工程地质第2章地层与构造

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1、第2章 地层与构造,1、地质年代表 地质年代表：根据地层形成顺序、岩性变化特征、生物演化阶 段、构造运动性质及古地理环境等综合因素，把地质历史划分阶段。 1、国际通用： 地质年代单位 地层单位 宙宇 代界 纪系 世统 2、我国还使用岩石地层单位：群、组、段、层。,相关知识介绍,元古宙 太古宙,新近纪 古近纪,2、地壳运动 概念 地壳运动又称构造运动，是地球内力引起指地壳的隆起和拗陷的机械运动。主要有两种基本运动形式：,水平运动是地壳大致沿地球表面切线方向的运动。形成巨大的褶皱山系和地堑、裂谷 升降运动是指地壳运动垂直于地表，即沿地球 半径方向的运动。产生海退和海侵现象,3、地层 概念：在一定地

2、质时代内形成的一套岩层（不论是沉积岩层、岩浆岩和变质岩层）统称为那个时代的岩层。 3.1、地层的新老关系 地层年代：绝对年代和相对年代。 绝对年代：地层形成到现在的实际年龄。 绝对年代确定方法：据岩石中所含放射性元素的衰变规律确定,一般用放射性同位素年龄来测定。 相对年代：地层的相对新老关系。 相对年代确定方法：地层层序法、古生物法、地层接触关系法,3.2、相对年代确定方法 一、地层层序法： （1）正常层序法：对于正常沉积的岩层，老的在下，新的在上。岩层倒转时关系相反。 （2）标准剖面法：将某地区的地层按新老关系排列的剖面，叫该地区的标准剖面。用标准剖面对比某工点的地层，从而确定该工点地层新老

3、关系的方法。 （3）层面构造法：用层面构造指示岩层新老关系的方法。,3.2 相对年代确定方法 二、古生物法：根据不同的标准化石，确定地层的年代。（较准确的一种方法） 标准化石：在各个环境稳定时期，分布广、生存时间短的化石。,3.2 相对年代确定方法 三、地层接触关系法： 地层间的接触关系，是构造运动、岩浆活动和地质发展历史的记录，根据它们之间的接触关系可以判断地层间的新老关系。 沉积岩间接触关系 沉积岩与岩浆岩之间的接触关系 岩浆岩之间的接触关系,(a) 整合接触 (b) 假整合接触 (c) 角度不整合接触 沉积岩层间的接触关系及其形成过程,(1)、沉积岩间接触关系 1）整合接触 各地层时代连

4、续，产状平行。（反映地壳稳定下沉） 整合接触的地质意义 反映该地区在此沉积时期内地壳升降与沉积处于相对稳定状态，没有发生显著的构造运动,2）不整合接触关系 A、平行不整合-假整合 不整合面上下两套地层的产状彼此平行，接触界线与整合接触界线相似 平行不整合与整合的区别 平行不整合上下两套地层之间缺失地层 平行不整合反映地壳上升，沉积地层露出水面，接受剥蚀，是升降运动的表现,风化剥蚀,B、角度不整合 上下两套地层产状不同，构造（褶皱、断裂等）形式、强度和变形方向，变质程度，岩浆活动不同， 反映两套地层经历了不同的地质发展历史。 角度不整合的特点 上覆地层变形相对简单 下伏地层变形相对复杂，其中可以

5、包括 上覆地层的变形构 造，表现为叠加变形。,沉积,C、不整合的地质意义 反映上、下地层空间的相互关系和时间上的发展顺序 岩石地层单元划分的重要参考 古地理，古构造演变的研究 不整合面与矿产关系密切铁、锰、磷、铝土矿，岩浆热液型矿床，石油、天然气,D、确定不整合的依据 地层古生物 生物演化是连续的。如有中断，反映地层缺失 沉积-侵蚀 古侵蚀面、古土壤及有关的残积矿床、底砾岩等反映隆起、侵蚀、风化 构造变形 产状，构造线，褶皱型式和强度，断层类型、产状和强 度，构造截切关系 岩浆活动和变质作用 不整合分隔的岩层之间，其岩浆作用、变质作用以及成 矿作用往往存在重要的差别,(2)岩浆岩与沉积岩层间的

6、接触关系 1)侵入接触 沉积岩层形成在先，后来火成岩侵入其中 2)沉积接触 侵入岩先形成，之后地壳上升受风化剥蚀，然后地壳又下降接受新的沉积,(a) (b) (c) 岩浆岩与沉积岩层间的接触关系,（3）岩浆岩之间的接触关系： 新岩体穿插老岩体,地层的接触关系总结,被两个平行或近于平行的界面所限制的、由同一岩性组成的层状岩石称为岩层。岩层的上、下界面叫层面。上层面称为岩层的顶面,下层面称为岩层的底面。 在一定地质时期内所形成的一套岩层称为地层。 2.1.1岩层产状 岩层产状是指岩层在地壳中的空间方位。岩层的原始产状理解为水平的。岩层产状包括水平的、倾斜的、直立的和倒转的。,2.1 地层,2.1

