工程地质学课件1.ppt

1、1/63第三章第三章 地质构造地质构造 第一节 地质作用第二节 地质年代第三节 岩层产状主要内容第四节 褶皱构造第六节 地质图第五节 断裂构造2/63 由自然动力引起地壳的物质组成、内部结构和地表形态发生变化和发展的作用称为地质作用。按动力来源分为：内力地质作用内力地质作用(endogenic geological process)外力地质作用外力地质作用(exogenic geological process)第一节 地质作用3/63内力地质作用：由地球内部的能（旋转能、重力能、辐射热能）引起。地壳运动岩浆作用变质作用地震作用内力地质作用4/63地壳运动（tectonism）水平和升降运动。

2、5/63三根大理石柱的升降变化示意图 升降运动(造陆)水平运动(造山)第一节 地质作用6/63世界上最有名的实例是意大利那不勒斯湾塞拉比斯古庙，建于公元前的古罗马时代。古庙的废墟中耸立着三根大理石柱，高12米。从底向上的3.6米石柱表面光滑无痕；再向上2.7米则被虫蛀出许多梨状小孔，有海水浸没的痕迹；其上的石柱仍完好如初。这个古庙显然是建在陆地上的，曾有一段时间因地表下沉，石柱没入海内6.3米（下部的3.6米因被海底泥沙或火山灰掩埋而未受虫蛀）。18世纪时石柱重又升出海面。现在又在下降（可能从19世纪开始），故石柱的基部已浸没在水中了。世界上典型的大面积上升的例子见于北欧的斯堪的那维亚半岛，以

3、半岛的内部上升最快。据阶地和海岸线的位置计算的上升速率是0.5米/百年。上升的原因，普遍认为是冰川消融后的减负作用。即：这里原发育大陆冰盖（见前“冰川的恶作剧”一节），实际上加了个沉重的负载。冰川融掉了，这个负载也去掉了，大地象是“苏醒”过来似的，发生大面积上升。我国的华北平原则是现代下沉区。在河北昌黎县城附近有一指路石碑，标明离县城2.5km，离海边2.5km，而现在这个碑离海只有1km多了。因为陆地的沉降，原海边的一座古庙已被淹没。也有人用冰川消融来解释这个现象，认为冰川融化后使海平面上升，所以低洼的地方就被海水浸没了，并估计这里的海岸线已向陆推进约2324km.第二节 地质年代7/63地

4、震作用(earthquake)地内机械能突然释放，以弹性波的形式传播到地表引起猛烈冲击。汶川地震 8/63 岩浆作用（magmatism）岩浆形成、运动、演化、冷凝。9/63变质作用(metamorphism)在高温、高压并有化学物质参与下，岩石发生成分、结构构造的变化，生成新的岩石。10/63各种内力地质作用是相互关连的 构造运动形成断裂，引起地震，并为岩浆活动创造通道。构造运动和岩浆活动引起变质作用。地壳运动在内力地质作用中起主导地位地壳运动在内力地质作用中起主导地位。11/63外力地质作用：由太阳辐射能引起，产生大气环流，形成水的循环，动植物生长，在运动的过程中改造地表。12/63外力地

5、质作用的营力：河流的侵蚀；地下水的潜蚀；风的吹蚀；冰川的刨蚀等。湖泊海洋的冲蚀;13/63一般按风化剥蚀搬运沉积硬结成岩的程序进行风化(weathering)：在地表环境下由于大气、水、生物等作用，岩石在原地分解和破坏。剥蚀(denudation)：各种地质营力，在运动过程中对地表岩石产生破坏，并把破碎分解了的产物剥离原地。14/63搬运(transportation)拖曳搬运 悬浮搬运 溶解搬运硬结成岩(diagenesis)压实 胶结 重结晶沉积(sedimentation)机械沉积 化学沉积 生物化学沉积15/63外力地质作用主要影响因素是：气候和地形。我国温度带的划分图16/63我国干

6、湿地区划分图17/63潮湿气候区：河流、湖泊、地下水发育，风化 彻底。如东南沿海。干旱气候区：暴雨，风力强，咸水湖。如西北高原。冰冻气候区：气温低，蒸发量小，生物稀少，冰川盘踞。如两极和高山地区。18/63中国地势分布示意图19/63大陆以剥蚀剥蚀为主，海洋以沉积沉积为主。山区以剥蚀剥蚀为主，平原以沉积沉积为主。20/63内力和外力地质作用的关系：内力地质作用决定地表的基本形态和内部构造地表形态的塑造者 外力地质作用破坏和重塑地表形态地表形态的雕刻者地壳上升时，遭受剥蚀。地壳下降时，接受沉积。21/63 绝对年龄：通过放射性元素蜕变周期测定。适用于岩浆岩、变质岩地区。钾-氩、铀-铅和碳-14。

