1、第二章 地质构造,第二章 地质构造,第一节 地质年代 第二节 地质构造 第三节 活断层 第四节 阅读地质图,本章主要内容,地层地质年代的确定； 岩层产状三要素的测定方法与表式方法； 掌握各种构造与公路工程的关系； 阅读地质图；,现代地质学认为，地壳被划分成许多刚性的板块，而这些板块在不停地彼此相对运动。这种地壳运动，引起海陆变迁，产生各种地质构造，形成山脉、高原、平原、丘陵、盆地等基本构造形态。地质构造大大改变了岩层和岩体原来的工程地质性质，影响岩体稳定，增大岩石的渗透性，为地下水的运动和富集创造了良好的场所。,中国大地构造分区略图,据全秋奇,1989,第一节 地质年代,第一节 地质年代,几个
2、概念的区分:地史 -地壳发展演变的历史叫做地质历史 绝对地质年代 -地质事件发生（或地质体形成）的时代 ,是用距今多少年以前来表示，是通过测定岩石样品所含放射性元素确定的；,第一节 地质年代,相对地质年代 -地质事件发生（或地质体形成）的先后顺序 ,是由该岩石地层单位与相邻已知岩石地层单位的相对层位的关系来决定的。 一般以应用相对地质年代为主.,一、地层的地质年代,地层和岩层的区别： 岩层-由两个平行或近于平行的界面（岩层面）所限制的同一岩性组成的层状岩石，称为，岩层是沉积岩的基本单位而没有时代的含意。 地层-在地质学中，把某一地质时期形成的一套岩层及其上覆堆积物统称为那个时代的地层。,喻家山
3、二叠系孤峰组硅质岩,地层学中的几个基本定律1、生物演化律：含有相同或相似生物内容的地层属于同一时代，含有不同生物内容的地层时代不同，时代越老的地层含有的化石越原始低级简单，与现代生物界面貌差别越大，时代越新的地层含有的化石内容越高级复杂越接近于现代。,一些有代表性的生物,具有时代意义的化石： 牙形石Hindeodus parvus,浙江长兴煤山,2、地层层序律 ：即先沉积的一定位于地层的下部后沉积的一定位于上部，由此可以确定沉积事件的先后顺序。,未发生倒转的水平岩层,新,老,新,老,未发生倒转的倾斜岩层,3、 原始连续性定律: 即沉积过程中如果没有干扰因素，则原始的沉积地层一定是连续的。 原始
4、水平性定律 在原始条件下形成的沉积地层一定是水平的。由这三条定律出发，如果发现某个地区的地层不符合上述情况，这一定有什么地质事件发生。 通过对区域间地层的对比，就可以确定区域地层沉积的先后顺序，并根据其它地质体与地层的关系来确定地质事件发生的先后。,二、地层的相对地质年代,沉积岩相对地质年代的确定 岩浆岩相对地质年代的确定 绝对地质年代的确定,（一）沉积岩相对地质年代的确定,1地层层序律：沉积岩在形成过程中，自然的层序总是先老后新(下老上新). 2标准地层对比法：一定区域内，同一时期形成的岩层特征基本一致。可以以岩石的组成、结构、构造等特点，作为岩层对比的基础 . 但此方法具有一定的局限和不可
5、靠性。3层位接触关系对比法：不整合接触就成为划分地层相对地质年代的一个重要依据。4. 生物演化法：化石是确定地质年代的重要依据.,新 老,岩层的产状,岩层的产状：岩层在三维空间中的延伸状态。 岩层的产状类型：岩层在空间上的产状有三种基本类型，即水平岩层、倾斜岩层和垂直岩层,地层接触关系：指上下两套不同时代地层之间在空间上的接触形式。分为整合接触、平行不整合接触、角度不整合接触和非整合接触。 整合接触：上下两套地层产状平行,在沉积层序上没有间断。形成过程中地壳缓慢下降,地壳运动与沉积作用相对平衡。,沉积岩的接触关系,地层覆盖在变质杂岩或岩浆岩之上,非整合,角度不整合 Angular unconf
