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第13章 地质构造的野外观察与分析(4)

③用量角器量出BAC即得出岩层的倾角α值,或按地质图比例尺求出AC长度,已知BC为50m,可由tanα=BCAC求出倾角的度数;并量出CA的方位角即为岩层的倾向。

2.三点法求岩层产状要素

当岩层产状平缓而不能用罗盘仪准确测定,或者需根据钻探得到的层面标高资料求地下岩层产状时,可用三点法。

应用三点法求岩层产状的前提是:①三点要位于同一层面上,但又不在一条直线上;②三点的方位、相互水平距离和标高(或高差)为已知,并且三点相距不太远;③在三点范围内岩层面平整,产状无变化,无褶皱和断层。

三点法的要点:从图52(a)可以看出,只要在最高点A和最低点C的连线上,找到与B点等高的一点D,就可以作出走向线DB;过C点或A点可以作出与DB平行的另一高程的走向线;根据两走向线各自高程和水平距离,可以求出倾向和倾角。

图52三点法求岩层产状示意图其求解方法如下。如图52所示。

①求等高点:从最低点C作任一辅助线CS,根据A、C点间高差及B点高程用等比例线段法划分,在AC线上得出与B点等高的D点。

②求倾向:连接DB,即为178m高之走向线,过C点作其平行线,即为160m高之走向线,在DB线上取任一点O作其垂直线OF即为倾向线,用量角器量其方位角值(如图52(b)所示为180°,即倾向S180°)。

③求倾角:根据B、C两点间的高差,按平面图比例尺取一线段OE,连接EF,则EFO(α)代表倾角,可用量角器量其值。

5.3读倾斜岩层和不整合接触地质图及绘制剖面图

1.分析倾斜岩层在地质图上的表现特征

倾斜岩层在大比例尺地形地质图上表现出岩层界线与地形等高线成不同交截关系的特点,在山脊和沟谷处弯曲成“V”字形,而有一定规律,即所谓“V”字形法则。通过读图应用这一规律,掌握岩层产状与地形及其相互关系对岩层界线形态影响的分析方法。同时也注意岩层露头宽度的变化与岩层厚度、产状和地形的关系。

2.认识不整合在地质图上的表现特征

根据地质图上出露的地层时代、层序,可以确定不整合类型。如果在图区内两个不同时代的地层之间存在地层缺失,即两地层时代层序不连续,而产状一致,界线基本平行,则为平行不整合;如果两地层产状不平行,较新地层的底面界线与较老地层的底面界线交截,则为角度不整合,如图53所示。上图为平面图,下图为沿AB线的剖面图。

3.绘制倾斜岩层地质剖面图

一幅正式的地质图通常附有一条或几条通过图区主要地质构造的图切地质剖面图,以反映图区构造形态及其组合特征。它与地质图相结合,有助于我们从三维空间去认识并恢复地质构造形态和产状。因此,应该学会绘制和阅读、分析图切剖面图。其绘制方法和步骤如下,如图54所示。

①选择剖面位置。在分析图区地形特征,地层的出露、分布和产状变化及构造特点的基础上,使所作的剖面尽量垂直于区内地层走向,并通过图区主要构造部位。选定后,将剖面线标定在地质图上。

②绘地形剖面。在绘图纸(最好为方格纸)上画出剖面基线,长短与剖面相等,两端标注垂直线条比例尺(一般与地质图比例尺一致),按等高间距作一系列平行于基线的水平线(用方格纸作剖面只注明标高位置)。基线标高一般比剖面所过最低等高线的高度再低1个或2个间距,然后以基线高程为起点,按等高距依次注明每条平行线的高程,并将基线与地质图上的剖面线放平行。最后将地质图上的剖面线与地形等高线的交点一一投影到相应高程的水平线上或剖面标高位置(如图54中的虚线),按实际地形用平滑曲线连接相邻点即得出地形剖面。

③完成地质剖面。将地质图上的剖面线与地质界线(如地层分界线、不整合线、断层线等)的各交点投影到地形剖面曲线上(如图54中的虚点线),按各点附近的地层倾向和倾角绘出分层界线。当剖面与走向斜交时,应按剖面方向的视倾角绘制分层界线。

④标绘花纹、代号。对各分层应按其岩性绘上岩性花纹,并按照地质图要求注明地层代号。岩石花纹有时要附图例。

⑤整饰剖面图。按地质剖面图格式要求进行整饰。

5.4读褶皱区地质图

首先,从地质图的图例或地层柱状图上了解图区出露地层的时代、层序和接触关系;然后,浏览一下地质图,大略地认识图区新老地层的分布和延展情况,了解其地貌特征,并结合比例尺分析地形对地层露头分布形态和出露宽度的影响。从地质图上认识褶皱,先要看地层分布是否有对称重复现象,并结合地层新老关系和地层产状,分辨出背斜和向斜,进而分析褶皱的形态和组合特征。认识褶皱形态的关键是确定褶皱的两翼、轴面和枢纽产状。

1.对单个褶皱形态的认识和分析

(1)区分背斜和向斜

先从一个老地层或新地层着手,垂直地层总的延伸方向观察,如老地层两侧依次对称地分布着新地层,则为背斜;反之,在新地层两侧对称地分布着老的地层,则为向斜。通常是一个背斜两侧毗邻着向斜,一个向斜的两侧发育着背斜。

