工程地质第3章

1、第三章第三章 地地 质质 构构 造造u了解地层年代的确定方法及地质年代划分；u掌握地层单位的符号与顺序，地层的接触关系，地层产状与测量方法、地层界线与地形等高线的组合关系；u褶皱构造的类型与识别方法，节理的类型、调查统计方法，断层的类型及识别标志；u地质图的阅读方法，掌握根据地质图总结地质发展史，以及地质剖面图及综合地层柱状图的编制方法。u重点：地层的接触关系，断层类型及识别标志u难点：地层产状与测量方法、地层界线与地形等高线的组合关系。地质构造：地质构造：地壳或岩石圈各个组成部分的形态及其相互地壳或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。结合方式和面貌特征的总称。 地质构造

2、地质构造构造运动构造运动地壳运动地壳运动水平运动水平运动垂直运动垂直运动地质构造的基本类型地质构造的基本类型褶皱构造褶皱构造断裂构造断裂构造绝对年代确定方法：绝对年代确定方法：据岩石中所含放射性元素的衰变规据岩石中所含放射性元素的衰变规 律确定律确定 相对年代确定方法：相对年代确定方法：地层层位法地层层位法 、古生物法、古生物法 、岩性对、岩性对 比法比法 地层年代的确定地层年代的确定地层年代地层年代相对年代相对年代绝对年代绝对年代地层形成到现在的实际年数地层形成到现在的实际年数地层的相对新老关系地层的相对新老关系地质历史地质历史显生宙显生宙新生代新生代古生代古生代中生代中生代白垩纪白垩纪三叠

3、纪三叠纪侏罗纪侏罗纪隐生宙隐生宙元古代元古代太古代太古代志留纪志留纪寒武纪寒武纪奥陶纪奥陶纪二叠纪二叠纪泥盆纪泥盆纪石炭纪石炭纪晚古生代晚古生代早古生代早古生代第四纪第四纪第三纪第三纪地质年代表地质年代表整合接触整合接触沉积层连续，产状一致，时间空间上没有间断。新老地层沉积层连续，产状一致，时间空间上没有间断。新老地层之间为平行或近于平行的关系之间为平行或近于平行的关系地层接触关系地层接触关系沉积岩层间接触关系沉积岩层间接触关系假整合接触假整合接触不整合面上下两套地层的产状彼此平行，接触界线与整合不整合面上下两套地层的产状彼此平行，接触界线与整合接触界线相似，但是缺失某些地层。接触界线相似，但

4、是缺失某些地层。下降、沉积下降、沉积上升、沉积间断、遭受剥蚀上升、沉积间断、遭受剥蚀下降、再沉积下降、再沉积下降、沉积下降、沉积褶皱等变形、变质、岩浆侵入、隆起、沉积间断、遭受剥褶皱等变形、变质、岩浆侵入、隆起、沉积间断、遭受剥蚀蚀下降、再沉积。下降、再沉积。不整合接触不整合接触上下两套地层之间有明显的沉积间断，造成地层的缺失，上下两套地层之间有明显的沉积间断，造成地层的缺失，产状不同，是由地壳的强烈运动引起的。产状不同，是由地壳的强烈运动引起的。层美国（一）整三叠系合红色砂接岩倾斜岩触2 角度不整合角度不整合岩浆岩和沉积岩层间接触关系岩浆岩和沉积岩层间接触关系1 1、侵入接触、侵入接触沉积层

5、首先形成，后来岩浆岩侵入其中。沉积层首先形成，后来岩浆岩侵入其中。2 2、沉积接触、沉积接触侵入岩首先形成，受到风化作用，后来地壳下降，进行新侵入岩首先形成，受到风化作用，后来地壳下降，进行新的沉积。的沉积。岩层：岩层：被两个平行或近于平行的界面所限制的，同一岩性组成被两个平行或近于平行的界面所限制的，同一岩性组成的层状岩石。的层状岩石。 (a) 厚度稳定岩层厚度稳定岩层 (b) 尖灭岩层尖灭岩层 (c) 厚度变化岩层厚度变化岩层 (d) 透镜状岩层透镜状岩层图图3-3 岩层的厚度及其形态岩层的厚度及其形态水平岩层水平岩层定义定义: :岩层形成后，受构造运动影响轻微，仍保持原始水岩层形成后，受

