1、2 地质构造,华东交通大学,2006-5,主讲人： 赵秀绍华东交通大学土木建筑学院,本章的主要内容,本章重难点：,本章重点：本章难点：,2.1地壳运动及地质作用,一、地壳运动二、地质作用,一、地壳运动,地壳运动主要是指由地球内力引起岩石圈的变形、变位以及洋底的增生和消亡的作用。,古构造运动晚第三纪以前发生的构造运动新构造运动晚第三纪以来发生的构造运动现代构造运动人类历史时期到现在所发生的构造运动,地壳运动的基本形式,水平运动地壳或岩石圈大致沿地球表面切线方向的运动垂直运动地壳或岩石圈沿垂直于地表即沿地球半径方向的运动,二、地质作用,地质作用是指由自然动力引起地球的物质组成、内部结构和地表形态发
2、生变化的作用。主要表现为对地球的矿物、岩石、地质构造和地表形态等进行的破坏和建造作用。,按照能源和作用部位不同，地质作用分为：,风化作用风的地质作用流水、冰川、冰水、重力的地质作用等,内动力地质作用外动力地质作用,构造运动岩浆活动变质作用,各种地质作用（内、外）：一方面不断地破坏原有的物质成分（矿、岩），地质构造和地表形态。另一方面又不断地形成新的物质成分（矿、岩），地质构造和地表形态。破坏建设再破坏再建设循环反复，促使地壳不断的变化和发展。,思考题：1. 什么是地质构造？什么是地壳运动？地壳运动的基本形式有哪些？2. 什么是地质作用？,2.2岩层的产状,一、岩层的产状要素二、产状要素的测量方
3、法和表示方法三、岩层的分类及露头特征四、研究产状的工程意义,一、岩层的产状,岩层指由同一岩性组成的，有两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。,岩层的产状指岩层在地壳中的空间方位。是以岩层面的空间方位及其与水平面的关系来确定的。,走向、倾向、倾角,任何构造面或地质体的界面，也可以通过测定这三个要素来确定其产状 。,水平面,d,ab-走向线 ce-倾斜线 cd-倾向 -倾角,a,走向 岩层面与水平面的交线即走向线两端所指的方向。（两个方位角，相差180）,产状要素,倾向 垂直于走向线沿层面向下所引的直线（倾斜线）在水平面上的投影所指方向。走向 = 倾向 90,倾角 岩层面与水平面的夹角。 (0
4、90）,真倾角真倾斜线HG与其在水平面上投影线OG的夹角视倾角视倾斜线HD、HC与其在水平面上投影线OD、OC的夹角。,注意！,【推导】从图上的三角关系可知： tga = HO/GO，tgb = HO/OC，sinq = GO/OC tga = tgb/ sinq,真倾角a和视倾角b之间的换算公式：其中：q 视倾向与走向线的夹角。,岩层产状要素的测定，一般在野外用罗盘仪（袖珍经纬仪）来测定。,测量方法,二、产状要素的测量方法和表示方法,文字表示法符号表示法,产状要素的表示方法,地质图件,方位角法象限角法,野外记录和文字报告,13530（倾向、倾角）,方位角法,0,文字表示法,N45E30SE（
5、走向、倾角、倾向象限）,象限角法,文字表示法,长线代表走向，短线代表倾向，数字是倾角。（长短线必须按实际方位标绘在图上）； 岩层水平（05）； 岩层直立（箭头指向较新岩层）； 岩层倒转（箭头指向倒转后的倾向，即指向老岩层，数字是倾角),符号表示法,按产状可分为,水平岩层倾角5倾斜岩层倾角585直立岩层倾角85,三、岩层的分类及露头特征,水平岩层,水平岩层一般出现在地壳运动影响轻微的地区。,前提：岩层没有发生倒转,水平岩层特征, 新岩层在上，老岩层在下； 岩层的厚度等于岩层顶、底面标高之差；, 岩层的露头宽度决定于岩层的厚度和地面坡度；地质界线，在地质图上与地形等高线平行或重合，而不相交。,倾斜
