从地质图上认识褶皱，先要看地层分布是否有对从地质图上认识褶皱，先要看地层分布是否有对称重复现象，并结合地层新老关系和地层产状，分辨出称重复现象，并结合地层新老关系和地层产状，分辨出背斜和向斜，再进而分析褶皱的形态和组合特征。背斜
45、和向斜，再进而分析褶皱的形态和组合特征。认识褶皱形态的关健是确定褶皱的两翼、轴面和认识褶皱形态的关健是确定褶皱的两翼、轴面和枢纽产状。枢纽产状。读褶皱地区地质图并做图切剖面图读褶皱地区地质图并做图切剖面图 P2(一一)对单个褶皱形态的认识和分析对单个褶皱形态的认识和分析1 1区分背斜和向斜区分背斜和向斜 先从一个老地层或新地层着手，横过地层总的延伸方向观先从一个老地层或新地层着手，横过地层总的延伸方向观察，如老地层两侧依次对称地分布着新的地层，为背斜；反之察，如老地层两侧依次对称地分布着新的地层，为背斜；反之在新地层两侧对称地分布着老的地层则为向斜。通常是一个背在新地层两侧对称地分布着老的地层
46、则为向斜。通常是一个背斜两侧毗邻着向斜，一个向斜的两侧则发育着背斜。斜两侧毗邻着向斜，一个向斜的两侧则发育着背斜。2 2确定两翼产状确定两翼产状 褶皱两翼产状及其变化，主要从地质图上标绘的地层产状褶皱两翼产状及其变化，主要从地质图上标绘的地层产状符号直接去认识和分析。在一定情况下，也可以根据同一岩层符号直接去认识和分析。在一定情况下，也可以根据同一岩层在褶皱两翼露头宽度的差异，定性地对比两翼的倾角大小。这在褶皱两翼露头宽度的差异，定性地对比两翼的倾角大小。这种分析是以岩层厚度基本稳定，地形起伏不大或褶皱两翼的地种分析是以岩层厚度基本稳定，地形起伏不大或褶皱两翼的地面坡度相似为前提，而岩层露头宽
47、度只与岩层倾角大小有关，面坡度相似为前提，而岩层露头宽度只与岩层倾角大小有关，露头宽度窄的一翼倾角大，宽的一翼倾角小。露头宽度窄的一翼倾角大，宽的一翼倾角小。读褶皱地区地质图并做图切剖面图读褶皱地区地质图并做图切剖面图 P3(一一)对单个褶皱形态的认识和分析对单个褶皱形态的认识和分析3 3倒转翼的确定倒转翼的确定 通常在褶皱倾伏端的岩层层序和产状总是正常的。通常在褶皱倾伏端的岩层层序和产状总是正常的。如果有倒转翼，则侧转翼的岩层从翼部向倾伏端方向，倾角一般如果有倒转翼，则侧转翼的岩层从翼部向倾伏端方向，倾角一般由缓变陡由缓变陡(如图从如图从C C到到A)A)，到倾伏端转折附近岩层会出现产状直立
48、到倾伏端转折附近岩层会出现产状直立(如图如图A A处处)。在褶皱倾伏端和翼部，岩层露头宽度一般比在倾伏。在褶皱倾伏端和翼部，岩层露头宽度一般比在倾伏端附近的直立产状部分露头宽度要宽。因此，如果褶皱岩层露头端附近的直立产状部分露头宽度要宽。因此，如果褶皱岩层露头从翼部向倾伏端追踪，在倾伏转折附近，露头宽度有出现特别变从翼部向倾伏端追踪，在倾伏转折附近，露头宽度有出现特别变窄的现象，则该翼可能是倒转翼窄的现象，则该翼可能是倒转翼(图图12)12)。上述判断两翼产状的方法适用于形态和产状较筒单的褶皱，上述判断两翼产状的方法适用于形态和产状较筒单的褶皱，对于倾竖褶皱、平卧褶皱和斜卧褶皱或地形变化复杂时
49、则不适用。对于倾竖褶皱、平卧褶皱和斜卧褶皱或地形变化复杂时则不适用。读褶皱地区地质图并做图切剖面图读褶皱地区地质图并做图切剖面图 P44 4判断轴面产状：判断轴面产状：要较准确地确定褶皱轴面的产状，可以通过系统地要较准确地确定褶皱轴面的产状，可以通过系统地测量两翼同一岩层产状，用极射赤平投影方法或几何作测量两翼同一岩层产状，用极射赤平投影方法或几何作图法来确定。在地质图上，也可以从两翼产状大致判断图法来确定。在地质图上，也可以从两翼产状大致判断出轴面产状。如两翼倾向相反，倾角大致相等，则轴面出轴面产状。如两翼倾向相反，倾角大致相等，则轴面直立；两翼倾向、倾角基本相同，则轴面产状也与两翼直立；两
50、翼倾向、倾角基本相同，则轴面产状也与两翼产状基本一致产状基本一致(即等斜褶皱即等斜褶皱)。对于两翼产状不等或一翼。对于两翼产状不等或一翼侧转的褶皱，无论背斜或向斜，其轴面大致是与倾角较侧转的褶皱，无论背斜或向斜，其轴面大致是与倾角较小的一翼的倾斜方向近于一致，小的一翼的倾斜方向近于一致，除平卧褶皱和等斜褶皱除平卧褶皱和等斜褶皱外，轴面倾角一般是大于缓翼倾角，而小于陡翼倾角。外，轴面倾角一般是大于缓翼倾角，而小于陡翼倾角。读褶皱地区地质图并做图切剖面图读褶皱地区地质图并做图切剖面图 P55 5枢纽产状和轴迹的确定：枢纽产状和轴迹的确定：当地形平坦且褶皱两翼倾角变化不大时，两翼地当地形平坦且褶皱两
