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1、第四章 地质构造,地质作用 岩层产状及其接触关系 褶皱构造 断裂构造 地质图,本章提要,简要地介绍了地质年代的确定方法、我国的地史概况； 主要阐述了几种基本的地质构造的组成要素、分类、特性、野外识别和工程地质评价方法； 较为详细地介绍了地质图的种类、读图步骤及分析方法。,4.1 地质作用,地球具有圈层构造,在地质学上，我们将引起地壳物质组成、地表形态、地球内部构造发生改变的作用称为地质作用。而将使地壳发生变化的动力称为地质营力。,地质作用 的动力来 源,地球内部放射性元素蜕变产生的内热；,太阳辐射热以及地球旋转力和重力。,按动力来源 的不同划分,地质 作用,内力地 质作用,外力地 质作用,按作
2、 用方 式分,构造运动,岩浆作用,变质作用,地震作用,风化作用,剥蚀作用,搬运作用,沉积作用,固结成岩作用,按动力来源 的不同划分,按动力来源 的不同划分,内力地 质作用,外力地 质作用,构造运动,又称地壳运动，指地壳的机械运动。有地壳发生水平方向运动和垂直方向运动两种。,(a) 断层的航空照片,圣安德烈斯断层（The San Andreas Fault）,（b）断层两盘的位移,一、内力地质作用,塞拉比斯庙大理石柱的升降变化示意图,岩浆温度可高达1000以上，软流圈中由硅酸盐、部分金属氧化物、硫化物和挥发组分组成的熔融物质称为岩浆，在巨大的压力作用下岩浆可顺着地壳的薄弱带侵入甚至喷出地表。从岩
3、浆的形成、运动、演化到冷凝形成岩浆岩的全部过程称为岩浆作用。岩浆喷出地表的现象称为火山作用。,岩浆作用,已经形成地壳的各种岩石，在高温、高压并有化学物质参与下发生成分（矿物、化学物质）、结构、构造变化的地质作用称为变质作用。变质作用是由地球内部能源作用产生的，在固体状态下将原岩改造成新的岩石，即变质岩。,变质作用,是构造运动的一种突然剧烈的表现，在接近地球表面岩层中以弹性波形式释放应变能引起地壳的快速颤动和震动，称为地震作用。另外火山作用、喀斯特区及地下开采区的塌陷、人工爆破都可产生地面的震动，称为地震。各种内力地质作用相互关联，其中，构造运动占主导地位，它为岩浆作用提供了通道，又为变质作用提
4、供了便利，并可能直接引起地震作用。正是由于内力地质作用形成了地球的外部轮廓和内部构造，并处在不断的演变之中。,地震作用,风化作用（Weathering）,由于大气温度的改变、水及生物的作用，使暴露于地表的岩石在原地崩裂成为石块、细砂甚至泥土；同时也可由于水、空气、有机物的化学作用而使矿物分解，形成各种新的矿物.,二、外力地质作用,指某一种介质在运动状态下对岩石的破坏作用，破坏产物随其运动而搬走。如风的吹蚀、地面流水的侵蚀、地下水的潜蚀、湖水、海水的冲蚀、冰川的刨蚀等。,剥蚀作用,所有被各种破坏力所剥蚀下来的物质由风、流水、冰川、海浪等营力从原地搬到另一个地方去，这种作用称为搬运作用。,搬运作用
5、,被搬运的物质经过一段路程的运移，当搬运介质动能减小，或其物理化学条件发生变化以及在生物的作用下，在新的环境下堆积起来，这就叫沉积作用。海洋是最广阔和稳定的沉积场所，大陆则主要以剥蚀作用为主。,沉积作用,堆积在新环境中的松散的沉积物随所处环境的变化而变化，在失水、压固等作用下表现为新矿物的生成、结构、构造的变化，孔隙减小并被胶结，由松散堆积物逐渐转变为坚硬的岩石，也就是沉积岩。,固结成岩作用,地质作用常常引发灾害 (内、外力地质作用耦合结果),地 质 作 用,物理地 质作用,工程地 质作用,内力地 质作用,外力地 质作用,(破坏内力地质作用形成的地形和产物，总的趋势是削高填低，同时进一步塑造地
