1、第四章 地质构造,岩层的产状与地层接触关系 褶皱 节理 断层 活动断层 地震,大构造，吵吵闹闹；小构造，胡说八道；没构造，哈哈大笑！,岩层的产状与地层接触关系,一、构造运动与地质构造 二、岩层的产状 三、岩层露头线特征 四、地层接触关系,构造运动与地质构造,构造运动,水平运动,垂直运动,山脉与海沟的形成,海陆变迁,地质构造,由地球内动力引起岩石圈地质体变形、变位的机械运动,构造运动在岩层中遗留下来的各种构造形迹,地质构造的类型,岩石圈各个组成部分的形态及其相互结合方式和面貌特征的总称，按生成时间分为原生构造与次生构造。 原生构造：岩石在成岩过程中发育的构造 玄武岩的流线和流面 沉积岩的层理和层
2、面 变质岩的定向排列：片理、片麻理 次生构造：单斜、褶皱和断裂（节理、断层）,二、岩层的产状：岩层在地壳中展布的状态,1.岩层产状的三要素走向、倾向、倾角,AB走向：岩层面与水平面的交线 OD倾斜线：垂直走向线沿层面向下方所引直线 OD倾向：倾斜线的水平投影线所指的层面倾斜方向,（真）倾角：倾斜线与其水平投影线之间的夹角 HD视倾斜线：在倾斜面上斜交走向线所引的任一直线 视倾角：视倾斜线与其水平投影线之间的夹角 tan=tan cos，为视倾向与倾向之夹角。,2.岩层产状的表示方法,（1）方位角表示法,（2）象限角表示法,21025,N65WSW25,（3）符号表示法,40：长线代表走向，短线
3、代表倾向，度数是倾角,三、岩层露头线的特征,1、露头及其地质意义 2、露头线：岩层层面与地面的交线 露头线的形态取决于岩层产状与地形起伏状况。 水平岩层 直立岩层 倾斜岩层,山脊,沟谷,（1）水平岩层,水平岩层是同一层面上各点的海拔高相同或基本相同的岩层。水平岩层具有如下特征：岩层的地质界线与地形等高线平行或重合老岩层在下，新岩层在上,“水平、平行”,（2）直立岩层,岩层出露线是沿岩层走向所切的一条上下起伏的地形轮廓线，这条曲线的水平投影则是一条直线，不受地形的影响,“直立、直线”,(3)倾斜岩层：原始水平岩层因构造作用而改变其水平产状,倾斜岩层露头线呈“V”字形，但“V”字形的弧形朝向、两侧
4、开闭程度受岩层倾向与地形坡向、倾角与坡角的影响，这种规律叫“V”字形法则。,倾向相同、倾角较小，则弯曲相同、曲率较大,倾向相反，则弯曲相同且曲率较小,倾向相同、倾角较大，则弯曲相反,C,arctan(AC/AB),地质图上确定倾斜岩层产状的方法,地质图上确定倾斜岩层产状的方法,arctan(BC/AC),3.地层接触关系沉积地层,整合接触：时间上连续，产状上一致, 反映地壳连续均匀下降。,平行不整合接触,时间上不连续，产状一致。 反映地壳间断上升。,3.地层接触关系沉积地层,角度不整合接触,时间上不连续，产状不一致。 反映地壳剧烈运动。,3.地层接触关系沉积地层,侵入接触 沉积接触 侵入与沉积
5、接触,3.地层接触关系侵入体与围岩,褶 皱：岩层受构造应力作用形成的连续弯曲现象,一、褶皱的基本形态 二、褶皱要素 三、褶皱的分类 四、褶皱的野外识别 五、褶皱的工程地质评价,一、褶曲的基本形态,1背斜 岩层向上弯曲、中心部位岩层较老，两侧岩层依次变新。 2向斜 岩层向下弯曲，中心部位岩层较新，两侧岩层依次变老。,二、褶皱要素,核，褶皱的中心部位； 翼，泛指核部两侧比较平直的部分； 枢纽，同一褶皱面上最大弯曲点的连线； 轴面，各相邻褶皱面的枢纽联成的面，可以是平面，也可以是不规则的曲面，它是平分褶皱的一个假想面； 轴迹，轴面与地面或其他面的交线称为该面上的轴迹。 转折端，褶皱从一翼向另一翼过渡