6、岩层,倾斜岩层往往是某种构造形态的一部分。,单面山,倾斜岩层按倾角a的大小又可分为：,缓倾岩层，a30陡倾岩层，30a60陡立岩层，a60,直立岩层,直立岩层一般出现在构造强烈的地区。,岩层露头分布形态，决定于岩层产状、地形及二者的相互关系。,水平岩层()、直立岩层()和倾斜岩层()的露头形态及其在平面图上的表现,水平岩层的露头分布形态，完全受地形的影响，在地质图上，其地质界线与地形等高线平行或重合。,直立岩层的地质界线是沿其走向作直线延伸，不受地形影响。,倾斜岩层露头分布形态则较复杂，表现出地质界线与等高线相交的曲线延伸，并有一定规律，当其穿过沟谷或山脊时，露头线均呈“V”字形，故此规律又称
7、为V字形法则。,若地层没有倒转时，地质界线：,总 结：,岩层界面、断层面、不整合面等露头线的分布形态。,V字形法则，适用于：,决定于岩层的厚度和地面坡度。,水平岩层,受岩层厚度、产状、地面坡度的共同影响。,露头宽度与厚度、倾角的关系倾角不变，露头宽度随厚度而变化；厚度不变，露头随倾角而变化,倾斜岩层,1当岩层倾向与坡向相反时；,A B C露头宽度与坡度的关系,2当岩层面与地面的交角不同时；,露头宽度与岩层倾角和地面坡角之间的关系,四、研究产状的工程意义,对边坡稳定的影响,当岩层呈水平、直立时，对边坡稳定有利，一般可根据岩性的坚固程度及裂隙的发育多少，确定边破的稳定性。当岩层倾向与边坡坡向相同，
8、岩层倾角等于或大于边坡的坡角时，一般情况下边坡相对稳定；相反，岩层倾角小于边坡的坡角时则边坡易滑动。,四、研究产状的工程意义,对边坡稳定的影响,3.当岩层倾向与边坡坡向相反时，若岩层完整、层间结合好，边坡是稳定的；若岩层内有倾向坡外的节理，层间的结合差且岩层倾角又很陡，岩层多成细高柱状，容易发生倾倒破坏。4. 覆盖层与下卧岩层接触面较陡且倾向坡外，因地表水的下渗及地下水在接触面的作用，降低接触面的力学强度，往往因路堑的开挖使覆盖层失去平衡，发生滑动、坍塌，尤其是下卧层为页岩、风化破碎的千枚岩、绿泥石片岩、滑石片岩等，边坡滑动、坍塌的现象更为常见。,对对桥隧稳定性的影响,隧道通过产状水平的岩层时
9、，选择在岩性坚硬、完整的岩层中通过要相对稳定。如在石灰岩或砂岩中通过比在页岩层通过要相对较好。在软硬岩相间的情况下，隧道拱部设置在硬岩中要比设置在软岩中稳定，否则很可能发生坍塌；,对对桥隧稳定性的影响,2.隧道轴向垂直岩层走向穿越不同岩层时，应注意不同层面的强度问题，尤其是软、硬岩层相间的情况下，可能在拱顶发生顺层坍方。,对对桥隧稳定性的影响,隧道轴向平行岩层走向时，岩层倾向洞内一侧易产生顺层坍塌，出现偏压问题。,4. 隧道轴向与一套倾斜岩层走向斜交时，为了提高隧道稳定性，尽可能使隧道轴向与岩层走向的交角大些。,对对桥隧稳定性的影响,5. 岩层的产状影响着桥基的稳定性。当岩层产状倾向下游，其中
10、又有软弱夹层时，会因水的冲蚀影响到桥基的稳定性，如果软弱夹层较厚，会使基础受力不均，产生不均匀沉陷以致发生破裂现象。,作业题： 1. 什么是岩层？岩层的产状三要素是什么？并绘图表示。,2.3褶皱构造,一、褶曲的概念二、褶曲要素三、褶曲分类四、褶皱构造的类型五、褶皱构造的辨认六、研究褶曲的实用意义,一、褶曲的概念,褶皱构造岩层受到构造运动作用后，在未丧失连续性的情况下产生的弯曲变形。,褶皱形成过程,褶曲,背斜向斜,褶曲褶皱构造中的任何一个单独的弯曲。,老,新,新,背斜,向斜,老,新,老,地形倒置：向斜成山，背斜成谷。,向斜和背斜剖面示意图,二、褶曲要素,轴线轴面和包括地面在内的任何面的交线。,核
