工程地质学课件.ppt

1 63 第三章地质构造 第一节地质作用 第二节地质年代 第三节岩层产状 主要内容 第四节褶皱构造 第六节地质图 第五节断裂构造 2 63 由自然动力引起地壳的物质组成 内部结构和地表形态发生变化和发展的作用称为地质作用 按动力来源分为 内力地质作用 endogenicgeologicalprocess 外力地质作用 exogenicgeologicalprocess 第一节地质作用 3 63 内力地质作用 由地球内部的能 旋转能 重力能 辐射热能 引起 4 63 地壳运动 tectonism 水平和升降运动 5 63 三根大理石柱的升降变化示意图 升降运动 造陆 水平运动 造山 第一节地质作用 6 63 世界上最有名的实例是意大利那不勒斯湾塞拉比斯古庙 建于公元前的古罗马时代 古庙的废墟中耸立着三根大理石柱 高12米 从底向上的3 6米石柱表面光滑无痕 再向上2 7米则被虫蛀出许多梨状小孔 有海水浸没的痕迹 其上的石柱仍完好如初 这个古庙显然是建在陆地上的 曾有一段时间因地表下沉 石柱没入海内6 3米 下部的3 6米因被海底泥沙或火山灰掩埋而未受虫蛀 18世纪时石柱重又升出海面 现在又在下降 可能从19世纪开始 故石柱的基部已浸没在水中了 世界上典型的大面积上升的例子见于北欧的斯堪的那维亚半岛 以半岛的内部上升最快 据阶地和海岸线的位置计算的上升速率是0 5米 百年 上升的原因 普遍认为是冰川消融后的减负作用 即 这里原发育大陆冰盖 见前 冰川的恶作剧 一节 实际上加了个沉重的负载 冰川融掉了 这个负载也去掉了 大地象是 苏醒 过来似的 发生大面积上升 我国的华北平原则是现代下沉区 在河北昌黎县城附近有一指路石碑 标明离县城2 5km 离海边2 5km 而现在这个碑离海只有1km多了 因为陆地的沉降 原海边的一座古庙已被淹没 也有人用冰川消融来解释这个现象 认为冰川融化后使海平面上升 所以低洼的地方就被海水浸没了 并估计这里的海岸线已向陆推进约23 24km 第二节地质年代 7 63 地震作用 earthquake 地内机械能突然释放 以弹性波的形式传播到地表引起猛烈冲击 汶川地震 8 63 岩浆作用 magmatism 岩浆形成 运动 演化 冷凝 9 63 变质作用 metamorphism 在高温 高压并有化学物质参与下 岩石发生成分 结构构造的变化 生成新的岩石 10 63 各种内力地质作用是相互关连的 构造运动形成断裂 引起地震 并为岩浆活动创造通道 构造运动和岩浆活动引起变质作用 地壳运动在内力地质作用中起主导地位 11 63 外力地质作用 由太阳辐射能引起 产生大气环流 形成水的循环 动植物生长 在运动的过程中改造地表 12 63 外力地质作用的营力 河流的侵蚀 地下水的潜蚀 风的吹蚀 冰川的刨蚀等 湖泊海洋的冲蚀 13 63 一般按风化 剥蚀 搬运 沉积 硬结成岩的程序进行 风化 weathering 在地表环境下由于大气 水 生物等作用 岩石在原地分解和破坏 剥蚀 denudation 各种地质营力 在运动过程中对地表岩石产生破坏 并把破碎分解了的产物剥离原地 14 63 搬运 transportation 拖曳搬运悬浮搬运溶解搬运 硬结成岩 diagenesis 压实胶结重结晶 沉积 sedimentation 机械沉积化学沉积生物化学沉积 15 63 外力地质作用主要影响因素是 气候和地形 我国温度带的划分图 16 63 我国干湿地区划分图 17 63 潮湿气候区 河流 湖泊 地下水发育 风化彻底 如东南沿海 干旱气候区 暴雨 风力强 咸水湖 如西北高原 冰冻气候区 气温低 蒸发量小 生物稀少 冰川盘踞 如两极和高山地区 18 63 中国地势分布示意图 19 63 大陆以剥蚀为主 海洋以沉积为主 山区以剥蚀为主 平原以沉积为主 20 63 内力和外力地质作用的关系 内力地质作用决定地表的基本形态和内部构造 