三地質(zhì)構(gòu)造及巖體工程性質(zhì)

三地質(zhì)構(gòu)造及巖體工程性質(zhì)第1頁(yè)/共46頁(yè)板塊運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)

1915年德國(guó)魏根納提出大陸漂移學(xué)說(shuō)，認(rèn)為在大約1.5億年前，地球表面有一個(gè)統(tǒng)一的大陸－聯(lián)合古大陸，其周圍全是海洋。從侏羅紀(jì)開(kāi)始，聯(lián)合古大陸分裂成6大板塊，它們覆在軟流圈上各自漂移，最終形成現(xiàn)今大陸和海洋的分布。原始板塊第2頁(yè)/共46頁(yè)（2）地殼運(yùn)動(dòng)的主要證據(jù)地貌標(biāo)志：地貌是內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)作用的產(chǎn)物，但不同類型的地貌分布多受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制。在上升運(yùn)功的地區(qū)以剝蝕地貌為主；在下降運(yùn)動(dòng)的地區(qū)，則以堆積地貌為主。沉積物標(biāo)志：利用沉積物或沉積巖的厚度資料可以反映地殼升降運(yùn)動(dòng)的速度與幅度。例如，一般認(rèn)為淺海的深度在200m以內(nèi)，如果淺海沉積物或沉積巖的厚度大于200m，則表明是在地殼不斷下降又不斷接受沉積的條件下產(chǎn)生的。地質(zhì)構(gòu)造的標(biāo)志：褶皺和斷層是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，反過(guò)來(lái)它們又是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的證據(jù)。通過(guò)對(duì)褶皺、斷層的分析，可以恢復(fù)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和方向。孤立的平緩穹隆構(gòu)造或高角度正斷層的出現(xiàn)，代表整個(gè)地區(qū)有上升運(yùn)動(dòng)。水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致地塊的相互擠壓則形成緊密的褶皺、逆斷層、逆掩斷層，特別是大規(guī)模的推復(fù)構(gòu)造。水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致地塊的相互背離，則會(huì)引起斷陷。第3頁(yè)/共46頁(yè)地層的接觸關(guān)系反映構(gòu)造運(yùn)動(dòng)直觀明了。上下兩套地層之間的接觸關(guān)系是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的綜合表現(xiàn)。常見(jiàn)的地層接觸關(guān)系有整合、不整合兩種。

整合接觸：指上下兩套地層產(chǎn)狀完全一致、時(shí)代連續(xù)的地層接觸關(guān)系。

不整合接觸：指上下兩套地層時(shí)代不連續(xù)，即兩套地層間有地層缺失的地層接觸關(guān)系。存在于接觸面之間因沉積間斷而產(chǎn)生的剝蝕面，稱為不整合面。不整合據(jù)其情況可以進(jìn)一步分為：

平行不整合：如果不整合面上下兩套巖層之間的產(chǎn)狀基本上是一致的叫平行不整合，也叫假整合。

角度不整合：如果不整合面上下兩套巖層間的產(chǎn)狀是斜交的，叫角度不整合。整合平行不整合角度不整合第4頁(yè)/共46頁(yè)平行不整合形成過(guò)程下降沉積→上升、接受剝蝕,沉積間斷→再下降,再沉積它的形成是由于地殼在一段時(shí)期處于上升,而在上升的過(guò)程中地層又未發(fā)生褶皺和明顯傾斜,只是露出水面接受剝蝕而發(fā)生沉積間斷;經(jīng)過(guò)一段時(shí)期后,又再次下降接受新的沉積,從而使上、下兩套地層之間缺失一部分地層,但彼此的巖層產(chǎn)狀是基本平行一致的。第5頁(yè)/共46頁(yè)角度不整合的形成過(guò)程

