地质学与工程地质学

绪论

1.1地质学与工程地质学

地质学是一门研究地球的科学。它研究的对象主要是固体地球的上层,

主要有以下儿方面内容：

①研究组成地球的物质

②阐明地壳及地球的构造特征，即研究岩石或岩石组合的空间分布

③研究地球的历史以及栖居在各地质时期的生物及其演变

④研究方法有同位素地质学、数学地质学及遥感地质学等

⑤研究应用地质学以解决资源探寻、环境地质分析和工程防灾问题

从应用方面来说，地质学对人类担负着重大使命，主要有两个方面：

一是以地质学理论和方法指导人们寻找各种资源；二是运用地质学理论和

方法研究地质环境，查明地质灾害的规律和防治对策，以保证工程建设安

全、经济正常运行。这就是工程地质学研究的主要内容。

工程地质学是地质学的重要分支学科，是把地质学原理应用于工程实

际的一门学问，减灾防灾是工程地质学的主要任务。

1.2工程地质学的主要任务和研究方法

工程地质学在经济建设和国防建设中应用非常广泛。

工程地质研究的基本任务，可以归结为以下三个方面：

①区域稳定性研究与评价，是指由内力地质作用引起的断裂活动、地

震对工程建设地区稳定性的影响；

②地基稳定性研究与评价，是指地基的牢固、坚实性；

③环境影响评价，是指人类工程活动对环境造成的影响。

工程地质学的具体任务是：

①评价工程地质条件；

②论证和预测有关工程地质问题发生的可能性、发生的规模和发展趋

势；

③提出及建议改善、防治或利用有关工程地质条件的措施；

④研究岩体、土体分类和分区及区域性特点；

⑤研究人类工程活动与地质环境之间相互作用与影响

运用工程地质学在工程规划、设计以及在解决各类工程建筑物的具体

问题时必须开展详细的工程地质勘察工作。工程地质勘察的目的是为了取

得有关建筑场地工程地质条件的基本资料和进行工程地质论证。

工程地质学研究的对象是复杂的地质体，所以其研究方法应是地质分

析法与力学分析法、工程类比法与实验法等密切结合，即通常所说的定性

分析和定量分析相结合的综合研究方法。

1.3工程地质学分类

工程地质学包括工程岩石学、工程地质分析、工程地质勘察三个基本

部分，它们已形成分支学科。

由于工程地质条件具有明显的区域性分布规律，因而工程地质问题也

有区域性分布的特点，研究这些规律和特点的分支学科为区域工程地质学。

随着生产的发展和研究的深入，一些新的分支学科正在形成，如：环

境工程地质、海洋工程地质等。

为各类工程（道路、铁路、矿山、水利水电、工业与民用建筑等）服

务的工程地质，因均有自己的特点，所以均可单独划分成类，如公路工程

地质、铁路工程地质、水利水电工程地质、矿山工程地质等。

1.4工程地质条件与工程地质问题

人类的工程活动都是在一定的地质环境中进行的，两者之间有密切的

关系，并且是相互影响，相互制约的。

工程活动的地质环境，亦称为工程地质条件，一般认为它应包括：±

和岩石的工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质、地质作用、自然地

质现象和天然建筑材料等。

地质环境对工程活动的制约是多方面的。它可以影响工程建筑的工程

造价与施工安全，也可以影响工程建筑的稳定和正常使用。

工程活动也会以各种方式影响地质环境，这种影响称为工程地质问题,

即已有的工程地质条件在工程建筑运行期间会产生一些新的变化和发展，

构成影响工程建筑安全的地质问题。

研究人类工程活动与地质环境之间的相互制约关系，以便做到既能使

工程建筑安全、经济、稳定，又能合理开发和保护地质环境，这是工程地

质学的基本任务。而在大规模地改造自然环境的工程中，如何按地质规律

办事，有效地改造地质环境，则是工程地质学要面临的主要任务。

作业：

1、工程地质学的具体任务是什么？

2、什么是工程地质条件与工程地质问题？

第一章地壳与岩石

地壳是地球的表层，是地质学、工程地质学的主要研究对象。地壳和

地球内部的化学元素，除极少数呈单质存在外，绝大多数是以化合物的形

态存在。这些具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物，称为矿

物。而由一种或多种矿物以一定的规律组成的自然集合体，称为岩石。岩

石是各种地质作用的产物，是构成地壳的物质基础。组成地壳的岩石，按

其成因可分为三类：即岩浆岩、沉积岩和变质岩。

第一节地壳与地质作用

