第六章节理 本章要点：机理、节理组、节理系概念：节理的分类：张节理、剪节理的特征：节理 的井下识别与研究 第一节节理的概念及其研究意义 一、节理的概念 1、节理即岩石中的裂隙，是指没有发生明显位移断裂。断裂包含节理（无显著位移者） 和断层（有显著位移者）。在石油行业中节理多称为裂缝，其形态各异，长短不一，成群出 现。 2.节理及相关概念 节理面：节理构造的破裂面叫节理面。节理面可以是平面，也可以是曲面。节理面的产 状反映了节理在空间的位态，仍用走向、倾向和领角米表示。 节理组：是指在一次构造作用的统一应力场中形成的，产状基本一致、力学性质相同的 群节理。 节理系：是指在一次构造作用的统一应力场中形成的两个或两个以上的节理组构成的， 如X型共轭节理系等。在一次构造作用的统一应力场中形成的产状呈规律性变化的一群节 理，如一群放射状张节理或同心环状张节理，也称节理系。在野外工作中一般都以节理组或 节理系为对象进行观测，故应注意正确划分节理组和节理系。 二、节理的研究意义 节理的研究在理论上和实践上都具有重要意义。节理研究的理论意义在于节理与褶皱断 裂和区域性构造密切相关，它的研究对认识和佣明区域地质构造及其形成和发展方面具有重 要意义。节理研究的实际意义在于1)控制矿体形态。2)地下水的渗透性、含水性与节理 发有的密度和开启性有关。3)影响有关工程建筑的渗漏性和岩体的稳定性。 对于石油行业而言，认识和研究节理更为重要。 1.节理常是石油和天然气的主要运移通道和储集场所，在某些致密的储集层中，节理几 乎是唯一的运移通道和储集场所。 2.节理发有的密度和开启程度，不仅影响油气的渗透运移和聚集，还会影响油气的采 收率。 3.随着石油勒探开发的深入，相对简单的背斜型均质油藏己越来越少，而较复杂的非 均质裂缝型油藏是今后一段时期内勘探的主要目标之一。 3.对地下水及其它一些矿床的分布有着重要影响。 5.构造节理的产状、性质和分布规律与褶皱、断层有密切的成因联系 第二节节理的分类 节理根据其形成的地质原因有原生节理、构造节理和非构造节理。 1.原生节理：在成岩过程中形成的，如玄武岩中的柱状节理、细粒沉积岩中的泥裂等
第六章 节理 本章要点：机理、节理组、节理系概念；节理的分类；张节理、剪节理的特征；节理 的井下识别与研究。 第一节 节理的概念及其研究意义 一、节理的概念 1、节理即岩石中的裂隙，是指没有发生明显位移断裂。断裂包含节理（无显著位移者） 和断层（有显著位移者）。在石油行业中节理多称为裂缝，其形态各异，长短不一，成群出 现。 2．节理及相关概念 节理面：节理构造的破裂面叫节理面。节理面可以是平面，也可以是曲面。节理面的产 状反映了节理在空间的位态，仍用走向、倾向和倾角来表示。 节理组：是指在一次构造作用的统一应力场中形成的，产状基本一致、力学性质相同的 一群节理。 节理系：是指在一次构造作用的统一应力场中形成的两个或两个以上的节理组构成的， 如 X 型共轭节理系等。在一次构造作用的统一应力场中形成的产状呈规律性变化的一群节 理，如一群放射状张节理或同心环状张节理，也称节理系。在野外工作中一般都以节理组或 节理系为对象进行观测，故应注意正确划分节理组和节理系。 二、节理的研究意义 节理的研究在理论上和实践上都具有重要意义。节理研究的理论意义在于节理与褶皱断 裂和区域性构造密切相关，它的研究对认识和阐明区域地质构造及其形成和发展方面具有重 要意义。节理研究的实际意义在于 1）控制矿体形态。2）地下水的渗透性、含水性与节理 发育的密度和开启性有关。3）影响有关工程建筑的渗漏性和岩体的稳定性。 对于石油行业而言，认识和研究节理更为重要。 1．