工程地质学课件

1/63第三章地质构造第一节地质作用第二节地质年代第三节岩层产状主要内容第四节褶皱构造第六节地质图第五节断裂构造2/63由自然动力引起地壳的物质组成、内部结构和地表形态发生变化和发展的作用称为地质作用。按动力来源分为：内力地质作用(endogenicgeologicalprocess)外力地质作用(exogenicgeologicalprocess)第一节地质作用3/63内力地质作用：由地球内部的能（旋转能、重力能、辐射热能）引起。地壳运动岩浆作用变质作用地震作用内力地质作用4/63地壳运动（tectonism）水平和升降运动。5/63三根大理石柱的升降变化示意图升降运动(造陆)水平运动(造山)第一节地质作用6/63•世界上最有名的实例是意大利那不勒斯湾塞拉比斯古庙，建于公元前的古罗马时代。古庙的废墟中耸立着三根大理石柱，高12米。从底向上的3.6米石柱表面光滑无痕；再向上2.7米则被虫蛀出许多梨状小孔，有海水浸没的痕迹；其上的石柱仍完好如初。这个古庙显然是建在陆地上的，曾有一段时间因地表下沉，石柱没入海内6.3米（下部的3.6米因被海底泥沙或火山灰掩埋而未受虫蛀）。18世纪时石柱重又升出海面。现在又在下降（可能从19世纪开始），故石柱的基部已浸没在水中了。世界上典型的大面积上升的例子见于北欧的斯堪的那维亚半岛，以半岛的内部上升最快。据阶地和海岸线的位置计算的上升速率是0.5米/百年。上升的原因，普遍认为是冰川消融后的减负作用。即：这里原发育大陆冰盖（见前“冰川的恶作剧”一节），实际上加了个沉重的负载。冰川融掉了，这个负载也去掉了，大地象是“苏醒”过来似的，发生大面积上升。我国的华北平原则是现代下沉区。•在河北昌黎县城附近有一指路石碑，标明离县城2.5km，离海边2.5km，而现在这个碑离海只有1km多了。因为陆地的沉降，原海边的一座古庙已被淹没。也有人用冰川消融来解释这个现象，认为冰川融化后使海平面上升，所以低洼的地方就被海水浸没了，并估计这里的海岸线已向陆推进约23－24km.第二节地质年代7/63地震作用(earthquake)地内机械能突然释放，以弹性波的形式传播到地表引起猛烈冲击。汶川地震8/63岩浆作用（magmatism）岩浆形成、运动、演化、冷凝。9/63变质作用(metamorphism)在高温、高压并有化学物质参与下，岩石发生成分、结构构造的变化，生成新的岩石。10/63各种内力地质作用是相互关连的——构造运动形成断裂，引起地震，并为岩浆活动创造通道。构造运动和岩浆活动引起变质作用。地壳运动在内力地质作用中起主导地位。11/63外力地质作用：由太阳辐射能引起，产生大气环流，形成水的循环，动植物生长，在运动的过程中改造地表。12/63外力地质作用的营力：河流的侵蚀；地下水的潜蚀；风的吹蚀；冰川的刨蚀等。湖泊海洋的冲蚀;13/63一般按风化→剥蚀→搬运→沉积→硬结成岩的程序进行风化(weathering)：在地表环境下由于大气、水、生物等作用，岩石在原地分解和破坏。剥蚀(denudation)：各种地质营力，在运动过程中对地表岩石产生破坏，并把破碎分解了的产物剥离原地。14/63搬运(transportation)拖曳搬运悬浮搬运溶解搬运硬结成岩(diagenesis)压实胶结重结晶沉积(sedimentation)机械沉积化学沉积生物化学沉积15/63外力地质作用主要影响因素是：气候和地形。我国温度带的划分图16/63我国干湿地区划分图17/63潮湿气候区：河流、湖泊、地下水发育，风化彻底。如东南沿海。干旱气候区：暴雨，风力强，咸水湖。如西北高原。冰冻气候区：气温低，蒸发量小，生物稀少，冰川盘踞。如两极和高山地区。18/63中国地势分布示意图19/63大陆以剥蚀为主，海洋以沉积为主。山区以剥蚀为主，平原以沉积为主。20/63内力和外力地质作用的关系：内力地质作用决定地表的基本形态和内部构造——地表形态的塑造者外力地质作用破坏和重塑地表形态——地表形态的雕刻者地壳上升时，遭受剥蚀。