第二章 地層與地質(zhì)構(gòu)造12

土木工程地質(zhì)第2章地層與地質(zhì)構(gòu)造

——地殼運動及地質(zhì)作用概念一、地殼運動的概念地殼運動的基本形式(意義)按時間分：古構(gòu)造運動（晚第三紀(jì)前）、新構(gòu)造運動（晚第三紀(jì)后）、現(xiàn)代構(gòu)造運動（人類歷史時期以來）按運動形式分：水平運動、垂直運動珊瑚灰?guī)r的抬升地殼運動原因的主要理論①對流說認(rèn)為地幔處于塑性狀態(tài)，上下部的溫差導(dǎo)致地幔物質(zhì)對流，形成地殼運動。②均衡說均衡面上的物質(zhì)在重力作用下產(chǎn)生移動，形成地殼運動。③地球自轉(zhuǎn)說認(rèn)為地球自轉(zhuǎn)速度的變化，而基底的粘著力不同，導(dǎo)致地殼物質(zhì)產(chǎn)生離心力和切向加速度，從而產(chǎn)生地殼運動。④板塊構(gòu)造說在大陸漂移說和海底擴(kuò)張說基礎(chǔ)上提出的，地球由六大板塊組成(太平洋、印度洋、歐亞、美洲、非洲、南極洲），其內(nèi)部的熱量由板塊連接處釋放，帶動板塊運動。洋底地形測量發(fā)現(xiàn)了分布于世界各大洋中脊體系，這里火山和地震活動頻繁。洋底玄武巖的年代和古地磁研究發(fā)現(xiàn)，洋脊在不停地向兩側(cè)擴(kuò)張。洋底的年齡向外越來越老，洋底最老的巖石是晚侏羅世地質(zhì)作用的概念概念：由自然動力引起的地球物質(zhì)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地表形態(tài)發(fā)生變化的作用。分類：內(nèi)能：來自地球內(nèi)部的能量，旋轉(zhuǎn)能、重力能、熱能外能：來自地球外部的能量，太陽輻射、日月引力、生物能內(nèi)力地質(zhì)作用：構(gòu)造運動、巖漿活動和變質(zhì)作用外力地質(zhì)作用：風(fēng)化作用、流水冰川作用能源和作用部位能量內(nèi)力地質(zhì)作用：由地球內(nèi)部的能

（旋轉(zhuǎn)能、重力能、輻射熱能）引起。地殼運動：水平和升降運動。巖漿作用：巖漿形成、運動、演化、冷凝。

變質(zhì)作用在高溫、高壓并有化學(xué)物質(zhì)參與下，巖石發(fā)生成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化地震作用地內(nèi)機(jī)械能突然釋放，以彈性波的形式傳播到地表引起猛烈沖擊外力地質(zhì)作用：由太陽輻射能引起，產(chǎn)生大氣環(huán)流，形成水的循環(huán)，動植物生長，在運動的過程中改造地表.河流的侵蝕風(fēng)的吹蝕冰川的刨蝕湖泊海洋的沖蝕內(nèi)力和外力地質(zhì)作用的關(guān)系：內(nèi)力地質(zhì)作用決定地表的基本形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造。———地表形態(tài)的塑造者。外力地質(zhì)作用破壞和重塑地表形態(tài)?！乇硇螒B(tài)的雕刻者。地殼上升時，遭受剝蝕。地殼下降時，接受沉積。土木工程地質(zhì)第2章地層與地質(zhì)構(gòu)造

——地層概念一、絕對年代法概念：指通過確定地層形成時的準(zhǔn)確時間，依次排列出各地層新老關(guān)系的方法。主要通過測定地層中放射性元素同位素年齡來確定。二、相對年代法概念：通過比較各地層的沉積順序，古生物特征和地層接觸關(guān)系來確定其形成先后順序，應(yīng)用廣泛。分為地層層序法和古生物法地層層序法一般情況下，先沉積的巖層在下，新沉積的巖層在上，同時也有特殊情況存在?？赏ㄟ^標(biāo)準(zhǔn)地層剖面系統(tǒng)和一些特殊的層面構(gòu)造來判定巖層的新老。示底構(gòu)造古生物法

