五、地质构造
（一）地质体的产状要素
从几何学的观点看，各种地质体的构造都可归纳为面状构造和线状构造。为了确定和表示面状和线状构造的空间状态，有必要建立产状要素的概念。
地质体的产状要素是用来规定面状和线状构造在三维空间的产出状态，用其与水平参考面和地理方位间的关系来表示。
1．面状构造的产状要素
平面的产状是以其在空间的延伸方向及其倾斜程度来确定的。任何片面构造的产状均以其走向、倾向和倾角的数据表示。
2．线状构造的产状要素
直线的产状是指直线在空间的方位和倾斜程度。直线的产状要素包括倾伏向和倾伏角，或侧伏向和侧伏角。
（二）地质构造的相关概念
地质构造是指地质体（岩层、岩体等）存在的空间形式、状态及相互关系，是地质作用造成的岩石变形、变位等现象。
构造运动是指由地球内动力引起岩石圈地质体变形、变位的机械运动。构造运动可诱发岩浆活动、变质作用、地震等内动力地质作用，可导致陆壳和洋壳的增生和消亡、海陆轮廓的变迁，并深刻地影响外动力地质作用的结果。构造运动的类型（基本分类）如下。
①按照地壳运动方向划分的类型（着眼于空间表现）：垂直运动（“升降运动”、“造陆运动”——沿地球半径方向）；水平运动（“造山运动”——沿地球切线方向）。
②按照构造运动发生的时期划分的类型（着眼于时间分布）：新构造运动（新近纪以来）；古构造运动（新近纪以前）。
（三）岩层的沉积接触关系
地壳时时刻刻都在运动着。同一地区在某一时期可能是以上升运动为主，形成高地，遭受风化剥蚀，另一时期可能是以下降运动为主，形成洼地，接受沉积；也可能是在长时期内下降接受沉积，这样就使得早晚形成的地层之间具有不同的相互关系，即地层接触关系。地层间的沉积关系是构造运动和地质发展的记录。
地层的沉积接触关系可分为两大类：整合接触和不整合接触（平行不整合接触、角度不整合接触、超覆不整合接触）。
1．整合接触
沉积物连续堆积，新老地层之间产状完全一致，时代连续。岩石性质与生物演变连续而渐变，表明地层是在沉积区持续稳定下降的背景上沉积的。
2．平行不整合接触
地壳缓慢下降，沉积区接受沉积，然后地壳上升成陆，沉积物露出水面遭受风化剥蚀，接着地壳又下降接受沉积，形成一套新的地层。这样，先沉积的和后沉积的地层之间是平行叠置的，但并不连续，而是具有沉积间断。因此，平行不整合接触代表着地壳均匀下降沉积，然后上升剥蚀，再下降沉积的一个总过程。
特点：新、老地层产状一致，沉积出现间断，岩石性质和古生物演化突变。
3．角度不整合接触
地壳缓慢下降，沉积区（盆地）接受沉积，然后地壳上升成陆，受到水平挤压形成褶皱和断裂，并遭受风化剥蚀，接着又下降接受沉积，形成一套新的地层。这样，先沉积的和后沉积的地层之间不是平行叠置，而是成一定角度相交，有明显的沉积间断、时代不连续。因此，角度不整合代表着地壳均匀下降沉积，然后水平挤压形成褶皱、断裂并上升遭受风化剥蚀，再下降接受沉积的过程。
特点：新、老地层产状不一致，沉积出现间断，岩石性质和古生物演化突变。
4．超覆不整合接触
地壳下降，沉积盆地的水体逐渐扩大，沉积范围也逐渐扩大。在盆地的内部，沉积物按正常的层序沉积。而在盆地的边缘地带，越来越新的沉积地层依次向陆地方向扩展，逐渐超越下面的较老地层，直接覆盖于边缘的剥蚀面上，形成不整合接触，称为超覆不整合。
