工程地质培训讲义-构造运动与地质构造.pptx

1、构造运动与地质构造内容一、构造运动的基本形式二、岩石的变形与地质构造三、地质图地球上的高耸入云的巨大的山峰如何形成？浩瀚的海洋、深不可测的海沟如何形成？为什么大地会发生震动、地表会出现火山喷发、大海会出现海啸？对人类的生存形成危害？08.5.12阿坝海啸我们说，这一切都是地壳构造运动产生的结果，构造运动使组成地壳的岩层发生变形、变位，从而形成了今天我们所见到的千奇百怪的、美不胜收的自然奇观，这些奇观就是地质构造。因此，构造运动及其形成的结果(地质构造)就是本节研究的重 点问题。构造运动1.定义：由内动力引起岩石圈的岩石变形、变位的机械运动。2.一般表现：缓慢、不易觉察3.特殊情况：快速而激烈第

2、一节 构造运动的基本形式1.大地测量的证据根据大地测量发现许多地区的大地既有水平方向的位移又有垂直方向上的升降。例1.河北邢台的邢家湾自1920年至1955年35年中上升了140mm，平均每年上升4mm，而耿庄桥却下降32.1mm。例2.美国西部圣安德利斯大断裂两侧的地块，2千多万年以来，每年以几毫米至几厘米的速度，作顺时针方向的水平错动。第一节 构造运动的基本形式2.沉积地层的厚度喜玛拉雅山原来是古地中海的浅海区，沉积地层的厚度达到3万米。这就说明该地区的地壳一边下降、一边接受沉积。同时在另一些地区却见不到该时期的沉积岩，说明那些地区此时地壳正在上升，因而缺少这一时期的地层。喜马拉雅山3.构

3、造变形野外常可以看到倾斜的岩层或波状起伏、弯曲的岩层，以及错、断开的岩层，说明地壳受到构造力的作用。第一节 构造运动的基本形式第一节 构造运动的基本形式断层一、构造运动的概念构造运动指由地球内力引起地壳乃至岩石圈变形、变位的机械运动。第一节 构造运动的基本形式构造运动是长期而缓慢的，但却是所有地质作用的主导因素，它不但反映了内力地质作用的强度和方式，而且还直接影响了外力地质作用的方式，控制了地表形态的演化和发展。第一节 构造运动的基本形式1.水平运动是地壳（岩石圈）块体沿水平方向移动。也称为“造山”运动。有三种基本形式：第一节 构造运动的基本形式二、构造运动的方向性基本形式活动方式相邻块体分离

4、（张开）相邻块体汇聚（挤压）相邻块体剪切、错开（平移）第一节 构造运动的基本形式水平运动表现为岩石圈的挤压或扩张、剪切。因而引起强烈的褶皱、断层，形成巨大的褶皱山系，巨大的地堑、沟谷等。现代水平运动例证圣安德烈斯断裂的水平运动（5cm/a）1989年旧金山附近地震地裂缝2.垂直运动（升降运动）地壳（岩石圈）相邻块体或同一块体的不同部位作差异性上升或下降，使某些地区上升成为高地或山岭，另一些地区下降成为盆地或平原。又称为造陆运动。第一节 构造运动的基本形式3.同一地区构造运动的方向随着时间的推移而不断变化。某一时期以水平运动为主，另一时期则以垂直运动为主，它们是相互联系、相互制约的，常常兼而有之

5、。第一节 构造运动的基本形式构造运动的永恒性空间上:任何区域都发生着地壳的运动。上升 下降 挤压 拉伸时间上：从古到今，地壳运动从未停止过。地壳运动在不断运动、发展、变化。第二节 岩石的变形与地质构造第二节 岩石的变形与地质构造沉积岩层的原始产状：沉积岩层形成时，是水平或近水平的（除了边缘的原始倾斜外）。一、岩石的空间位置（产状）（一）倾斜岩层单斜岩层（单斜结构）指一系列岩层经过地壳运动，向同一方向倾斜，而且倾角近于一致时，称为单斜岩层。往往是局部现象，在大范围内则是组成某些大型地质构造的一部分。第二节 岩石的变形与地质构造第二节 岩石的变形与地质构造（二）岩层的产状及产状要素1.产状是指地质

