第四章地质构造.ppt

第四章地质构造,岩层的产状与地层接触关系褶皱节理断层活动断层地震,大构造，吵吵闹闹；小构造，胡说八道；没构造，哈哈大笑！,岩层的产状与地层接触关系,一、构造运动与地质构造二、岩层的产状三、岩层露头线特征四、地层接触关系,构造运动与地质构造,构造运动,水平运动,垂直运动,山脉与海沟的形成,海陆变迁,地质构造,由地球内动力引起岩石圈地质体变形、变位的机械运动,构造运动在岩层中遗留下来的各种构造形迹,地质构造的类型,岩石圈各个组成部分的形态及其相互结合方式和面貌特征的总称，按生成时间分为原生构造与次生构造。原生构造：岩石在成岩过程中发育的构造玄武岩的流线和流面沉积岩的层理和层面变质岩的定向排列：片理、片麻理次生构造：单斜、褶皱和断裂（节理、断层）,二、岩层的产状：岩层在地壳中展布的状态,1.岩层产状的三要素走向、倾向、倾角,AB走向：岩层面与水平面的交线OD倾斜线：垂直走向线沿层面向下方所引直线OD倾向：倾斜线的水平投影线所指的层面倾斜方向,（真）倾角：倾斜线与其水平投影线之间的夹角HD视倾斜线：在倾斜面上斜交走向线所引的任一直线视倾角：视倾斜线与其水平投影线之间的夹角tan=tancos，为视倾向与倾向之夹角。,2.岩层产状的表示方法,（1）方位角表示法,（2）象限角表示法,21025,N65WSW25,（3）符号表示法,40：长线代表走向，短线代表倾向，度数是倾角,三、岩层露头线的特征,1、露头及其地质意义2、露头线：岩层层面与地面的交线露头线的形态取决于岩层产状与地形起伏状况。水平岩层直立岩层倾斜岩层,山脊,沟谷,（1）水平岩层,水平岩层是同一层面上各点的海拔高相同或基本相同的岩层。水平岩层具有如下特征：岩层的地质界线与地形等高线平行或重合老岩层在下，新岩层在上,“水平、平行”,（2）直立岩层,岩层出露线是沿岩层走向所切的一条上下起伏的地形轮廓线，这条曲线的水平投影则是一条直线，不受地形的影响,“直立、直线”,(3)倾斜岩层：原始水平岩层因构造作用而改变其水平产状,倾斜岩层露头线呈“V”字形，但“V”字形的弧形朝向、两侧开闭程度受岩层倾向与地形坡向、倾角与坡角的影响，这种规律叫“V”字形法则。,倾向相同、倾角较小，则弯曲相同、曲率较大,倾向相反，则弯曲相同且曲率较小,倾向相同、倾角较大，则弯曲相反,C,arctan(AC/AB),地质图上确定倾斜岩层产状的方法,地质图上确定倾斜岩层产状的方法,arctan(BC/AC),3.地层接触关系沉积地层,整合接触：时间上连续，产状上一致,反映地壳连续均匀下降。,平行不整合接触,时间上不连续，产状一致。反映地壳间断上升。,3.地层接触关系沉积地层,角度不整合接触,时间上不连续，产状不一致。反映地壳剧烈运动。,3.地层接触关系沉积地层,侵入接触沉积接触侵入与沉积接触,3.地层接触关系侵入体与围岩,褶皱：岩层受构造应力作用形成的连续弯曲现象,一、褶皱的基本形态二、褶皱要素三、褶皱的分类四、褶皱的野外识别五、褶皱的工程地质评价,一、褶曲的基本形态,1背斜岩层向上弯曲、中心部位岩层较老，两侧岩层依次变新。2向斜岩层向下弯曲，中心部位岩层较新，两侧岩层依次变老。,二、褶皱要素,核，褶皱的中心部位；翼，泛指核部两侧比较平直的部分；枢纽，同一褶皱面上最大弯曲点的连线；轴面，各相邻褶皱面的枢纽联成的面，可以是平面，也可以是不规则的曲面，它是平分褶皱的一个假想面；轴迹，轴面与地面或其他面的交线称为该面上的轴迹。