1、第二章 地层与地质构造,2.1地壳运动及地质作用的概念 2.2岩层及岩层产状 2.3地层概念 2.4褶皱构造 2.5断裂构造 2.6地质构造对工程建筑物的稳定性,2.1 地壳运动及地质作用的概念,主要是指地球内力引起岩石圈产生的机械运动。它是使地壳产生褶皱、断裂等各种地质构造，引起海陆分布变化，地壳隆起和凹陷，以及形成山脉、海沟，产生火山、地震等的基本原因。 按时间顺序，将晚第三纪以前的构造运动称古构造运动；将晚第三纪以后的构造运动称新构造运动；将人类历史时期发生的构造运动称现代构造运动。,水平运动：指地壳沿地表切线方向上产生的运动。 主要表现为：岩石圈的水平挤压或拉伸，引起岩层的褶皱和断裂，
2、或形成巨大的褶皱山系、裂谷和大陆漂移等。垂直运动：指地壳沿地表法线方向上产生的运动。 主要表现为：岩石圈的垂直上升或下降，引起地壳大面积的隆起 和凹陷，形成海侵和海退等。 地壳运动的长期性,地壳运动基本形式,变形示意图,（二）地壳运动成因的主要理论,固定论：主张地壳运动以升降运动为主导，大陆和大洋自形成以来，在轮廓和相对位置上，基本上都是固定不变的，海陆变迁是由垂直运动造成、大洋壳和大陆壳不会在水平方向大规模运动。 代表学说：地槽-地台学说，膨胀说、收缩说、脉动说、均衡说、深层分异说。 活动论：水平运动为主、大陆和大洋在轮廓和位置上不是一成不变的。 代表学说：构造学说、对流说、地幔柱说、大陆漂
3、移说、海底扩张说、大陆车阀说。 在这两套思想体系的指导下，产生了大地构造学上的两大学派，一个学派坚持固定论，以传统的地槽地台学说为代表，另一个学派坚持活动论，以构造学说为代表。,（二）地壳运动成因的主要理论,各种假说简介 均衡说、对流说、大陆漂移、海底扩张、 大陆车阀说 地槽地台学说 板块构造理论,板块构造理论,基本观点：旋转的内核，对流的地幔，扩张的海底，漂移的大陆，为重新解释地球表面的许多巨大构造形迹的成因和演化，提供了极富想象力的科学思维和合乎逻辑的时空解译。 存在的问题：板块运动的驱动力仍然是一个假说，说它是假说是指至今还没有直接观察到地幔对流，人类还无法进行地幔对流运动的直接观测(地
4、震观测并不是直接观测)； 与对大洋板块演化充满活力的解释相比，对大陆板块及其内部构造演化的解释显得苍白无力，难以包容大陆地质的复杂结构和丰富的构造演化记录，即使能容纳的也只是晚近时期的大陆演化，而对远古时期的大陆演化则相当棘手，因而不能圆满地解释大陆岩石圈的演化和成因；与板块理论不相协调的构造地质现象。,大陆的漂浮,大洋板块俯冲示意图,中国板块运动演化历史的复原再造,二、地质作用的概念,定义：指由自然动力引起地球 物质组成，内部结构和地表形态发生变化的作用。 内力地质作用：构造运动、岩浆作用、变质作用产生山系、裂谷、火山、地震 外力地质作用：风化作用、风、水、冰川、冰水、重力-地质灾害,相关资
5、料,喜玛拉雅山早在70Ma前，那里还是与地中海相连的一片海洋，这个古海洋称之为”古地中海”或”特提斯海”。距今50Ma左右，特提斯海缩小了，那里已经成为一个近东西向的狭长的海湾，也就是说，当时珠峰仍未露出海面。 至始新世末期，即距今40Ma左右，才结束了海侵的历史，特提斯海最终消亡，青藏高原地区全部上升为陆地。 青藏高原地区地处印度板块和欧亚板块的结合处，由于两大板块的相互碰撞、受挤而导致青藏高原地区不断抬升。 在海拔3500m以上的喜玛拉雅山北坡地方采集有三趾马动物群化石(N2-Q1)，说明距今4024Ma间，喜玛拉雅山已经上升了近3500m。 至于它的急剧上升，还是近200300万年间的事
