第3章 地質(zhì)構(gòu)造

1、第3章 地質(zhì)構(gòu)造【教學基本要求】1 了解地質(zhì)年代單位。2 掌握相對地質(zhì)年代的確定方法。3 掌握巖層產(chǎn)狀三要素及其量測方法。4 理解褶曲的基本類型、特征、野外識別方法及工程地質(zhì)評價。5 理解節(jié)理的類型、特征、工程地質(zhì)評價及統(tǒng)計和表示方法。6 了解斷層要素。理解斷層類型、特征、野外識別方法及工程地質(zhì)評價。7 了解地質(zhì)圖的規(guī)格、地質(zhì)圖種類及所反映的內(nèi)容。掌握地質(zhì)圖的閱讀方法及步驟?！緦W習重點】1相對地質(zhì)年代的確定方法。2褶曲的基本形態(tài)及其特征褶皺的工程地質(zhì)評價。3節(jié)理的統(tǒng)計及表示方法節(jié)理的特征及工程地質(zhì)評價。4斷層的類型及野外識別方法，斷層的工程地質(zhì)評價。5地質(zhì)圖的閱讀步驟?！緝?nèi)容提要和學習指導】地

2、殼中存在很大的應力。組成地殼的巖層或巖體，在地應力的長期作用下，發(fā)生變形變位形成各種構(gòu)造運動的形跡，稱為地質(zhì)構(gòu)造。如褶皺、斷裂。褶皺、斷裂破壞了巖層或巖體的連續(xù)性和完整性，降低了巖層的穩(wěn)定性，使工程建筑的地質(zhì)環(huán)境復雜化。3.1地質(zhì)年代1、地質(zhì)年代的確定方法巖層的地質(zhì)年代有兩種，一種是絕對地質(zhì)年代，另一種是相對地質(zhì)年代。絕對地質(zhì)年代說明巖層形成的確切時間，但不能反映巖層形成的地質(zhì)過程。相對地質(zhì)年代能說明巖層形成的先后順序及其相對的新老關系，相對地質(zhì)年代雖然不能說明巖層形成的確切時間，但能反映巖層形成的自然階段，從而說明地殼發(fā)展的歷史過程。地質(zhì)工作中，一般以應用相對地質(zhì)年代為主。相對地質(zhì)年代的確定

3、  許多地質(zhì)事件，如火山噴發(fā)、河谷切割、沉積巖形成、巖層的變形等。都可以根據(jù)最簡單的原理，確定其有關巖石記錄的相對新老，地質(zhì)學確定巖石相對新老順序主要依據(jù)下述基本規(guī)律或方法：（1）地層層序律在地質(zhì)歷史中的每個地質(zhì)年代都有相應的沉積巖層（部分地區(qū)還有噴出巖）形成，這種在一定地質(zhì)年代內(nèi)形成的層狀巖石稱為地層。在一個地區(qū)內(nèi)，如果沒有發(fā)生巨大的構(gòu)造變動，沉積巖層的原始產(chǎn)狀是水平或接近水平的，而且都是先形成的在下面，后形成的在上面。這種正常的地層疊置關系，稱為地層層序律，即疊置律。根據(jù)地層層序律便可將地層的先后順序確定下來。（2）生物演化律 地質(zhì)歷史上的生物稱為古生物，其遺體和遺跡可保存在沉積

4、巖層中，它們一般被鈣質(zhì)、硅質(zhì)等所充填或交代（石化），形成化石。生物界的演化歷史也是生物不斷適應生活環(huán)境的結(jié)果，生物演化總的趨勢是從簡單到復雜，從低級到高級。利用一些演化較快存在時間短，分布較廣泛，特征較明顯的生物化石種或生物化合組合，作為劃分相對地質(zhì)年代依據(jù)。（3） 巖性對比法巖性對比法以巖石的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等巖性方面的特點為對比的基礎。認為在一定區(qū)域內(nèi)同一時期形成的巖層，其巖性特點基本上是一致的或近似的。（4）地質(zhì)體之間的切割律地質(zhì)歷史上，地殼運動和巖漿活動的結(jié)果，往往可使不同巖層之間，巖層和侵入體之間，侵入體和侵入體之間發(fā)生相互穿插的切割關系。可以利用這種切割規(guī)律來確定地質(zhì)事件的先后順序