转折端，褶皱从一翼向另一翼过渡的弯曲部分。,三、褶皱的分类按轴面和两翼产状,直立褶皱、斜歪褶皱、倒转褶皱、平卧褶皱、翻卷褶皱,轴面近直立两翼倾向相反倾角近相等,轴面倾斜两翼倾向相反倾角不等,轴面倾斜两翼倾向相统一翼倒转,轴面近水平一翼正常另一翼倒转,轴面弯曲平卧,三、褶皱的分类按转折端的形态,a-圆弧褶皱；b-尖棱褶皱；c-箱状褶皱；d-扇形褶皱；e-挠曲,三、褶皱的分类按枢纽产状,水平褶皱,倾伏褶皱,三、褶皱的分类按平面形态,线状褶皱：长度远大于宽度的各类狭长的褶皱短轴褶皱：长与宽之比约3：1的枢纽向两端倾伏的褶皱等轴褶皱：长与宽之比近于1：1的褶皱等轴背斜称穹隆构造，等轴向斜称构造盆地,复背斜与复向斜,四、褶皱的野外识别,穿越法:垂直于岩层走向观察.追踪法:平行于岩层走向观察.,褶皱与地形地貌的关系,五、褶皱的工程地质评价,褶皱与隧道,对于深埋隧道,一般宜设计在褶皱翼部。理由有：褶皱核部或转折端岩层由于受水平张拉应力作用，产生许多张节理，直接影响到岩体完整性和强度，易引起塌陷、滑脱。向斜核部易汇水，背斜核部易导水。褶皱翼部岩性较为均一，有利于稳定，且不易汇水、导水。,五、褶皱的工程地质评价,褶皱与边坡,在褶皱翼部布置建筑工程，重点注意岩层的倾向及倾角大小，因为它对岩体的滑动有一定影响,断裂构造：地质体受力发生破裂的变形，小的断裂须在显微镜下才能观察到，大的断裂可延长几千千米。,一、节理二、断层三、活断层四、地震,小规模断层谷,节理：破裂面两侧未发生明显位移的断裂。,一、节理的分类二、节理的野外观测三、编制节理玫瑰花图四、节理的工程地质评价,一、节理的分类,外力地质作用形成,成岩过程中形成,沉积岩中的泥裂,风化卸荷、冻胀、爆破,侵入岩流动、冷凝产生的节理,火山熔岩冷凝结晶节理,1.根据成因划分,张节理：是由张应力产生的破裂面。具有如下主要特征:多张开，节理面粗糙不平，无擦痕；常常绕砾石或粗砂粒而过，而不切穿颗粒；产状不甚稳定，延伸不远，间距较大，断续分布。剪节理：是由剪应力产生的破裂面。具有如下主要特征:剪节理较平直光滑，常见擦痕；产状较稳定，沿走向和倾向延伸较远；发育于砾岩和砂岩等岩石中时，一般穿切砾石和胶结物；间距较小，常常组成共轭X型节理系。,2.根据节理产状与岩层产状的关系划分走向节理、倾向节理、斜向节理、顺层节理,3.根据节理与褶皱枢纽的关系划分纵节理、横节理、斜节理,二、节理的野外观察,观测点的选定一、露头良好，便于观察二、构造特征清楚，岩层产状稳定三、节理比较发育观测内容地质背景的观测节理产状、长度、宽度、间距、粗糙度、平直度、影响范围、充填物、风化程度、干燥程度观测方法测线法统计窗法,三、编制节理玫瑰花图,将野外测得的节理走向换算成北东和北西方向，按其走向方位角的一定间隔分组。（一般采用5或10为一间隔，如分成09、1019。习惯上把0归入09组内，以此类推。）统计每组的节理数目（计算每组节理平均走向，如09组内，有走向为6、5、4三条节理，则其平均走向为5。把统计整理好的数值填入表中。）确定作图比例尺（选取数目最多的那一组节理的线段的长度为半径，作半圆，过圆心作南北线及东西线，在圆周上标明方位角。）找点连线写上图名和比例尺,A.节理走向玫瑰花图,B.节理倾向玫瑰花图,节理倾向玫瑰花图,节理走向玫瑰花图绘制,作业,四、节理的工程地质评价,1、节理将岩体切割成块体，破坏了岩石的整体性，降低了岩体强度和稳定性。