第二章 地層與地質(zhì)構(gòu)造12

1、土木工程地質(zhì)第2章 地層與地質(zhì)構(gòu)造 地殼運(yùn)動(dòng)及地質(zhì)作用概念一、地殼運(yùn)動(dòng)的概念v地殼運(yùn)動(dòng)的基本形式(意義) 按時(shí)間分：古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)（晚第三紀(jì)前）、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)（晚第 三紀(jì)后） 、現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)（人類(lèi)歷史時(shí)期以來(lái)） 按運(yùn)動(dòng)形式分：水平運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)珊瑚灰?guī)r的抬升珊瑚灰?guī)r的抬升v地殼運(yùn)動(dòng)原因的主要理論 對(duì)流說(shuō) 認(rèn)為地幔處于塑性狀態(tài)，上下部的溫差導(dǎo)致地幔物質(zhì)對(duì)流，形成地殼運(yùn)動(dòng)。 均衡說(shuō) 均衡面上的物質(zhì)在重力作用下產(chǎn)生移動(dòng)，形成地殼運(yùn)動(dòng)。 地球自轉(zhuǎn)說(shuō) 認(rèn)為地球自轉(zhuǎn)速度的變化，而基底的粘著力不同，導(dǎo)致地殼物質(zhì)產(chǎn)生離心力和切向加速度，從而產(chǎn)生地殼運(yùn)動(dòng)。 板塊構(gòu)造說(shuō) 在大陸漂移說(shuō)和海底擴(kuò)張說(shuō)基礎(chǔ)上提出的，地球由六大

2、板塊組成(太平洋、印度洋、歐亞、美洲、非洲、南極洲），其內(nèi)部的熱量由板塊連接處釋放，帶動(dòng)板塊運(yùn)動(dòng)。洋底地形測(cè)量發(fā)現(xiàn)了分布于世界各大洋中脊體系，這里火山和地震活動(dòng)頻繁。洋底玄武巖的年代和古地磁研究發(fā)現(xiàn)，洋脊在不停地向兩側(cè)擴(kuò)張。洋底的年齡向外越來(lái)越老，洋底最老的巖石是晚侏羅世洋底的年齡向外越來(lái)越老，洋底最老的巖石是晚侏羅世v地質(zhì)作用的概念 概念：由自然動(dòng)力引起的地球物質(zhì)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地表形 態(tài)發(fā)生變化的作用。 分類(lèi)： 內(nèi)能：來(lái)自地球內(nèi)部的能量，旋轉(zhuǎn)能、重力能、熱能 外能：來(lái)自地球外部的能量，太陽(yáng)輻射、日月引力、生 物能 內(nèi)力地質(zhì)作用：構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)和變質(zhì)作用 外力地質(zhì)作用：風(fēng)化作用、流水冰川

3、作用能源能源和作和作用部用部位位能能量量?jī)?nèi)力地質(zhì)作用：由地球內(nèi)部的能（旋轉(zhuǎn)能、重力能、輻射熱能）引起。地殼運(yùn)動(dòng)巖漿作用變質(zhì)作用地震作用內(nèi)力地質(zhì)作用地殼運(yùn)動(dòng)：水平和升降運(yùn)動(dòng)水平和升降運(yùn)動(dòng)。巖漿作用：巖漿形成、運(yùn)動(dòng)、演化、冷凝。 變質(zhì)作用在高溫、高壓并有化學(xué)物質(zhì)參與下，在高溫、高壓并有化學(xué)物質(zhì)參與下，巖石發(fā)生成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化巖石發(fā)生成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化地震作用地內(nèi)機(jī)械能突然釋放，以彈性波的形式傳播到地表引起猛烈沖擊外力地質(zhì)作用：由太陽(yáng)輻射能引起，產(chǎn)生大氣環(huán)由太陽(yáng)輻射能引起，產(chǎn)生大氣環(huán)流，形成水的循環(huán)，動(dòng)植物生長(zhǎng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中流，形成水的循環(huán)，動(dòng)植物生長(zhǎng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中改造地表改造地表.內(nèi)力和