5、。地質(zhì)體之間的相互穿插切割關系有沉積巖之間的整合接觸、平行不整合接觸、角度不整合接觸以及巖漿巖與圍巖之間的沉積接觸和侵入接觸： 整合接觸  即相鄰的新、老兩套地層產(chǎn)狀一致，巖石性質(zhì)與生物演化連續(xù)而漸變，沉積作用沒有間斷。 平行不整合接觸  又叫假整合接觸。指相鄰的新、老地層產(chǎn)狀基本相同，但兩套地層之間發(fā)生了較長期的沉積間斷，其間缺失了部分時代的地層。兩套地層之間的界面叫做剝蝕面，又叫不整全面。界面上可能保存有風化剝蝕的痕跡，有時在界面靠近上覆巖層底面一側(cè)還有源于下伏巖層的底礫巖。角度整合接觸  相鄰的新、老地層之間缺失了部分地層，且彼此之間的產(chǎn)狀也不相同，成角度相

6、交。剝蝕面上具有明顯的風化剝蝕痕跡，常具有底礫巖。侵入接觸  巖漿侵入于先形成的巖層中形成的接觸關系。侵入接觸的主要標志是侵入體與其圍巖之間的接觸帶有接觸變質(zhì)現(xiàn)象。侵入體與圍巖的界線常常不很規(guī)則。沉積接觸  沉積巖覆蓋于侵入體之上，其間有剝蝕面，剝蝕面上有侵入體被風化剝蝕形成的碎屑物質(zhì)。2、地質(zhì)年代單位和地層單位根據(jù)地殼運動和生物演化等特征，將地質(zhì)歷史劃分為若干個大小級別不同的時間段落。地質(zhì)年代按時間的長短依次是宙、代、紀、世、期。在地質(zhì)歷史上每個地質(zhì)年代都有相應的地層形成，因此地質(zhì)年代單位和地層單位是對應的，與地質(zhì)年代單位宙、代、紀、世、期對應的地層單位分別是宇、界、系、

7、統(tǒng)、階。3、地質(zhì)年代表通過已經(jīng)建立的各地區(qū)的區(qū)域地層系統(tǒng)的對比和補充，已建立起包括整個地質(zhì)時代所有地層在內(nèi)的、完整的、世界性的標準地層表及相應的地質(zhì)年代表（見字教材p32-33表3-1）。 3.2 巖層產(chǎn)狀  巖層產(chǎn)狀即巖層的空間位置。用走向、傾向、傾角三要素表示。走向是表示巖層在空間的水平延伸方向。巖層面與水平面的交線稱為走向線。走向線與地理子午線間所夾的方位角就是走向方位角。巖層的走向用走向線的方位角表示。同一巖層的走向有兩個值，其數(shù)值相差1800。傾向表示巖層傾斜的方向，垂直于走向線、沿層面傾斜向下所引的直線稱為傾斜線。傾斜線在水平面上的投影線所指的方向稱為傾向。傾向

8、一般用方位角表示，數(shù)值與走向相差900。巖層層面與水平面所夾的銳角稱為巖層的傾角，巖層傾角表示巖層在空間傾斜角度的大小。巖層產(chǎn)狀要素是在野外直接用地質(zhì)羅盤在巖層層面上測量出來的（兩側(cè)方法見文字教材p33-34）。   3.3 褶被構(gòu)造組成地殼的巖層，受構(gòu)造應力的強烈作用，使巖層形成一系列波狀彎曲而未喪夫其連續(xù)性的構(gòu)造，稱為褶皺構(gòu)造。褶被的基本類型有兩種。一是背斜，為巖層向上拱起的拱形褶皺，經(jīng)風化、剝蝕后露出地面的地層，向兩側(cè)成對稱出現(xiàn)，老地層在中間，新地層在兩側(cè)；一是向斜，為巖層向下彎曲的槽形褶皺，經(jīng)風化、剝蝕后，露出地面的地層向兩側(cè)對稱出現(xiàn)，新地層在中間，老地層在兩側(cè)。1