特点：发育于盆地边缘，它是一种过渡现象。同一时代的地层与下覆层向盆地内变成整合，向盆地外变成不整合。在超覆区内，新地层总是直接盖在剥蚀面上，其间缺失部分地层。
（四）层状岩石中的地质构造
地质构造在层状岩石中表现最为明显，研究得也最清楚。它的基本类型有水平构造、倾斜构造、褶皱构造和断裂构造等。
1．水平构造
绝大多数沉积岩层的原始产出状态是水平或近水平的。以水平岩层为例阐明呈现水平状态产出的面状构造的出露形态特征。
岩层面呈现近水平状态，即同一层面上各点的海拔高度都基本上相同的岩层，称为水平岩层。
水平岩层有如下特征：
①在地形地质图上，岩层面的出露界线与地形等高线平行或重合。
②岩层出露宽度是其上层面与下层面出露界线间的水平距离。
③在岩层层序正常的情况下，地质时代较新的岩层叠置在较老的岩层之上。
④岩层顶、底面之间的垂直距离为岩层的厚度。
2．倾斜构造
原始水平的岩层因构造作用而改变其水平产状，则可形成倾斜岩层，它是变形岩层和构造中的最基本一种。
倾斜岩层在地表的出露界线或地质界线常以一定规律展布。穿越沟谷和山脊的地质界线的平面投影均呈“V”字形态，这种规律叫“V”字形法则。其在地形地质图上的特征为：
①当倾斜岩层的地质界线与沟谷或山脊直交或大角度相交时，形成“V”字形。通过沟谷时，在大多数情况下，地质界线凸出的“V”字形尖端指向岩层的倾斜方向。当地质界线与等高线的突出方向一致时，地质界线的紧闭程度比等高线的紧闭程度开阔。只有一种情况比较特殊，即当在沟谷中岩层向下游倾斜，岩层倾向与地面坡向一致，且岩层倾角小于地面倾角时，则地质界线的“V”字形尖端指向上游，与岩层倾向相反，此时地质界线的“V”字的形态较等高线更为紧闭。
②当倾斜岩层（或其他倾斜的）的走向与沟谷或山脊大体垂直时，地质界线的“V”字的形态大体对称；若斜交时，则“V”字的形态是不对称的。若岩层的走向与沟谷或山脊延伸方向一致时，“V”字形法不适用。
③当岩层直立时，岩层出露界线是沿岩层走向所切的一条上下起伏的地形轮廓线。这条空间曲线的投影是一条直线，不受地形的影响，沿岩层走向呈直线延伸。
3．褶皱构造
褶皱是地壳上最基本的构造型式，是地壳构造中的各种面（如层面、层理面等）的弯曲而显示出来的变形，它形象地反映出了岩石发生了塑性变形。
（1）褶皱的基本类型和组成要素
根据组成褶皱的地层关系，将褶皱分为两种基本类型：背斜和向斜。
褶皱要素是指褶皱的各组成部分（图1－3）。
图1－3 褶皱要素示意图
（2）褶皱的描述
正确地描述褶皱形态是研究褶皱的基础。只有分析描述褶皱要素的特征，并测量其产状，才能准确、形象地恢复褶皱形态。
转折端的形态：圆弧褶皱、尖棱褶皱、箱状褶皱、挠曲。
翼间角的大小反映了褶皱的紧闭程度，亦反映了褶皱变形的强度，是描述褶皱形态的一个重要方面。根据翼间角的大小，可将褶皱分为：平缓褶皱（120°＜翼间角≤180°）、开阔褶皱（70°＜翼间角≤120°）、闭合褶皱（30°＜翼间角≤70°）、紧闭褶皱（5°＜翼间角≤30°）、等斜褶皱（0°＜翼间角≤5°）。
褶皱的波长和波幅，是描述褶皱大小的参数之一。
根据褶皱的对称性，褶皱分为对称褶皱和不对称褶皱。小型褶皱的对称性研究是认识大型褶皱的各翼和转折端的重要手段。
枢纽的产状，包括指向（倾伏向）和倾伏角。指向一般代表褶皱在空间上的延伸方向。倾伏角可以从水平（0°）到直立（90°）。一般把枢纽倾伏角在0°～10°、10°～70°、70°～90°的褶皱分别称为水平褶皱、倾伏褶皱、倾竖褶皱。