主要发育倾向与边坡坡向一致时,易发生崩塌。2、增强了岩体的透水性，促使风化速度加快，使岩体强度和稳定性降低。3、有利于开采。,断层：破裂面两侧发生明显位移的断裂。,一、断层要素二、断层的分类三、断层的野外识别四、断层的工程地质评价,断层面（带）：把地质体断开成两部分并沿之滑动的破裂面。断层面一般为稍有起伏的不规则面。断层面的产状用走向、倾向和倾角来测定。大断层的断层面通常由一系列大致平行的次级断层面组成断层带，其宽度达几十米至几千米。在断层带中夹杂着碎裂岩块、岩屑、断层泥以及固结的断层角砾岩、碎裂岩和糜棱岩。断层线：断层面和断层带在地面的出露线。其分布规律与地层露头线相同。,一、断层要素,断盘：断层面两侧相互错开的岩块。断层面倾斜时，断层面上的岩块称上盘，断层面下的岩块称下盘。当断层面直立时，则用方位来命名，如断层面走向东西延伸，则称北盘和南盘。此外，也可按断盘相对运动方向来命名，将相对上升的一盘称上升盘，相对下降的一盘称下降盘。断距：断层两盘相对滑移的距离称为断距（图12-16中AA或BB为断距）。小断层的断距仅几米或更小，大断层的断距可超过100km。,一、断层要素,二、断层的分类按两盘相对运动方向,正断层(normalfault),逆断层(reversefault),平移断层(parallelfault),正断层:上盘相对下降、下盘相对上升的断层。正断层的断层面通常大于45，向深部变缓。正断层主要是由于引张力和重力作用形成的。,逆断层：上盘沿断层面向上移动的断层。一般与褶皱伴生。断层面倾角大于45的逆断层称为高角度逆断层。断层面倾角小于30的逆断层称为逆掩断层,平移断层：断层面直立、断盘沿断层面作水平滑移的断层。巨大的走向滑动断层的断距可达几十千米，有的超过100千米。,按断层走向与岩层走向的关系分：,走向断层F1倾向断层F2斜交断层F3顺层断层,按断层与褶皱轴的关系分：,纵向断层横向断层斜向断层,断层组合形式,叠瓦式断层,断层的识别,(1)地层界限不连续或岩层中断,断层的识别,(2).岩层不对称重复或缺失,断层的识别,(3)断层破碎带及构造岩,断层的识别,(4)擦痕和阶步,断层的识别,(5)牵引构造及伴生节理,(6)地貌标志,断层的识别,断层的工程地质评价,A断层破坏了岩体的完整性，降低了岩体强度和稳定性。B断层面对岩体变形破坏方式具有一定的控制作用。C断层影响了外营力对岩体的改造进程。工程处置措施避开与断层破碎带大角度或垂直通过,活断层:目前还在活动的断层或近期曾有过活动，而将来可能重新活动的断层。,一、活断层分类二、活断层的危害三、活断层的特性四、活断层的识别五、活断层工程地质评价,1、活断层的分类岩土工程勘察规范,“近期”岩土工程勘察规范：1万年（全新世）水利水电工程地质勘察规范：10万年（晚更新世）,2、活断层的危害,（1）活断层的地面错断直接危害跨越该断层的建筑物,例：宁夏石嘴山市红果子沟河北蓟县,西安地裂缝：临潼长安活动断裂带,（2）伴有地震发生的活断层，强烈的地面振动对较大范围内的建筑物损害例：美国1906年旧金山地震中，圣安德烈斯断裂的错动圣安德烈斯溃坝（坝高27米）,3、活断层的特性活动方式,（1）地震断层（粘滑型活断层）,以地震方式产生间歇性突然滑动,发生在强度较高的岩石中，断层带锁固能力强，危害大,（2）蠕变断