9、、 褶被要素  褶皺的組成部分叫褶皺要素。褶皺要素主要有核、翼、轉(zhuǎn)折端、樞紐、軸面等。 組成褶皺中心部分的巖層叫核。翼是褶皺兩側(cè)的巖層。轉(zhuǎn)折端是從一翼向另一翼過渡的彎曲部分。組成褶皺的巖層的同一層面上各個最大彎曲點的聯(lián)線叫樞紐。軸面是連接褶皺各層樞紐構(gòu)成的面，軸面可以是平面，也可以是曲面。2、 褶皺的野外識別對于大型褶曲構(gòu)造，野外經(jīng)常采用穿越法和追索法進行觀察。穿越法就是沿著選定的調(diào)查路線，垂直巖層走向進行觀察。用穿越的方法，便于了解巖層的產(chǎn)狀、層序及其新老關系。追索法是平行巖層走向進行觀察的方法，便于查明褶曲延伸的方向及其構(gòu)造變化的情況。當兩翼巖層在平面上彼此平行展布時為水平褶曲，

10、如果兩翼巖層在轉(zhuǎn)折端閉合或呈“S”形彎曲時，則為傾伏褶曲。3、 褶皺的工程地質(zhì)評價褶皺構(gòu)造對工程建筑有以下幾方面的影響。（1）褶皺核部巖層由于受水平擠壓作用，產(chǎn)生許多裂隙，直接影響到巖體的完整性和強度，在石灰?guī)r地區(qū)還往往使巖溶較為發(fā)育。所以在核部布置各種建筑工程，如廠房、路橋、壩址、隧道等，必須注意巖層的坍落、漏水及涌水問題。（2）在褶皺翼部布置建筑工程時，如果開挖邊坡的走向近于平行巖層走向，且邊坡傾向于巖層傾向一致，邊坡坡角大于巖層傾角，則容易造成順層滑動現(xiàn)象（3）對于隧道等深埋地下的工程，一般應布置在褶皺翼部。因為隧道通過均一巖層有利穩(wěn)定，而背斜頂部巖層受張力作用可能塌落，向斜核部則是儲水

11、較豐富的地段。3.4 斷裂構(gòu)造構(gòu)成地殼的巖體，受構(gòu)造應力作用發(fā)生變開，當變形達到一定程度后，使巖體的連續(xù)性和完整性遭到破壞，產(chǎn)生各種大小不一的斷裂，稱為斷裂構(gòu)造。斷裂構(gòu)造是地殼中常見地質(zhì)構(gòu)造，包括節(jié)理的斷層兩類。1、節(jié)理節(jié)理也稱為裂隙，是巖體受力斷裂后兩側(cè)巖塊沒有顯著位移的小型斷裂構(gòu)造，節(jié)理按成因可分為兩大類：一類是由構(gòu)造運動產(chǎn)生的節(jié)理叫構(gòu)造節(jié)理，它在地殼中分布極為廣泛，分布也有一定的規(guī)律。另一類是由成巖作用、外動力、重力非構(gòu)造因素形成的裂隙稱為非構(gòu)造裂隙。非構(gòu)造裂隙分布的規(guī)律性不明顯，常常出現(xiàn)在小范圍內(nèi)。按構(gòu)造節(jié)理形成的應力性質(zhì)，構(gòu)造節(jié)理可分為張節(jié)理和剪應力兩大類。張節(jié)理  其主要

12、特征是產(chǎn)狀不很穩(wěn)定，在平面上和剖面上的延展均不遠；節(jié)理面粗糙不平，擦痕不發(fā)育，節(jié)理兩壁裂開距離較大，且裂縫的寬度變化也較大，節(jié)理內(nèi)常充填有呈脈狀的方解石、石英，以及松散工已膠結(jié)的粘性土和巖屑等；當張節(jié)理發(fā)育于碎屑巖中時，常繞過較大的碎屑顆?；虻[石，而不是切穿礫石；張節(jié)理一般發(fā)育稀疏，節(jié)理間的距離較大，分布不均勻。剪節(jié)理  剪節(jié)理和特征是產(chǎn)狀穩(wěn)定，在平面和剖面上延續(xù)均較長；節(jié)理面光滑，常具擦痕、鏡面等現(xiàn)象，節(jié)理兩壁之間緊密閉合；發(fā)育于碎屑巖中的剪節(jié)理，常切割較大的碎屑顆粒或礫石；一般發(fā)育較密，且常有等間距分布的特點；常成對出現(xiàn)，呈兩組共軛剪節(jié)理節(jié)理的工程地質(zhì)評價  巖體中的裂

