水工地质2地质构造

第二章地质构造,Chapter2GeologicalStructure,第一节地质年代与地层产状（1.0学时）第二节褶皱构造（1.5学时）第三节断裂构造（2.5学时）第四节地质图（1.0学时）,本章结构,地质构造,而要研究地质构造，需要掌握时间和空间两个方面的描述工具，了解和描述地球发展史就是时间的前提。,地质构造,*地质构造：指组成地壳的岩层和岩体在内、外动力地质作用下发生的变形、变位。,地质年代是对地球历史包括构造变动历史进行编年研究的时间工具。,地质构造,第一节地质年代与地层产状,（1）年代地层单位：即以时间为标准的划分体系，相当于世纪、年、月、日、时宙代纪世期,地质构造,一、地质年代,1地质年代的划分体系地质年代有两套对应的划分体系,（2）岩石地层单位：以岩石空间规模和上下位置关系为依据的划分体系。宇界系统阶XX界指的是XX代中形成的一整套岩石地层的总和。如太古界指的是太古代内形成的所有岩石的总和。,(geologicaltime),地球46亿年的历史的阶段划分依据的是重大的地壳变动事件，动、植物的演化阶段。由此，地球历史可划分为以下的地质年代体系：,地质构造,2地质年代表,第四纪（Q）新生代（Kz)第三纪（R）白垩纪（K）中生代（Mz）侏罗纪（J）三叠纪（T）显生宙二叠纪（P）晚古生代石炭纪（C）泥盆纪（D）古生代（Pz）志留纪（S）早古生代奥陶纪（O）寒武纪（C）震旦纪（z）元古代（Pt）隐生宙太古代（Ar）_38亿年地球天文时期地质年代体系简图,地质构造,生物的演化,沉积岩形成之初往往是水平摆置的。但在地壳运动的影响下，原始水平状态受到改造而形成拱起，凹陷或是断裂错开。要描述岩层的空间位置特征及其变动情况，就需运用“产状”这一空间工具。,地质构造,二、地层产状,根据地层层序律，地层上新下老,1.地质地理坐标,地质地理学中，以水平面为基准，以正北方向为起点，顺时针旋转一周所构成的坐标系。,3600N00,W2700,S1800,E900,问:E、S、W各为多少方位角度？160代表什么方位？300呢？213呢？地质图上，则先按“上北下南，左西右东”定正方位，再运用该体系。,地质构造,地质构造,2地层产状地层的空间状态描述需三个产状要素：走向、倾向和倾角。,1-走向(strikedirection)；2-倾向(dipdirection)；3-倾角(dipangle),（1）走向：指岩层面与水平面的交线在地质地理坐标中的方位角度（两个）。（2）倾向：岩层面指向天空的法线在水平面上的投影所指的方向（一个）。（3）倾角：岩层面与水平面的夹角。,地质构造,走向、倾向和倾角的含义及关系,野外测定地层产状用地质罗盘，常用的产状记录格式为：倾向倾角如1203026560问：由唯一的倾向可推得两个走向，那么由走向是否可推求唯一的倾向？,*平面地质图上30是常用产状标准形式，长线走向，短线代表倾向，而30代表了岩层倾角。,地质构造,平面地质图,1.小测望标2.反光镜3.磁针制动器4.圆水准器5.长测望标6.短照准合页7.磁针8.长水准器9.测斜仪10.水平度盘11.度盘罗旋12.垂直度盘,地质构造,一、概述1定义：褶皱(Fold)：指岩石受力所发生的弯曲变形。,地质构造,第二节褶皱构造,（1）褶皱各部分的名称核部：弯曲岩层中间的部分。翼部：弯曲岩层两侧部分。枢扭：弯曲岩层同一层面上各曲率最大（弯曲度最大）点的联线。轴面：通过各层面枢扭的一个假想平面，它对分了褶皱。,E-翼部；F-核部；ABCD-轴面；BC-枢纽；,地质构造,2褶皱要素及其基本形式,褶皱要素,(2)褶皱的基本形式背斜(anticlines)向斜(synclines),地质构造,二、褶皱的几何形态分类：1横剖面上轴面产状类型,直立褶皱斜歪褶皱同斜褶皱平卧褶皱翻卷褶皱,地质构造,2横剖面上岩层的弯曲形态类型,箱形褶皱扇形褶皱圆弧形褶皱尖棱形褶皱,地质构造,3纵剖面上枢扭的产状类型,水平褶皱倾伏褶皱倾竖褶皱,地质构造,4平面上岩层弯曲的形态,地质构造,长轴（线状）褶皱10:115：1，20：1.,短轴褶皱10:13:1,长轴：短轴=1:13:1背斜：穹隆向斜：构造盆地,主要依据岩层的对称重复特点：即同时代同岩性的地层以某一处为中心出现对称重复，即认为有褶皱存在。,地质构造,三、褶皱的野外识别,地面切割、侵蚀所成的地形会使岩层界线发生变形和弯曲，但不会改变褶皱岩层的对称重复特点。,1.背斜：对称重复特点中间老、两侧新。,DS,ODSOSD,DSOSD,原形态风化、剥蚀后（剖面）平面形态,地质构造,2.