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第二章 地质构造,4.1 岩层产状与地层接触关系 4.2 褶皱 4.3 节理 4.4 断层 4.5 地震 4.6 活断层 4.7 地质图,第二章 地质构造,2.1 构造运动与地质构造 构造运动是一种机械运动，按运动方向可分为水平运动和垂直运动。 水平运动使岩块相互分离裂开或是相向聚汇，发生挤压、弯曲或剪切、错开。 垂直运动则使相邻块体作差异性上升或下降。 构造运动使岩层发生变形和变位，形成的产物称为地质构造。常见的地质构造有褶皱、断层和节理。断层和节理又统称断裂构造。,2.2 地质年代,2.2.1 相对年代与绝对年代 地质学以相对年代和绝对年代两种方法计算时间： 表示地质事件发生的先后顺序为相对年代； 表示地质事件发生至今的年龄称为绝对年代（同位素年龄）。,相对年代的确定,确定方法有： 地层层序法 古生物化石法 切割律（地层接触关系法）,（1）地层层序法,是确定地层相对年代的基本方法。未经过构造运动改造的层状岩层大多是水平岩层。水平岩层的层序为每一层都比它下伏的相邻层新而比它上覆的相邻层老，即下老上新，这就是地层层序律的基本内容。,（2）古生物化石法,沉积岩中保存的地质时期生物遗体和遗迹称为化石。 根据化石确定岩层的地质年代，这就是古生物化石法 在漫长的地质历史时期内，生物从无到有、从简单到复杂、从低级到高级发生不可逆转的发展演化。所以不同地质时代的岩层中含有不同类型的化石及其组合。,（3）切割律,不同时代的岩层或岩体常被侵入岩侵人穿插，就侵入岩与围岩相比，侵入者时代新，被侵入者时代老，这就是切割律。,2.2.3 地质年代表,通过对全球各个地区地层划分和对比以及对各种岩石进行同位素年龄测定，按年代先后进行系统性的编年，列出“地质年代表”。 地质年代表使用不同级别的地质年代单位和年代地层单位。 地质年代单位包括：宙、代、纪、世； 年代地层单位分别是宇、界、系、统。,我国地史概况,太古代（界、ar） 太古界主要分布于华北地区，为各类片岩、片麻岩。在冀东迁西地区发现同位素年龄为 34.336.7亿年的变质岩，这是我国目前已知的最老地层。 太古代时可能地球上已有原始生物，但至今尚未发现可靠化石。太古代末有一次强烈的地壳运动，我国称五台运动，表现为元古界不整合覆于太古界之上，同时有花岗岩侵入。,元古代（界、pt） 元古界主要分布于华北及长江流域，此外还分布在塔里木盆地及天山、昆仑山、祁连山等地。 元古界分上、下两部分：下部为下元古界，为浅变质的沉积岩或沉积一火山岩系；上部称震旦系，为未变质的砂岩、石英岩、硅质灰岩（产藻类化石）和白云岩组成。 早元古代末期的地壳运动，称吕梁运动，使震旦系与下元古界呈角度不整合接触。,古生代（界、pz） 古生代是地球上生物繁盛的时代。所以，从寒武纪开始，就可以利用古生物化石来划分地层。古生代地层主要为石灰岩、白云岩、碎屑岩等海洋环境沉积。中、上石炭统和上二叠统在一些地区含煤。二叠纪末部分地区上升成为陆地。 早古生代的地壳运动，世界上称为加里东运动。在我国南方表现为泥盆系与前泥盆系为角度不整合接触。二叠纪末期地壳运动影响广泛，内蒙、天山、昆仑山都发生强烈褶皱上升成山，并有岩浆活动，称之为海西运动。古生代末，海水消退，中国大陆雏形出现。,中生代（界、mz） 中生代意为“中等生物”的时代，以陆上爬行动物盛行为特征。 中生代时除南方部分地区和西藏等地为海洋环境外，我国大部分已形成为陆地。三叠系、株罗系都是主要含煤地层。 中生代发生多次强烈地壳运动，主要有印支运动和燕山运动，并伴随有广泛的岩浆侵入活动和火山爆发。中生代构造活动，奠定了我国东部地质构造的基础。,新生代（界、kz） 新生代为近代生物的时代。哺乳动物和被子植物非常繁盛。新生代包括第三纪和第四纪。 