6、ormity,非整合 nonconformity,平行不整合disconformity,A,B,C,D,地层接触关系,沉积小间断 Paraconformity,沉积岩的接触关系,（1）角度不整合：埋藏侵蚀面将年轻的、新的、变形较轻的沉积岩同倾斜或褶皱的沉积岩分开，不整合面上下岩层之间有一角度差异。形成过程: 地壳平稳下降、沉积地壳强烈活动,发生褶皱、变质或岩浆活动平稳上升、遭受剥蚀平稳下降、沉积。,沉积岩的接触关系,（2）平行不整合（假整合）：上下两套岩层之间产状一致、互相平行，但在岩性时代、古生物特征上是不连续的，中间发生过沉积间断。形成过程：地壳稳定下降、沉积平稳上升、遭受剥蚀平稳下降、沉
7、积。,沉积岩的接触关系,（3）整合：上下两套岩层之间产状一致、互相平行，且在岩性时代、古生物特征上是连续的，没有发生过沉积间断。,（二）岩浆岩相对地质年代的确定,岩浆岩的相对地质年代，是通过它与沉积岩的接触关系以及它本身的穿插构造来确定的。,侵入接触：岩浆侵入体的形成年代，晚于发生变质的沉积岩层的地质年代。 沉积接触:岩浆岩形成后,经长期风化剥蚀,后来在侵蚀面上又有新的沉积,岩浆岩的形成年代早于沉积岩的地质年代。 穿插关系：一般是年轻的侵入岩脉穿过较老的侵入岩。(比最新的新,比不整合覆盖在它上面的最老的老),地质剖面图,相对地质年代的单位,地质年代单位 年代地层单位 岩石地层单位,相对地质年代
8、的单位,地质年代单位 以生物演化阶段、地层形成顺序、构造运动及古地理特征等为依据将地质历史划分为若干阶段而形成的年代单位，一个地质年代单位代表了一个时间地层单位中岩石形成的时间范围。划分等级从高到低： 宙代纪世,相对地质年代的单位,地质年代单位 年代地层单位 与地质年代单位相对应。一个时间地层单位代表了一定时间范围内形成的全部岩层。具有全球对比意义。划分等级从高到低： 宇界系统,宇 Eonothem界 Erathem系 System统 Series,宙 Eon代 Era纪 Period世 Epoch,年代地层单位,地质年代单位,相对地质年代的单位,年代地层单位与地质年代单位严格对应,相对地质年
9、代的单位,地质年代单位 年代地层单位 岩石地层单位 以地层的岩石特征作为划分依据的地层单位。它不考虑其年龄，具有地方性，使用范围有限。划分等级： 群组段层 组是基本岩石地层单位。命名：地名+等级名 如蒲圻群、长兴组、邵东段等。,寒冷的冬天无（武）法入眠。 挖（奥）一片碎陶瓷，刨些泥土只（志）够留做一个泥盆。,盆中放些石炭烤火仍觉太冷， 盖上二、三叠被子才觉暖些。,睡得像个猪猡（侏罗）白挨（垩）到天明，忽听到门外传来从古至新第三、四记（纪）敲门声。,地质年代表,为了方便说明各种事件的演变，于是将地球的历史分成许多不同地质年代 地质年代划分:根据地质年代划分，将地球化分成前寒武纪、古生代、中生代、
10、新生代,前寒武纪：也称“前古生代”，在地球突然繁盛之前称为前寒武纪。,古生代:古生代初期大多数的生物都生存在海洋，其中以三叶虫最具代表性；中其鱼类开始大量繁殖；约4亿年前，植物发展出许多适应陆地生活的构造，成功的登上陆地生活并且繁殖。,中生代:中生代时期，在海洋中，菊石取代三叶虫的地位；陆地上的植物以裸子植物为主，动物方面则是爬虫类动物大量繁殖，尤其以恐龙最具生竞争的优势。,新生代:恐龙灭绝以后的时期，我们称为新生代，此时开花植物繁盛，而恐龙在生态上的地位就由鸟类和哺乳类取代。,三、地质年代表与地层单位,（三）绝对地质年代的确定 用放射性同位素法,岩石中一些元素具有天然放射性的同位数, 放射性
