工程地質第3章教材

第三章地質構造了解地層年代的確定方法及地質年代劃分；掌握地層單位的符號與順序，地層的接觸關系，地層產(chǎn)狀與測量方法、地層界線與地形等高線的組合關系；褶皺構造的類型與識別方法，節(jié)理的類型、調(diào)查統(tǒng)計方法，斷層的類型及識別標志；地質圖的閱讀方法，掌握根據(jù)地質圖總結地質發(fā)展史，以及地質剖面圖及綜合地層柱狀圖的編制方法。重點：地層的接觸關系，斷層類型及識別標志難點：地層產(chǎn)狀與測量方法、地層界線與地形等高線的組合關系。第三章地質構造地殼運動：地質構造：主要由地球內(nèi)力地質作用引起地殼變化、使巖層或巖體發(fā)生變形和變位的運動地殼運動的結果，形成了各種不同的構造形跡，如褶皺、斷裂等地史概要地史學：研究地殼的發(fā)展和變化歷史的科學，它闡明地殼發(fā)展變化的歷史過程和生物演化的情況，確定巖層形成的先后次序和生成環(huán)境，以及構造變動等。了解地史的意義為了判別褶皺、斷裂構造、地層接觸關系，以及閱讀分析地質資料和圖件等。

★地層年代：絕對年代和相對年代。

★絕對年代：地層形成到現(xiàn)在的實際年數(shù)

★相對年代：地層的相對新老關系。

★絕對年代確定方法：據(jù)巖石中所含放射性元素的衰變規(guī)

律確定

★相對年代確定方法：地層層位法、古生物法、巖性對

比法

地層年代的確定相對年代的確定方法

地層層位法：根據(jù)地層層位確定巖層的新老關系。古生物法：根據(jù)不同的標準化石，確定地層的年代。

巖性對比法：確定了某地區(qū)的地層年代后，在另外的地區(qū)可通過巖性對比來確定那個地區(qū)地層的地質年代。

地質年代表：根據(jù)地層形成順序、巖性變化特征、生物演化階段、構造運動性質及古地理環(huán)境等綜合因素，把地質歷史劃分階段。

年代劃分：地質歷史劃分為隱生宙和顯生宙兩個大階段；宙以下分為代，隱生宙分為太古代和元古代，顯生宙分為古生代、中生代和新生代；代以下分紀，紀以下分世，依此類推。相應每個時代單位宙、代、紀、世，形成的地層單位為宇、界、系、統(tǒng)，如古生代形成的地層叫古生界。宙(宇)、代(界)、紀(系)、世(統(tǒng))，是國際統(tǒng)一規(guī)定的名稱和劃分單位。3.1.2地質年代表地層接觸關系：整合接觸整合接觸

沉積作用基本連續(xù)，沉積物連續(xù)堆積，沒有間斷。新老地層之間為平行或近于平行的關系

整合接觸的地質意義

反映該地區(qū)在此沉積時期內(nèi)地殼升降與沉積處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，沒有發(fā)生顯著的構造運動地層接觸關系：不整合接觸

不整合接觸上下兩套地層之間有明顯的沉積間斷，造成地層的缺失

不整合的類型

平行不整合角度不整合平行不整合-假整合

不整合面上下兩套地層的產(chǎn)狀彼此平行，接觸界線與整合接觸界線相似

平行不整合與整合的區(qū)別

平行不整合上下兩套地層之間缺失地層平行不整合反映地殼上升，沉積地層露出水面，接受剝蝕，是升降運動的表現(xiàn)角度不整合

角度不整合

上下兩套地層產(chǎn)狀不同，構造（褶皺、斷裂等）形式、強度和變形方向，變質程度，巖漿活動不同反映兩套地層經(jīng)歷了不同的地質發(fā)展歷史。

角度不整合的特點

上覆地層變形相對簡單下伏地層變形相對復雜，其中可以包括上覆地層的變形構造，表現(xiàn)為疊加變形。(a)整合接觸(b)假整合接觸(c)不整合接觸圖3-1沉積巖層間的接觸關系及其形成過程不整合的形成

