节理的测量和统计

节理构造研究需要在野外进行详细观察、大量的测量和统计工作，在这些工作的基础上，结合地质构造等有关资料，对观测资料进行鉴别、数据处理和综合分析，最终将节理的观测资料和分析结果应用于地质构造和构造应力场的分析和解释中。
8.3.4.1 节理观测点的选定
（a）观测点的选定取决于研究的目的和任务，一般不要求均匀布点，而是根据地质情况和节理发育情况布点，做到疏密适度。
（b）露头良好，最好能在三度空间观测，其露头面积一般不小于10m2，便于大量测量和统计。
（c）露头处的节理比较发育，节理组、节理系及其相互关系比较容易确定。
（d）观测点应选在构造的重要部位，如断层、褶皱等构造的附近，以了解节理与这些构造之间在几何学、力学以及形成时间上的关系。
（e）尽可能在不同的构造层、不同的岩系、不同的岩性层中布点。
8.3.4.2 节理观察的主要内容
（1）地质背景的观测
主要观测内容为：①节理所在构造层及其地层、岩体的组成特征。②所在地层时代及其产状。③岩层成层性及其厚度变化特征。④节理出露处褶皱和断层的特点。⑤观测点所在的构造部位等内容。
（2）节理的分类及节理组、节理系的划分
主要内容为：①根据节理特征对节理进行力学性质的鉴别和确定。②根据节理方向、力学性质、形成时间的一致性划分和确定。③根据节理和节理组形成时间的一致性以及形成的构造应力场的统一性划分和确定节理系。
（3）节理的配套和分期
主要内容为：①根据节理配套的依据将所有节理和节理组进行配套。②根据节理分期的依据将配套的共轭节理和其他节理按形成的先后顺序进行分期。
（4）节理发育程度的研究
岩性和岩层对节理的发育有明显的影响，岩石的力学性质不同、岩石类型的不同、岩层的厚度不同等因素都可以对节理发育程度产生一定的影响。①观察岩石的力学性质对节理发育程度的影响。一般来说，韧性岩层中剪节理比张节理发育，在同一应力状态下，韧性岩层中共轭剪节理的夹角常常比脆性岩层中大。②观察岩层的厚度对节理发育程度的影响。岩性和岩层厚度的差异会影响节理的间距或密集程度。岩层越厚，其中形成的节理间距越大；而在薄层岩层中形成的节理则间距较小，且较密集。此外，层面的存在会降低岩石的强度。③测量节理发育的密度。在节理研究中常常以密度或频度来表示节理发育程度。节理频度或密度是指节理面法线方向上单位长度内节理的条数（条/米）。节理发育密度（U）也可以用单位面积内节理的长度来表示，如一定半径（r）的圆内节理长度之和（I）为：
U＝I/πr2
（5）节理延伸方向的观测
在观测节理走向的延伸上，要注意观测节理之间的平行性和延伸长度。对于区域性节理，应注意节理的走向在区域范围的变化趋势。
（6）节理组合型式的观测
岩石中若出现几组方向的节理，它们常组合成一定型式，要注意观测节理组合型式、节理的分级和节理之间的间距。
（7）节理面的观测
注意观察节理面的形态和结构细节；节理面的平整程度，它是确定节理力学性质的依据之一；节理面上是否有擦痕，擦痕指示节理两侧岩块的剪切位移方向；微剪切羽裂及其与主剪节理的几何关系，以及所反映的节理剪切方向。
（8）节理含矿性和充填物的观察
节理可以是重要的含矿构造，要注意节理是否含矿，含矿节理的方向组合型式以及含矿节理所占节理总数的百分数。还要注意和观测矿脉内纤维状矿物的排列方式和方向。
（9）节理的测量
在节理观测点上，除了对上述节理的各个方面进行观察研究，还要对节理进行测量和记录。①节理产状的测量：节理是一种面状构造要素，测量节理的产状与测量岩层产状的要素一样，要测量节理的倾向和倾角。节理产状的测量应该有系统、有规律的进行，应该在节理配套和分期的基础上，按不同期次、不同节理系、不同组合型式、不同方向节理组的顺序和步骤一一地进行测量。然后分别予以记录。②节理密度或频度的统计：节理产状的测量和密度的统计可以同时进行，在节理观测点按不同期次、不同节理系、不同组合型式、不同方向节理组进行密度或频度的统计。
（10）节理观测结果的记录
在节理观测点上观察和测量的结果一般要填入一定的表格和记录在专用的野外记录簿中，以便今后对资料进行整理分析。一般性节理观测点记录表的格式如表8.1。