地球是绕太阳转动的一颗行星，它是一个旋转椭球体。通过大地测量

与卫星测量，地球的赤道半径6378.160KM,两极半径为6356.755KM；地

球的扁平率为1/298.25o陆地面积占29.2%,海洋占70.8%。

地球不是一个均质球体，具有圈层构造，以地表为界，地球可以分为

内圈和外圈。外圈：大气圈(atmosphere)＞水圈(lithosphere)和生物圈

(biosphere)；内圈：根据物质成分、状态和性质的不同可分为很多层，一般

分地壳(lithosphere)、地幔(mantle)和地核(core)(图1-1)。

地核(地球的核心部分)：铁-锲合金组成，平均密度超过lOg/cn?。是

地球内部古登堡面以下至地心的部分，厚度为3500KM。分为外核和内核。

地幔：岩石组成的。地球莫霍面以下、古登堡面以上的部分，厚度约

2900KM,主要由固体物质组成。分为上地幔和下地幔。

一、地壳

地壳表层是人类工程活动的场所，地壳也是地质学的主要研究对象。

地壳：由固体岩石构成，平均密度2.8g/cm3。平均厚度33KM,一般

厚度15~40KM,洋壳最薄，平均仅5~6KM。

内核

外核

古登堡面

下地幔岩石圈

过渡带软流圈

上地幔过渡带

莫霍面

地壳

图1-1地球内部构造

二、地质作用

由自然动力引起的地壳和岩石圈，甚至地球的物质组成、内部结构和

地表形态发生变化的自然作用，统称为地质作用。

地质作用按其动力能的来源和发生作用的主要部位不同，可以分为内

力地质作用和外力地质作用。

（一）内力地质作用

内力地质作用简称为内力作用，是由地球转动能、重力能和放射性元

素蜕变的热能等所引起，主要是在地壳或地幔中进行。内力地质作用包括

地壳运动、岩浆作用、变质作用和地震等。

1.地壳运动

由地球自转速度的改变等原因，使得组成地壳的物质不断运动，并改

变它的相对位置和内部构造，称为地壳运动。

按地壳运动的方向，可分为升降运动和水平运动。地壳运动引起海陆

变迁，产生各种地质构造，因此，地壳运动又称为构造运动。发生在晚第

三纪末和第四纪的构造运动，称为新构造运动。

2.岩浆作用

地壳：由固体岩石构成，平均密度2.8g/cn?。平均厚度33KM,一般

厚度15~40KM,洋壳最薄，平均仅5~6KM。

岩浆是地壳深处的一种富含挥发物质的高温高压的粘稠硅酸盐熔融

体，其中含有一些金属硫化物和氧化物。在地壳运动的影响下，由于外部

压力的变化，岩浆向压力减小的方向移动，上升到地壳上部或喷出地表冷

却凝固成为岩石，这个过程统称为岩浆作用。由岩浆作用形成的岩石，叫

岩浆岩。岩浆作用有两种方式：①喷出作用；②侵入作用。

3.变质作用

由于地壳运动、岩浆作用等，在地下一定深度的岩石受到高温、高压

及化学成分加入的影响，在固体状态下，发生一系列变化，形成新的岩石,

这一过程称变质作用。由变质作用形成的岩石叫变质岩。影响变质作用的

主要因素为温度、压力、化学成分的加入。

根据引起变质作用的基本因素，可将变质作用分为三种类型：

①接触变质作用是指岩浆侵入到围岩中，由于岩浆的热力与其分化

出来的液体和气体，使围岩发生变质。主要因素是温度和化学成分的加入。

如砂岩变成石英岩，石灰岩变成大理岩。

②动力变质作用因地壳运动而产生的局部应力使岩石变形和破碎，

但成分上很少发生变化。主要因素是压力，温度次之。如断层角砾岩和糜

棱岩等。

③区域变质作用通常在大的区域范围内发生，是一种与强烈地壳运

动密切相关的变质作用。是地壳深处的岩石在高温高压下发生的变化，并

有外来化学组分的加入，是各种因素的综合。所形成的变质岩多具有片理

构造，如片岩等。

4.地震

地震是地壳快速振动的现象，是地壳运动的一种强烈表现。可分为火

山地震、陷落地震和构造地震等。地震是一种自然现象，是由地应力引起

岩石积蓄能量和急剧释放能量的地质作用。

（二）外力地质作用

由地球范围以外的能源引起的地质作用。它的能源主要来自太阳辐射

能以及太阳和地球的引力等。其作用方式有风化、剥蚀、搬运、沉积和成

岩。外力地质作用的总趋势是削高补低，使地面趋于平坦。

1.风化作用

常温常压下，在温度变化、气体、水和生物等因素影响下，地壳表层

的岩石在原地发生破碎、分解的物理和化学变化过程，叫风化作用。

2.剥蚀作用

将风化产物从岩石上剥离下来，同时也对未风化的岩石进行破坏，不

断改变着岩石面貌，这种作用称为剥蚀作用。其地质营力有风、流水、冰