根据轴面产状和两翼产状的关系，将褶皱描述为直立褶皱、斜歪褶皱、倒转褶皱和平卧褶皱。
褶皱的平面形态：等轴褶皱、短轴褶皱、线状褶皱。
（3）褶皱的分类
褶皱有两种基本分类系统：位态分类和形态分类。
1）位态分类（表1－20）
表1－20 褶皱的位态分类
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类褶皱面直立，表示褶皱两翼倾向相反、倾角相等；Ⅳ、Ⅴ类褶皱面倾斜，表示褶皱两翼倾角不相等；Ⅵ、Ⅶ类中的一翼地层的面向下。斜卧褶皱的特征是枢纽和轴面两者的倾向及倾角基本一致，轴面倾角20°～80°，枢纽倾伏角10°～70°，但枢纽在轴面上的侧伏角为80°～90°。
2）形态分类
褶皱的理想几何形态的基本类型有圆柱状褶皱和非圆柱状褶皱。根据褶皱的等斜线型式，褶皱分成3类5型：
Ⅰ类：褶皱的等斜线向内弧顶收敛，向外弧撒开，内弧曲率总是大于外弧曲率。根据等斜线的收敛程度，又细分为3个亚类型：ⅠA型，等斜线向内弧呈强烈的收敛，各线长短差别极大，内弧曲率远比外弧曲率大，为典型的顶薄褶皱；ⅠB型，等斜线向内弧收敛，并与褶皱面垂直，各线长短大致相等，褶皱各层的真厚度不变，为典型的平行褶皱；ⅠC型，等斜线向内弧轻微收敛，转折端处的等斜线略长于两翼上的等斜线，反映两翼厚度有变薄趋势，内弧曲率总是略大于外弧。
Ⅱ类：等斜线相互平行且等长，褶皱层的外弧、内弧的曲率相等，为典型的相似褶皱。
Ⅲ类：等斜线向外弧顶收敛，向内弧撒开，外弧曲率大于内弧，为典型的顶厚褶皱。
根据褶皱面中各层的弯曲形态的相互关系，褶皱可分为协调褶皱和不协调褶皱。
（4）褶皱的组合型式
最基本的褶皱组合型式有3类：全形褶皱、断续褶皱、过渡型褶皱。
4．断裂构造
岩石受力而破裂的现象称为断裂。岩石在破裂变形阶段产生的构造称为断裂构造。断裂构造是地表上发育最广泛、最常见的一种地质构造。断裂构造使岩石的连续性和完整性遭到破坏，并可使破裂面两侧岩块沿破裂面发生位移。凡破裂面两侧的岩石沿着破裂面发生了较大和明显的相对位移的断裂构造，称为断层；若破裂面两侧的岩石沿着破裂面没有发生明显的相对位移或仅有微量位移的断裂构造，称为节理。断层和节理均为地壳浅层中发育的断裂构造，其区别是人为的，只取决于观测的尺度。
（1）断层
地壳表层岩石一般为脆性，随着向下深处温度和压力的增高，岩石转变为韧性。因此，地壳岩石中的断裂表现出层次性，在浅层次形成脆性断层，简称断层；在深层次则形成韧性剪切带，二者之间还存在过渡层次。在此，仅阐述断层。
1）断层的几何要素
断层面，是一个将岩块或岩石断开成两部分并籍以活动的破裂面。大型断层一般不是一个简单的面，而是由一系列破裂面或次级断层组成的带，即断层（裂）带。断裂面与地面的交线称断层线，即断层的出露面。
断盘，是断层面两侧沿着断层面发生相对位移的岩块。位于倾斜断层上侧的岩块为上盘，反之，位于倾斜断层下侧的岩块为下盘。对于直立的断层面，则按断层相对于断层走向的方位描述，如东盘、西盘。若两盘相对滑动，相对上升的一侧叫上升盘，相对下降的一侧叫下降盘。
2）断层的位移
断层两盘的相对运动可分为直移运动和旋转运动。多数断层常兼有直移和旋转两种运动。断层位移的大小和方向是断层研究中的重要问题。描述断层位移的通用术语主要有：滑距、断距。