平行不整合的形成過程

下降、沉積→上升、沉積間斷、遭受剝蝕→下降、再沉積。

角度不整合的形成過程

下降、沉積→褶皺等變形、變質、巖漿侵入、隆起、沉積間斷、遭受剝蝕→下降、再沉積。不整合的地質意義

反映上、下地層空間的相互關系和時間上的發(fā)展順序巖石地層單元劃分的重要參考古地理，古構造演變的研究不整合面與礦產(chǎn)關系密切——鐵、錳、磷、鋁土礦，巖漿熱液型礦床，石油、天然氣確定不整合的依據(jù)

地層古生物

生物演化是連續(xù)的。如有中斷，反映地層缺失

沉積-侵蝕

古侵蝕面、古土壤及有關的殘積礦床、底礫巖等——反映隆起、侵蝕、風化

構造變形

產(chǎn)狀，構造線，褶皺型式和強度，斷層類型、產(chǎn)狀和強度，構造截切關系

巖漿活動和變質作用

不整合分隔的巖層之間，其巖漿作用、變質作用以及成礦作用往往存在重要的差別巖漿巖與沉積巖層間的接觸關系侵入接觸沉積巖層形成在先，后來火成巖侵入其中沉積接觸侵入巖先形成，之后地殼上升受風化剝蝕，然后地殼又下降接受新的沉積

(a)(b)(c)

圖3-2巖漿巖與沉積巖層間的接觸關系地質構造的基本類型褶皺構造：當巖層繼續(xù)受到構造應力作用時，產(chǎn)生的一系列彎曲變形的形跡斷裂構造：隨著作用力的進一步增加，當應力超過巖石的強度極限時，巖層便產(chǎn)生破裂錯動構造運動使巖石發(fā)生變形的基本類型是褶皺和斷裂巖層：被兩個平行或近于平行的界面所限制的，同一巖性組成的層狀巖石。

(a)厚度穩(wěn)定巖層(b)尖滅巖層(c)厚度變化巖層(d)透鏡狀巖層圖3-3巖層的厚度及其形態(tài)水平巖層：巖層形成后，受構造運動影響輕微，仍保持原始水平產(chǎn)狀的巖層。3.2.2傾斜巖層

傾斜巖層：巖層層序正常，上層為新巖層，下層為老巖層，層面與水平有一交角的巖層。

產(chǎn)狀：巖層面在三維空間的延伸方位及其傾斜程度。(a)立體圖(b)平面圖圖3-4水平巖層的出露特征a—露頭寬度h—巖層厚度圖3-5水平巖層的露頭寬度水平巖層具有以下特征：

(1)

新巖層蓋在老巖層之上。

(2)

水平巖層的地層界線(即巖層面與地面的交線)與地形等高線平行或重合。

(3)

水平巖層頂面與底面的高程差就是巖層的厚度。

(4)

水平巖層的露頭寬度(即巖層頂層和底面地層界線間的水平距離)與地面坡度、巖層厚度有關。巖層的產(chǎn)狀要素走向：巖層面與水平面的交線叫走向線，走向線兩端延伸的方向就是巖層的走向。

傾向：垂直走向線、沿巖層面向下傾斜的直線叫傾斜線(又稱真傾斜線)，它在水平面上的投影線稱為傾向線，傾向線所指的方向為傾向(又稱真傾向)。

傾角：真傾斜線與其在水平面上的投影線(傾向線)的夾角叫傾角，又稱真傾角。符號表示：（1）地質羅盤直接在巖層面上測量的。

（2）可根據(jù)鉆孔資料、地形地質圖上的表現(xiàn)及視傾角值，再用幾何作圖法或赤平投影等方法，求出巖層的產(chǎn)狀要素。

（1）方位角表示法一般只記傾向和傾角，如2050∠250。

（2）象限角表示法一般記走向、傾角和傾向象限。如N650W∠250SW。

表示方法：文字和符號兩種表示方法

巖層產(chǎn)狀要素的測定與表示方法

文字表示：測定方法傾斜巖層地層界線的分布特征

“V”字形法則（1）當巖層傾向與地面坡向相反時，巖層界線與地形等高線彎曲方向相同，但巖層界線彎曲程度較小，等高線彎曲程度較大。（2）當巖層傾向與地面坡向相同，且?guī)r層傾角大于地面坡角時，巖層界線與地形等高線彎曲方向相反。（3）當巖層傾向與地面坡向相同，但巖層傾角小于地面坡角時，巖層界線與地形等高線彎曲方向相同，但彎曲程度較等高線大。