6、，据有关部门测定，喜玛拉雅山平均每万年要升高2030m。直至如今，它还处于不断的上升过程中。所以它是最年轻的褶皱山系。,地质构造,构造运动引起的地壳岩石的变形和变位，这种变形和变位被保留下来的形态被称为地质构造。地质构造主要有三种类型，倾斜岩层、褶皱和断裂。 地质构造是地质演化至今的一个画卷，而且是一个残破的画卷，构造地质学的任务就是从现状重塑原态，从现在再现历程。,2.2 岩层及岩层产状,一、岩层 水平岩层：一般倾角5o的岩层 倾斜岩层缓倾岩层陡倾岩层陡立岩层 直立岩层,岩层特征,水平岩层：受构造运动影响轻微，倾斜角度60)；与地形等高线的关系复杂。”V”字形法则。 直立岩层：90度。地质界
7、线是一条顺走向延伸的直线，不受地形影响。,二、岩层产状,（一）产状要素 产状要素特征： 走向-两个方向； 倾向-一个方向，与走向垂直，有一个倾向可以求两个走向，反之不行； 倾角-岩层面与水平面的二面角，与走向，倾向无关,（二）产状要素的测量、记录和图示,产状要素的测量：地质罗盘仪 产状要素的记录 （1）象限角法：以走向、倾角、倾向的顺序记录N45oE30oSE,表示走向N45oE,倾角30o,倾向SE （2）方位角法：以倾向、倾角的顺序记录，如135o 30,表示倾向距正北方向135o,倾角30o 产状要素的图示正常岩层 倒转岩层,地质罗盘,倾斜岩层，地质界线与地形等高线的位置关系,水平岩层-
8、平行；直立岩层-无关；倾斜岩层-相交（正交，反交） 水平平行；直立无关；倾斜相交。 倾向坡向相反，倾角坡角不论，界形开口向同，岩层界线口宽； 倾向坡向相同，倾角大于坡角，界形开口向反；岩层陡线口宽 倾向坡向相同，倾角小于坡角，界形开口向同，岩层界线口窄,当岩层倾向与地面坡向相反时,当岩层倾向与地面坡向一致，而岩层的倾角小于地面坡角时,岩层倾向与地面坡向一致，岩层倾角大于地面坡角时,岩层直立时，其地质界线在平面上的投影,水平岩层的特征,倾斜岩层的工程地质评价,水平 倾斜 坚硬岩石 软硬相间,2.3 褶皱构造,一、褶曲构造背斜岩层弯曲上凸，核部地层时代老，两翼地层时代新。正常情况下，两翼地层相背倾
9、斜。 向斜岩层弯曲下凹，核部地层时代新，两翼地层时代老。正常情况下，两翼地层相向倾斜。,褶皱构造举例,武当山是一背斜构造，核部是中元古界变质岩系”武当系”，两翼由震旦系及古生界的沉积岩组成,（一）褶曲要素,核部 翼部 轴面(平分褶曲两翼的假想面) 轴线 枢纽(最大弯曲点) 脊线(背斜弯曲最高点) 槽线(向斜弯曲最低点),褶皱要素,（二）褶曲分类,1.按褶曲横剖面形态分类 直立褶曲 倾斜褶曲 倒转褶曲 平卧褶曲 2.按褶曲纵剖面形态分类 水平褶曲 倾伏褶曲横剖面(直倾倒平)、枢纽产状(水平倾伏),枢纽,（三）褶曲的岩层分布判别,地层对称重复，则有褶曲存在。如果地层核部老，两翼新，则为背斜，如核部