6、构造运动影响轻微，仍保持原始水平产状的岩层。平产状的岩层。 倾角倾角55, ,即同一层面上的各个点大致即同一层面上的各个点大致具有相同的海拔高度。具有相同的海拔高度。水平岩层具有以下特征：水平岩层具有以下特征：(1)(1) 新岩层盖在老岩层之上。新岩层盖在老岩层之上。(2)(2) 水平岩层的地层界线水平岩层的地层界线( (即即岩层面与地面的交线岩层面与地面的交线) )与地形与地形等高线平行或重合。等高线平行或重合。a露头宽度露头宽度 h岩层厚度岩层厚度水平岩层的露头宽度水平岩层的露头宽度水平岩层具有以下特征水平岩层具有以下特征 (3)(3) 水平岩层顶面与底面的高程差就是岩层的厚度。水平岩层顶

7、面与底面的高程差就是岩层的厚度。 (4)(4) 水平岩层的露头宽度水平岩层的露头宽度( (即岩层顶层和底面地层界线即岩层顶层和底面地层界线间的水平距离间的水平距离) )与地面坡度、岩层厚度有关。与地面坡度、岩层厚度有关。(a) 立体图立体图 (b) 平面图平面图倾斜岩层倾斜岩层:岩层层序正常，上层为新岩层，下层为老岩层，岩层层序正常，上层为新岩层，下层为老岩层，层面与水平有一交角的岩层。层面与水平有一交角的岩层。倾斜构造倾斜构造单斜构造单斜构造S岩层的产状岩层的产状走向：走向：岩层面与水平面的交线叫走向线，岩层面与水平面的交线叫走向线， 走向线两端延伸的方向就是走向线两端延伸的方向就是岩层的走

8、向。岩层的走向。倾向：倾向：垂直走向线、沿岩层面向下倾斜的直线叫倾斜线垂直走向线、沿岩层面向下倾斜的直线叫倾斜线( (又称真倾斜线又称真倾斜线) )，它在水平面上的投影线称为倾向线，倾向线所指的方向为倾向它在水平面上的投影线称为倾向线，倾向线所指的方向为倾向( (又称真又称真倾向倾向) )。倾角：倾角：真倾斜线与其在水平面上的投影线真倾斜线与其在水平面上的投影线( (倾向线倾向线) )的夹角叫倾角，又称的夹角叫倾角，又称真倾角。真倾角。产状的三要素产状的三要素产状：产状：岩层面在三维空间的延伸方位及其倾斜程度。岩层面在三维空间的延伸方位及其倾斜程度。（1 1）地质罗盘直接在岩层面上测量的。地质

9、罗盘直接在岩层面上测量的。（2 2）根据钻孔资料、地形地质图上的表现及视倾角值，再根据钻孔资料、地形地质图上的表现及视倾角值，再用几何作图法等方法，求出岩层的产状要素。用几何作图法等方法，求出岩层的产状要素。1）方位角表示法方位角表示法 角度范围角度范围0360,以北为以北为0如如20525。2）象限角表示法象限角表示法 以北或南为以北或南为0 0，如如N65W25SW。l 表示方法：表示方法：文字和符号两种表示方法文字和符号两种表示方法岩层产状要素的测定与表示方法岩层产状要素的测定与表示方法文字表示：文字表示：l 测定方法测定方法3030岩层产状岩层产状水平岩层水平岩层岩层直立岩层直立岩层倒

10、转岩层倒转3030符号表示：符号表示：1 1、岩层产状记录为、岩层产状记录为13513555时时, ,表示岩层的走表示岩层的走向为向为( ).( ). A.15 A.15 B.135 B.135 C.45 C.45 D.315 D.3152 2、岩层产状记录为、岩层产状记录为S45S45W15W15SESE时时, ,表示岩层倾表示岩层倾向为向为( ).( ). A. N45 A. N45E B.S45E B.S45E C.S45E C.S45W D.N45W D.N45W W 倾斜岩层地层界线的分布特征倾斜岩层地层界线的分布特征 “V V”字形法则字形法则（1 1）当岩层倾向当岩层倾向与地面坡

