工程地质第二章

二、地质年代表
• 编年单位 地质年代单位 宙eon 代era 纪period 世epoch 年代地层单位 宇eontherm 界erratum 系system 统series
宙：2个，隐生宙和显生宙 代：5个，隐生宙（太古代、元古代）、显生宙（古生代、 中生代、新生代） 纪：古生代（6个：寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、 石炭纪、二叠纪）、中生代（3个：三叠纪、侏罗纪、白 垩纪）、新生代（2个：第三纪、第四纪） 世：一个纪分为三个或两个世，称为早世、（中世）、晚 世，并在纪的代号右下角分别标出1，2，3表示。（注： 统相应地称为下统、中统、上统）
第一节 概 述
• 地壳运动：又称为构造运动，包括水平 运动和垂直运动。 • 晚第三纪以前的构造运动称为古构造运 动，晚第三纪以后的构造运动称为新构 造运动，人类历史时期发生的构造运动 称现代构造运动。其中，新构造运动对 于现代地形、地表的改造，海陆分布和 沉积物性质起着主导作用，对工程建筑 影响较大，对防震、抗震的研究也有一 定的指导意义。
地壳运动挤压而成的褶曲
大多数褶皱是在水平挤压作用下形成的，也有部 分褶皱是在垂直作用力的作用下形成的，还有一 些褶皱是在一对力偶的作用下形成的，后者多发 生在两个坚硬岩层之间的较软岩层中或断层带附 近。
二、褶皱的基本类型及褶曲要素
1、褶皱的基本类型
背斜anticline：两翼岩层以核部为中心向两翼倾斜， 形态上是岩层向上弯曲。核部岩层老于翼部岩层。 向斜syncline：两翼岩层向核部倾斜，形态上是岩层 向下弯曲。核部岩层新于翼部岩层。
（3）根据枢纽产状分类：水平褶皱nonplunging fold 、倾伏褶皱plunging fold。
（4）根据褶皱的 平面形态分类：线 状褶皱(linear fold)、短轴褶皱 (brachyfold)、穹 隆(dome fold) A 与构造盆地 (tectonic basin;
basin fold) B
第二节 地质年代
一、 地质年代(geological age; geologic period)
相对年代与绝对年代 •相对年代(relative age)代表地质体的生成及地质事 件发生的先后顺序 •绝 对 年 代 (absolute chronology) 即 同 位 素 年 龄 (isotopic age)，代表地质体形成或地质事件发生距 今的时间 地层stratum是指具有一定的空间位置和特定的时 代意义的一层或一组岩石。它可以是固结的岩石， 也可以是没有固结的松散堆积物，一般由沉积岩或 具有层状特征的火山岩和变质岩组成。
恐龙
大羽羊齿
石燕
笔石
珠角石
三叶虫
3、岩性对比法 • 在同一地质时代，同样的环境下形成的地层，其岩 石成分、结构构造、岩层组合应该是相似的。因此， 可以根据岩性特征对比来确定某一地区岩石地层的 年代。一般是利用已知相对年代，且具有某种特殊 性质和特征易为人们辨认的“标志层”来进行对比。 例如，我国华北奥陶纪中期，普遍沉积的是质纯的 石灰岩和白云质灰岩，广西、湖南一带的泥盆纪早 期地层为紫红色的砂岩等，这些都可以作为“标志 层”。此外，还可利用地层中含燧石结核的灰岩、 硅质层、碳质层等特征来作为“标志层”。 • 岩性对比法，一般用于地质年代较老而又无化石的 “哑地层”。对含有化石的地层，可与古生物学方 法结合运用，相互印证。
（5）根据各褶皱层厚度变化分类
t1 t2
T2 T1
t3
T3
流动带 滑脱面
(a) 平行褶皱
(b) 相似褶皱
（6）根据组成褶皱的各褶皱面之间的几何 关系分类
(a) 协调褶皱
(b) 不协调褶皱
（7）复向斜(synclinorium)和复背斜(anticlinorium)
四、褶皱的野外识别
1．依据岩石地层和生物化石特征，确定自老而新的 地层层序。 2．沿垂直地层走向进行观察，褶皱存在的标志是在 沿倾斜方向上相同年代的地层作对称式重复出现。 定背斜或向斜。
C S． D 缺失 华 北 地区
O
