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地质构造分析的赤平极射投影方法.pdf

毛健全杨国桢顾悦编著

贵州人民火众 社 一九八年十月

构造分析是对变形岩石常规野外研究的补充，赤平极射投影是进 行构造分析的基本方法之一，近年来在构造地质中应用渐广。《地质 构造分析的赤平极射投影方法》一书，从构造地质及地质力学的基本 观点出发，运用赤平极射投影方法进行构造分析．它主要包括对褶皱 构造组合关系、力学性质及应力状态的分析；对断层位移方向、力学 性质及应力状态的分析：对节理力学性质及应力状态的分析：以及对 构造应力场的分析.这些问题的解决将有助于对各种破裂结构面力学 性质的鉴定、构造体系类型的划分和构造应力场的恢复等问题的深入 研究，从而为构造预测打下基础，本书最后应用了数学计算方法，使 之能借助电子计算机或计算器进行计算，为从构造定性分析到构造的 定量分析开辟了途径. 全书共七章，可作为高等、中等地质院校学生学习构造地质学及 地质力学的参考书；也可供地质、冶金、煤炭、矿山、水电等单位地 质科技人员参考

DB36／T 1095-2018标准下载分析的赤平极射投影方法

名微全物国视质 悦店

美国地质学家F·J特纳（FrancisJ·Turner）和L·E韦斯（LionelE·Weiss）指出：“构造分 析是对变形岩石常规野外研究和显微研究的补充。可以指望它能揭示变形所产生的构造的几 何性质，因而也能为进行变形过程的动力学和运动学推论提供资料”。1我们这本小册子着重 介绍在沉积岩和浅变区对中小型构造进行构造分析的赤平极射投影的方法。它主要包括： 1.对褶曲构造的几何要素、组合关系、力学性质及应力状态的分析； 2.对断层位移方向、力学性质及应力状态的分析； 3.对节理力学性质及应力状态的分析。 众所周知，赤平极射投影在地质学上应用已有一百多年的历史，最初用到结晶学，以后 被广泛运用到古地磁学、岩石学、构造地质学、岩体工程地质力学等各个学科领域。本文试 图将这一方法运用在地质力学中，借以帮助解决破裂结构面力学性质的鉴定，构造配套及构 造应力场等方面的问题。为了叙述系统起见，我们把赤平极射投影的基本原理和基本作图方 法作为本书的第二、三章，放在前面介绍。在实际应用中，往往逼到较多的统计和作图工 作，因此我们将赤平极射投影的全部作图方法数学公式化，使之从头到尾完全可以借助电子 计算机或小型计算器进行计算。同时，我们还专门为此写了“赤平极射投影的数学计算方 法”一章。 本书第二、三章主要参考了何作霖《赤平极射投影方法及其应用》一文和中南矿院《赤 平极射投影在地质上的应用》一书。第四、五章主要参阅F·J特纳、L·E韦斯《变质构造岩 的构造分析》一书和马宗晋、邓起东《节理力学性质的判别及其分期配套的初步研究》一 文。 由于我们水平不高，书中不当之处敬望批评指正。

一九七八年十一月初稿 九七九年八月定籍

第一章地质构造中组构、域及地质体中面状和线状构造.·....…....…..…..…..（） 一、地质构造中的组构概念· 二、域的概念…………… 三、地质体中的面状和线状构造·.... ..（） 第二章赤平极射投影的原理..· 一、赤平极射投影原理· （!） 二、投影网…… 三、应用吴氏网读图… .(13) 第三章赤平极射投影的基本作图方法·· ·(15) 一、极点的统计分析·.. ..（15） 二、平面和直线的各种基本作图方法· ....（18） 第四章褶曲构造的赤平极射投影分析· ：+ ·.....（32） 一、用赤平极射投影方法求褶曲要素与表现褶曲形态·. （32） 二、褶曲构造的力学性质及其应力状态 "（10) 三、褶曲的伴生及派生构造的赤平极射投影分行 ..（13) 四、叠加褶皱的赤平极射投影分析方法简介 （1） 第五章断裂构造的赤平极射投影方法· .（19） 第一节断层的赤平极射投影分析 一、断层的赤平极射投影分类 ....（19) 二、断裂面极点与断裂面“标准图谱” 三、断裂的应力状态. 四、断层的力学性质· 五、断层相对位移方向的确定·. +··.+ (5) 六、分析断层力学性质的赤平极射投影方法 七、用赤平极射投影方法求断层的应力状态 ·· (66) 第二节节理的赤平极射投影分析·…. 一、节理的力学分类及特征 (70) 二、剪节理的动向、配套、分期和应力轴的确定. (74) 三、节理的赤平极射投影方法·. (77) 四、各种构造节理的应力轴分布图例 (79)

