学习任务节理的分类与识别

在地壳运动形成褶皱和断层的过程中，会产生与褶皱、断层在空间和时间上都有密切的联系的节理。识别与分析这些不同地质背景下发育的节理对研究区域构造具有重要意义。
一、与褶皱有关的节理的识别
前已叙及，纵弯褶皱作用与横弯褶皱作用成因不同，所形成的节理性质亦明显不同。即使是纵弯褶皱的不同发育阶段及在不同的构造部位发育的节理性质也不同。
在自然界中纵弯褶皱发育的节理分别有纵节理、横节理、斜节理。
（一）纵节理
纵节理就是与褶皱轴平行，发育在背斜转折端和褶皱两翼，分别有纵张节理、纵剪节理。
1.纵张节理
纵张节理的应力状态是：σ1直立或近直立；σ2水平纵向（平行枢纽）；σ3水平横向（垂直枢纽）。
纵张节理主要发育于背斜转折端处，在褶皱横截面上呈扇状排列，单条节理呈楔形。随着背斜的不断隆起，纵张节理也不断由外向内发展，易造成背斜顶部岩石（层）破碎，形成小型地堑，遭风化剥蚀后则形成低洼地势，即所谓的地形倒置现象。
2.纵剪节理
纵剪节理主要发育在褶皱的两翼，它在平面上与褶皱轴平行，在剖面上与褶皱轴面呈扇形。此外，由层间的滑动亦可产生剪节理，称为层间剪节理，亦称同心剪节理（图5-18，图4-22）。

图5-18 剖面共轭剪节理系示意图

（二）横节理
横节理与褶皱轴垂直，节理性质为张节理，故也称横张节理。它是岩石（层）受压未弯，平行压力方向发生的，在褶皱过程中，受轴向拉伸晚期倾伏端拉伸的产物，应力状态：σ1水平横向，σ2直立，σ3水平纵向。
利用横张节理（断层）的倾角可确定褶皱枢纽的倾伏角：90°-α＝β，即张节理倾角α与枢纽倾伏角β互为余角，而倾伏向与倾向（张）互为补角。例如，横张节理产状175°∠70°，则褶皱枢纽倾伏为355°∠20°。
亦有人认为横张节理主要发育于向斜核部，纵张节理在背斜转折端。但在周口店等地可见纵张、横张节理都发育在背斜倾伏端处。
（三）斜节理
斜节理与褶皱轴斜交，节理性质为剪节理，故也称斜剪节理。
斜剪节理按其成因分前、后两期。所谓前期斜剪节理是指在褶皱之前，在平面上出现的共轭节理，俗称为第一组X节理系，亦称斜向共轭剪节理系（图5-19）；所谓后期斜剪节理是指在褶皱形成之中或之后，在剖面上构成的X型共轭节理，俗称第二组X节理系，也称纵向共轭剪节理系（图5-20）。

图5-19 平面共轭剪节理系示意图


图5-20 第二组X 节理系（剖面）

斜剪节理与褶皱轴向斜交，两组剪节理的交线代表σ2，其锐角平分线为σ1的方位。褶皱上斜向共轭剪节理，即可是局部应力引起的，也可区域作用力（即引起褶皱的应力）引起的，至少褶皱翼部的斜向剪节理上主要是在区域作用力下形成的。如图5-21中发育的斜向共轭剪节理其锐角平分线与褶皱轴向的关系。在背斜轴部发育的斜向共轭剪节理其锐角平分线与褶皱轴向平行（图5-21左）；在向斜核部发育的斜向共轭剪节理其锐角平分线与褶皱轴向垂直（图5-21右）。这些现象的出现都说明是局部应力场引起造成的。

图5-21 纵弯褶皱作用形成的背斜和向斜节理发育示意图

以上是一次褶皱作用中可能形成的几组节理，这几组节理并不一定在一个褶皱里都发育。需指出，岩层在褶皱前处于水平产状时，尤其是长期处在近水平产状的地台沉积盖层，总是有节理发育，这些节理在后期的褶皱作用中可被保留或被改造利用。此外，褶皱形成后的构造作用，还会形成新的节理。因此，分析与褶皱有关的节理及其分期配套时，应结合区域构造变形史，切忌把不同地壳构造阶段中形成的节理都作为一次褶皱作用的产物。
（四）环状放射状节理
在横弯褶皱作用形成的穹状背斜上，其穹拱顶部处于拉伸应力状态，σ3水平，σ1直立，σ2水平。当上拱力强时，常常形成一系列放射状（爆炸型）张节理。当上拱力较弱时，则形成环状（温柔型）张节理，并在地表常表现为放射状水系和环状水系。
二、与断层有关的节理的识别
它是由于断层相对位移派生的小节理，常常分布在断层一侧或两侧，并可指示主断层的位移方向和主断层的产状。
（一）羽状张节理
羽状张节理常与主断层成锐角相交（图5-22），与断层相交的锐夹角（锐角＞15°或＜45°）方向，示断层本盘动向。