底 砾 岩 ——下 部 时 代较老的地层遭剥 蚀的岩石碎块重新 胶结成岩，底砾岩 石矿物成分与下伏 岩层相同。
3．不整合接触(unconformity)：角度不整合接触。 新老地层产状不一致以角度相交，时代不连续。 反映出其间曾发生过剧烈的构造运动，致使老地 层产生褶皱、断裂，地壳上升遭受风化剥蚀，形 成剥蚀面，而后地壳下降接受沉积，形成新地层；
wenku.baidu.com
水平岩层
直立岩层
倾斜岩层
100
110
120
11 0
120
100
水平岩层在地质图上的特征
130
100
110
120
110
120
130
100
100
120 110
11 0
13 0
100
120
10 0
12 0
11 0
12 0
130
110
（a）岩层倾向与坡向相反；（b）岩层倾向与坡向相同，倾角>坡角 （c）岩层倾向与坡向相同，倾角<坡角
第三节 地层产状与 地层接触关系
札达土林。经过流水侵蚀 形成的水平岩层地貌，以 粉细砂岩和黏土为主
一、岩层的产状 (attitude of stratum)
1、岩层产状三要素： • 走向strike：层面与水平面交线的延伸方向 • 倾向dip：层面上与走向垂直并指向下方的直线 的水平投影方向 • 倾角dip angle：层面与水平面的夹角。包括真 倾角和视倾角。
J
T1
4.侵入体的沉积接触(sedimentary contact)：侵入 体被沉积岩层直接覆盖，二者之间有风化剥蚀面 存在。
从接触关系中，又可 以得知侵入体侵入的 时代，晚于被侵入围 岩的时代，早于上部 沉积岩层的时代。
D + + + + + + ++
花岗岩 +
O
5．侵入接触(intrusive contact)：侵入体与被侵 入围岩间的接触关系，主要标志是：侵入体边 缘又捕虏体，侵入体与围岩接触带有接触变质 现象，侵入体与其围岩的接触界线多呈不规则 状
S E
O
S
O
O C Z C O S
3．比较两翼岩层倾向和倾角，确定褶皱的形态分类名
称。 4．了解褶皱枢纽是否倾覆，并确定倾覆方向。沿同一 地层走向进行追索，如果两翼岩层走向相互平行，表 明枢纽水平。如果两翼岩层走向呈弧形圈闭合围，表 明其枢纽倾伏。再根据弧形尖端指向或弧形开口方向 以及转折部位实际测量的方法可确定枢纽倾伏方向。 5．概念：地形倒置现象 地质构造形成初期，通常向斜成谷背斜成山。但野外 恰恰相反，常见的是背斜成谷，向斜成山，称为地形 倒置。 • 原因：褶皱形成后在长期的风化剥蚀等外动力作用下， 背斜轴部由于张裂隙发育、易剥蚀，并逐渐低凹成谷； 而向斜轴部岩石受挤压力，相对不易风化剥蚀，而成 山。
2、岩层产状的表示方法
（1）走向/倾向（象限）、倾角，如 330o/WS∠30o （2）倾向、倾角，如240o∠30o （3）地质图上表示方法┤
3、岩层产状的测定 •测量工具：地质罗盘geologic compass
二、地层露头线及判读方法
• 露头outcrop是一些暴露在地表的岩石。包括：天 然露头和人工露头。 • 露头线line of outcrop是指岩层层面（或断层面、 节理面等）与地面的交线。其形态取决于岩层的 产状和地面起伏即地形状况。三种岩层的露头线 分布特征是：（图4.3） • 水平岩层horizontal seam; rock sheet露头线与地 形等高线平行重合，但不相交； • 直立岩层露头线呈直线延伸，不受地形影响，其 延伸方向即为岩层走向； • 倾斜岩层clinothem露头线呈“V”字形形态，但 “V”字形的弧顶朝向，两侧张开或闭合程度受岩 层倾向与地形坡向、倾角与坡角的制约。
•练习识图：地层之间的接触关系
练习识图：地层之间的接触关系
练习识图：地层之间的接触关系
第四节 褶皱构造
一、褶皱现象
• 褶皱fold ：岩层受力后发生弯曲变形。
褶皱使地层弯曲
这个褶曲是由吐露港的断层作用所产生的横压力所致，原来 的向斜和背斜被倒转成「S」状褶曲
北 美 洲 的 褶 曲 岩 层
（a）正常层序
（b）倒转层序
2、生物层序律 (Law of faunal succession)