7、第二节 地质年代式中：t岩石实际地质年龄；衰减系数，每年每克母体同位素能产生的字体同位素的克数；D岩石中放射性元素蜕变而成的子体同位素含量；N岩石中放射性元素蜕变后剩余的母体同位素含量。ND1ln1t22/63第二节 地质年代相对年代：适用于沉积岩地区。地层层序律古生物层序律岩性对比地质体接触关系23/63地层接触关系1.层状地层接触关系整合接触(conformity)：时间上连续，产状上一致。反映地壳连续均匀下降。24/63平行不整合(disconformity)：时间上不连续，产状一致。反映地壳间断上升。25/63角度不整合(discordant)：时间上不连续，产状不一致。反映地壳剧烈运

8、动。26/632.岩浆岩与围岩接触关系 侵入接触 沉积接触 侵入与沉积接触 27/63 地质年代单位：宙、代、纪、世、期(从大到小)地层单位：宇、界、系、统、阶(从大到小)地质年代单位和地层单位28/63 地质年代表29/63 地质年代表30/63 地质年代表显 生 宙31/63 地质年代表显 生 宙32/63 地质年代表相对年代绝对年龄(百万年)主要构造运动我国地史简要特征宙代纪世隐生宙元古代(Pt)晚元古代震旦纪（Z）800晋宁运动吕梁运动五台运动元古代地层在我国分布广、发育厚度大，出露好。华北地区主要为未变质或浅变质的海相硅镁质碳酸盐岩及碎屑岩类夹火山岩。华南地区下部以陆相红色碎屑河湖相

9、沉积为主，上部以浅海相沉积为主，含冰碛物为特。低等生特开始大量繁殖。菌藻类化石较丰富青白口纪(Qn）1000中元古代蓟县纪（Jx）1400长成纪(Ch）1900早元古代2500太古代（Ar）4000太古代构造运动频繁，岩浆活动强烈，侵入岩和火山岩和火山岩广泛分布，岩石普遍变质很深，形成古老的片麻岩、结晶片岩、石英岩、大理岩等。构成地壳的古老基底。目前已知最古老岩石的年龄为45.8亿年。最老的菌化石为32亿年地球初期发展阶段33/63水平岩层(horizontal stratum)第三节 岩层倾向水平构造的地貌景观（阶梯状陡崖）34/63倾斜岩层(tilted stratum)单斜构造的力学成因

10、图 4-3 地层层序(a)正常层序；(b)倒转层序35/63产状三要素(elements of attitude)走向(strike)：岩层面和任一假想水平面交线的延伸方向。倾向(dip)：岩层的倾斜方向。与走向线垂直。只有一个。倾角(dip angle)：岩层层面与水平面的最大锐角。表示方法 ：走向和倾向用方位角表示(可只表示倾向)，倾角用度数。如SW200、SE110、。3036/63褶皱构造(fold)37/63 (a)(b)(c)图 4-5 褶曲的力学成因(a)水平挤压力；(b)垂直作用力；(c)力偶作用38/63褶曲要素：核部(core)两翼(limb)轴面(axial plane)

11、轴线(axial line)枢纽(hinge)图 4-6 褶曲要素示意图39/63褶皱构造基本形态：背斜(anticline)：岩层向上弯曲，核部老，两翼新。向斜(syncline)：岩层向下弯曲，核部新，两翼老。40/63按轴面产状分：直立倾斜倒转平卧41/63水平倾伏按枢纽产状分：按褶曲长短轴的比例分：图 4-10 穹隆和构造盆地(a)穹隆；(b)构造盆地43/63褶皱构造野外观察方法背斜成谷向斜成山 穿越法穿越法：垂直于岩层走向观察。追踪法追踪法：平行于岩层走向观察。44/63褶皱构造的工程地质评价：对深路堑和高边坡 对隧道工程褶曲构造与隧道位置选择1、3-不利；2-较好山坡岩层地质构造

12、的影响a-向斜山；b-背斜山；c-单斜山1-有利情况；2-不利情况45/6346/6347/63fracture48/63断裂构造的力学机制49/63断裂构造的形成50/63断裂构造的分类 节理（裂隙）断层次生节理张节理剪节理构造节理原生节理平移断层逆断层正断层51/63裂隙裂隙(fissure):也称节理节理 (joint)，是未发生明显位移的断裂。原生裂隙:岩石在成岩过程中形成的裂隙。次生裂隙:包括风化裂隙、卸荷裂隙等。构造裂隙:由于地壳构造运动而形成的裂隙。分为张裂隙和剪裂隙。52/63表 4-2 裂 隙 发 育 程 度 分 级 表一定一定53/63裂隙调查、统计和表示方法：选择代表性的

