工程地质学第3章-地质构造课件.ppt
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- 工程 地质学 地质 构造 课件
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1、3 3 地质构造地质构造内容提纲内容提纲 3.1 3.1 构造运动与地质构造构造运动与地质构造 3.2 3.2 岩层的产状及地层接触关系岩层的产状及地层接触关系 3.3 3.3 褶褶 皱皱 3.4 3.4 节节 理理 3.5 3.5 断断 层层 3.6 3.6 活断层活断层 3.7 3.7 地质图地质图 3 3 地质构造地质构造 3.1 3.1 构造运动与地质构造构造运动与地质构造 由地球内力作用所引起的使地壳改变形状或相对位置的地质作用称为构造运动,又称为地壳运动。构造运动是一种机械运动,涉及的范围包括地壳及上地幔上部即岩石圈。按构造运动的方向,可分为水平运动和垂直运动。水平方向的构造运动常
2、使岩层受到挤压产生褶皱,或使岩层拉张而破裂。垂直方向的构造运动则使地壳发生上升或下降。构造运动使地壳岩层发生变形和变位,形成的产物(构造变动在岩层或岩体中遗留下来的各种形迹)称为地质构造。常见的地质构造有褶皱、断层和节理。断层和节理又统称断裂构造。3 3 地质构造地质构造图图3.1 水平岩层水平岩层 图图3.2 倾斜岩层倾斜岩层 原始沉积物多是水平或近于水平的层状堆积物,后经固结成岩作用形成了层状岩层。当它未受构造运动作用,或在大范围内受到垂直方向构造运动影响,沉积岩层基本上呈水平状态在相当范围内连续分布,这种岩层称为水平岩层(图3.1)。经过水平方向构造运动作用后,岩层由水平状态变为倾斜状态
3、,称倾斜岩层。倾斜岩层往往是褶皱的一翼,或断层的一盘(图3.2),是不均匀抬升或沉降所致。3 3 地质构造地质构造 3.2 3.2 岩层的产状及地层接触关系岩层的产状及地层接触关系3.2.1 3.2.1 岩层的产状岩层的产状 岩层的产状是指岩层在地壳中的空间位置,即空间展布状态,它是研究地质构造的基础。岩层的产状常用走向、倾向和倾角来确定,称为产状要素(图3.3)。图图3.3 岩层产状要素岩层产状要素AB走向;OD倾向线;OD倾向;倾角 3 3 地质构造地质构造 岩层产状测量是地质调查中的一项重要工作,在野外是用地质罗盘直接在岩层的层面上测量的(图3.4),其测定方法如下:图图3.4 岩层产状
4、的测量方法岩层产状的测量方法(1)选择岩层层面。(2)测定岩层走向。(3)测定岩层倾向。(4)测定岩层的倾角。3 3 地质构造地质构造产状的表示:走向/倾向 倾角 125/NE 65 S29E/SW 18 倾向 倾角 3510km。通过地震观测得到的震源深度代表断层错动的位置,所以它小于断层切割深度。根据统计,大多数地震震源深度比沉积盖层厚度大(多数地区沉积盖层厚度为35km)。M6级地震震源深度都在地壳下部或震源深度都在10km以上,最深达570 km。活断层的活动速率是断层活动性强弱的重要标志。活断层的活动方式不同,其错动速率有显著差异。蠕变型活断层错动速率大多相当缓慢,通常在年均不足1m
