工程地质课件：第2讲 第3讲 地质年代与第四纪地质概述（第三章）

第三章地质年代与第四纪地质概述

主要内容：3.1地质年代3.2第四纪地质概述3.1地质年代

3.1.1相对年代与绝对年代地质学以相对年代和绝对年代两种方法计算时间：表示地质事件发生的先后顺序为相对年代；表示地质事件发生至今的年龄为绝对年代（同位素年龄）。相对年代的确定确定方法有：地层层序律生物层序律切割律

（1）地层层序律是确定地层相对年代的基本方法。未经过构造运动改造的层状岩层大多是水平岩层。水平岩层的层序为每一层都比它下伏的相邻层新而比它上覆的相邻层老，即下老上新，这就是地层层序律的基本内容。（2）生物层序律沉积岩中保存的地质时期生物遗体和遗迹称为化石。根据化石确定岩层的地质年代，这就是生物层序律在漫长的地质历史时期内，生物从无到有、从简单到复杂、从低级到高级发生不可逆转的发展演化。所以不同地质时代的岩层中含有不同类型的化石及其组合。（3）切割律不同时代的岩层或岩体常被侵入岩侵人穿插，就侵入岩与围岩相比，侵入者时代新，被侵入者时代老，这就是切割律。绝对年代–同位素年龄的测定

基本原理是基于放射性元素具有固定的衰变系数。衰变系数λ代表每年每克母体同位素能产生的子体同位素的克数。测出放射性同位素蜕变后剩余的母体同位素含量（N）与蜕变而成的子体同位素含量（D），可以根据下列公式计算矿物从其形成到现在的实际年龄，即代表岩石的绝对年代。

通常用来测定地质年代的放射性同位素有：钾一氩、铷一锶、铀一铅和碳一14等。3.1.2地质年代表

通过对全球各个地区地层划分和对比以及对各种岩石进行同位素年龄测定，按年代先后进行系统性的编年，列出“地质年代表”。地质年代表使用不同级别的地质年代单位和年代地层单位。地质年代单位包括：宙、代、纪、世；年代地层单位分别是宇、界、系、统。地质年代表相对年代距今年龄Ma主要地壳运动宙（宇）代（届）纪（系）世（统）显生宙（宇）新生代（届）第四纪（系）2.0喜马拉雅运动晚第三纪（系）24.6早第三纪（系）65燕山运动中生代（届）白垩纪（系）144株罗纪（系）213印支运动三叠纪（系）248海西运动古生代(届)晚古生代二叠纪（系）286石炭纪（系）360泥盆纪（系）408加里东运动早古生代志留纪（系）438奥陶纪（系）505寒武纪（系）590蓟县运动隐生宙(宇)元古代震旦纪（系）8002500五台运动太古代3.1.3地方性岩石地层单位

岩石地层单位，或称做地方性地层单位，可分为群、组、段等不同级别。

群是岩石地层的最大单位，常常包含岩石性质复杂的一大套岩层，它可以代表一个统或跨二个统，如南京附近有象山群。

组是岩石地层划分的基本单位，岩石性质比较单一。如南京附近有栖霞组、龙潭组等。

段是组内次一级的岩石地层单位，代表组内具有明显特征的一段地层，如南京附近栖霞组分具灰岩段、下硅质岩段、本部灰岩段等。3.1.4我国地史概况

太古代（界、Ar）

太古界主要分布于华北地区，为各类片岩、片麻岩。在冀东迁西地区发现同位素年龄为34.3～36.7亿年的变质岩，这是我国目前已知的最老地层。太古代时可能地球上已有原始生物，但至今尚未发现可靠化石。太古代末有一次强烈的地壳运动，我国称五台运动，表现为元古界不整合覆于太古界之上，同时有花岗岩侵入。元古代（界、Pt）

元古界主要分布于华北及长江流域，此外还分布在塔里木盆地及天山、昆仑山、祁连山等地。元古界分上、下两部分：下部为下元古界，为浅变质的沉积岩或沉积一火山岩系；上部称震旦系，为未变质的砂岩、石英岩、硅质灰岩（产藻类化石）和白云岩组成。早元古代末期的地壳运动，称吕梁运动，使震旦系与下元古界呈角度不整合接触。古生代（界、PZ）

古生代是地球上生物繁盛的时代。所以，从寒武纪开始，就可以利用古生物化石来划分地层。古生代地层主要为石灰岩、白云岩、碎屑岩等海洋环境沉积。中、上石炭统和上二叠统在一些地区含煤。二叠纪末部分地区上升成为陆地。早古生代的地壳运动，世界上称为加里东运动。在我国南方表现为泥盆系与前泥盆系为角度不整合接触。二叠纪末期地壳运动影响广泛，内蒙、天山、昆仑山都发生强烈褶皱上升成山，并有岩浆活动，称之为海西运动。古生代末，海水消退，中国大陆雏形出现。