6、体（岩层、岩体、矿体等）在地壳中的空间位置和展布状态。第二节 岩石的变形与地质构造第二节 岩石的变形与地质构造确定一个岩层的空间位置，是我们研究地质构造的最基础的工作。岩层的空间位置，可以用走向、倾向、倾角和岩层的厚度来表示。我们把走向、倾向和倾角，称为岩层的产状三要素。第二节 岩石的变形与地质构造2.产状三要素走向：岩层层面与假想水平面交线的方向。倾向：沿层面与走向垂直并指向下方的直线，称为倾斜线，倾斜线的水平投影所指的方向。第二节 岩石的变形与地质构造bacccdeab-走向线 ce-倾斜线 cd-倾向 -倾角水平面第二节 岩石的变形与地质构造倾斜构造倾角：层面与假想水平面的所夹的锐角。产

7、状三要素的涵义：走向：代表了岩层在空间的水平延展方向。倾向：代表了岩层由高向低的倾斜方向。倾角：代表了岩层的陡缓程度。第二节 岩石的变形与地质构造岩层的产状要素和测量方法走向、倾向一般用地理方位角表示（0-360）倾角是岩层面与水平面之间所夹最大锐角，倾角值为0-90产状的表示方法（1）文字法倾向方位角倾角：如1200 600：走向300 or 2100，倾向SE（1200），倾角600走向、倾角和倾向方位：如300 600SE：走向300，倾角600，倾向SE（1200）注意：倾向与走向始终保持90的关系。（2）符号法走向、倾向及倾角在地质平面图上可用符号表示，符号中长线方位与走向一致，短线

8、指向与倾向一致，长短线交点应落在测量点位置上，符号旁加注的数字为倾角。600二、褶皱岩层不是绝对的刚体，在一定条件下受力时，可以产生塑性变形，形成一系列弯曲。褶皱岩层在构造运动作用下所产生的一系列弯曲。岩层褶皱后原有的空间位置和形态都已发生改变，但其连续性未受到破坏。第二节 岩石的变形与地质构造褶皱的形成过程第二节 岩石的变形与地质构造褶皱形成过程第二节 岩石的变形与地质构造第二节 岩石的变形与地质构造尖棱褶皱第二节 岩石的变形与地质构造核部：褶皱中心部分的地层 翼部：核部两侧的地层 轴面：指大致平分褶皱的一个假想面 轴线：轴面与水平面的交线 枢纽：同一层面上弯曲最大点的连线核翼轴面轴线第二节

9、 岩石的变形与地质构造1.褶皱的几何要素枢纽岩层面第二节 岩石的变形与地质构造轴面背斜枢纽倾斜枢纽水平第二节 岩石的变形与地质构造枢纽在空间上的产出状态枢纽倾斜第二节 岩石的变形与地质构造走向走向倾向倾向倾角倾角向斜岩层向下弯曲，核部的岩层时代较新，外侧的岩层时代较老。第二节 岩石的变形与地质构造2.褶曲的基本类型背斜岩层向上弯曲，核部的岩层时代较老，外侧的岩层时代较新。第二节 岩石的变形与地质构造3.常见的几种褶皱构造依据褶皱轴面和两翼的产状来确定褶皱的类型第二节 岩石的变形与地质构造直立褶皱褶皱轴面直立，两翼岩层倾向相反，倾角大致相等。又称为同斜褶皱。第二节 岩石的变形与地质构造倾斜褶皱褶

10、皱轴面倾斜，两翼岩层倾向相反，但倾角不等。又称为不对称褶皱。第二节 岩石的变形与地质构造倒转褶皱褶皱轴面倾斜，两翼岩层向同方向倾斜，即一翼正常，一翼倒转。平卧褶皱第二节 岩石的变形与地质构造褶皱轴面水平，两翼岩层产状冶金与水平，即一翼正常，一翼倒转。第二节 岩石的变形与地质构造（2）依据褶皱枢纽产状来确定褶皱的类型枢纽水平水平褶皱轴面第二节 岩石的变形与地质构造倾伏褶皱枢纽倾斜倾伏背斜倾伏向斜第二节 岩石的变形与地质构造倾伏褶皱当褶皱的枢纽呈倾斜状态时，两翼岩层在倾伏端发生弧形合围，背斜的尖端指向倾伏方向，向斜的开口指向倾伏方向。依据褶皱长、宽比率来确定褶皱的类型线状褶皱 长宽 10以上第二节

11、 岩石的变形与地质构造短轴褶皱 长宽 310第二节 岩石的变形与地质构造穹隆构造长宽 3是一个外形较圆的隆起构造，核部为老地层，四周为新地层，由中心向四周倾斜。第二节 岩石的变形与地质构造构造盆地长宽 3是一个外形较圆的拗陷，核部为新地层，四周为老地层，由四周向中心倾斜。第二节 岩石的变形与地质构造第二节 岩石的变形与地质构造图 4-33褶曲的平面形态左为短轴背斜；右为穹隆构造；中下为短向斜；右上为构造盆地；ag 岩层从老到新第二节 岩石的变形与地质构造复式褶皱是由多级褶皱组成的巨大的背斜或巨大的向斜。各次级褶皱与总体褶皱常有一定的几何关系。是长期多次构造运动的产物。图 4-36复背斜（A）复