地壳下降时，接受沉积。21/63•绝对年龄：通过放射性元素蜕变周期测定。适用于岩浆岩、变质岩地区。钾-氩、铀-铅和碳-14。第二节地质年代式中：t——岩石实际地质年龄；λ——衰减系数，每年每克母体同位素能产生的字体同位素的克数；D——岩石中放射性元素蜕变而成的子体同位素含量；N——岩石中放射性元素蜕变后剩余的母体同位素含量。ND1ln1t22/63第二节地质年代•相对年代：适用于沉积岩地区。地层层序律古生物层序律岩性对比法地质体接触关系23/63地层接触关系1.层状地层接触关系整合接触(conformity)：时间上连续，产状上一致。反映地壳连续均匀下降。24/63平行不整合(disconformity)：时间上不连续，产状一致。反映地壳间断上升。25/63角度不整合(discordant)：时间上不连续，产状不一致。反映地壳剧烈运动。26/632.岩浆岩与围岩接触关系侵入接触沉积接触侵入与沉积接触27/63地质年代单位：宙、代、纪、世、期(从大到小)地层单位：宇、界、系、统、阶(从大到小)地质年代单位和地层单位28/63地质年代表)()(3)(2)(1寒武纪晚寒武世中寒武世早寒武世29/63地质年代表)()(3)(2)(1寒武纪晚寒武世中寒武世早寒武世30/63地质年代表)()(3)(2)(1寒武纪晚寒武世中寒武世早寒武世显生宙31/63地质年代表)()(3)(2)(1寒武纪晚寒武世中寒武世早寒武世显生宙显生宙32/63地质年代表)()(3)(2)(1寒武纪晚寒武世中寒武世早寒武世相对年代绝对年龄(百万年)主要构造运动我国地史简要特征宙代纪世隐生宙元古代(Pt)晚元古代震旦纪（Z）800晋宁运动吕梁运动五台运动元古代地层在我国分布广、发育厚度大，出露好。华北地区主要为未变质或浅变质的海相硅镁质碳酸盐岩及碎屑岩类夹火山岩。华南地区下部以陆相红色碎屑河湖相沉积为主，上部以浅海相沉积为主，含冰碛物为特。低等生特开始大量繁殖。菌藻类化石较丰富青白口纪(Qn）1000中元古代蓟县纪（Jx）1400长成纪(Ch）1900早元古代2500太古代（Ar）4000太古代构造运动频繁，岩浆活动强烈，侵入岩和火山岩和火山岩广泛分布，岩石普遍变质很深，形成古老的片麻岩、结晶片岩、石英岩、大理岩等。构成地壳的古老基底。目前已知最古老岩石的年龄为45.8亿年。最老的菌化石为32亿年地球初期发展阶段33/63水平岩层(horizontalstratum)第三节岩层倾向水平构造的地貌景观（阶梯状陡崖）34/63倾斜岩层(tiltedstratum)单斜构造的力学成因图4-3地层层序(a)正常层序；(b)倒转层序35/63产状三要素(elementsofattitude)走向(strike)：岩层面和任一假想水平面交线的延伸方向。倾向(dip)：岩层的倾斜方向。与走向线垂直。只有一个。倾角(dipangle)：岩层层面与水平面的最大锐角。36/63产状三要素(elementsofattitude)表示方法：岩层产状一般用方位角表示，通常格式是：走向南西200°，倾角南东110°，倾角30°，表示为200°/SE∠30°；因走向可用倾向加减90°得到，一般只用倾向和倾角，表示为110°∠30°。37/63第四节褶皱构造(fold)组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造，称为褶皱构造。38/63一、褶皱的力学成因（a）水平挤压力；（b）垂直作用力；（c）力偶作用39/63二、褶曲要素：图4-6褶曲要素示意图•枢纽(hinge)：组成褶皱的岩层的同一层面上各个最大弯曲点的联线叫枢纽。•核部(core)•两翼(limb)•轴面(axialplane)是连接褶皱各层枢纽构成的面，它是一个抽象的面。•轴线(axialline)是轴面与水平面的交线。40/63三、褶皱构造基本形态：背斜(anticline)：岩层向上弯曲，核部老，两翼新。向斜(syncline)：岩层向下弯曲，核部新，两翼老。