工程地质主题知识讲座

第二章地质结构tectonicstructure工程地质主题知识讲座第1页概述基本概念地质作用：引发地壳物质组成、地壳结构和地表形态不停发生改变作用。内力地质作用外力地质作用地壳运动（结构运动）：由内力地质作用造成地壳组成物质和结构发生变形和变位。地质结构：组成地壳岩层或岩石发生变形或变位现象。地壳运动类型水平运动：地壳块体在水平方向上移动，主要表现为水平挤压和引张，因而引发岩层发生褶皱和断裂，加大了地表起伏。升降运动：地壳运动方向垂直于地表，即沿地球半径方向。其速度非常迟缓。它主要引发地壳隆起和凹陷、海陆变迁，造成海进、海退。工程地质主题知识讲座第2页地史概要地层在一定地质时期内所形成含有一定层位层状和非层状岩石总称。地质年代利用地质学方法，对全世界地层进行对比，综合考虑地层形成次序和其中所含化石，以及地质结构和古地理环境，并据此把地壳全部历史划分为许多自然阶段或时期，称为地质年代（代、纪、世）。地层单位地层学中要求：与各地质年代相对应地层单位，叫做界、系、统。工程地质主题知识讲座第3页地质年代表…由杂谷脑组第二段大理岩、角砾状大理岩组成。…Z、、O、S、DC、P、T、J、K工程地质主题知识讲座第4页时间单位地层单位纪代世界系统这种地层单位是国际上统一要求，其代号也是国际统一使用代号。岩石地层单位群组段小于组，按岩性划分最大单位，相当于系或统岩性均一或两种以上岩性有规律组合，并在一定区域范围内有代表意义。地方性或区域性地层划分工程地质主题知识讲座第5页地层年代确定地层年代绝对年代相对年代地层层序法古生物法同位素法按照地层沉积次序，先沉积地层在下，后沉积新地层在上，以此将一个地域全部地层按由下向上次序衔接起来，便可确定其新老关系。利用岩石中埋藏标准化石及其种属来确定地层新老关系。依据生物演化规律，化石结构越简单，地层年代越老，反之则越新。依据岩石中所含放射性元素蜕变来测定岩石年纪，进而确定地层年纪，此方法即为同位素法。如U238、C14，前者半衰期45亿年，后者为5692年岩性对比法同一时期、同一地质环境下形成岩石，其成份、结构、结构以及上下相邻岩层特征应该是相同或相同。当已知某地层时代，可经过岩性对比来确定其它地层时代。工程地质主题知识讲座第6页地层层序法示意图新老老新常见几个古生物图版工程地质主题知识讲座第7页褶皱结构岩层产状：岩层在空间中方位。通惯用走向、倾向、倾角表示。走向(strike)

：岩层面与水平面相交线称为走向线。走向线两端延伸方向即岩层走向。倾向(dip)

：垂直走向线，沿岩层面倾斜向下所引直线称为倾斜线，它在水平面上投影线即岩层倾向。倾角(dipangle)：岩层面与水平面夹角，称为岩层倾角。（1）方位角表示：450，1350∠400（2）象限角表示：N450E

，E450S∠400（3）简练方法：1350∠400水平岩层直立岩层倾斜岩层250倒转岩层250工程地质主题知识讲座第8页地层产状测量工程地质主题知识讲座第9页岩层接触关系沉积岩间接触关系整合接触：指上下两套岩层产状一致，相互平行，连续沉积形成，其间不缺失某个时代岩层。它反应岩层形成期间地壳比较稳定，没有强烈结构运动，古地理环境改变不大。