层（蠕滑型活断层）,沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动,发生在强度较低的软岩中，断层带锁固能力弱一般无震发生，有时可伴有小震,3、活断层的特性错动速率,现今错动速率：精密地形测量确定平均错动速率：最新沉积物的错动位移与沉积年代之比,4、活断层的识别,地层标志：Q4变形、变位,4、活断层的识别,地貌标志：断层崖、断层谷、岸线突起与直线排列等,4、活断层的识别,水文地质标志：直线、格子、线状水系，地热异常等历史资料古建筑的错断、地面变形考古地震记载地形变监测水准测量三角测量三维激光,5、活断层工程地质评价,建筑物场址一般应避开活动断裂带线路工程必须跨越活断层时，尽量使其大角度相交，并尽量避开主断层必须在活断层地区兴建的建筑物，应尽可能地选择相对稳定地块即“安全岛”，尽量将重大建筑物布置在断层的下盘。在活断层区兴建工程，应采用适当的抗震结构和建筑型式,地震:在地壳表层，因弹性波传播所引起的振动作用或现象,一、地震分类二、地震震级和地震烈度三、地震效应分析四、地震的预报及预防,1、按地震发生的原因分:构造地震火山地震陷落地震诱发地震,一、地震分类,占90,占7左右,占3左右,2、据其震源深度大小可分为：浅源地震（0-70km），中源地震（70-300km）和深源地震（300km）,地震在地壳内部振动的发源地震源，震源在地面上的垂直投影叫震中，震源到震中的深度叫震源深度,地震分级,震级（M）是指距震中100km处的标准地震仪在地面所记录的最大振幅A（微米）的对数值。,2级以下称微震；2-4级：有感地震；5级以上：破坏性地震；7级以上：强烈地震,二、地震震级和地震烈度,M=lgA,lgE=4.8+1.5M,E.单位为焦耳,地震烈度是指地震时某一地区底面所受的影响及破坏程度；我国烈度一共分十二级。,2.地震烈度,A.基本烈度（basicintensity)：今后一定时期内，某一地区一定时期（50年超越概率10%）可能遭受的最大地震烈度。,二、地震震级和地震烈度,B.场地烈度（siteintensity)：根据场地条件调整后的烈度,C.设防烈度（designintensity）：据城市规模及建筑物的重要性，设计中实际采用的烈度,唐山地震烈度图,昭通地震等烈度线图,M=0.66Io+0.98Io为震中烈度,在地震作用影响范围内，地面出现的各种震灾和破坏叫地震效应。地震力效应地震破坏效应地震液化效应地震激发地质灾害的效应,三、地震效应分析,P=mamax=W/gamax其中，W为建筑物的重量，m为质量，amax质点振动时最大平均加速度。,amax=A(23.14/T)2A为振幅，T为振动周期（质点最大位移量）。,令：Kc=amax/g，定义为水平地震系数（无量纲）,则P=WKc,地震力效应,地震发生时，地震波的传播使得建筑物发生振动，即给它施加了一个附加荷载地震力，当地震力达到某一限度时，建筑物就发生了破坏，这种地震作用直接引起建筑物的破坏叫地震力效应,节律性破坏,水平偏振扭坏,强烈竖向地震力破坏,震陷,在震源处以震波的形式传播于周围的地层上，引起相邻的岩石振动，这种振动具有很大的能量，它以作用力的方式作用于岩石上，当这些作用力超过了岩石的强度时，岩石就要发生突然破裂和位移，形成断层和地裂缝，引发建（构）筑物变形和破坏，这种现象称为地震破裂效应。,A.