6、表形态),采矿，引起地表变形、崩塌、滑坡；开采石油、天然气和地下水时对岩土层疏干排水造成地面沉降；兴建水利工程造成土地淹没、盐渍化或是库岸滑坡、水库地震等。,(形成了地表的高低起伏，决定地壳表面的基本特征和内部构造),地形影响地质作用的方式和强度，如在大陆以剥蚀作用为主、在海洋以沉积作用为主；地面流水在山区速度大，剥蚀强，在平原则以沉积为主。 地形还局部影响一个地区的气候状况和生物状况，例如高山地区由于地壳运动，雪线变化，原来的冰川作用可能被其它地质作用所代替。,从作用方式来看，外力地质作用总是从破坏作用开始，外力地质作用遵循着这样一个序列：风化剥蚀搬运沉积固结成岩，这几种作用方式同时存在，又
7、交替进行。,4.2 岩层产状及其接触关系,一、构造运动与地质构造,构造 运动,水平向的构造运动使岩块相互分离裂开或是相向汇聚，发生挤压、弯曲或剪切、错开。,垂直方向的构造运动则使相邻块体作差异性上升或下降。,构造运动引起岩石的变形和变位，这种变形和变位在岩层中保留下来的形态称为地质构造。地质构造有三种基本类型：倾斜、褶皱和断裂。,二、 倾斜岩层,水平岩层：原始沉积物多是水平或近于水平的层状堆积物，经固结成岩作用形成坚硬岩层。,倾斜岩层：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。,1. 岩层的产状,产状要素： 走向，倾向，倾角。,2. 倾斜岩层的工程地质评价,工程的布置要充分考虑岩
8、层产状对其稳定性的影响。对于路线工程：,a 工程轴线、路线与岩层走向平行，岩层倾向与边坡倾向相反时，对路基边坡的稳定性是有利的；,b 路线走向与岩层走向平行，岩层倾向与边坡倾向一致，但坡角小于岩层倾角，这种情形下，岩层不易出露地表因而相对稳定些；,c 路线走向与岩层走向平行，岩层倾向与边坡倾向一致，在松软岩石分布区，如云母片岩、千枚岩等坡面易风化剥蚀，碎落、坍塌，带来危害，特别是坡角大于岩层倾角时，软弱结构面暴露，容易引起大规模的顺层滑动，对工程稳定性不利。,对于隧道工程,在水平岩层（岩层倾角510）中，最好选择在层间联接紧密、厚度大（大于洞室高度二倍以上者）、不透水、裂隙不发育，又无断裂破碎
9、带的水平岩体部位；,在水平岩层软硬相间的情况下，隧道拱部应尽量设置在硬岩中，如设置在软岩中有可能发生坍塌；,当洞室轴线平行于岩层走向时，在倾斜岩层中，一般说来是不利的，因为此时岩层完全被洞室切割，若岩层间缺乏紧密联接，又有几组裂隙切割，则在洞室两侧边墙所受的侧压力不一致，容易造成洞室边墙的变形和滑移。,构造运动的性质不同或所形成的地质构造特征不同，往往造成新老地层之间具有不同的相互接触关系，据此判别地层间的新老关系。,三、地层接触关系是构造运动最明显的综合表现,1. 沉积岩间的接触关系,整合接触：,一个地区在持续稳定的沉积环境下，地层依次沉积，各地层之间彼此平行，地层间的这种连续、平行的接触关
10、系称为整合接触。,相邻的新老地层时代连续，上、下岩层产状一致。,特 点：,不整合 接 触：,当沉积岩地层之间有明显的沉积间断时，即沉积时间明显不连续，有一个时期的沉积缺失，称为不整合接触。,可分为平行不整合接触和角度不整合接触两类。,(A)连续沉积的地层 (B)构造运动产生褶皱 (C)地壳上升遭受风化剥蚀 (D)地壳下降接受新的沉积,角度不整合及其形成过程,岩沉积在原古代片岩之上，有17亿多年的时间间隔，这意味着两种岩石间的侵蚀表面代表了至少10亿年的地质时代！大峡谷的其它地方，Tapeats砂岩位于倾斜的原古代沉积岩之上，形成了一种角度不整合。,亚利桑那州大峡谷非整合，非整合是沉积岩沉积在变
11、质岩或侵入的火成岩之上的不整合类型。这张照片里，寒武纪Tapeats砂,行地接触的不整合，也因而显得似乎协调。这张图片在左边表现出岩石平行，可是，右边却显示砂砾切割了大理石说明有侵蚀。图片大约有1米范围。,加利福尼亚州死谷假整合，假整合是新的沉积层大致平,主要表现为岩浆岩体间的穿插接触关系。后期生成的岩浆岩常插入早期生成的岩浆岩中，将早期岩脉或岩体切割开。侵入岩形成时代较新，被侵入的岩浆岩形成时代较老。,2. 岩浆岩间的接触关系,3. 沉积岩与岩浆岩之间的接触关系,（1）沉积接触； （2）侵入接触,即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。断层界面处无底砾岩，一般是构造岩，也可不是