第三纪仅台湾和喜马拉雅地区仍被海水淹没，我国第三系主要为陆相红色碎屑岩沉积并含有丰富的岩盐。第三纪末期的地壳运动称为喜马拉雅运动，它使台湾和喜马拉雅地区褶皱上升成为山脉，并伴有岩浆活动，我国其它地区表现为断块活动。,第四纪地质概述,第四纪是新生代最晚的一个纪，也是包括现代在内的地质发展历史的最新时期，第四纪的下限一般定为二百万年。 第四纪分为更新世和全新世，将更新世分为早、中、晚三个世。,第四纪地质年代表,第四纪地质概况,大约在二百多万年前地球上出现了人类，这是最重大的事件。北京附近周口店的石灰岩洞穴中发现了大约生活在四、五十万年以前的“北京猿人”头盖骨化石及其使用的工具。 第四纪时期地壳有过强烈的活动，为了与第四纪以前的地壳运动相区别，把第四纪以来发生的地壳运动称为新构造运动。 地球上巨大块体大规模的水平运动、火山喷发、地震等都是地壳运动的表现。 第四纪气候多变曾多次出现大规模冰川。 地区新构造运动的特征，对工程区域稳定性问题的评价是一个基本要素。,第四纪气候与冰川活动,第四纪气候冷暖变化频繁，气候寒冷时期冰雪覆盖面积扩大，冰川作用强烈发生，称为冰期。 气候温暖时期，冰川面积缩小，称为间冰期。 中国大陆在冰期时，海平面下降，渤海、东海、黄海均为陆地，台湾与大陆相连，气候干燥、风沙盛行、黄土堆积作用强烈。 根据深海沉积物研究，第四纪冰川作用有20次之多，而近80万年每10万年有一次冰期和间冰期。,2.3 岩层的产状 岩层的产状是指岩层的空间位置，它是研究地质构造的基础。 产状用走向、倾向和倾角来表示，称为产状要素。 产状要素用地质罗盘进行测量 。,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：层面与水平面所夹的最大锐角。,2.4 褶皱,岩层受力而发生弯曲变形称为褶皱。,2.4.1 褶皱要素 为了描述褶皱的空间形态，通常把褶皱的各组成部分称褶皱要素，主要褶皱要素如下： 核部 为褶皱中心部位的地层，当剥蚀后，常把出露在地面褶皱中心部分的地层称为核。 翼部 为褶皱核部两侧的地层。 枢纽 同一褶皱层面的最大弯曲点的联线叫做枢纽。枢纽可以是直线，也可以是曲线；可以是水平线，也可以是倾斜线。 轴面 褶皱内各相邻褶皱面上的枢纽连成的面称为轴面。轴面是一个设想的标志面，它可以是平面，也可以是曲面。轴面与地面或其它任何面的交线称轴迹。,4.2.2 褶皱的类型 褶皱有两种基本形态：背斜和向斜。 背斜是两翼岩层以核部为中心向两侧倾斜，形态上是岩层向上弯曲。背斜核部出露的岩层时代相对较老，而翼部时代相对较新； 向斜是两翼岩层向核部倾斜，形态上是岩层向下弯曲的褶皱。向斜核部岩层时代较新，冀部时代较老。,（1）根据轴面产状，褶皱可分为： 直立褶皱 轴面近于直立，两翼倾向相反，倾角大小近于相等。 斜歪褶皱 轴面倾斜，两翼岩层倾斜方向相反，倾角大小不等。 倒转褶皱 轴面倾斜，两翼岩层向同一方向倾斜，倾角大小不等。其中一翼岩层为正常层序，另一翼岩层倒转。若两翼岩层向同一方向倾斜，倾角大小又相等，称同斜相褶皱。 平卧褶皱 轴面近于水平，一翼岩层为正常层序，另一翼岩层为例转层序。 翻卷褶皱 轴面为一曲面。,2.4.4 褶皱的野外识别,依据岩石地层和生物地层特征，查明和确立调查区地质年代自老至新的地层层序是首要的工作。 然后，沿垂直地层走向进行观察，褶皱存在的标志是在沿倾斜方向上相同年代的地层作对称式重复出现。就背斜而言，核部岩层较两侧岩层时代老。而向斜则核部岩层较两侧岩层时代新。,2.4.5 褶皱构造的工程地质评价,褶皱的核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，这些裂隙把岩层切割成块状。在变形强烈时，沿褶皱核部常有断层发生，造成岩石破碎或形成构造角砾岩带。此外，地下水多聚积在向斜核部，背斜核部的裂隙也往往是地下水富集和流动的通道。 