11、同位素经过放射衰变，成为同一元素的较稳定的同位素或另一元素的同位素 同位素地质年龄：利用同位素的蜕变规律来计算得到的矿物和岩石的形成年龄。同位素地质年龄是绝对年龄,放射同位素的放射衰变速率恒定, 因而其半衰期恒定。确定了现今岩石中母同位素和衰变产生的子同位素的原子数, 即可根据半衰期计算出岩石从形成时到现今的年龄： t =1/ Ln (1+D/N) t 衰变时间(年龄)； 衰变常数; D 子原子数；N 母原子数,绝对地质年代,同位素测年,小 结,相对地质年代确立的三个依据 年代地层单位、地质年代单位、岩石地层单位 地质年代表（纪/系一级） 绝对地质年代（同位素地质年龄）,第二节 地质构造,第二
12、节 地质构造,一、岩层产状及其测定方法,产状三要素,2岩层产状的野外测定及表示法,在野外通常使用地质罗盘来测量岩层产状的三要素,2岩层产状的野外测定及表示法,岩层走向的测量 岩层走向是岩层层面与水平面相交线的方位，测量时将罗盘长边的底棱紧靠岩层层面，当圆形水准器气泡居中时读指北或指南针所指度数即所求（因走向线是一直线，其方向可两边延伸，故读南、北针均可）。,岩层倾向的测量 岩层倾向是指岩层向下最大倾斜方向线（真倾向线）在水平面上投影的方位。测量时将罗盘北端指向岩层向下倾斜的方向，以南端短棱靠着岩层层面，当圆形水准器气泡居中时，读指北针所指度数即所求。,岩层倾角的测量 岩层倾角是指层面与假想水平
13、面间的最大夹角，称真倾角。真倾角可沿层面真倾斜线测量求得，若沿其他倾斜线测得的倾角均较真倾角小，称为视倾角。测量时将罗盘侧立，使罗盘长边紧靠层面，并用右手中指拨动底盘外之活动扳手，同时沿层面移动罗盘，当管状水准器气泡居中时，测斜指针所指最大度数即岩层的真倾角。若测斜器是悬锤式的罗盘，方法与上基本相同，不同之处是右手中指按着底盘外的按纽，悬锤则自由摆动，当达最大值时松开中指，悬锤固定所指的读数即岩层的真倾角。,一、罗盘在公路工程野外工作中的作用： 1.罗盘测量测岩层和节理产状、测公路走向； 2.通过操作结果判断岩层和节理产状与公路工程关系。,岩层产状的罗盘测量,1. 罗盘检查、校正 2. 罗盘测
14、量A测岩层和节理产状产状要素：走向、倾向、倾角1）岩层走向（实质是山脉延伸方向）是岩层层面与水平面交线的延伸方向。,罗盘操作,2）岩层倾向（实质是山体倾斜方向）是岩层面上的倾斜线在水平面的投影所指方向。3）倾角是岩层层面与水平面所夹的锐角(真倾角是倾斜岩体的重心方向与水平面夹角）B测公路走向,罗盘操作,3. 记录：格式：倾向倾角。例如： 20025。 4.注意事项：a测方向时读圆刻度盘，盘面要保持水平（圆水准居中）。走向是用长边贴岩层面；倾向是 用短边贴岩层面。b测角度时读半圆刻度盘，盘面垂直岩层面（管水准居中）。要注意测真倾角（最大角）。c走向为倾向加/减90。所以野外只需测倾向与倾角。,岩
15、层产状的记录方法 如用方位角罗盘测量，测得某地层走向是330、倾向为240、倾角为50，记做330/SW50，或记做24050（即只记倾向与倾角即可）。如果用方位角罗盘测量但要用象限角记录时，则需把方位角换算成象限角，再作记录。如上述地层产状其走向应为=360330=30，倾向=240180=60。其产状记作N30W/SW50，或直接记作S60W50则可。在地质图或平面图上标注产状要素时，需用符号和倾角表示。首先找出实测点在图上的位置，在该点按所测岩层走向的方位画一小段直线（4mm）表示走向，再按岩层倾向方位，在该线段中点作短垂线（2mm）表示倾向，然后，将倾角数值标注在该符号的右下方。,3.