表8.1 节理构造观测表

（11）节理构造的统计和制图
在野外对节理进行了观测并收集了大量资料之后，应及时在室内对节理资料数据加以处理、整理、统计和分析，以查明研究区节理发育的特点和规律，及其与该研究区有关构造的关系，并用以了解和帮助阐明研究区的构造演化历史及其相应的构造应力场演化历史。
节理资料的整理、统计和构造解析一般采用图表形式，主要有节理玫瑰花图、节理赤平投影极点图、节理赤平投影等值线图、共轭节理赤平投影求解主应力方位图等等。
A.节理玫瑰花图
节理玫瑰花图编制简便，用以反映节理产状方位的趋势，其又可分为：节理走向玫瑰花图，主要反映节理走向的排列趋势和变化趋势；倾向玫瑰花图，主要反映节理倾向的排列和变化趋势；节理倾角玫瑰花图，主要反映节理倾角的变化趋势。其中，以节理走向玫瑰花图最为常用（图8.39）。
B.节理极点图
节理极点图是将节理面以面的法线方式（即面的极点方式）经赤平投影而成。图的编制简便，投影的极点能同时精确地反映节理倾向、倾角产状要素，反映节理空间展布特征，但不能定量地反映节理的空间优势发育方位（图8.40）。

图8.39 节理玫瑰花图


图8.40 节理赤平投影极点图

C.节理等值线图（节理等密图）
节理等密图是在节理极点图的基础上，将极点图中的极点按单位面积进行分布密度或频率统计，得出图中单位面积的极点分布百分数，然后以插入法将具有相同极点分布百分数的各点用光滑线条连接起来而得到的。它能精确地反映节理空间的优势排列方位（图8.41）。
D.共轭节理求主应力轴图解
根据共轭剪节理与最大主应力轴、中间主应力轴、最小主应力轴的几何关系，利用赤平投影的原理和方法，将野外所测的共轭节理产状进行赤平投影，利用图解法求出三个主应力轴的空间产状方位（图8.42）。

图8.41 节理赤平投影等值线图


图8.42 共轭剪节理求主应力图解

节理是野外常见的构造类型。节理的性质、产状、期次、组合、发育程度和分布规律与断层及区域构造等有着密切的成因联系。对其详细研究有助于对某一地区各类地质事件深入分析和了解。
1.野外观察区段（点）的选择
在野外地质调查或地质填图过程中，一般根据专题研究和要解决的问题来选择布置观察区段（点）。每一观察区段（点）的范围视节理的发育情况而定，一般要求几十条节理可供观测，而且最好将其布置在既有平面又有剖面的露头上，以利于全面研究解析。
2.观测研究内容
1）在任何地段观测节理，首先要了解区域褶皱、断裂的分布特点以及观察区段（点）所在的构造部位，区分不同岩性的地层或其他地质体，观察和测量其中不同性质的节理。常用记录格式如表6-20 所示，也可根据实际情况和要侧重解决的问题另行设计表格。

表6-20 节理观测记录表

2）区分节理的力学性质来厘定张节理、剪节理或羽饰构造等类型。一般是根据节理特点（如产状变化、光滑程度、充填情况）、组合型式以及尾端变化（如分叉、折尾、马尾状）等多方面因素来综合确定。
3）节理若被脉体充填，调查时要尽量收集脉体产状、规模、形态、间隔、充填矿物的成分及其生长方向等资料；根据节理或脉体特性进行分组；据其间交切、互切、限制、追踪和矿物生长方向来分期配套以确定形成的先后顺序。制作素描图或拍照示出其形态和相互关系。
4）在选定地点内对所有节理产状进行系统测量。测定方法和岩层产状要素测定的方法类同。为特殊目的需要，如为确定某一组节理与褶皱的关系，尚要测定节理与层理、共轭节理等交线产状，以判别褶皱几何形态。
5）注意观测缝合线构造。这种构造可与层面平行、斜交或直交，它们一般与主压应力方向垂直，在一定程度上有助于分析区域应力场。
3.节理观测资料的整理与解析
在各观察区段（点）所获得的节理数据、资料等信息要及时进行整理、统计、存储和制图。根据需解决的问题而制作的相关图件有很多种，若了解节理或与之相关的脉体发育情况时常绘编玫瑰花图、节理极点图等；若为分析节理与构造应变关系则可绘制节理应变场状态图等。