4、外力地質(zhì)作用的關(guān)系：內(nèi)力地質(zhì)作用決定地表的基本形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造。地表形態(tài)的塑造者。外力地質(zhì)作用破壞和重塑地表形態(tài)。地表形態(tài)的雕刻者。地殼上升時(shí)，遭受剝蝕。地殼下降時(shí)，接受沉積。土木工程地質(zhì)第2章 地層與地質(zhì)構(gòu)造 地層概念一、絕對(duì)年代法v概念： 指通過(guò)確定地層形成時(shí)的準(zhǔn)確時(shí)間，依次排列出各地層新老關(guān)系的方法。主要通過(guò)測(cè)定地層中放射性元素同位素年齡來(lái)確定。二、相對(duì)年代法v概念： 通過(guò)比較各地層的沉積順序，古生物特征和地層接觸關(guān)系來(lái)確定其形成先后順序，應(yīng)用廣泛。分為地層層序法和古生物法121ln1mmtv地層層序法 一般情況下，先沉積的巖層在下，新沉積的巖層在上，同時(shí)也有特殊情況存在?？赏ㄟ^(guò)標(biāo)準(zhǔn)地層剖

5、面系統(tǒng)和一些特殊的層面構(gòu)造來(lái)判定巖層的新老。示底構(gòu)造示底構(gòu)造v古生物法 地球表面的自然環(huán)境是不斷變化的，生物為適應(yīng)地球環(huán)境，也在不斷變化，稱(chēng)為生物演化。根據(jù)生物由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的變化來(lái)判斷地層的新老。地球生物的演化v地層接觸關(guān)系 概念：地層接觸關(guān)系是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)和地質(zhì)發(fā)展歷史 的記錄?？筛鶕?jù)地層的接觸關(guān)系判別地層的新老關(guān)系。不整合面時(shí)間不連續(xù)，產(chǎn)狀不時(shí)間不連續(xù)，產(chǎn)狀不一致一致角度不整合角度不整合 侵入接觸侵入接觸巖漿巖穿插接觸巖漿巖穿插接觸沉積巖與巖漿巖沉積巖與巖漿巖整合接觸整合接觸不整合接觸不整合接觸巖漿巖與圍巖接觸關(guān)系 侵入接觸侵入接觸 沉積接觸沉積接觸 侵入與沉積接觸侵入與沉積接觸 1

6、-石灰?guī)r，形成最早；465312運(yùn)用切割律確定各種巖石形成順序示意圖6-礫巖，形成最晚2-花崗巖，形成晚于石灰?guī)r；3-矽卡巖，形成時(shí)代同花崗巖； 4-閃長(zhǎng)巖，形成晚于花崗巖；5-輝綠巖，形成晚于閃長(zhǎng)巖；三、地質(zhì)年代表 根據(jù)地層形成順序、生物演化階段、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、古地理特 征、同位素年齡測(cè)定。地質(zhì)年代表國(guó)際通用：國(guó)際通用：地質(zhì)年代單位地質(zhì)年代單位 地層單位地層單位宙宙宇宇代代界界紀(jì)紀(jì)系系世世統(tǒng)統(tǒng)期期層層我國(guó)還使用巖石地層單位我國(guó)還使用巖石地層單位：群：群( (以重大沉積間斷或不整合為界以重大沉積間斷或不整合為界) )、組、組(以某一種巖相為主，夾有其他巖相以某一種巖相為主，夾有其他巖相) 、段、段

7、(由同種巖性特征構(gòu)成由同種巖性特征構(gòu)成) 、層。、層。土木工程地質(zhì)2.3 巖層及巖層產(chǎn)狀 一、巖層v概念： 構(gòu)造引起的地殼巖石變形和變位，這種變形、變位被保留下來(lái)的形態(tài)稱(chēng)為地質(zhì)構(gòu)造。包括水平巖層、傾斜巖層、直立巖層、褶皺和斷裂。v水平巖層 水平巖層 一般出現(xiàn) 在地殼運(yùn) 動(dòng)影響輕 微的地區(qū)。v傾斜巖層 地質(zhì)構(gòu)造作用 活動(dòng)強(qiáng)烈，一 般情況下為正 常傾斜巖層， 特別強(qiáng)烈的地 區(qū)為倒轉(zhuǎn)傾斜 巖層。v直立巖層 習(xí)慣上將巖層傾角大于85的巖層稱(chēng)為直立巖層。二、巖層產(chǎn)狀v產(chǎn)狀要素 走向 ：巖層面與假想水平面的交線的延伸方向，有兩個(gè)值，相差180 傾向：巖層面上最大傾斜線在水平面上投影所指的方向，與走向線垂直

