04地质构造断裂构造课件

第四章地质构造4.3节理完整岩石破坏节理断层断裂构造外力2NJUT4.3节理3NJUT4.3节理4NJUT一、节理的类型次生节理原生节理张节理非构造节理构造节理剪节理按成因外动力地质作用形成的节理5NJUT一、节理的类型剪节理：由剪应力产生的破裂面，其主要特征如下：裂口是闭合的，节理面平直而光滑，常见有滑动擦痕和磨光镜面；剪节理的产状稳定，沿其走向和倾向可延伸很远；在砾岩或砂岩中发育的剪节理常切砾石、砂粒、结核和岩脉，而不改变其方向；剪节理的发育密度较大，节理间距小而且具有等间距性，在软弱薄层岩石中常常密集成带出现。长、大、平直光滑，延伸稳定，常常呈“X”型6NJUT一、节理的类型7NJUT张节理：由张应力产生的破裂面。大多发育在脆性岩石中，尤其在褶皱转折端等张拉应力集中的部位最发育，它主要有以下特征：

裂口是张开的，剖面呈上宽下窄的楔形，常被后期物质或岩脉填充；

节理面粗糙不平，一般无滑动擦痕和磨擦镜面；

产状不稳定，沿其走向和倾向都延伸不远即行尖灭；

在砾岩或砂岩中发育的张节理常常绕过砾石、结核或粗砂粒，其张裂面明显凹凸不平或弯曲；

张节理追踪X型剪节理发育呈锯齿状。一、节理的类型8NJUT一、节理的类型9NJUT一、节理的类型2.按节理与岩层走向关系分类(1)走向节理：节理延伸方向大致与岩层走向平行。(2)倾向节理：节理延伸方向大致与岩层走向垂直。(3)斜交节理：节理延伸方向与岩层走向斜交。10NJUT一、节理的类型3.根据节理与褶皱轴的关系，可将节理分为：(1)纵节理-节理走向与褶皱轴向平行(2)横节理-节理走向与褶皱轴向直交(3)斜节理-节理走向与褶皱轴向斜交11NJUT二、节理的调查、统计和表示方法1.调查的内容(1)地质背景：包括地层、岩性、褶皱和断层的发育；(2)节理的产状：走向、倾向和倾角；(3)节理的张开和填充情况：包括张开的程度、充填的物质等；(4)节理壁的粗糙程度：粗糙的、平坦的、光滑的；(5)节理的充水情况；12NJUT二、节理的调查、统计和表示方法节理野外测量记录表编号节理产状长度宽度条数填充情况裂隙成因走向倾向倾角1MW307°N37°E18°22裂隙面夹泥扭性裂隙2NW332°N62°E16°15裂隙面夹泥扭性裂隙3N7°ENW27°80°2裂隙面夹泥扭性裂隙4N15°ENW285°50°4裂隙面夹泥扭性裂隙13NJUT二、节理的调查、统计和表示方法2.研究内容确定节理的成因、对节理进行分期、统计节理的间距、数量、密度，确定节理的发育程度和主导方向等。节理的分期可根据节理的交切关系进行，比如后期形成的节理常将先期形成的节理错开，或者受到先期形成的节理的限制。14NJUT二、节理的调查、统计和表示方法节理玫瑰图a）节理走向玫瑰花图b）节理倾向玫瑰花图3、资料整理：节理玫瑰花图、等密图和电算处理等。15NJUT三、节理的工程地质评价岩石中的节理，在工程上除有利于开采外，对岩体的强度和稳定性均有不利影响。（1）节理破坏了岩石的整体性，促使风化速度加快；（2）增强岩体的透水性，使岩体强度和稳定性降低。（3）若节理的主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致，不论岩体的产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌或碎落。在路基施工时，还会影响爆破作业的效果。所以，当节理有可能成为影响工程设计的重要因素时，应当进行深入的调查研究，详细论证节理对岩体工程建筑条件的影响，采取相应措施，以保证建筑物的稳定和正常使用。16NJUT三、节理的工程地质评价1、节理的成因：构造节理分布范围广、埋藏深度大，并向断层过渡，对工程稳定性影响较大。2、节理的受力特征：张节理比剪节理的工程性能差。3、节理产状：倾向和边坡一致的节理稳定性差。4、节理密度和宽度：一般用节理发达程度来表示，节理越发达，对工程影响越大。5、节理面间的充填物：充填有软弱介质的节理，工程地质条件差。6、节理的充水程度：饱水的节理，其稳定性差。17NJUT4.4断层地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造称断层。

