4.3 褶皱、断层及节理

褶皱、断层及节理等是工程中最常见的构造形迹。

4.3.1 褶皱

4.3.1.1 概念

褶皱构造是岩层在构造运动的作用下变形而形成的一系列连续弯曲。岩层的连续完整性未遭到破坏，是岩石塑性变形的表现。它在层状岩层中表现的最为明显，是地壳上最常见的一种地质构造形式，规模差别很大，从几厘米至几百公里都可见到。

4.3.1.2 褶皱的基本类型

褶皱的基本类型分为背斜及向斜（图4.4）。

图4.4 背斜及向斜

①～⑦代表地层由老到新

背斜外形上一般是岩层向上突出的弯曲。岩层自中心向外倾斜，核心部分是老岩层，两翼是新岩层。

向斜与背斜相对，其外形上一般是岩层向下突出的弯曲，岩层自两侧向中心倾斜，核心部分是新岩层，两翼是老岩层。

背斜与向斜的根本区别是两翼与中心地层的新老关系。不能仅凭形状判断背向斜。事实上，由于向斜核部受到挤压，物质坚硬不易被侵蚀，经长期侵蚀后反而可能成为山岭，相应的背斜却会因岩石拉张易被侵蚀而形成山谷。即所谓的“向斜山”与“背斜谷”。

4.3.1.3 褶皱的基本要素

褶皱的基本要素有核、翼等（图4.5），简述如下。

（1）核：泛指褶皱弯曲的核心部位。

（2）翼：泛指褶皱核部两侧的岩层。

（3）转折端：泛指褶皱两翼岩层互相过度的弯曲部分。

（4）枢纽：褶皱的同一层面上的各最大弯曲点的连线叫枢纽；可以是直线，也可以是曲线或折线，可以是水平线，也可以是倾斜线；枢纽反映褶皱在延长方向产状变化的情况。

（5）轴面（枢纽面）：连接褶皱各层的枢纽构成的面称为褶皱轴面，可以是平面，也可以是曲面，一般用走向、倾向和倾角三要素来描述。

图4.5 褶皱的基本要素示意图

（6）轴迹：轴面与包括底面在内的任何平面的交线均为轴迹。

（7）脊线与槽线：背斜中同一层面上弯曲的最高点的连线称为脊线；向斜中同一层面上弯曲的最低点的连线称为槽线。

（8）褶轴：指与枢纽平行的一条直线。该直线平行自身移动的轨迹形成一个与褶皱层面完全一致的面。

（9）倾伏角和侧伏角：都是测量构造线空间位置的要素。倾伏角是一条构造线在该线所在直立平面上与水平面之间的夹角；侧伏角是构造线在它所在平面上与该面平面交线之间的夹角。

4.3.1.4 褶皱的分类

褶皱的分类方式多种多样，一般按产状、形态和组合形态进行分类。

1.按褶皱轴面产状分

直立褶皱：轴面近于直立，两翼倾向相反，倾角近于相等。

斜立褶皱：轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不相等。

倒转褶皱：轴面倾斜，两翼倾向相同，倾角可以相等，也可以不相同。

平卧褶皱：轴面近于水平，一翼地层正常，另一翼地层倒转。

翻卷褶皱：轴面弯曲的平卧褶皱。

2.按枢纽产状分

水平褶皱：枢纽近于水平，两翼的走向基本平行。

倾伏褶皱：枢纽倾伏（倾伏角介于10°～80°之间），两翼走向不平行。

倾坚褶皱：枢纽近于直立。

3.按面上的组合类型分

复背斜和复向斜：系指褶皱两翼被一系列次一级的褶皱所复杂化的大背斜或大向斜。

隔挡式褶皱：是由一系列平行线状延伸的窄而紧闭的背斜和开阔平缓的向斜排列而成的一组褶皱，简单地说就是背斜窄，向斜宽。我国川东地区的构造样式为典型的隔挡式褶皱。

隔槽式褶皱：是由一系列平行线状延伸的紧闭向斜和开阔平缓背斜相间排列而成的一组褶皱。简单地说就是向斜窄，背斜宽。其背斜形状似箱子，又称箱状褶皱，是过渡型活动区的一种典型的褶皱类型。中国标准实例见于黔北、湘西一带。

4.3.2 断层

4.3.2.1 概念

断层是岩层或岩体顺破裂面发生明显位移的构造，断层在地壳中广泛发育，是地壳的最重要构造之一。

断层大小不等，大的断层可纵贯整个岩石圈，水平则可绵延几千公里。由于较大的断层通常都不只是一个简单清晰的断面，而是一组断面的集合，因此人们又提出了断层带（断层破碎带）的概念。在地质学文献中，规模巨大的断层带则通常叫做断裂带。