11、部泛指褶皱弯曲的核心部位。翼部泛指褶皱核部两侧的岩层。轴面通过褶皱核部，平分褶皱的一个假想面。,枢纽褶皱中同一层面上最大弯曲点的连线。脊线背斜弯曲最高点的连线。槽线向斜弯曲最低点的连线。,三、褶曲分类,（一）根据褶曲轴面产状，结合两翼产状特点，可将褶曲分为：,直立褶曲 倾斜褶曲 倒转褶曲 平卧褶曲,轴面直立，两翼倾向相反，倾角近于相等（差值小于5）,直立褶曲,直立褶曲,轴面倾斜，两翼岩层倾向相反，倾角不等,倾斜褶曲,轴面倾斜，两翼向同一方向倾斜，有一翼地层层序倒转。,倒转褶曲,轴面近于水平，一翼地层正常，另一翼地层层序倒转。,平卧褶曲,（二）根据褶曲枢纽产状，可将褶曲分为：,倾伏褶曲,水平褶曲
12、,枢纽水平时，在实际地形图上的表现为互相近似平行且呈直线延伸。,枢纽水平时，地质界线在平面图上仍表现为互相近似平行；,在实际地形图上，倾伏背斜的地质界线表现为在倾伏端封闭弯曲；倾伏向斜的地质界线表现为在仰起端封闭弯曲。,枢纽倾斜时，地质界线在平面图上表现为在一端封闭弯曲。,直立水平背斜,直立倾伏背斜,（三） 根据褶曲在平面上的形态，可分为：,线状褶曲短轴褶曲穹窿构造构造盆地,线状褶曲：长宽比超过101的褶曲；,短轴褶曲：长宽比为31101的褶曲；,穹窿构造长宽比小于31的背斜构造；,构造盆地长宽比小于31的向斜构造。,A穹窿构造构造盆地,四、褶皱构造的类型,复背斜,复向斜,（一）复背斜和复向斜
13、,复背斜,复向斜,（二）隔挡式褶皱和隔槽式褶皱,五、褶皱构造的辨认,向斜成山、背斜成谷,（一）褶曲的野外观察法,1. 通过横向、纵向的观察，找地层界线、断层线、化石等，观察岩层是否有对称重复出现的现象； 2. 比较核部与两翼岩层的新老关系，比较两翼岩层的走向和倾斜； 3. 研究两翼相当层的平面形态。,走向,走向,倾向,倾向,倾角,倾角,（二）褶皱内部构造的认识,顺层剪切褶皱的卡片模型,层面擦痕,牵引褶皱,虚脱现象和鞍状矿体,介于参加褶皱的最新地层与上覆未褶皱的最老地层之间。,（三）褶皱的形成时代,六、研究褶曲的实用意义,褶皱构造很普遍，无论是对找矿、找地下水及水利建设都有着相当重要的意义。根据
14、褶皱两翼对称重复的规律，在褶皱的一侧发现沉积型矿层时，可预测在另一侧也可能有相应的矿层存在；石油常储存在背斜的顶部。除此以外，背斜核部的岩层常常较为破碎，如果水库位于此就易于漏水，工程建设时必须注意到这一点。,思考题：1. 什么是褶皱构造？什么是褶曲？褶曲的基本形式有哪两种？作业题： 2. 论述在野外怎样观察褶曲？3. 褶曲有哪些分类方法？是怎样分类的。,2.4断裂构造,断裂构造指岩层受构造运动的作用，当所受的构造应力超过其破裂强度时，岩石或岩块失去连续性而产生断裂的地质构造。,2.4断裂构造,一、节理二、断层,一、节理,北京西山的一条张剪性节理,指岩层受力断开后，断裂面两侧岩层沿断裂面没有明
15、显相对位移的断裂构造。,节 理,（一）节理分类,1按与岩层产状的关系分为：,1-走向节理； 2-倾向节理； 3-斜交节理； 4-岩层走向,2按力学性质分类：,剪节理张节理,剪节理由剪应力产生的破裂面。,特征：长、大、平直光滑，延伸稳定，常常呈“X”型，可切穿砾石。,剪节理由剪应力产生的破裂面。,特征：长、大、平直光滑，延伸稳定，常常呈“X”型，可切穿砾石。,张节理由张应力产生的破裂面。,特征：短、小、粗糙不平，延伸不远，常呈豆荚状、树枝状，常绕开砾石。,3按节理成因分类：,原生节理构造节理表生节理,原生节理,是指岩石成岩过程中形成的节理。,构造节理,指由构造运动产生的构造应力形成的节理。,表生