地表形态的塑造者外力地质作用破坏和重塑地表形态 地表形态的雕刻者地壳上升时 遭受剥蚀 地壳下降时 接受沉积 21 63 绝对年龄 通过放射性元素蜕变周期测定 适用于岩浆岩 变质岩地区 钾 氩 铀 铅和碳 14 第二节地质年代 式中 t 岩石实际地质年龄 衰减系数 每年每克母体同位素能产生的字体同位素的克数 D 岩石中放射性元素蜕变而成的子体同位素含量 N 岩石中放射性元素蜕变后剩余的母体同位素含量 22 63 第二节地质年代 相对年代 适用于沉积岩地区 地层层序律古生物层序律岩性对比法地质体接触关系 23 63 地层接触关系 层状地层接触关系整合接触 conformity 时间上连续 产状上一致 反映地壳连续均匀下降 24 63 平行不整合 disconformity 时间上不连续 产状一致 反映地壳间断上升 25 63 角度不整合 discordant 时间上不连续 产状不一致 反映地壳剧烈运动 26 63 2 岩浆岩与围岩接触关系 侵入接触沉积接触侵入与沉积接触 27 63 地质年代单位 宙 代 纪 世 期 从大到小 地层单位 宇 界 系 统 阶 从大到小 地质年代单位和地层单位 28 63 地质年代表 寒武纪 晚寒武世 中寒武世 早寒武世 29 63 地质年代表 寒武纪 晚寒武世 中寒武世 早寒武世 30 63 地质年代表 寒武纪 晚寒武世 中寒武世 早寒武世 显生宙 31 63 地质年代表 寒武纪 晚寒武世 中寒武世 早寒武世 显生宙 显生宙 32 63 地质年代表 寒武纪 晚寒武世 中寒武世 早寒武世 33 63 水平岩层 horizontalstratum 第三节岩层倾向 水平构造的地貌景观 阶梯状陡崖 34 63 倾斜岩层 tiltedstratum 单斜构造的力学成因 图4 3地层层序 a 正常层序 b 倒转层序 35 63 产状三要素 elementsofattitude 走向 strike 岩层面和任一假想水平面交线的延伸方向 倾向 dip 岩层的倾斜方向 与走向线垂直 只有一个 倾角 dipangle 岩层层面与水平面的最大锐角 36 63 产状三要素 elementsofattitude 表示方法 岩层产状一般用方位角表示 通常格式是 走向南西200 倾角南东110 倾角30 表示为200 SE 30 因走向可用倾向加减90 得到 一般只用倾向和倾角 表示为110 30 37 63 第四节褶皱构造 fold 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 称为褶皱构造 38 63 一 褶皱的力学成因 a 水平挤压力 b 垂直作用力 c 力偶作用 39 63 二 褶曲要素 枢纽 hinge 组成褶皱的岩层的同一层面上各个最大弯曲点的联线叫枢纽 核部 core 两翼 limb 轴面 axialplane 是连接褶皱各层枢纽构成的面 它是一个抽象的面 轴线 axialline 是轴面与水平面的交线 40 63 三 褶皱构造基本形态 背斜 anticline 岩层向上弯曲 核部老 两翼新 向斜 syncline 岩层向下弯曲 核部新 两翼老 41 63 四 褶皱类型 按轴面产状分 直立 倾斜 倒转 平卧 42 63 按枢纽产状分 按褶曲长短轴的比例分 图4 10穹隆和构造盆地 a 穹隆 b 构造盆地 44 63 五 褶皱构造野外观察方法 背斜成谷 向斜成山 穿越法 垂直于岩层走向观察 追踪法 平行于岩层走向观察 45 63 六 褶皱构造的工程地质评价 对隧道工程 46 63 六 褶皱构造的工程地质评价 对深路堑和高边坡 山坡岩层地质构造的影响a 向斜山 b 背斜山 c 单斜山1 有利情况 2 不利情况 47 63 第五节断裂构造 fracture 华蓥山断裂 48 63 一 断裂构造的力学机制 49 63 断裂构造的形成 50 63 二 断裂构造的分类 节理 裂隙 