6、的弯曲部分。,三、褶皱的分类按轴面和两翼产状,直立褶皱、斜歪褶皱、倒转褶皱、平卧褶皱、翻卷褶皱,轴面近直立 两翼倾向相反 倾角近相等,轴面倾斜 两翼倾向相反 倾角不等,轴面倾斜 两翼倾向相统 一翼倒转,轴面近水平 一翼正常 另一翼倒转,轴面弯曲 平卧,三、褶皱的分类按转折端的形态,a-圆弧褶皱；b-尖棱褶皱；c-箱状褶皱；d-扇形褶皱；e-挠曲,三、褶皱的分类按枢纽产状,水平褶皱,倾伏褶皱,三、褶皱的分类按平面形态, 线状褶皱：长度远大于宽度的各类狭长的褶皱 短轴褶皱：长与宽之比约 3 ： 1的枢纽向两端倾伏的褶皱 等轴褶皱：长与宽之比近于1：1的褶皱 等轴背斜称穹隆构造，等轴向斜称构造盆地,
7、复背斜与复向斜,四、褶皱的野外识别,穿越法:垂直于岩层走向观察. 追踪法:平行于岩层走向观察.,褶皱与地形地貌的关系,五、褶皱的工程地质评价,褶皱与隧道,对于深埋隧道,一般宜设计在褶皱翼部。理由有： 褶皱核部或转折端岩层由于受水平张拉应力作用，产生许多张节理，直接影响到岩体完整性和强度，易引起塌陷、滑脱。 向斜核部易汇水，背斜核部易导水。 褶皱翼部岩性较为均一，有利于稳定，且不易汇水、导水。,五、褶皱的工程地质评价,褶皱与边坡,在褶皱翼部布置建筑工程，重点注意岩层的倾向及倾角大小，因为它对岩体的滑动有一定影响,断裂构造：地质体受力发生破裂的变形，小的断裂须在显微镜下才能观察到，大的断裂可延长几
8、千千米。,一、节理 二、断层 三、活断层 四、地震,小规模断层谷,节 理：破裂面两侧未发生明显位移的断裂。,一、节理的分类 二、节理的野外观测 三、编制节理玫瑰花图 四、节理的工程地质评价,一、节理的分类,外力地质作用形成,成岩过程中形成,沉积岩中的泥裂,风化卸荷、冻胀、爆破,侵入岩流动、冷凝产生的节理,火山熔岩冷凝结晶节理,1. 根据成因划分,张节理：是由张应力产生的破裂面。具有如下主要特征: 多张开，节理面粗糙不平，无擦痕； 常常绕砾石或粗砂粒而过，而不切穿颗粒； 产状不甚稳定，延伸不远，间距较大，断续分布。 剪节理：是由剪应力产生的破裂面。具有如下主要特征: 剪节理较平直光滑，常见擦痕；
9、 产状较稳定，沿走向和倾向延伸较远； 发育于砾岩和砂岩等岩石中时，一般穿切砾石和胶结物； 间距较小，常常组成共轭X型节理系。,2. 根据节理产状与岩层产状的关系划分走向节理、倾向节理、斜向节理、顺层节理,3.根据节理与褶皱枢纽的关系划分纵节理、横节理、斜节理,二、节理的野外观察, 观测点的选定一、露头良好，便于观察二、构造特征清楚，岩层产状稳定三、节理比较发育 观测内容 地质背景的观测节理产状、长度、宽度、间距、粗糙度、平直度、影响范围、充填物、风化程度、干燥程度 观测方法测线法统计窗法,三、编制节理玫瑰花图, 将野外测得的节理走向换算成北东和北西方向，按其走向方位角的一定间隔分组。（一般采用
10、5或10为一间隔，如分成09、1019。习惯上把0归入09组内，以此类推。） 统计每组的节理数目（计算每组节理平均走向，如 09组内，有走向为6、5、4三条节理，则其平均走向为5。把统计整理好的数值填入表中。） 确定作图比例尺（选取数目最多的那一组节理的线段的长度为半径，作半圆，过圆心作南北线及东西线，在圆周上标明方位角。） 找点连线 写上图名和比例尺,A.节理走向玫瑰花图,B.节理倾向玫瑰花图,节理倾向玫瑰花图,节理走向玫瑰花图绘制,作业,四、节理的工程地质评价,1、节理将岩体切割成块体，破坏了岩石的整体性，降低了岩体强度和稳定性。 主要发育倾向与边坡坡向一致时,易发生崩塌。 2、增强了岩体
