第四章地質(zhì)構(gòu)造

1、第四章 地質(zhì)構(gòu)造已經(jīng)存在的巖層、巖體，在受到地球內(nèi)部和外部動力作用時，會產(chǎn)生移位、傾斜、彎曲、斷裂等變形、變位現(xiàn)象，這些現(xiàn)象保留下來的形式和狀態(tài)就稱為地質(zhì)構(gòu)造，簡稱為構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造是地殼中常見的地質(zhì)現(xiàn)象，煤炭開采中經(jīng)常遇到，也是影響煤炭開采的主要因素。第一節(jié) 巖層的產(chǎn)狀一、巖層產(chǎn)狀的概念巖石由于巖性、組成和環(huán)境的原因，經(jīng)常形成平行或近于平行的層狀巖體，稱為巖層。巖層的上下界面叫層面，上層面叫頂面，下層面叫底面。兩個巖層的接觸面，既是上覆巖層的底面，又是下伏巖層的頂面。巖層頂、底面之間的垂直距離叫巖層的厚度。巖層在空間上的產(chǎn)出狀態(tài)和方位稱為巖層的產(chǎn)狀。產(chǎn)狀反映了巖層在三維空間的存在方位和延展方向

2、。巖石在成巖時形成的產(chǎn)狀稱為原始產(chǎn)狀。在沉積盆地中形成的沉積巖，其原始產(chǎn)狀大都是水平的，僅在盆地邊緣等局部地區(qū)呈傾斜產(chǎn)狀。己形成的巖層，在地殼運動的作用下，其原始產(chǎn)狀會發(fā)生不同程度的改變，有的保持水平，有的傾斜或彎曲，有的變得直立甚至倒轉(zhuǎn)，但其中最多的還是呈不同程度的傾斜或彎曲。根據(jù)產(chǎn)狀可將巖層劃分為水平巖層、傾斜巖層、直立巖層和倒轉(zhuǎn)巖層（圖4-1）。其中，傾斜巖層最為常見，只有構(gòu)造運動強烈的地區(qū)才會產(chǎn)生巖層倒轉(zhuǎn)。圖 4-1 不同產(chǎn)狀的巖層示意圖（P、C、D、S表示地層代號）（a）水平巖層；（b)傾斜巖層；（c）直立巖層；(d）倒轉(zhuǎn)巖層二、巖層產(chǎn)狀要素圖4-2巖層的產(chǎn)狀要素ABCD-水平面；E

3、FGH-巖層層面；AOB-走向線；ON-傾斜線；ON傾向線；-（真）傾角巖層的產(chǎn)狀可用其層面在空間的方位及其與水平面的關(guān)系來確定。通常以巖層的走向、傾向和傾角這3個參數(shù)來衡量和表達巖層產(chǎn)狀，稱為巖層的產(chǎn)狀要素（圖4-2）。圖4-3真傾角與視傾角的關(guān)系A(chǔ)BCD-巖層層面；OECD-水平面；AD-真傾斜線；AC-視傾斜線；-真傾角；-視傾角；-真傾向視與傾向的夾角；-走向線與視傾向間的夾角1. 走向走向表示巖層在三維空間上的水平延展方向。巖層面與水平面的交線稱為走向線（圖42中的直線AOB）。走向線與規(guī)定的北方向（一般以當(dāng)?shù)氐拇疟狈较颍┑膴A角稱為巖層的走向。走向線兩端的延伸方向與北方向可以形成兩個

4、夾角，二者相差180°，通常以NE（北東方位）或NW（北西方位）來表示。2. 傾向傾向表示巖層的傾斜方向。垂直于走向線的平面與巖層面交線稱為傾斜線。傾斜線在水平面上的投影稱為傾向線（圖4-2中的ON），傾向線的延伸方向即為傾向。按照上述定義，水平巖層的走向和傾向自然沒有任何意義。當(dāng)傾斜線與巖層的走向線垂直時，稱該傾斜線（圖4-2中的ON，圖4-3中的AD）為真傾斜線。相應(yīng)的傾向線（圖4-2中的ON，圖4-3中的OD）稱為真傾向線，相應(yīng)的傾向也稱為真傾向（簡稱傾向），當(dāng)傾斜線與巖層的走向線斜交時，稱傾斜線（圖4-3中的AC）為視（假）傾斜線，相應(yīng)的傾向線（圖4-3中的OC）稱為視（假）

5、傾向線，相應(yīng)的傾向稱為視（假）傾向。可見，一點上巖層的真傾向是唯一的，而視（假）傾向則可以有無數(shù)個。3. 傾角巖層層面與水平面的銳夾角稱為巖層的傾角，也就是傾斜線與相應(yīng)的傾向線的銳夾角。傾角表示巖層的傾斜程度。真傾斜線與真傾向線的銳夾角（圖4-2中的，圖4-3中的）稱為真傾角。視傾斜線與其相應(yīng)的視傾向線的銳夾角（圖4-3中的）稱為視（假或偽）傾角。一點上巖層的真傾角是指該點巖層的最大傾角，其大小值是一定的，也是唯一的。而視傾角的值則隨視傾向的改變而發(fā)生變化，它可以有無數(shù)多個，但都小于真傾角。真傾角和視傾角存在如下關(guān)系：式中 視傾角； 真傾角； 視傾角與真傾角之間的夾角；視傾角與巖層走向的夾角。

6、上述關(guān)系證明如下：在圖4-3中，ABCD代表巖層層面；OECD代表水平面；ADO代表真傾向剖面；ACO代表視傾向剖面。則 在AOD中，AOD=90º，故=；在AOC中，AOC=90 º，tg=；在DOC中，ODC=90 º，cos=,sin=；同理 由上式可知，當(dāng)剖面方向垂直于巖層走向時，=0º，=90º，cos=sin=1,則tg=tg，=；當(dāng)剖面方向平行于巖層走向時，=90º，=0º，cos=sin=0,則tg=0, =0º。也就是說，剖面方向越靠近巖層的真傾向，其視傾角越大；反之，剖面方向偏離真傾向越遠，其相

7、應(yīng)的視傾角越小。真傾角與視傾角的換算關(guān)系在煤礦生產(chǎn)設(shè)計中經(jīng)常會用到。由于巖層出露地表程度的限制，有些時候無法直接測得真傾角，就必須先測視傾角，然后換算成真傾角。在實際工作中，為了便于工作和提高工作效率，可從傾角換算表中直接查取。三、產(chǎn)狀的測定和表示方法（一）地質(zhì)羅盤目前，在野外和井下測量巖（煤）層產(chǎn)狀要素普遍使用的儀器仍然是地質(zhì)羅盤（也叫礦山羅盤）。地質(zhì)羅盤的種類很多，構(gòu)造各異（圖4-4），但它們都是以底盤、磁針和傾斜儀為主要部件而構(gòu)成的?？捎脕頊y定巖層的走向和傾向。磁針靜止時所指的方向為磁北和磁南。磁北和磁南與地理上的北、南方向不完全一致，它們之間有一個偏離角，稱為磁偏角。各地區(qū)的磁偏角不同