8、，只有一個(gè)量值。 傾角：指巖層面與水平面的交角，最大傾斜線與傾向線之間 夾角稱(chēng)為真傾角，其余稱(chēng)為視傾角。 真傾角與視傾角之間的關(guān)系為：sintantan水平面水平面abdce ab-走向線走向線 ce-傾斜線傾斜線 cd-傾向傾向 -傾角傾角 sintantanv產(chǎn)狀要素的測(cè)量、記錄和圖示 測(cè)量v產(chǎn)狀要素的記錄走向、傾角、傾向走向、傾角、傾向象限角法象限角法傾向、傾角傾向、傾角方位角法方位角法 長(zhǎng)線代表走向，短線代表傾向，數(shù)長(zhǎng)線代表走向，短線代表傾向，數(shù)字是傾角。（長(zhǎng)短線必須按實(shí)際方字是傾角。（長(zhǎng)短線必須按實(shí)際方位標(biāo)繪在圖上）；位標(biāo)繪在圖上）； 巖層水平巖層水平（05）；）； 巖層直立（箭頭指

9、向較新巖層）巖層直立（箭頭指向較新巖層）； 巖層倒轉(zhuǎn)（箭頭指向倒轉(zhuǎn)后的傾向，巖層倒轉(zhuǎn)（箭頭指向倒轉(zhuǎn)后的傾向，即指向老巖層，數(shù)字是傾角即指向老巖層，數(shù)字是傾角) ) 3030v產(chǎn)狀要素的圖示土木工程地質(zhì)第2章 地層與地質(zhì)構(gòu)造 褶皺構(gòu)造一、褶曲構(gòu)造v概念： 在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下巖層產(chǎn)生的連續(xù)彎曲變形形態(tài)，規(guī)模相差巨大，稱(chēng)為褶皺構(gòu)造。任何單獨(dú)的一個(gè)彎曲稱(chēng)為褶曲。褶皺的形成褶皺的形成背斜和向斜背斜和向斜背斜背斜 巖層向上拱起巖層向上拱起向斜向斜 巖層向下彎曲巖層向下彎曲巖層最老巖層最老巖層最新巖層最新 新新老老新新向斜呢？向斜呢？類(lèi)型類(lèi)型巖層形態(tài)巖層形態(tài)（一般形態(tài)）（一般形態(tài)）地地 貌貌巖層新巖層新老關(guān)系

10、老關(guān)系原始地貌原始地貌侵蝕地貌侵蝕地貌背斜背斜向斜向斜背斜和向斜的比較背斜和向斜的比較向上拱起向上拱起向下彎曲向下彎曲山山 嶺嶺山山 谷谷山山 谷谷山山 嶺嶺中心較老中心較老兩翼較新兩翼較新中心較新中心較新兩翼較老兩翼較老 老老新新新新新新老老一般：背斜成山，向斜成谷一般：背斜成山，向斜成谷背斜背斜向斜向斜背斜成谷、向斜成山背斜成谷、向斜成山探究：為什么“向斜成山、背斜成谷”背斜向斜1231.1.褶皺形成初期的背斜成山，向斜成谷褶皺形成初期的背斜成山，向斜成谷 褶皺形成褶皺形成初期初期 ，由于，由于巖層受侵蝕巖層受侵蝕很小，背斜很小，背斜形成山，形成山， 向向斜形成谷。斜形成谷。背斜向斜123

11、2.2.褶皺構(gòu)造經(jīng)受外力的侵蝕褶皺構(gòu)造經(jīng)受外力的侵蝕 在受外力侵在受外力侵蝕的過(guò)程蝕的過(guò)程 中，中，背斜頂部因受背斜頂部因受到張力，易被到張力，易被侵蝕，而向斜侵蝕，而向斜槽部因受擠壓槽部因受擠壓力，不易被侵力，不易被侵蝕。蝕。背斜向斜1233.3.背斜成谷，向斜成山現(xiàn)象的形成背斜成谷，向斜成山現(xiàn)象的形成 一段時(shí)間后，一段時(shí)間后，由于差別侵蝕，由于差別侵蝕，背斜部位反而背斜部位反而低于向斜部位，低于向斜部位，形成形成“背斜成背斜成谷，向斜成山谷，向斜成山”的現(xiàn)象的現(xiàn)象一般：背斜成嶺，向斜成谷一般：背斜成嶺，向斜成谷 背斜頂部受張力，疏松易被外力侵蝕成背斜頂部受張力，疏松易被外力侵蝕成谷地；向斜