平行不整合：也称假整合，指上下两套岩层产状虽大致平行一致，但其分界接触面则是起伏不平，其间缺失一段时间沉积岩层。有时下部岩层顶部还保留有古风化岩石，而上部岩层底部常保留一层底砾岩。平行不整合代表着两套岩层之间曾有过一次地壳升降运动和沉积间断角度不整合：指上下岩层产状不一样，彼此呈角度接触，其间缺失某时间段落岩层，接触面多起伏不平，也常有底砾岩和古风化壳。角度不整合代表着两套岩层之间曾发生过猛烈结构运动和海陆变迁。工程地质主题知识讲座第10页岩层接触关系岩浆岩与围岩间接触关系沉积接触：先形成岩浆岩，遭受风化剥蚀，然后在其上又沉积了新沉积岩。后期形成沉积岩底部常形成一层含岩浆岩砾石底砾岩。侵入接触：后期岩浆岩侵入早期沉积岩一个接触关系。接触带附近常形成一蚀变带，岩浆岩中可见围岩碎块，围岩因岩浆岩侵入而分布零乱。工程地质主题知识讲座第11页褶皱基本类型岩层在结构运动中受力形成连续弯曲永久变形称为褶皱。多数褶皱是在水平挤压作用下形成，少数则在垂直力或力偶作用下形成。背斜(anticline)

：特征：中部岩层向上弯曲，两侧岩层相背向外倾斜。规律：中间岩层时代老，两侧岩层依次变新且对称出现。向斜

(syncline)：特征：中部岩层向下弯曲，两侧岩层相向向内倾斜。规律：中间岩层时代新，两侧岩层依次变老且对称出现。褶皱基本形态褶皱力学成因工程地质主题知识讲座第12页褶皱要素核部：褶皱弯曲关键部位。轴面：平分两翼假设面。翼部：褶皱核部两侧岩层。转折端：褶皱两翼岩层过渡部位。枢纽：褶皱同一岩层上各弯曲最大点连线。轴（线）：轴面与水平面交线。工程地质主题知识讲座第13页褶皱分类（1）按轴面及两翼岩层产状分类（a）直立褶皱；（b）倾斜褶皱；（c）倒转褶皱；（d）平卧褶皱；（e）翻卷褶皱（2）按枢纽产状分类（a）、（a）水平褶皱；（b）（b）倾伏褶皱工程地质主题知识讲座第14页褶皱分类（3）按岩层弯曲形

态分类穹隆及结构盆地穹隆结构盆地圆弧褶曲尖棱褶曲箱形褶曲扇形褶曲挠曲工程地质主题知识讲座第15页复式褶皱复背斜：在一个大背斜结构两翼，是由若干个较小褶皱组成。复向斜：在一个大向斜结构两翼，是由若干个较小褶皱组成。复背斜和复向斜也称复式褶皱，它是由强烈结构运动挤压形成，通常规模很大。工程地质主题知识讲座第16页野外褶皱标本上小褶皱内蒙古云母石英片岩（标本长15cm）工程地质主题知识讲座第17页箱形褶皱湖南加禾下三叠系薄层灰岩外侧为箱状，具平直顶部和陡两翼。两个箱尖呈尖棱状，向内合成一个尖棱内核，轴面相交合成单一轴面。平卧褶皱河北太行山太古界绿色片岩工程地质主题知识讲座第18页挠曲四川广元三叠系石灰岩层间在弯曲处形成“虚脱”，并被方解石脉充填。直立褶皱山东五莲白垩系砂、页岩工程地质主题知识讲座第19页褶皱野外识别从地形上看，往往是背斜核部形成河谷低地；向斜核部则可能形成山脊。所以不要将当代地形与褶皱形态混为一谈，实际上背斜成山、向斜为谷并不是规律。因为剥蚀或露头情况不好，野外大部分褶皱都无法直接观察到它形态。背斜谷、向斜脊（广东阳春）工程地质主题知识讲座第20页褶皱野外识别垂直岩层走向观察，若有岩层重复对称出现时，则可必定有褶皱。依据岩层新老组合关系分析，确定褶皱基本类型（背斜或向斜）。依据两翼岩层产状、轴面产状以及地层层序，分析判断褶皱剖面类型和平面类型。分析褶皱形成时代和过程，及其与其它地质结构间关系。褶皱结构立体图工程地质主题知识讲座第21页褶皱区选址工程地责问题尽可能辟开核部岩层。坝址布置在褶皱翼部时，选择倾向上游一翼岩层有利。坝肩存在顺层倾斜岩层对稳定不利。布置隧洞时，普通让洞室轴线与最大结构应力方向一致。工程地质主题知识讲座第22页结构节理岩石在断裂变形阶段产生结构统称为断裂结构。断裂结构节理：断裂两侧岩石沿断裂面未发生显著位移或仅有微量位移断层：断裂两侧岩石沿断裂面发生较大位移。节理分类较多，这里主要介绍按力学成因分类剪节理和张节理。工程地质主题知识讲座第23页结构节理预备知识岩石破裂方式受压时，理论上最大剪应力与主压应力交角为450，但实际上大致等于450–φ/2。两组剪节理锐角等分线指向主压应力方向。受拉时，剪切破坏面与主拉应力交角常为450+φ/2。即两组剪破裂面钝角等分线指向拉应力方向。受剪或力偶作用时，方块变为菱形，剪应力平行于菱形四个边。短对角线为受压方向，长对角线为受拉方向。此时产生两组剪破裂面，分别大致平行于菱形四个边。工程地质主题知识讲座第24页剪切节理岩石在受压、受拉或剪切（包含力偶作用）时，均可形成剪节理。主要特征以下：

