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1、,第四章 地质构造,本章提要 褶皱、节理和断层是最基本的地质构造，它们是岩石圈中构造运动的产物。各种地质构造具有相应的地质现象和工程地质条件。本章系统地介绍了几种常见地质构造的概念、要素、类型及其特性；简要阐述了这些地质构造的野外识别和工程地质评价。地层接触关系和岩层产状反映了地质构造的时空特征。,第四章 地质构造,41 岩层产状与地层接触关系 42 褶皱 43 节理 44 断层 45 活断层,41 岩层产状与地层接触关系,一、构造运动与地质构造,构造运动是是一种机械运动，指由于地球内部动力而引起的地壳变形和变位。,构造运动使岩层发生变形和变位，形成的产物地质构造,二、岩层的产状,岩层的产状指
2、岩层的空间位置，是研究地质构造的基础,产状三要素：走向、倾向、倾角,走向：层面与水平面交线的延伸方向，走向线就是层面上的水平线 倾向：层面上与走向垂直并指向下方的直线，它的水平投影方向为倾向 倾角：层面与水平面的交角，沿倾向方向测得的最大锐角称为真倾角，在其他方向测得的夹角均为视倾角，视倾角恒小于真倾角 产状要素可用地质罗盘量测,测量走向时使罗盘长边紧贴层面，将罗盘放平，水准泡居中，读指北针所示方向角为岩层走向,测量倾向时使罗盘短边紧贴层面，将罗盘放平，水准泡居中，读指北针所示方向角为岩层倾向。由于岩层倾向只有一个，所以测倾向时要注意将罗盘北端指向岩层的倾斜方向,测量倾角时使罗盘横着竖起来，使
3、长边与岩层的走向垂直紧贴层面，水泡居中后读悬锺的角度就是岩层倾角,ch4- 9,文字和符号,象限角表示法 常用走向、倾向和倾角象限表示。如NW330, SW240 30，即走向为北偏西330，倾向向南西倾斜240 ，倾角为35。 方位角表示法 常用倾向和倾角表示。如31035，310是倾向方位角，35是倾角，走向可根据倾向加减90后得到。,岩层的产状要素表示方法：,三、岩层露头线特征,露头是暴露在地表的岩石：通常出现在山谷、河谷、陡崖、山腰和山顶 包括：天然露头、人工露头（采石场露头）,露头观察发现岩层有水平状态、倾斜状态、直立状态 露头线是指岩层层面与地面的交线,取决于岩层产状及地形,倾斜岩
4、层走向与山脊或沟谷延伸方向垂直时，露头线V字形有三种分布规律（图见P30-31）：,A、岩层倾向与地层坡向相反时，岩层露头线与地形等高线呈相同方向弯曲，但是岩层露头线的弯曲度总比等高线小，在河谷处“V”字型露头线的尖端指向沟谷上游。,B、岩层倾向与坡向相同。岩层的倾角大于坡角时，岩层露头线与地形等高线呈相反方向弯曲，在沟谷处，“V”字型露头尖端指向下游。,C、岩层倾向与坡向相同，但岩层倾角小于地层坡度角：这时岩层露头线与地形等高线也呈相同方向弯曲，在沟谷处，“V”字型露头的尖端指向上游，与第一种情况类似，但露头线的弯曲程度大于地形等高线程度。,四、地层接触关系,新老地层的接触关系，由构造运动及
5、地质构造决定,（1）整合接触：相邻新、老地层产状一致，时代连续，反映地壳连续均匀下降。,（2）假整合接触（平行不整合接触）：新、老地层产状平行一致，地层时代不连续，缺地层，反映地壳间断上升。,（3）不整合接触（角度不整合接触）： 新、老地层产状不一致以角度相交，地层时代不连续，反映地壳剧烈运动。,42 褶 皱,岩层受力而发生弯曲变形称为褶皱,1、3、5为背斜 2、4、6为向斜,一、褶皱的要素,为了描述褶皱的空间状态，各组成部分称为褶皱的要素,褶曲要素： 核部(core) 翼部(limb) 轴面(axial plane ) 轴迹(axial line) 枢纽(hinge),核部：剥蚀后出露在地层