13、隙，在工程上除了有利于開挖處，對巖體的強度和穩(wěn)定性均有不利的影響。巖體中存在裂隙，破壞了巖體的整體性，促進巖體風化速度，增強巖體的透水性，因而使巖體的強度和穩(wěn)定性降低。當裂隙主要發(fā)育方向與路線走向平行，傾向與邊坡一致時，不論巖體的產(chǎn)狀如何，路塹邊坡都容易發(fā)生崩塌等不穩(wěn)定現(xiàn)象。在路基施工中，如果巖體存在裂隙，還會影響爆破作業(yè)的效果。所以，當裂隙有可能成為影響工程設計的重要因素時，應當對裂隙進行深入的調(diào)查研究，詳細論證裂隙對巖體工程建筑條件的影響，采取相應措施，以保證建筑物的穩(wěn)定和正常使用。2、斷層斷層是巖體破裂后沒有顯著位移的斷裂構(gòu)造。（1） 斷層要素斷層要素包括斷層面、斷層線、斷盤和斷距。 斷

14、層面指兩側(cè)巖塊發(fā)生相對位移的斷裂面。斷層線是斷層面與地面的交線。斷層面兩側(cè)發(fā)生相對位移的巖塊，稱為斷盤。 斷層兩盤沿斷層面相對移動開的距離稱為斷距。（2） 斷層類型  根據(jù)兩盤相對移動的特點，斷層的基本類型有上盤相對下降，下盤相對上升的正斷層；上盤相對上升，下盤相對下降的逆斷層；兩盤沿斷層走向相對水平移動的平移斷層。斷層的組合類型有階梯狀斷層、地塹和地壘、疊瓦狀斷層等多種形式。（3） 斷層的野外識別標志  在自然界，大部分斷層由于后期遭受剝蝕破壞和覆蓋，在地表上暴露得不清楚，因此需根據(jù)地層、構(gòu)造等直接證據(jù)和地貌、水文等方面的間接證據(jù)來判斷斷層的存在與否及斷層類型。構(gòu)造線和地

15、質(zhì)體的不連續(xù)  任何線狀或面狀的地質(zhì)體，如地層、巖脈、巖體、變巖質(zhì)的相帶、不整合面、侵入體與圍巖的接觸界面、褶皺的樞紐及早期形成的斷層等，在平面或剖面上的突然中斷、錯開等不連續(xù)現(xiàn)象是判斷斷層存在的一個重要標志。地層的重復與缺失  在層狀巖石分布地區(qū)，沿巖層的傾向，原來層序連續(xù)的地層發(fā)生不對稱的重復或是某些層位缺失，根據(jù)這些重復、缺失以及傾向和傾角的關系，可以推斷斷層的類型。斷層面（帶）的構(gòu)造特征  指由于斷層面兩側(cè)巖塊的相互滑動和摩擦，在斷層面上及其附近留下的各種證據(jù)。擦痕和階步。擦痕常表現(xiàn)為一組彼引平行而且比較均勻細密的相間排列的脊和槽，有時可見擦痕一端粗而深，

16、另一端細而淺，則由粗的一端向細的一端的指向即為對盤運動方向。階步是指斷層面上與擦痕垂直的微小陡坡，在平行運動方向的剖面上其形狀特征呈不對稱波狀，陡坡傾斜方向指示對盤錯動方向。牽引構(gòu)造。指斷層兩盤沿斷層面作相對滑動時，斷層附近的巖層因受斷層面摩擦力施而產(chǎn)生的弧形彎曲現(xiàn)象。巖石弧形彎曲突出的方向大體指本盤錯動方向。構(gòu)造透鏡體。指斷層帶中常發(fā)育的規(guī)模不等，并呈一定方向排列的透鏡狀巖塊。部分構(gòu)造透鏡體是由于斷層形成時的擠壓作用產(chǎn)生的共扼剪節(jié)理把巖石切割成菱形巖塊再進一步擠壓研磨而成。斷層巖。是斷層帶中因斷層動力作用被搓碎、研磨，有時伴有重結(jié)晶作用而形成的一種巖石。根據(jù)研磨程度以及重結(jié)晶作用所反映的結(jié)構(gòu)