•化石——埋藏在岩层中的地质历史时期的生物遗 体或遗迹，（硬体、壳、骨、蛋及活动痕迹）。 保留了生物的硬体结构。 •生物的演化是从简单到复杂、从低级到高级不断 发展，不可逆的演化的 。 •年代越老的地层中所含生物越原始，越简单、越 低级；年代越新的地层所含生物越进步、越复杂、 越高级。不同时期地层中含有不同类型的化石及 其组合，而相同时期且在相同相通的地理环境下 所形成的地层（只要原先海或陆相通，无论相距 多远）都含有相同的化石及其组合。
100
三、地层接触关系
1．整合接触(conformity)：相邻的新老地层产状 一致，时代连续。它是在构造运动处于持续下降 或持续上升的背景下发生连续沉积形成的；
P
华南地区石炭、 二叠系地层
C
2．假整合接触(disconformity)：平行不整合接触。 新老地层产状一致而时代不连续，其间缺失了某些 地层，标志着这期间地壳曾一度上升，并遭受风化 剥蚀，形成一定程度起伏的剥蚀面。
三、褶皱的形态分类
（1）根据轴面产状分类：直立褶皱upright fold 、 斜歪（倾斜）褶皱inclined fold 、倒转褶皱 overturned fold 、平卧褶皱recumbent fold 、翻卷 褶皱convolute fold。
（2）根据横剖面形态分类：扇形褶皱fan-shaped fold、箱形褶皱box-shaped fold、单斜monocline。
3、切割律(law of dissection)
• 侵入者年代新，被侵入 者年代老，切割者年代 新，被切割者年代老。 • 包裹者新，被包裹者老。 • 不整合面以下的岩层老。
二、同位素年龄（绝对年龄）的确定
• 原理：根据保存在岩石中的放射性元素的母体 同位素的含量和子体同位素的含量分析，多长 时间才能有这样子体D和母体N的比例，关键 是放射性元素的固定的衰变常数。 • t=1/λln(1+D/N) λ——衰变常数 • 常用的测年同位素 K — Ar Rb — Sr U — Pb, 年代新（新生代或考古）常用C14
（二）相对地质年代的确定
1、地层层序律 ( Law of superposition)
•原始产出的地层具有下老上新的层序规律 。（地 层形成时是水平或近于水平的，先形成的位于下部， 后形成的位于其上部） •注意：原始产出的下老上新，并非现在野外见到 的地层都是下老上新，其中又有后期地壳运的改造。 •对于后期地壳运动使地层变动（倾斜、倒转）的 地层层序可用沉积构造中的层面构造（波痕、泥裂、 递变层理等）作为“示底构造”恢复顶底后，判断 先后顺序。
2、褶曲要素
•翼limb：褶曲岩层的两坡。 • 核core：褶曲岩层的中心。 • 轴面axial plane：平分褶曲 两翼的假想面（近于对称 面），可以是平面也可以是 曲面，其产状可用三要素描 述。 • 枢纽hinge：轴面与岩层面的 交线，可以是水平的也可以 是倾伏状。 • 轴 迹axial line; axial trace; surface axis：轴面与地面的 交线。
（一）同位素年龄（绝对年龄）的确定
• 原理：根据保存在岩石中的放射性元素的母体 同位素的含量和子体同位素的含量分析，多长 时间才能有这样子体D和母体N的比例，关键 是放射性元素的固定的衰变常数。 • t=1/λln(1+D/N) λ——衰变常数 • 常用的测年同位素 K — Ar Rb — Sr U — Pb, 年代新（新生代或考古）常用C14
┼┼ ┼ ┼ ┼ ┼ ┼ ┼
6．断层接触(faulted contact)：地层与地层之间 或地层与岩体之间的接触面本身为断层面。
A—整合接触 B—假整合接触 C—不整合接触 D—沉积 接触 E—侵入接触 F—断层接触
BA、EF－沉积接触；AC、DE侵入接触； δ－闪长石岩体；γ－花岗岩脉
图中花岗岩体（γ） 在横剖面见其穿过∈ 与O地层，在这些岩层 边缘有接触变质作用 的矽卡岩出现；在平 面图上还见γ被包围 在O的地层界线内，说 明花岗岩与奥陶系是 侵入接触关系。在横 剖面见J 覆于γ之上。 在接触面上的地层中 的底砾岩成分中有花 岗岩。在平面上见J底 界线截断γ的界线， 这说明花岗岩与侏罗 系是沉积接触关系。