13、基岩露头,对一定面积内的裂隙进行测量。表 4-3 裂 隙 野 外 测 量 记 录 表图 4-12 裂隙玫瑰图（a）裂隙走向玫瑰图；（b）裂隙倾向玫瑰图54/63裂隙的工程地质评价:对路堑边坡对路堑边坡 裂隙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。55/63断层断层(fault):有明显位移的断裂。断层要素:断层面（带）断盘 断距56/63断层基本类型正断层(normal fault)逆断层(reverse fault)平移断层(parallel fault)57/63断层组合形式叠瓦式断层58/63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

14、F359/63按断层与褶皱轴的关系分：纵向断层 横向断层 斜向断层F3F360/63断层的识别 地层界限不连续或岩层中断61/63 岩层不对称重复或缺失62/63 断层破碎带及构造岩 擦痕 牵引构造及伴生节理63/63 地貌标志64/63活断层：第四纪以来仍在活动的断层。注：1994年岩土工程勘察规范指全新地质时期（11.1万年）以来活动着的断层，且在今后100年可能继续活动。第四节 活断层65/63活断层的活动方式：突然错动（黏滑型）伴随地震发生。发生在强度较高的岩石中，断层带锁固能力强，危害大。缓慢蠕动（蠕滑型）不直接产生地震。发生在强度较低的软岩中，断层带锁固能力弱，危害小。66/63活

15、断层对工程的危害：1.直接危害跨越该断层的建筑物 例：宁夏石嘴山市红果子沟和河北蓟县境内的两段长城被错断。2.伴有地震发生的活断层使较大范围的建筑物摧毁 例：1906年美国旧金山地震中，圣.安德烈斯断裂导致一座27m高的水坝溃坝。67/63活断层的标志:地层标志 地貌标志 水文地质标志 历史地震2-33-4图 4-22 山东郯城窑上村活动断层剖面K W-上白垩系砂岩夹页岩；Q-下更新统泥质砂岩；Q -中、上更新统粉土；Q -上更新统及全新统洪坡积物 68/63断层的工程地质评价:对大型工业民用建筑选址不利 对大型桥位选址不利 对道路选线若与断层走向平行易产生边坡滑塌 对隧道工程易产生洞顶坍落

16、对区域稳定性的影响不利69/63活断层区的建筑原则：1.建筑物场址一般应避开活断层；2.线路工程必须跨越活断层时，尽量使其大角度相交；3.尽可能选择相对稳定的“安全岛”，将建筑物布置在断层的下盘；（例：大亚湾核电站）4.采取抗震结构和建筑型式。70/63地质图(geological map)的种类：普通地质图 地貌及第四纪地质图 工程地质图 水文地质图 地质平面图 地质剖面图 地层柱状图第五节 地质图71/63各种地质界面在地质图上的表现:72/63倾斜构造（V字形法则）1.倾向反，同弯曲且曲率小。73/632.倾向同，倾角大，反弯曲。74/63 3.倾向同，倾角小，同弯曲但曲率大。75/63

17、 水平岩层和倾斜岩层地质图练习：练习：地质图分析76/63褶皱在地质图上的表现：水平褶曲倾伏褶曲77/63断层构造在地质图上的表现：（b）78/63地层接触关系在地质图上的表现:图 4-28 不整合E与Q 平行不整合；T与E 角度不整合79/63读图方法：读图方法：比例尺、图例、地貌、地层分布和岩性、地质构造、物理地质现象、工程地质评价。80/63图 4-29 宁陆河地区地质图81/63复习思考题 1 什么是相对地质年代？什么是绝对地质年代？地层的相对地质年代是怎样确定的？2地质年代单位和时间地层单位的含义及相互关 系怎样？3熟悉地质年代表及第四纪地质年代的划分。4什么是地壳运动及地质构造？两

18、者的关系如何？5什么叫岩层的产状？产状三要素是什么？岩层 产状是如何测定和表示的？82/636什么叫褶皱构造？什么叫褶曲？褶曲要素及基 本形态有哪些或是什么？7如何识别褶曲并判断其类型？8如何区别张节理与剪节理？9什么叫断层？断层由哪几部分组成？断层的基本类型有哪些？在野外如何识别层？10.试说明岩层间接触关系的类型，各自的含义及 识别方法。11.什么是活断层？它具有哪些特征？83/63 12试说明研究和学习各种地质构造有何工程意义？13什么是地质图？地质图的基本类型有哪些？14各种地质现象或地质构造在地质图中的表现形式如何？15怎样阅读地质图？作业题 1.某地区地质剖面图，如图所示。试确定（1）各地层之间的接触关系。（2）岩浆岩与围岩的接触关系。（3）两期岩浆岩之间的接触关系。（4）岩浆岩的形成时代。85/632.用虚线恢复AB剖面图中褶皱的形态，并指明每个褶皱的名称。3.根据平面图示，判别断层的性质。86/63 4.分析地质图。说明有几个褶皱，形态类型；几条断层，何种性质。同时分析k地层与其下伏地层的接触关系。87/635.根据下列剖面图，判断各图中断层及褶曲的性质。