5、m至几十mm之间,而突发型活断层错动速度相当快,可达0.51ms。同一条活断层上的错动速率有显著差异,其断层错动速率也不均匀,如地震断层临震前速率可成倍剧增,而震后又趋缓,这一断层变形速率变化特征对地震预测有很大意义。活断层的错动速率一般是通过精密地形测量(包括精密水准和三角测量)和研究第四纪沉积物年代及其错位量而获得的。根据断层滑动速率,可将活断层分为活动强度不同的级别。3 3 地质构造地质构造4活断层重复活动的周期性 地震断层两次突然错动之间的时间间隔,称为活断层的错动周期。由于活断层发生大地震的重复周期往往长达百年甚至数千年,已超出了地震记录的时间。因此要准确获得一些活断层上强震的重复时
6、间间隔,必须加强史前古地震的研究。主要方法:一是利用地震时保存在近代沉积物中的地质证据以及地貌记录,来判定断层话动的次数和每次活动的时代;二是根据我国历史上发生的地震记录资料获取一些活断层活动周期。我国科学家利用古地震研究获得一些活动大断裂的强震重复周期,如新疆喀什河断裂为20002500年,云南红河断裂北段为15050年,宁夏海原南西华山北麓断裂约1600年。3 3 地质构造地质构造3.6.3 3.6.3 活断层的识别活断层的识别 1.地质标志 地质标志是鉴别活断层的最可靠依据。主要标志有:(1)第四系(或近代)地层错动、断裂、褶皱、变形。(2)第四系堆积物中常见到小褶皱和小断层或被第四系以
7、前的岩层所冲断。(3)沿断层可见河谷、阶地等地貌单元同时发生水平或垂直位移错断。(4)活断层内由松散的破碎物质所组成,且断层泥与破碎带多未胶结。(5)沿断裂带出现地震断层陡坎和地裂缝,断层面或断层崖壁见有擦痕。(6)第四纪火山锥或熔岩呈线状分布。3 3 地质构造地质构造 2.地貌标志 一般而言,活断层的构造地貌比较清晰,许多方面的标志可作为鉴别依据。主要标志有:(1)地形变化差异大,如在两种截然不同的地貌单元(如山岭和平原之间)直线相接的部位,一侧为断陷区,另一侧为隆起区,二者的接触带往往是一条较大断裂。(2)山前的第四系堆积物厚度大,山前洪积扇特别高或特别低,呈线性排列,与山体不相称。(3)
8、在山前形成陡坎山脚,常有狭长洼地和沼泽;或者显著出现连续的断层崖或断层三角面。(4)断裂带有植物突然干枯死亡或生长特别罕见植物。(5)建(构)筑物、公路等工程地基发生倾斜和错开现象。(6)沿活动断裂带上滑坡、坍塌和泥石流等工程动力地质现象常呈线形密集分布。(7)山脊、河流阶地等突然发生明显错断或拐弯。3 3 地质构造地质构造 3.地震活动标志(1)在断层带附近有现代地震、地面位移和地形变以及微震发生。(2)沿断层带有历史地震和现代地震震中分布,且震中呈有规律的线状分布。4.水文与水文地质标志(1)水系呈直线状、格子状展布,河流、河谷等系突然发生明显错断或拐弯,呈折线状。(2)泉、地热异常带、湖
9、泊和山间盆地成线状(或串珠状)分布,若为温泉,则水温和矿化度较高,有时植被呈线状发育。3 3 地质构造地质构造5.地壳变形测量、地球物理和地球化学标志 地壳形变测量就是对比同一地区、同一路线相同点位在不同时期测量结果。用这种方法可以确定断层两盘的相对位移。地震波法等地球物理方法也是研究活断层有效手段。特别是地震波法广泛应用于松散层中的隐伏断裂研究。地球化学方法对了解地下断层带活动与否具有较高的灵敏度和分辨率。常用的方法是测量土壤中汞、氧气或氦气。当断层有新的活动表现时,这些气体便从地壳内部大量释放,这时分析测定它们的含量,即可判别断层带中气体的异常情况。3 3 地质构造地质构造3.6.4 3.