16、岩层产状表示方法,倾向倾角 倾角倾向/倾角特殊: 直立 水平 倒 转,判断岩层产状、节理产状与公路工程的关系1.岩层倾向与公路工程关系：岩层面倾向公路时，被层面所分割岩体的重心方向也倾向公路，当倾角较大时岩体易发生滑移，对公路危害大。2.节理产状与公路工程关系：节理密度大，岩体破碎，不利于公路工程安全稳定；节理密度小，但是节理面倾向公路时，与1相同，对公路危害大。,工程应用,二.岩层的分类,1水平岩层岩层的原始产状大部分是水平的。时代越老，出露位置越低，越新则分布的位置越高。 2.倾斜岩层 倾斜构造是层状岩层中最常见的一种产状，它可以是断层的一盘、褶曲的一翼或岩浆岩体的围岩，也可能是因岩层受到
17、不均匀的上升或下降所引起的。,3直立岩层岩层层面与水平面相垂直时，称直立岩层。其露头宽度与岩层厚度相等，与形特征无关。,水平产状岩层倾角5 85 正常产状（正常岩层）顺倾向方向岩层由老到新 倒转产状（倒转岩层）顺倾向方向岩层由新到老,常见产状类型,沉积岩层形成时的原始产出状态(即产状)大多数是水平或近于水平。如果经受地壳运动（垂直抬升）的影响，改变了原始形成时的位置，但仍保持水平产状的一套水平岩层组成的构造，称为水平构造 。,岩石的变形和变位 -水平构造,岩层受构造运动的影响，不仅改变了岩层形成时的位置，而且改变了原有的水平状态，使岩层面与水平面具有一定的交角，于是便形成了倾斜岩层。倾斜岩层常
18、常是组成其它构造(如褶皱构造和断裂构造等)的一部分。,岩石的变形和变位 -倾斜构造,直 立 岩 层,三、 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，称为褶皱构造。褶皱构造中的一个单独的弯曲叫褶曲。 褶皱的要素：核部、翼部、轴面、轴、枢纽,三、 褶皱构造,褶皱的基本形态：背斜岩层向上弯曲，核心部位的岩层较老，而外侧岩层较新，称为背斜。其在地面的出露特征是从中心到两侧岩层从老到新对称重复出现。向斜岩层向下弯曲，核心部位的岩层较新，而外侧岩层较老，称为向斜。其在地面的出露特征是从中心到两侧岩层从新到老对称重复出现。,背斜与向斜示意图,背斜成谷、向斜成山示意图,向 斜 山
19、,三、 褶皱构造,褶皱的形态类型 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：轴面近于直立，两翼倾向相反，倾角近于相等； 倾斜褶曲：轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不等； 倒转褶曲：轴面倾斜，两翼向同一方向倾斜，有一翼地层层序倒转。如：桂林甲山倒转褶曲。 平卧褶曲：轴面近于水平，一翼地层正常，另一翼地层层序倒转。,三、 褶皱构造,根据褶曲枢纽产状，可将褶曲分为： 水平褶曲：枢纽近于水平，两翼的走向基本平行； 倾伏褶曲：枢纽倾伏，两翼走向不平行。,四、 断裂构造,组成地壳的岩体，在地应力作用下发生变形，当应力超过岩石的强度，岩体的完整性受到破坏而产生的大小不一的断裂，称为断裂构造。