直立巖層地質界線在空間是一條沿走向延伸的直線，不受地形影響。直立巖層地質界線間的水平距離就是巖層的厚度

3.2.3直立巖層褶皺要素:

褶皺構造的各個組成部分稱為褶皺要素，主要分為：核、翼、軸面、軸線(軸)、樞紐、轉折端。

褶皺構造:巖層受到構造運動作用后，在保持連續(xù)性的情況下產(chǎn)生的彎曲變形。

(a)水平擠壓(b)垂向力作用(c)力偶作用圖3-12褶皺的力學成因3.3.1褶皺的基本形態(tài)

褶皺構造有背斜和向斜兩種基本形態(tài)

3.3褶皺構造

2．褶皺的形態(tài)分類

根據(jù)褶皺軸面的產(chǎn)狀分為以下幾種：

直立褶皺、傾斜褶皺、倒轉褶皺、平臥褶皺

(a)直立褶皺(b)傾斜褶皺(c)倒轉褶皺(d)平臥褶皺圖3-15褶皺的形態(tài)分類按褶皺樞紐的產(chǎn)狀可分為：

水平褶皺、傾伏褶皺(a)、(a′)水平褶皺(b)、(b′)傾伏褶皺圖3-16水平褶皺和傾伏褶皺3.3.3褶皺構造的識別

（1）應垂直巖層走向進行觀察，當巖層重復出現(xiàn)對稱分布時，便可肯定有褶皺構造；

（2）分析巖層新老組合關系(3)分析巖層產(chǎn)狀（4）分析樞紐產(chǎn)狀45。3.4斷裂構造斷裂構造：巖體受構造應力作用超過其強度時發(fā)生裂縫或錯斷，破壞了巖體的完整性而形成。斷裂構造主要分為節(jié)理和斷層兩大類。節(jié)理:巖體沿破裂面沒有明顯位移或僅有微量位移的稱為節(jié)理；斷層:巖體沿破裂面兩側發(fā)生了明顯位移或較大錯動的稱為斷層。

斷裂構造按力學性質可分為壓性、張性、扭(剪)性以及壓扭性和張扭性等五類。3.4.1斷裂構造的力學性質斷裂面與構造應力場間的關系

構造應力場是指地殼中的一定范圍內(nèi)，均勻的或隨地點和時間不同而有變化的構造應力狀態(tài)場。SJ—剪節(jié)理TJ—張節(jié)理TF—正斷層

CF—逆斷層SF—平移斷層斷裂構造的形成過程節(jié)理按成因分類風化節(jié)理：有風化作用造成，多分布在近地表處，向下延伸不深，無一定方向性。原生節(jié)理：在成巖過程中形成的。構造節(jié)理：構造應力作用形成的，分布廣，具有明顯的方向性和規(guī)律性，常常成組出現(xiàn)。剪節(jié)理產(chǎn)狀穩(wěn)定，延伸遠平直光滑，節(jié)理面上常見擦痕切過礫石和膠結物常構成共軛節(jié)理系——棋盤格構造單組節(jié)理等間距出現(xiàn)張性破裂面產(chǎn)狀不穩(wěn)定，延伸不遠，常側列產(chǎn)出粗糙不平，無擦痕，常繞過礫石多脈體充填，脈的寬度變化大追蹤共軛剪節(jié)理，呈鋸齒狀，成單列或組合成共軛雁列張節(jié)理張節(jié)理剪節(jié)理與張節(jié)理的對比力學機制：

剪節(jié)理：受剪應力作用形成的破裂面，其兩組剪切面一般形成X型的節(jié)理。

張節(jié)理：巖層受張力作用形成的破裂面。產(chǎn)狀：剪節(jié)理：節(jié)理產(chǎn)狀穩(wěn)定，沿走向傾向延伸較遠。張節(jié)理：產(chǎn)狀不穩(wěn)定延伸不長。節(jié)理面特征：剪節(jié)理：節(jié)理面平直光滑，裂縫小成閉合狀態(tài)。張節(jié)理：節(jié)理面面彎曲粗糙，裂縫較寬，常被巖脈填充。發(fā)育程度：剪節(jié)理：發(fā)育密集節(jié)理間距小，容易構成軟弱面。張節(jié)理：發(fā)育較稀，間距較大，是滲漏的良好通道。劈理密集的構造微節(jié)理，間距在幾毫米和幾厘米，把巖石切成薄片或薄板狀，容易和層狀及片狀構造相混淆。只在構造運動強烈、應力集中地段出現(xiàn)。如斷層兩側、褶皺翼部。劈理面彎曲粗糙，裂縫較寬，常被巖脈填充。發(fā)育較稀，間距較大。是滲漏的良好通道。