10、地层新，两翼老，则为向斜。 地层对称重复(定性)形态(背、向斜，定形)产状(具体分类) 二、褶皱构造的类型 复背斜与复向斜 隔档式(背斜窄，向斜宽) 隔槽式(背斜宽，向斜窄),背斜和向斜,连续性变形褶皱,等厚褶皱,叠加褶皱,复背斜,隔档式褶皱,褶皱构造的工程评价,褶皱地区地形起伏大，特别在褶皱强烈地区，岩层因受强烈破坏，裂隙发育，倾角大，在这种地区的斜坡或坡脚进行建筑时应注意斜坡岩层的稳定性。地层中一些具有特殊工程意义的岩层，如易泥化夹层、含水层、含盐层等随地层的褶皱而褶皱，因而它们的空间分布规律受褶皱形态的控制。显然，褶皱的研究对于如何避开上述不利岩层，选择合理的建筑场地来说是一项关键性的基
11、础工作。在褶皱的轴部地区，由于岩层遭受的构造变动较大，裂隙发育，如果地下建筑沿褶皱构造轴线开挖，可能造成大量的岩石崩落，尤其是在向斜轴部，由于裂隙间的岩块处于倒插状态，更容易出现这种情况。向斜构造有利于地下水的聚集，地下水往往较多，压力较高，如地下建筑沿向斜轴线开挖，还可能出现大量涌水的事故。因此，洞址不应选在褶皱(尤其是向斜)轴部地区，如果无法避开褶皱轴部，洞轴线应与褶皱轴线垂直或成大角度(不小于40的锐角)相交。在洞轴线与褶皱轴线垂直或成大角度相交的情况下，洞体将穿越性质不同的岩层，软弱结构面处的岩体不稳定，衬砌比较困难；同时洞体还可能穿越含水层，出现涌水，对施工不利。因此，在褶皱地区洞室
12、的选址和决定轴线时祁应注意这些不利条件。尽管褶皱形成较复杂的地质条件，但是这种地区基岩埋深较浅。另外，在褶皱地区，向斜构造常有丰富的地下水，可作为供水水源。,2.4 断裂构造,一、节理 （一）节理分类 1.按成因分类 原生节理 构造节理 表生节理 2.按力学性质分类 剪节理 张节理 3.按与岩层产状的关系分类 4.按张开程度分类,剪节理,剪节理,张节理,玄武岩柱状节理,玄武岩柱状节理,玄武岩柱状节理,玄武岩柱状节理,（二）节理发育程度分级,节理发育程度分级表,（三）节理的调查内容,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
13、填物质及厚度、含水情况 5.节理发育程度分级,节理的工程评价,(1) 节理破坏了岩体的整体性和连续性，它的发育情况直接影响岩体的结构特性。节别会降低地基的承载力和地下建筑围岩的稳定程度。节理发育，特别是当节理组比较多时，引起垮塌，影响施工，增加支护费用等。因此，选择洞址对应尽量避开节理发育。(2)岩石边坡的稳定程度主要取决于节理的性质和组合特征，很多山崩、滑坡等边坡破坏都和节理有关。(3)节理裂隙改变了岩石的渗透性能，水沿节理渗入，影响地下结构物的功能和稳定。(4)在挖方和采石时，节理可以提高工作效率，但在爆破时常因漏气而降低爆破效果。 (5)非理发育的岩石中，可以找到地下水作为供水水源。,二
14、、断层,（一）断层要素 断层面 断层线 断盘：上盘，下盘；上升盘，下降盘 断距,断层的几何要素和位移,（二）断层常见分类,1.按断层上、下两盘相对运动方向分类 正断层:上盘相对向下滑动，下盘相对向上滑动 逆断层：上盘相对向上滑动，下盘相对向下滑动 平移断层 2.按断层面产状与岩层产状的关系分类 走向断层、斜向断层、倾向断层 3.按断层面走向与褶曲轴走向的关系分类 纵断层、横断层、斜断层 4.按断层力学性质分类 压性断层、张性断层、扭性断层,复合断层,复合正断层(阶梯、地垒、地堑) 复合逆断层(叠瓦),断层概念、要素、组合形态,正断层,正断层,平移断层,平移断层,逆断层,逆断层,逆冲断层,逆冲断