地球表面的自然環(huán)境是不斷變化的，生物為適應(yīng)地球環(huán)境，也在不斷變化，稱為生物演化。根據(jù)生物由簡單到復(fù)雜的變化來判斷地層的新老。地球生物的演化地層接觸關(guān)系

概念：地層接觸關(guān)系是構(gòu)造運動、巖漿活動和地質(zhì)發(fā)展歷史

的記錄。可根據(jù)地層的接觸關(guān)系判別地層的新老關(guān)系。不整合面時間不連續(xù)，產(chǎn)狀不一致角度不整合侵入接觸巖漿巖穿插接觸沉積巖與巖漿巖整合接觸不整合接觸巖漿巖與圍巖接觸關(guān)系

侵入接觸

沉積接觸

侵入與沉積接觸

1-石灰?guī)r，形成最早；465312運用切割律確定各種巖石形成順序示意圖6-礫巖，形成最晚2-花崗巖，形成晚于石灰?guī)r；3-矽卡巖，形成時代同花崗巖；4-閃長巖，形成晚于花崗巖；5-輝綠巖，形成晚于閃長巖；三、地質(zhì)年代表根據(jù)地層形成順序、生物演化階段、構(gòu)造運動、古地理特

征、同位素年齡測定。地質(zhì)年代表國際通用：地質(zhì)年代單位地層單位宙……………宇代……………界紀(jì)……………系世……………統(tǒng)期……………層

我國還使用巖石地層單位：群(以重大沉積間斷或不整合為界)、組(以某一種巖相為主，夾有其他巖相)

、段(由同種巖性特征構(gòu)成)

、層。土木工程地質(zhì)2.3巖層及巖層產(chǎn)狀

一、巖層概念：構(gòu)造引起的地殼巖石變形和變位，這種變形、變位被保留下來的形態(tài)稱為地質(zhì)構(gòu)造。包括水平巖層、傾斜巖層、直立巖層、褶皺和斷裂。水平巖層

水平巖層一般出現(xiàn)在地殼運動影響輕微的地區(qū)。傾斜巖層

地質(zhì)構(gòu)造作用活動強(qiáng)烈，一般情況下為正常傾斜巖層，特別強(qiáng)烈的地區(qū)為倒轉(zhuǎn)傾斜巖層。直立巖層習(xí)慣上將巖層傾角大于85°的巖層稱為直立巖層。二、巖層產(chǎn)狀產(chǎn)狀要素

走向：巖層面與假想水平面的交線的延伸方向，有兩個值，相差180°

傾向：巖層面上最大傾斜線在水平面上投影所指的方向，與走向線垂直，只有一個量值。

傾角：指巖層面與水平面的交角，最大傾斜線與傾向線之間夾角稱為真傾角，其余稱為視傾角。真傾角與視傾角之間的關(guān)系為：水平面abdce

ab-走向線

ce-傾斜線

cd-傾向

α-傾角a

產(chǎn)狀要素的測量、記錄和圖示①測量產(chǎn)狀要素的記錄走向、傾角、傾向象限角法傾向、傾角方位角法

——長線代表走向，短線代表傾向，數(shù)字是傾角。（長短線必須按實際方位標(biāo)繪在圖上）；

——

巖層水平（0?～5?）；

——

巖層直立（箭頭指向較新巖層）；

——巖層倒轉(zhuǎn)（箭頭指向倒轉(zhuǎn)后的傾向，即指向老巖層，數(shù)字是傾角)

30°30°產(chǎn)狀要素的圖示土木工程地質(zhì)第2章地層與地質(zhì)構(gòu)造

——褶皺構(gòu)造一、褶曲構(gòu)造概念：

在構(gòu)造運動作用下巖層產(chǎn)生的連續(xù)彎曲變形形態(tài)，規(guī)模相差巨大，稱為褶皺構(gòu)造。任何單獨的一個彎曲稱為褶曲。褶皺的形成背斜和向斜背斜巖層向上拱起向斜巖層向下彎曲背斜構(gòu)造圖①巖層最老⑤巖層最新

新－－－老－－－新①②③④⑤②②③③④④⑤⑤向斜呢？類型巖層形態(tài)（一般形態(tài)）地貌巖層新老關(guān)系原始地貌侵蝕地貌背斜向斜背斜和向斜的比較向上拱起向下彎曲山嶺山谷山谷山嶺中心較老兩翼較新中心較新兩翼較老