节理常是石油和天然气的主要运移通道和储集场所，在某些致密的储集层中，节理几 乎是唯一的运移通道和储集场所。 2．节理发育的密度和开启程度，不仅影响油气的渗透运移和聚集，还会影响油气的采 收率。 3．随着石油勘探开发的深入，相对简单的背斜型均质油藏已越来越少，而较复杂的非 均质裂缝型油藏是今后一段时期内勘探的主要目标之一。 3． 对地下水及其它一些矿床的分布有着重要影响。 5．构造节理的产状、性质和分布规律与褶皱、断层有密切的成因联系。 第二节 节理的分类 节理根据其形成的地质原因有原生节理、构造节理和非构造节理。 1．原生节理：在成岩过程中形成的，如玄武岩中的柱状节理、细粒沉积岩中的泥裂等
2.非构造节理：在外动力地质作用下形成的，如风化作用或滑坡形成的节理等。其特 点是发有的范围和深度有限，与各级各类构造无规律性关系，产状和方位极不稳定，以张节 理为主。 3.构造节理：由内动力地质作用（主要是构造运动）产生的节理。分布也有一定的规 律性。其特点是方位和产状稳定，与区域构造或局部构造存在一定的关系，它往往与褶皱和 断层紧密相伴，成因密切，而且发育的范围和深度较大，既有剪节理又有张节理。 构造节理是本章讲述的主要内容。 通常对构造节理分类主要依据两个方面，即按节理与相关构造的几何关系及按节理的力 学形成的力学性质。这两者又是相互关联的。节理与相关构造的几何关系反映了它们的力学 成因，而同一力学成因的节理、褶皱和断层又具有一定的几何关系。 一、节理与相关构造的几何关系分类 节理是一种小型构造，往往发有在褶皱等其它较大型构造上，并与岩层有一定的相关关 系。 1.根据节理与所在岩层的产状关系（图6-1）： 走向节理：节理走向与岩层走向平行： 倾向节理：节理走向与岩层走向垂直： 斜向节理：节理走向与岩层走向斜交： 顺层节理：节理面平行于岩层层面。 以上分类适合于对发有在倾斜岩层地区的节理进行分类 2.根据节理走向与所在褶皱枢纽间的关系（图6-2）： 纵节理：节理走向与褶皱枢纽平行。 横节理：节理走向与褶皱枢纽垂直。 斜节理：节理走向与褶皱枢纽斜交 以上分类适合于对发育在裙皱岩层地区的节理进行分类。 图6-1】根据节理与所在岩层产状关系的节理分类 图6-2根据节理产状与韬皱轴向关系的节理 分类 1走向节理：2倾向节理：3斜向节理：4顺层节理 a纵节理b斜节理c横节理 3.水平岩层中的节理 对于发有于水平岩层中的节理，一般根据其走向来划分，如北东向节理，南东向节理等
2．非构造节理：在外动力地质作用下形成的，如风化作用或滑坡形成的节理等。其特 点是发育的范围和深度有限，与各级各类构造无规律性关系，产状和方位极不稳定，以张节 理为主。 3．构造节理：由内动力地质作用（主要是构造运动）产生的节理。分布也有一定的规 律性。其特点是方位和产状稳定，与区域构造或局部构造存在一定的关系，它往往与褶皱和 断层紧密相伴，成因密切，而且发育的范围和深度较大，既有剪节理又有张节理。 构造节理是本章讲述的主要内容。 通常对构造节理分类主要依据两个方面，即按节理与相关构造的几何关系及按节理的力 学形成的力学性质。这两者又是相互关联的。节理与相关构造的几何关系反映了它们的力学 成因，而同一力学成因的节理、褶皱和断层又具有一定的几何关系。 一、节理与相关构造的几何关系分类 节理是一种小型构造，往往发育在褶皱等其它较大型构造上，并与岩层有一定的相关关 系。 1．根据节理与所在岩层的产状关系（图 6-1）： 走向节理：节理走向与岩层走向平行； 倾向节理；节理走向与岩层走向垂直； 斜向节理：节理走向与岩层走向斜交； 顺层节理：节理面平行于岩层层面。 以上分类适合于对发育在倾斜岩层地区的节理进行分类。 2．根据节理走向与所在褶皱枢纽间的关系（图 6-2）： 纵节理：节理走向与褶皱枢纽平行。 横节理：节理走向与褶皱枢纽垂直。 斜节理：节理走向与褶皱枢纽斜交。 以上分类适合于对发育在褶皱岩层地区的节理进行分类。 图6-1 根据节理与所在岩层产状关系的节理分类 图6-2 根据节理产状与褶皱轴向关系的节理 分类 1 走向节理；2 倾向节理；3 斜向节理； 4 顺层节理 a 纵节理 b 斜节理 c 横节理 3．水平岩层中的节理 对于发育于水平岩层中的节理，一般根据其走向来划分，如北东向节理，南东向节理等
