土木工程地质教学作者于林平第三章节地质构造课件

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1、1/63,第三章 地质构造,4.1 地壳运动,4.2 地质构造,4.3 岩层产状与地层接触关系,主要内容,4.4 地质构造与土木工程建设的关系,4.5 地质图,3.1 地壳运动与地质构造 3.1 .1地壳运动,1.地壳运动的分类 地壳运动按其运动方向分为两类：水平运动和垂直运动。 （1）垂直运动 地壳或岩石圈沿垂直于地球表面方向的运动称为垂直运动，引起大型的隆起或凹陷，产生海陆变迁。 （2）水平运动 地壳或岩石圈沿地球表面切线方向的运动称为水平运动，水平运动使地壳产生拉张、挤压，因而引起岩层的褶皱和断裂，以及形成巨大的褶皱山系或巨大的地堑、裂谷。,2. 地壳运动假说,(1)收缩说:由法国科学家

2、博蒙特于1852年提出，认为地球由炽热状态逐渐冷却而成。由于冷却收缩，使地壳发生运动。,(2)均衡说:由英国普拉特和艾利于1855年提出，认为地幔内存在一个重力均衡面，均衡面以上的物质重力均等，但因密度不同而表现为厚薄不一。当地表出现剥蚀或沉积时，使重力发生变化，为维持均衡面上重力均等，均衡面上的地幔物质将发生移动，以弥补地表的重力损失，从而导致上覆地壳运动。,(3)大陆漂移说:1912年德国科学家魏格纳根据大洋岸弯曲形状的某些相似性，提出了大陆漂移的假说。他认为：在太古时代，地球上所有的陆地都是连在一起的，后来由于受到自东向西的潮汐摩擦力和从两极向赤道方向的离心力，导致大陆分裂并产生漂移。美

3、洲大陆漂得最快，亚洲、大洋洲大陆漂得最慢，成了今天的陆地块概貌。,(4)膨胀说:20世纪2030年代，膨胀说由B.林德曼和C.希尔根贝格分别提出。该学说认为原始地球有一个封闭的硅铝圈，因地球内部膨胀而导致硅铝圈的破裂、离散，形成分离的大陆；而从地幔膨胀出来的物质充填在离散的大陆之间，使洋盆不断扩大。,(5)地幔对流学说:1931年，霍姆斯等人提出了地幔对流学说，用于解释大陆漂移的力源，认为在地幔中存在物质的对流环流。在地幔的加热中心，物质变轻，缓慢上升形成上升流，到软流圈顶转为反向的平流，平流一定距离后与另一相向平流相遇而成为下降流，继而又在深处相背平流到上升流的底部，补充上升流，从而形成一个

4、环形对流体。对流体的上部平流驮着的岩石圈板块作大规模的缓慢的水平运动。在上升流处形成洋中脊，下降流处造成板块间的俯冲和大陆碰撞。,(6)板块构造说:1968年，由海底扩张说引申、发展起来的板块构造说认为，地球表层由大小不等的岩石圈板块拼合而成。这些板块“飘浮“在地幔的粘性层上，每一个板块能独立运动，并在运动中相互挤压、摩擦、碰撞。地幔物质对流是大板块运动的主要驱动力，大板块的运动引起中、小板块活动，地球的旋转极和旋转角速度对板块运动也有制约作用。,7/63,地质构造是地质体或地壳中的岩块受到应力作用造成永久变形的产物，主要包括水平构造、倾斜构造、褶皱构造、断裂构造等。 1.水平构造 岩层在平稳

5、的上升运动作用下，仍保持其水平产状，这种构造称为水平岩层（图3-1）。一般倾角小于5的岩层被认为是水平岩层。,3.1.2地质构造,水平构造的地貌景观（阶梯状陡崖）,图3-1 水平及倾斜构造示意图,9/63,2.倾斜构造 一般认为，倾斜构造是原来水平或近水平沉积的地层，在地壳运动的影响下产状改变而发生倾斜变化，此时岩层面与水平面就有了一定的倾角，成为具有倾斜构造的岩层。,3.2 岩层产状与地层接触关系 3.2.1岩层产状 1.岩层界面及岩层厚度变化 平行或近似平行的两个层面所限制的岩石称为岩层。岩层的上界面称顶面；下界面称底面。当岩层平行时，岩层的厚度保持不变。当岩层的顶底面不平行时，则岩层的厚

