学习任务节理的分类与识别
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发布时间：2022-04-22 19:59
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时间：2023-10-27 07:46
一、节理的概述
节理是岩石中的裂隙，是没有明显位移的断裂。它是断裂变形阶段（永久性变形）的产物，也是地壳上部岩石中发育最广的一种构造形迹。人们很重视对节理的研究，是因为它是一种很重要的内生储（存）矿构造。节理的存在为矿液上升、分散、渗透、容（存）矿提供条件，是找矿（隐伏矿床）的一个窗口，它可以使人们窥视地下矿产资源，如赣南钨矿五层楼模式的发现；它是油气藏地下水的通道和储存场所。此外，大量节理存在降低了岩体的稳定性，给工程带来隐患。由于节理没有位移或少量位移，其应力状态显示较清楚，是研究岩石应力与应变的重要途径。
二、节理的分类
（一）按节理的成因分类
按节理的成因，分为原生节理和次生节理。原生节理系指在成岩或岩浆活动过程中所形成的节理，如沉积岩中的泥裂、喷出（玄武岩）中的柱状节理。次生节理又可分为构造节理和非构造节理。构造节理是内力地质作用的产物，其特点是：延长、延深都有一定规模，与特定的地质环境密切相关，常是淀矿（存）的场所，输矿的“血管”，对水文工程地质影响甚大。构造节理分为有张节理、剪节理。非构造节理是外力地质作用的产物，如风化作用形成的节理，滑坡、崩塌、岩石负荷卸载后形成的扩张节理。它分布面积不大，局限地表，以张节理为主。
（二）按节理产状与岩层产状关系的分类（图5-1）
图5-1 节理产状与岩层产状关系示意图
1—走向节理；2—倾向节理；3—斜向节理；4—顺层节理
（1）走向节理：节理走向与岩层走向大体一致。
（2）倾向节理：节理走向与岩层走向大致垂直。
（3）斜向节理：节理走向与岩层走向斜交。
（4）顺层节理：节理面与所在岩层层面平行一致。
（三）按节理面走向与褶皱轴向关系的分类（图5-2）
图5-2 节理走向与褶皱轴关系示意图
1—纵节理；2—横节理；3—斜节理
（1）纵节理：节理走向与褶皱轴向大体一致。
（2）横节理：节理走向与褶皱轴向大致垂直。
（3）斜节理：节理走向与褶皱轴向斜交。
（四）按节理面走向与水平或近水平岩层产状关系的分类
根据节理的走向方位划分，如北东向节理、北西向节理、北北东向节理等。
（五）按节理的力学性质分类
按节理的力学性质可以划分为：剪节理、张节理、压性节理。
三、节理的识别
（一）剪节理
剪节理是指在剪应力（或主压应力分解的剪应力）作用下形成的破裂面。剪节理具有以下基本特征：
（1）节理面产状稳定，走向延伸远，倾向延深大。
（2）节理面平直且定向性强，时有因剪切滑动而留下的擦痕、摩擦镜面，常切穿砾石（图5-3）。裂隙未充填时，其节理面呈闭合状态。
（3）节理面呈共轭X型，常将岩石切割成菱形、棋盘格状（图5-4）。若单组剪节理发育时，两条剪节理头、尾重叠少，称羽列（图5-5）。
（4）节理尾端变化常呈折尾、分叉、菱形结环（图5-6）。
图5-3 剪节理切穿砾石素描图
（傅昭仁摄，宋姚生素描）
图5-4 陕西铜川棋盘格状剪节理素描图
（马杏垣摄，蓝淇峰素描）
图5-5 石灰岩中的剪节理羽列
（据马宗晋等，1965）
图5-6 剪节理的尾端变化示意图
（据马宗晋等，1965）
1与2、3与4分别为共轭剪节理
（5）脉充填时，脉体平整、光洁、简单。
（二）张节理
张节理是指在张应力作用下形成的与张应力方向垂直的节理。张节理具有以下基本特征：
（1）节理产状不稳定，沿走向或倾向上规模不大。
（2）节理面粗糙不平，节理面少见擦痕，裂面一般绕砾而过（图5-7A），亦可拉断砾石（图5-7B）。裂隙未充填时，其节理面呈开放状态。
（3）节理面一般呈不规则状，也可构成特定的几何形态，如追踪、单列、共轭雁列式、放射状环状。若一组张节理发育时，两条张节理的头、尾重叠多，称侧列（图5-8）。
（4）节理的尾端变化常呈杏仁状结环、树枝状分叉（图5-9）。
（5）张节理易被后期脉体充填，其脉壁不平整，脉宽变化大，常发育梳状构造（图5-14）。
图5-7 张节理绕过（A）、拉断砾石（B）示意图
图5-8 湖北白垩、古近系砂岩中张节理的侧列现象
（据马宗晋等，1965）
图5-9 张节理尾端变化形式
（据马宗晋等，1965）
四、张、剪节理的转化与组合的识别与分析
（一）追踪张节理的识别
顺剪节理的踪迹，形成（转化）新的节理（图5-10）。
图5-10 追踪张节理示意图
（二）雁列脉特征识别与分析
1.雁列脉特征识别