4.3.2.2 断层的基本要素

断层有断层面、断层线和断层盘三要素（图4.6、图4.7）。

断层面是指岩层受力后发生相对位移的破裂面，呈面状展布，具有一定的走向、倾向、倾角。断层面有的光滑，有的有擦痕，有的呈波状起伏较粗糙。

断层线是指断层面与地面的交线，可直可弯，甚至形成一条宽窄不等、成带状分布的破碎地带，称为断层破碎带。

图4.6 断层要素示意图一

AB—断层线；C—断层面；α—断层倾角；E—上盘（断层盘）；F—下盘（断层盘）；DB—总断距

图4.7 断层要素示意图二

图4.8 断层按两盘相对运动的关系分类示意图

断层盘是指断层面两侧的断块，位于断层面上方的称为上盘，下方的称为下盘，相对上升的一盘称为上升盘，相对下降的一盘称为下降盘。

4.3.2.3 断层的分类

1.按断层两盘相对运动的关系分类（图4.8）

（1）正断层：上盘相对下降，下盘相对上升的断层，称为正断层。正断层的产状一般较陡，断层线比较平直，一般是由于重力作用或水平张力作用形成的，并在垂直于张应力方向上发育。

（2）逆断层：下盘相对下降，上盘相对上升的断层，称为逆断层。逆断层产状一般比较平缓，断层线常呈舒缓的波状曲线。逆断层一般是受水平的挤压应力作用，沿剪切破裂面形成的，常与褶皱相互伴生，逆断层的规模一般较大，多为区域性的巨型构造。

（3）平移断层（走滑断层）：两盘岩体沿断层面走向作水平相对运动的断层，称平移断层。平移断层断层面多近于直立，断层线较平直，延伸较远，断层破碎带较窄，在断层面上常有近于水平的擦痕。平移断层一般是在水平剪切应力的作用下形成的。

2.按断层面产状与岩层产状的关系分类

走向断层：断层走向与岩层走向一致的断层。

倾向断层：断层走向与岩层倾向一致的断层。

斜向断层：断层走向与岩层走向斜交的断层。

3.按断层面走向与褶皱轴向或区域线之间的关系分类

纵断层：断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向平行的断层。

横断层：断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向垂直的断层。

斜断层：断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向斜交的断层。

4.按断层力学性质分类

压性断层：由压应力作用形成，其走向垂直于主压应力方向，多呈逆断层形式，断面为舒缓波状，断裂带宽大，常有断层角砾岩。

张性断层：在张应力作用下形成，其走向垂直于张应力方向，常为正断层，断层面粗糙，多呈锯齿状。

扭性断层：在剪应力作用下形成，与主压应力方向交角小于45°，常成对出现。断层面平直光滑，常有擦痕出现。

4.3.3 节理

4.3.3.1 概念

节理是两侧岩石没有明显位移的岩石中裂隙，是在地壳上部广泛发育的一种断裂构造。通常受风化作用后节理容易识别。

节理面是岩层受力变形、断裂而产生的破裂面，破裂面两侧的岩层实质上已产生位移，但不明显。若位移明显，则称为断层。断层、节理、劈理在相对位移方面的主要区别是：断层产生明显位移，节理产生少量位移，劈理产生微量位移。

4.3.3.2 节理的分类

节理的分类方法很多，简单介绍如下。

1.按节理成因分类

原生节理：是指成岩过程中形成的节理。例如沉积岩中的泥裂，火花熔岩冷凝收缩形成的柱状节理，岩浆入侵过程中由于流动作用及冷凝收缩产生的各种原生节理等。

次生节理：是指岩石成岩后形成的节理，包括非构造节理（风化节理）和构造节理。

2.按节理的力学性质分类

张节理：岩石受张应力形成的裂隙。其特点有如下：

（1）产状不太稳定，延伸不远。

（2）节理面粗糙不平，无擦痕。

（3）常绕过砾石和粗砂粒。

（4）节理面多开口，常被矿脉充填。

（5）多条张节理呈不规则树枝状或锯齿状、共轭雁列状及放射状、同心圆状。

（6）尾端变化极不规则。

剪节理：岩石受剪切应力形成的裂隙。其特点有如下：

（1）节理面产状较稳定，沿走向和倾向延伸较远。

（2）节理面较平直光滑，有时具有因剪切滑动而留下的擦痕。

（3）发育于砾岩和砂岩等岩石中的剪节理一般切穿砾石。

（4）典型的剪节理常呈共轭X形节理系。

（5）主剪裂面由羽状微裂面组成，羽状微裂面与主剪裂面的交角一般为10°～15°，相当于岩石内摩擦角的一半，其锐角指示本盘错动方向。该特征常用于应力分析。

张节理与剪节理均属构造节理。

3.按节理与岩层的产状要素的关系分类

走向节理：节理的走向与岩层的走向一致或大体一致。

倾向节理：节理的走向大致与岩层的走向垂直，即与岩层的倾向一致。

斜向节理：节理的走向与岩层的走向既非平行，亦非垂直，而是斜交。

顺层节理：节理面大致平行于岩层层面。

4.按节理的走向与构造线的延伸方向关系分类

构造线主要指褶皱轴向、断层的走向或其他线形构造线。

纵节理：两者的关系大致平行。

横节理：二者大致垂直。

斜节理：二者大致斜交。

如果褶皱轴延伸稳定，不发生倾伏的话（水平褶皱），则走向节理相当于纵节理，倾向节理相当于横节理，斜向节理相当于斜节理。