二、节理的力学性质分类 前面说明过对节理力学性质的确定很重要，所以我们在这里展示了一个材料力学试件在 受到强大压力之后的变形情况。图6-3中的圆柱状试件，受压之后，中部影胀出来，表明在 与主压应力垂直的方向，出现张性应变：同时试件被两组成近于直交方向的裂面斜向切制 仔细观察可以在边缘上看出每一个断片都有一点往侧下方错动。这就是那对共轭剪裂面。如 果将这些应变综合抽象起来，用应变椭球体表示，应该是长轴横卧，短轴与试件的中轴平行， 两组共轭剪裂面的交线则正是中间轴的位置。如果出现张裂面，就应该位于包含中间轴和最 短轴的直立面。下面，让我们带着这个概念讨论节理的力学分类。 图6-3圆柱状材料力学试件在受到强大压力之后的变形情况 左为受力前的柱形大理石试件 中为280个大气压的因限压力下受压出现20%压编时，出现两个方向的剪乳面 右为460个大气压的围限压力下大理石试件出现的应变，显示空性为主，梨面不明显（据彼得进，1958） 节理按其形成时的力学性质，可分为张节理和剪节理两类。 (一)张节理 张应力作用而产生的节理是张节理，其方位垂直于主张应力或平行于主压应力。 张节理的形成机制和规律是：岩石在单剪作用下会形成与剪切方向大致成45°的拉伸， 在与拉伸垂直的方向产生张节理：岩石在拉伸作用下会产生与主张应力垂直的张节理：岩石 在一个方向上受压时会形成与受压方向相平行的张节理。以及以受力方向为锐角等分线的一 对共轭剪裂面，这个剪裂面小的时候成节理，若是张大时，会成为纵向逆层，或斜向撕裂 断层。 图64示，在平行受压的方向出现一系列相互近于平行的张节理，在沿共轭剪切面方向 形成两组雁列张节理带
二、节理的力学性质分类 前面说明过对节理力学性质的确定很重要，所以我们在这里展示了一个材料力学试件在 受到强大压力之后的变形情况。图 6-3 中的圆柱状试件，受压之后，中部膨胀出来，表明在 与主压应力垂直的方向，出现张性应变；同时试件被两组成近于直交方向的裂面斜向切割， 仔细观察可以在边缘上看出每一个断片都有一点往侧下方错动。这就是那对共轭剪裂面。如 果将这些应变综合抽象起来，用应变椭球体表示，应该是长轴横卧，短轴与试件的中轴平行， 两组共轭剪裂面的交线则正是中间轴的位置。如果出现张裂面，就应该位于包含中间轴和最 短轴的直立面。下面，让我们带着这个概念讨论节理的力学分类。 图 6-3 圆柱状材料力学试件在受到强大压力之后的变形情况 左为受力前的圆柱形大理石试件； 中为 280 个大气压的围限压力下受压出现 20%压缩时，出现两个方向的剪裂面； 右为 460 个大气压的围限压力下大理石试件出现的应变，显示塑性为主，裂面不明显（据彼得逊，1958） 节理按其形成时的力学性质，可分为张节理和剪节理两类。 （一） 张节理 张应力作用而产生的节理是张节理，其方位垂直于主张应力或平行于主压应力。 张节理的形成机制和规律是：岩石在单剪作用下会形成与剪切方向大致成 45°的拉伸， 在与拉伸垂直的方向产生张节理；岩石在拉伸作用下会产生与主张应力垂直的张节理；岩石 在一个方向上受压时会形成与受压方向相平行的张节理。以及以受力方向为锐角等分线的一 对共轭剪裂面，这个剪裂面小的时候成节理，若是张大时，会成为纵向逆断层，或斜向撕裂 断层。 图 6-4 示，在平行受压的方向出现一系列相互近于平行的张节理，在沿共轭剪切面方向 形成两组雁列张节理带