16、节理,由卸荷、风化、爆破等作用形成的节理。,4按节理与褶皱轴的关系分类：,a. 纵节理；b. 斜节理；c. 横节理,（二）节理发育程度分级依据：节理的组数、密度、长度、张开度及充填情况,（三）节理的工程地质研究,观测研究节理时，首先应注意节理的性质、矿化现象、先后次序、空间的相互关系和形成的时代，其次是原地岩石性质，产状和所处的构造部位。,（四）节理调查研究的内容,1. 节理的成因类型、力学性质； 2. 节理的组数、密度和产状； 3. 节理的张开度、长度和节理面壁的粗糙度； 4. 节理的充填物质及厚度、含水情况； 5. 节理发育程度分级。,（五）节理对工程的影响,1是地下水的通道。加速岩石的溶
17、解破坏，尤其在可溶盐地区易形成溶洞，发育成为地下暗河；2加速风化作用和冻胀作用；3降低岩石力学强度，降低工程的稳定性；4降低爆破效率；5降低地基承载力。,垂直节理风化后形成地貌,二、断层,断层是指岩石在构造应力作用下发生断裂，沿断裂面两侧的岩块发生明显的相对位移的断裂构造。,岩石在构造应力作用下发生断裂，沿断裂面两侧的岩块发生明显的相对位移的断裂构造。,断层,二、断层,（一）断层的几何要素（二）断层的分类（三）断层的野外鉴别与研究（四）断层两盘相对运动方向的判别（五）确定断层的形成时期（六）研究断层在工程上的意义,（一）断层的几何要素,2断层线断层面与水平面或垂直面的交线。,1.断层面 2.断
18、层线 3.上盘 4下盘,1断层面指断层中两侧岩层沿其运动的破裂面。,3断盘断层两侧相对移动的岩层。,1.断层面 2.断层线 3.上盘 4下盘,4断距指岩层中同一点被断层断开后的位移。,水平断距(am)重直断距(bm),总断距(ab),（二）断层的分类,逆断层,平移断层,正断层,1根据断层两盘相对运动的方向分为：,上盘下降,正断层：上盘相对下降或下盘相对上升的断层。,小型低角度正断层,上盘上升,逆断层：上盘相对上升或下盘相对下降的断层。,逆断层按照断层面的倾角又可分为：,冲断层 断层面倾角45；逆掩断层 断层面倾角在2545；辗掩断层 断层面倾角25。,辗掩断层一般规模巨大，常有时代较老的地层被
19、推覆到时代新的地层之上，形成推覆构造。,四川彭县逆冲推覆构造,逆冲推覆构造发育地区遭受强烈侵蚀切割，将部分外来岩块剥蚀掉而露出下伏原地岩块。在一片外来岩块中露出一小片由断层圈闭的原地岩块，常常是较老地层中出现一小片由断层圈闭的较年轻地层，这种现象称为构造窗。,如果剥蚀强烈，外来岩块被大片剥蚀，只残留小片孤零零的外来岩体，称为飞来峰。飞来峰表现为原地岩块中残留一小片由断层圈闭的外来岩块，常常是较年轻的地层中残留一小片由断层圈闭的较老地层。飞来峰常常成为陡立的山峰。,四川彭县逆冲推覆构造,飞来峰产状陡立的上寒武统灰岩沿平缓的断层面推掩在下奥陶统贾旺组泥岩之上，在山顶残留成飞来峰。,水平错动,平移断
20、层：两盘沿断层走向相对移动的断层。,注意！在实际情况中，平移断层往往是与前两类断层同时存在的，这类断层一般采用组合命名，称之为平移逆断层、逆平移断层、平移正断层和正平移断层。,正断层,例1：,逆断层,例2：,冲断层,2按断层面产状与岩层产状的关系分为：,F1-走向断层；F2-倾向断层； F3-斜向断层,在背斜两翼剖面上分别显示正断层和逆断层的假象,倾向断层引起的效应,左图是一个被横向平移断层切断的背斜，而在两翼的剖面上分别显示正断层和逆断层的错觉。因此判断地层性质必须从立体上和实际位移上全面分析地层两盘的错动。,A B上盘沿岩层倾向滑动，垂直地层走向的剖面上表现为逆断层, 平移断层引起的效应,