11、向相反时，与地面坡向相反时，岩层界线与地形等岩层界线与地形等高线弯曲方向相同，高线弯曲方向相同，岩层界线弯曲程度岩层界线弯曲程度较小，等高线弯曲较小，等高线弯曲程度较大程度较大1 岩层倾向与地面坡向相反地质界线V字形尖端沟谷处指向沟谷上游；山脊处指向山脊下坡 “V V”字形法则字形法则（2 2）当岩层倾向与地当岩层倾向与地面坡向相同，且岩层面坡向相同，且岩层倾角大于地面坡角时，倾角大于地面坡角时，岩层界线与地形等高岩层界线与地形等高线弯曲方向相反。线弯曲方向相反。2 岩层倾向与地面坡向相同，岩层坡角大于地面坡角地质界线V字形尖端沟谷中指向下游，山脊上指向上坡 “V V”字形法则字形法则（3 3

12、）当岩层倾向与地面当岩层倾向与地面坡向相同，但岩层倾角坡向相同，但岩层倾角小于地面坡角时，岩层小于地面坡角时，岩层界线与地形等高线弯曲界线与地形等高线弯曲方向相同，但弯曲程度方向相同，但弯曲程度较等高线大。较等高线大。3 岩层倾向与地面坡向相同，岩层坡角小于地面坡角穿越沟谷的地质界线V字形尖端沟谷处指向上游，山脊处指向下坡直立岩层：直立岩层：地质界线在空间是一条沿走向延伸的直线，地质界线在空间是一条沿走向延伸的直线，不受地形影响。直立岩层地质界线间的水平距离就是岩不受地形影响。直立岩层地质界线间的水平距离就是岩层的厚度层的厚度褶皱褶皱: : 当岩层继续受到构造应力作用时，产生的一当岩层继续受到

13、构造应力作用时，产生的一系列弯曲变形的形迹系列弯曲变形的形迹地层如何会发生褶皱？地层如何会发生褶皱？ (a) (a) 水平挤压水平挤压 (b) (b) 垂向力作用垂向力作用 (c) (c) 力偶作用力偶作用褶皱的基本形态褶皱的基本形态 褶皱构造褶皱构造背斜背斜：向上弯的褶皱；：向上弯的褶皱；中间地层老，两边地层新中间地层老，两边地层新向斜向斜：向下弯的褶皱；：向下弯的褶皱；中间地层新，两边地层老中间地层新，两边地层老向斜成山，背斜成谷向斜成山，背斜成谷背斜成山，向斜成谷背斜成山，向斜成谷褶曲的形态要素褶曲的形态要素v核部核部：褶曲中心部位的岩层。：褶曲中心部位的岩层。v翼部翼部：位于核部两侧向

14、不同：位于核部两侧向不同方向倾斜的部分。方向倾斜的部分。v轴面轴面：从褶曲顶平分两翼的：从褶曲顶平分两翼的假想面。假想面。v轴线轴线：轴面与水平面的交线。：轴面与水平面的交线。轴的长度，表示褶曲延伸的轴的长度，表示褶曲延伸的规模。规模。v枢纽枢纽：轴面与褶曲同一岩层：轴面与褶曲同一岩层层面的交线。层面的交线。翼翼核核翼翼轴面轴面轴线轴线二、褶皱要素1 核2 翼3 拐点4 翼间角5 转折端6 枢纽7 脊线和槽线8 轴面根据褶皱轴面的产状分为以下几种：根据褶皱轴面的产状分为以下几种： 直立褶皱、倾斜褶皱、倒转褶皱、平卧褶皱直立褶皱、倾斜褶皱、倒转褶皱、平卧褶皱 (a) (a) 直立褶皱直立褶皱 (