8、，需要根據(jù)當(dāng)?shù)卮牌沁M行校正。如我國西部地區(qū)磁偏角偏東，校正時應(yīng)加上磁偏角度數(shù)。為了校正磁傾角，常在磁針的一端纏扎有細銅絲圈以使磁針兩端保持平衡。如我國地處北半球，磁針會向北傾，因此在磁針指南一端纏扎有細銅絲圈。底盤是一個平面，當(dāng)水準(zhǔn)器氣泡居中時，底盤處于水平狀態(tài)，其長邊或標(biāo)有南（S）、北（N）字樣的連線與磁北的夾角，稱為磁方位角，它可用磁北針在方位角刻度盤上所指的刻度值來表示。方位角刻度盤上標(biāo)有東 ( E）、西（W）、南（S）、北（N）并刻有度數(shù)，大部分羅盤以北為0º，逆時針方向一周為360°。傾斜儀用來測定巖層的傾角，另一種是手動傾斜儀，當(dāng)把羅盤垂直側(cè)放時，用手撥動羅盤

9、背后的金屬片使傾斜儀水準(zhǔn)氣泡居中，在傾角度盤上可讀出羅盤傾斜角。圖 4-4 地質(zhì)羅盤構(gòu)造l-底盤；2-磁針；3-圓盤校正螺絲；4-傾斜儀；5-圓盤；6-磁針制動器及傾斜儀制動器；7-水準(zhǔn)氣泡；8-方位角刻度；9-傾斜角刻度；10-傾斜儀上水準(zhǔn)氣泡；1-折疊式瞄準(zhǔn)器；l2-玻璃鏡；13-觀測孔（二）巖層產(chǎn)狀要素的測定方法使用地質(zhì)羅盤測定巖（煤）層產(chǎn)狀要素的方法可以分為直接測定法和間接測定法兩類。 1. 直接測定法在測量巖層產(chǎn)狀之前，首先要找一個能代表周圍一定范圍內(nèi)巖層產(chǎn)狀的較為平整的巖層面，然后再用羅盤測量其產(chǎn)狀要素。當(dāng)巖層不平整時，測得的誤差會較大，這時可以在巖層面上放一本書或平整的薄板，將羅

10、盤放在上面進行測量，以減小誤差。具體測量方法和步驟（圖4- 5）如下：圖4-6 巷道中間接測定法示意圖圖4-5 地質(zhì)羅盤測量產(chǎn)狀示意圖 （1）測巖層走向?qū)⒘_盤的長邊緊貼巖層面，輕輕調(diào)整羅盤（長邊必須始終緊貼于巖層面），使羅盤上的水準(zhǔn)氣泡居中，待磁針靜止后，讀磁北（或南）針?biāo)付缺P上的刻度即得巖層的走向。因走向是向兩個方向延長的，故可測得兩個相反的方向，二者相差180°。（2）測巖層傾向?qū)⒘_盤的短邊緊貼于巖層面，并使羅盤瞄準(zhǔn)器大致指向巖層傾斜方向，輕輕調(diào)整羅盤（短邊必須始終緊貼于巖層面），使羅盤上的水準(zhǔn)氣泡居中，待磁針靜止后，讀磁北針?biāo)付缺P上的刻度即得巖層傾向。因走向和傾向互相垂直，

11、故二者讀數(shù)相差90°。（3）測巖層傾角 將羅盤長邊沿傾斜線方向緊貼巖層面上，直立放置，用手輕輕撥動調(diào)整底盤背面的半圓形金屬片，使傾斜儀上的柱狀水準(zhǔn)氣泡居中，讀傾斜儀中間線所指的傾斜角度盤刻度數(shù)即得巖層傾角。 2. 間接測定法當(dāng)找不到理想的巖層面，難以直接測定巖層產(chǎn)狀，這時可采用間接測定法。如圖4-6所示，BD、CD為巷道掘進過程中實際見到的同一巖層層面。測量時，在B、D連線上任意找一點E，并在C、D連線上找一點F，用測繩連接E、F。將羅盤長邊緊貼測繩上，調(diào)整E、F的位置和羅盤，使羅盤上的水準(zhǔn)氣泡居中（此時E、F在同一水平面上），待磁針靜止后，讀磁北（或南）針?biāo)付缺P上的刻度（測繩EF

12、的方向）即得巖層的走向。巖層的傾向可根據(jù)巖層實際傾斜的方向利用巖層走向（即EF方向）加（或減）90°求得。傾角可利用下式計算得出：式中 -巖層傾角；2-巷道迎頭上巖層的視傾角，可用羅盤直接測得；-巷道迎頭巖壁方向與巖層傾向的夾角，巷道迎頭巖壁方向可用羅盤測得。用羅盤測定巖層產(chǎn)狀時，應(yīng)注意不要靠近帶有磁性的金屬物件和電纜等，以免因其吸引磁針而造成測量不準(zhǔn)確。在實際工作中，有時因地形和巖層揭露情況等條件的限制或測點附近有含磁性礦物的礦床，而不能用羅盤直接測定巖層產(chǎn)狀，這時可以采用經(jīng)緯儀、全站儀等測量設(shè)備測得層面的3個以上點的高程，通過計算來確定巖層產(chǎn)狀。（三）巖層產(chǎn)狀要素的表示方法巖層產(chǎn)

13、狀要素的表示方法沒有統(tǒng)一的規(guī)定，可采用簡單圖示加文字標(biāo)注表示的方法，常用的有象限角表示法和方位角表示法。 1. 象限角表示法以地球子午線為基準(zhǔn)線，南、北兩端記為0，東西兩端記為90°，用銳角記錄走向和傾角（圖4-7a）。因為傾向可以通過走向計算出來，所以不記錄或作為驗證走向的參考。如巖層走向為北偏東30°或南偏西，向南東傾斜，傾角為15°，記錄為N30°E15°SE或S30°W15°SE。(a)90°090°0S0°0N0°030°030°0MNOP90°

14、0270°0S180°0N0°0120°0MNOP(b)圖4-7 巖層產(chǎn)狀要素的表示方法示意圖（a）象限角法；（b）方位角法；MN為走向線；OP為傾向線2. 方位角表示法方位角表示法是以地理正北（N）為起點（0º），順時針旋轉(zhuǎn)一周為360 º。巖層走向線或傾向線與正北方向的順時針夾角即為走向或傾向的方位角（圖4-7b）。上述巖層產(chǎn)狀為例，則全面記述巖層走向、傾向和傾角的方式有N30°SE15°、N30°SE15°等。只記錄傾向和傾角的方式有120°15°、SE120°

15、;15°等。第二節(jié) 褶皺構(gòu)造巖石在受地球構(gòu)造運動的作用下，會發(fā)生變形和變位。變形分可以為彈性變形、塑性變形、斷裂三類。彈性變形的特點是在彈性限度內(nèi)，變形在外力解除后，恢復(fù)原狀。塑性變形 的特點是受力超出彈性極限時，柔性較大的物體，發(fā)生永久性變形。斷裂的特點是受力超出強度極限，脆性物體幾乎無塑性變形，很快斷裂。由于彈性變形不被保留，對研究地質(zhì)構(gòu)造沒有意義，因此地質(zhì)構(gòu)造中保留的是巖石塑性變形和斷裂的結(jié)果，其中塑性變形產(chǎn)生巖層褶皺，斷裂產(chǎn)生斷層、節(jié)理和裂隙。而且?guī)r石的變形狀態(tài)與巖石本身的性質(zhì)和巖石所處的環(huán)境有關(guān)。在地表常溫、常壓條件下，泥巖、頁巖容易產(chǎn)生塑性變形，形成褶皺；粗砂巖、石灰?guī)r的