下降,接受沉積→地層褶皺上升、斷裂、巖漿活動(dòng)、巖石變質(zhì),接受剝蝕,沉積間斷→再次下降,接受沉積。角度不整合的存在反映了在上覆地層沉積之前,下伏地層曾發(fā)生過(guò)構(gòu)造變形運(yùn)動(dòng)第6頁(yè)/共46頁(yè)（3）地質(zhì)年代(GeologicTime)巖層：上下兩個(gè)層面之間巖石特征基本類似的組合稱為巖層。地層：對(duì)某一地區(qū)，某一地質(zhì)時(shí)代形成的一個(gè)或一套乃至幾套巖層稱為地層。具有時(shí)代特征。地質(zhì)學(xué)上計(jì)算時(shí)間的方法有兩種：相對(duì)地質(zhì)年代和絕對(duì)年齡（同位素年齡)。第7頁(yè)/共46頁(yè)①相對(duì)地質(zhì)年代的確定地層層位法：同一地質(zhì)時(shí)代在一定地質(zhì)環(huán)境形成的沉積地層具有相同的特征。未經(jīng)受劇烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的巖層上老下新。古生物法：根據(jù)生物化石確定地層的年代。生物進(jìn)化由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，不同時(shí)代具有不同的生物群，滅絕的生物不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。不同地質(zhì)時(shí)代形成的巖層含有不同類型的化石及其組合，相同時(shí)期相同環(huán)境形成的巖層具有相同的化石。巖層切割法：侵入巖與圍巖相比，侵入者時(shí)代新，被侵入圍巖時(shí)代老。第8頁(yè)/共46頁(yè)化石演變法相對(duì)地質(zhì)年代的確定巖漿巖之間的接觸關(guān)系新老第9頁(yè)/共46頁(yè)（2）地質(zhì)年代的劃分地質(zhì)年代單位：宙、代、紀(jì)、世、期地層單位：宇、界、系、統(tǒng)、層第10頁(yè)/共46頁(yè)地質(zhì)年代表第11頁(yè)/共46頁(yè)二、地質(zhì)構(gòu)造1.基本概念

組成地殼的巖層或巖體受力而發(fā)生變位、變形留下的形跡稱為地質(zhì)構(gòu)造（geologicalstructure）。地質(zhì)構(gòu)造在層狀巖石中最明顯，在塊狀巖體中也存在。地質(zhì)構(gòu)造的基本類型有：水平構(gòu)造、單斜構(gòu)造、褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造等。2.巖層產(chǎn)狀

確定巖層的產(chǎn)出狀況是研究地質(zhì)構(gòu)造的基礎(chǔ)。為此，地質(zhì)學(xué)中常常應(yīng)用巖層產(chǎn)狀（attitudeofstratum）的概念。巖層產(chǎn)狀是指巖層在空間的位置，是用巖層層面的走向、傾向和傾角三個(gè)產(chǎn)狀要素：走向（strike）；傾向(dip)；傾角（dipangle）。第12頁(yè)/共46頁(yè)

巖層產(chǎn)狀要素走向：層面與任一假想水平面交線的延伸方向傾向：巖層面傾斜的方向傾角：層面與水平面所夾的最大銳角NESWNE50oSE45oSW230oSE45o第13頁(yè)/共46頁(yè)巖層產(chǎn)狀要素的表示方法

方位角表示方法:

一般只測(cè)量和記錄巖層的傾向和傾角,例如:205∠27°，前一讀數(shù)為巖層的傾向,后一讀數(shù)為巖層的傾角。象限角表示方法:

以北和南的方向作為0度,一般測(cè)量和記錄巖層的走向,傾向和傾角,例如:N65°W/25°SW，即巖層走向?yàn)楸逼?5°,傾角為25°,巖層向南西傾斜。

N0E90W270S180北極南極NWNESW

SE

a.文字表示方法第14頁(yè)/共46頁(yè)b.符號(hào)表示方法

在地質(zhì)圖上,巖層產(chǎn)狀要素是用符號(hào)來(lái)表示的第15頁(yè)/共46頁(yè)

(長(zhǎng)線)巖層走向(短線)巖層傾向(數(shù)值)巖層傾角值第16頁(yè)/共46頁(yè)

(長(zhǎng)線)巖層走向(箭頭)巖層變新方向巖層產(chǎn)狀要素符號(hào)表示法第17頁(yè)/共46頁(yè)

(箭頭)巖層巖層倒轉(zhuǎn)后的傾向倒轉(zhuǎn)巖層的傾角巖層產(chǎn)狀要素符號(hào)表示法第18頁(yè)/共46頁(yè)3.水平構(gòu)造巖層產(chǎn)狀近于水平（<5度）第19頁(yè)/共46頁(yè)4.單斜構(gòu)造巖層層面與水平面有一定夾角第20頁(yè)/共46頁(yè)5.褶皺構(gòu)造褶皺的概念:組成地殼的巖層受構(gòu)造應(yīng)力的強(qiáng)烈作用，使巖層形成一系列波狀彎曲而未喪失其連續(xù)性的構(gòu)造，稱之。兩種基本形態(tài)：背斜與向斜。第21頁(yè)/共46頁(yè)背斜:

巖層變形向上彎曲,其核心部位的巖層時(shí)代較老,兩側(cè)巖層的時(shí)代依次變新。向斜:

巖層變形向下彎曲,其核心部位的巖層時(shí)代較新,兩側(cè)巖層時(shí)代依次變老。背斜和向斜在平面和剖面上的表現(xiàn)特征褶皺的基本形式第22頁(yè)/共46頁(yè)核部:褶皺中心部位的巖層，簡(jiǎn)稱核。翼部:褶皺核部?jī)蓚?cè)的地層,簡(jiǎn)稱翼。樞紐:在褶皺的橫剖面上,同一褶皺巖層的各最大彎曲點(diǎn)的連線叫樞紐。軸面:一個(gè)褶皺內(nèi)各相鄰褶皺面上的樞紐連成的面,它是大致平分褶皺兩翼的對(duì)稱面。軸:褶皺軸面與地面的交線。核部翼翼褶皺組成基本要素

第23頁(yè)/共46頁(yè)褶皺的主要類型

按軸面產(chǎn)狀劃分：

直立褶皺；傾斜褶皺；倒轉(zhuǎn)褶皺；平臥褶皺。直立褶皺傾斜褶皺倒轉(zhuǎn)褶皺平臥褶皺按樞紐產(chǎn)狀劃分：水平褶皺；傾伏褶皺第24頁(yè)/共46頁(yè)5.斷裂構(gòu)造（1）斷裂構(gòu)造的概念：巖體與巖層受力作用發(fā)生變形，當(dāng)所受的力超過(guò)巖石本身的強(qiáng)度時(shí)，巖石的連續(xù)性和完整性遭到破壞，形成斷裂構(gòu)造。包括節(jié)理和斷層。①節(jié)理：是巖石中的裂隙或破裂面,沿著節(jié)理面兩側(cè)的巖塊基本上沒(méi)有發(fā)生過(guò)相對(duì)位移或沒(méi)有明顯的相對(duì)位移。

按形成原因分為三類：原生節(jié)理：在巖石形成過(guò)程中產(chǎn)生的節(jié)理。構(gòu)造節(jié)理：地質(zhì)構(gòu)造形成過(guò)程中所產(chǎn)生的節(jié)理。次生節(jié)理：巖石形成后才形成的節(jié)理。第25頁(yè)/共46頁(yè)按形成節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)可為：剪節(jié)理：剪應(yīng)力形成的兩組X型共軛破裂面。特征是產(chǎn)狀穩(wěn)定，節(jié)理面平直、光滑、閉合、間距小，密集成帶。張節(jié)理：巖層受拉應(yīng)力產(chǎn)生的破裂面，通常呈鋸齒狀，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，延伸不遠(yuǎn)，張開(kāi)，常被巖脈、粘土等充填，發(fā)育稀疏，間距大。其它組合形式的節(jié)理。第26頁(yè)/共46頁(yè)斷層的幾何要素?cái)鄬用媾c斷層破碎帶：產(chǎn)狀表達(dá)方法，附近節(jié)理發(fā)育、常有充填。斷層線：遵守“V”字形法則。斷盤：上盤、下盤，上升盤、下降盤。斷距斷層概念：斷層是巖石圈中順破裂面發(fā)生明顯位移的一種斷裂構(gòu)造。5.斷裂構(gòu)造第27頁(yè)/共46頁(yè)上盤下降下盤上升正斷層：上盤沿?cái)鄬用嫦鄬?duì)下降，下盤相對(duì)上升的斷層。其斷層面傾角較陡，一般在45°以上。正斷層是由于巖體受到張力及重力作用，使上盤沿?cái)鄬用嫦蛳洛e(cuò)動(dòng)形成的；

按相對(duì)位移方向劃分的斷層類型第28頁(yè)/共46頁(yè)上盤上升下盤下降逆斷層：上盤沿?cái)鄬用嫦鄬?duì)上升，下盤相對(duì)下降的斷層。逆斷層一般是由于巖體受到水平方向強(qiáng)烈擠壓力的作用，使上盤沿?cái)鄬用嫦蛏襄e(cuò)動(dòng)而成。斷層面從陡傾角至緩傾角都有。其中斷層面傾角大于450的稱為逆沖斷層；介于250～450之間的稱為逆掩斷層；小于250的稱為碾掩斷層(又叫碾掩構(gòu)造或推復(fù)構(gòu)造)。逆掩斷層和碾掩斷層常是規(guī)模很大的區(qū)域性斷層；

按相對(duì)位移方向劃分的斷層類型第29頁(yè)/共46頁(yè)水平錯(cuò)動(dòng)平移（推）斷層：由于巖體受水平剪切作用，使兩盤沿?cái)鄬用姘l(fā)生相對(duì)水平位移的斷層。平移斷層的傾角很大，斷層面近于直立，斷層線比較平直。按相對(duì)位移方向劃分的斷層類型第30頁(yè)/共46頁(yè)斷層的組合類型