6、度有变化。,2岩层产状要素,(1)走向 倾斜岩层层面与水平面的相交线被称为倾斜岩层的走向线，走向线两端指示的方向即是岩层的走向， (2)倾向 在层面上与走向线垂直并沿斜面向下所引的直线为真倾斜线，此线在水平面的投影线为真倾向线，真倾向线指示的方向是岩层的真倾向，简称倾向。 （3）倾角 层面上真倾斜线与真倾向线的夹角为岩层的真倾角，简称倾角。,3.岩层产状的测量 在野外的岩石露头上用地质罗盘直接测量(见图3-3)。所测量的层面应具有代表性。 （1）测走向。 （2）测倾向。 （3）测倾角。,图3-2 岩层产状要素 AB为层面走向 DC为倾向 a为层面倾角,图3-3 岩层产状测量图示,4.岩层产状的

7、表达形式 一组走向为北西320，倾向南西230，倾角35的岩层产状，可写成：N320W，S230W，35由于岩层的走向与倾向相差90，所以在野外测量岩层的产状时，往往只记录倾向和倾角。如上述岩层的产状，可记录为SW23035或23035形式。如需知道岩层的走向时，只需将倾向加减90即可。,3.2.2地层接触关系 1整合接触 在地壳上升的隆起区域发生剥蚀，在地壳下降的凹陷区域产生沉积。当沉积区处于相对稳定阶段时，沉积区连续不断地进行着堆积，堆积物的沉积次序是衔接的，产状是彼此平行的，在形成的年代上是顺次连续的，岩层之间的这种接触关系称为整合接触(图3-4a)。,2不整合接触 在沉积过程中，如果地

8、壳发生上升运动，沉积区隆起，则沉积作用即为剥蚀作用所代替，发生沉积间断，其后若地壳又发生下降运动，则在剥蚀的基础上又接受新的沉积。由于沉积过程发生间断，所以岩层在形成年代上是不连续的，中间缺失沉积间断期的岩层，岩层之间的这种接触关系，称为不整合接触。,（l）平行不整合(图3-4b)：不整合面上下两套岩层之间的地质年代不连续，缺失沉积间断期的岩层，但彼此间的产状基本上是一致的，看起来貌似整合接触。,（2）角度不整合(图3-4c)：指不整合面上下两套岩层间的地质年代不连续，并且两者的产状也不一致，下伏岩层与不整合面相交有一定的角度。这是由于不整合面下部的岩层，在接受新的沉积之前发生过褶皱变动的缘故

9、。,图3-4 沉积岩的接触关系,(a) 整合 (b) 平行不整合 (c) 角度不整合,3.侵入接触 侵入体与被侵入围岩间的接触关系，一般是年轻的侵人岩脉穿过较老的侵人岩，但若侵入体形成后,经长期风化剥蚀,后来在侵蚀面上又,图3-5 沉积接触示意图,有新的沉积,侵入体的形成年代早于沉积岩的地质年代，这种接触是沉积接触，而非侵入接触见（图3-5）。,19/63,3.3褶皱构造 组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造，褶皱构造中岩石的每一个弯曲（一个完整的波形）都称为一个褶曲。褶曲的基本形态是背斜和向斜 。,（a） （b） 图3-6 背斜、向斜示意图 （

10、a）未剥蚀 （b）经剥蚀,20/63,背斜及向斜特征见表3-1,背斜、向斜的实践意义如下： a.背斜是石油、天然气的良好储存场所； b.向斜有利于地下水的储存； c.背斜是隧道的良好选址（背斜岩层的走向呈天然拱形，结构稳定，且不易储存地下水，便于施工）； d.背斜顶部地带岩石破碎，易开采，适宜建采石场。,23/63,3.3.1褶曲要素：,图3-7 褶皱要素示意图 AB、CD翼；BGC转折端； EF轴线； GE枢纽； EFHI轴面,1)核部：指位于褶曲中央最内部的一个岩层，是褶曲的中心部分。 2)翼 ：位于核部两侧，向不同方向倾斜的部分,如图3-7中AB、CD所包围的内部岩层。 3)转折端 褶曲