16、脆性大，容易形成斷裂。但在地下高溫、高壓條件下，各類巖石都具有一定塑性（柔性）均可發(fā)生塑性變形。這就是為什么我們在野外能夠看到礫巖、灰?guī)r、石英砂巖等通常認為脆性很大的巖層同樣有褶皺彎曲現(xiàn)象。一、褶皺構(gòu)造的基本概念（一）褶皺與褶曲巖層受力后，發(fā)生塑性變形，改變了原有的空間位置和形態(tài)，但其連續(xù)性未受到破壞，形成一系列連續(xù)的波狀彎曲構(gòu)造，稱為褶皺構(gòu)造（圖4-8 )，簡稱為褶皺。褶皺構(gòu)造中的一個彎曲稱為褶曲，因此褶曲是褶皺的基本單位，而褶皺則是由一系列褶曲組合而成的。圖 4-8 褶皺與褶曲剖面示意圖褶皺構(gòu)造在地殼中分布廣泛，形態(tài)多樣，規(guī)模大小相差十分懸殊。大者可達數(shù)十公里乃至數(shù)百公里，小者可顯露于手標(biāo)

17、本上，有的甚至需要借助于顯微鏡才能觀察得到。褶皺的規(guī)模在一定程度上反映了褶皺形成時的地質(zhì)作用的方式和強弱。（二）褶曲的要素自然界中褶曲的形態(tài)多種多樣，為了正確地描述和研究褶曲，通常把褶曲的各個組成部分及其幾何關(guān)系分別命名，并統(tǒng)稱為褶曲要素（圖4-9）。褶曲要素主要有以下幾個：（1）核部 泛指褶皺巖層的中心部位。（2）翼部 褶曲核部兩側(cè)的巖層。（3）翼角 指兩翼巖層與水平面的夾角，即翼部巖層的傾角。（4）軸面 平分褶曲兩翼的假想面（近于對稱面），可以是平面也可以是曲面。（5）頂角 也稱翼間角，是指褶曲兩翼同一巖層之間的夾角。（6）樞紐 軸面與巖層面的交線。（7）軸線 也稱軸，是指軸面與水平面的交

18、線，它永遠是一條水平線。如果軸面是一個簡單的平面，則它是一條水平直線；如果軸面是一個復(fù)雜的曲面，則它是一條水平的曲線。軸的延長方向稱為軸向，代表褶曲的延展方向。（8）軸跡 軸面與地表面的交線稱為軸跡。軸跡的形狀不僅與軸面形狀有關(guān)，而且也受地形控制，其延伸方向表示褶曲的延展方向。（9）脊線和槽線 在橫剖面上褶曲面的最高點稱為脊，同一褶曲面上脊的連線稱為脊線；反之，褶曲面在橫剖面上的最低點稱為槽，同一褶曲面上槽的連線稱為槽線。圖4-9 褶曲的要素圖4-10 向斜和背斜（三）褶曲的分類褶曲的基本形式可分為背斜和向斜兩種（圖4-8、圖4-10）。背斜是指褶曲的核部巖層較老，向兩側(cè)逐漸對稱出現(xiàn)較新的巖層

19、，形態(tài)上一般是核部向上彎曲；向斜是指核部巖層較新，向兩側(cè)逐漸對稱出現(xiàn)較老的巖層，形態(tài)上是一般核部向下彎曲。在巖層新、老順序不不明的情況下，把向上彎曲的巖層稱為背形，把向下彎曲的巖層稱為向形。正常情況下，背斜呈背形，向斜呈向形。若地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)，造成背形的核心部位是新巖層時，則稱 為背形向斜；向形的核心部位是老巖層時，則稱為向形背斜。雖然褶曲的基本形式可分為背斜和向斜兩種基本形式，但是在自然界中，背斜和向斜的形態(tài)又是千姿百態(tài)的，采用單一一種形態(tài)分類方案很難包容褶曲的所有產(chǎn)出形態(tài)。因此，經(jīng)常從不同的方面和角度來描述和表達褶曲，構(gòu)造分析中多采用褶曲的橫剖面、縱剖面和平面的形態(tài)進行分類。1. 褶曲的橫剖

20、面形態(tài)分類（圖4-11）根據(jù)褶曲的軸面產(chǎn)狀和兩翼巖層產(chǎn)狀， 褶曲可以描述為: (1)直立褶曲: 褶曲軸面直立或近于直立，兩翼巖層層序正常，產(chǎn)狀傾向相反，傾角大小近于相等。(2)斜歪褶皺：褶曲軸面傾斜，兩翼巖層傾向相反，但傾角大小不等。(3)倒轉(zhuǎn)褶曲：褶曲軸面傾斜，兩翼巖層向同一方向傾斜，其中一翼巖層層序正常，另一翼巖層層序倒轉(zhuǎn)。(4)平臥褶曲：褶曲軸面及兩翼巖層均近于水平，兩翼巖層產(chǎn)狀平緩，一翼巖層層序正常，另一翼巖層層序倒轉(zhuǎn)。(5)翻卷褶曲：軸面彎曲的平臥褶曲。直立褶曲 傾斜褶皺 倒轉(zhuǎn)褶曲 平臥褶曲圖4-11 褶曲的橫剖面形態(tài)分類2. 褶曲的縱剖面形態(tài)分類在縱剖面上，可根據(jù)褶曲樞紐的產(chǎn)狀將其

21、分為： (1)水平褶曲：褶曲樞紐產(chǎn)狀水平，整個褶曲沿著水平方向延伸，兩翼巖層的走向大致平行（圖4-12a）。 (2)傾伏褶曲：也稱傾斜褶曲，褶曲樞紐產(chǎn)狀傾斜，兩翼巖層的走向線不平行，而是在延伸一定距離后相交于一點，甚至形成巖層走向線圈閉（圖4-12b、圖4-13）。圖4-13 傾伏褶曲的立體剖面圖圖4-12 褶曲在縱剖面上的形態(tài)分類（a）水平褶曲； （b）傾伏褶曲3.褶曲的平面形態(tài)分類根據(jù)褶曲的某一巖層面在平面上出露的縱向長度和橫向長度之比，褶曲分為: （1）線狀褶曲: 褶曲的縱向和橫向長度之比為10:1，這是一種狹長形的褶曲。（2）短軸褶曲: 褶曲的縱向和橫向長度之比在3:110:1之間（圖

22、4-14）。（3）穹窿構(gòu)造和構(gòu)造盆地:縱向和橫向長度之比小于3:1，背斜稱為穹窿（圖4-15a）；向斜稱為構(gòu)造盆地（圖4-15b）。圖4-15 穹窿與構(gòu)造盆地示意圖（a）穹窿；（b）構(gòu)造盆地圖4-14 短軸褶曲（a）短軸背斜；（b）短軸向斜三、褶皺構(gòu)造的觀測與研究褶皺構(gòu)造研究的基本任務(wù)是，通過野外觀察和填圖，并結(jié)合各種地質(zhì)勘探(如物探、鉆探等)手段等所取得的地質(zhì)資料的綜合研究，查明褶皺的形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模和組合分布特點。進而研究褶皺形成機制和形成時代，為地質(zhì)、采礦、建筑、水文、環(huán)境等行業(yè)提供基礎(chǔ)資料。褶皺形態(tài)是用褶曲要素加以描述和確定的，因此，褶皺形態(tài)的研究實質(zhì)上是對各褶曲要素的分析研究，以確定