12、构造岩。,4. 断层接触,岩层受力而发生弯曲变形称为褶皱。褶皱按力学成因有：纵弯褶曲横弯褶曲剪切褶曲,4.3 褶皱构造,褶皱的力学成因,褶曲是组成褶皱的基本单元。,一、褶曲要素,核部:,中心部位的岩层，出露在地面的褶皱中心部位的地层称为核。,翼部: 核部两侧的岩层。,枢纽：,各个横剖面上，同一褶曲面最大弯曲点的连线，可以是直线也可以是曲线、折线；可以是水平线，也可以是倾斜线。,相邻褶皱面上枢纽联成的面叫轴面，它是一个设想的标志面，可以是平面，也 可以是曲面，近似于两翼地层夹角的平分面、对称面，轴面与地面或其它任何面的交线称轴迹。,轴面：,褶皱要素示意图,脊线、槽线:,同一褶曲面的各个横剖面上最
13、高点的连线称为脊线，最低点的连线称为槽线。,二、褶曲的类型,褶曲,背斜:岩层向上的弯曲,两翼地层相背倾斜,向斜:岩层向下的弯曲,两翼地层相向倾斜,成山的向斜与成谷的背斜,相邻的向斜和背斜共用一个翼部。一般有背斜山，向斜谷的说法，但这不是绝对的核部和两翼地层的相对新老关系反映出背、向斜的本质区别，地形的高低只是一种外在的现象。,根据轴面产状，褶曲可分为:,(a)直立褶曲； (b)斜歪褶曲；(c)倒转褶曲； (d)平卧褶曲；(e)翻卷褶曲,根据枢纽产状，褶曲可分为：,(a),(a) 水平褶曲；(b),(b)倾伏褶曲； (a),(b)为地面未受剥蚀的情况； (a),(b)为地面受剥蚀变平坦后的表现,
14、线状褶曲：褶曲的长宽比大于10：1。短轴褶曲：褶曲的长宽比为3：1至10：1。穹隆与构造盆地：长宽比小于3：1的背斜为穹窿、向斜为构造盆地。,根据褶曲的平面形态，褶曲可分为：,褶皱是褶曲的组合形态，两个或两个以上褶曲构造的组合，称为褶皱构造。褶皱构造十分复杂，常见的褶皱组合类型有：,复背斜和复向斜：,规模大的背斜、向斜的两翼被次一级甚至更次一级的褶皱所复杂化，从平面上看多呈紧密相邻同等发育的线形褶曲；从横剖面看，复背斜的褶曲轴面多向下形成扇状收敛；而复向斜的褶曲轴面多向上形成倒扇状收敛。,隔挡式褶皱和隔槽式褶皱,宽阔平缓的向斜和狭窄紧闭的背斜交互组成的，称为隔挡式褶皱。,由宽阔平缓的背斜 和狭
15、窄紧闭的向斜组成的，称为隔槽式褶皱。,三、褶皱的野外识别,首先应判断 褶皱存在与 否并区别背 斜与向斜,第一步,1，确定它的形 态特征 2，进一步比较 两翼岩层的倾向 及倾角，确定褶 皱的形态分类名 称,第二步,对于大型褶曲构造，很难通过少数几个露头窥其全貌，在野外需要采用穿越法和追索法。,穿越法，即沿着选定的调查路线，垂直岩层走向进行观察。便于了解岩层的产状、层序及新老关系。,追索法，就是平行岩层走向进行观察的方法。追索法便于查明褶曲延伸的方向及其构造变化的情况,在实践中一般以穿越法为主，追索法为辅，根据不同情况，穿插运用。,褶皱的形成时代一般通过分析区域性角度不整合来确定。如果不整合面以下
16、的地层均褶皱，而其上的地层未褶皱，则褶皱运动发生的时代在不整合面下最新地层沉积之后，上覆最老地层沉积之前。如果不整合面上、下地层均褶皱，但褶皱方式、形态又都互不相同，则至少发生过两次褶皱运动。,四、褶皱的形成时代,五、褶皱构造的工程地质评价,褶曲的轴部是岩层强烈变形的部位。一般在背斜的顶部和向斜的底部发育有拉张裂隙、甚至断层，造成岩石破碎或形成构造角砾岩带。此外，地下水多聚集在向斜核部，背斜核部的裂隙也往往是地下水富集的通道。所以在褶曲构造的轴部，公路、隧道或桥梁工程都容易遇到工程地质问题，主要是岩层破碎产生的岩体稳定问题和向斜轴部地下水的问题。这些问题在隧道工程中显得更为突出，容易产生隧道塌顶和涌水现象，有时会严重影响正常施工。,（a）岩层面向开挖面倾斜；（b）背斜轴部； （c）向斜轴部；（d）岩层背向开挖面倾斜,隧道横穿背斜时，顶板破碎岩层易产生小规模掉块，所以当洞室横穿背斜时必须进行支撑和衬砌。 隧道横穿向斜时，若当洞室开挖在多孔隙的岩层中，在高压力下，大量的地下水将突然涌入洞室；如果所处岩层属致密的坚硬岩石，则承压状态的地下水将出现于许多节理中 。,