6、的褶皱中心部位地层 翼部：褶皱核部两侧的地层 枢纽：同一褶皱层面的最大弯曲点联线（直线、曲线、水平线、倾斜线） 轴面：褶皱内各相邻褶皱面上的枢纽连成的轴面（平面、曲面） 轴迹：轴面与地面或其它任何平面交线,二、褶皱的类型,两种基本形态：背斜、向斜,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。,1、根据轴面产状分类：,1）直立褶皱：轴面近似直立、两翼倾向相反，倾角近似相等 2）斜歪褶皱：轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不等 3）倒转褶皱：轴面倾斜，两翼倾向一致，倾角不等，其中一翼岩层为正常层序，而另一翼岩层为倒转。若两翼倾向一致
7、，倾角相等称为同斜褶皱 4）平卧褶皱：轴面近似水平，一翼岩层为正常层序，而另一翼岩层为倒转 5）翻卷褶皱：轴面为曲面,2、根据横剖面形态分：,1）扇形褶皱：在横剖面上呈扇形展开，两翼岩层产状有可能同时倒转 2）箱形褶皱：在横剖面呈箱形，顶底岩层平缓而两翼岩层近于直立 3）单斜：岩层向一个方向由倾斜变为平缓,3、根据枢纽产状分：,1）水平褶皱：枢纽近似水平，两翼岩层走向一致 2）倾伏褶皱：枢纽倾伏，两翼岩层走向呈弧形相交（背斜弧形尖端指向枢纽倾伏方向；向斜弧形开口方向指向枢纽的倾伏方向）,4、根据褶皱的平面形态分：,1）线状褶皱：长宽比10：1 2）短轴褶皱：长宽比为 3：110：1 3）穹隆与
8、构造盆地：长宽比3：1,5、复背斜与复向斜：不同大小的级别的褶皱组合成巨大的复背斜和复向斜，即规模大的背斜、向斜的两翼被次一级的褶皱复杂化,三、褶皱的野外识别,识别：褶皱是否存在、背斜或向斜、形态特征,1.确定新老地层层序 2.沿垂直地层走向观察，是否有相同地质年代的地层重复出现 3.比较两翼岩层倾向及倾角，确定形态分类名称,注： 1.褶皱存在标志：沿倾斜方向上相同年代的地层作对称式重复出现 2.背斜核部岩层较两侧岩层时代老，而向斜核部岩层较两侧新,4.了解枢纽是否倾伏 1.若两翼岩层走向相互平行则枢纽水平 2.若两翼岩层走向呈弧形圈闭合围则枢纽倾伏 5.背斜成谷，向斜成山地形倒置现象 1.背
9、斜核部因裂隙发育易遭受风化剥蚀成谷 2.向斜核部紧闭不易遭受风化剥蚀，最后相对成山,四、褶皱形成年代,分析区域性角度不整合来确定,1.若不整合面以下的地层均褶皱而其上地层未褶皱，则褶皱运动发生于不整合面下伏的最新地层沉积之后和上覆最老地层沉积之前 2.若不整合面上、下地层均褶皱但褶皱方式形态不同，则至少发生两次褶皱运动。,五、褶皱构造的工程地质评价,褶皱的核部是岩层强烈变形部位 1.在背斜顶部和向斜底部有拉张裂隙 2.在变形强烈时，沿褶皱核部常有断层发生。 3.地下水多积聚在向斜核部，背斜核部的裂隙也是地下水富集和流动的通道。,褶皱翼部的不良工程条件褶皱山,，,褶曲不同部位对工程的影响,43
10、节 理,岩层受力变形超过强度发生破裂形成断裂构造：节理 断层,节理：一般几十厘米到几米，长的可延伸几百米、上千米 节理张开程度不同，有的闭合 节理面：平坦光滑、粗造,断裂构造的力学机制,影响节理发育的因素： 构造变形的强度、岩石形成年代、力学性质 岩石厚度、所处的构造部位 节理的空间位置： 由节理面的走向、倾向、倾角确定 节理有规律成群出现： 节理组：成因相同且相互平行 节理系：成因有联系的几个节理组,一、节理的类型,按成因分：,构造节理(构造运动)：分布广、规模大、规律性强 非构造节理(风化等外力作用)：规律性不强、范围小,张节理 张应力引起，方向垂直于主张应力3 ，平行于主压应力1 ，多数
11、张开，节理面粗糙，无擦痕。,剪节理（共轭剪节理） 剪应力引起，成对出现，共轭剪节理面交线与中主应力2平行，两面锐交角平分线平行于大主应力1方向，节理面光滑，有擦痕，紧闭,构造节理,按节理与岩层产状关系分： a.走向节理：节理走向与岩层走向大致平行（1） b.倾向节理：节理走向与岩层走向大致垂直（2） c.斜向节理：节理走向与岩层走向斜交（3） c.顺层节理：节理面大致平行于岩层面（4）,按节理与褶皱枢纽方向分： a.纵节理：二者大致平行（1） b.横节理：二者大致垂直（3） c.斜节理：二者斜交（2）,ch4- 44,节理与褶皱的成生关系,二、节理的观测与统计,对节理的性质、分布规律、形态观测