断层是构造运动中广泛发育的构造形态。它大小不一、规模不等，小的不足一米，大到数百、上千千米。但都破坏了岩层的连续性和完整性。断层因其规模比节理大﹐故在控制固体矿床﹑油﹑气和地下水的运移和储藏﹐对大型工程的地基稳定性的影响以及地震的监测和预报等方面都有着非常重要的实际意义。18NJUT一、断层要素上盘下盘断层面由走向、倾向、倾角确定。非绝对平面。通常具一定厚度。与地面的交线称断层线。1．断层面：岩石断开并籍以滑动的破裂面。19NJUT一、断层要素2．断盘:岩石断开之后，被分隔为两部分的岩块断面直立：按方位称谓——如走向南北，则称东盘、西盘断面倾斜：称上盘、称下盘按运动方式：称上升盘、称下降盘20NJUT二、断层类型正断层：上盘下降、下盘上升的断层；1、按断层两盘相对运动分类一般为陡倾角断面，多由重力作用和水平张力作用而形成。断层面参差交错，倾角较陡，一般为45°～90°断层线可延长几百公里，两盘相对位移距离可由几厘米至几十米。断层破碎带较宽，断层角砾。21NJUT二、断层类型逆断层：上盘上升、下盘下降的断层；进一步细分为：1、按断层两盘相对运动分类1）低角度逆断层：倾角<45°2）高角度逆断层：倾角>45°3）逆冲断层：位移量较大的低角度逆断层（倾角<30°）4）推覆构造：大型逆冲断层，此时，伴有飞来峰和构造窗。22NJUT二、断层类型

飞来峰：原地系统中见外来系统的残留岩块，上下为断层接触关系，断层线呈圈闭形态。

构造窗：外来系统中剥露出下伏原地系统的露头，上下为断层接触关系，断层线呈圈闭形态。23NJUT二、断层类型逆断层为岩层受近于水平挤压应力作用而形成的压性断裂，破碎带较窄。断层面呈舒缓波状，比较光滑且有表示两盘相对位移的擦痕，多发育在褶皱的翼部并与褶皱轴平行。1、按断层两盘相对运动分类擦痕是指断层两盘相对错动时留下的痕迹，即在断层面上产生的沟槽状细微平行刻痕。组成断层擦痕的擦沟或擦槽往往一端宽且深，另一端窄而浅并逐渐消失，根据它的延长方向及擦槽形状，可以判别断层两盘相对运动的方向。手摸断层擦痕，有光滑感的方向代表断层另一盘滑动的方向。24NJUT二、断层类型平移断层：两盘岩块沿断层走向作相对水平运动的断层（也称走滑断层）。1、按断层两盘相对运动分类平移断层为受剪切形成的扭性断裂，断层线呈直线，多与褶皱轴斜交。断层面接近直立，断层破碎带较窄．沿断层面可见水平擦痕。左行走滑（反时针）：垂直断层走向，见对盘向右滑动。右行走滑（顺时针）：垂直断层走向，见对盘向左滑动。25NJUT2、组合类型二、断层类型（1）阶梯状断层：是由若干条产状大致相同的正断层平行排列组合而成。阶梯状断层一般发育在上升地块的边缘，地貌呈阶梯状。26NJUT2、组合类型二、断层类型（2）地堑与地垒：是由走向大致相同、倾向相反、性质相同的两条或数条断层组成的。

★

断层中间岩块为共同的下降盘，两侧断层的断盘依次上升，这种组合形态的断层称为地堑。

★断层中间岩块为共同的上升盘，两侧断层的上盘呈阶梯状依次下降，这种组合形态称为地垒。正断层逆断层对冲式背冲式27NJUT2、组合类型二、断层类型（3）叠瓦构造：产状大致相同的一系列平行排列的逆断层组成。叠瓦构造断层面的倾角向下逐渐变缓，在深处有时收敛成一条主干大断层。（P41图4.35）28NJUT2、组合类型二、断层类型正断层的组合：阶梯状断层、地堑、地垒。逆断层的组合：叠瓦构造，对冲式断层，背冲式断层。地堑与地垒29NJUT3、按断层与所在岩层关系二、断层类型（1）走向断层（纵断层）：断层走向与岩层走向基本一致。

（2）倾向断层（横断层）：断层走向与岩层走向直交。

（3）斜向断层（斜断层）：断层走向与岩层走向斜交。

（4）顺层断层：断层面与岩层面基本一致。30NJUT四、断层存在的标志1.地质体的不连续：沿走向中断、错开，缺失或重复。31NJUT四、断层存在的标志2.