向斜：对称、重复特点是中间新、两侧老。,DSOSDSOOSDSOO,原形态风化、剥蚀后（剖面）平面形态,地质构造,伊拉克和伊朗交界附近的背斜山,美国怀俄明州的穹隆山,地质构造,练习1.用虚线恢复原来完整的褶皱并指明其几何形态类型。,CDCPTPCDCPCD,地质构造,剖面图,CDCPTPCDCPCD,已经恢复的原来完整的褶皱形态,同斜背斜,同斜背斜,同斜向斜,扇形向斜,地质构造,练习2.下图中有几个褶皱？基本形式各是什么？,地质构造,平面图,弹塑性岩石受力后，若给力大且作用时间迅速，它就会发生断裂，造成岩石构造的不连续，称为“断裂构造”。按规模和形成力学机制断裂构造区分为断层、节理和裂隙。,地质构造,第三节断裂构造,一、断裂构造的岩石力学性质（构造结构面的岩石力学性质）,切割岩石的破裂面即为结构面，构造结构面按力学性质又可区分为压性、张性和扭（剪）性结构面三种类型。,地质构造,1331,1压性结构面：走向与主压应力方向1垂直，类型包括褶皱轴面，逆断层等。,2张性结构面：走向与主张应力（3）垂直，包括正断层，张节理等。,地质构造,3扭性（剪）结构面，走向与1和3斜交，但与主压应力1方向的夹角小于45，而不是45，这类常见发育成X形共轭，如平移断面，剪节理等。,*断层：岩体受力破裂后，破裂面两侧岩块发生了显著位移的一类断裂构造。,地质构造,二、断层(Faults)的类型与特征断层是规模最大，研究程度最高的断裂构造。,华山断层,美国圣安德列斯断层的航空照片,地质构造,1断层要素（2个）,（1）断盘(faultblock)：即裂面两侧的滑动岩块，若裂面倾斜，则倾斜面上方的称上盘，下方的称下盘.,（上升盘）下降盘,上盘,下盘,地质构造,依据两盘地质地理坐标方位，又有东盘西盘、南盘北盘等。,依相对运动方向上升盘下降盘,地质构造,（2）断层面(Faultplane)即破裂面，它与岩层一样也可用产状来描述，如12044的断层面，指倾向120，倾角44.亦即北西盘为下盘，南东盘为上盘。,在地质平面图上，断层多以红线标出，并注明倾向，倾角，如50表明断层倾向南东，倾角50，亦即南东盘为上盘，北西为下盘。,地质构造,（1）正断层（normalfault)：即上盘下降，下盘上升的断层，多为复水平方向拉张力形成，属张性结构面。,2断层的基本类型,normalfault,地质构造,地质构造,（2）逆断层(reversefault)：即上盘上升，下盘下降的断层，多为受水平方向挤压力形成，属压性结构面。,C,C,O,S,D,S,D,C,reversefault,地质构造,地质构造,（3）平移断层(Strike-slipFault)：两盘沿断层面相对水平滑动而成，属扭性结构面（圣安德烈斯断裂，郯庐断裂）,（1）正断层组合地堑、地垒、和阶梯状构造,地质构造,3断层的组合,地堑,地垒,(2)逆断层组合-叠瓦状构造,地质构造,一般从三个方面的特征入手。（1）地层的不对称重复与缺失：是判别断层存在的重要依据，也可以此与褶皱构造相区别。,CDSOCDCPT,P,地质构造,4断层的野外识别,（2）地貌特征：断层存在与活动时在地貌上明显反映，包括：断层崖：山前地带断层上升盘形成的陡崖（崖壁光滑陡直）断层三角面：山前地带断层上升盘受流水切割形成的三角形陡壁,其它：如串珠状泉水，河流直拐现象以及山脊线错开现象等。,地质构造,断层崖,美国圣安德列斯断层活动使水系错动和同步弯曲现象,地质构造,断层存在的证据：线状排列的地震震中和热泉,地质构造,（3）断层小构造特征：亦可据此判别断层存在及其类型。阶步与擦痕：断层面上拉断、错列和摩擦痕迹及由此造成的小台阶。,断层破碎带：断层宽度有时可达数十米甚至数百米，其破裂程度由中心向两侧越来越低，出现这种现象必有断层通过。,地质构造,牵引褶皱,地质构造,三、不整合(Unconformity)的特征,1.不整合的概念,形成年代不连续的两套岩层直接接触在一起形成的构造形迹，称为不整合。,*沉积区处于相对稳定阶段，沉积区连续不断地进行着堆积，这样，堆积物的沉积次序是衔接的，产状是彼此平行的，在形成的年代上也是顺次连续的，这样的接触关系。称为整合接触。,2.不整合的形成原因,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，连续的沉积过程发生间断。,3.不整合的类型,平行不整合：上下部岩层产状一致，沉积年代不连续。,角度不整合：上下部岩层产状不一致。