（2）節(jié)理調(diào)查的內(nèi)容

1)測量節(jié)理產(chǎn)狀。

2)觀察節(jié)理面張開程度和充填情況。

3)描述節(jié)理壁的粗糙程度。

4)觀察節(jié)理充水情況。

5)確定節(jié)理成因。

6)統(tǒng)計節(jié)理的密度、間距、數(shù)量，確定節(jié)理發(fā)育程度和節(jié)理

的主導方向。2.節(jié)理的調(diào)查（1）觀察點的選擇（考慮因素）

1)露頭要好，最好能在三度空間觀測，其露頭面積一般不小于10m2，便于大量測量。

2)構造特征清楚，巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定。

3)節(jié)理比較發(fā)育，組系及其相互關系比較明確。

4)觀測點應選在構造的重要部位，并且在不同構造層、不同巖系和不同巖性巖層中都應布點。

a平面形b波浪形c臺階形圖3-22節(jié)理面的起伏形態(tài)

斷層的基本組成部分叫斷層要素，主要有斷層面、斷層線、斷層帶、斷盤及斷距等

斷層要素

斷層分類

根據(jù)與相關構造的幾何關系

與巖層走向的關系走向、傾向、斜向、順層

與褶軸／區(qū)域構造線關系縱、橫、斜（斷層）

根據(jù)兩盤相對運動

正斷層、逆斷層（逆沖斷層）、平移斷層組合斷層：平移－正斷層；逆－平移斷層根據(jù)斷層力學成因性質壓性斷層、張性斷層、扭性斷層、壓扭性斷層、張扭性斷層斷層的基本類型及其特征（1）斷層的形態(tài)分類:

正斷層，逆斷層、平移斷層正斷層的基本特征是上盤相對下移，下盤相對上移。逆斷層的基本特征是上盤相對上移，下盤相對下移。平移斷層:斷層兩盤產(chǎn)生相對水平位移的斷層.正斷層逆斷層平移斷層

階梯式斷層、地壘和地塹疊瓦式斷層正斷層與逆斷層的對比基本特征上盤相對下移，下盤相對上移下盤相對上移，上盤相對下移位置多垂直于張力的方向發(fā)生，但有時也沿已有的剪節(jié)理發(fā)生沿剪切破裂面形成，常與褶皺伴生，并多在一個翼上平行于褶皺發(fā)育力學機制水平張應力或垂直作用水平壓力正斷層逆斷層斷層面傾角一般多在50°～60°以上傾角較小沖斷層：傾角大于45°逆掩斷層：傾角45°～25°碾掩斷層：傾角小于25°其他斷距可以從幾厘米道數(shù)百米，延伸范圍一般自幾米到數(shù)公里。野外有時見到數(shù)條正斷層排列組合在一起，形成階梯式斷層、地壘和地塹等斷層帶中夾有大量的角礫和巖粉

對于兼具正、逆和平移的過渡性質的斷層，一般采用組合命名，稱之為平移－逆斷層、逆－平移斷層、平移－正斷層和正－平移斷層。根據(jù)習慣，組合命名的后者表示主要運動分量。