20、 断裂构造是地壳中常见的地质构造，断裂构造发育地区，常成群分布，形成断裂带。断裂带是矿液和地下水的运移通道，也是矿体的储存场所。因此研究断裂带的特征，对寻找矿产及地下水具有重要的实用意义。 根据岩体断裂后两侧岩块相对位移的情况，断裂构造可分为节理（裂隙）和断层。,垂直节理风化后形成地貌,断层谷,节理,又称裂隙，是存在于岩体中的裂缝，是破裂面两侧的岩石未发生明显相对位移的小型断裂构造。按成因分构造节理，分为张节理和剪节理（共扼“X”节理）。和非构造节理，分为原生节理、风化节理、重力节理、减压节理和人为节理等类型。 按节理与岩层产状的关系划分为走向节理（纵向节理）、倾向节理（横向节理）和斜向节理。
21、,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,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，豆荚状、树枝状,2节理调查、统计及表示方法,节理对工程岩体稳定和渗漏的影响程度取决于节理的成因、形态、数量、大小、连通以及充填等特征。测节理的产状与测岩层产状的方法相同。野外对岩体中节理分布的多少，常用节理密度来标定。所谓节理密度，是指岩石中某节理组在单位面积或单位体积中、单位长度的节理总数。 节理玫瑰花图统计裂隙，可以用节理走向编制，也可以用节理倾向或倾角来编制。,每一花瓣愈长，表明该方位角内出现节理数目愈多；花瓣愈宽，说明节理方向的变化范围愈广。 以
22、垂直河流方向的节理最发育，且倾向河流下游者居多，据此可了解勘察区岩体节理的发育规律。,3节理的工程评价,岩体中的节理，在工程上除有利于材料的采集之外，对岩体的强度和稳定性均有不利的影响。当节理主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致时，不论岩体的产状如何，路堑边坡均易发生崩塌等不稳定现象；在路基施工中，如果岩体存在节理，还会影响爆破作业的效果。,（二）断层,指岩体在构造应力的作用下发生断裂，且断裂面两侧岩体有明显相对位移的构造现象，它是节理的扩大和发展。 断层不仅对岩体的稳定性和渗透性、地震活动和区域稳定有重大的影响，而且是地下水运动的良好通道和汇聚的场所。在规模较大的断层附近或断层发育地区
23、，常赋存有丰富的地下水资源。,断层崖,标志层,风火山隧道北部断裂切割表层第四系的裂缝延伸特征（镜向西） 裂缝最大宽度510mm，延伸长度200m,断层面：两侧岩块发生相对位移的断裂面。其间岩石破碎，因而称破碎带。其中在大断层的断层面上常有擦痕，断层带中常形成糜棱岩、断层角砾和断层泥等。 断层线：断层面与地面的交线。 断盘：断层面两侧的岩块。若断层面是倾斜的，位于断层面上侧的岩块，称上盘；位于断层面下侧的岩块，称下盘。若断层面是直立的，可用方位来表示（东盘、西盘、南盘、北盘）。 断距：断层两盘沿断层面移动开的距离。,1.断层的分类,正断层,上盘下降,上盘上升,逆断层,水平错动,平移断层,上盘斜向
24、上升,斜向运动1逆平移断层,上盘斜向下降,斜向运动2正平移断层,（l）正断层：正断层一般是由于岩体受到水平张力及重力作用，使上盘沿断层面向下错动而成。其断层线较平直，断层面倾角较陡，一般大于45。 （2）逆断层：逆断层一般是由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用，使上盘沿断层面向上错动而成。断层线的方向常与岩层走向或褶皱轴的方向近于一致，和压应力作用的方向垂直。逆断层的倾角变化很大，断层面倾角大于45的称冲断层，介于25一45之间的称逆掩断层，小于25的称辗掩断层。 （3）平推断层：其断层面倾角很陡，常近于直立，断层线平直延伸远，断层面上常有近于水平的擦痕。,2断层的组合形态,断层很少孤立出现，