如图5-11所示，雁列脉的组成要素有雁列带、雁列轴和雁列角。雁列节理和雁列脉成带状展布的空间范围称为雁列带；穿过雁列带中各个单脉的中心而平分雁列带的中心面称为雁列轴；单脉与雁列轴之间的锐夹角为雁列角。雁列角的大小对分析节理的力学性质很有意义。根据野外大量实测资料统计，雁列角有两个高峰值，一个为45°左右，属于张裂型节理；另一个为10°左右，属于剪裂型节理，是由剪裂作用中与主剪切面成小角度相交的微剪裂发育而成的（图5-11）。雁列脉有左行（左列）、右行（右列）之分。垂直雁列脉或节理走向观察，前方的雁列脉或节理向左侧错列，称为左列或左行；垂直雁列脉或节理走向观察，前方的雁列脉或节理向右侧错列，称为右列或右行（图5-5）。
图5-11 雁列脉基本要素示意图
aa′、bb′—雁列带；MM′—雁列轴，
β—雁列角，AW—雁列带宽度
2.雁列脉分析
雁列脉是一组呈雁行式排列的节理，常被后期物质填充形成雁列脉。它多产在脆性岩石中，在碳酸盐岩中表现为方解石脉充填；在岩体或砂岩中，则表现为石英脉充填。雁列脉中的单脉的形态变化很大，主要有平直型和S型两种，平直型雁列脉一般长而窄，属于剪节理性质，反映破裂后变形较轻。S型雁列脉的单脉短而胖，属于张裂性质，反映剪切作用中的递进变形。由S型短而胖的单脉组成的共轭雁列脉中，一组脉体为正S型，另一组脉体为反S型（图5-12）。
图5-12 北京周口店火炬状张节理
左图为两组雁列张节理实景；右图为雁列张节理运动方向分析
如北京房山花岗岩闪长岩中发育的雁列节理和雁列脉（图5-13A），其应力场分析如下：此区先遭受南北挤压，形成X型共轭节理（图5-13B）；再后受到南北右行力偶力的作用，拉开裂口，并表现为张性，充填石英脉（图5-13C）。
图5-13 北京房山雁列节理与雁列脉为应力场分析
A—雁列节理与雁列脉野外原形；B—早期南北向挤压力状态；C—后期南北向右行力偶力状态
（三）裂开-愈合作用分析
野外大量事实现象证明，节理脉的充填常常是一个持续反复增生的过程：先形成一个细窄的裂缝，然后在外力持续作用下张开，张开的空间被结晶矿物质充填愈合。这种反复裂开-愈合的增生作用称为裂开-愈合作用。在这种开放的环境中，节理充填物的晶体常常显示纤维状或柱状的结晶习性，受垂直岩脉走向的张应力作用，其内矿物晶体受垂直裂面的张应力作用，脉内矿物的结晶方向垂直脉壁生长，形成梳状构造（图5-14）。一般说，梳状构造的产生早期是由于剪裂而形成的，而后由张应力占主导地位，致使产生梳状构造，从而充填愈合。这种梳状构造在赣南钨矿脉中常见，并形成所谓的钨砂包。
图5-14 节理梳状构造示意图
值得强调的是，自然界大部分矿物晶簇，就是在这种环境中形成的，所以，在矿山开采中要着重研究，其经济价值巨大。
（四）羽饰现象的识别与分析
在野外许多采石场上可见在采的岩石或在岩体中的破裂面上存在着呈羽毛状的精细饰纹，称为羽饰构造。它有以下几个组成部分：羽轴、羽脉、边缘带、边缘节理、陡坎（图5-15），羽脉自羽轴向两侧呈弧形发散，总体构成环状或半环状。外侧为由陡坎和缘面组成的起伏不平的边缘带，实际上是一组斜列小节理与主节理面的交切的结果（图5-16）。羽饰构造一般发育在浅层次的脆性状态岩石中，常呈人字形、放射状、环状等。一般是在快速破裂中形成的。其意义是：羽脉的发散方向指示节理的扩展方向，羽脉收敛汇聚方向和人字形尖端指向裂源点。边缘带的边缘节理及陡坎与微剪羽裂类似，显示出剪切力偶方向。
图5-15 羽饰构造示意图
1—主节理面；2—边缘带；3—羽轴；
4—缘面；5—陡坎
图5-16 北京西山凝灰质砂岩中的羽饰构造
（马杏垣摄，杨光荣素描）
五、节理组和节理系
凡是在一次构造应力作用中形成的节理，一般是有规律地成群出现，并构成一定的组合型式，称为节理组或节理系（图5-17）。
图5-17 共轭剪节理与张节理同属一节理系示意图
（一）节理组
节理组系指在一次构造运动统一应力场下形成的，产状基本一致和力学性质相同一组节理。例如，在剪应力作用下产生的羽列剪节理，在张引力作用下产生的侧列张节理，均称为节理组。
（二）节理系
在一次构造运动统一应力场下形成的由两组或两组以上的节理组，称为节理系。例如：X型共轭节理系；对于在同一次构造作用的统一应力场中形成的产状呈有规律的一组节理，也称为节理系。如底辟（盐丘）构造核上（盐上）发育一群放射状、环状张节理系。值得强调的是，图5-17中的X型共轭节理系与张节理，属同一节理系，而图5-10中所示的追踪张节理不能称为一个节理系。
值得强调的是，X型节理系是节理系的最典型形式，两组剪节理的夹角为共轭剪裂角，两组剪节理的交线代表σ2，两组剪节理的夹角平分线分别代表σ1和σ3。X型节理系与主应力轴的关系是分析应力状态和探求应力场的基础和依据。一般认为，脆性性状的岩石产生的X型节理系的锐角平分线与σ1一致，即压应力方向的剪裂角小于45°，这得到大量的实验证明（岩石有内摩擦角）。但野外在一些韧性较高不能干岩石中，发育的X共轭剪节理，有可能其压力方向与上述相反，应注意加以甄别。