11、的透水性，促使风化速度加快，使岩体强度和稳定性降低。 3、有利于开采。,断层：破裂面两侧发生明显位移的断裂。,一、断层要素 二、断层的分类 三、断层的野外识别 四、断层的工程地质评价,断层面（带）：把地质体断开成两部分并沿之滑动的破裂面。断层面一般为稍有起伏的不规则面。断层面的产状用走向、倾向和倾角来测定。大断层的断层面通常由一系列大致平行的次级断层面组成断层带，其宽度达几十米至几千米。在断层带中夹杂着碎裂岩块、岩屑、断层泥以及固结的断层角砾岩、碎裂岩和糜棱岩。 断层线：断层面和断层带在地面的出露线。其分布规律与地层露头线相同。,一、断层要素,断盘：断层面两侧相互错开的岩块。断层面倾斜时，断层
12、面上的岩块称上盘，断层面下的岩块称下盘。当断层面直立时，则用方位来命名，如断层面走向东西延伸，则称北盘和南盘。此外，也可按断盘相对运动方向来命名，将相对上升的一盘称上升盘，相对下降的一盘称下降盘。 断距：断层两盘相对滑移的距离称为断距（图12-16中AA或BB为断距）。小断层的断距仅几米或更小，大断层的断距可超过100km。,一、断层要素,二、断层的分类按两盘相对运动方向,正断层 (normal fault),逆断层 (reverse fault),平移断层 (parallel fault),正断层:上盘相对下降、下盘相对上升的断层。正断层的断层面通常大于45，向深部变缓。正断层主要是由于引张
13、力和重力作用形成的。,逆断层：上盘沿断层面向上移动的断层。一般与褶皱伴生。断层面倾角大于45的逆断层称为高角度逆断层。断层面倾角小于30的逆断层称为逆掩断层,平移断层：断层面直立、断盘沿断层面作水平滑移的断层。 巨大的走向滑动断层的断距可达几十千米，有的超过100千米。,按断层走向与岩层走向的关系分：,走向断层F1 倾向断层F2 斜交断层F3 顺层断层,按断层与褶皱轴的关系分：,纵向断层 横向断层 斜向断层,断层组合形式,叠瓦式断层,断层的识别,(1)地层界限不连续或岩层中断,断层的识别,(2).岩层不对称重复或缺失,断层的识别,(3)断层破碎带及构造岩,断层的识别,(4)擦痕和阶步,断层的识
14、别,(5)牵引构造及伴生节理,(6)地貌标志,断层的识别,断层的工程地质评价,A断层破坏了岩体的完整性，降低了岩体强度和稳定性。 B断层面对岩体变形破坏方式具有一定的控制作用。 C断层影响了外营力对岩体的改造进程。 工程处置措施避开与断层破碎带大角度或垂直通过,活断层:目前还在活动的断层或近期曾有过活动，而将来可能重新活动的断层。,一、活断层分类 二、活断层的危害 三、活断层的特性 四、活断层的识别 五、活断层工程地质评价,1、活断层的分类岩土工程勘察规范,“近期” 岩土工程勘察规范：1万年（全新世） 水利水电工程地质勘察规范：10万年（晚更新世）,2、活断层的危害,（1）活断层的地面错断直接
15、危害跨越该断层的建筑物,例：宁夏石嘴山市红果子沟河北蓟县,西安地裂缝：临潼长安活动断裂带,（2）伴有地震发生的活断层，强烈的地面振动对较大范围内的建筑物损害 例：美国1906年旧金山地震中，圣安德烈斯断裂的错动 圣安德烈斯溃坝（坝高27米）,3、活断层的特性活动方式,（1）地震断层（粘滑型活断层）,以地震方式产生间歇性突然滑动,发生在强度较高的岩石中，断层带锁固能力强，危害大,（2）蠕变断层（蠕滑型活断层）,沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动,发生在强度较低的软岩中，断层带锁固能力弱 一般无震发生，有时可伴有小震,3、活断层的特性错动速率,现今错动速率：精密地形测量确定 平均错动速率：最新沉积物的
