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地質知識--節理(一)

2024-01-21科學

一、壓性節理縫合線構造

縫合線構造是一種與節理相近似的小型構造(圖5-18)。沈積巖中縫合線一般順層理產出,常見於不純灰巖中,在中國南方三春系等灰巖中廣泛發育。縫合線是在非構造的荷載重力下壓溶作用的結果。縫合線不僅順層理產出,也有與層理斜交或直交的。與層理不一致的縫合線一般是在構造作用下先形成裂縫,進而在壓溶作用下發育成縫合線。所以縫合線構造的形成總是經過兩個階段,先有裂面,進而壓溶。在垂直裂面的壓溶作用下,易溶組分流失,難溶組分則殘存聚積,以致原來平直的面轉化成無數細小尖峰突起的縫合面。在許多大理巖中,經常會見到壓溶作用引起的縫合線。剖面上縫合線的幾何形態表現為柱狀和錐狀等多種形式。

縫合線構造與主壓應力軸直交,即主壓應力軸與縫合線錐一致(圖5-19)。因此縫合線構造在一定程度上有助於我們分析其所在部位的應力狀態。

二、羽飾

羽飾是發育於節理面上的羽毛狀精細飾紋,是構造應力作用下形成的小型構造。羽飾構造句括羽軸、羽脈、邊緣帶、邊緣節理和陡坎等幾個組成部份(圖5-20,圖5-21)。邊緣帶由一組雁列式微剪裂面(邊緣節理)和聯結其間的橫斷口(陡坎)組成。

羽飾構造產於多種巖石之中,以砂巖等碎屑巖中最為常見,也見於細粒變質沈積巖中,甚至見於玄武巖等巖漿巖中。羽飾構造規模較小,寬度一般為數厘米至數十厘米,也有寬達數米者。規模大小與巖石的粒度有關。粒度愈小,羽飾愈小,羽脈愈細,顆粒愈均勻,發育的羽飾愈完美。

羽飾構造有多種形式,最常見的是人字形,有時旱放射狀或環狀,或構成復合過渡形式。決定羽飾幾何形態的因素有裂源點的位置、巖石性質、層厚、層面約束條件以及作用力。

羽飾構造的形成機制,一直是一個爭論問題,主要有張裂說、剪裂說、張剪復合說三種觀點,還有多因論。張裂說認為羽飾構造所在的主節理為張裂面,依據是節理面上羽飾完好,沒有任何剪下滑動跡象,金屬材料的脆性試驗的純張破裂面上就顯示出良好的羽飾構造。剪裂說認為,節理團合時的雁列微裂隙是剪下機制的顯明標誌。由於羽飾所在的節理面是切應力剛剛達到或略微超過巖石破裂強度而立生的萌芽剪裂面,因尚未滑動而保存羽飾。也有人認為羽飾構造是張剪性裂面;或者是分別由不同力學機制引起的,既有張裂,也有剪裂,或復合性質裂面。

羽飾構造一般發育於淺層次的脆性狀態巖石中,並且可能是在快速破裂中形成的。羽脈發散方向指示節理的擴充套件方向,羽脈收斂匯聚方向和人字形尖端指向裂源點。邊緣帶的邊緣節理及陡坎與微剪羽列和反階步類似,顯示出剪下力偶方向。因此,羽飾構造有助於節理配套,在某種程度上也有助於分析節理的力學性質。

三、節理脈的擴張和充填作用

1.擴張脈和非擴張脈

節理常常由礦物質充填而形成巖脈。最常見的充填物是石英或方解石等。充填物質有外來的、有自圍巖因壓溶作用析出的,也有一些巖脈是溶液與圍巖交代形成的。溶液侵人節理空間並使節理兩壁張開而形成的巖脈,稱之為擴張性巖脈:如果由溶液與圍巖交代而占有空間形成的巖脈,稱之為非擴張性巖脈(圖5-22)。

2.裂開--愈合作用

在天然構造變形巖石中,常常有被矽酸鹽或碳酸鹽等充填的巖脈(圖5-23)。這種節理脈的充填常常是一個持續反復增生的過程。先形成一個窄的裂縫,然後其張開的空間被結晶物質所充填愈合。這種反復裂開、愈合的增生作用,稱為裂開一愈合作用(J.C.Ramsay,1980)。在裂開一愈合過程中,後續的裂開發生在已愈合裂縫的邊界,因為這裏是巖石的力學薄弱面。節理充填物的晶體常常顯示纖維狀或柱狀的結晶習性,脈內礦物的結晶方向與應力作用方式和方向有關(圖5-24)。受垂直巖脈走向的張應力作用的巖脈其內礦物晶體垂直巖脈的脈壁生長:而受平行巖脈走向的切應力作用,脈內礦物晶體長軸與脈壁斜交。充填脈的愈合物質來源於脈壁巖石。