15、层,逆冲断层,地槽区发育的断层,地堑和地垒,阶梯状断层,龙门山向四川盆地挤压推覆，形成了广布的飞来峰奇观,逆冲推覆构造,逆冲推覆构造,四川彭县逆冲推覆构造,（三）断层存在的判别,1.构造线标志 2.岩层分布标志 3.断层的伴生现象擦痕、阶步和摩擦镜面；构造岩；牵引现象 4.地貌标志：断层崖、断层三角面、串珠状泉、低洼地形等 （四）断层运动方向的判别 地层时代 地层界线 断层伴生现象 符号识别,岩层重复或缺失,断倾岩倾向同，断角大于岩角，正断岩层缺失，逆断岩层重复，下降盘新地层。 断倾岩倾向同，断角小于岩角，正断岩层重复，逆断岩层缺失，上升盘新地层。 断倾岩倾向反，断角岩角不论，正断岩层重复，逆
16、断岩层缺失，下降盘新地层。,走向断层造成的地层重复与缺失,走向断层造成的地层重复与缺失,构造线不连续,断层三角面,断层破碎带,断层角砾岩,断层角砾岩,错断的山脊,擦痕和阶步,擦痕和阶步,举例,从华阴县城南望华山，可以看到一系列东西向排列的呈三角形的陡立的山坡，在这里，山仿佛被切过的一般，截然终止。这是断层三角面，秦岭北麓大断层就从这里通过，它构成了秦岭山脉和渭水地堑的分界。组成华山的岩石全部都是花岗岩，被称为华山花岗岩，根据同位素年龄测定，它的年龄约120Ma左右，相当于中生代白垩纪。,举例,天山天池在乌鲁木齐以东110公里处的北天山博格达峰西北角，天池大约在二、三百万年前的第四纪开始形成，那
17、时博格达峰在喜马拉雅运动的影响下剧烈上升，在上升的过程中发生了断裂，形成了一个地堑，尔后，随着冰期的到来，地堑形成了一个大冰库。由于冰川的刻蚀作用，使地堑越来越深。许多年以后，冰川后退，古代冰川冰积物的泥石流堵塞河道，形成了高山堰塞湖，这就是天池。,断层的工程评价,断层，尤其是活断层与工程建设关系密切，主要发现为以下几个方面：(1)断层是构造应力集中带，它使岩石裂隙增多，零乱破碎，岩体的整体性被破坏，其强度和承载力明显降低。(2)断层活动能直接破坏修建在它上面或附近的建筑物。例如：1976年我国唐山地震时发生的一条断层，其水平错距达3m，错开了道路、围墙、房屋等建筑物(3)断层附近是高地震烈度
18、区。在新构造运动强烈地区，一些活断层还可能是发展断层，产生强烈地震。(4)新断层附近地表风化强烈，而且常成为地下水的通道。沿断层带边坡稳定性差，常发育山崩、滑坡、地陷等不良地质现象。,2.5 地质构造对工程建筑物稳定性的影响,1.边坡的稳定性 岩层产状与岩石路堑坡坡向间的关系控制着边坡的稳定性，有以下几种情况 （1）岩层倾向与边坡坡向一致 岩层倾角等于或大于边坡坡角时，边坡一般是稳定的 若坡角大于岩层倾角，则岩层因失去支撑面有滑动的趋势 （2）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，层间结合差，岩层倾角又很陡，岩层多成细高柱状，容易发生倾倒破坏
19、 （3）水平岩层或直立岩层中的路堑边坡，一般是稳定的。,2.隧道位置与地质构造的关系,（1）与岩层的关系 穿越水平岩层的隧道，应选择在岩性坚硬、完整的岩层中 在软、硬相间的情况下，隧道拱部应当尽量设置在硬岩中，设置在软岩中有可能发生坍塌 隧道垂直穿越岩层时，在软、硬岩相间的不同岩层中，由于软岩层间结合差，在软岩部位，隧道拱顶常发生顺层塌方 当隧道轴线顺岩层走向通过时，倾向洞内的一侧岩层易发生顺层坍滑，边墙承受偏压 （2）与褶曲的关系 应尽量避免将隧道设置在褶曲的轴部 尽量将隧道位置选在褶曲翼部或横穿褶曲轴,3.断层与建筑物的关系,尽量避免将工程建筑物直接放在断层上或断层破碎带附近 对不活动的断