15、b) (b) 倾斜褶皱倾斜褶皱 (c) (c) 倒转褶皱倒转褶皱 (d) (d) 平卧褶皱平卧褶皱褶皱的形态分类褶皱的形态分类u 褶皱的形态分类褶皱的形态分类倒转褶皱倒转褶皱按褶皱枢纽的产状可分为：按褶皱枢纽的产状可分为：水平褶皱、倾伏褶皱水平褶皱、倾伏褶皱(a)(a)、(a) (a) 水平褶皱水平褶皱 (b)(b)、(b) (b) 倾伏褶皱倾伏褶皱水平褶皱和倾伏褶皱水平褶皱和倾伏褶皱3.3.3 3.3.3 褶皱构造的识别褶皱构造的识别 （1 1）应垂直岩层走向进行观察，当岩层重复出现对称分布时，）应垂直岩层走向进行观察，当岩层重复出现对称分布时，便可肯定有褶皱构造；便可肯定有褶皱构造；（2

16、2）分析岩层新老组合关系）分析岩层新老组合关系 (3)(3)分析岩层产状（分析岩层产状（4 4）分析枢）分析枢纽产状纽产状45。 褶皱核部岩层由于受水平挤压作用，产生许多褶皱核部岩层由于受水平挤压作用，产生许多裂隙，直接影响岩体完整性和强度，在石灰岩地裂隙，直接影响岩体完整性和强度，在石灰岩地区还往往使岩溶较为发育，所以在核部布置各种区还往往使岩溶较为发育，所以在核部布置各种建筑工程，如厂房、路桥、坝址、隧道等，必须建筑工程，如厂房、路桥、坝址、隧道等，必须注意岩层的坍塌、漏水及涌水问题。注意岩层的坍塌、漏水及涌水问题。v三、褶皱与隧道稳定背斜核部：张节理多，岩石破碎；向斜核部：拱顶塌方，地下

17、水涌入；翼部：岩层厚切稳定处。 背斜背斜储油构造储油构造向斜向斜储水构造储水构造石油一般在褶皱的向斜中还是在背斜中？石油一般在褶皱的向斜中还是在背斜中？断裂构造断裂构造：岩体受构造应力作用超过其强度时发生裂缝岩体受构造应力作用超过其强度时发生裂缝或错断，破坏了岩体的完整性而形成。断裂构造主要分或错断，破坏了岩体的完整性而形成。断裂构造主要分为节理和断层两大类。为节理和断层两大类。n节理节理: :岩体沿破裂面没有明显位移或仅有微量位移的称岩体沿破裂面没有明显位移或仅有微量位移的称为节理为节理；n断层断层: :破裂面两侧发生了明显位移或较大错动的称为破裂面两侧发生了明显位移或较大错动的称为断层。断

18、层。地层如何会发生断层？地层如何会发生断层？断裂构造按力学性质可分为断裂构造按力学性质可分为压性、张性、扭压性、张性、扭( (剪剪) )性以及压扭性和张扭性等五类。性以及压扭性和张扭性等五类。断裂构造的力学性质断裂构造的力学性质断断裂裂面面与与构构造造应应力力场场间间的的关关系系 构造应力场是指地壳中的一定范围内，均匀的或随地点和时间不同而有变化的构造应力状态场。SJ剪节理剪节理 TJ张节理张节理 TF正断层正断层 CF逆断层逆断层 SF平移断层平移断层 断裂构造的形成过程断裂构造的形成过程风化节理风化节理原生节理原生节理构造节理构造节理节理按成因分类力学性质又可分两类：力学性质又可分两类：剪

19、切节理剪切节理和和张节理张节理 剪切节理剪切节理 张节理张节理剪节理与张节理的对比u力学机制：力学机制： 剪节理：剪节理：受剪应力作用形成的破裂面，其两组剪切面一般形成X型的节理。 张节理：张节理：岩层受张力作用形成的破裂面。u产状：产状：剪节理：剪节理：节理产状稳定，沿走向倾向延伸较远。张节理：张节理：产状不稳定延伸不长。u节理面特征：节理面特征：剪节理：剪节理：节理面平直光滑，裂缝小成闭合状态。张节理：张节理：节理面面弯曲粗糙，裂缝较宽，常被岩脉填充。u发育程度：发育程度：剪节理：剪节理：发育密集节理间距小，容易构成软弱面。张节理：张节理：发育较稀，间距较大，是渗漏的良好通道。a 平面形平