7、地层,1.水平岩层 岩层层央近水平，即同一层面上各点海拔高度基本相同；具有这样产状的岩层称为水平岩层。 2.倾斜岩层 原来是水平产状的岩层，在地壳运动或岩浆活动的影响下产状发生变动，从而使岩层层面与水平面间呈现出一定的交角，于是便形成倾斜岩层，岩层面倾斜是层状岩层中最常见的一种产状形态。,（1）岩层的产状要素及其测定 a.岩层的产状要素 岩层的产状是走向、倾向和倾角三个要素的数值来表示（图2.1.2）。,图2.1.2岩层产状,走向岩层面与水平面相交的线叫走向线。走向线两端所指的方向即为岩层的走向。 倾向层面上与走向线相垂直并沿倾斜面向下所引的直线叫倾斜线。倾斜线在水平面上的投影线所指层面向下倾

8、斜的那个方向，就是岩层的真倾向，简称倾向。在岩层面上凡与该点走向线不正交的任一直线均为视倾斜线，其在水平面上投影线所指的倾斜方向，叫视倾向或假倾向。 倾角-岩层的倾斜线与其在水平面上的投影线之间的夹角就是岩层的倾角,又叫真倾角,视倾线和它的水平面上的投影线之间的夹角,叫视倾角或假倾角。从岩层面上任一点都可以引出许多条视倾斜线，因而也就有许多视倾角，而这些视倾角都比该点的真倾角值小。,b.岩层产状要素的测定和表示方法 直接法，罗盘测量 测定方法 间接法，计算,面状构造产状的数字表示方法：,方位角表示法：倾向 倾角，如SW20525 （也可以书写为20525） 象限角表示法: 走向，倾向与倾角，如

9、N30E27SE； 走向/倾向倾角，如45/SE35,面状构造产状在地质图上的表示,岩层直立，箭头指向新岩层,岩层产状是水平的,岩层倒转，箭头指向倒转后的倾向，即指向老岩层，数字是指倾角度数,长线表示走向，短线表示倾向，数字表示倾角,（2）岩层的厚度 岩层的顶、底面之间的垂直距离，也即层面法线方向上的距离，称为岩层的真厚度。 铅直厚度是指岩层顶、底面之间沿铅直方向上的距离。 在与岩层面不垂直的剖面上（或露头面上），岩层顶、底界线之间的垂直距离称为视厚度。,2.1.2地层层序与地层接触关系 地层层序：下老上新的层序（原始产出地层） 接触关系：从成因特征上将接触关系分为整合和不整合两种基本类型。

10、1.整合接触 平行不整合 2.不整合接触 角度不整合,a-整合接触关系；b-假整合接触关系；c-不整合接触关系,2-6均为石炭系,1奥陶系,图2.1.3 北京周口店太平山南坡奥陶系与石炭系接触关系 1/2平行不整合; 2-6整合,南,2.1.3地层系统和地质年代表 国际地层单位： 按岩性特征划分的地层单位： 群、组、段等，如：本溪地区存在石炭系中纺和上统,是根据生物化石特征按国际性地层系统来划分。,褶皱是岩石中各种面状构造（层理、层面、面理）发生弯曲形成的变形构造. 褶皱的规模有大有小，大者可大数公里乃至数十公里，小者在显微镜下才能观测到,2.2褶皱,褶皱的基本类型 1）向形与背形：就单个褶皱

11、层的形态而言，褶皱可分为背形和向形。背形指褶皱面上凸式弯曲；向形指褶皱面下凹式弯曲。,向形与背形,2）向斜与背斜：根据褶皱的形态和组成褶皱的地层面向，将褶皱分为两种基本类型：背斜和向斜。背斜是核部由老地层、翼部由新地层组成的褶皱。向斜是核部由新地层、翼部由老地层组成的褶皱。,2）,向斜 背斜 向形背斜 背形向斜,2.2.1褶皱的组成要素,图2.2.2 褶皱要素示意图,核部：褶皱的中心部分。 翼部：褶皱中心两侧平滑弧状部分。 枢纽: 单一褶皱面上曲率最大点的连线。 轴面：各相邻褶皱面的枢纽连成的面。 转折端：褶皱从一翼到另一翼的弯曲部分。,翼间角：正交剖面上两翼夹角。 拐点：相邻向、背形共用翼上