23、褶曲存在位置和基本型式，進而繪制各種地質(zhì)圖，描述和表達褶皺構(gòu)造。研究時，需要在研究區(qū)選擇露頭良好的地帶，按照進行橫穿區(qū)域構(gòu)造線的路線進行地質(zhì)構(gòu)造觀察。 首先根據(jù)已查明的地層層序和巖層產(chǎn)狀及其變化確定褶曲存在位置和基本型式；然后系統(tǒng)測定褶曲的樞紐、兩翼和軸面等要素的產(chǎn)狀。在此基礎(chǔ)上根據(jù)有關(guān)褶曲要素的特征和空間分布特征確定褶曲的類型及其組合類型。對于規(guī)模不大、保存較為完好且出露充分的褶曲，可在野外或井下直接測量其有關(guān)要素的產(chǎn)狀，實地觀測其形態(tài)特征。但對于規(guī)模較大、保存或出露不完全的褶曲來說，則往往需要系統(tǒng)測量巖層和樞紐的產(chǎn)狀，根據(jù)地層露頭分布規(guī)律、巖層產(chǎn)狀變化規(guī)律、褶曲內(nèi)部小構(gòu)造的發(fā)育特征等綜合分

24、析確定褶皺構(gòu)造的要素及產(chǎn)狀。（一）褶皺的野外識別1.褶皺存在的識別自然界中有一部分褶皺，可以在有限的地段內(nèi)（如地表露頭和礦井巷道或工作面上）直接看到。但更多的褶皺由于揭露不完全、組合型式多樣、地層層序不明確及其它地質(zhì)構(gòu)造的干擾等原因，因而很多情況下很難簡單的確定褶皺的類型和產(chǎn)狀，這就需要根據(jù)地層產(chǎn)狀和分布規(guī)律來進行研究。一般來說，褶皺存在的最基本標(biāo)志是新老地層對稱重復(fù)出露?？梢赃x擇在地表露頭、斷裂面或其它工程施工挖開處進行觀察，若發(fā)現(xiàn)地層有對稱重復(fù)現(xiàn)象，就需要仔細研究是否有褶皺的存在。由于水平巖層和傾斜巖層相切割在地表上有時也會形成新老巖層對稱重復(fù)出露現(xiàn)象，因此必須結(jié)合巖層產(chǎn)狀及地形起伏狀況加

25、以綜合分析來區(qū)別，比較有效的辦法是畫幾個不同方向的剖面圖加以對比，一般就可以區(qū)分出是褶皺還是巖層切割。2.褶皺基本類型的確定對比褶皺核部和翼部巖層排列次序和新老關(guān)系，如果核部巖層較老，兩翼巖層較新，則可確定為背斜；如果核部巖層較新而翼部巖層變老，則可確定為向斜。3.褶皺形態(tài)的識別在確定褶皺的基本類型之后，可根據(jù)兩側(cè)巖層的產(chǎn)狀特征，進一步確定褶皺的形態(tài)。如果兩翼巖層傾角相近而傾向相反，則其為直立褶皺；如兩翼巖層傾向相反而傾角差別較大，則為斜歪褶皺；若兩翼巖層朝同一方向傾斜或傾向相同，則應(yīng)為倒轉(zhuǎn)褶皺，其傾向反轉(zhuǎn)的一翼應(yīng)為褶皺的倒轉(zhuǎn)翼；平臥褶皺如果揭露不完全識別就會比較困難，需要充分了解其頂部和巖層

26、的排列順序后才能確定。因此，褶皺基本類型的確定如是背斜還是向斜，必須結(jié)合相鄰褶皺的形態(tài)和類型綜合分析確定。4.褶皺的平面展布狀況在確定了褶皺的類型及形態(tài)之后，還應(yīng)進一步了解褶皺的平面展布情況。如果褶皺兩翼的巖層走向基本一致或平行，表明樞紐近于水平，應(yīng)為水平褶皺；如果兩翼巖層走向不同且兩翼間的出露寬度沿軸向變寬或變窄，則應(yīng)為傾斜（伏）褶皺，出露寬度變窄的端則為背斜的傾伏端，而出露寬度變寬的一端則為向斜的傾伏端。在研究地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的過程中，作圖推測法是一種簡單而又行之有效的方法，實踐工作中經(jīng)常用到。其基本思路就是根據(jù)某一揭露面的信息畫出草圖，然后根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造的基本理論和實踐經(jīng)驗，推測在現(xiàn)有信息基礎(chǔ)

27、上可能出現(xiàn)的地質(zhì)構(gòu)造類型和形態(tài)，再根據(jù)其它信息確定或排除某一（些）可能，逐步確定地質(zhì)構(gòu)造的真實形態(tài)。如圖4-16所示，在巷道掘進中，如果發(fā)現(xiàn)近似平行對稱重復(fù)排列的地層，則可以推斷為圖4-16a或4-16b兩種可能，一種是背斜，一種是向斜。這種情況下，就必須再根據(jù)其它信息來確定到底是哪一種。如果發(fā)現(xiàn)圖4-16c所示的對稱重復(fù)排列的地層，則可以推斷為背斜。這里需要指出的是，最后一定要根據(jù)地層年代的新老順序及其它信息綜合分析進行確定。（a） （b） （c）圖4-16 根據(jù)剖面地層排列推斷褶皺類型（二）褶曲內(nèi)部小構(gòu)造的觀測研究在褶曲形成過程中，巖層受力變形會伴生或派生出許多次級小構(gòu)造，如小褶皺、小斷層

28、、層面擦痕、劈理、層間破碎帶等。這些小構(gòu)造都有規(guī)律地發(fā)育于主褶曲的一定部位，與主褶曲存在一定的力學(xué)和幾何關(guān)系，從不同側(cè)面反映著主褶曲的某些特征。通過對褶曲內(nèi)部小褶皺的觀測，分析它們所反映的巖石物質(zhì)的運動特征和應(yīng)力應(yīng)變分布情況，并結(jié)合褶曲的形態(tài)產(chǎn)狀以及組成褶曲的巖層力學(xué)性質(zhì)和巖層厚度變化等，有助于探討褶皺成因機制和變形過程。1. 層面擦痕層面擦痕是巖層受力彎曲變形過程中巖層之間相對滑動、摩擦在層面上留下的痕跡。它可以發(fā)育在褶曲的兩翼或轉(zhuǎn)折端等處。當(dāng)褶曲樞紐水平時，翼部的擦痕方向與樞紐（或巖層走向）近于垂直；當(dāng)樞紐傾斜時，擦痕方向則與樞紐斜交或近于平行。2. 小褶皺小褶皺亦稱為拖拉褶皺。它是一種不