12、与统计的目的：评价岩体稳定性,观测点选在构造特征清晰，发育良好的露头，露头面积不小于10平方米,（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、区别非构造节理、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,野外观测内容：,粗糙度：平直.波状.阶梯状，光滑、平滑、粗糙,节理密度：垂直于节理走向1m内节理数目，线密度倒数为节理平均间距,充填物：泥土、方解石、石英、长石等,节理持续性：节理裂隙的延伸程度：30m 好、很好,（1）节理走向玫瑰图 把所得的节理走向按每5度或10度分组并统计每一组内节理数和平均走向，按
13、各组平均走向，自圆心沿半径以一定长度代表每一组节理的个数，用折线相连,室内资料整理统计方法：节理玫瑰图,（2）节理倾向玫瑰图 把所得的节理倾向按每5度或10度间隔分组，统计每一组内节理数和平均倾向，按各组平均倾向，自圆心沿半径以一定长度代表每一组节理的个数，用折线相连,（3）节理倾角玫瑰图 用节理统计资料的各组平均倾向和平均倾角作图，半径代表平均倾角,三、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 节理裂缝形成地下水通道，使风化作用增强,直接 破坏岩体的完整性，加速风化作用、地下水的活动及岩溶发育,间接 降低地基岩体的强度及稳定性
14、：建筑物、坝基、桥基、边坡 对工程施工的不利影响：涌水、坍塌,ch4- 50,1.节理组合形成危岩,实例,ch4- 51,2.节理不利组合造成边坡楔体破坏,44 断层(fracture),圣安德烈斯断层长1050km(教材2000km)，伸入地面以下约16千米。断层大部分是隐蔽的,穿过平原向北西方向延伸的圣安德烈斯大断裂（Photograph by John S. Shelton ）,岩层受力发生破裂，破裂面两侧岩块发生明显位移（断层构造）断层（大、小断层）,一、断层要素,断层面： 相邻两岩块断开或沿其滑动的破裂面 断层线： 断层面与地面或其它面交线 断层盘： 断层面两侧相对移动的岩块,相当层
15、：未发生断裂前属于同一层的岩层 断距：断层发生后相当层沿断层面移动的距离 滑距：错断前一点在错动后分成的两个对应点距离AA,二、断层的类型,1.正断层：沿断层面倾斜线方向上盘相对下降、下盘相对上升。 一般在水平向引张力或重力作用下形成。 断层面倾角较陡 4560,正断层向深处变缓呈犁状,（1）按断层两盘相对运动分：,2.逆断层：沿断层面倾斜方向上盘相对上升、下盘相对下降。 一般是在两侧受到近于水平的挤压力作用下形成的 因形成的力学条件与褶皱伴生，故多与褶皱伴生 高角度逆断层倾角45 低角度逆断层倾角45称为逆冲断层、逆掩断层 规模巨大同时上盘沿波状起伏的低角度断层面作远距离推移（几公里、十几公
16、里）的逆掩断层称为推覆构造,是断层两盘沿断层走向方向发生位移的断层 根据断层两盘相对位移方向可分为：右行(旋)、左行(旋)平移断层。 当垂直断层走向观察断层时，对盘向右手方滑动（顺时针）为右行平移断层 当垂直断层走向观察断层时，对盘向左手方滑动（逆时针）为左行平移断层,左行平移断层,3.平移断层：,大型平移断层称走向滑动断层简称滑断层,规模巨大、延伸长达数百公里甚至几千公里。,断层两盘也会出现沿断层面斜向滑动，兼具正（逆）平移性质，采用复合命名，复合命名中后面一种运动方式是主要的，如平移-正断层,断层有规律的排列组合称为断层系 1.阶梯状断层 由若干条产状大致相同的正断层平行排列而成,发育在上升地块的边缘,（2）断层组合类型,由走向大致相同、倾向相反、性质相同的两条或数条断层组成 断层中间有一个共同的下降盘称为地堑：莱茵地堑、 贝加尔湖地堑 断层中间有一个共同的上升盘称为地垒：庐山,2.地堑与地垒,一系列产状大致相同平行排列的逆断层的组合形式，各断层的上盘依次逆冲形成像瓦片般的叠覆。,3.叠瓦结构,走向断层（纵断层）F1：断层