滑距，是指断层两盘实际的位移距离，即错动前的一点在错动后分成的两个对应点之间的实际距离。两个对应点之间的真正位移距离为总滑距。总滑距在断层面走向线上的分量，为走向滑距。走向滑距与总滑距的锐夹角是总滑距在断层面上的侧伏角。总滑距在断层面倾斜面上的分量，为倾斜滑距。总滑距在水平面上的投影长度，为水平滑距。总滑距、走向滑距与倾斜滑距在断层面上构成直角三角形关系。
断距，是指被错断岩层在断层两侧产状未改变的条件下其对应层之间的相对距离。
3）断层的基本类型
a．按断层与有关构造的几何关系分类。
根据断层走向与岩层走向的关系划分为：
走向断层，断层走向与岩层走向基本一致。
倾向断层，断层走向与岩层走向基本直交。
斜向断层，断层走向与岩层走向斜交。
顺层断层，断层面与岩层层理面基本一致。
根据断层走向与褶皱轴向（或区域构造线）之间的几何关系划分：
纵断层，断层走向与褶皱轴轴向一致或断层走向与区域构造线方向基本一致。
横断层，断层走向与褶皱轴轴向直交或断层走向与区域构造线方向基本直交。
斜断层，断层走向与褶皱轴轴向斜交或断层走向与区域构造线方向斜交。
b．按断层两盘的相对运动，可将断层分为正断层、逆断层和平移断层。
正断层，其上盘沿着断层面相对向下滑动，下盘相对向上滑动。
逆断层，其上盘沿着断层面相对向上滑动，下盘相对向下滑动。
平移断层，是断层两盘顺断层面走向相对移动的断层。规模巨大的平移断层常称为走向滑动断层（简称走滑断层）。
正断层、逆断层和平移断层的两盘相对运动都是直线运动，事实上有许多断层常常有一定程度的旋转运动。
4）断层的组合
正断层的组合型式有：阶梯状断层（由若干条产状基本一致的正断层组成，各条断层上盘依次向同一方向降落，构成阶梯状）、地堑和地垒、环状断层、放射状断层、雁列式断层和块断型断层。
逆断层的组合型式有：叠瓦式逆冲断层、对冲式断层和背冲式断层、楔冲式断层。
（2）节理
节理是非常常见的一种构造地质现象，就是我们在岩石露头上所见的裂缝，或称岩石的裂缝。这是由于岩石受力而出现的裂隙，但裂开面的两侧没有发生明显的（眼睛能看清楚的）位移，地质学上将这类裂缝称为节理。
1）节理的分类
a．按节理与有关构造的几何关系分类。
根据节理与倾斜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。
前3种最为常见。
根据节理的走向与区域褶皱主要方向、断层的主要走向或其他线形构造的延伸方向等关系而进行分类：
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，则走向节理相当于纵节理，倾向节理相当于横节理。
b．按节理形成的力学性质分类。
按节理形成的力学性质的不同，节理分为剪节理和张节理。
岩石中受剪应力作用形成的平行剪应力的节理称为剪节理。其主要特征为：
产状较稳定，沿走向和倾向延伸较长。
节理面比较平直光滑，有时因剪切滑动而留下擦痕。节理未被充填时，是平直的闭合缝；若被充填时，充填脉的宽度常较为均匀，脉壁亦较平直。
发育在砾岩和砂岩中的剪节理，一般切穿砾石和胶结物。
典型的剪节理常常组成X型共轭节理系。X型节理发育良好时，可将岩石切割成菱形、棋盘格式岩块；如只发育一组节理，则相互平行延伸。剪节理往往具有等距性。