29、對稱的層間小褶皺，多發(fā)育于兩層堅硬巖層之間的軟巖層中，是在主褶曲形成過程中，由于上部巖層相對向上滑動，而下部巖層相對向下滑動所產(chǎn)生的力偶作用而形成的（圖4-17 ）。主要發(fā)育于主褶曲的翼部，其軸線與主褶曲軸線近于平行；軸面與巖層面斜交，二者的銳夾角指向相鄰巖層相對滑動方向。由此可見，相對向上滑動的是新巖層，向下滑動的是老巖層，新巖層的滑動方向常指向背斜的轉(zhuǎn)折端，老巖層的滑動方向則常指向向斜的軸部。如果小褶曲軸面傾角大于巖層傾角，則巖層層序止常；如果小褶曲軸面傾角小于巖層傾角，則巖層倒轉(zhuǎn)。根據(jù)上述規(guī)律即可判定背斜和向斜的位置，恢復(fù)褶皺形態(tài)（圖4-18）。圖4-17 層間小褶皺示意圖（圖中箭頭表示

30、順層滑動方向）圖4-18 利用層間小褶皺確定主褶曲形態(tài)示意圖 3.劈理巖石受力后，在最大剪切面方向產(chǎn)生的微細面密集的裂縫叫劈理。一般情況下，褶曲兩翼的劈理面與褶曲軸面平行，或以軸面為對稱面對稱分布；劈理面與巖層面所夾銳角指向相鄰巖層的運動方向。一般來說，向上滑動的是巖層的頂面，向下滑動的是巖層的底面。因此劈理與巖層向上的銳夾角指示相鄰巖層向背斜頂部運動；若巖層傾向與劈理傾向相反或二者傾向相同但巖層傾角小于劈理傾角，則巖層層序正常。若二者傾向一致而巖層傾角大于劈理傾角時，則巖層層序應(yīng)是倒轉(zhuǎn)的。據(jù)此可判定背斜和向斜的相應(yīng)位置及某些形態(tài)特征，（三）褶皺的形成機制研究地質(zhì)構(gòu)造的形成機制，可以推斷構(gòu)造形

31、成的環(huán)境、力的作用方式、周圍巖層構(gòu)造的分布特點及其相互關(guān)系，對生產(chǎn)具有預(yù)判和指導(dǎo)的作用，因此工作中應(yīng)該加以重視。褶皺的形成一般都經(jīng)歷了長期而復(fù)雜的變形過程，受到多種因素的影響。根據(jù)觀察和實驗式的模擬實驗研究，一般認為，褶皺的形成主要與力的作用方式、變形環(huán)境、巖石力學(xué)性質(zhì)及巖層厚度等因素有關(guān)。在不同的條件和環(huán)境下，形成的褶皺的類型、形態(tài)、樣式是不同的。根據(jù)褶皺的形成條件、褶皺類型及形態(tài)，可將褶皺的形成機制分為縱彎褶皺作用、橫彎褶皺作用、剪切褶皺作用、柔流褶皺作用等?？v彎褶皺作用是水平狀態(tài)的巖層受到側(cè)向的順層擠壓力的作用后發(fā)生彎曲而形成褶皺?？v彎褶皺作用是形成褶皺的主要力學(xué)作用形式?？v彎褶皺作用按

32、變形方式又可分為彎滑褶皺和彎流褶皺作用。彎滑褶皺作用是指巖層在水平擠壓力作用下，通過層間滑動而發(fā)生的彎曲變形（圖4-19)，彎滑作用往往形成平行褶皺。彎流褶皺作用是指巖層發(fā)生彎曲變形時，不僅有層間滑動，而且還有顯著的順層物質(zhì)流動。流動方向通常從擠壓力較大的翼部流向擠壓力小的轉(zhuǎn)折端，塑性巖層在翼部變薄，在轉(zhuǎn)折端加厚，容易形成頂厚褶皺（圖4-20）。煤系地層在形成褶皺時，煤層容易產(chǎn)生塑性流動，形成頂部厚翼部薄的褶皺。由于縱彎褶皺作用容易在層間發(fā)生剪切滑動，因此在堅硬巖層的翼部可能見到旋轉(zhuǎn)剪節(jié)理和同心節(jié)理。圖4-20 彎流褶皺作用形成頂厚褶皺圖 4-19彎滑褶皺作用（a）彎曲前；（b）彎曲后橫彎褶皺

33、作用是巖層受到與層面垂直的作用力后發(fā)生彎曲而形成褶皺。這類褶皺主要是由于地殼的局部升降運動、基底斷塊的垂直運動、巖漿侵入頂托和鹽巖的底辟作用形成的（圖4-21）。橫彎褶皺作用引起的彎流作用是使巖層物質(zhì)從褶皺彎曲的頂部向翼部流動， 從而形成頂部巖層薄，翼部巖層相對厚的頂薄褶皺。 圖4-21 橫彎褶皺的幾種模式(a）地殼局部升降；(b）基底斷塊的垂直運動；(c）巖漿侵入頂托； (d）巖鹽底辟剪切褶皺作用是指巖層沿著一系列與巖層不平行的密集劈理面(破裂面)發(fā)生差異滑動而形成褶皺的作用（圖4-22）。剪切褶皺作用又稱滑褶皺作用。在這種褶皺作用中原始的巖層面已經(jīng)不起控制作用，而只是作為滑動結(jié)果的標(biāo)志或參

34、照系。在變質(zhì)巖中劈理和片理特別發(fā)育，因此，剪切褶皺作用多發(fā)生在變質(zhì)巖區(qū)。剪切褶皺作用所形成的褶皺并非巖層面發(fā)生了彎曲變形，而是層面沿密集的平行劈理或片理面發(fā)生差異滑動而顯現(xiàn)出彎曲的外貌圖4-22 剪切褶皺作用的作用模式圖圖4-23 膝褶作用形成的尖棱褶皺 柔流褶皺作用是指高韌性巖石(如巖鹽、石膏、或煤層等)或者是巖石處于高溫高壓環(huán)境下變成高韌性體，受到外力的作用，發(fā)生類似粘稠的流體那樣的流動變形，從而形成形態(tài)復(fù)雜多變的褶皺。膝褶作用主要發(fā)生在巖性較均一的脆性薄巖層或面理化巖石中，脆性薄巖層受到與層理或面理近于平行的壓力作用，使巖層發(fā)生層間滑動，同時又出現(xiàn)應(yīng)力受限或應(yīng)力集中，而使滑動面在軸面處發(fā)

35、生急劇轉(zhuǎn)折（類似人的膝關(guān)節(jié)）而形成尖棱褶皺（圖4-23）。（四）褶皺形成時代的確定褶皺是構(gòu)造運動的結(jié)果，所以褶皺形成時代與同期構(gòu)造運動是相聯(lián)系的。一般通過區(qū)域性角度不整合來確定褶皺形成的時間范圍。原始水平巖層在構(gòu)造應(yīng)力的作用下發(fā)生彎曲，形成褶皺。然后由于地殼的上升運動，褶皺地層上升后遭受風(fēng)化剝蝕，形成風(fēng)化剝蝕面。若地殼重新下降，就會在風(fēng)化剝蝕面上沉積新的水平巖層，這樣就在新巖層面和褶皺剝蝕面之間形成角度不整合。由此可以推斷，褶皺的形成時代是在不整合面下伏最新褶皺巖層形成之后，上覆最老巖層形成之前，即用角度不整合的形成時代作為褶皺的形成時代。此外，還可以通過褶皺地層的巖性厚度分析或測定與褶皺相接