12、曲率等于零的部分。 脊线和槽线：同一褶皱面上沿背形最高点的连线为 脊线，沿向形最低点的连线为槽线。 轴迹：褶皱轴面在地表的出露痕迹，即各褶皱面最 大弯曲点在地表出露点的连线。,2.2.2褶皱的形态分类 分类方法 1.根据轴面和两翼产状，褶皱可以分为： 直立褶皱：轴面近乎直立，两翼倾向相反，倾角近乎相等（图2.2.3A） 斜歪褶皱：轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不等（图2.2.3B） 倒转褶皱：轴面倾斜，两翼向同一方向倾斜，一翼的地层倒转（图2.2.3C） 平卧褶皱：轴面近水平，一翼地层正常，另一翼地层倒转（图2.2.3D） 翻卷褶皱：轴面弯曲的平卧褶皱（图2.2.3E）,第三系砂岩中的直立水平褶

13、皱(新疆库车河),大理岩中的倒转褶皱(中巴公路奥依塔格),斜歪水平褶皱(安徽泗县),大型平卧褶皱(中巴公路盖孜检查站),平卧褶皱-江西井岗,平卧褶皱（纳米比亚）,2.根据翼间角大小，褶皱可分为： 平缓褶皱：翼间角小于180，大于120。 开阔褶皱：翼间角小于120，大于70。 闭合褶皱：翼间角小于70，大于30。 紧闭褶皱：翼间角小于30。 等斜褶皱：翼间角近于0，两翼近乎平行。 3.根据褶皱中同一岩层在平面上出露的纵向长度和横向宽度之比，褶皱可分为： 穹隆：长度和宽度之比小于3：1的背斜构造，褶皱面自脊点向四周作放射状倾斜（图2.2.4b左下侧）。 构造盆地：长度和宽度之比小于3：1的向斜构

14、造，褶皱面从四周向中心倾斜（图2.2.4b左上侧）。,线状褶皱：长度和宽度之比超过10：1的各种褶皱（图2.2.4A）。,图2.2.4 褶皱在平面上形态的描述 A图表现为线状褶皱；B图右侧为短轴褶皱，左侧为穹窿构造和构造盆地。A-h代表地层层序,线性褶皱(阿巴拉契亚山脉),2.2.3褶皱的识别 两翼岩层总是对应出现 褶皱构造地层分布的规律 鉴别地层新老层序的方法，一般有三种： 1.岩石学方法 主要利用岩层的原生构造现象来判定其新老（上下）层位方向。,图2.2.5 利用沉积岩和火山岩中的原生构造确定岩层的上下（新老）层位方向 1波痕；2泥裂；3收敛形斜层理；4冲刷面；5氧化壳和气孔,2.小构造方

15、法 小构造：由于层间扭动或错动（剪切运动）引起内部产生一些细小构造。水平挤压形成褶皱时，层与层之间发生相对运动，新岩层向上（即逆岩层倾向方向）滑动，老岩层向下（即顺岩层的倾向方向）滑动（图2.2.6）。,图2.2.6 砂质粘土受挤压作用产生褶皱（模拟试验）,(1)层间牵引褶皱（也叫层间褶皱） 多系两厚层间的薄岩层或夹在脆性岩层间的塑性岩层发生的褶皱。牵引褶皱的轴面与岩层层面所夹锐角指向相邻岩层滑动方向。据此可判定：凡向上（逆岩层倾向方向）滑动的岩层为较新岩层；凡向下（顺岩层倾向）滑动的岩层即为较老的岩层。 (2)层间劈理 是指岩层中密集的、细微的定向裂纹和次生片状矿物的定向排列所成的容易劈开的

16、面。劈理并不十分清晰可见，肉眼需仔细观察才行，但若用手锤敲击，则很容易沿这些细微裂纹和定向矿物排列方向劈开。褶皱翼部的层间劈理与岩层层面夹角一般为锐角，且锐角指向相邻岩层滑动方向，据此可以鉴定岩层新老。,层间牵引褶皱,AA为长轴,CC为短轴,牵引褶皱曲轴面P与AA方向一致,图中大箭头代表岩层褶皱后顶板与底板的滑动方向，二者形成一对力偶，岩层中左右侧的2个菱形代表在力偶作用下变形后的应变椭球，沿着2个最大剪切面方向发生了层面劈理1和层间劈理2,岩层褶皱形形的层间劈理,层间牵引褶皱,3.古生物方法,若能找到化石,则可以较准确地确定岩层地质年代,从而可按其年代远近直接判断地层的上下(新老)关系,断裂构造是地壳中岩层或岩体受力达到破裂强度后发生断