主剪裂面由羽状微裂面组成。
剪节理尾端尖灭处常折尾、菱形结环、节理差。
岩石中受张应力作用而产生垂直于张应力的节理称为张节理。其主要特征为：
产状不甚稳定，延伸不远。单条节理断而弯曲，常侧列产出。
节理面粗糙不平，无擦痕。
发育在胶结不太坚实的砾岩和砂岩中的张节理，常常绕过砾石或粗砂粒；如切穿砾石，破裂面也凸凹不平。
张节理多开口，一般被岩脉充填。脉宽变化较大，脉壁不平直。
张节理有时呈不规则的树枝状、各种网络状，有时追踪X型节理形成锯齿状，单列或共轭雁式张节理，有时也构成放射性或同心圆状组合形式。
张节理尾端尖灭处常呈树枝状分叉或杏仁状结环。
2）节理组和节理系
一次改造作用的统一应力场中形成的节理一般是有规律的，并且成群出现，构成一定的组合型式，组成节理组和节理系。
节理组是指在一次构造作用的统一应力场中形成的、产状基本一致、力学性质相同的一群节理。节理系是由在一次构造作用的统一应力场中形成的两个或两个以上的节理组构成的。
3）节理的分期、配套
节理一般是长期、多次构造活动的产物。节理分期是将一定地区不同时期形成的节理加以区分，将同期的节理组合在一起。节理配套是将在一定构造期的统一应力场中形成的各组节理组合成一定系列。
节理的分期主要依据节理组的交切关系以及节理有关的各期次地质体的关系。
节理的配套主要依据共轭节理的组合关系、并辅以节理发育的总体特征及其有关地质构造的关系来确定统一应力场中形成的各组节理。
（五）变形及变质岩中的地质构造
相对于广义的面状和线状构造而言，本节讨论的面理和线理是指变形及变质岩石中常见的、在手标本或露头尺度上的透入性面状构造和线状构造。
所谓透入性构造是指在一个地质体中均匀连续分布的构造。它反映了地质体整体发生了变形；反之，非透入性构造则是指的那些仅仅产于地质体局部的构造。透入性和非透入性的概念是相对于观察尺度而言的。
面理和线理是构造运动学的重要标志。在此，本节仅讨论次生的面理和线理。
1．面理
变形及变质岩中最常见的面理构造是劈理。
劈理是指变形及变质岩石中能沿次生的平行排列的潜在分裂面将岩石分割成无数薄板或薄片的面状构造。
劈理的基本微观特征之一是具有域构造，表现为岩石中劈理域和微劈石相间平行排列。劈理域和微劈石之间的边界可以是显著的，也可以是渐变的，它们紧密相间，使岩石显示出纹理。
根据劈理域的特征能识别的尺度，把劈理分为两大类：不连续劈理，劈理域和微劈石可用肉眼鉴别的劈理；连续劈理，劈理特征很细微，只有在偏光显微镜和电子显微镜下才能分辨。
根据矿物粒径的大小、劈理域的形态以及劈理域和微劈石的关系再细分如下。
①连续劈理根据其粒度或域构造发育的程度再细分为板劈理、千枚理、片理。
板劈理，是发育在细粒低级变质岩中的透入性面状构造。以板岩中的板劈理最为典型。矿物颗粒一般小于0．2mm。板劈理使板岩具有良好的可劈性，可将岩石劈成十分平整的薄板。
片理，是发育在高粒变质岩中的透入性面状构造。它与板劈理的区别是结晶程度的差异。矿物颗粒大于0．2mm，一般在1～10mm。片理使岩石的裂开程度不像板岩那样完美，但仍显著，常劈成透镜状或粗糙的板状。
千枚理，其特征主要介于板劈理与片理之间。主要发育在富泥质的千枚岩中，在露头上以柔和丝绢光泽为主要特色。
②不连续劈理以用肉眼能分清劈理域和微劈石为特征，再据微劈石的结构可分为褶皱劈理和间隔劈理。