20、层，墩台必须设在断层上时，应根据具体情况采用相应的处理措施 铁路选线时，应尽量避开大断裂带，线路不应沿断裂带走向延伸，在条件不允许、必须穿过断裂带时，应大角度或垂直穿过断裂带,地质构造的工程地质评价,(1)岩层的工程地质评价 (2)褶皱的工程地质评价 (3)断层的工程地质评价 (4)节理的工程地质评价,2.6 地质年代,一、绝对年代法 目前最古老的岩石是格陵兰岛西南部的片麻岩39亿8千万年(170百万年)。 二、相对年代法 （一）地层层序法 正常、倒转、标准地层剖面 鉴定地层新老关系的方法：标准地层剖面、层面构造(泥裂、波痕等) (二)生物演化律：简单复杂、低级高级、化石 （三）地层接触关系法
21、 1.沉积岩间的接触关系 （1）整合接触 （2）不整合接触 平行不整合接触 角度不整合接触,（三）地层接触关系法,岩层间的相互关系：共6种相互关系 1.沉积岩间的接触关系 （1）整合接触 （2）平行不整合接触、角度不整合接触 2.岩浆岩间的接触关系 穿插接触关系 3.沉积岩与岩浆岩之间的接触关系侵入接触 沉积接触,波痕,波痕,波痕,泥裂,泥裂,三、地质年代表,时代单位：宙、代、纪、世、期、时(时代、时期) 地层单位：宇、界、系、统、群、组、段、层 (纪、系顺序) 震旦、寒、奥、志、泥、石；二、三、侏、白、三、四 (代、界顺序) 太、元、古、中、新,2.7 地质图,一、地质图的种类 （1）普通地
22、质图 （2）构造地质图 （3）第四纪地质图 （4）基岩地质图 （5）水文地质图 （6）工程地质图:桥梁工程地质平面图，纵剖面图,中国地质图,中国水文地质图,中国新构造图,中国岩溶与环境地质图,二、地质图的阅读步骤,（一）阅读步骤及阅读内容 先读图框外的附件：图名、比例尺、方位、图例 地形、水系 地质内容,地质内容,(1)地层：地层分布、地层产状：水平、倾斜、直立，与地形等高线的关系 (2)接触关系：6种，接触类型、涉及地层、在地质图上的特征 (3)褶皱：褶皱类型、分布地区、核部地层、两翼地层、褶曲特征在地质图上的表现 (4)断层：断层类型、分布地区、上盘地层、下盘地层、断层面的产状、断层标志在
23、地质图上的表现、断层在地质图上的特征 3.3.4地质历史,读图实例,三、地质剖面图的制作,选择剖面方位 确定剖面图比例尺 作地形剖面图 作地质剖面图 四、地层综合柱状图,地质图作业,地质图练习题,复习提纲,2-1：地壳运动的定义，地质作用的定义。 2-2：地质构造定义，岩层产状要素及定义，岩层产状记录和符号。 2-3：褶曲定义，褶曲要素，褶曲的基本类型、按横剖面分类和按枢纽产状分类及分类依据，褶曲的地层判别方法。 2-4：节理定义，节理分类及特征。断层定义、断层要素、断层按两盘位移和按岩层产状关系分类及其定义和符号，断层的地层判别方法，断层伴生现象的类型，断层倾向与岩层倾向相反时断层引起地面地层的重复与缺失。 2-6：地层定义，地层接触关系类型及定义和判别方法，按新老顺序背诵地质年代表。 2-7：地质图定义，判释资冶地区地质图（平面图和剖面图），并给出各地层接触关系和各地质构造全称。,
