第二章__地质构造及区域构造稳定性

侵入变质
接触变质
二、地层年代的单位与地层单位
在地质学研究中，把地质历 史按不同的级别划分了不同 的时间单位。由大到小分别 是：宙、代、纪、世。而在 这些时间单位内形成的地层 称为：宇、界、系、统
级别 地质年代 单位 大 宙 代 纪 小 世 地层年代 单位 宇 界 系 统
划分依据：地壳运动和生物的演化
节理的观测与统计
对节理的性质、分布规律、形态观测与统计
目的：评价岩体稳定性
野外观测： （1）观察地层岩性、地质构造、测量地层产状，确定测点所 在构造部位 （2）观察节理性质与发育规律 非构造节理、构造节理、张 节理、剪节理 （3）测量登记：节理的产状、粗糙度、节理密度、节理充填 物等
室内资料整理统计——节理玫瑰图 （1）节理走向玫瑰图 （2）节理倾向玫瑰图
岩层产状要素及其测量示意图
产状要素的表示方法 一组走向为北西320°，倾向南西230°，倾角35°的岩层产状 ，可写成：NW320°，SW230°，∠35°
由于岩层的走向与倾向相差90°，所以在野外测量岩层的产 状时，往往只记录倾向和倾角。如上述岩层的产状，可记录为 SW230°∠35°形式。如需知道岩层的走向时，只需将倾向 加or 减90°即可。
剪切节理（裂隙）：一般多是平直闭合的裂隙，分布较密、走向稳定，延伸较深 、较远，裂隙面光滑，常有擦痕。扭性裂隙常沿剪切面成群平行分布，形成扭裂 带，将岩体切割成板状。有时两组裂隙在不同的方向同时出现，交叉成“X”形， 将岩体切割成菱形块体。扭性裂隙常出现在褶曲的翼部和断层附近。
剪切节理
张节理（裂隙）：主要发育在背斜和向斜的轴部，裂隙张开较宽，断裂 面粗糙一般很少有擦痕，裂隙间距较大且分布不匀，沿走向和倾向都延 伸不远。
在地质图上，岩层的产状用符号“┥”表示，长线表示岩层的 走向，与长线垂直的短线表示岩层的倾向（长短线所示的均为 实测方位），数字表示岩层的倾角。
§2.3 褶皱构造
褶皱构造：地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成 一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造
褶 皱 图
一、褶曲---褶皱构造中的一个弯曲 褶曲 要素
相对年代与绝对年代
•相对年代：地质事件发生的先后顺序-适用于沉积岩地区。 •绝对年代：地质事件发生至今的年龄（同位素年龄）-适用 于岩浆岩、变质岩地区。
•绝对年代法主要是通过测定地层中的放射性同位素年龄来 确定。
一、岩层相对年代的确定方法
1.沉积岩相对地质年代确定方法 ①地层对比法：沉积岩的原始沉积总是一层一层叠置起来的，它们存
地壳运动 —地壳受到各种内外力影响，不断地在运动着， 表现为岩浆活动、火山作用、地震、褶曲、断裂等
水平运动：拉长、挤压，地层发生弯曲、断裂，使地表 运动方式： 起伏，称为造山运动。 垂直运动：长期交替升降，造成隆起、拗陷，使海陆变 迁，称为造陆运动。
三根大理石柱的升降变化示意图
2.1.2第四纪地质特征
④古生物化石法：生物演化是由简单到复杂，由低级到高级，生物种
属由少到多，而且这种演化和发展是不可逆的。因而，各地质时期所具 有的生物种属、类别是不相同的。时代越老，所具有的生物类别越少， 生物越低级，构造越简单；时代越新，所具有的生物类别越多，生物越 高级，构造越复杂。因此，在时代较老的岩石中保存的生物化石相对较 低级，构造较简单；而在时代较新的岩石中保存的生物化石相对较高级， 构造较复杂。
逆断层 平推断层
正断层
(normal fault)
逆断层
(reverse fault)
平推断层
(parallel fault)
断层组合类型
有规律的排列组合——断层带
地堑与地垒
走向相同、倾向相反 共同下降盘 地堑——贝加尔湖地堑
共同上升盘 地垒——庐山
叠瓦构造
• 非构造节理
由成岩作用、外动力、重力等非构造因素 形成的节理。 分类： 风化节理 原生节理 卸荷节理
特点：分布凌乱、没有规律性
节理对工程的影响 节理将岩层切割成块，影响岩体强度和稳定性 节理间距越小，岩体破坏程度越高，岩体承载力越小
节理裂缝——地下水通道
——风化作用增强
对路堑边坡