是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造 也称为裂隙 断层断层是岩体破裂后 两侧岩块产生显著位移的断裂构造 51 63 一 节理 joint 原生节理 岩石在成岩过程中形成的节理 次生节理 包括风化节理 卸荷节理等 构造节理 由于地壳构造运动而形成的节理 分为张节理和剪节理 52 63 表4 2裂隙发育程度分级表 53 63 裂隙调查 统计和表示方法 选择代表性的基岩露头 对一定面积内的裂隙进行测量 54 63 裂隙走向玫瑰图表示方法 55 63 节理的工程地质评价 岩体中存在裂隙 破坏了岩体的整体性 促进岩体风化速度 增强岩体的透水性 因而使岩体的强度和稳定性降低 裂隙主要发育方向与路线走向平行 倾向与边坡一致时 易发生崩塌等不稳定现象 56 63 二 断层 fault 断层要素 断层面 带 断盘断距 57 63 断层基本类型 正断层 normalfault 逆断层 reversefault 平移断层 parallelfault 58 63 断层组合形式 叠瓦式断层 59 63 按断层与褶皱轴的关系分 纵向断层F1 横向断层F2 斜向断层F3 60 63 断层的识别 地层界限不连续或岩层中断 61 63 岩层不对称重复或缺失 62 63 断层破碎带及构造岩 擦痕 牵引构造及伴生节理 63 63 断层工程地质评价 由于断裂构造的存在 破坏了岩体的完整性 加速了风化作用 地下水的活动及岩溶发育 从而在以下几方面对工程建筑产生影响 1 断层对工程建设十分不利 特别是道路工程建设中 选择线路 桥址和隧道位置时 应尽可能避开断层破碎带 2 当道路和隧道与断层走向平行时 选线尽可能避开断层破碎带 而当必须穿越断层时 应垂直断层走向穿越 3 断层破碎带降低了地基岩体的强度和稳定性 建于其上的建筑易产生较大的沉降 开裂和倾斜 4 跨越断裂带的建筑物 易产生不均匀沉降 64 63 一 地质图 geologicalmap 的类型 普通地质图地貌及第四纪地质图工程地质图水文地质图 地质平面图地质剖面图地层柱状图 第六节地质图 65 63 二 地质图规格 地质平面图应有图名 图例 比例尺 编制单位和编制日期等 比例尺的大小反映了图的精度 比例尺越大 图的精度越高 对地质条件的反映也越详细 越准确 66 63 水平构造 直立构造 三 各种地质界面在地质图上的表现 67 63 倾斜构造 V字形法则 1 倾向反 同弯曲且曲率小 68 63 2 倾向同 倾角大 反弯曲 69 63 3 倾向同 倾角小 同弯曲但曲率大 70 63 水平岩层和倾斜岩层地质图 练习 地质图分析 71 63 褶皱在地质图上的表现 水平褶曲 倾伏褶曲 72 63 断层构造在地质图上的表现 b 73 63 地层接触关系在地质图上的表现 图4 28不整合E与Q 平行不整合 T与E 角度不整合 74 63 读图方法 比例尺 图例 地貌 地层分布和岩性 地质构造 物理地质现象 工程地质评价 75 63 图4 29宁陆河地区地质图 76 63 图4 29宁陆河地区地质图 77 63 复习思考题1 什么是相对地质年代 什么是绝对地质年代 地层的相对地质年代是怎样确定的 2 地质年代单位和时间地层单位的含义及相互关系怎样 3 熟悉地质年代表及第四纪地质年代的划分 4 什么是地壳运动及地质构造 两者的关系如何 5 什么叫岩层的产状 产状三要素是什么 岩层产状是如何测定和表示的 78 63 6 什么叫褶皱构造 什么叫褶曲 褶曲要素及基本形态有哪些或是什么 7 如何识别褶曲并判断其类型 8 如何区别张节理与剪节理 9 什么叫断层 断层由哪几部分组成 断层的基本类型有哪些 在野外如何识别层 10 试说明岩层间接触关系的类型 各自的含义及识别方法 11 什么是活断层 它具有哪些特征 79 63 12 试说明研究和学习各种地质构造有何工程意义 13 什么是地质图 地质图的基本