20、面形 b 波浪形波浪形 c 台阶形台阶形图图3-22 3-22 节理面的起伏形态节理面的起伏形态 标志层断断 层层断层要素断层要素断层面、破碎带断层面、破碎带两侧岩块发生相对位移的断裂面为断层面，两侧岩块发生相对位移的断裂面为断层面，复杂的错动带称断层破碎带复杂的错动带称断层破碎带断层线断层线断层面与地面的交线断层面与地面的交线断盘断盘断层面两侧发生相对位移的岩块为断盘，位于断层面以断层面两侧发生相对位移的岩块为断盘，位于断层面以上为上盘，断层面以下为下盘。上为上盘，断层面以下为下盘。断距断距断层两盘沿断层面相对移开的距离断层两盘沿断层面相对移开的距离断层线断层的基本类型及其特征断层的基本类型

21、及其特征（1 1）断层的形态分类）断层的形态分类: : 正断层，逆断层、平移断层正断层，逆断层、平移断层u正断层的基本特征是上盘相对下移，下盘相对上移。正断层的基本特征是上盘相对下移，下盘相对上移。u逆断层的基本特征是上盘相对上移，下盘相对下移。逆断层的基本特征是上盘相对上移，下盘相对下移。u平移断层平移断层: :断层两盘产生相对水平位移的断层断层两盘产生相对水平位移的断层. .正断层正断层逆断层逆断层平移断层平移断层上盘下降正断层上盘下降，下盘上升上盘上升逆断层上盘上升，下盘下降水平错动平推断层两盘水平错动（断层面近直立） 上盘斜向上升上盘斜向上升斜向运动斜向运动1 1逆平移断层逆平移断层上

22、盘斜向下降斜向运动斜向运动2 2正平移断层正平移断层阶梯式断层、地垒和地堑阶梯式断层、地垒和地堑叠瓦式断层叠瓦式断层正断层与逆断层的对比u 基本特征上盘相对下移，下盘相对上移下盘相对下移，上盘相对上移u 位置多垂直于张力的方向发生，但有时也沿已有的剪节理发生沿剪切破裂面形成，常与褶皱伴生，并多在一个翼上平行于褶皱发育u 力学机制水平张应力或垂直作用水平压力正断层逆断层u 断层面倾角 一般多在5060以上倾角较小冲断层：倾角大于45逆掩断层：倾角4525碾掩断层：倾角小于25u 其他断距可以从几厘米道数百米，延伸范围一般自几米到数公里。野外有时见到数条正断层排列组合在一起，形成阶梯式断层、地垒和

23、地堑等断层带中夹有大量的角砾和岩粉 对于兼具正、逆和平移的过渡性质的断层，一般采用组对于兼具正、逆和平移的过渡性质的断层，一般采用组合命名，称之为合命名，称之为平移逆断层平移逆断层、逆平移断层逆平移断层、平移正断层平移正断层和和正平移断层正平移断层。根据习惯，组合命名的后者表示主要运动分。根据习惯，组合命名的后者表示主要运动分量。量。按滑动线侧伏角的断层命名按滑动线侧伏角的断层命名 v断层的野外识别标志断层的野外识别标志 （1 1）地层的重复或缺失地层的重复或缺失 （2 2）构造不连续现象构造不连续现象 （3 3）断层破碎带及构造岩断层破碎带及构造岩 （4 4）断层擦痕和阶步断层擦痕和阶步 （

24、5 5）牵引现象及伴生节理牵引现象及伴生节理 （6 6）地貌及地下水特征地貌及地下水特征 断裂构造的工程评价断裂构造的工程评价v降低地基岩体的强度及稳定性。断层破碎带力学强度低、压缩性大，建于其上的建筑物由于地基的较大沉陷，易造成断裂或倾斜。断裂面对岩质边坡、坝基及桥基稳定常有重要影响。v跨越断裂构造带的建筑物，由于断裂带及其两侧上、下盘的岩性均可能不同，易产生不均匀沉降。v隧道工程通过断裂破碎带时会发生坍塌。地质构造与道路工程地质构造与道路工程A A台易产生顺层滑动台易产生顺层滑动B B台位于断层带上台位于断层带上C C台较为有利台较为有利读右图，回答问题读右图，回答问题北北如要挖一东西向的