节理主要发育方向与路线走向平行,倾向与边坡一致时, 易发生崩塌等不稳定现象。 路基施工中，如果岩体存在节理，还会影响爆破作业的 效果。 因此，当节理构造可能成为影响工程设计的重要因素时， 应当对节理进行深入的调查研究，详细论证节理对岩体工 程建筑条件的影响，采取相应措施，以保证建筑物的稳定 和正常使用。
f
一种岩层产状极易形成滑坍
岩层产状与路基工程的关系
三、岩层产状—岩层的空间位臵
产状三要素：
走向(strike)：岩层面和任一假想水 平面交线的延伸方向，如图中AB线。 倾向(dip)：岩层的倾斜方向。与走 向线垂直。只有一个，图中CD线。 倾角(dip angle)：岩层层面与水平面 的最大锐角，如图中∠α 。
植物化石
菊石类化石
5亿年前 硬壳动物出现
4亿年前 鱼类出现
3亿年前
两栖类动 物出现
2亿年前 爬行动物出现
1亿年前 恐龙出现
2-3百万年前
人类出现
2.岩浆岩相对地质年代的确定方法
①侵入接触—岩浆侵入体侵入沉积岩层之中，使围岩发生变质现象， 说明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 ②沉积接触—岩浆岩形成之后，经长期风化剥蚀，后来又在剥蚀面上 产生新的沉积，剥蚀面上部的沉积岩层无变质现象，而在沉积岩的底 部往往存在有由岩浆岩组成的砾岩或风化剥蚀的现象。说明岩浆岩的 形成年代早于沉积岩的地质年代。
第二章 地质构造及区域构造稳定性
地史概要 水平构造和单斜构造 褶皱构造 断裂构造 地质图 活断层的工程地质研究
2.1 地史概要
主要内容： 地质年代 地质年代的确定方法 地层单位 第四纪地质特征
2.1.1 地质年代 —地球发展的时间段落
查明地质事件发生或地质体形成的时代和先后顺序是十分重要的。
注意
避免现代地形与褶皱形态的混同
褶皱的工程地质评价
一般特征：岩层变形强烈, 岩体较破碎, 透水性强, 水工建筑应尽量避开 背斜核部：发育向上发散的断块 向斜核部：发育向下发散的断块 核部 核部进行洞室施工时应注意洞顶围岩的稳定问题（尤其是向斜核部） 洞室布臵时洞室的轴线最好大角度与褶皱轴线相交 向斜应注意两侧边坡的稳定性 道路选线经过褶皱垭口时 应加强此处路基的处理措施
数量上的评价方法： 发育程度的表示： 裂隙率：岩石中裂隙的面积与岩石总面积的百分 比。 裂隙频率：在长度上，每米通过的裂隙数量。
具体发育程度，不同的系统具有不同的评价方法， 要根据实际情况确定。
断层 (fault): 有明显位移的断裂。
断层的定义及其组成要素
断 层
岩体受力断裂后 两侧岩块发生显 著位移的断裂构 造。
1） 裂隙走向玫瑰图 1）（ 在一任意半径的半圆上，画上刻度网。
2） 把所测得的裂隙按走向以每5°或每10°分组， 统计每一组内 的裂隙数并算出其平均走向。 3） 自圆心沿半径引射线，射线的方位代表每组裂隙平均走向的 方位，射线的长度代表每组裂隙的条数。 4） 然后用折线把射线的端点连接起来，即得裂隙走向玫瑰图。
测量倾向时，将罗盘的短边紧贴层面，注意将 罗盘的北端朝向岩层的倾斜方向，水准泡居中 ，读指北针所示的方位角，就是岩层的倾向。 测量倾角时，需将罗盘横着竖起来 ，使长边与岩层的走向垂直，紧贴 层面，等倾斜器上的水准泡居中后 ，读悬锤所示的角度，就是岩层的 倾角。 测量走向时，使罗盘的长边紧贴层面， 将罗盘放平，水准泡居中，读指北针所 示的方位角，就是岩层的走向。
节理：沿破裂面无明显位移，也称为裂隙。 断层：沿破裂面有明显位移（规模大）
节理：岩石受力断裂后两侧岩块没有显著位 移的小型断裂构造。
节理的类型，按成因分为两类：原生节理、构造节理、次生节理
• 构造节理： 是岩体受地应力作用，随岩体变形而产生的裂隙。 特点：成因上与相关构造有密切联系； 空间分布上有一定的规律性。 分类：根据力学性质 张性节理 剪切节理 劈理
核部：出露在地面上或勘查范围内的褶曲中心部位的岩层 翼部：褶曲核部两侧对称出露的岩层 枢纽：同一褶皱层面上最大弯曲点的连线 轴面：过相邻枢纽而连成的面 轴迹：轴面与地面的交线，代表了褶皱的延展方向
二、褶曲的类型 两种基本形态：背斜、向斜
背 背斜 斜
共用翼部
遭受剥蚀的背斜与向斜
向斜
向 斜