川、和海浪等。因此，剥蚀作用可分为风的吹蚀作用、流水的侵蚀作用、

地下水的潜蚀作用、冰川的刨蚀作用、海及湖水的冲蚀作用。

3.搬运作用

风化剥蚀产物在地质营力作用下离开母岩区，经过长距离搬运，到达

沉积区的过程，叫搬运作用。其地质营力主要是风和地表流水，次为冰川、

地下水、湖水和海水。搬运方式可分为三种：

①拖曳搬运；②悬浮搬运；③溶解搬运。

4.沉积作用

被搬运的物质，经过一定距离后，由于搬运介质的动能减弱、搬运介

质的物理化学条件发生变化，或在生物的作用下，被搬运的物质从搬运介

质中分离出来，形成沉积物的过程，叫沉积作用。沉积作用的方式有：机

械沉积作用、化学沉积作用和生物沉积作用。

5.成岩作用

使松散沉积物转变为沉积岩的过程，称为成岩作用。成岩作用可以分

为：压固作用、胶结作用和重结晶作用。

第二节造岩矿物

地壳中已发现的矿物有三千多种，除个别以气态（碳酸气、硫化氢气

等）或液态（水、自然汞等）出现外，绝大多数均呈固态。而构成岩石的

主要矿物只有二十儿种，这些组成岩石的主要矿物称为造岩矿物。

一、矿物的形态

,非晶体矿物（组成矿物的质点为无序排列）:火山玻璃、胶体蛋白

［晶体矿物（组成矿物的质点为有序排列）

'［针状、柱状

单体片状、板状

、立方体、菱面体

几何体：晶族、纤维状、粒状、钟乳状^状、土状、块状

立方体单形立方体与八面体聚形石英的双锥六面体

图1-2矿物晶体形状

二、矿物的物理性质：

'自色：矿物吸收某一波长的光波后，其余光波的混合色。

1、颜色〈它色：矿物中混入色素离子的颜色。

假色：矿物表面氧化反应后的颜色

2、条痕：矿物粉末的颜色。

M/人也汉（晶面光泽：玻璃光泽、珍珠光泽

3、光泽：矿物表面反射光的能力:［断口光泽：油脂光泽

儿何体光泽：丝绢光泽、土状光泽

’透明

4、透明度：矿物透射光的程度:半透明

不透明

5、硬度：抵抗外力刻划的能力（在晶面上）。摩氏硬度：

滑石石膏方解石萤石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石

12345678910

6、解理：外力敲击下，沿结晶薄弱而平行裂开的性能。

「解理组数

角闪石：124。,56。

解理交角:

辉石：87。,93。

（挤完全解理：解理面完全光滑

完全解理：解理面大部分光滑

解理程度:

中等解理：解理面平整光滑较小，断口发育

.无解理：解理面肉眼难见平整光滑处

贝壳状

锯齿状

7、断口：外力敲击下，沿任意方向的裂开:

参差状

平坦状

「弹性挠性滑感可塑性磁性

其它特殊性质:

一方解石：遇稀盐酸剧烈气泡

［化学反应:

白云石：遇镁试剂变蓝

三、常见造岩矿物及鉴定方法

1、浅色矿物：

石英正长石斜长石方解石白云石白云母石膏滑石

硬度大硬度中等硬度小

半透明肉红色灰白色菱面体弯曲菱面体薄片状丝绢光泽有滑感

断口油脂光泽两组解理遇HCL起泡遇镁试剂变兰珍珠光泽

无解理白色弹性

2、暗色矿物：橄榄石辉石角闪石黑云母绿泥石

硬度大硬度小

颗粒状短柱状长柱状薄片状薄片状

半透明解理交角近90°解理交角124°弹性挠性

橄榄绿色多为黑色黑绿色黑色墨绿色

珍珠光泽

小结：

1、绪论

2、地壳与地质作用

3、造岩矿物

第三节岩浆岩

岩石是各种矿物的集合体，是各种地质作用的产物。由于地质作用的

性质和所处环境的不同，不同岩石的矿物组合关系也不同，从而使岩石具

有一定的结构和构造。

岩石的结构：是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小和形状及彼此间

的组合关系。

岩石的构造：是指岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石的其它

组成部分之间的排列方式及充填方式。构造能反映出岩石的外貌特征。

岩浆岩又称火成岩，占地球总质量的95%,在三大岩类中占有重要的

地位。

一、岩浆岩的产状

岩浆岩的产状是指岩浆岩的形状、大小、深度以及与围岩的关系。由

于岩浆岩形成条件和所处的环境不同，其产状是多种多样的。其主要产状

有以下几种（图1-3）。

-

'岩基>100K"2

深成岩•

岩株<100K,"2

侵入岩＜

‘岩床、岩盆（顺着岩层面）

浅成岩，

岩浆岩产状，,岩墙、岩脉（顺着断层面）

,熔岩被'