断层面（带）的构造特征：（1）镜面、擦痕与阶步：断层两盘相互错动时，由摩擦作用导致在滑动面上产生平行密集的微小刻槽，称为擦痕；断层面上与擦痕直交的细小陡坎，叫阶步；在断层面上还有磨光的平面，叫磨擦镜面。北京西山奥陶系石灰岩断层面上的擦痕和正阶步河北遵化震旦系白云质灰岩断层面上发育的反阶步32NJUT四、断层存在的标志（2）牵引构造：断层两盘错动时，紧邻断层面两侧的地层，因受磨擦力的牵引，发生塑性拖拉而形成的弯曲现象，称为牵引褶皱。由断层作用导致的牵引现象及其指示的两盘滑动方向33NJUT四、断层存在的标志（3）断层岩：规模较大的断层，常形成断层破碎带，其宽度大小不等，在断层破碎带内常常有断层(构造)角砾岩，糜棱岩、碎裂岩、断层泥、构造片状岩等构造岩。断层破碎带构造岩34NJUT四、断层存在的标志3.地貌和水文标志1）断层崖与断层三角面在断层两盘的相对运动中，上升盘常常形成陡崖。称为断层崖。如峨眉山金顶舍身崖、昆明滇池西山龙门陡崖。当断层崖受到与崖面垂直方向的地表流水侵蚀切割，形成沿断层面分布的三角形陡壁，称为断层三角面。如河南偃师的五佛山。断层三角面断层崖35NJUT四、断层存在的标志3.地貌和水文标志36NJUT四、断层存在的标志3.地貌和水文标志2）山脊错位与河流改向正常延伸的山脊突然被错断，往往是断层两盘平移运动的结果；横切山脊走向的平原或盆地与山岭的接触带，往往是断层通过的地方，如太行山前断裂带，使太行山在华北平原西缘拔地而起，成为华北平原的西部屏障；正常流经的河流突然产生急转弯，或一些顺直深切的河谷，都能指示断层延伸的方向。37NJUT四、断层存在的标志3.地貌和水文标志3）断层湖、断层泉：沿断层带常形成一些串珠状分布的断陷盆地、洼地、湖泊、泉水等，可指示断层延伸方向。如我国云南东部顺南北向的小江断裂带分布了一串湖泊，自北向南有杨林海、阳宗海、滇池、抚仙湖、杞麓湖以及昆明盆地、宜良盆地、嵩明盆地、玉溪盆地等。38NJUT四、断层的形成时代基本原则：

断层发生的年代晚于被断地层的最新地质年代，早于以不整合覆盖在断层之上的最老地层的年代。断层形成在二叠纪与三叠纪之交39NJUT五、断层的工程地质评价

断层的存在，从总体上说，破坏了岩体的完整件，断裂面的抗剪强度远低于岩体其它部位的抗剪强度。断层一般从以下几个方面对工程建筑产生影响。

（1）断层降低了地基岩体的强度及稳定性。断层破碎带力学强度低，压缩性增大，会发生较大沉陷，易造成建筑物断裂或倾斜。断裂面是极不稳定的滑移面，对岩质边坡稳定及桥墩稳定常有重要影响。

（2）断裂构造带不仅使岩体破碎，而且断层上、下盘的岩性也可能不同，如果在此处进行建筑工程、有可能产生不均匀沉降。40NJUT五、断层的工程地质评价

（3）断层位置与线路工程的关系，一般说来线路垂直通过断层比顺着断层方向通过受的危害小；隧道工程通过断裂破碎带地段，易发生坍塌甚至冒顶。

（4）沿断裂破碎带地段易形成风化深槽及岩溶发育带。

（5）断裂构造破碎带常为地下水的良好通道，地下热水的出露也常为断裂构造所控制。另一方面，断裂挤压带也可以成为地下水的隔水墙（6）构造断裂带在新的地壳运动影响下，可能发生新的移动。因为构造断裂带是地壳表层薄弱地带，若有新的地壳运动发生时，往往引起附近断裂产生新的移动，从而影响建筑物的稳定。41NJUT4.4活断层

活断层:指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层（即潜在活断层）。美国原子能委员会（USNRC）（1）在3.5万年内有过一次或多次活动的断层（2）与其他活动断层有联系的断层（3）沿该断裂发生过蠕动或微震活动

1994年《岩土工程勘察规范》全新地质时期（1～1.1万年）

1989年《中国水利水电工程地质勘察规范》晚更新世（10万年）42NJUT4.4活断层

活断层:指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层（即潜在活断层）。“不久的将来”一般是指重要建筑物如大坝、核电站等的使用年限（约100年）。

它的规模可大到板块边界，也可小到仅几十公里长。43NJUT4.4活断层

活断层:指目前正在活动着的断层或近期有过活动且不久的将来可能会重新发生活动的断层（即潜在活断层）。“不久的将来”一般是指重要建筑物如大坝、核电站等的使用年限（约100年）。