图5-22 羽状张节理实景

羽状张节理的应力状态：节理面与断层面的交线方向代表主应力σ2的方向，最大主应力σ1平行于张节理面。因此羽状张节理在分析断层两盘相对运动时的应力状态上具有一定意义。
（二）派生剪节理
断层两盘相对运动时，会产生局部应力场，可以形成两组剪节理，一组剪节理（S1）与主断面成大角度（＞45°）相交，一般不太发育；另一组剪节理（S2）与主断面成小角度（＜15°）相交，相当于剪切羽裂，它与主断面所夹锐角尖示本盘动向（参见图6-51）。
（三）伴生剪节理
在形成断层的统一构造应力场下，可以形成两组剪节理，一组与主断面平行，这组剪节理的产状基本上与断层的产状平行。因此野外在主断层的覆盖区的旁侧（山边），可利用此节理产状确定主断层产状。另一组与主断面斜交（图5-23），
在理想状态下，在正断层中，σ3水平与断层走向直交，σ1直立，σ2水平；在逆冲断层中，σ1水平与断层走向直交，σ3直立，σ2水平；在平移断层中，σ1水平并与断层走向以小于45°的交角相交，σ2直立，σ3水平（图5-23）。

图5-23 与正断层（A）、逆断层（B）和平移断层（C）伴生的节理

（据M.Mattauer，1980）
三、与区域构造有关的节理的识别
通过卫片解译存在着规律性展布的节理，它们受区域构造控制和区域性构造应力场影响，这类节理称为区域性节理。
地壳表层广大地区存在着规律性展布的区域性节理，此节理与前叙的褶皱及断层在成因上没有直接联系，它是区域地壳运动的结果，特别是在岩层产状稳定的地台区，岩层产状近水平古老地台上，这类节理极为发育。如我国广西河池西南地区，上古生界石灰岩地层中，广泛发育一套走向为NE60°，NW300°的一套X型节理，而河池以西上古生界石灰岩地层中又发育NE50°，NW3350°两组节理，这些节理间距宽而稳定，不受局部褶皱和断层的影响，在上千平方千米的范围内广泛产出。区域性节理若被后期岩浆充填，则形成有规律排列的岩墙群，如安徽桐城、大别山太古宇一套地层中顺一组节理发育密集排列成带的北东向正长岩岩墙群。
区域性节理常有如下特征：
（1）分布广泛、范围大、延伸长、规模大。
（2）垂直地表以剪节理为主，常呈X型，其两组交切线（B轴、σ2）代表应变本椭球体的B轴，应力椭球体中间应力轴σ2。区域性剪节理亦可呈雁列排布。
（3）区域性剪节理相邻间距大且具有等距性。
（4）区域性节理不仅延伸长且穿透性亦强，常控制地表水系格局。
（5）区域性节理是地壳运动水平侧压作用所形成的。如我国两大区域性剪切系统（图5-24）以贺兰山、秦岭、龙门山、鲜水河等为界线，将中国分为东西两部，西部地区为北北西、北东东剪切系统（相当于大向斜），而东部为北北东、北北西剪切系统（相当于大背斜），这也是我国地质构造格局的真实写照。

图5-24 中国两大剪切系统示意图

按节理的成因，节理包括原生节理和次生节理两大类。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。其中构造节理是所有节理中最常见的，它根据力学性质又可分两类：张节理和剪切节理。前者即岩石受张应力形成的裂隙，后者即岩石受切应力形成的裂隙。沿最大切应力方向发育的细而密集的剪切节理，称为“劈理”。通常，以节理与岩层的产状要素的关系而划分为四种节理：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。前三种最为常见。其次，节理的分类还可以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，可划分为三种：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。在认识节理的形态及其名称以后，也可以适当地作些力学分析研究，如节理与褶皱的关系，节理的形态与受力的关系等。

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，A_W—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。