12、槽部受擠壓，致密不易被外力侵蝕，谷地；向斜槽部受擠壓，致密不易被外力侵蝕，反而成為山嶺。反而成為山嶺。 特定條件下：地形倒置特定條件下：地形倒置 “地形倒置地形倒置”的原因的原因 v背斜、向斜的實(shí)踐意義背斜、向斜的實(shí)踐意義1、背斜是石油、天然氣的良好儲(chǔ)存場(chǎng)所2、向斜有利于地下水的儲(chǔ)存3、背斜是隧道的良好選址 因?yàn)楸承睅r層的走向呈天然拱形，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且不易儲(chǔ)存地下水，便于施工4、背斜頂部地帶巖石破碎，易開(kāi)采，適宜建采石場(chǎng)背斜巖層向上彎曲，其頂部出現(xiàn)裂隙，有利于易于揮發(fā)的油氣向上運(yùn)動(dòng) 槽部受擠壓致密而不透水 地質(zhì)構(gòu)造與石油BACDE 活活 動(dòng)動(dòng)1、判斷甲、乙兩地何處是背斜、何處是向斜？、判斷甲、乙

13、兩地何處是背斜、何處是向斜？2、解釋甲地成為山嶺的、乙地成為谷底的原因？、解釋甲地成為山嶺的、乙地成為谷底的原因？3、假設(shè)在這里修建一條東西向的地下隧道，應(yīng)該選擇在甲、假設(shè)在這里修建一條東西向的地下隧道，應(yīng)該選擇在甲地還是乙地？地還是乙地？背斜背斜向斜向斜背斜頂部因受到背斜頂部因受到張力作用，巖性張力作用，巖性比較疏松，易被比較疏松，易被侵蝕成谷地。向侵蝕成谷地。向斜槽部因受到擠斜槽部因受到擠壓力作用，巖性壓力作用，巖性比較堅(jiān)硬不容易比較堅(jiān)硬不容易被外力侵蝕，反被外力侵蝕，反而成為山嶺。而成為山嶺。因?yàn)楸承睅r層的走向呈天然拱形，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且不易儲(chǔ)存地下水，便于施工返回v褶曲要素 核部中心 翼部

14、兩側(cè) 軸面 軸線 樞紐 脊線 槽線核部v褶曲分類(lèi) 按照褶曲橫剖面形態(tài)分 按褶曲縱剖面形態(tài)分類(lèi)直立褶曲 傾斜褶曲 倒轉(zhuǎn)褶曲 平臥褶曲水平褶曲傾伏褶曲二、褶皺構(gòu)造類(lèi)型復(fù)背斜復(fù)向斜向斜寬緩，背斜向斜寬緩，背斜狹窄，反過(guò)來(lái)呢？狹窄，反過(guò)來(lái)呢？隔槽式土木工程地質(zhì)第2章 地層與地質(zhì)構(gòu)造 斷裂構(gòu)造一、節(jié)理v概念： 節(jié)理是指巖層受力斷開(kāi)后，裂面兩側(cè)巖層沿?cái)嗔衙鏇](méi)有明顯的相對(duì)位移時(shí)的斷裂構(gòu)造。規(guī)模、產(chǎn)狀、危害v節(jié)理分類(lèi) 按成因分類(lèi)：原生節(jié)理、次生節(jié)理（構(gòu)造節(jié)理、表生節(jié)理）表生節(jié)理： 由于卸荷、風(fēng) 化、爆破施工 形成構(gòu)造節(jié)理： 由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng) 破壞巖石形成 按照力學(xué)性質(zhì)分類(lèi)：剪節(jié)理、張節(jié)理剪節(jié)理： 一般為構(gòu)造節(jié)理，

15、由構(gòu)造應(yīng)力形成的剪切破裂面組成；一般成對(duì)出現(xiàn)，相互交切為X狀。張節(jié)理： 可以是構(gòu)造節(jié)理也可以是表生節(jié)理或原生節(jié)理，由張應(yīng)力形成；整個(gè)巖體透水性較強(qiáng)。按與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系分類(lèi)：走向節(jié)理、傾向節(jié)理、斜交節(jié)理 按照節(jié)理的張開(kāi)程度分：寬張節(jié)理（d5mm）、張開(kāi)節(jié)理(3d5)、微張節(jié)理(1d3)、閉合節(jié)理(d1mm)二、節(jié)理發(fā)育程度分級(jí)三、節(jié)理調(diào)查內(nèi)容 1.節(jié)理的成因類(lèi)型、力學(xué)性質(zhì)； 2.節(jié)理的組數(shù)、密度和產(chǎn)狀； 3.節(jié)理的張開(kāi)度、長(zhǎng)度和節(jié)理面壁的粗糙度； 4.節(jié)理的充填物質(zhì)及厚度、含水情況； 5.節(jié)理發(fā)育程度分級(jí)。2.5.2 斷層v概念： 巖層受力斷開(kāi)后，斷裂面兩側(cè)巖層沿?cái)嗔衙嬗忻黠@相對(duì)位移時(shí)的斷裂構(gòu)造