喷出岩:熔岩原（稀性岩浆）

熔岩流

火山石块〉1OO/7W2

附：喷出物:“火山弹2—100mm

火山灰＜1mm

图1-3岩浆岩的产状

1-岩基;2-岩株：3-岩盘;4-岩床；5-岩墙；6-火山颈;7-岩钟；8-岩流;9-俘虏。

二、岩浆岩的矿物成分、结构、构造

,小就出八假色矿物：石英、正长石、斜长石、白云母

1、矿物成分Jb共占92%

［暗色矿物：橄榄石、辉石、角闪石、黑云母J

2、结构：指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、晶体形态、相互关系。

‘全晶质结构

(1)结晶程度:一半晶质结构

非晶质结构

'粗粒结构：①〉5mm

中粒结构：①=1—5加加

绝对大小<

细粒结构：①=0.1—1机机

(2)颗粒大小.、微粒结构：①<0.1加加

［等粒结构

相对大小・斑状结构

似斑状结构

3、构造：岩石中矿物集合体或其它组分在空间的排列与充填方式。

’块状构造：矿物分布各向均一。

流纹状构造：岩石中拉扁气孔、不同色带的平行排列。

‘气孔状构造：岩石中含有的原状气孔。

、杏仁状构造：岩石中原状气孔被后期物质充填。

三、岩浆岩的分类及常见的岩浆岩

(-)岩浆岩的分类

酸性岩中性岩基性岩超基性岩结构构造

非晶气孔、流纹

喷出岩粗面岩

流纹岩玄武岩少见半晶杏仁状

安山岩

隐晶块状

正长斑岩斑状

浅成岩花岗斑岩辉绿岩少见块状

闪长玲岩微粒

细粒

正长岩橄榄岩

深成岩花岗岩辉长岩中粒块状

闪长岩辉岩

粗粒

石英正长石

主要矿物成辉石橄榄石

正长石角闪石

分(10%以上)斜长石辉石

斜长石斜长石

(-)常见的岩浆岩

1.酸性岩类

花岗岩。花岗斑岩。流纹岩。

2.中性岩类

闪长岩。闪长玲岩。安山岩。正长岩。正长斑岩。粗面岩。

3.基性岩类

辉长岩。辉绿岩。玄武岩。

第四节沉积岩

由沉积物经过压固、脱水、胶结及重结晶作用变成的坚硬岩石，称为

沉积岩。沉积岩占地壳总质量的5%,但就地表而言。分布面积占75%„因

此，沉积岩在地表呈层状广泛分布，是区别于其它类型岩石的重要标志之

一、沉积岩的物质组成

沉积岩由两部分物质组成：沉积物颗粒和胶结物。

（一）矿物成分

沉积岩中已被发现的矿物约有160余种，最常见的只有20余种。按其

成因可分为：

1.碎屑物质

2.粘土矿物

3.化学沉积矿物

（―）胶结物

在沉积物颗粒之间，还有胶结物（把松散沉积物联结起来的物质）。胶

结物对沉积岩的颜色、坚硬程度有很大影响。按成分可以分为下面四种：

1.泥质胶结物

2.钙质胶结物

3.硅质胶结物

4.铁质胶结物

胶结物在沉积岩中的含量一般为25%左右，若超过25幅即可参加岩石

的命名。如钙质长石石英砂岩。

二、沉积岩的结构和构造

（-）沉积岩的结构

沉积岩的结构是由其组成物质的形态、性质、颗粒大小来决定的。沉

积岩的结构有以下几种:

角砾状结构2如棱角状

［砾状结构

圆砾状结构（p>圆状

'粗砂状结构©=2-0.5.加

碎屑结构|砂状结构|中砂状结构80.5-0.25小

细砂状结构©=0.25-0.075ww

粉砂状结构^=0.05-0.005如《

,泥质结构：。<0.005川》

结晶结构:沆淀结晶或重结晶形成

.生物结构：由生物遗体或碎片组成

（二）沉积岩的构造

沉积岩的构造是指其组成部分的空间分布及其相互间的排列关系。沉

积岩最主要的构造是层理构造。由于沉积环境的变化，使先后沉积的物质

组分的颗粒大小、形状、成分及颜色发生变化，而显示出成层现象，称为

层理构造。

（1）岩层：指一个基本稳定的物理条件（沉积环境和物质来源）下，

形成的沉积单位，由成分基本均匀一致的岩石组成的岩石层，层与层之间

由层面分开。

巨厚层。＞1m

厚层。=1-0.5机T

?层厚

岩层按厚度划分＜中厚层。=0.5-0.所

顶面

薄层。=0.1-0.001m

微层（纹层）D＜0.001底面

（2）层理构造：指岩层中因成分、粒度、颜色发生变化而表现出来

‘水平层理

单斜层理

'交错层理

・波状层理

的纹理。

（3）块状构造：无层理，各向均一。

'波痕

（4）层面构造«泥裂

虫迹

公、厂化石：生物遗体或遗迹或遗迹被后期化学成分置换石化。

（5），化石与结核v［结核：成岩时，某些胶体聚集而成。

三、沉积岩分类及常见的沉积岩

（一）沉积岩的分类

角砾状结构—＞角砾岩

砾状结构，

圆砾状结构-＞砾岩

,石英砂岩:石英＞95%

'粗砂状结构f粗砂岩■

H、长石砂岩:石英＞50%

1.碎屑岩类＜砂状结构＜中砂状结构f中砂岩”再分《

,长石＞25%

细砂状结构f细砂岩

岩屑砂岩：，石英＞50%

岩屑＞25%

粉砂状结）向f粉砂岩

无层理一泥岩

2.粘土岩类：泥状结构^

有层理f页岩

白云岩、泥质白云岩（含泥）

结晶粒状结构＜

石灰岩、泥灰岩（含泥）

竹叶状结构-竹叶状灰岩

3.化学岩类:同生砾状结构＜

询状结构一鲍状灰岩

生物化学结构-＞生物碎屑灰岩

（-）常见的沉积岩

1.碎屑岩类

①火山碎屑岩：火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩。

②沉积碎屑岩：砂岩和角砾岩、砂岩、粉砂岩。

2.粘土岩类

粘土岩、页岩、泥岩。

3.化学及生物化学岩类

石灰岩、白云岩、硅质岩。

第五节变质岩

变质岩是地壳内部原有岩石（岩浆岩、沉积岩和变质岩），由于受到高

温、高压以及化学成分加入的影响，在固体状态下，在发生剧烈变化后而

形成的新岩石。因此，变质岩不仅具有自身独特的性质，还常保留着原来

岩石的某些特点。

一、变质岩的矿物组成

‘特征变质矿物：滑石、绿泥石、绢云母、石榴子石、

红柱石、兰晶石、阳起石、绿帘石、透闪石等

'岩浆岩、沉积岩中常见矿物：石英、长石、云母、方解石、

・白云石'角闪石、辉石等

二、变质岩的结构和构造

（一）变质岩的结构

变余结构：指仍保留原岩颗粒大小和形态，但有成分改变。

粗粒变晶族〉3mm

•,,中粒变晶族=3-1.活

细粒变晶。＜

矿物成分、颗粒大小

变晶结构:.显微变晶（肉眼不可见:

和形态均变化

斑状变晶

形态:鳞片状变晶

柱状变晶

碎裂结构：压力使原岩碎裂的结构

糜棱结构：原岩破碎成小于025阴冽的微粒。出现在断层破碎带

（-）变质岩的构造

变质岩的构造是识别各种变质岩的重要标志。

「片理构造：岩石中的片、柱、针状矿物的平行排列现象。

板状构造：平行薄板状。

千枚状构造:波状起伏，丝绢光泽。

片状构浩片柱状矿物平行批列延伸长,

斤伏狗但：粒状矿物少。

片麻状构造:片柱髅菽粼延伸短、巨

块状构造：矿物无平行定向排列。（受温度、化学流体影响）

'条带状构造一岩浆体在变质岩中呈条带状分布。

混合岩化构造

、眼球状构造7岩浆体在变质岩中呈透镜状分布。

三、变质岩的分类和常见的变质岩

（一）变质岩的分类

[■板岩

千枚岩

滑石片岩

绿泥石片岩

片|_Lb有LXJ〈片理构造

云母片岩

1区域变质岩:〔角闪石片岩

陆岗片麻岩

片麻岩闪长片麻岩

〔辉长片麻岩J

器歙夬状构造

.混合岩片理构造

'大理岩"

2、热接触变质岩

石英岩

块状构造

角页岩

、矽卡岩.