老新新新老一般：背斜成山，向斜成谷背斜向斜背斜成谷、向斜成山探究：為什么“向斜成山、背斜成谷”背斜向斜123背斜成谷，向斜成山的形成過程1.褶皺形成初期的背斜成山，向斜成谷

褶皺形成初期，由于巖層受侵蝕很小，背斜形成山，向斜形成谷。背斜成谷，向斜成山的形成過程背斜向斜1232.褶皺構(gòu)造經(jīng)受外力的侵蝕

在受外力侵蝕的過程中，背斜頂部因受到張力，易被侵蝕，而向斜槽部因受擠壓力，不易被侵蝕。背斜向斜123背斜成谷，向斜成山的形成過程3.背斜成谷，向斜成山現(xiàn)象的形成一段時間后，由于差別侵蝕，背斜部位反而低于向斜部位，形成“背斜成谷，向斜成山”的現(xiàn)象一般：背斜成嶺，向斜成谷背斜頂部受張力，疏松易被外力侵蝕成谷地；向斜槽部受擠壓，致密不易被外力侵蝕，反而成為山嶺。特定條件下：地形倒置

背斜成谷、向斜成山“地形倒置”的原因——背斜、向斜的實踐意義1、背斜是石油、天然氣的良好儲存場所2、向斜有利于地下水的儲存3、背斜是隧道的良好選址因為背斜巖層的走向呈天然拱形，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且不易儲存地下水，便于施工4、背斜頂部地帶巖石破碎，易開采，適宜建采石場背斜巖層向上彎曲，其頂部出現(xiàn)裂隙，有利于易于揮發(fā)的油氣向上運動槽部受擠壓致密而不透水地質(zhì)構(gòu)造與石油BACDE活動1、判斷甲、乙兩地何處是背斜、何處是向斜？2、解釋甲地成為山嶺的、乙地成為谷底的原因？3、假設(shè)在這里修建一條東西向的地下隧道，應(yīng)該選擇在甲地還是乙地？背斜向斜背斜頂部因受到張力作用，巖性比較疏松，易被侵蝕成谷地。向斜槽部因受到擠壓力作用，巖性比較堅硬不容易被外力侵蝕，反而成為山嶺。因為背斜巖層的走向呈天然拱形，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且不易儲存地下水，便于施工返回褶曲要素核部中心

翼部兩側(cè)

軸面

軸線

樞紐

脊線

槽線核部褶曲分類按照褶曲橫剖面形態(tài)分

按褶曲縱剖面形態(tài)分類直立褶曲傾斜褶曲倒轉(zhuǎn)褶曲平臥褶曲水平褶曲傾伏褶曲二、褶皺構(gòu)造類型復(fù)背斜復(fù)向斜向斜寬緩，背斜狹窄，反過來呢？隔槽式土木工程地質(zhì)第2章地層與地質(zhì)構(gòu)造

——斷裂構(gòu)造一、節(jié)理概念：

節(jié)理是指巖層受力斷開后，裂面兩側(cè)巖層沿斷裂面沒有明顯的相對位移時的斷裂構(gòu)造。規(guī)模、產(chǎn)狀、危害節(jié)理分類

按成因分類：原生節(jié)理、次生節(jié)理（構(gòu)造節(jié)理、表生節(jié)理）表生節(jié)理：

由于卸荷、風(fēng)

化、爆破施工

形成構(gòu)造節(jié)理：

由于構(gòu)造運動

破壞巖石形成按照力學(xué)性質(zhì)分類：剪節(jié)理、張節(jié)理剪節(jié)理：

一般為構(gòu)造節(jié)理，由構(gòu)造應(yīng)力形成的剪切破裂面組成；一般成對出現(xiàn)，相互交切為X狀。張節(jié)理：

可以是構(gòu)造節(jié)理也可以是表生節(jié)理或原生節(jié)理，由張應(yīng)力形成；整個巖體透水性較強(qiáng)。按與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系分類：走向節(jié)理、傾向節(jié)理、斜交節(jié)理