节理面平直光滑且产状稳定，延伸较长（可达数十米），在砾岩中常见其切割坚硬砾石。呈闭合状，裂隙宽度较小，受后期地质作用力影响，也可裂开并充填粘土或岩屑。多成对出现。在同一作用力下形成两组共轭剪节理，也称X节理。因为其相互交叉切割，使岩层形成菱形、方形（棋盘格式结构）。有时主剪裂面由多条相互平行微小剪裂面组成，这些微小剪裂面呈羽状排列，称为羽状剪切节理（也能够是共轭两组）。沿节理面抗剪强度往往较低，在边坡和坝基岩体中易形成滑动破坏面。工程地质主题知识讲座第25页剪节理山东褚城，白垩系粉砂岩中剪节理。节理延伸较长，为含铅重晶石（白色）充填。露头长约1米。共轭剪节理岩石被切成菱形体，两组节理交线（B轴）垂直于层面，其所夹锐角（650）等分线为压缩方向（C轴）工程地质主题知识讲座第26页棋盘格式剪节理一组走向N3260W，倾向NE，倾角840；另一组走向N550E，倾向NW，倾角840

。两组节理间隔相同，近于直交，其交线（B轴）近于直交。并垂直层面。每个节理与节理带方向成150夹角，其排列方式显示为左旋（逆时针）。羽列节理河南登峰，震旦系石英砂岩工程地质主题知识讲座第27页张节理张节理是由拉应力所形成破裂面，破裂面能够来自结构运动各种力。主要特征以下：节理面起伏不平，弯曲粗糙，产状不稳定，延伸较短，在砾岩中不切割砾石。多为张开裂隙，其中常充填有脉状方解石、石英。也可充填有未胶结或胶结粘性土或岩屑等。张节理常沿先期形成X型节剪发育而成，故多呈锯齿状延伸，通常称为追踪张裂。也有一条张节理由数条小张裂隙大致平行错开排列组成（侧列）。受力偶或剪切作用形成张节理有时呈雁列状排列。有时雁行张节理是沿剪切节剪发育而成。沿张节理面内摩擦角较剪切节理高，但若有粘土等物质充填，则抗剪强度受充填物控制。张节理透水性强，常组成地下水或坝基、库岸良好渗漏通道。工程地质主题知识讲座第28页地层为寒武系厚层灰岩。节理面波折，缝宽窄改变不大，反应它是垂直节理两壁拉伸结果。张节理追踪张节理