10、6.4 活断层评价活断层评价 活断层发震造成工程震害,就其原因和特点来看,主要有两方面:地震振动破坏和地面破坏。1.地震振动破坏 地震振动破坏程度取决于地震强度、场地条件和建筑物抗震性能。工程地质研究的重点是场地条件对工程的危害性。地震振动破坏取决于工程场地在未来地震造成的地表影响范围和程度。国内外地震灾害统计资料表明,场地地形地质条件会引起地震震害或烈度发生变化。地震震害与震级大小、场地条件和建筑物抗震性能三方面因素有关。工程地质着重研究场地条件对地震烈度的影响,又称做工程场地地震效应研究。主要反映在以下方面:地质构造条件:就稳定性而言,地块优于褶皱带,老褶皱带优于新褶皱带,隆起区优于凹陷区
11、。非发震活断层往往形成高烈度异常区,而老断裂构造无加重震害趋势。3 3 地质构造地质构造 地基特性:在震中距相同情况下,基岩上的建筑物比较安全。就土而言,土的成因有很大影响,抗震性能顺序是:洪积物冲积物海、湖沉积物及人工填土。软硬土层结构不同,烈度影响也不相同。硬土层在上部时,厚度愈大震害愈轻;软土层在上部时,厚度愈大则震害愈重。卓越周期:地震波在地基岩土体中传播,经过不同性质界面的多次反射将出现不同周期的地震波。当地震波的振动周期与场地岩土体的固有周期相近时,由于共振作用而使地震波的振幅得到放大,会使地表振动加强而出现最大峰值,此周期称为卓越周期。建筑物地基受地震冲击而振动,同时也引起建筑物
12、振动。当二者振动周期相同或相近时就会引起共振,使建筑物振幅加大而遭受破坏。例如,地基土为巨厚冲积层时,高层建筑(自振周期较长)在远震时易遭受破坏,其原因就是共振。3 3 地质构造地质构造 砂基液化:疏松的粉细砂土被水饱和后,在受到地震振动作用下,砂体达到液化状态,砂土层完全丧失抗剪强度和承载能力。孤立突出的地形使震害加剧,低洼沟谷使震害减弱。地下水埋藏愈浅,地震烈度增加愈大。3 3 地质构造地质构造 2.地面破坏 地震往往在地面引起地裂缝及沿裂缝发生小错动。地面变形破坏是超过地震振动破坏的主要破坏类型。地裂缝按其成因主要有两类:构造地裂缝:可以指示深部发震断裂或蠕动断裂方向。构造成因地裂缝不受
13、地形、土体性质和其它自然条件控制,延伸稳定、活动性强,规模大。在强地震区等现今构造活动带常常出现地裂缝。非构造地裂缝:与地基液化、抽取地下水等有关。汤淼鑫(1999)提出对于重大工程(主要指一线上程)活动断裂安全距离,如下表3.1所示。3 3 地质构造地质构造3 3 地质构造地质构造3.6.5 3.6.5 活断层的建筑原则活断层的建筑原则u 建筑物场址选择一般尽可能避开活断层,特别是活动强烈、比较大的活断层。u 在活断层区的建筑物应采取与之相适应的建筑形式和结果措施。3 3 地质构造地质构造 3.7 3.7 地质图地质图 一个地区地质研究的成果,除用文字表达外,还必须用各种图件直观地加以反映。
14、地质图就是其中最基本、最全面和系统地反映一个地区地质条件的一种图件。地质图是把一个地区的各种地质现象,如地层、地质构造等,按一定比例缩小,用规定的符号、颜色和各种花纹、线条表示在地形图上的一种图件,是工程实践中需要搜集和研究的一项重要地质资料。3 3 地质构造地质构造3.7.1 3.7.1 地质图的种类地质图的种类 根据它服务对象的规模及性质,地质图有基础地质图、经济地质图、勘探(察)工程编录图等三大类。1.基础地质图(1)普通地质图:主要表示地层岩性和地质构造条件的地质图,习惯上简称地质图。它是把出露在地表不同地质时代的地层分界线和主要构造线测绘在地形图上编制而成,并附以地质剖面图和地质柱状
15、图。(2)构造地质图:指用线条和符号,专门反映褶皱、断层等地质条件的图件。(3)第四纪地质图:是根据第四纪沉积层的成因类型、岩性和生成时代、地貌成因类型和形态特征综合编制的图件。它主要反映第四纪松散沉积物的成因、年代、成分和分布情况。(4)基岩地质图:是假想把第四纪松散沉积物“剥掉”,只反映第四纪以前基岩的时代、岩性和分布的图件。3 3 地质构造地质构造 2.经济地质图 (1)水文地质图:主要反映某一地区水文地质资料的图件,可分为岩层含水性图、地下水化学成分图、潜水等水位线图、综合水文地质图等类型。(2)工程地质图:是在相应比例尺的地形图上综合表现各种工程地质条件的图件,为各种工程建筑专用的地
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