25、隧道，应选如要挖一东西向的隧道，应选择在择在E处还是在处还是在F处开凿？为什么？处开凿？为什么？（应在（应在F处，因为处，因为F处岩层向上隆处岩层向上隆起（背斜），符合力学原理，不起（背斜），符合力学原理，不易塌陷，同时也不易积存地下易塌陷，同时也不易积存地下水。）水。）如在如在B处计划修建一座水库，请分析其可行性。处计划修建一座水库，请分析其可行性。（B处有断层，断裂面两侧岩层活动，易诱发地震等地质灾害而影响水库安全，且断层破碎带也易造成水库漏水。）图中图中A处为处为 构造，构造，B处为处为 构造，构造，C处为处为 构造。构造。在在C处形成山岭的原因是处形成山岭的原因是 。 地堑地堑 向向

26、斜斜岩性坚硬不易被侵蚀，可沉积成岩岩性坚硬不易被侵蚀，可沉积成岩地垒地垒东非大裂谷属于下列那种地质构造（东非大裂谷属于下列那种地质构造（ ）C根据各图判断图中断层及褶曲的性质根据各图判断图中断层及褶曲的性质3.5 3.5 地质图地质图v地质图：表示一个地区的地质情况的图件地质图：表示一个地区的地质情况的图件v地质图类型：地质图类型：平面图：反映地表的地质现象平面图：反映地表的地质现象剖面图：反映剖面上的地质现象剖面图：反映剖面上的地质现象柱状图：反映一个地区的地层岩性、厚度和柱状图：反映一个地区的地层岩性、厚度和接触关系接触关系普通地质图普通地质图地貌及第四纪地质图地貌及第四纪地质图水文地质图

27、水文地质图工程地质图工程地质图v地质图中的规格：图地质图中的规格：图 名、图名、图 例例(上上下、下、左左 右、新右、新 老老)、比例尺、编制单位、编制、比例尺、编制单位、编制日期日期3.5.2 3.5.2 地质图的表示方法地质图的表示方法 1.1.地层岩性地层岩性 通过地层分界线、年代符号或岩性代号，再通过地层分界线、年代符号或岩性代号，再配合图例说明来反映。配合图例说明来反映。2 2地质构造地质构造 岩层产状、褶皱、断层及岩层接触关系岩层产状、褶皱、断层及岩层接触关系(1) (1) 岩层产状岩层产状 (2) (2) 褶皱褶皱背斜背斜向斜向斜(3) 断层断层 正断层正断层 逆断层逆断层 平移

28、断层平移断层 3.岩层接触关系岩层接触关系整合接触整合接触 、假整合接触假整合接触 、不整合接触不整合接触 、 沉积沉积接触接触 、侵入接触侵入接触 3 3 剖面线方向的选取应当尽量剖面线方向的选取应当尽量垂直岩层走向、褶垂直岩层走向、褶皱轴向或断层线方向，皱轴向或断层线方向，这样才能更清楚全面地反这样才能更清楚全面地反映地质构造形态。但为工程需要的剖面图，常映地质构造形态。但为工程需要的剖面图，常沿沿建筑物轴线方向绘制，如沿坝轴线、隧洞和渠道建筑物轴线方向绘制，如沿坝轴线、隧洞和渠道中心线等。中心线等。 .5.3 .5.3 地质剖面图和综合地层柱状图的编制地质剖面图和综合地层柱状图的编制1.1.地质剖面图地质剖面图 v1、确定剖面线；、确定剖面线；v2、确定剖面图的横向与竖向比例；、确定剖面图的横向与竖向比例；v3、作地形剖面线；、作地形剖面线；v4 、 画 地 质 界 线 ： 真 倾 角 与 视 倾 角 的 换 算、 画 地 质 界 线 ： 真 倾 角 与 视 倾 角 的 换 算 tg =tg cos v 视 倾 角 与 画 图 倾 角 的 换 算视 倾 角 与 画 图 倾 角 的 换 算 tg =ntg ；v5、画岩性花纹符号、地质代