12、向斜（B）第二节 岩石的变形与地质构造4.褶皱的野外识别方法1.有无褶皱和基本形态；背斜：内老外新，对称重复，两翼倾向相反；要点向斜：内新外老，对称重复，两翼倾向相反；2.确定其形态特征；（摺曲的类形）3.确定摺曲是否倾伏背斜：背斜合围尖端，指向枢纽倾伏方向；向斜：向斜合围尖端，指向枢纽的昂起方向；背斜成谷向斜成山 穿越法：垂直于岩层走向观察。在野外往往不能看到褶曲的全貌，主要是根据岩层的时代新老关系及对称出现的关系来判断。（基本技能）第二节 岩石的变形与地质构造褶皱构造的工程地质评价：对隧道工程褶皱构造的工程地质评价：对深路堑和高边坡山坡岩山坡岩层层地地质质构造的影响构造的影响a-向斜山；向

13、斜山；b-背斜山；背斜山；c-单单斜山斜山1-有利情况；有利情况；2-不利情况不利情况三、断裂岩石受到外力作用发生破裂的现象，称为断裂构造。分为两大类：节理：破裂两侧岩层无明显位移断层：破裂两侧岩层有明显位移第二节 岩石的变形与地质构造断 裂 构 造岩石受力发生变形，其连续完整性遭到破坏，发生断裂，形成断裂构造。断裂构造根据两侧岩体是否有明显的位移，分为节理和断层。剪节理 构造节理次生节理逆断层平移断层断裂构造的分类节理（裂隙）原生节理 张节理断层正断层节理(joint):俗称裂隙，指岩石中没有明显位移的断裂，裂开的面称为节理面。按成因可分为构造裂隙和非构造裂隙两大类1节理非构造节理：指由成岩

14、作用、外动力、重力等非构造因素形成的裂隙，如岩石在形成过程中产生的原生裂隙、风化裂隙、以及沿沟壁岸坡发育的卸荷裂隙等。风化节理产状极不稳定，与各类构造没有联系，其发育深度有限，自地表向地下，无论是数量上还是规模上，越来越小。原生节理是岩石在形成过程中形成的节理，如沉积岩中的泥裂，玄武岩中的柱状节理。构造节理:由于地壳构造运动而形成的节理。最为常见，下面主要介绍构造节理。（一）构造节理的分类1、按力学性质不同分为剪节理和张节理两类，它们分别由剪应力和张应力形成。它们的特征区别如表图1-5-1所示。剪节理与张节理剪节理由剪应力产生的破裂面，节理面产状稳定，能穿过砾石，沿走向和倾向延伸较远，节理面较

15、平直光滑，常留有擦痕。产状不稳定，延伸不远，一般不能穿过砾石，节理弯曲，节理面粗糙不平，无擦痕。常呈树枝状、网络状和锯齿状等。张节理是由张应力产生的破裂面。节理的工程地质评价岩体中的节理，在工程上除有利于开挖外，对岩体的强度和稳定性均有不利的影响。岩体中存在节理，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。当节理主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致时，不论岩体的产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌等不稳定现象。在路基施工中，如果岩体存在节理，还会影响爆破作业的效果。因此，当节理构造可能成为影响工程设计的重要因素时，应当对节理进行深入的调查研究，详细论

16、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。2.断层岩体或岩层受力后发生变形，当所受之力超过岩石的强度极限时，岩石连续完整性将遭到破坏，于是形成断裂构造。第二节 岩石的变形与地质构造第二节 岩石的变形与地质构造野外断层图 4-74 冲断层（广东合水南露天采场煤系地层中）据蓝淇锋等断层要素断层要素：断层面断层线断盘断距断层破碎带第二节 岩石的变形与地质构造上盘相对下降，下盘相对上升。张应力作用第二节 岩石的变形与地质构造断层的类型根据断层两盘相对位移方向划分。正断层正断层上盘下降断层组合形式(1)阶梯状断层-几条产状大致相同的正断层排列在一起，沿某一方向作阶梯状下