斷層的形成和分布受著區(qū)域性或地區(qū)性地應(yīng)力場(chǎng)的控制，所以常常是成列出現(xiàn)，并且以一定的排列方式有規(guī)律地組合在一起，形成不同形式的組合類型。階狀斷層(stepfaults)；地塹（graben）；地壘(horsy)：構(gòu)成地塹、地壘的斷層一般為正斷層，但也可以是逆斷層；疊瓦構(gòu)造（imbricatestructure）。第31頁(yè)/共46頁(yè)地塹和地壘地塹：由兩條走向大致平行而性質(zhì)相同的Ft組合形成的中間斷塊下降，兩側(cè)上升的構(gòu)造。地壘：中間塊上升，兩側(cè)下降的構(gòu)造。第32頁(yè)/共46頁(yè)疊瓦式構(gòu)造由一系列平行或近于平行的、傾角相似的逆斷層組合，形成迭瓦式構(gòu)造。第33頁(yè)/共46頁(yè)疊沖(瓦)式逆掩斷層

由若干條產(chǎn)狀基本一致的逆掩斷層組成，各條斷層的上盤依次向同一方向向上逆沖，平面上構(gòu)成疊瓦式(狀)。第34頁(yè)/共46頁(yè)斷層的野外識(shí)別

地貌特征：當(dāng)斷層的斷距較大時(shí)可能形成陡峭的斷層崖；斷層破碎帶巖石破碎，易于侵蝕下切，可能形成溝谷或峽谷地形。山脊錯(cuò)斷、錯(cuò)開(kāi)，河谷跌水瀑布；河谷方向發(fā)生突然轉(zhuǎn)折，串珠狀泉水出露；華山斷層崖河流改道泉呈線性分布第35頁(yè)/共46頁(yè)斷層的野外識(shí)別地層特征：如巖層發(fā)生重復(fù)或缺失、巖脈被錯(cuò)斷、巖層沿走向突然發(fā)生中斷或者不同性質(zhì)的巖層突然接觸等地層方面的特征，則進(jìn)一步說(shuō)明斷層存在的可能性很大；

第36頁(yè)/共46頁(yè)斷層的野外識(shí)別斷層的伴生構(gòu)造現(xiàn)象：斷層的伴生構(gòu)造是斷層在發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中遺留下來(lái)的形跡。常見(jiàn)的有巖層牽引彎曲、斷層角礫、糜棱巖、斷層泥和斷層擦痕等；

第37頁(yè)/共46頁(yè)6.巖體結(jié)構(gòu)類型及其工程地質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)面及其成因分類

原生結(jié)構(gòu)面：火成結(jié)構(gòu)面：流紋面、原生節(jié)理、侵入體與圍巖接觸面；變質(zhì)結(jié)構(gòu)面：片理、板理；沉積結(jié)構(gòu)面：層理、沉積間斷、軟弱夾層等。

構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：節(jié)理、斷層、層間錯(cuò)動(dòng)面等。

次生結(jié)構(gòu)面：在風(fēng)化作用、卸荷作用及地下水作用下形成的風(fēng)化裂隙、破碎帶、卸荷裂隙、泥化夾層等第38頁(yè)/共46頁(yè)結(jié)構(gòu)面的特征

國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)室和野外試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)推薦了結(jié)構(gòu)面研究的內(nèi)容，方位（orientation）間距（spacing）延續(xù)性（persistence）結(jié)構(gòu)面的粗糙程度（roughness）結(jié)構(gòu)面?zhèn)缺诘目箟簭?qiáng)度；張開(kāi)度（aperture）被充填情況（fillingsituation）滲流（seepageflow）結(jié)構(gòu)面組數(shù)（set）塊體大小（size）第39頁(yè)/共46頁(yè)結(jié)構(gòu)體的形狀

6種基本形狀塊狀柱狀菱狀楔狀錐狀板狀第40頁(yè)/共46頁(yè)巖體的工程地質(zhì)特性

巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)首先取決于巖體結(jié)構(gòu)類型與特征，其次才是組成巖體的巖石的性質(zhì)（或結(jié)構(gòu)體本身的性質(zhì)）整體塊狀結(jié)構(gòu)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)碎裂結(jié)構(gòu)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)散體結(jié)構(gòu)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)第41頁(yè)/共46頁(yè)整體塊狀結(jié)構(gòu)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)面稀疏、延續(xù)性差、結(jié)構(gòu)體塊度大，巖石：強(qiáng)度高特性：整體強(qiáng)度高，變形特征接近于各向同性的均質(zhì)彈性體工程性質(zhì)：變形模量、承