（北京门头沟）向右倾裂隙地层为奥陶系灰岩中厚层白云岩。左侧为一对共轭剪节理，先剪后张被方解石脉充填。中部向左倾节理又被后期向右倾剪节理（未充填脉）所错开，但它们运动方式都一致反应岩层受垂直层面挤压。张节理（山东安邱）工程地质主题知识讲座第29页侧列张节理（河南卢氏）节理被石英脉充填，面不平直，脉厚度改变较大，向两端很快尖灭，在其旁又出现另一条相同方向脉，呈尖灭侧现形式。工程地质主题知识讲座第30页沿剪切带发育雁行式张节理（北京周口店，奥陶系白云质灰岩）节理均为白色方解石充填。每个节理末端与整个剪切带相交成450，节理中部在形成后受到继续变形而发生裂缝方位旋转和加宽，形成反S形弯曲。节理末端方向与剪切带相交锐角顶以及整个节理呈反S形弯曲都指示剪切带为顺时针剪切。雁列张节理形成机理图中方形块体ABCD在力偶作用下变形为菱形A′B′C′D′，其长对角线A′D′方向变成受拉方向，而短对角线B′C′方向则为受压方向。所以，节理面与A′D′垂直那组剪切节理将被逐一拉开形成雁列现象。工程地质主题知识讲座第31页断层结构岩层或岩体在结构应力作用下发生破裂，沿破裂面有显著相对位移结构现象称为断层，它与节理合称断裂结构。

断层要素ab—总断距e—断层破碎带f—断层影响带断层面工程地质主题知识讲座第32页断层要素断层面：两部分岩块沿之滑动破裂面即断层面。其空间位置由该面走向，倾向、倾角确定。断层面往往不是一个平面，而是一个曲面。另外，有些断层并非一个“面”，而是一个“带”，其中或发育有一系列密集破裂面；或杂乱堆积着由断层运动而破裂和搓碎两侧岩石碎块、碎屑，称为断层破碎带。断盘：断层两侧相对移动岩块称作断盘。对于上下移动且断面倾斜断层而言，有上、下盘，上升盘、下降盘之分。此时，断面以上岩块称上盘，其下岩块称下盘。断面直立时，则无上下盘之分。不论上下移动或水平移动断层，也均可相对于断层走向之方位而称呼，如断层走向北东，则可分别称其两侧岩块为北西盘与南东盘。断层线：断层面与地面交线。亦即断层在地面露头线。断距：断层两盘相对错开距离。岩层未断前一个点在断层移动后成为两个点，它们之间距离即是断距（总断距）。其水平分量称为水平断距，铅直分量称为铅直断距。工程地质主题知识讲座第33页断层基本类型和特征断层形态分类力学分类产状关系分类正断层逆断层平移断层压性断层扭性断层张性断层压扭性断层张扭性断层走向断层倾向断层斜交断层阶梯式断层地垒地堑冲断层逆掩断层辗掩断层叠瓦式结构工程地质主题知识讲座第34页断层形态类型阶梯式断层正断层逆断层平移断层工程地质主题知识讲座第35页辗掩断层四川彭县推覆结构（辗掩断层），这种结构通常表现为上盘较老岩层沿着平缓断层面被推覆到另一盘较新岩层之上，断层面以上岩块系自远处推移而来，称外来岩块或推覆体；断层面以下岩块称原地岩块或下伏岩块。如剥蚀强烈，外来岩块被剥蚀殆尽，只局部残留于周围原地岩块中间，则称其为飞来峰（较老石炭二叠系所组成，其下则为时代较新原地岩块）。这类断裂普通都是区域性大断裂叠瓦式结构一系列产状大致相同、平行排列冲断层或逆掩断层，使岩层依次向上冲掩而成。工程地质主题知识讲座第36页断层野外识别标志断层野外识别需要在地形地貌、地层分布、伴生节理和岩性特征等方面形成一些独特现象来分析判断，这些现象称为断层识别标志。地层重复与缺失：这种情况普通出现在走向断层岩层中止：断层横切岩层走向时，岩层沿走向延伸方向发生突然中止。横切褶皱断层造成褶皱核部地层宽度发生突然改变。伴生结构及结构岩；