由于岩层构造变形和地下水的影响，所以公路、隧道工程或桥梁工程在褶皱核部容易遇到工程地质问题。 褶皱的翼部不同于核部，在褶皱两翼形成倾斜岩层容易造成顺层滑动，特别是当岩层倾向与临空面坡向一致，且岩层倾角小于坡角，或当岩层中有软弱夹层，如有云母片岩、滑石片岩等软弱岩层存在时应慎重对待。,2.5 断裂构造,岩石受力后发生形变，当作用力超过岩石的强度时，岩石的连续完整性遭到破坏而发生破裂，形成断裂构造。 2.5.1 节理 断裂构造包括节理和断层： 岩石破裂后，沿破裂面无明显位移者称为节理； 有明显位移滑动者称断层。,1. 节理的类型,按节理的成因，分原生节理和次生节理两大类。 原生节理是指在成岩过程中形成的节理。例如沉积岩中的泥裂，火山熔岩冷凝收缩形成的柱状节理，岩浆侵入过程中由于流动作用及冷凝收缩产生的各种原生节理等。,次生节理是指岩石成岩后形成的节理，包括非构造节理和构造节理。 非构造节理是指岩石由风化作用、崩塌、滑坡、冰川及人工爆破等外动力地质作用下所产生的裂隙。非构造节理常分布在地表浅部的岩土层中，延伸不长，形态不规则，多为张开的张节理。 构造节理是地壳构造运动的产物，常与褶皱、断层相伴出现并在成因和产状上有一定的联系，是广泛存在的一种节理。,构造节理，按其形成的力学性质，分成张节理和剪节理两类： 张节理 由张应力作用下形成的。其方向垂直于主张应力，而平行于主压应力。张节理多数是张开的，节理面粗糙不平，面上不具擦痕。发育在碎屑岩中的张节理往往绕砾石和粗砂粒而过，并不切穿颗粒。 剪节理 是由剪应力作用而形成的，剪节理常成对出现，称为其轭剪节理。两共轭剪节理面的交线与中间主应力平行一致，两面锐交角等分线常为最大主应力作用方向。节理面两侧岩块有微小位移，节理面上常可见擦痕。节理面平直光滑，并常紧闭。砾岩和砂岩中的剪节理往往平整地切割砾石和粗砂粒。,4.3.2 节理对工程的影响,节理将岩层切割成块体，这对岩体强度和稳定性有很大影响。 节理间距越小，岩石破碎程度越高，岩体承载力将明显降低。 岩层中发育的节理裂隙是地下水的通道，同时也会对风化作用起着加速进行的效应。 随着岩石风化程度增强和水对岩石的浸泡软化，岩块质地变软、强度降低。,2.5.2 断层,岩层受力发生破裂，破裂面两侧岩块发生明显的位移，这种断裂构造称断层。 断层是地壳中最重要的一种地质构造。,4.4.1 断层要素,断层的各个组成部分称为断层要素。断层要素包括断层面、断层线、断层盘等。 断层面是指相邻两岩块断开或沿其滑动的破裂面，它的空间位置由其走向、倾向、倾角决定。断层面还常常表现为具有一定宽度的破裂带，并可以由许多破裂面组成，称断层带。断层带宽度不一，从几米至数百米。 断层面与地面或其它的面的交线称为断层线。 断层盘是指断层面两侧相对移动的岩块。断层盘有上下之分，也有上升盘与下降盘之分。,未发生断裂前属同一层的岩层称相当层。 断层发生后，相当层沿断层面移动的距离称为断距。 错断前的一点在错动后分成的两个对应点之间的实际距离称滑距。,4.4.2 断层的类型,（1）按断层两盘相对运动分类 正断层 是沿断层面倾斜方向，上盘相对下降，下盘相对上升的断层，这种断层一般是水平方向引张力作用或重力作用下形成的，倾角大于45或在60以上。 逆断层 是沿断层面倾斜方向，上盘相对上升，下盘相对下降的断层。逆断层一般是在两侧受到近于水平的挤压力作用下形成的。由于形成的力学条件与褶皱近似，所以多与褶皱伴生。 平移断层 是断层两盘沿断层走向方向发生位移的断层，其倾角通常很陡，近于直立。,逆断层： 倾角大于45的称为高角度逆断层，常与正断层发育在一起，被归属为高角度断层一类。 倾角小于45的低角度逆断层，称逆冲断层或逆掩断层。 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（数公里至数十公里）的逆掩断层，称为推覆构造。 