17、構(gòu)造特征，可分為斷層角礫巖、碎裂巖、糜棱巖等類型。地貌及其他標志  較大的斷層由于斷層面直接出露，在地貌上形成陡立的峭壁，稱為斷層崖。當斷層崖遭受與崖面垂直的水流侵蝕切割后，可形成一系列的三角形陡崖，叫做斷層三角面。斷層的存在常?？刂坪陀绊懰档陌l(fā)育，并可引起河流遇斷層面而急劇改向。溫泉和冷泉呈帶狀分布往往也是斷層存在的標志。線狀分布小型侵入體也常反映斷層的存在。（4）斷層的工程地質(zhì)評價由于斷裂構(gòu)造的存在，破壞了巖體的完整性，加速風化作用、地下水的活動及巖溶發(fā)育可能在以下幾方面對工程建筑產(chǎn)生影響。降低地基巖體的強度穩(wěn)定性。斷層破碎帶力學強度低、壓縮性大，建于其上的建筑物由于地基的較大

18、沉陷，易造成斷裂或傾斜。斷裂面對巖質(zhì)邊坡、壩基及橋基穩(wěn)定常有重要影響。跨越斷裂構(gòu)造帶的建筑物，由于斷裂帶及其兩側(cè)上、下盤的巖性均可能不同，易產(chǎn)生不均勻沉降。隧道工程通過斷裂破碎時易了生坍塌。斷裂帶在新的地殼運動影響下，可能發(fā)生新的移動，從而影響建筑物的穩(wěn)定。3.5 地質(zhì)圖地質(zhì)圖是反映一個地區(qū)各種地質(zhì)條件的圖件。是將自然界的地質(zhì)情況，用規(guī)定的符號按一定的比例縮小投影繪制在平面上的圖件，是工程實踐中需要搜集和研究的一項重要地質(zhì)資料。因此，學會分析和閱讀地質(zhì)圖是十分必要的。1、地質(zhì)圖的類型地質(zhì)圖的種類很多。主要用來表示地層、巖性和地質(zhì)構(gòu)造條件的地質(zhì)圖，稱為普通地質(zhì)圖，簡稱為地質(zhì)圖。此外，還有許多用來

19、表示某一項地質(zhì)條件，或服務于某項國民經(jīng)濟的專門性地質(zhì)圖。一幅完整的地質(zhì)圖應包括平面圖、剖面圖和柱狀圖。平面圖是反映一表地質(zhì)條件的圖。是最基本的圖件。地質(zhì)剖面圖是配合平面圖，反映一些重要部位的地質(zhì)條件，它對地層層序和地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的反映比平面圖更清晰、更直觀。柱狀圖是綜合反映一個地區(qū)各地質(zhì)年代的地層特征、厚度和接觸關系的圖件。2、 地質(zhì)圖的規(guī)格  地質(zhì)平面圖應有圖名、圖例、比例尺、編制單位和編制日期等。在地質(zhì)圖的圖例中，從新地層到老地層，嚴格要求自上而下或自左到右順次排列。3、閱讀地質(zhì)圖閱讀地質(zhì)圖的方法與步驟如下：先看圖和比例尺。以了解地質(zhì)圖所表示的內(nèi)容，圖幅的位置，地點范圍及其精度。如圖比例尺是1:5000，即圖上1cm相當于實地距離50m。閱讀圖例。了解圖中有哪些地質(zhì)時代的巖層及其新老關系；并熟悉圖例的顏色及符號，附有地層柱狀圖時，可與圖例配合閱讀。分析地形地貌，了解本區(qū)的地形起伏，相對高差，山川形勢，地貌特征等。閱讀地層分布、產(chǎn)狀及其和地形關系，分析不同地質(zhì)時代的分布規(guī)律，巖性特征，及新老接觸關系，了解區(qū)域地層的基本特點。閱讀圖上有無褶皺，褶皺類型、軸部、翼