36、觸的巖漿巖體的同位素年齡來推斷褶皺的形成時代。第三節(jié) 斷裂構(gòu)造巖層或巖體受力后發(fā)生塑性形變形成褶皺構(gòu)造，當(dāng)受應(yīng)力達到或超過巖石的強度極限時，就會發(fā)生脆性形變，形成大小不一的破裂和錯動，統(tǒng)稱為斷裂構(gòu)造。斷裂構(gòu)造使巖石的連續(xù)完整性遭到破壞。根據(jù)斷裂面兩側(cè)的巖塊是否產(chǎn)生明顯的相對位移，可將斷裂構(gòu)造分為節(jié)理和斷層兩種類型。一、節(jié)理斷裂面兩側(cè)巖塊沒有明顯相對位移的斷裂構(gòu)造稱為節(jié)理，又叫裂隙。節(jié)理的破裂面稱為節(jié)理面。節(jié)理面的產(chǎn)狀有直立的、傾斜的或水平的，可以用走向、傾向和傾角進行描述。節(jié)理的規(guī)模大小不等，小者數(shù)厘米，大者幾十米甚至更長。節(jié)理構(gòu)造是地殼上部巖石中發(fā)育最廣的一種地質(zhì)構(gòu)造，常成群出現(xiàn)，表現(xiàn)為一定

37、的組合規(guī)律，因此節(jié)理的研究在理論上和實踐上都具有重要意義。一些礦區(qū)礦床中的礦體的形狀、產(chǎn)狀和分布與該區(qū)節(jié)理的性質(zhì)、產(chǎn)狀和分布有密切關(guān)系。節(jié)理與地下水和瓦斯的運移和儲集有一定的關(guān)系。巷道施工之前也需要了解節(jié)理構(gòu)造的規(guī)模、特點和分布狀況。因此研究礦區(qū)的節(jié)理分布及其特性對煤炭開采具有重要意義。（一）節(jié)理的分類 1.節(jié)理的成因分類（1）原生節(jié)理 各類巖石在其最初形成過程中形成的節(jié)理，如沉積巖層面構(gòu)造中的泥裂及煤層中的內(nèi)生裂隙，侵入巖體因冷凝收縮形成的冷凝節(jié)理，玄武巖熔巖層中垂直于流面的六邊形柱狀節(jié)理等。（2）次生節(jié)理 指巖層形成后在風(fēng)化、重力、邊坡卸荷、人為因素等作用下形成的節(jié)理。根據(jù)作用力的來源和作

38、用性質(zhì)不同，又可分為構(gòu)造節(jié)理和非構(gòu)造節(jié)理。構(gòu)造節(jié)理 是由地殼構(gòu)造運動使巖石產(chǎn)生破裂形成的節(jié)理。這種節(jié)理分布十分廣泛，在各種煤、巖層中都能經(jīng)常見到，且具有明顯的規(guī)律性，與褶皺、斷層等構(gòu)造具有密切的成因聯(lián)系和空間組合關(guān)系（圖4-24）。非構(gòu)造節(jié)理 指由外力地質(zhì)作用或人為因素形成的節(jié)理。如風(fēng)化、滑坡、崩塌，巖溶塌陷、冰川活動及人工爆破等所形成的節(jié)理。其中最常見和分布最為廣泛的是風(fēng)化節(jié)理。風(fēng)化節(jié)理的特點是排列不規(guī)則，常發(fā)育于地表附近，隨深度增加發(fā)育程度減弱，節(jié)理密度減小，到一定深度后即完全消失。圖4-24 斷層旁側(cè)的節(jié)理l.羽狀張節(jié)理；2、3. 羽狀剪節(jié)理圖4-25 節(jié)理的產(chǎn)狀分類示意圖1.走向節(jié)理；

39、2.傾向節(jié)理；3、4.斜向節(jié)理 2.節(jié)理的產(chǎn)狀分類根據(jù)節(jié)理產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系，可將節(jié)理分為四種（圖4-25)： （1）走向節(jié)理 節(jié)理走向與巖層走向大致平行。（2）傾向節(jié)理 節(jié)理走向與巖層走向大致垂直。 （3）斜向節(jié)理 節(jié)理走向與巖層走向斜交。 （4）順層節(jié)理 節(jié)理面與所在的巖層層面大致平行。 3.節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)分類根據(jù)節(jié)理的力學(xué)成因可把節(jié)理分為剪節(jié)理和張節(jié)理兩種。圖4-27 褶皺產(chǎn)生的張節(jié)理示意圖l.縱張節(jié)理；2.橫張節(jié)理12（1）剪節(jié)理 由剪切應(yīng)力作用而形成，節(jié)理面與最大剪應(yīng)力方向一致。典型的剪節(jié)理往往組成由兩組不同走向的剪節(jié)理構(gòu)成的共軛“X”型節(jié)理系,這種節(jié)理系發(fā)育較好時,則將巖石切割成

40、菱形或棋盤格狀（圖4-26）。如果一組方向的節(jié)理發(fā)育而另一組方向的節(jié)理不發(fā)育,則形成一組平行延伸的節(jié)理,巖石切割成板狀。剪節(jié)理產(chǎn)狀較穩(wěn)定,平面上沿走向延伸較遠,剖面上切割較深，發(fā)育于礫巖和砂巖中的剪節(jié)理, 一般都會穿切礫石和沙粒等粒狀物體。節(jié)理的剪裂面較平直、光滑,有時在剪切面上有因剪切滑動產(chǎn)生的擦痕。剪節(jié)理廣泛發(fā)育于褶皺巖層中。圖4-26 剪節(jié)理將巖石切割成棋盤格狀（2）張節(jié)理 張節(jié)理是由張應(yīng)力作用而形成的，節(jié)理面大致垂直于最大張應(yīng)力方向。這類節(jié)理可以大面積發(fā)育，也可以局部分布。區(qū)域性的張節(jié)理通常是直立的或近于直立，規(guī)模較大；局部性張節(jié)理則分布于其它地質(zhì)構(gòu)造類型的一定部位，規(guī)模較小。與剪節(jié)理

41、相比，張節(jié)理相對規(guī)模較小，剖面上切割淺，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，延伸不遠，分枝合并現(xiàn)象較為常見。張節(jié)理面一般粗糙不平，節(jié)理面上無擦痕。在礫巖和砂巖中發(fā)育的張節(jié)理，不穿切礫石和砂粒， 而是繞過礫石和砂粒彎折延伸。張節(jié)理往往呈開啟張口狀態(tài), 可被巖脈、礦脈充填。如在褶曲核部堅硬巖層的轉(zhuǎn)折端和樞紐急劇傾伏部位張應(yīng)力集中，常常形成楔形張節(jié)理，這些張節(jié)理往往呈兩組出現(xiàn)，一組與褶曲軸平行或近于平行，稱為縱張節(jié)理；另一組與褶曲軸垂直或近于垂直，稱之為橫張節(jié)理（圖4-27)。在斷層附近，也會因力偶作用形成羽狀張節(jié)理（圖4-24）。（二）節(jié)理的觀測與研究研究節(jié)理，首先要在野外或井下進行直接觀測和收集資料，在此基礎(chǔ)上，再在室