惭层角砾岩角砾状构造

区动力变质岩,

、糜棱岩条带或眼球状

（-）常见的变质岩

板岩。千枚岩。片岩。片麻岩。大理岩。石英岩。角岩。矽卡岩。蛇

纹岩。混合岩。构造（断层）角砾岩。碎裂岩。糜棱岩。

小结：1、岩浆岩；2、沉积岩；3、变质岩。

作业：1、什么是岩层的产状？在地质图上如何表示？

2、按轴面的产状褶曲分哪儿类？各有何特点？

3、怎样在野外识别断层？

第二章地质构造

组成地壳的岩层或岩体在地应力的长期作用下，发生变形、变位，形

成各种构造运动的形迹，称为地质构造，如：单斜、褶皱和断裂等。

第一节地质年代

地壳发展的时间段落称为地质年代。要了解一个地区的地质构造，地

层的相互关系，以及阅读地质资料和地质图件时，必须具备地质年代的知

识。

一、地质年代的确定方法

由两个平行或近于平行的界面（岩层面）所限制的同一岩性组成的层

状岩石，称为岩层。岩层是沉积岩的基本单位而没有时代含意。而地层和

岩层不同，它有时间含义。地质学把某一地质时代形成的一套岩层称为那

个时代的地层。

（-）相对地质年代确定法

通过比较各地层的沉积顺序、古生物化石特征、地层接触关系来确定

其形成的先后顺序。

1、地层层序法：

（1）正常层序法：对于正常沉积的岩层，老的在下，新的在上。岩层

倒转时关系相反。

（2）标准剖面法：将某地区的地层按新老关系排列的剖面，叫该地区

的标准剖面。用标准剖面对比某工点的地层，从而确定该工点地层新老关

系的方法。

（3）层面构造法：用层面构造指示岩层新老关系的方法。

2、古生物法：

根据生物化石，确定所在地层新老关系的方法。忸需：腔衰臂°

老地层：化石结构简单。

［缓慢量变：环境稳定、生物繁衍。

生物进化由量变到质变（递进性）1急剧质变：环境改变、生物质变。

［由高级到低级（不可逆性）

标准化石：在各个环境稳定时期，分布广、生存时间短的化石。

3、地层接触关系法

（1）沉积岩之间的接触关系：使合

①整合接触：各地层时代连

续，产状平行（反映地壳稳定下沉）

②平行不整合接触：各套地层

时代不连续，但产状平行。（又叫假

平行不隹合

整合，反映地壳下降沉积f上升剥蚀

一下降沉积）

③角度不整合接触：各套地层密度不隹合

时代不连续，产状不平行。（反映地

壳下降沉积一挤压弯曲f上升剥蚀

一下降沉积）

不整合的种类

（2）沉积岩与岩浆岩之间的接

触关系

①侵入接触：先沉积、后侵入。

②沉积接触：先侵入、后沉积。

③岩浆岩之间的接触关系：

穿插关系：新岩体穿插老岩体。

（二）绝对年代确定法

用岩石中放射性同位素蜕变规律来确定岩石形成时间。它是根据岩石中所

含的放射性同位素和它的蜕变产物的相对含量来测定的。例如，U238-Pb207,

1g铀一年蜕变出7.4X10-9g铅。根据铅铀比率确定岩石绝对年龄。

最后：用各岩石形成时间，排出各岩石形成的先后顺序。（即新老关系）

（最老岩石：南美洲圭亚那地盾角闪岩（41.3亿年），最老化石：蓝绿藻（35

亿年）。

二、地质年代单位和地层单位

1.地质年代单位

时间段落级别：宙、代、纪、世、期

2.时间地层单位

地层单位：宇、界、系、统、阶

3.地质年代表

绝对年龄

相对年代

值万年）

宙（宇）代（界）纪（系）世（统）

第四纪（系）QQi-sQi0.02

新生代（界）Kz晚NNxN：1.5

纪（系）R

早EExEcE,37

白垩纪（系才KKH67

中生代（界）应侏罗纪（系）JJ1J：Js137

三叠纪（系）TTxLT,195

显生宙（宇）

二叠纪（系）FPlPc230

晚Pz，石炭纪（系）CCiC：Cs285

泥盆纪（系）D350

古生代（界）

志留纪（系）SS应&405

早Pz1奥陶纪（系）0OiO：Os440

寒武纪（系）€500

震旦纪（系”Z*7c570

元古代（界）Pt

隐生宙（宇）2500

太古代（界）虹4000

地球发展初期4600

第二节岩层产状及其测定

一、水平岩层和倾斜岩层

习惯上把倾角小于5°的岩层称为水平岩层。

沉积岩由于地壳运动的影响，改变了原始状态，形成倾斜岩层。如果岩层

向•个方向倾斜，倾角又近于相等则称为单斜岩层。单斜岩层往往是褶曲

的一翼、断层的一盘，或局部地层升降不均引起的。

二、岩层产状

岩层产状是指岩层在地壳中的空间方位和产出状态。倾斜岩层的产状是用

岩层的走向（AB）、倾向（OD，）和倾角（a）三个要素来表示的。

岩层产状要素

三、岩层产状的测定及表示方法

（-）岩层产状的测定

岩层产状用地质罗盘仪测定。

（-）岩层产状的表示方法

在地质图上，岩层的产状常用符号“卜30。”表示。

在文字记录中，岩层的产状有两种表示方法：

1.方位角表示法

一般只记倾向和方位角，如200°Z30°o

2.象限角表示法

一般记录走向、倾向和倾角，如N40°E/30°SE,但很少采用。

1.水平构造

一个地区出露的水平或近于水平的岩层称为水平岩层。

2.单斜构造

如果在一定地区内一套岩层的倾斜方向和倾角基本一致，则称为单斜

岩层。倾斜岩层在大范围内，常常是褶皴的一翼（层序）

小结：