节理的测量和统计包括如下内容：测量和统计节理产状，确定节理的发育程度，测量数据处理。

(一)测量和统计节理产状

在同一个观测点，发育不同产状的节理。即使是同一组节理，产状也在一定范围内变化。因此测量和统计节理产状的目的是：①确定同一组节理的代表性产状；②确定在观测区范围内存在的节理组数。因此，在系统测量和统计节理产状时，必须同时进行节理分组和节理组合分析。

在观测点测量时，要正确圈定观测点的范围(面积)。如果观测面积过小，可能会遗漏某些重要节理或者使统计结果不具代表性；但是范围过大，则会造成时间和人力的浪费。因此，不宜在统计测量前人为确定测量范围，应该首先确定一个较小的面积，然后逐渐扩大测量范围，直到不再出现新的节理组并且每组节理的数量达到统计要求为止。

(二)确定节理的发育程度

1.节理的密度

经常用节理的密度(频度)表示节理的发育程度。节理的密度(频度)是指单位面积的节理数(条/m²)或单位长度的节理数(条/m)。

根据工作性质不同，对节理密度的统计方法也不同：

(1)计数观测点范围内的所有节理。这种笼统地统计节理密度往往具有某种实际意义：在工程地质中，这种密度与基岩的稳定性息息相关；在石油地质研究中，节理密度对油气的运移和储集具有重要的实际意义；对金属矿产来说，节理的密度对成矿作用的控制可能具有实际意义。

(2)按照节理组统计其密度。也就是统计单位面积或单位长度内某组节理的条数。当测量单位长度的节理数量时，测线应该尽可能垂直所测节理组的走向。

2.节理的缝隙度

节理的缝隙度是测量节理发育程度的另一个重要指标。节理的缝隙度(G)是指节理的密度(U)与节理平均壁距(t)的乘积：

G=U·t

节理的发育程度也可以用单位面积内节理的长度表示(m/m²)。根据研究目的不同，又可分为以下两种统计方法：

(1)统计测量点范围内所有节理的长度并求和，然后求与测量面积的比值。

(2)分组统计。

节理发育的密度(频度)不仅与外力的大小有关，还与岩石的力学性质、层状岩石的层厚、产状等因素有关。因此，在统计节发育程度时，可以首先选择一个基准区来测量节理密度，然后对不同岩性和不同层厚的岩石进行分别统计后与基准区比较，确定节理相对基准区的发育程度。一般选择在测量区发育面积大、岩性均一、产状稳定的岩石或地层作为基准区。

(三)节理测量数据的整理

在节理研究和测量过程中，要认真记录观测的所有内容，系统添置表格，如表5-1。

表5-1 节理观测点记录表

对野外测量的节理产状一般需要求出每一组节理的产状变化范围和代表性的产状。经常用作图方法求解，包括节理玫瑰花图、节理极点图和节理等值线(等密度)图。

1.节理玫瑰花图

节理玫瑰花图是反映节理产状趋势的图件，可分为走向玫瑰花图、倾向玫瑰花图和倾角玫瑰花图。

走向玫瑰花图反映节理走向的变化趋势，用半圆作图(图5-18A)。倾向和倾角玫瑰花图反映节理倾向和倾角的变化趋势，用大圆作图(图5-18B)。

图5-18 节理玫瑰花图

节理玫瑰花图可以清晰、直观地反映节理产状分布和变化趋势，但是它不能同时反映走向、倾向和倾角的分布和变化。

2.节理极点图

节理极点图是将节理法线投影到投影网上获得的图件。节理极点图可以用吴氏网制作，也可以用赖特网制作。由于投影网上的一个点的位置是受节理走向、倾向和倾角制约的，所以节理极点图克服了节理玫瑰花图的不足，可以正确反映节理的产状分布和变化趋势以及节理产状的优势方位(图5-19)。

3.节理等直线(等密度)图

节理极点图的另一个优势是，可以在其基础上制作节理等密度图，从而可以定量反映节理发育程度和优势方位。当节理极点图是用吴氏网制作时，用普洛宁网统计节理密度；当节理极点图是在等面积网(施密特网)或极等面积网(赖特网)上制作时，用中心密度计和边缘密度计统计节理密度。最后通过绘制等值线做出节理等密度(等值线)图(图5-20)。

目前，无论是节理极点图还是节理等密度图，都可以通过计算机完成。

图5-19 节理极点图(用赖特网)

图5-20 节理等密度图