围压：围压的增大，岩层承受构造应力的能力增 强，岩层强度增大，但是岩层的韧性也增大。
温度：随着温度的增高，岩层承受构造应力的能 力减弱，即强度减小，同时岩层的韧性也增大。
应变速率：应变速率愈高，岩层强度愈大，岩层 的脆性也增大。
流体和溶液作用：流体或溶液可以使岩层发生软 化，使岩层强度降低，也可能使岩层韧性增强 （？）。
破裂实验
实验表明，岩石发生剪切破裂时破裂面 与最小主应力轴的夹角为：
θ＝45°－（φ∕2） 岩石破裂与剪切应力有关，但也与正应力 有关
破裂准则
不同应力状态下岩石破 裂时破裂面在应力莫尔 圆上的点构成应力莫尔 τ 圆的包络线，称为破裂 包络线。
破裂包络线的方程可以 表示为：τn=C+μiσn
应变轴e1始终与最大压应力轴
纯剪切变形
σ1一致、最大主伸展应变轴e3
始终与最大张应力轴σ3一致。
原始状态
简单剪切变形：指岩石沿着单个
剪切应力方向发生剪切变形，总
体变形中的最大主收缩应变轴e1
与最大压应力轴σ1、最大主伸
展应变轴e3与最大张应力轴σ3
不一致，在变形过程中向同一方
向偏转。
简单剪切变形
τ
σ3
应力莫尔圆
与主应力平面垂直的任意截面上的应力方程是 一个圆的方程，称为“应力莫尔圆” （Mohr’s circle）。
τ
τ
τ max
（σ ，τ ）
σ3
2α σ1
σ3
σ2
σ1
σ
σ
τ max
有关应力的一些基本性质和各种特殊 的应力状态
截面法线方向与主应力方向夹角为45°的 截面上的剪应力最大
角应变也称为剪应变 （shear strain）
其中ψ表示原始相互
垂直的两条直线变形 后所增大或减小的角 度
11tan 22
应变椭圆
一个物体经过均匀变形，物体内的一个原始 球形标志将成为一个椭球。椭球的3个相互垂 直的轴也是原始球形标志中的3个相互垂直的 轴，它们只发生了正应变，剪应变为零。
族系是指来源相同、特征相似的一组实体。构 造族系是指在基本不变的边界条件下变形产生 的各种有成因联系的构造型式的集合体
“构造型式”主要是指不同特点的褶皱和断层 等岩层变形实体
“边界条件”是指作用在研究区域边界上的力 或应力、位移以及研究区域中岩层的主要物理 （力学）性质等
定义构造族系
构造层之间的关系：构造层之间的关系主要是 指盆地盖层与基底之间在变形前的原始特征及 接触方式
旋转
应力与岩层变形
作用在岩层内部的应力可以使每个单元体积发 生位移，从而导致岩层整体变形。单元体积位 移的大小和方向取决于该点的应力状态。
静水压力（孔隙流体压力）、静岩压力并不能 使岩层发生变形，使岩层变形主要是岩层内部 的差应力值。
差应力（Δσ）是指最大主应力与最小主应力之 间的差值，即Δσ＝（σ1－σ3）。
构造样式的概念
构造样式 是指一组相关构造的总体特征， 这些特征可以与其它地区或不同时代的另 一组相关构造进行区别和比较
构造样式主要是指几何形态，但是也具有 力学成因意义
在相同的动力学条件下可以出现不同的构 造样式
影响构造变形样式的主要因素
1) 地层的力学性质（相对能干性、层序的厚 度及垂向结构变化、是否能发生层间滑动）
第二讲 油区构造变形分析的理论基础
有关应变与变形的基本概念 有关构造族系和构造样式的基本概念 “构造确认”的基本原则 地震剖面构造解释的基本程序
一、有关应变与变形的基本概念
1. 应力、位移与应变 2. 岩石流变学特征与破裂准则 3. 递进变形 4. 褶皱与断层的形成机制 5. 影响岩层变形的因素
2) 岩层变形与地层形成的年代关系 3) 主动的变形机制 4) 变形与地表的关系（未影响到地表、地表
变形并发生剥蚀和充填、断层露出地表） 5) 先存构造的影响 6) 边界位移（指构造族系位移场内部的局部
位移和构造族系未考虑的边界位移）等。
二、有关构造族系和构造样式 的基本概念
1. 构造族系的概念 2. 构造样式的概念 3. 构造族系的分类
破坏、断层滑动等
几个阶段
弹性变形 假粘性永久应变
破坏
断层滑动
ε
岩层强度与破裂
抗压应力强度远远大于抗张应力强度和 抗剪应力强度
岩层破坏时产生的破裂一般是张破裂或 剪破裂
在地下的岩层，很少处于张应力状态 （即σ3＜0，有时局部可以处于张应力状 态），因此，多数破裂、特别是断层主 要是剪破裂，即岩层某截面上承受的剪 应力超过其抗剪强度时发生破裂
基底：①结晶基底；②准沉积基底；③变质基 底。它们的力学性质和物理特征的差异直接影 响到构造变形特征。