11、一翼转到另一翼的过渡部分，即两翼岩层的汇合部分，叫褶曲转折端, 如图3-7中BGC部分。 4)轴面：指从褶曲顶平分两翼的面，轴面为了标定褶曲方位及产状而划定的一个假想面，其可以是一个简单的平面，也可以是一个复杂的曲面，还可以是直立的、倾斜的或平卧的，如图3-7中HIEF面。,5)轴 ：指轴面与水平面的交线；轴的方位表示褶曲的方位；轴的长度，表示褶曲延伸的规模，如图3-7中交线EF。 6)枢纽：指轴面与褶曲同一岩层层面的交线，褶曲的枢纽有水平的，有倾斜的，也有波状起伏的；枢纽可以反映褶曲在延伸方向产状的变化情况，如图3-7中交线GE。 3.3.2褶曲的类型 1）按褶曲的轴面产状分类（图3-8）

12、a.直立褶曲 b.倾斜褶曲 c.倒转褶曲 d.平卧褶曲,图3-8根据轴面产状划分的褶曲形态类型 (a)直立褶曲（b）倾斜褶曲（c）倒转褶曲（d）平卧褶曲,2）按褶曲的枢纽产状分类（图3-9） a.倾伏褶曲 b.水平褶曲,（a） (b) 图3-9 根据枢纽产状划分的褶曲形态类型 (a)倾伏褶曲 (b) 水平褶曲,3）按褶曲的平面形态分类（图3-10） a.线形褶曲 b.短轴褶曲 c.穹隆与构造盆地,图3-10 根据褶曲平面形态划分的褶曲形态类型 (a)线状褶皱 (b)长轴褶皱、短轴褶皱 (c)穹窿构造 (d)构造盆地,(d),(b),(c),(a),4）根据转折端形态的分类(见图3-11) a.

13、圆弧褶皱 。转折端成圆弧状； b.尖棱褶皱 。两翼较平直，转折端呈尖角状； c.箱状褶皱 。转折端宽阔平直，两翼陡立； d.扇形褶皱 。两翼均向核部倾斜，因而两翼岩层新老层序倒置； e .挠曲 。出现在褶皱不发育的缓倾斜岩层中，其局部地段出现台阶式弯曲，有些学者称其为膝折。 ,（a） （b） （c） （d） （e） 图3-11 根据转折端形态划分的褶曲形态类型 （a）圆弧褶皱（b）尖棱褶皱（c）箱状褶皱（d）扇形褶皱（e）挠曲,3.3.3褶皱构造,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。在褶皱比较强烈的地区，一般的情况都是线形的背斜与向斜相间排列，以大体一致的走向平行

14、延伸，有规律地组合成不同形式的褶皱构造（图3-12），我国的一些著名山脉，如昆仑山、祁连山、秦岭等，都是这种复杂的褶皱构造山脉。,图3-12褶曲构造,3.3.4褶皱构造的野外观察,不能完全以地形的起伏情况作为识别褶曲构造的主要标志。 穿越法：垂直于岩层走向观察。 追踪法：平行于岩层走向观察。 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。,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 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

15、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,33/63,3.4断裂构造,华蓥山断裂,构成地壳的岩体，受力作用发生变形，当变形达到一定程度后，使岩体的连续性和完整性遭到破坏，产生各种大小不一的断裂，称为断裂构造。断裂构造可分为节理和断层两类。 3.4.1节理 （1）狭义的节理构造裂隙（图3-13） 岩层或岩体中分布着具有一定方向受构造应力作用发生的裂隙，但裂隙两侧的岩块又没有显著的位移，这些断裂构造称构造裂隙或构造节理，按形成节理的作用力特征可将节理分为以下3种：,1）剪节理 ，是岩层

16、受剪应力产生的裂隙。 2）张节理， 岩层在地壳运动过程中受张拉应力作用产生的节理称张节理。 3）压性节理， 压性节理是岩层受到强大的挤压作用时所形成的节理。 （2）广义节理 除构造裂隙以外，岩体的原生裂隙和风化裂隙以及其它次生裂隙也常被称为节理或称为非构造节理。,图3-13节理组合形成危岩,3.4.2劈理和片理 （1）劈理：岩体在构造应力作用下形成的沿一定方向大致相互平行的密集型细微裂面称为劈理（沿该面岩石常能被劈成薄板）。 （2）片理：强烈的变质作用使矿物压扁、拉长并定向排列，重新结晶，由此形成的相互平行，密集排列的薄片状构造形迹称为片理。 3.4.3节理的研究方法 （1）野外观测 ：研究节理应根据研究目的，选择适当的构造部位，建立节理观测点，进行节理统计。 （2）资料的室内整理 ：将野外收集的大量原始节理资料，进行室内整理，并作成有关图件供分析使用。,3.44节理调查、统计和表示方法 在野外，选择具有代表性的基岩露头，对一