21、倾向断层引起的效应,倾向断层的两盘沿断层面倾向滑动时，侵蚀夷平后的两盘岩层在平面上表现为水平错移，给人以平移断层的假象。,A B倾向正断层引起的平移断层的假象, 正（逆）断层引起的效应,上述情况说明，倾向平移断层与倾向正(逆)断层引起的平面露头上的效应相似。野外观察断层时，不能仅仅根据水平面或剖面上岩层的错移判断断层性质。因此判断地层性质必须从立体上和实际位移上全面分析地层两盘的错动。 当然实际中还有许多复杂的情况，这需要我们在以后的工作中不断地总结。,3按断层面走向与褶曲轴走向的关系分类：,褶曲被横断层错断引起的效应,平行纵断层； 垂直横断层；斜交斜断层。,逆断层,冲断层,4按形成断层的力学
22、性质，可分为：,压应力压性断层，多为逆断层；张应力张性断层，多为正断层；剪应力扭性断层，多为平移断层。,5断层的组合类型,阶梯状断层地堑和地垒叠瓦式断层,阶梯状断层,地堑和地垒,地垒,地堑,叠瓦式构造,台中地区叠瓦断层带,（三）断层的鉴别,构造上地层上断层的伴生现象地貌、水文地质等,各类标志：,1构造上的标志（构造线不连续）,岩脉被切断，产生牵引现象,2地层上的标志 地层的重复或缺失。,对称式重复,褶曲,断层,顺次式重复,走向断层造成的地层重复和缺失,走向断层造成的地层重复和缺失,3断层的伴生现象牵引弯曲、擦痕、摩擦镜面、滑动槽子等也是帮助判断断层存在的标志。,冲断层断层面上的擦痕平行的脊槽主
23、要是方解石的生长纤维。阶步与擦痕大致垂直，其陡坎倾向指示上盘上冲。,张性断层角砾岩砾石由石炭二叠系灰岩组成，棱角状、大小不一、无分选，泥砂质胶结,正断层断裂带由右向左破碎度增加，依次是构造透镜体带、断层角砾岩、碎裂岩，最后是断层泥,4地貌、水文地质和植被上的标志,断层崖,断层三角面,东非大裂谷,(2)串珠状的湖泊或洼地，泉水的带状分布，常表明有大断带存在。,(3)正常延伸的山脊突然错断，正常流径的河流突然产生急转弯。断层两盘相对平移,(4)植物也可作为参考，有时沿断层两侧因岩性不同，而生长截然不同的植物群落，有时则在断层带上生长着特殊的植物。,（四）断层运动方向的判别,1. 根据两盘地层的新老
24、关系2. 褶曲核部地层宽度的变化3. 根据牵引现象4. 根据标志层的错动5. 断层角砾6. 擦痕和阶步,1. 两盘地层的新老关系,走向断层纵断层地层倒转断层倾角岩层倾角,上升盘出露老岩层下降盘出露老岩层,断层横切褶曲轴背斜上升盘核部地层变宽；向斜上升盘核部地层变窄。,2. 褶曲核部地层厚度的变化,.根据牵引现象,牵引现象的弧形突出弯曲方向指示本盘运动方向。,标志层,4. 标志层的错动,断层角砾岩,5 . 断层角砾,6. 擦痕和阶步,擦痕断面上平行而密集的沟纹；镜面断面上局部平滑而光亮的面；,阶步擦痕及镜面末端常出现的“坎”。,（五）确定断层的形成时期,利用不整合接触关系利用断层与各类地质体的切
25、割关系,S,D,C,J,S,D,C,P,K,O,O,g,m,（六）研究断层在工程上的意义,1断层可增大岩石的透水性和含水性；断层的交叉处常是地下水出露的地段；2断层可以降低岩石的坚固性和稳定性，造成隧道工程、矿井工程或坝基等塌陷的危险。,风火山隧道北部断裂切割表层第四系和公路的裂缝延伸特征（镜向西）,思考题：1. 什么是断裂构造？什么是节理、断层？2. 按力学性质，节理可分为哪两类？ 3. 什么是正断层、逆断层、平移断层？ 4. 什么是阶梯状断层、叠瓦式构造？什么是地堑、地垒？作业题： 1. 论述节理对工程的影响。 2. 论述野外怎样识别断层。 3. 论述断层对工程的影响。,本章学习了什么？,.岩层产状的三要素与表示方法.“”字型法则判断岩层的出露.褶皱构造褶皱构造的分类褶皱构造的研究意义.断裂构造节理的分类与研究意义断层构造的分类与研究意义,练一练,.什么是岩层的产状要素？ .试简述岩层产状与地面坡度关系的“V”字型法则。.简述地质构造对工程建筑物稳定性的影响（从地质构造控制地质结构和地质环境两个方面总结分析）。.名词解释：褶皱构造；断层构造,