41/63四、褶皱类型按轴面产状分：直立倾斜倒转平卧42/63水平倾伏按枢纽产状分：按褶曲长短轴的比例分：图4-10穹隆和构造盆地(a)穹隆；(b)构造盆地44/63五、褶皱构造野外观察方法背斜成谷向斜成山•穿越法：垂直于岩层走向观察。•追踪法：平行于岩层走向观察。45/63六、褶皱构造的工程地质评价：•对隧道工程46/63六、褶皱构造的工程地质评价：•对深路堑和高边坡山坡岩层地质构造的影响a-向斜山；b-背斜山；c-单斜山1-有利情况；2-不利情况47/63第五节断裂构造(fracture)华蓥山断裂48/63一、断裂构造的力学机制49/63断裂构造的形成50/63二、断裂构造的分类节理（裂隙）是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造，也称为裂隙。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。51/63（一）节理(joint)：次生节理张节理剪节理构造节理原生节理原生节理:岩石在成岩过程中形成的节理。次生节理:包括风化节理、卸荷节理等。构造节理:由于地壳构造运动而形成的节理。分为张节理和剪节理。52/63表4-2裂隙发育程度分级表一定53/63裂隙调查、统计和表示方法：选择代表性的基岩露头,对一定面积内的裂隙进行测量。54/63裂隙走向玫瑰图表示方法：55/63节理的工程地质评价:岩体中存在裂隙，破坏了岩体的整体性，促进岩体风化速度，增强岩体的透水性，因而使岩体的强度和稳定性降低。裂隙主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致时，易发生崩塌等不稳定现象。56/63（二）断层(fault):断层要素:断层面（带）断盘断距57/63断层基本类型正断层(normalfault)逆断层(reversefault)平移断层(parallelfault)平移断层逆断层正断层58/63断层组合形式叠瓦式断层59/63按断层与褶皱轴的关系分：纵向断层F1，横向断层F2，斜向断层F360/63断层的识别地层界限不连续或岩层中断61/63岩层不对称重复或缺失62/63断层破碎带及构造岩擦痕牵引构造及伴生节理63/63断层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发育，从而在以下几方面对工程建筑产生影响。（1）断层对工程建设十分不利，特别是道路工程建设中，选择线路、桥址和隧道位置时，应尽可能避开断层破碎带。（2）当道路和隧道与断层走向平行时，选线尽可能避开断层破碎带，而当必须穿越断层时，应垂直断层走向穿越。（3）断层破碎带降低了地基岩体的强度和稳定性，建于其上的建筑易产生较大的沉降、开裂和倾斜。（4）跨越断裂带的建筑物，易产生不均匀沉降。64/63一、地质图(geologicalmap)的类型：普通地质图地貌及第四纪地质图工程地质图水文地质图地质平面图地质剖面图地层柱状图第六节地质图65/63二、地质图规格地质平面图应有图名、图例、比例尺、编制单位和编制日期等。比例尺的大小反映了图的精度，比例尺越大，图的精度越高，对地质条件的反映也越详细、越准确。66/63水平构造直立构造三、各种地质界面在地质图上的表现:67/63倾斜构造（V字形法则）1.倾向反，同弯曲且曲率小。68/632.倾向同，倾角大，反弯曲。69/633.倾向同，倾角小，同弯曲但曲率大。70/63水平岩层和倾斜岩层地质图练习：地质图分析71/63褶皱在地质图上的表现：水平褶曲倾伏褶曲72/63断层构造在地质图上的表现：（b）73/63地层接触关系在地质图上的表现:图4-28不整合E与Q–平行不整合；T与E–角度不整合。74/63读图方法：比例尺、图例、地貌、地层分布和岩性、地质构造、物理地质现象、工程地质评价。75/63图4-29宁陆河地区地质图76/63图4-29宁陆河地区地质图77/63复习思考题1．什么是相对地