16、错动位移与沉积年代之比,4、活断层的识别,地层标志： Q4变形、变位,4、活断层的识别,地貌标志：断层崖、断层谷、岸线突起与直线排列等,4、活断层的识别,水文地质标志：直线、格子、线状水系，地热异常等 历史资料 古建筑的错断、地面变形 考古 地震记载 地形变监测 水准测量 三角测量 三维激光,5、活断层工程地质评价,建筑物场址一般应避开活动断裂带 线路工程必须跨越活断层时，尽量使其大角度相交，并尽量避开主断层 必须在活断层地区兴建的建筑物，应尽可能地选择相对稳定地块即“安全岛”，尽量将重大建筑物布置在断层的下盘。 在活断层区兴建工程，应采用适当的抗震结构和建筑型式,地 震:在地壳表层，因弹性波
17、传播所引起的振动作用或现象,一、地震分类 二、地震震级和地震烈度 三、地震效应分析 四、地震的预报及预防,1、按地震发生的原因分:构造地震 火山地震 陷落地震 诱发地震,一、 地震分类,占90,占7左右,占3左右,2、据其震源深度大小可分为：浅源地震（0-70km），中源地震（70-300km）和深源地震（300km）,地震在地壳内部振动的发源地震源，震源在地面上的垂直投影叫震中，震源到震中的深度叫震源深度, 地震分级,震级（M）是指距震中100km处的标准地震仪在地面所记录的最大振幅A（微米）的对数值。,2级以下称微震；2-4级：有感地震；5级以上：破坏性地震；7级以上：强烈地震,二、 地震
18、震级和地震烈度,M=lgA,lgE=4.8+1.5M,E.单位为焦耳,地震烈度是指地震时某一地区底面所受的影响及破坏程度；我国烈度一共分十二级。,2.地震烈度,A.基本烈度（basic intensity)：今后一定时期内，某一地区一定时期（50年超越概率10%）可能遭受的最大地震烈度。,二、 地震震级和地震烈度,B.场地烈度（site intensity)：根据场地条件调整后的烈度,C.设防烈度（design intensity）：据城市规模及建筑物的重要性，设计中实际采用的烈度,唐山地震烈度图,昭通地震等烈度线图,M=0.66Io+0.98 Io 为震中烈度,在地震作用影响范围内，地面出现
19、的各种震灾和破坏叫地震效应。地震力效应地震破坏效应地震液化效应地震激发地质灾害的效应,三、地震效应分析,P=mamax=W/gamax 其中，W为建筑物的重量，m为质量， amax质点振动时最大平均加速度。,amax=A(23.14/T)2 A为振幅，T为振动周期（质点最大位移量）。,令：Kc=amax/g，定义为水平地震系数（无量纲）,则P=WKc,地震力效应,地震发生时，地震波的传播使得建筑物发生振动，即给它施加了一个附加荷载地震力，当地震力达到某一限度时，建筑物就发生了破坏，这种地震作用直接引起建筑物的破坏叫地震力效应,节律性破坏,水平偏振扭坏,强烈竖向地震力破坏,震陷,在震源处以震波的
20、形式传播于周围的地层上，引起相邻的岩石振动，这种振动具有很大的能量，它以作用力的方式作用于岩石上，当这些作用力超过了岩石的强度时，岩石就要发生突然破裂和位移，形成断层和地裂缝，引发建（构）筑物变形和破坏，这种现象称为地震破裂效应。,A.地震断层,B.地裂缝,2.地震破裂效应,地裂缝,3.地震液化效应,干的松散粉细砂土受到震动时有变得更为紧密的趋势，但当粉细砂土层饱和时，即孔隙全部为水充填时，振动使得饱和砂土中的孔隙水压力聚然上升，而在地震过程的短暂时间内，聚然上升的孔隙水压力来不及消散，这就使原来由砂粒通过其接触点所传递的压力（称有效压力）减小。当有效压力完全消失时，砂土层会完全丧失抗剪强度和承载能力，变成象液体一样的状态，这就是通常所称的砂土液化现象。,喷砂冒水,4.地震激发地质灾害的效应,四、地震的预报及预防,1.预报,何时、何地、何种震级,2.预防,1.提高建筑物的抗震结构； 2.人为作用使岩石中积累的能量逐步释放,