(2)确定两翼产状

褶皱两翼产状及其变化,主要从地质图上标绘的地层产状符号直接去认识和分析。在一定情况下,也可以根据同一岩层在褶皱两翼露头宽度的差异,定性地对比两翼的倾角大小。

这种分析以岩层厚度基本稳定,地形起伏不大或褶皱两翼的地面坡度相似为前提,而岩层露头宽度只与岩层倾角的大小有关,露头宽度窄的一翼倾角大,宽的一翼倾角小。

(3)倒转翼的确定

通常在褶皱倾伏端的岩层层序和产状总是正常的。如果有倒转翼,如图55所示,则倒转翼岩层的倾角从翼部向倾伏端方向一般由缓变陡,在倾伏转折附近岩层会出现产状直立。在褶皱倾伏端和翼部,岩层露头宽度一般比在倾伏端附近的直立产状部分露头宽度要宽。因此,如果褶皱岩层露头从翼部向倾伏端追踪,在倾伏转折附近露头宽度有骤然变窄的现象,则该翼可能是倒转翼。

上述判断两翼产状的方法适用于形态和产状较简单的褶皱,对于倾竖褶皱、平卧褶皱和斜卧褶皱,或地形变化复杂时则不适用。

(4)判断轴面产状

为了准确地确定褶皱轴面的产状,可以通过系统地测量两翼同一岩层产状,用赤平极射投影方法或几何作图法来确定。在地质图上,也可以从两翼产状大致判断出轴面产状。例如,两翼倾向相反,倾角大致相等,则轴面直立;两翼倾向、倾角基本相同,则轴面产状也与两翼产状基本一致,即为等斜褶皱。对于两翼产状不等或一翼倒转的褶皱,无论背斜或向斜,其轴面大致与倾角较小的一翼的倾斜方向一致。除平卧褶皱和等斜褶皱外,轴面倾角一般大于缓翼倾角,而小于陡翼倾角。

(5)枢纽产状和轴迹的确定

当地形平坦且褶皱两翼的倾角变化不大时,两翼的地层界线基本上平行延伸,可认为褶皱枢纽是水平的;如两翼岩层走向不平行,或两翼同一地层界线呈交会或弧形转折弯曲,可认为褶皱枢纽是侧伏的。倾伏背斜两翼同一岩层界线在枢纽倾伏处交会成“V”形、弧形的凸侧或“V”形尖端,指向枢纽倾伏方向,向斜则反之。另外,沿褶皱延伸方向,核部地层出露的宽窄变化也能反映出枢纽的产状,核部变窄或闭合的方向是背斜枢纽倾伏方向,或向斜枢纽扬起方向,如图56所示。通过褶皱各层界线转折端点的连线,即为轴迹。

上述确定枢纽产状和轴迹的方法只适用于轴面近直立或陡倾斜的倾伏褶皱及地形比较平缓的情况。对于轴面呈中等或缓倾斜的倾伏褶皱,或地形起伏复杂的情况,在大、中比例尺地质图上,褶皱岩层界线弯曲转折端点的连线既不能代表枢纽倾伏方向,也不一定是轴迹。

因此,在阅读褶皱区地质图时,要从褶皱两翼产状、褶皱岩层界线的分布形态与岩层产状和地形的关系等方面综合起来分析,才能对褶皱有正确的认识。根据两翼产状用赤平极射投影方法或几何作图方法是确定枢纽和轴面产状的可靠方法。

(6)转折端形态认识

在地形较平缓的情况下,轴面直立或陡倾斜的倾伏褶皱在地质图上褶皱倾伏端的地层界线呈弯曲形态,大致可以反映褶皱在剖面上的转折的形态,如图57所示。

图56平面及剖面上的枢纽起伏图57褶皱转折端形态(7)褶皱形态的描述

一般描述内容包括:褶皱名称(地名加褶皱类型)、地理位置及其所在区域构造部位、分布延伸情况、核部位置及组成地层、两翼地层产状及转折端形态、轴面及枢纽产状、次级褶皱分布及特征、褶皱被断层或侵入岩体破坏的情况等。

2.褶皱组合型式的认识

在逐个分析图区的背斜、向斜之后,根据同一构造层诸褶皱的轴迹排列型式和剖面上的褶皱组合特征,确定并描述褶皱的组合型式,如雁行式、穹盆构造、隔挡式、隔槽式或复背斜、复向斜等。

褶皱的形成时代可以根据地层间的角度不整合接触关系来确定:在不整合面以下的褶皱形成于不整合面以下的最新地层时代之后,不整合面以上的最老地层时代之前。如图58所示的褶皱形成于中志留纪之后,中泥盆纪之前。

3.绘制褶皱地区剖面图

褶皱构造图切剖面有两种:一种是铅直剖面,一般横切褶皱延伸方向,这是常用的剖面图,它适用于在各种比例尺地质图上反映与图面(水平面)垂直面上的褶皱特征;另一种是垂直于褶皱枢纽的剖面,称为横截面图或正交剖面图,对于构造变形较强烈、枢纽倾伏角较大的褶皱,这种横截面图能比较真实地反映褶皱在剖面上的形态。横截面图通常是在比例尺较大的地质图上绘制。褶皱地区铅直剖面图的绘制步骤如下,如图59所示。

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