1、地质年代的确定方法

2、地质年代单位和地层单位

3、水平岩层和倾斜岩层

4、岩层产状

5、岩层产状的测定及表示方法

第三节褶皱构造

―基本概念

组葭地壳的翼层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列的波状

弯曲而未丧失其连续性的构造，称为褶皱构造。

褶曲：褶皱中的单个弯曲。

背斜：岩层向上弯曲。地层对称重复，中间老，两边新。

向斜：岩层向下弯曲。地层对称重复，中间新，两边老。

褶皱的基本类型：1.背斜；2.向斜。

I背斜T

褶曲要素

核部：褶曲中心部位的岩层。

部

翼

：褶曲两侧部位的岩层。

面

轴

:通过核部，大致平分两翼的假想平面。

线

轴

：轴面与水平面的交线。

纽

枢

：轴面与岩层面的交线。（最大弯曲点的连线）。

三、褶曲的形态与分类

1、按轴面的产状分类

2、按枢纽产状分类

‘水平枢纽：地层界限平行延伸。

（枢纽水平）

恢伏枢纽：地层界限向一端弯曲封闭。

.（枢纽便伏）

四、褶曲的判别

（基本类型、按横剖面分类、按纵剖面分类）

由于褶皱核部岩层受水平挤压作用，产生许多裂隙，直接影响岩体的

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

类建筑工程必须注意岩层的坍落、漏水及涌水问题。

在褶皱翼部布置建筑工程时，如果开挖边坡的走向近于平行岩层走向，

且边坡倾向与岩层倾向一-致，边坡坡角大于岩层倾角，则易造成顺层滑动

现象。

隧道轴线平行于褶皱轴线时，一般布置在褶皱翼部，通过均一岩层。

因为褶曲地层受到强烈的拉伸和挤压，岩层破碎，常形成洞顶坍落，而在

向斜核部则是储水较丰富的地段。

第四节断裂构造

构成地壳的岩体受构造应力作用发生变形，当变形达到一定程度后，

是岩体的连续性和完整性遭到破坏，产生各种大小不一的断裂，称为断裂

构造。包括节理和断层。

一、节理

节理（裂隙），是岩体受力断裂后两侧岩块没有明显位移的小型断裂构

造。

节理和产状一样，用走向、倾角、和倾向三要素来表示。

（-）节理的分类

根据节理的成因，可分为原生节理、构造节理和次生节理。

1、原生节理

是指岩石在形成过程中所形成的节理。

2、构造节理

是岩石受构造应力作用产生的节理。

I）张节理

产状不很稳定，在平面上和剖面上的延展均不远；节理面擦痕不发育,

节理面粗糙，开口大，节理常有充填；节理面绕过矿物或碎屑；张节理一

般发育稀疏，节理间距较大，分布不均匀。

2）剪节理

产状稳定，在平面和剖面上的延续均较长；节理面光滑，常有擦痕、

镜面等现象，节理两壁闭合；切穿矿物或碎屑；一般发育较密，且常等间

距分布；成对出现，呈两组共辄剪节理。

3、次生节理

由于岩体受卸荷、风化、地下水等次生作用而产生的裂隙。

次生节理分布无规律，破坏岩体的完整，使岩体多成碎块。

(-)节理的工程地质评价

岩体中的裂隙，除了有利于开挖外，对岩体的强度和稳定性有不利的

影响。降低强度、稳定性；诱发崩塌、滑坡；影响爆破效果。

(三)节理的调查、统计和表示方法

为了弄清工程场地节理分布规律及其对工程岩体稳定性的影响，在进

行工程地质勘察时，都要对节理裂隙进行野外详细调查和室内资料的整理

工作。

1、节理的野外调查填写野外测量记录表

2、节理观测资料的室内整理统计图经常采用节理玫瑰图和等密度图

来表示。

二、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。断层的规模

从几厘米到数千公里，对工程岩体的稳定有显著的影响。

(-)断层要素

(-)断层的基本类型

1、按断层两盘相对运动方向分类:

①正断层：

上盘相对下降的断层。符号为：/

②逆断层：

上盘相对上升的断层。符号为:

‘纵断层：断层走向与褶曲轴线平行。

■横断层：断层走向与褶曲轴线垂直。

斜断层：断层走向与褶曲轴线斜交。

（三）断层的工程地质评价

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

水的活动及岩溶的发育，表现为：

①降低了岩体的强度和稳定性。

②跨越建筑物的不均匀沉降。

③隧道工程通过断裂碎裂岩石时易产生坍塌。

④断裂带在新的地壳运动影响下，可能发生新的移动，从而影响建筑

物的稳定。

（四）断层的野外识别

①构造线与地质体的不连续

②地层的重复和缺失

③断层面的构造特征

④地貌及其他标志

第五节地质图

地质图是反映一个地区各种地质条件的图件。它是将自然界的地质情

况，用规定的符号按一定的比例缩小并投影绘制在平面上的图件，是工程

实践中需要收集和研究的重要地质资料。

一、地质图的类型

普通地质图

第四纪地质图

水文地质图

服务于各种工程建设的工程地质图

二、地质图的规格

图名；图例；比例尺；编制单位；编制日期。

三、地质条件在图上的反映

地层岩性

地质构造

岩层接

小结：

1、褶皱构造

2、断裂构造

3、地质图

作业：

1、什么是岩层的产状？在地质图上如何表示?