它的规模可大到板块边界，也可小到仅几十公里长。44NJUT一、活断层研究意义1．绝大多数强震震中分布于活断层带内。我们知道全球有两个大的地震带：环太平洋带和地中海一喜马拉雅带。两者释放的能量占全球地震总能量的95％，而这两个带部是活动的板块边界大断层带。

2．世界上著名的破坏性地震所产生的地表新断层与原来存在的断层走向一致或完全重合。如1906年美国旧金山发生的8.3级地震沿圣安德列斯断层产生了450公里的地表破裂；我国1920年的宁夏海原地震、1970年的云南通海地震、1973年的四川炉霍地震、1988年的云南澜沧一耿马地震等，都产生了与原断层大体重合的新断层。45NJUT一、活断层研究意义3．在许多活动断层上都发现了古地震（指有仪器记录以前的地震）及其重复现象。每一发震断层上的重复时间从几百年至上万年。我国建国以来受灾损失最大的唐山地震，在断层上也发现了古地震现象。这告诉我们：不仅是现在，而且过去的地震也是沿断层分布的。

4．大多数强震的极震区和等震线的延长方向和当地断层走向一致。大地震的前震和余震也沿断层线性分布。5.震源力学分析（震源机制）得出，震源错动面的产状大部分和地表断层一致。46NJUT一、活断层研究意义这些现象说明：地震带与活断层有着成因上的密切联系。因此可通过地震带发现和研究活动断层带，而活动断层带的存在和断层作用又是产生地震和地震成常分布的根本原因。47NJUT一、活断层研究意义黄河小浪底工程（中美联合设计，世界银行贷款）水工建筑物坝址8公里范围内无活断层，库区无大于或等于5级的地震活动）的地段；场地选择后，要选择抗震性能好的建筑物型式及建筑物布局。坝址区半径30公里内有8条大断裂48NJUT一、活断层研究意义黄河小浪底工程（中美联合设计，世界银行贷款）其中王良断裂在坝下游6.5公里断层发生在Q1－Q2期间Q2的中后期，Q3以来再未活动过抗震设计：8级→9级原由美方提出按地震加速度0．315g进行抗震设计，后经江苏、河南等省地震局和有关地震部门对工程进行了地震安全性评价工作，降低了地震加速度值，0.3伽→0.215伽，美方采纳了评价结果降低工程造价约4亿元人民币。49NJUT一、活断层研究意义（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（1739）河北蓟县（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·安德烈斯坝（2米）长城错断50NJUT二、活断层的基本特征按运动性质分为粘滑的和蠕滑的；按发震与否分为发震的和非发震的；按几何形态（两盘相对运动方向）分为走滑（又分左旋和右旋）、倾滑（正断和逆断）和混合型等。

按运动速率分为A、B、C、D不同级别；51NJUT二、活断层的基本特征活断层是深大断裂复活的产物活断层的继承性和反复性按照位移方向与水平面的关系：（1）走滑型活断层常分布于大陆内部的地块之间的接触部位（2）逆断型活断层多分布于板块碰撞挤压带上盘分支断层、次级断层较多（3）正断型活断层下降盘分支断层多见，形成地堑式的正断层组合52NJUT二、活断层的基本特征活断层的活动方式（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53NJUT三、活断层的参数产状

断层面的走向、倾向和倾角遥感判读、宏观地质调查、震源机制断层面解、裂缝、地震特征长度和断距

地震时地表断裂带长度和断层最大位移量一般：震级越大，震源深度越浅，地表断裂越长，断距越大。7.5级以上地震均出现地表错断，而小于5.5级的较少出现54NJUT三、活断层的参数错动速率

现今错动速率：重复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55NJUT三、活断层的参数错动速率

现今错动速率：重复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56NJUT三、活断层的参数错动周期应变能积累的速度：地壳应变速率S

地质体能够承受应变能的极限：断层锁固段的强度

d：一次地震的错移量S：断层的平均错动速率57NJUT三、活断层的参数年龄判据

直接法：断层物质绝对年龄法C14、热发光法等间接法：错动地层年龄法Q32-Q4Q31-Q458NJUT四、活断层的识别地质方面地貌方面水文地质方面历史资料方面地形变监测资料59NJUT四、活断层的识别地质方面最新沉积物的错断活断层带物质结构松散伴有地震现象的活断层，地表出现断层陡坎和地裂缝60NJUT四、活断层的识别地貌方面断崖：活断层两侧往往是截然不同的地貌单元直接相接的部位.常表现为：一侧隆起区，一侧凹陷区

.水系：对于走滑型断层（1）一系列的水系河谷向同一方向同步移错（2）主干断裂控制主干河道的走向61NJUT四、活断层的识别水文地质方面导水性和透水性较强泉水常沿断裂带呈线状分布，植被发育例：宝