25、往往由一些正断层和逆断层有规律地组合成一定形式，形成不同形式的断层带。如阶梯状断层、地堑、地垒和叠瓦式构造。,3.断层的野外识别,地貌上的反映：上升盘的前缘可能形成陡峭的断层崖，如果经剥蚀，就会形成断层三角面地形。另外，山脊错断、断开，河谷跌水瀑布，河谷叠瓦式构造方向发生突然转折等，很可能均是断裂错动在地貌上的反映。,（2）地层特征若岩层发生不对称的重复，岩脉被错断，或者岩层沿一走向突然中断，与不同性质的岩层突然接触等。(3)断层的伴生构造断层的伴生构造是断层在发生、发展过程中遗留下来的痕迹。常见的有牵引弯曲、断层角砾、糜棱岩、断层泥和断层檫痕。 （4）水系河流遇断层面而急剧改向，甚至发生河谷
26、错断现象。湖泊、洼地呈串珠状排列，往往意味着大断裂的存在；温泉和冷泉呈带状分布往往也断层存在的标志；线状分布小型侵入体。,断层角砾,4断层的工程评价,（1）降低了地基的强度和稳定性，断层破碎带力学强度低、压缩性大，建于其上的建筑物由于地基的较大的沉陷，易造成开裂或倾斜。断裂面对岩质边坡、桥基稳定常有重要影响。(2) 跨越断裂构造带的建筑物，由于断裂带及其两侧上、下盘的岩性均可能不同，易产生不均匀沉降。(3) 隧洞工程通过断裂破碎带时易发生坍塌。(4) 断裂带在新的地壳运动的影响下，可能发生新的移动，从而影响建筑物的稳定。,第三节 活断层,现今仍在活动或者近期有过活动，不久的将来还可能活动的断层
27、。 “近期”有不同的标准，有的行业规范定为晚更新世（约12万年）以来。国家标准岩土工程勘察规范中规定全新世以来有过地震活动或正在活动、或将来可能继续活动的断裂叫做全新活动断裂。,一、活断层的分类,按两盘错动方向分为走向滑动性断层和倾向滑动性断层。 走向滑动性断层最常见，其特点是断层面陡倾或直立，部分规模很大，断层中常蓄积有较高的能量，引发高震级的强烈地震。 倾向滑动断层以逆断层更为常见，多数是受水平挤压形成，断层倾角较缓，错动时由于上盘为主动盘，故上盘地表变形开裂较严重，对建筑物危害较大。,一、活断层的分类,活断层按其活动性质分为蠕变型活断层和突发型活断层； 蠕变型活断层只有长期缓慢的相对位移
28、变形，不发生地震或只有少数微弱地震； 突发型活断层错动位移是突然发生的，并同时伴发较强烈的地震。活断层绝大多数常沿袭着老断层发生新的错动位移，而具继承性，尤其是区域性的深大断裂更为多见。,二、活断层的识别标志,1.地质特征最新沉积物的地层错开。 2.地貌标志活断层往往构成两种截然不同的地貌单元的分界线 ，叠次出现的断层崖、三角面、断层陡坎等呈线性分布；河流同步转移线状分布的泉水出露，且植被发育若为温泉，则水温和矿化度较高。滑坡、崩塌和泥石流等动力地质现象常呈线性密集分布。 3.地震方面的标志在断层带附近地区有现代地震、地面位移和地形形变以及微震发生。,三、活断层对工程建筑的影响,活断层对工程的危害主要是活断层的地面错动和活断层快速滑动引起地震两方面。 蠕变型的活断层，当变形速率较大时，可能导致建筑地基不均匀沉陷，使建筑物拉裂破坏。 突发型的活断层伴随地震产生的错动距离通常较长，多在几十厘米至几百厘米之间，这种危害是无法抗拒的。因此在工程建筑地区有突发型的活断层存在时，任何建筑原则上都应避免跨越活断层以及与其有构造活动联系的分支断层，应将建筑物选择在无断层穿过的位置。,