42、內(nèi)進行資料的整理和綜合分析，編制有關(guān)圖件，分析、解決有關(guān)生產(chǎn)實際的問題。在野外或井下對節(jié)理進行現(xiàn)場觀測時，要選擇適當(dāng)?shù)臉?gòu)造部位，建立觀測點，對節(jié)理發(fā)育狀況及其特征參數(shù)進行詳細的觀測與記錄。同時應(yīng)詳細觀測節(jié)理面的光滑平整程度、擦痕發(fā)育情況、節(jié)理的張開與閉合程度、充填特征、節(jié)理長度、分布特征等。繪制相關(guān)草圖，認真填寫節(jié)理觀測記錄表（表4-1）?？梢暂o助進行拍照、錄像等，便于室內(nèi)整理和分析資料。表4-1 節(jié)理觀測記錄表觀測點號及位置巖層巖性及產(chǎn)狀節(jié)理產(chǎn)狀節(jié)理密集程度節(jié)理面特征節(jié)理的形態(tài)特征及伴生構(gòu)造特征所在構(gòu)造部位礦物現(xiàn)象及充填物備注現(xiàn)場觀測記錄完成后，根據(jù)觀測的資料結(jié)合研究的目的和要求編制出相應(yīng)的

43、節(jié)理圖件，簡明、清晰地反映節(jié)理的發(fā)育狀況規(guī)律，闡明節(jié)理與其它地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，從而進一步分析、解決實際問題。二、斷層斷層是巖石受力發(fā)生破裂，斷裂面兩側(cè)巖塊存在明顯的相對位移的斷裂構(gòu)造。斷層在自然界里發(fā)育廣泛，是巖石圈中最重要的地質(zhì)構(gòu)造類型。其規(guī)模變化很大，小的斷層延伸僅有幾米，相對位移不過幾厘米；大的斷層可延伸數(shù)百公里至數(shù)千公里，相對位移可達幾十公里；有的大斷層甚至跨越洲際，切穿地殼硅鋁層，深至地慢巖石圈。斷層的形成時代有早有晚，可以是一期也可以是多期地殼運動的產(chǎn)物，有些古斷層已經(jīng)趨于穩(wěn)定，有些至今仍在活動。它往往構(gòu)成區(qū)域地質(zhì)構(gòu)架，控制區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其演化，影響區(qū)域成礦作用和礦產(chǎn)資源的開發(fā)。對礦

44、井生產(chǎn)、水利工程的影響更大，甚至還可能引發(fā)地震、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。因此斷層的研究具有重要的理論意義和實際意義。斷層和節(jié)理同屬斷裂構(gòu)造，就其力學(xué)成因而言，兩者不存在本質(zhì)差別，只是規(guī)模大小不同，而且斷層往往是由節(jié)理發(fā)展而成。（一）斷層要素斷層要素是斷層基本組成部分的總稱，是用以描述斷層空間形態(tài)特征的幾何要素。主要包括斷層面、斷層線、交面線、斷盤、斷距等（圖4-48）。1.斷層面斷層兩側(cè)巖塊總是沿著一定的破裂面發(fā)生相對位移，這個破裂面稱為斷層面。斷層面的空間位置由其走向、傾向和傾角確定。斷層面往往不是一個簡單平直的面，而是在走向、傾向、傾角都會發(fā)生變化的曲面，或者形成一系列斷裂面和次級破裂面組成的(斷

45、層) 破碎帶，破碎帶的寬度一般為數(shù)十厘米到數(shù)十米。圖4-49 斷煤交線示意圖 (a）正斷層；(b）逆斷層 l-上盤斷煤交線；2-下盤斷煤交線；3-煤層底板等高線圖4-48 斷層要素示意圖2.斷盤斷層面兩側(cè)沿斷層面發(fā)生相對位移的巖塊稱為斷盤。相對向上移動的巖塊稱為上升盤；相對向下移動的巖塊稱為下降盤。當(dāng)斷層面傾斜時，位于斷層面土方的巖塊稱為上盤，位于斷層兩下方的巖塊稱為下盤；當(dāng)斷層面直立時，則無上、下盤之分，可根據(jù)斷盤走向和兩盤的相對位置關(guān)系命名，如東盤和西盤或北盤和南盤。3.斷層線斷層線是指斷層面與地面的交線，也就是斷層面在地面上的出露線。通常用斷層線來表示斷層分布的平面位置，斷層線的方向反映

46、斷層的延伸方向，其形狀由斷層產(chǎn)狀和地形決定，可能是直線，也可能是曲線。4.交面線斷層面與巖層面（一般取巖層底面）的交線稱為交面線。煤炭開采中，習(xí)慣把斷層面與煤層面的交線，稱為斷煤交線；斷層面與上盤煤層面的交線，稱為上盤斷煤交線；斷層面與下盤煤層面的交線稱為下盤斷煤交線（圖4-49）?？梢允莾蓷l直線或曲線，可以是平行或者交叉，也可以向一端撒開而向另一端收斂合并消失或向兩端收斂消頭。在煤層底板等高線圖上，當(dāng)斷層上、下斷煤交線之間是無煤帶時，斷層是正斷層；當(dāng)上、下斷煤交線之間有煤層重疊時，斷層是逆斷層。5.斷距斷層兩盤對應(yīng)(標(biāo)志)層之間位移的距離稱為斷距。斷距是反映斷層規(guī)模大小的重要參數(shù)，也是煤炭開

47、采中非常關(guān)注的一項參數(shù)，因為斷距達到一定程度的斷層會影響煤礦的開采設(shè)計和開采工藝。目前，地質(zhì)界使用的斷距的名稱很多，內(nèi)涵也尚不統(tǒng)一，這里只介紹幾個常用的斷距術(shù)語。在垂直于巖層走向的剖面上可測得的斷距有：真斷距：斷層面上的某一點，隨著上下盤的相對位移而分裂為兩個點，這兩個點之間的距離稱為真斷距，也叫總斷距。但在實際工作中，測量真斷距是很困難的。地層斷距：指斷層兩盤上同一巖層面被錯開的垂直距離（圖4-50中的H0）。水平地層斷距：指斷層兩盤上同一巖層面被錯開的水平距離（圖4-50中的Hf）。鉛直地層斷距：指斷層兩盤上同一巖層面被錯開的鉛直距離（圖4-50中的Hg）。在礦山開采中，為設(shè)計豎井和平巷的

48、長度，還常常采用落差和平錯這類斷距術(shù)語落差：指垂直于斷層走向的剖面上斷層兩盤同一煤層或巖層面對應(yīng)點的標(biāo)高差（圖4-51中的ab）。平錯：指垂直于斷層走向的剖面上斷層兩盤同一煤層或巖層面對應(yīng)點的水平距離（圖4-51中的bc）。圖4-50 斷距示意圖H0一地層斷距；Hf水平地層斷距；Hg一鉛直地層斷距圖 4-51 落差、平錯示意圖ab一落差；bc一平錯（二）斷層分類斷層的分類方案很多，這里僅介紹幾種常用的分類方案。1.根據(jù)斷層兩盤相對位移的方向分類 （1）正斷層（a） （b） （c）圖4-52 斷層位移分類（a）正斷層；（b）逆斷層；（c）平移斷層指上盤相對下降，下盤相對上升的斷層（圖4-52a)