基底—盖层关系：①薄皮变形和②厚皮变形 位移场：①水平收缩；②差异垂直位移；③水
平伸展；④差异水平位移（走滑位移）和⑤区 域垂直位移
二、有关构造族系和构造样式 的基本概念
1. 构造族系的概念 2. 构造样式的概念 3. 构造族系的分类
l1
ψ
单元体边界 发生角应变
原始状态
主应变方向 发生线应变
线应变
其中l0是岩层的原始长 度，l1是岩层发生变形 后的长度。
e为正值时表示伸展应 变，e为负值时表示收
缩应变。
用β表示伸展系数 β＞1时表示伸展变形，
β＜1时表示收缩变形
el1l0 l0
l1 1e l0
角应变
最 大 主 伸 展 最 大 主 收 缩 应 变 轴e3 应 变 轴e1
l0
ψ l1
原 始 圆 标 志
1+e3 1+e1 应 变 椭 圆
位移与应变的关系
位移和应变与观测尺度有关，小尺度上的位 移可以体现出大尺度上的应变
l0
直移
l1
旋转
纯剪切变形与简单剪切变形
纯剪切变形：指岩石在差应力作
用下沿σ1方向缩短而沿σ3方向 伸长，总体变形中的最大主收缩
②结晶基底卷入构造系：结晶基底与沉积盖层一 起卷入变形，主要的断层一般都切割到结晶基 底中，沉积盖层与基底之间没有大型的区域性 滑脱断层或拆离断层作为变形的分隔界面
能干性
10 8 6 4 2 0
1.0 2.0 3.0
厚度 km 4.0
5.0
T1-2
P C
断坡 断坪
O
∈ 2-3 ∈ 1
断坡 断坪
6.0
7.0
黄骅盆地地层能干性指数
休息15分钟
二、有关构造族系和构造样式 的基本概念
1. 构造族系的概念 2. 构造样式的概念 3. 构造族系的分类
构造族系的基本概念
位移：指岩层发生的刚体位移，包括两种方式，直 移（translation）和旋转（rotation）
直移是指岩层沿某个方向发生整体位移使其改变其 原始位置而没有改变其原始产状
旋转是指岩层绕某个轴线发生整体转动使其位置和 产状都发生改变。
直移和旋转经常是同时发生的，使岩层的原始位置 和产状同时改变，即“位态”的变化。
Y
Z
YZ
Z 旋转中心点 为坐标原点
X
直移 X
（不改变产状，改变位置）
Y
旋转
（改变产状，相对与旋转中心 的距离不变）
X
应变
应变（strain）可以分为体积应变、长 度应变和角度应变，分别指单位体积的 体积变化、单位长度的长度变化和单位 角度的角度变化，分别称为体应变、线 应变和角应变。
l0
l0
5个构造族
④差异水平位移（走滑位移）构造族：研 究区域的岩层的构造变形主要是差异水 平位移的结果，研究区侧面边界上或主 要构造要素的相对走滑位移分量大于其 倾滑位移分量；
⑤区域垂直位移构造族：区域性隆升或沉 降，形成不整合面构造和拗陷盆地。
4个构造系
①盖层滑脱构造系：沉积盖层与基底之间存在大 型的区域性滑脱断层或拆离断层，盖层构造变 形发生在区域性滑脱断层上盘；这种构造变形 也称为薄皮构造（Thin skinned structure)
τ
τ
τ max
（σ ，τ ）
σ3
2α σ1
σ3
σ2
σ1
σ
σ
τ max
有关应力的一些基本性质和各种特殊 的应力状态
两个互相垂直的截面上的剪应力大小相等、 方向相反
τ
τ
τ max
（σ ，τ ）
σ3
2α σ1
σ3
σ2
σ1
σ
σ
τ max
有关应力的一些基本性质和各种特殊 的应力状态
水下一点的静水压力或地壳中一点的静岩压力（即 上覆岩石的压力）在σ—τ坐标系中位于σ轴上的一 点；同理，孔隙流体压力也是位于σ轴上的一点
一、有关应变与变形的基本概念
1. 应力、位移与应变 2. 岩石流变学特征与破裂准则 3. 递进变形 4. 褶皱与断层的形成机制 5. 影响岩层变形的因素
应力与应力方程
截面“n”上的正应力σn和剪应力τn分别为： σn＝（σ1－σ3）sin2θ τn＝（σ1－σ3）
Chc 8 6
Cht Chg
Jxw
O C
能 干性
4
2 Chch
0
0
2
Jxy
Jxt Qnj CJxhQnx
4
6
8
厚度（公里）
10
岩层能干性对构造样式的影响
地层能干性与断层角 度有关，能干岩层 （强硬岩层）的断层 切割角相对较大
单层厚度大的岩层的 能干性一般相对较大
能干岩层对变形样式 起主导作用
构造族系（structural family）一词最 早是Dahlstrom（1969）用来描述加拿大 落基山山前构造变形组合