中生代（界、MZ）中生代意为“中等生物”的时代，以陆上爬行动物盛行为特征。中生代时除南方部分地区和西藏等地为海洋环境外，我国大部分已形成为陆地。三叠系、株罗系都是主要含煤地层。中生代发生多次强烈地壳运动，主要有印支运动和燕山运动，并伴随有广泛的岩浆侵入活动和火山爆发。中生代构造活动，奠定了我国东部地质构造的基础。新生代（界、KZ）

新生代为近代生物的时代。哺乳动物和被子植物非常繁盛。新生代包括第三纪和第四纪。

第三纪仅台湾和喜马拉雅地区仍被海水淹没，我国第三系主要为陆相红色碎屑岩沉积并含有丰富的岩盐。第三纪末期的地壳运动称为喜马拉雅运动，它使台湾和喜马拉雅地区褶皱上升成为山脉，并伴有岩浆活动，我国其它地区表现为断块活动。3．2第四纪地质概述

第四纪是新生代最晚的一个纪，也是包括现代在内的地质发展历史的最新时期，第四纪的下限一般定为二百万年。第四纪分为更新世和全新世，将更新世分为早、中、晚三个世。第四纪地质年代表地质年代绝对年龄（万年）纪世距今年龄时间间隔第四纪Q全新世Q411更新世晚更新世Q3109中更新世Q27363早更新世Q12001273.2.1第四纪地质概况

大约在二百多万年前地球上出现了人类，这是最重大的事件。北京附近周口店的石灰岩洞穴中发现了大约生活在四、五十万年以前的“北京猿人”头盖骨化石及其使用的工具。第四纪时期地壳有过强烈的活动，为了与第四纪以前的地壳运动相区别，把第四纪以来发生的地壳运动称为新构造运动。地球上巨大块体大规模的水平运动、火山喷发、地震等都是地壳运动的表现。

第四纪气候多变曾多次出现大规模冰川。地区新构造运动的特征，对工程区域稳定性问题的评价是一个基本要素。3.2.1.1第四纪气候与冰川活动

第四纪气候冷暖变化频繁，气候寒冷时期冰雪覆盖面积扩大，冰川作用强烈发生，称为冰期。气候温暖时期，冰川面积缩小，称为间冰期。中国大陆在冰期时，海平面下降，渤海、东海、黄海均为陆地，台湾与大陆相连，气候干燥、风沙盛行、黄土堆积作用强烈。根据深海沉积物研究，第四纪冰川作用有20次之多，而近80万年每10万年有一次冰期和间冰期。3.2.1.2板块构造

上纪40年代以来，出于军事目的和对石油资源的需求，进行了大规模海底地质调查，获得大量成果，导致全球构造理论——板块构造学说的诞生。

板块学说认为：刚性的岩石圈分裂成六个大的地壳块体（板块），它们驮在软流圈上作大规模水平运动。各板块边缘结合地带是相对活动的区域，表现为强烈的火山（岩浆）活动、地震和构造变形等。而板块内部是相对稳定区域。全球划分出六个大的板块是：太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度洋板块、南极洲板块、欧亚板块。相邻板块门的结合情况有三种类型：

（1）岛弧和海沟，表现为大洋地壳沿海沟插入地下，构成消减带，并引起火山作用、地震以及挤压应力作用。如太平洋板块与欧亚板块门的情况；

（2）洋中脊，是地壳生成的地方，表现为拉张应力。如非洲板块与美洲板块之间；

（3）转换断层，是横穿过洋中脊的大断裂，表现为剪切应力作用。板块间的接合带与现代地震、火山活动带一致。板块构造学说极好地解释了地震的成因和分布。3.2.2第四纪沉积物

第四纪新构造运动强烈，海平面和气候变化频繁，因而第四纪沉积环境极为复杂。第四纪沉积物形成时间短，成岩作用不充分，常常成为松散、多孔、软弱的土层（土体）覆盖在前第四纪坚硬岩层（岩体）之上。第四纪沉积物分为：残积物、坡积物、洪积物、冲积物、湖泊沉积物、海洋沉积物、冰碛与冰水沉积物

3.2.2.1残积物

岩石经物理风化和化学风化作用后残留在原地的碎屑物称残积物或残积土，因其成层覆盖在地表，故又称残积层。残积物不具有层理，粒度和成分受气候条件和母岩岩性控制。残积物成分与母岩岩性关系密切。

