浅析岩体结构面成因及分类

摘要:近几年,自然灾害在我国频繁发生,岩体失稳严重威胁人类的生命财产安全。首先,岩体失稳具有不可预测性,与滑坡不同,失稳前没有明显的变形迹象;其次,由于岩体内部结构面的复杂性,肉眼未能预测可能失稳的岩块体规模。因此,为防治岩体对人类造成不必要的伤害,岩体结构的研究成为最重要的课题。

关键词:岩体 结构面 原生结构面 次生结构面

中图分类号:U2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)03(a)-0104-01

岩体是指在漫长的地质历史过程中,各种造岩矿物经成岩作用、构造作用、以及后来的天然或人工改造作用,逐渐形成了目前我们工程建设中所必须面对的各式岩体。岩体中的结构面总体可划分为两类:一类为原生结构面,是在成岩过程中形成的;另一类为次生结构面,是在后期的构造作用及次生改造作用中形成的。本章主要从系统工程地质学的角度,对岩体中的结构面进行宏观分析,并大致分析各类结构面的形态特征。

1 原生结构面

原生结构面是指在岩石成岩过程中形成的结构面。不同成因的岩石,其内原生结构面形态、特征差异较大。

岩石按成因可划分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类,下面分别论述各类岩石中原生结构面的成因、形态、力学特性。

1.1 岩浆岩中的原生结构面

岩浆岩是由岩浆冷凝固结而形成的岩石。存在流线与流面构造。流线构造是指在成岩过程中,岩浆中的柱状矿物、长形俘虏体、析离体等的长轴方向呈定向排列;流线的延长方向反映了岩浆的流动方向。流面构造是指岩浆岩中的片状矿物、扁平俘虏体、析离体等呈平行排列;流面一般平行于岩体的接触面。流线、流面的形成,是由于岩浆流动时不同部位速度有差异所导致的。岩浆岩中的流面类似于沉积岩中的层理,是岩浆岩中主要的原生结构面。

岩浆岩内也存在原生节理。原生节理一般产生于岩浆岩成岩的最后阶段。依据原生节理与流面的关系,可将岩浆岩中的原生节理划分为层节理、横节理和纵节理三类。其中层节理又称为L节理,平行于流面方向,常较平滑,可有一些岩脉或矿脉充填;横节理又称为Q节理,与流线方向垂直,常直而长,节理面粗糙,多被岩脉或矿脉充填;纵节理又称为S节理,平行于流线,一般没有岩脉或矿脉充填。

1.2 沉积岩中的原生结构面

沉积岩是在常温常压下,由风化作用、生物作用和某些火山作用产生的物质经搬运、沉积、成岩等一系列地质作用而形成的岩石。按沉积物来源的差异,可将沉积岩划分为外源沉积岩和内源沉积岩两类,外源沉积岩的组成物质主要来源于沉积盆地之外,而内源沉积岩的主要物质直接来自沉积盆地的溶液和沉积场所的溶液内。

沉积岩中的原生结构面主要为层面。层面是比较明确的岩性分界面,上下岩体在空间上往往不连续。识别层面的方法很多,可以通过岩石成分的变化、结构的变化、颜色的变化来区分层面与其它不连续面,也可以通过波痕、层面暴露标志如泥裂、雨痕等来识别层面。

层理与层面不同,层理包括细层、层系、层系组。其中,细层是层理的基本单位,厚度很小,一般为几毫米至几厘米,成份均一,是在一定条件下同时沉积的;层系由多个同类型的细层组成,是在相同沉积条件下形成的;层系组由若干个相似的层系组成,是在相似的沉积环境下形成的,中间无明显的不连续。

1.3 变质岩中的原生结构面

由地壳内力作用促使岩石发生矿物成分及结构构造变化的作用称为变质作用,由变质作用形成的岩石叫变质岩。变质作用类型可分为动力变质作用、区域变质作用等。

(1)动力变质作用。

动力变质作用是以岩石的变形、破碎为主,动力变质岩主要分布在断层破碎带内。从上至下,变质程度由浅入深,碎裂作用由弱变强。

(2)区域变质作用。

区域变质作用是地表活动带伴随强烈造山运动所发生的一种大面积变质作用。区域变质作用形成的岩石一般都被强烈变形或片理化。区域变质岩是分布最广泛的变质岩类型。

当变质作用轻微时,对原岩主要是物理改造作用,导致原岩中的一些潜在面理进一步剥离;随变质作用的加强,出现大量的重结晶现象,导致矿物定向排列,形成片理、片麻理构造;随变质作用的进一步加强,岩石多呈块状构造,原生结构面不发育。

2 由构造作用形成的次生结构面

构造在地质学中是一个非常宽泛的概念,泛指组成地壳的岩石、岩层、岩体在岩石圈中力的作用下变形形成的各种现象。岩体中由构造作用形成的结构面主要有三类:劈理、节理和断层。其中劈理是从微型构造的尺度上来说的;节理主要属于小型构造的范畴;而断层既可以是小型构造,也可以是中型或大型构造。

2.1 劈理

劈理是一种将岩石按一定方向分割成平行密集的薄片或薄板的次生面状构造,多发育在强烈变形、轻度变质的岩石里。

按传统的分类方法可将劈理划分为流劈理、破劈理、滑劈理三类。其中流劈理是岩石变形时,内部组分发生压扁、拉长、旋转和重结晶作用的产物。破劈理可理解为微观尺度上的剪节理,但较剪节理更为密集,劈理面垂向间距一般小于1cm。滑劈理是一组切过先存面理的差异性平行滑动面或滑动带,带内矿物具新的定向排列,先存面理一般发生弯曲。

2.2 节理

节理是岩石中的裂隙,是没有明显位移的断裂,也是地壳上部发育最广泛的一种构造。节理按其力学成因可分为剪节理和张节理两类。

剪节理具有以下主要特征:(1)产状较稳定,沿走向和倾向延伸较远;(2)一般平直光滑,有时具有因剪切滑动而留下的擦痕,剪节理未被充填时是平直闭合缝,如被充填,脉宽较为均匀,脉壁较为平直;(3)典型的剪节理常常组成共轭“X”型节理系,往往呈等距离排列。

张节理则具有以下特征:(1)产状不稳定,延伸不远,单条节理短而弯曲,节理常侧列产出;(2)节理面粗糙不平,无擦痕;(3)张节理多开口,一般被矿脉充填,脉宽变化大,壁面不平直。

与劈理类似,节理的分布规律、发育特征与岩性、层厚、构造形态往往有密切关系。节理在构造剧烈的部位尤其发育;而且,厚层硬岩中分布的节理往往稀疏,但单条节理规模大;而在薄层软岩中,节理往往密集,但单条节理规模小、延伸短。

2.3 断层

断层是地表岩石体中顺破裂面发生明显位移的一种破裂构造。属于面状构造,但大的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,带内还常夹杂和伴生有搓碎的岩块、岩片及各种断层岩。断层规模越大,断裂带也就越宽、越复杂。

断层可总体划分为脆性断层和韧性断层两大类,其中韧性断层又称韧性剪切带。与脆性断层伴生的断层岩一般属碎裂岩系列,与韧性断层伴生的断层岩一般属糜棱岩系列。脆性断层普遍发育于地壳表层;而韧性断层则多产生于地壳一定深度范围以内,需要较高的温度和压力。

参考文献

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