褶皱劈理，是由先存的连续劈理形成紧密相间、平行排列的微褶皱发展而来，它以一定可见的间隔切过先存连续劈理为特征，其间隔大小为0．1～10mm，褶皱劈理面大致平行于微褶皱的轴面。
间隔劈理，由一系列平行状到交织状的、缝合线状到平面状的细缝组成，常为粘土质或炭质所占据。劈理域一般较窄，间隔宽窄不一，常在几毫米至几厘米之间。
2．线理
线理是一个描述性术语，泛指岩石中的小尺度透入性线状构造。就其与变形过程中物质运动方向的关系，可归纳为两大类：一类是与物质运动方向平行的线理，称作A型线理；另一类是与物质运动方向垂直的线理，称作B型线理。
在强烈变形岩石中，常常弥漫着各种微型或小型的线理。按照线理的形态和成因可作如下划分。
①拉伸线理，是由拉长的矿物颗粒或集合体、岩石碎屑、砾石、鲕粒或其他构造标志物平行排列而显示的透入性线状构造。
②矿物生长线理，是由针状、柱状或板状矿物的长轴定向排列而成的线理。矿物长轴的方向、纤维生长的方向往往指示岩石重结晶或塑性流动的拉伸方向，故属A型线理。
③皱纹线理，是由先前面理构成的微细褶皱的枢纽平行排列而成的线理。皱纹线理的方向与皱纹所属的同期褶皱的枢纽方向一致，故属B型线理。
④交面线理，是两组面理相交或面理与层理相交形成的线理，常为B型线理。
⑤在强烈变形的岩石中，常发育一些独特的粗大线理，一般不具透入性，但在大尺度上观察，也可看作是透入性的，主要有如下几类：石香肠构造、窗棂构造、杆状构造、铅笔构造、压力影构造。
（六）岩浆岩体构造
1．岩体的接触关系
侵入岩体与围岩的接触关系可分为侵入接触、沉积接触和断层接触3种类型。
（1）侵入接触
侵入接触又称热接触，是岩体侵入于围岩中的一种接触关系。岩体的侵入时代晚于围岩，岩体与围岩的接触面形态复杂。其主要标志有：岩体边部有边缘带和冷凝边，发育定向组构；岩体内有围岩的捕虏体，主要分布在岩体的边部和顶部；围岩中有从岩体伸出的岩枝或岩脉；岩体附近的围岩有接触变质现象，甚至发生混染现象，并且自接触面向外逐渐减弱或呈分带性。
岩体与围岩的接触面形态反映侵入作用的热动力状态，也受围岩构造控制。
如果岩浆侵入时活动能力很强，与围岩发生强烈的混染和热液蚀变，可以造成很宽的混染带或蚀变带，而使接触面被隐蔽或模糊不清。这时要进行穿过接触带的剖面观察，与明显接触面进行对比，或从明显接触带向隐蔽接触面追索，有时还要辅以岩石学的研究。
（2）沉积接触
岩体侵入后遭受风化剥蚀，之后再被新的沉积物所覆盖，这种接触关系为沉积接触。沉积接触反映侵入岩体的形成时代早于上覆地层。
（3）断层接触
侵入体形成后由于断层作用使岩体与围岩接触，接触面即断层带。断层接触反映岩体是在断层之前侵入的。
侵入接触、沉积接触和断层接触可以是不同岩体与围岩的不同接触关系，也可以出现在同一岩体与围岩接触的不同部位上。此外，还常常出现两种接触关系的叠加现象，如沉积接触的不整合面又发生断层活动等。
2．变形构造
岩浆岩体形成后，由于地壳运动或区域应力作用，岩浆岩体发生变形，形成新的构造，称之为岩浆岩体的变形构造。
岩体形成后的变形是围岩和岩体一起发生的褶皱和断层。它们由岩体内的流面、流线、面理及岩脉等的弯曲或错开而显示出来，其特征与在沉积岩和变质岩中的特征相似。
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