第六章分析构造应力场的赤平极射投影方

第六章分析构造应力场的赤平极射投影方法· （81） 一、构造应力场及其分类 "(81) 二、构造应力场轨迹图的作图方法 ."（82) 实例一对龙滩坝区构造应力场的初步分析 实例二贵州西部菱铁矿的构造应力场及对矿床改造的初步分析·. .（8) 实例三江苏溧水地区构造应力场分析……… 第七章分析构造应力场的数学计算方法 .(.98) 一、已知共轭X节理的产状、求节理形成时的应力轴产状 及剪裂角的计算方法............ .((98) 二、已知褶曲两翼产状，求褶曲轴面产状及应力轴产状的计算方法....（108) 三、已知断面擦痕产状，求断层的位移方向及应力轴产状的算计方法….（112) 四、已知入字型构造的分支成分及主干断裂产状，求断裂的位移方向 及应力轴产状的计算公式…… *"（115） 五、用小型计算器计算极密点的一种统计方法 （121)

本书常用代号 主要参考资料..

第一章地质构造中组构、域及地质

一、地质构造中的组构概念

各种地质体，它们形态千差万别，规模极为悬殊，在这样巨大差别的范围内，统一用力 学解释很多基本的地质构造现象，就不免遇到如何看待均匀、连续的问题。任何一个地质体 都是不均匀、不连续的，但是在一定范围内，把不均匀、不连续的地质体看成均匀、连续体， 在力学处理上，其结果是足够精确的。虽然如此，如范围选择不当，而又一律看作均匀、连 续体，其结果则完全不能利用。因此不少学者提出并且在构造分析中应用了“域”（domain） 这一概念1"。王嘉荫教授把均匀、连续的地质体定义为“域”。显然，“域”并没有具体的 尺寸。它的大小与所研究的范围和要求的精度有关。F·』特纳等把“域”定义为“一个岩体 中的任何有限三度空间部分，这个岩体在所讨论的域的规模上看是统计均匀的。域通常圈定有 边界，这些边界是构成或组分的主要不连续性表现出的天然面”“1）。一个背斜构造，即使是 最简单的一个背斜，各部岩层的产状也是在不断地变化之中的；从翼部到核部，从这·一翼到

另一翼，从褶曲中部到倾没端，岩层的产状都是在不断变化中的。如果研究的范围是一个区 或，那么显然可以把该背斜看成一个域；如果研究范围仅仅是这个背斜，那么就可以把这个 背斜划分为几个“亚域”分别进行研究，然后，将几个亚域的资料综合起来，对这个背斜进行 分析。 对于一个比较复杂的地质体，应用赤平极射投影方法进行构造分析时，往往采用以下程 序：将一个复杂的地质体划分为若干个较为简单的域或亚域，用赤平极射投影方法分别对这 些域或亚域进行组构分析，再把这些域或亚域的资料综合起来，对这个比较复杂的地质体进 行研究。

三、地质体中的面状和线状构造

（一）面状构造 面状构造（广义的结构面）：凡是将岩体分割开的破裂面或可以将岩体划分开来的标志 性面均称为面状构造。在赤平极射投影的构造分析中常用S、S2、S….来表示。面状构造 可以分为以下三大类： 1.原生面状构造。是指在成岩过程中形成的面状构造或与成岩作用有关所形成的面状构 造。 十 ?S （1）沉积面状构造。包括沉积岩的层面、层理，假整合面、不整合面等； （3）火成面状构造。包括岩浆岩中的流面、相带、岩浆岩与围岩的接触界面，以及岩 浆岩中的原生节理面等。 BBS.3SUU1.CUM 2.构造面状构造（窄义的结构面）。是由于地壳的构造运动，使岩体发生变形而形成的 各种构造形迹，包括褶曲轴面、各种断层面、节理面、劈理面、片理面等。根据它们的力学 性质，可以进一步划分为： （1）压性结构面。凡成因上与压应力有关，结构面的走向与压应力垂直，表现出挤压 特征的结构面，如褶曲轴面、冲断层面、挤压透镜体的轴面、片理面和流劈理面等，可用c表 示。 （2）张性结构面。凡成因上与拉应力有关，结构面走向上与拉应力垂直，表现出拉伸 特征的破裂面，如大部分正断层、张节理等，可用t表示。 （3）扭性结构面。凡成因上与扭应力有关，结构面走向平行于扭应力方向，表现出剪 切的特征的破裂面，如大部分平移断层、剪节理、共轭X节理、破劈理等，可用s表示。 （4）张性兼扭性结构面。在张应力与扭应力的同时作用下，形成的既具有张性特征又 兼有扭性特征为辅的破裂面称为张扭面，如斜落断层等，可用ts表示；如以扭性特征为主， 张性特征次之的破裂面则称为扭张面，如一部分平移正断层等，可用st表示。 （5）压性兼扭性结构面。在压应力与扭应力的同时作用下，形成的既具有挤压特征， 又兼有扭动特征的破裂面，若以压性特征为主，扭性特征次之，则称为压扭性结构面，如一