在长期外力作用下，差异性侵蚀逐渐明显，背斜遭受侵蚀的速度较快，向斜遭受 侵蚀的速度要缓慢得多，经过长期地质演变，发生了地形倒臵现象，这就是逆地 形。
在着下伏沉积一定早于上覆沉积的相对新老关系。
新
老
②地层接触关系法
沉积地层在形成过程中，由于地壳的升降运动，上下岩层产生不整合 接触。不整合接触面的上下岩层，由于在时间上有了阶段性的变化， 岩性及古生物等都显著不同。因此不整合面就成了划分地层相对年代 的一个重要依据。
整合
平行不整合
角度不整合
整合接触(conformity)：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 (disconformity)：时间上不连续，产状一致。 反映地壳间断上升。 角度不整合(discordant)：时间上不连续，产状不一致。 反映地壳剧烈运动。
第四纪特征
人类的出现
冰川作用
沉积物称其为土
土：第四纪时期沉积物，未经固结硬化成岩作用的物质，通常多孔、松散、 软弱。它具有固、液、气三相体系。 第四纪沉积物沉积历史较短，一般未经固结硬化成岩作用，因此通常为松散、软 弱、多孔的土，但是又由于其广泛分布于地球表面，是工程中作为地基的部分， 因此研究第四纪沉积物的形成、物理力学性能对于水电工程的设计施工是十分重 要的，这也是本课程相对于水电工程专业的重点所在。
工程地质评价
:
（1） 不整合面，是下伏古地貌的剥蚀面，它一侧常有比较大的起伏，同 时常有风化层或底砾存在，层间结合差，地下水发育；
（2） 当不整合面与斜坡倾向一致时，如开挖路基，经常会成为斜坡滑移 的边界条件，对工程建筑不利。
③岩性对比法 以岩石的组成、结构、构造等岩性方面的特点为对比的基础，认为在一 定区域内同一时期形成的岩层，其岩性特点基本上是一致的或近似的。
断层的要素
断层面和破碎带、断层线、上盘和下盘、断距。
断层基本类型
正断层 指上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层；正断层一般是 由于岩体受到水平张应力及重力作用，使上盘沿断层面向下错动 而成。 上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层，逆断层一般是 由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用，使上盘沿断面向上 错动而成。 由于岩体受水平扭应力作用，使两盘沿断层面发生相对水平位移 的断层，其倾角很大，断层面近于直立，断层线比较平直。
§2.2 褶皱构造
地壳运动与地质构造
地壳运动：由内力地质作用引起的地壳组成物质和结构 发生变形、变位的运动。分为垂直运动和水平运动。 地质构造：保留在岩层中的由地壳运动引起的变形、变 位现象，如褶皱、断裂等。
应力及可能的变形
一、基本概念 水平构造：未经构造变动的岩层，其形成的原始产状是水平的，先沉积
翼部
易影响边坡的稳定性（不稳定的顺坡 。较稳定的反坡） 坝址布臵在倾向上游的一翼有利于坝基的稳定 山区由翼部平整出的场地应注意地基不均匀沉陷问题 顺坡
反坡
向斜是良好的地下水储水构造
褶皱的流体地质特征
背斜是良好的储油、气构造
§2.4 断裂构造
岩层受力变形、超过强度、发生破裂——断裂构造
断裂 构造
在下，后沉积在上。
单斜构造：是由于地壳运动 使原始水平的岩层发生倾斜，岩 层层面与水平面倾斜构造，亦称 倾斜岩层。
它常是褶皱的一翼或断层的一盘， 也可是区域内的不均匀上升或下降 所形成的。
二 单斜岩层与工程的关系 如图:a.b.c三种岩层产状对公路边坡稳定有利 d.e 两种岩层产
状易形成边坡坍塌和滑动
褶曲的类型 1、根据轴面产状分类：
1）
2）
直立褶曲
倾斜褶曲
图示
3）
4）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
倒转褶曲
平卧褶曲 5） 翻卷褶曲
褶曲的类型
2、根据枢纽产状分：
1）水平褶曲
2）倾伏褶曲
褶皱构造 两个或两个以上褶曲构造的组合。
褶皱的野外识别
背斜处不一定是山，向斜处不一定是谷 垂直地层走向行走，看地层是否对称重复出现 识别步骤 分析地层新老关系，确定褶皱类型 据两翼产状判别褶皱形态类型