按照節(jié)理的張開程度分：寬張節(jié)理（d＞5mm）、張開節(jié)理(3＜d＜5)、微張節(jié)理(1＜d＜3)、閉合節(jié)理(d＜1mm)二、節(jié)理發(fā)育程度分級三、節(jié)理調(diào)查內(nèi)容1.節(jié)理的成因類型、力學(xué)性質(zhì)；2.節(jié)理的組數(shù)、密度和產(chǎn)狀；3.節(jié)理的張開度、長度和節(jié)理面壁的粗糙度；4.節(jié)理的充填物質(zhì)及厚度、含水情況；5.節(jié)理發(fā)育程度分級。2.5.2斷層概念：

巖層受力斷開后，斷裂面兩側(cè)巖層沿斷裂面有明顯相對位移時的斷裂構(gòu)造。重要的地質(zhì)構(gòu)造，對建筑穩(wěn)定性起重要作用斷層要素（斷距）1.斷層面2.斷層線3.上盤4．下盤斷層常見分類按上、下盤相對運動方向分類：正斷層、逆斷層、平移斷層

形成原因？平移斷層逆斷層正斷層地壘地塹正斷層典型構(gòu)造返回疊瓦式——逆沖斷層的發(fā)展模式逆掩斷層逆斷層典型構(gòu)造——四川彭縣逆沖推覆構(gòu)造（輾掩斷層）逆沖斷層—傾角大于45度逆掩斷層—傾角在25到45之間飛來峰產(chǎn)狀陡立的上寒武統(tǒng)灰?guī)r沿平緩的斷層面推掩在下奧陶統(tǒng)賈旺組泥巖之上，在山頂殘留成飛來峰。返回平移斷層返回按斷層產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系分類

F1-走向斷層；F2-傾向斷層；F3-斜向斷層按斷層走向與褶曲軸走向的關(guān)系分類：平行縱斷層；垂直橫斷層；斜交斜斷層。褶曲被橫斷層錯斷引起的效應(yīng)按照斷層力學(xué)性質(zhì)分類：

壓性斷層：由壓應(yīng)力作用形成，走向垂直于主壓應(yīng)力方向，

呈逆斷層形式，斷面舒緩，斷裂帶寬大，常有斷

層角礫巖。

張性斷層：在張應(yīng)力作用下形成，走向垂直于張應(yīng)力方向，

常為正斷層形式，斷面粗糙，多呈鋸齒狀。

扭性斷層：在切應(yīng)力作用下形成，與主壓應(yīng)力交角小于45度

，常成對出現(xiàn)，斷面光滑，常有大量擦痕。三、斷層的存在判別構(gòu)造線標(biāo)志

構(gòu)造線突然消失或錯位！巖層分布標(biāo)志

斷層常會造成部分地層的重復(fù)或缺失現(xiàn)象！正斷層：地層重復(fù)逆斷層：地層缺失大傾角：地層缺失大傾角：地層重復(fù)小傾角：地層重復(fù)小傾角：地層缺失○○○○○○○○○○斷層的伴生現(xiàn)象①擦痕、階步和摩擦鏡面；②構(gòu)造巖；③牽引現(xiàn)象③②①①地貌標(biāo)志①斷層崖和斷層三角面；②斷層湖、斷層泉；③錯斷的山脊、急轉(zhuǎn)的河流。斷層崖斷層三角面①①①東非大裂谷①②③四、斷層性質(zhì)的判別判別程序：產(chǎn)狀→確定上下盤→上下盤運動方向→斷層性質(zhì)上下盤運動方向的判別方法：①地層時代法（上升老，下降新）；②地層界限法（斷層橫斷褶曲）；③斷層伴生現(xiàn)象（牽引彎曲方向）；④符號識別。45°正斷層平移斷層逆斷層70°土木工程地質(zhì)第2章地層與地質(zhì)構(gòu)造

——地質(zhì)構(gòu)造對工程的影響一、邊坡巖層產(chǎn)狀與邊坡坡向間的關(guān)系對邊坡穩(wěn)定其控制作用。穩(wěn)定易滑易崩穩(wěn)定二、隧道巖層產(chǎn)狀與隧道軸向取向關(guān)系重大！易塌方軟巖塌方偏壓，順層滑動堅硬水平巖一般情況下應(yīng)盡量避免將隧洞設(shè)置在褶曲的軸部，此處裂隙發(fā)育，地下水豐富，容易引發(fā)塌方。隧道橫穿背斜時，兩端壓力大，中間壓力??；橫