2、按轴面的产状褶曲分哪儿类？各有何特点？

3、怎样在野外识别断层？

第三章地质作用

地表是各种自然因素的交叉作用带，也是人类工程活动的最主要场所。

下面就几种常见的地质作用，阐述其作用特点、形成规律和对工程的不良

影响及其防治措施。

第一节风化作用

地表的岩石在太阳辐射和外圈层作用下，会逐渐崩解、分离为大小不

等的岩屑或土层。岩石的这种物理、化学性质的变化称为风化；引起岩石

这种变化的作用称为风化作用；被风化的岩石圈称为风化壳。在风化壳中，

岩石经过风化作用后，形成松散的岩屑和土层，残留在原地的堆积物称为

残积土；尚保留原岩结构和构造的风化岩石称为风化岩。

二、风化作用的类型

(-)物理风化

物理风化系指地表岩石因温度变化和空隙中水的冻融以及盐类的结晶

而产生的机械崩解过程。

1.热力风化

地表岩石受太阳辐射有昼夜和季节变化，岩石为热的不良导体，温度

变化引起岩体膨胀和收缩产生的压应力和拉应力仅限于表层。温度变化引

起的膨胀和收缩交替遂使岩石表层产生裂缝以致片状剥落。

2.冻融风化

岩石孔隙或裂隙中水的冻融频繁交替进行，不断使裂隙加深扩大，以

致使岩石崩裂成为岩屑。

(二)化学风化

化学风化系指岩石在水、水溶液和空气中的氧与二氧化碳等的作用下

所发生的溶解、水化、水解、碳酸化和氧化等一系列复杂的化学变化。

1.溶解作用

水是一种好的溶剂。矿物遇水后就会不同程度地被水溶解，一些质点

离开矿物表面进入水中形成溶液流失。

2.水化作用

有些矿物和水结合形成新的矿物。岩石中的矿物大都不含水，但在地

表与水接触形成新的矿物，却几乎都含水。

CaSO4+2H2O^CaSO4-2H2O

3.水解作用

有些矿物遇水离解形成新的化合物。

4K(AISi3O8)+2H2O->4KOH+AI4(Si4Oio)(OH)8+8SiO2

4.碳酸化作用

溶于水中的C02,形成CO｝和HCO3离子，夺取盐类矿物的金属阳离

子结合成易溶盐而随水迁移，使原有矿物分解。

K2OAI2O3-6SiO2+CO2+2H2O-^Al2O3-2SiO2-2H2O+K2C03+4SiO2

5氧化作用

大气和水中含氧量均较高，故氧化作用是化学风化中最常见的一种。

表现有两个方面：一是矿物中某种元素与氧结合形成新矿物；二是许多变

价元素在缺氧条件下形成低价矿物，在地表氧化环境下转变成高价化合物，

原有矿物被解体。

（三）生物风化

生物风化是指生物在其生长和分解过程中，直接或间接地对岩石矿物

所进行的物理和化学作用。表现为植物根劈作用、动物挖掘、生物吸收营

养和分泌有机酸破坏。

（四）风化作用类型之间的相互关系

岩石的风化作用实质上只有物理风化和化学风化两种基本类型，彼此

是互相紧密联系的。物理风化是化学风化的前驱和必要条件，化学风化是

物理风化的继续和深入。实际上，物理风化是化学风化在自然界往往是同

时进行、互相影响、互相促进的。因此，风化作用是一个复杂的、统一的

过程，只有在具体条件和阶段，物理风化是化学风化才有主次之分。

三、影响风化作用的因素

（一）气候因素

气候对风化的影响主要是通过温度和雨量变化以及生物繁殖状况来实

现的。

（二）地形因素

在不同的地形条件（高度、坡度和切割程度）下，风化作用也有明显

的差异，它影响着风化的强度、深度和风化物的保存厚度及分布情况。

（三）地质因素

岩石的矿物组成，结构和构造都直接影响风化的速度、深度和风化阶

段。

四、岩石风化的勘查评价与防治

（-）风化作用的工程意义

岩石受风化作用后，改变了物理化学性质，变化情况随着风化程度的

轻重而不同。如岩石的裂隙度、孔隙度、透水性、亲水性、胀缩性和可塑

性等都随风化加深而增加，岩石强度随风化程度加深而降低，风化壳成分

的不均匀性、产状和厚度的不规则性都随风化的加深而增大。所以，岩石

风化程度越深，地基承载力越低，边坡越不稳定。风化程度对设计和施工

都有直接影响。因此，工程建设必须对岩石的风化程度、速度、深度和分

布情况进行调查和研究。

（二）岩石风化的勘查与评价

岩石风化调查的主要内容：

1.查明风化程度，确定风化层的工程性质，以便考虑建筑物的结构和

施工方法。根据岩石的颜色、结构和破碎程度等地质特征和强度，将风化

层分为五个带：全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带、新鲜岩石。

2.查明风化厚度和分布，以便选择最适当的建筑地点，合理地确定风化

层的清基和刷方的土石方量，确定加固处理的有效措施。

3.查明风化速度和风化因素，对直接影响工程质量和风化速度快的岩

层，必须制定预防风化的正确措施。

4.对风化层的划分，特别是粘土的含量和成分进行必要分析，因为它直

接影响地基稳定性。

（三）岩石风化的防治

岩石风化的防治方法主要有：

1.挖除法；2.抹面法；3.胶结灌浆法；4.排水法。

第二节地表