49、。一般認為正斷層是巖層受到張力作用發(fā)生斷裂形成的，其特點是斷層線比較平直，斷層面粗糙且傾角較大（一般大于45º），斷層中角礫巖膠結(jié)較松，棱角明顯。（2）逆斷層指斷層上盤相對上升，下盤相對下降的斷層（圖4-52b）。一般認為逆斷層是巖層受到水平擠壓力作用而形成的。習(xí)慣上把斷層面傾角大于45º的逆斷層稱為逆沖斷層；把斷層面傾角在25 º 45º之間的逆斷層稱為逆掩斷層；把斷層面傾角小于25 º的逆斷層稱為輾掩斷層。一般沖斷層常在正斷層發(fā)育區(qū)產(chǎn)出，并與其伴生；逆掩斷層和輾掩斷層的斷層面多呈舒緩波狀，附近常出現(xiàn)擠壓、揉皺現(xiàn)象，常與倒轉(zhuǎn)褶皺、平臥褶皺等伴

50、生，斷層帶中常形成大量壓扁或圓化的構(gòu)造角礫巖和巖粉，且定向排列。（3）平移斷層指斷層兩盤沿斷層面走向相對移動的斷層（圖4-52c），也稱平推斷層。規(guī)模巨大的平移斷層稱為走向滑動斷層。平移斷層一般斷層面近于直立，斷層線平直。一般認為它是巖層受水平扭動作用力的產(chǎn)物。這類斷層在局部剖面上與正斷層或逆斷層很難區(qū)分，因此，在煤礦生產(chǎn)中，多將其作為正斷層或逆斷層。實際上，斷層兩盤相對位移并非只是簡單的上下移動或水平移動，大多數(shù)斷層兼有兩種或兩種以上不同的移動方式，為了比較確切地反映斷層兩盤相對位移的方向，常采用組合命名方法。即當(dāng)斷層兩盤相對位移方向有主次之分時，則將主要相對位移方向定為斷層的主要名稱，次要

51、相對位移方向定為次要名稱，次要名稱在前，主要名稱在后。如正平移斷層、逆平移斷層、平移正斷層、平移逆斷層等（圖4-53），此類斷層統(tǒng)稱為斜移斷層。（a） （b）圖4-53 平移斷層（a）正平移斷層；（b）逆平移斷層（a） （b） （c）圖4-54 斷層走向與和巖層走向關(guān)系分類圖（a）走向斷層；（b）傾向斷層；（c）斜交斷層2.根據(jù)斷層走向和所切割巖層走向的關(guān)系分類（1）走向斷層 斷層走向與巖層走向基本一致（圖4-54a)。（2）傾向斷層 斷層走向與巖層走向垂直或接近垂直（圖4-54b）。（3）斜交斷層 斷層走間與巖層走向斜交（圖4-54c）。（三）斷層的組合型式斷層可以單獨發(fā)育，很多的時候是多個

52、斷層同時發(fā)育，并以一定的形式排列組合在一起，形成斷層的某種組合類型。自然界中，常見的斷層組合類型有地塹、地壘、階梯狀構(gòu)造和疊瓦狀構(gòu)造等。1. 地塹和地壘地塹 由兩條以上正斷層組成的走向大致平行，兩側(cè)斷盤上升而中間斷盤下降所形成的斷層組合構(gòu)造形態(tài)（圖4-55a）。地壘 由兩條以上正斷層組成的走向大致平行，兩側(cè)斷盤下降而中間斷盤上升所形成的斷層組合構(gòu)造形態(tài)。（圖4-55b）圖4-55 地塹和地壘示意圖(a）地塹；(b）地壘2.階梯狀構(gòu)造圖4-57 疊瓦狀構(gòu)造示意圖由一組產(chǎn)狀大致相同的正斷層排列在一起，在剖面上看，上盤呈階梯狀向同一方向依次下降所形成的斷層組合構(gòu)造形態(tài)（圖4-56）。圖4-56 階梯

53、狀構(gòu)造示意圖3.疊瓦狀構(gòu)造由一組產(chǎn)狀大致相同的正斷層排列在一起，在剖面上看，上盤呈疊瓦狀向同一方向依次上推所形成的斷層組合構(gòu)造形態(tài)（圖4-57）。（四）斷層形成機制斷層形成從本質(zhì)上講是力學(xué)現(xiàn)象（即物體斷裂問題），但它要比一般的力學(xué)問題復(fù)雜得多，涉及巖石的力學(xué)性質(zhì)、巖層產(chǎn)狀及構(gòu)造運動、圍巖狀況、外界環(huán)境等。另外，巖塊（巖樣）的力學(xué)性質(zhì)及實驗室中力的作用方式與自然界中大的巖體的力學(xué)性質(zhì)和力的作用方式都有很大的區(qū)別。因此，斷層、褶皺等很多現(xiàn)象及其形成過程是在實驗室中很難精確模擬的，只能根據(jù)力學(xué)理論作一些相應(yīng)的力學(xué)分析。當(dāng)巖石受力超過其強度極限(即應(yīng)力差超過巖石抗壓、抗張或抗剪強度)時，巖石便開始破裂

54、。破裂之初出現(xiàn)微(張)裂隙，微裂隙逐漸發(fā)展、相互聯(lián)合串連成為一條明顯的破裂面；再在剪切應(yīng)力作用下產(chǎn)生相對的滑動而形成斷層。隨著應(yīng)力的釋放，達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，一次斷裂作用結(jié)束。根據(jù)自然界絕大多斷層存在相互滑動這一特點，因此斷層面可以認為是剪切面，它是巖體受力超過其抗剪強度，沿最大剪應(yīng)力作用面產(chǎn)生的破裂面。如圖4-58，設(shè)1為形成斷層的最大主應(yīng)力，2為中間主應(yīng)力，3為最小主應(yīng)力。水平從應(yīng)力狀態(tài)進行分析，形成斷層的三軸應(yīng)力狀態(tài)中的一個主應(yīng)力軸趨于垂直水平面，斷層面是一對剪切面，最大壓應(yīng)力軸或最小張應(yīng)力軸1與兩剪切面的銳角平分線一致，最小壓應(yīng)力軸或最大張應(yīng)力軸3與兩剪切面的鈍角平分線一致，斷層兩盤垂直

55、于中間主應(yīng)力軸2方向滑動。不同斷層類型的力學(xué)成因和特點是不同的。圖4-58 形成斷層的三種應(yīng)力狀態(tài)(a）順斷層；(b）逆斷層；(c）平移斷層1.正斷層應(yīng)力狀態(tài)如圖4-58a，最大主應(yīng)力(1)直立，中間主應(yīng)力(2)和最小主應(yīng)力(3)水平，2與斷層走向一致。斷層沿最大剪切面發(fā)育。斷層(剪切面)滑動方向為上盤順斷層傾向向下滑動。2.逆斷層應(yīng)力狀態(tài)如圖4-58b最小主應(yīng)力(3)直立，中間主應(yīng)力(2)和最大主應(yīng)力(1)水平，2與斷層走向一致。斷層沿最大剪切面發(fā)育。斷層(剪切面)滑動方向為上盤順斷層傾向向上滑動。3.平移斷層應(yīng)力狀態(tài)如圖4-58c中間主應(yīng)力(2)直立，最大主應(yīng)力(1)和最小主應(yīng)力(3)水平，2與斷層走向垂直。斷層沿最大剪切面發(fā)育。斷層(剪切面)滑動方向為兩盤順斷層走向水平滑動。（五）斷層的觀察與研究斷層研究盡管有不同的內(nèi)容、方法和手段，但野外觀測一直是斷層研究的基礎(chǔ)和