推覆构造多出现在地壳强烈活动的地区。例如欧洲阿尔卑斯山区的格拉鲁斯推覆构造，其上盘推覆距离达40 km。,平移断层： 根据断层两盘相对位移方向，又可进一步区分为右行（或右旋）和左行（或左旋）平移断层。 当垂直断层带走向观察断层时，对盘向右手方滑动（顺时针方向）称为右行平移断层；对盘向左手方滑动（逆时针方向滑动）者为左行平移断层。 大型平移断层称走向滑动断层或简称走滑断层。它们规模巨大，延伸长达数百公里甚至数千公里。例如北美西部圣安德列斯走滑断层，其走向北北西，延伸约 2000 km，右行平移距离达 500 km，从白垩纪至今仍在活动，形成世界著名的地震活动带。,（2）断层组合类型 阶梯状断层 是由若干条产状大致相同的正断层平行排列而成。 地堑与地垒 是由走向大致相同、倾向相反、性质相同的两条或数条断层组成的，断层中间有一共同的下降盘，称为地堑；断层中间有一共同的上升盘，称为地垒。 地垒常是断块隆起的山地，如江西的庐山；地堑在地貌上呈狭长的谷地、盆地与湖泊，如我国的汾渭地堑、著名的莱茵地堑、贝加尔湖地堑等。 叠瓦构造 是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。叠瓦构造中各断层面的倾角向下变缓，在深处有时收敛成一条主干大断层。,（3）按断层与所在岩层产状关系分类 走向断层（纵断层） 断层走向与岩层走向平行。 倾向断层（横断层） 断层走向与岩层走向垂直。 斜向断层（斜断层） 断层走向与岩层走向斜交。 顺层断层 断层面与岩层层理基本一致。,4.4.3 断层存在的标志（1）,判断断层存在的标志，主要是地层和构造方面的依据，其次是地貌、水文等方面。 （1）地质体不连续 岩层、岩体、岩脉、变质岩的片理等沿走向突然中断、错开而出现不连续现象，说明可能有断层存在。,（2）断层面（带）的构造特征 镜面、擦痕与阶步 断层面表现为平滑而光亮的表面称镜面。其上常覆有数毫米厚的铁质、碳质或钙质薄膜，称动力膜。 断层面上出现平行且均匀细密排列的沟纹称为擦痕。镜面和擦痕都是断层两盘岩块相对错动时在断层面上因摩擦和碎屑刻画而留下的痕迹。 阶步是指断层面上与擦痕垂直的微小陡坎，是局部阻力的差异或因断层间歇性运动的顿挫而形成。阶步又分正阶步与反阶步，它们可指示断层两盘动向。 牵引构造 牵引构造是断层两盘相对运动时，断层附近岩层因受断层面摩擦力拖曳发生弧形弯曲的现象。牵引褶皱弧形弯曲突出的方向一般指示本盘的相对运动方向。 断层岩 断层岩是断层带中因断层动力作用被破碎、研磨，有时甚至发生重结晶作用而形成的岩石。主要有断层角砾岩、碎裂岩及糜棱岩等。,4.4.3 断层存在的标志（2）,断层角砾岩由断层两盘岩石的碎块组成，由磨碎的岩屑、岩粉及地下水带来的钙质、硅质、铁质胶结。发育在正断层的断层带中时，角砾棱角分明、杂乱无章称为张性角砾岩。而在较大的逆断层、平移断层和低角度正断层中，由于断层上覆压力大、位移量也较大，角砾经揉搓、碾滚而且有一定程度圆化，称压碎角砾岩或断层磨砾岩。 碎裂岩是比断层角砾岩破碎程度高、碎块更细小的构造岩，若其中残留有较大的碎块，则称为碎斑岩；若被研磨成泥状，其单颗粒不易分辨而又未固结者称断层泥。 糜棱岩是一种具层纹构造的细粒岩石，外观颇似硅质岩。它主要是在较高的温度、压力及低应变速率条件下，由矿物晶体发生塑性变形而形成的构造岩。它不出现在脆性破裂构造的断层中，它是韧性剪切带（韧性断层）中的典型构造岩。,（3）地貌和水文等标志 断层两盘差异性升降运动，常形成陡立的峭壁，称断层崖。 断层崖沿断层线分布时形成明显的线性构造。若断层崖后来受到与崖面垂直方向的流水切割、侵蚀，往往形成沿断层走向分布的一系列三角形陡崖，称为三角面山。 串珠状分布的湖泊、洼地和带状分布的泉水等都是可能有断层存在