,不整合面，是下伏古地貌的剥蚀面，它常有比较大的起伏，同时常有风化层或底砾存在，层间结合差，地下水发育，当不整合面与斜坡倾向一致时，如开挖路基，经常会成为斜坡滑移的滑移面，对工程建筑不利。,节理是岩体中的错断裂隙，规模小于断层，但也有一定程度的两侧岩块位移，按形成的力学机制可分为张(Tensionjoints)、剪节理(shearjoints)两类。,地质构造,四、节理(Joints)类型及其特征,张、剪节理的差异,地质构造,剪节理，节理面平直，延伸长而稳定,张节理及沿节理贯入的石英脉,一定的构造应力就可以形成一定类型和一定空间产状的地质构造。那么反过来，自然可以根据一定地质构造的空间分布特征反推出构造应力场的方向。其中最常用的一种方法就是利用多组剪节理的优势走向来判定构造应力场的主压应力1的方向。因为共轭X型剪节理的走向与1的方向有非常确定的关系。,地质构造,五、构造应力推演节理走向玫瑰花图(StrikeRosemap),13260500,节理走向玫瑰图的做法及结果分析过程是：（1）野外测量节理产状，常用记录格式为：走向、倾向倾角，如15NW31205SE30,（2）资料整理：将节理的走向方位角度由小到大排序，并全部换算到090和270360之间（即地质地理坐标上半圆）。如上面205SE30中205应换算为：25,样图,地质构造,（3）统计计算：选择适当的方位角组距（一般5，10或15作组距）进行分组统计，并计算每组节理走向的组中值和频数（条数）*组中值：各组内所有走向值的算术平均值。,节理走向分组统计表,地质构造,（4）作走向玫瑰花图：以最大的频数为半径，绘一上半圆，用量角器标出方位角度值，按组中值和频数（线段长）描点，然后按点的顺序连成线，最终绘制成节理走向玫瑰花图。,13260500,地质构造,（5）从图上寻找1方位。如下（前）图明显有两个方位角度上的优势节理走向，即A-326，B-50，两者夹角为84，小于90，因此其角平分线方位即是1方位，即为：1=326+84/2=8和8+180=188,13260500,地质构造,练习：下图为某构造应力场节理走向玫瑰图，试计算该应力场的主压应力1的方位角度。若该应力场中还发育一条逆断层，则断层走向是什么方位（角度）？,地质图(geologicalmap)是综合描述各类地质现象的图件，具体来说:,第四节地质图,地质构造,*地质图：是用一定符号、颜色和花纹将地壳某部分的各种地质体和地质现象（岩层、岩体、构造等）按一定比例概括地投影反射到地形上的一种图件。,常用的两种方法是：（1）按用途分：地形地质图、水文地质图、工程地质图、环境地质图等（2）按制图方法分：平面图、剖面图、柱状图等。,一、地质图的类型与要素,1地质图的分类（依据不同类型也有不同）,地质构造,平面地质图,地质构造,剖面地质图,地质构造,钻孔柱状地质图,地质构造,综合柱状地质图,地质构造,图名、比例尺、图例、图幅内容（1）图名：表明图幅所在地区和图的类型。如：陕西省地质图、咸阳市水文地质图、杨陵区工程地质图等。,地质构造,2普通地质图构成要素,1:10000图上1cm，实距10000cm即100m一般比例尺越大，对地质情况反映越详尽，但容纳的实际区域面积越小。数字式比例尺：如1:10001:500001：1000000等线条式比例尺：如01020304050km优点是可随图幅伸缩变化，较准确。,地质构造,（2）比例尺：即缩尺，表明图上距离与实距的比例关系，反映图幅对实际地质情况反映的详尽程度，如：,*按比例尺大小，又可将地质图分类三种类型，即：大比例尺地质图：1/1万1/5万中比例尺地质图：1/5万1/20万小比例尺地质图：1/20万以下如1/100万或1/50万等。,（3）图例：即图中色谱、线条、花纹、符号等的地质含义说明，其形式为：,石炭纪中厚层灰岩倒转背斜,（4）图幅内容：地质图的主体内容，反映各类地质现象存在与分布情况。,地质构造,2内容：依据研究的目的而定，如工程场地选址时，应重点掌握地表岩性，构造、陡斜坡分布情况，地下水埋深，地形特征等内容。,地质构造,二、地质图的阅读,1方法（次序）：先看图名、比例尺、图例，再阅读图幅具体内容，即先图幅外，后图幅内，而图幅内的内容阅读还应先看地形，再看地质现象。,秦岭区域地质图1：500000,与平面图一样应有图名，比例尺，图例等，除此以外，还应有：高程标尺和切线（剖面线）方位角度（应是自西向东的）。,地质构造,三、工程地质剖面图及其编绘,1工程地质剖面图的构成,（1）柱状图的绘制：用钻孔、探井等勘探资料绘制钻孔柱状