斜冲断层等，可用cS表示；如以扭性特征为主，压性特征为辅，则称为扭压性结构 平移逆断层及一部分扭节理等，可用sc表示。 3.次生面状构造，在表生作用下，由于风化、卸荷等作用，在岩体中产生的破裂面， 次生面状构造，如风化裂隙、卸荷裂隙等。

上还技影是以圆球面的“南极”为发射点，将上半球面上的点和线投影到赤平面上所成的 赤平极射投影，称为上半球投影。同样，也可以用圆球面的“北极”为发射点，将下半球面 上的点、线、面投影到赤平面上，称为下半球投影。下半球投影所得的结果与上半球投影处

于相反的对称位置。上下半球投影在实际应用中是没有 区别的，它们所表示的角距和方位都是一样的。本文的 赤平极射投影图均采用上半球投影，即以圆球面的“南 极”为发射点所形成的赤平极射投影图。

（一）根据上述投影原理，下面介绍各种产状的平

(a)立体图表示通过球心的倾斜平面，倾角陡，在赤平极射投影面中大圆弧靠近基图直径； （b）为陡便斜平面的赤平极射投影图。

(a)立体图表示通过球心的领斜平面，倾角缓，在赤平极射投影图中大国弧靠近基 （b）为馒顿斜平面的赤平极射投影图。

【二）通过球心的各种产状的直线黄材水库 施工组织设计，在赤平极射投影图上的表现

求心的倾斜平面，倾角缓，在赤平极射投影图中大國弧靠

（三）不通过球心的平面，在赤平极射投影图中的表现

(a）立体图表示不通过球心的倾斜平面，与投影面相交，在赤平极射投影图上是一条弧形线； （b）不通过球心的与投影面相交的倾斜平面，在赤平极射投影图上是一条弧形线。

吴氏网的直径一般20厘米，每隔2°绘一条经线和 条纬线，每隔10°有一主曲线。 吴氏网上方代表正北方位（即N点），下方表示正 南（S点），左方代表正西（W点)，右方代表正东（E 点），因此吴氏网基圆上的读数是与地理方位一致的。 在解决实际的地质构造问题时，吴氏付的中心Q点，代 表所要研究的露头点，吴氏网南北向直径和东西向直径 代表露头点的实际方位。赤平极射投影的发射点R位于 地下，天顶点P则在天顶上。 当手头没有现成的投影网时，可以按以下步骤自行

2.过C点作圆的切线CD与SN线的延长线相交于D点； 3.以D点为圆心，DC为半径画圆弧。得到30°方位走向东西，不过球心的直立平面

圆组成的网格。标准的极点投影网直径20厘米济宁市全民健身广场A区地下车库工程施工组织设计，每隔2°一等分，每隔10有一主曲线。它与等 大的吴氏网、普氏网配合使用。极点投影网的放射线表示极点的倾间，同心圆表示极点的倾 角。使用时只需将透明纸复于其上，便可按已知面或线的产状作极点，无需转动透明纸，因 此在画极点时较吴氏网方便。

对已经画出的投影图进行读图时，如果有透明的投影图，即可将网格家在图上进行判 读；如果投影网不透明，则需要将描在透明纸上的投影图蒙在等大的投影网上判读。总之， 投影图和投影网两者要等大，同时，其中之一要透明，方可读图。

(a）将透明的赤平极射投影图紫在吴氏网上 (b）旋转投影图，使大厨弧的走向与吴氏网南北向径重合 透明纸（赤平极射投影图）上的北方称为“标北” 透明纸旋转方向