伴生结构——断层在发生、发展过程中所留下踪迹。

结构岩——泛指那些含有在固态流动条件下变形而形成内部组分定向排列岩石，它是断层作用产物，普通见于断层破碎带中。地形地貌突然改变；泉呈线状分布。断层识别标志工程地质主题知识讲座第37页地层重复与缺失岩层中止正断层正断层逆断层平移断层逆断层工程地质主题知识讲座第38页断层横切褶皱核部示意图擦痕北京西山奥陶系石灰岩。断层面上方解石生长成纤维状结晶，组成擦痕及小陡坎，顺陡坎方向为对盘滑动方向。（标本长15厘米）工程地质主题知识讲座第39页断层两盘相对错动时，两侧岩层受到拖拉而形成弧形弯曲现象，称为牵引褶皱。其弧形弯曲凸向指向本盘动向。牵引示意图牵引湖北武昌，二叠系薄层硅质岩组成牵引褶皱。右侧覆盖处为一向右倾同向断层。工程地质主题知识讲座第40页断层角砾岩西藏郎县，雅鲁藏布江断裂带。石灰岩被压碎成大小不一菱形角砾块，并具定向平行排列，为钙质糜棱岩状物质胶结。角砾定向方位与围岩片理一致。断层三角面河南偃师，五佛山群马鞍山组与葡峪组之间滑动断层面。断层面受水系切割在地貌上形成清楚断层三角面。五佛山即依据右侧五个三角形断崖而名。断层三角面工程地质主题知识讲座第41页地质图用要求符号、线条和色彩来反应一个地域地质条件和地质发展历史图件，称为地质图。地质图是依据工作阶段和应用目标选取一定百分比尺将地表出露地质现象测绘在拟选相同或大于地质图百分比尺地形底图上编制而成。地质图种类普通地质图综合水文地质图地貌及第四纪地质图水文地质图地质剖面图及地层柱状图单原因水文地质图专门水文地质图工程地质主题知识讲座第42页地质图基本内容⒈平面地质图⑴地理概况：图区所在地理位置、主要居民点位置、地形地貌特征等。⑵普通地质现象：各不一样地质年代地层种类、岩性、产状、分布规律及地层界限、各种地质结构类型等。⑶特殊地质现象：崩塌、滑坡、泥石流、岩溶、泉和主要蚀变现象等。⒉地质剖面图在平面地质图上，选择一至数条有代表性方向图切剖面，拟表示岩层、褶皱、断层空间形态及产状和地貌特征。⒊综合地层柱状图主要表示平面图内地层层序、厚度、岩性改变及接触关系。⒋图例主要说明地质图中所用线条符号和颜色含义。按沉积地层层序、岩浆岩、地质结构及其它地质现象次序排列。⒌责任栏说明地质图编制单位、编审人员、成图日期等。工程地质主题知识讲座第43页地质条件在地质图上表示地层岩性表示：采取地层分界限、地层年代代号、岩性符号和颜色并配合图例说明来表示。

第四纪涣散沉积层和基岩分界限形状不太规则，但有一定规律性。多在河谷斜坡、盆地边缘、平原与山区交界处大致沿山麓等高线延伸。

岩浆岩侵入体界限形状最不规则，也无规律可循，需依据实地情况现场测绘。

层状岩层界限地质图上出现最多，规律性较强。形状取决于岩层产状和地形之间关系。工程地质主题知识讲座第44页岩层界限空间位置示意图I—水平岩层界限大致与地形等高线平行或重合，普通呈封闭曲线。II—直立岩层地层界限不受地形