残积物表部土壤层孔隙率大、压缩性高、强度低。而其下部残积层常常是夹碎石或砂粒的粘性土或是粘性土充填的碎石土、砂砾土，其强度较高。3.2.2.2坡积物

雨水或雪水将高处的风化碎屑物质洗刷而向下搬运，或由本身的重力作用，堆积在平缓的斜坡或坡脚处，成为坡积物。

坡积物一般不具层理，碎屑物一般成棱角状或因经一段距离搬运而呈次棱角状。

坡积物可以具有一定分选性，由于重力作用，比较粗大的碎屑物往往堆积在紧靠斜坡的位置，而细小的碎屑和粘土则分布在离开斜坡稍远处。

坡积物厚度变化较大。在陡坡地段较薄，而在波脚处较厚。3.2.2.3洪积物

大雨或融雪水将山区或高地的大量碎屑物沿冲沟搬运到山前或山坡的低平地带堆积而成。洪积物在沟口往往呈扇状分布，扇顶在沟口，向山前低平地带展开，称为洪积扇。洪积物具有一定程度的分选和磨圆。每次洪水流量大小不同，堆积物也不相同，因而洪积物常具有较明显的层理以及夹层、透镜体等。洪积扇上部多以砾石、卵石为主要成分。强度高、压缩性小，可作为工业、民用建筑的良好地基。但其孔隙大，透水性强不易建坝。中部以砂土为主，下部以粘性土为主，它们一般都是良好地基。在砂土向粘性土过度地带及粘性土分布地带，由于透水性的差异及地下水埋藏浅等因素的影响，常有泉水出露，形成沼泽。沼泽地带泥炭层强度低、压缩性大。3.2.2.4冲积物

河流沉积物称为冲积物。根据形成条件和环境分为：河床冲积物、河漫滩冲积物、牛轭湖冲积物和河口三角洲冲积物。它们具有一些基本共同的特性：因受河流长期搬运而碎屑物质磨圆度和分选性都较好；具有清楚的层理构造；具有良好的韵律性，表现在剖面上两种或两种以上沉积物交替、重复出现；除水平层理外，冲积物中交错层理往往很发育。

河床冲积物因河床水流速度大，沉积物较粗。

河漫滩冲积物主要分布于河流的中下游和平原区河流。洪水期河水漫溢，河漫滩被淹没，沉积的土粒较细。河漫滩冲积物之下常为早先河床沉积的砾、砂和粉细砂。这样河漫滩沉积及下面的河床沉积一起构成了“二元结构”。牛轭湖是河流废弃的弯道。牛轭湖静水环境中沉积形成淤泥和泥炭层，洪水期成为溢洪区，上都被细砂或粉质粘土覆盖。

河口三角洲冲积物是在河流入海入湖处，将所搬运的大量细小碎屑物沉积而成，其面积广、厚度大，并常有淤泥质土和淤泥分布。冲积物的工程地质特征如下：

古河床冲积物的压缩性低、强度较高，是良好的建筑地基。

现代河床冲积物密实度较差、透水性强，尤其不利于作为水工建筑物地基。

河漫滩及阶地冲积物一般都是较好的地基，但要注意其中的软弱夹层以及粉细砂的振动液化问题。

牛轭湖冲积物常是一些压缩性很高而承载力很低的软弱土层，不宜作为建筑物天然地基。

三角洲冲积物常呈饱和状态，承载力较低。但三角洲冲积物最上层，因长期干燥比较硬实，承载力较下面高，俗称硬壳层，可用作低层建筑物的天然地基。3.2.2.5湖泊沉积物

在湖岸带，湖浪冲蚀湖岸形成湖蚀洞穴和湖蚀崖等地形。湖岸沉积物：较粗的砾、砂沉积在湖岸附近，具有较好的磨圆度及明显的层理和交错层理，湖心沉积物颗粒度细为粘土和淤泥，常突有粉砂、细砂层。

湖岸沉积物以近岸带上的承载力高，远岸较差。湖心沉积物一般压缩性高、强度很低。湖泊淤塞后可变成沼泽，地表水聚集或地下水出露的洼地也会形成沼泽。沼泽沉积物主要是腐烂的植物残体、泥炭和部分粘土与细砂，组成沼泽土。泥炭含水量极高，承载力低，一般不宜作天然地基。3.2.2.6海洋沉积物

根据海底地形起伏和海水深度，由岸向海洋方向分为滨海带、浅海带、大陆斜坡和深海带。

滨海带是海水运动强烈的近岸水域。滨海带沉积物具有良好的层理和交错层理，一般都具有高承载力，但透水性强。

浅海位于大陆架主体上，水深下限为200m，浅海沉积碎屑物主要来自陆地，有细粒砂土、粘性土及淤泥，水平层理和交错层理十分发育，浅海沉积物较滨海疏松、含水量高、压缩性大而强度低。

大陆斜坡和深海沉积以生物软泥、粘土及粉细砂为主。3.2.2.7冰碛与冰水沉积物

冰川融化，其搬运物就地堆积形成冰碛。

冰碛物的主要特点：巨大的石块和泥质混合在一起极不均匀，缺乏分选，磨圆差，