16、。重要的地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)建筑穩(wěn)定性起重要作用v斷層要素（斷距）1.斷層面 2.斷層線 3.上盤(pán) 4下盤(pán)v斷層常見(jiàn)分類(lèi) 按上、下盤(pán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向分類(lèi)：正斷層、逆斷層、平移斷層 形成原因？平移斷層逆斷層正斷層地壘地塹正斷層典型構(gòu)造 返回疊瓦式逆沖斷層的發(fā)展模式逆掩斷層 逆斷層典型構(gòu)造四川彭縣逆沖推覆構(gòu)造（輾掩斷層） 逆沖斷層傾角大于45度 逆掩斷層傾角在25到45之間飛來(lái)峰產(chǎn)狀陡立的上寒武統(tǒng)灰?guī)r沿平緩的斷層面推掩在下奧陶統(tǒng)賈旺組泥巖之上，在山頂殘留成飛來(lái)峰。返回平移斷層返回 按斷層產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系分類(lèi)F1-走向斷層；F2-傾向斷層； F3-斜向斷層 按斷層走向與褶曲軸走向的關(guān)系分類(lèi)：平行 縱斷層；

17、垂直 橫斷層；斜交 斜斷層。褶曲被橫斷層錯(cuò)斷引起的效應(yīng) 按照斷層力學(xué)性質(zhì)分類(lèi)： 壓性斷層：由壓應(yīng)力作用形成，走向垂直于主壓應(yīng)力方向， 呈逆斷層形式，斷面舒緩，斷裂帶寬大，常有斷 層角礫巖。 張性斷層：在張應(yīng)力作用下形成，走向垂直于張應(yīng)力方向， 常為正斷層形式，斷面粗糙，多呈鋸齒狀。 扭性斷層：在切應(yīng)力作用下形成，與主壓應(yīng)力交角小于45度 ，常成對(duì)出現(xiàn)，斷面光滑，常有大量擦痕。三、斷層的存在判別v構(gòu)造線標(biāo)志 構(gòu)造線突然消失或錯(cuò)位！v巖層分布標(biāo)志 斷層常會(huì)造成部分地層的重復(fù)或缺失現(xiàn)象！正斷層：地層重復(fù)正斷層：地層重復(fù)逆斷層：地層缺失逆斷層：地層缺失大傾角：地層缺失大傾角：地層缺失大傾角：地層重復(fù)大

18、傾角：地層重復(fù)小傾角：地層重復(fù)小傾角：地層重復(fù)小傾角：地層缺失小傾角：地層缺失 v斷層的伴生現(xiàn)象 擦痕、階步和摩擦鏡面； 構(gòu)造巖；牽引現(xiàn)象v地貌標(biāo)志 斷層崖和斷層三角面； 斷層湖、斷層泉； 錯(cuò)斷的山脊、急轉(zhuǎn)的河流。斷層崖斷層三角面東非大裂谷四、斷層性質(zhì)的判別v判別程序： 產(chǎn)狀確定上下盤(pán)上下盤(pán)運(yùn)動(dòng)方向斷層性質(zhì)v上下盤(pán)運(yùn)動(dòng)方向的判別方法： 地層時(shí)代法（上升老，下降新）；地層界限法（斷層橫斷褶曲）； 斷層伴生現(xiàn)象（牽引彎曲方向）；符號(hào)識(shí)別。45正斷層平移斷層逆斷層70土木工程地質(zhì)第2章 地層與地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)工程的影響一、邊坡 巖層產(chǎn)狀與邊坡坡向間的關(guān)系對(duì)邊坡穩(wěn)定其控制作用。穩(wěn)定穩(wěn)定易滑易滑易崩易崩穩(wěn)定穩(wěn)定二、隧道 巖層產(chǎn)狀與隧道軸向取向關(guān)系重大！易塌方易塌方軟巖塌方軟巖塌方偏壓，順層滑偏壓，順層滑動(dòng)動(dòng)堅(jiān)硬水平巖堅(jiān)硬水平巖 一般情況下應(yīng)盡量避免將隧洞設(shè)置在褶曲的軸部，