17、降.(2)地堑-两条大致平行的相向正断层，中间部分岩块下降，即有共同下降盘.(3)地垒-两条大致平行的正断层，中央部分岩块上升，即有共同的上升盘.逆断层上盘相对上升，下盘相对下降。压应力作用冲断层：倾角大于45（高角度）逆掩断层：倾角在45 25 之间碾掩断层：倾角小于25 叠瓦式断层：一系列冲断层或逆掩断层第二节 岩石的变形与地质构造逆断层上盘上升叠瓦状断层-由若干条平行排列的逆断层构成，其上盘在剖面上构成一个接一个的叠瓦状(或称覆瓦状)构造，我国四川龙门山地区有此种构造存在平移（推）断层断层两侧岩块，沿着断层面走向的水平方向相对移动的断层。产状较陡，常近于直立。第二节 岩石的变形与地质构造

18、平移断层水平错动断层的识别标志：断层面：一般在剖面（断面上）直接观察，可见到相对较平直的断层面，其上常常具有擦痕、阶步，有的被磨的很光滑，有的面上附着硅质、铁质或碳酸盐矿物薄膜。第二节 岩石的变形与地质构造断层破碎带：常形成硅化破碎带、断层角砾岩或断层泥，有的具有构造透镜体、糜棱岩及片理化现象。断层破碎带在地表易被风化剥蚀（硅化破碎带除外），常形成负地形（鞍部、沟谷）。第二节 岩石的变形与地质构造岩层不连续：这是在路线观察时，平面上常用的方法，正常顺序岩层沿走向突然中断，或沿倾向地层发生缺失或重复出现，说明此处有断层存在。第二节 岩石的变形与地质构造岩层不对称重复或缺失构造标志（1）擦痕和镜面

19、：擦痕:断层两盘相对滑动时，在断层面上摩擦刻划形成一组平行的细沟纹。镜面:有时局部断面被磨光，常附以部土、铁质、硅质或碳酸盐质薄膜，以致表面光滑如镜。阶步断层面上常有与擦痕直交的小陡坎。一般情况下，阶步的陡坎方向是面向对盘的运动方向。顺着擦痕来回抚摸，可感觉到有滑有涩，感觉光滑的方向指示对盘运动的方向。（2）断层构造岩：断层两侧岩石因断裂而破碎，碎块经胶结形成的岩石叫断层构造岩。断层角砾岩:碎块为大小不一的棱角状，无定向排列者，常见于正断层。断层泥:若断层两侧岩石因断层摩擦而形成泥状物质。磨砾岩:若碎块有不同程度圆化，略具定向排列者，称为，常见于逆断层和平移断层。糜棱岩:若由于强烈研磨成粉状和

20、重结晶微粒组成的构造岩,它多见于大规模逆掩断层和平移断层的断层带内。（3）拖曳褶曲：断层两盘相对错动，使两盘岩层发生小型的弧形弯曲，叫做拖曳褶曲。拖曳小褶曲的不同形态可指示断层的运动方向。断层破碎带及构造岩牵引构造及伴生节理地貌标志断层构造在地貌上有明显表现。由断层形成的地貌有断层崖、三角面、错断的山脊等。大型断层往往在断层带内形成串珠状湖泊洼地，如我国云南东部在南北向的小江断裂带上分布了一连串湖泊，自北而南有杨林海、阻宗海、滇池、抚仙湖、杞麓湖以及嵩明盆地、昆明盆地、宜良盆地，玉溪盆地等。泉水的带状分布：断层破碎带是地下水的通道和贮集场所，泉水的带状分布往往也是断层存在的标志。著名的北京玉泉

21、山泉水就是出现在断层线上，湖北京山县宋河地堑盆地的两侧边缘顺着断层出露了两串泉水，南京东郊的汤山温泉也是出露在断层线上，断层泉在自然界是很普遍的现象。水系特点：断层的存在常常影响水系的发育，引起河流急剧转向，甚至错断河谷。研究断层对工程建筑具有非常重要的意义，如果没有搞清地质情况，将大坝桥梁或厂房建设在正在活动的断层上，就会影响建筑质量和使用年限，甚至可能造成严重的后果。断层的工程地质评价:对大型工业民用建筑选址不利.对大型桥位选址不利.对道路选线若与断层走向平行易产生边坡滑塌对隧道工程易产生洞顶坍落.对区域稳定性的影响不利.水平构造直立构造各种地质界面在地质图上的表现:倾斜构造（V字形法则）1.倾向反，同弯曲且曲率小。2.倾向同，倾角大，反弯曲。3.倾向同，倾角小，同弯曲但曲率大。地质图上求倾斜岩层产状地层接触关系在地质图上的表现:角度不整合褶皱在地质图上的表现：水平褶曲倾伏褶曲