图6-4北京蛇里奥陶系白云质灰岩中的张节理系 (据李志锋摄，杨光荣素描，1980 张节理主要具有以下特征： 1.张节理产状不稳定，往往延伸不远即行消失。单个节理短而弯曲，若干张节理则 常以侧列关系出现。图6一5 图6一5湖北白星系一第三系砂岩中张节理的侧列现象 (据马宗晋等) 2.张节理面租桔不平，发有在砾岩中的张节理往往绕砾石而过。平面观察张节理， 虽可看出总的走向，但却明显呈不规则的弯曲状（图66或规则的锯齿状（图5一7后者乃 追踪先己形成的两组共轭剪切面而成，故又称（锯齿状）追踪张节理。 0 图6一6宁芜侏罗系砂岩中的张节理平面素描
图 6-4 北京坨里奥陶系白云质灰岩中的张节理系 （据李志锋摄，杨光荣素描，1980） 张节理主要具有以下特征： 1．张节理产状不稳定，往往延伸不远即行消失。单个节理短而弯曲，若干张节理则 常以侧列关系出现。图 6—5 图 6—5 湖北白垩系—第三系砂岩中张节理的侧列现象 （据马宗晋等） 2．张节理面粗糙不平，发育在砾岩中的张节理往往绕砾石而过。平面观察张节理， 虽可看出总的走向，但却明显呈不规则的弯曲状（图 6—6 或规则的锯齿状（图 5—7 后者乃 追踪先已形成的两组共轭剪切面而成，故又称（锯齿状）追踪张节理。 图 6—6 宁芜侏罗系砂岩中的张节理平面素描
图6一7江苏江宁受两组共轭剪节理控制的锯齿状追踪张节理铁矿脉 3.张节理面没有擦痕 4。张节理一般发育稀疏，节理间距较大，而且即使局部地段发育较多，也是稀密 不匀，很少密集成带。 5.张节理两壁之间的距较大，呈开口状或呈楔形，并常被岩脉充填。 6.张节理的尾端变化形式有两种：树枝状分叉及杏仁状结环（图5一8。树枝状分 叉的小节理没有明显的方向性，可与剪节理尾端的节理叉区别开来：杏仁状结环呈椭圆形， 棱角不明显，也可与剪节理尾端的菱形结环区别开来。 图6一8张节理的尾端变化形式（据马宗晋等） 图6一9北京周口店奥陶系白云岩中沿两组共剪切带： 树枝状分叉：b一杏仁状结环 形成的雁行排列的张节理 7.一般在挤压和拉伸作用方式下形成的张节理彼此平行排列，而在剪切作用下形 成的张节理，在平面或剖面（如正、逆断层的剪切滑动）上呈雁行择列。图6一9 (二)剪节理 剪节理是由于剪应力作用而形成的节理，其两侧岩块沿节理面有微小剪切位移或有微小 剪切位移的趋势，位移的方向与·，垂直。剪节理面则与·，平行，与·，0，呈一定的夹角
图 6—7 江苏江宁受两组共轭剪节理控制的锯齿状追踪张节理铁矿脉 3．张节理面没有檫痕 4．张节理一般发育稀疏，节理间距较大，而且即使局部地段发育较多，也是稀密 不匀，很少密集成带。 5．张节理两壁之间的距较大，呈开口状或呈楔形，并常被岩脉充填。 6．张节理的尾端变化形式有两种：树枝状分叉及杏仁状结环（图 5—8。树枝状分 叉的小节理没有明显的方向性，可与剪节理尾端的节理叉区别开来；杏仁状结环呈椭圆形， 棱角不明显，也可与剪节理尾端的菱形结环区别开来。 图 6—8 张节理的尾端变化形式（据马宗晋等） 图 6—9 北京周口店奥陶系白云岩中沿两组共剪切带 a —树枝状分叉；b—杏仁状结环 形成的雁行排列的张节理 7．一般在挤压和拉伸作用方式下形成的张节理彼此平行排列，而在剪切作用下形 成的张节理，在平面或剖面（如正、逆断层的剪切滑动）上呈雁行排列。图 6—9 （二） 剪节理 剪节理是由于剪应力作用而形成的节理，其两侧岩块沿节理面有微小剪切位移或有微小 剪切位移的趋势，位移的方向与σ2垂直。剪节理面则与σ2平行，与σ1σ3呈一定的夹角