按滑動線側伏角的斷層命名

壓性斷層：壓性斷裂由壓應力作用形成——逆斷層

張性斷層：張性斷裂由張(拉)應力作用形成——正斷層

扭性斷層：扭性斷裂由扭(剪)應力作用產(chǎn)生——平移斷層

壓扭性斷層：具有壓性斷層兼扭性斷層的力學特性——平移逆斷層

張扭性斷層：具有張性斷層兼扭性斷層的力學特性——平移正斷層

（2）按斷層力學成因性質分類3.斷層的野外識別標志

（1）地層的重復或缺失

（2）構造不連續(xù)現(xiàn)象

（3）斷層破碎帶及構造巖

（4）斷層擦痕和階步

（5）牽引現(xiàn)象及伴生節(jié)理

（6）地貌及地下水特征

斷層造成的地層重復或缺失斷層巖斷層的識別：構造標志地質界線突然中斷構造強化

產(chǎn)狀突變節(jié)理帶、劈理帶小褶皺擠壓破碎、擦痕、構造透鏡體

(a)巖層錯斷(b)巖脈錯斷(c)早期斷層錯斷

斷層造成的褶皺核部寬度變化

A—碎裂硅質白云巖B—斷層角礫巖和構造巖

Z—震旦系白云巖CP—石炭、二迭系地層

構造巖

斷層擦痕和階步斷層的牽引現(xiàn)象

斷層的伴生節(jié)理

3.5地質圖

地質圖：表示一個地區(qū)的地質情況的圖件地質圖類型：平面圖：反映地表的地質現(xiàn)象剖面圖：反映剖面上的地質現(xiàn)象柱狀圖：反映一個地區(qū)的地層巖性、厚度和接觸關系普通地質圖地貌及第四紀地質圖水文地質圖工程地質圖地質圖中的規(guī)格：圖名、圖例(上—下、左—

右、新—

老)、比例尺、編制單位、編制日期3.5.2地質圖的表示方法

1.地層巖性

通過地層分界線、年代符號或巖性代號，再配合圖例說明來反映。

2．地質構造

巖層產(chǎn)狀、褶皺、斷層及巖層接觸關系

(1)巖層產(chǎn)狀

(2)褶皺背斜向斜(3)斷層

正斷層

逆斷層

平移斷層

3.巖層接觸關系整合接觸、假整合接觸、不整合接觸、沉積接觸、侵入接觸

3

剖面線方向的選取應當盡量垂直巖層走向、褶皺軸向或斷層線方向，這樣才能更清楚全面地反映地質構造形態(tài)。但為工程需要的剖面圖，常沿建筑物軸線方向繪制，如沿壩軸線、隧洞和渠道中心線等。

.5.3地質剖面圖和綜合地層柱狀圖的編制

1.地質剖面圖

1、確定剖面線；2、確定剖面圖的橫向與豎向比例；3、作地形剖面線；4、畫地質界線：真傾角與視傾角的換算tg

=tg

×cos

視傾角與畫圖傾角的換算tg

'=n×tg

；5、畫巖性花紋符號、地質代號、斷層運動方向；

6、標注剖面方向、圖名、比例尺、圖例。2.綜合地層柱狀圖

綜合地層柱狀圖是把一個地區(qū)從老到新出露的地層巖性、最大厚度、接觸關系等，自下而上按原始形成次序用柱狀圖的形式表示出來，還描述巖層的工程地質性質。

3.5.4地質圖的閱讀和分析

（1）查看圖名和比例尺

（2）閱讀圖例

（3）分析地形地貌

（4）閱讀地層的分布、產(chǎn)狀及其和地形關系。

（5）閱讀圖上有無褶皺、褶皺類型、軸部、翼部的位置；有

無斷層、斷層性質、分布以及斷層兩側地層的特征，分

析本地區(qū)地質構造形態(tài)的基本特征。

（6）綜合分析各種地質現(xiàn)象之間的關系、規(guī)律性及其地質發(fā)

展簡史。

（7）在上述閱讀分析的基礎上，對圖幅范圍內(nèi)的區(qū)域地層巖

性條件和地質構造特征，結合工程建設的要求，進行初

步分析評價。

2.黑山寨地區(qū)地質圖的閱讀與分析黑山寨地區(qū)地質圖

黑山寨地區(qū)地質剖面圖

第五節(jié)地質構造與工程的關系一、巖層產(chǎn)狀與邊坡穩(wěn)定傾向與坡向相反，巖層產(chǎn)狀對邊坡穩(wěn)定無不利影響；傾向與坡向相同，傾角大于坡角，巖層產(chǎn)狀對邊坡穩(wěn)定無不利影響；傾向與坡向相同，傾角小于坡角，巖層產(chǎn)狀對邊坡穩(wěn)定有不利影響。線路走向45，邊坡坡度70o，層面產(chǎn)狀100o

40o。

東南側邊坡，巖層傾向與坡向相反，巖層產(chǎn)狀對邊坡穩(wěn)定無不利影響。西北側邊坡，巖層傾向與坡向相同，巖層在邊坡傾向上的視傾角為

tg

=tg40ocos(45o+90o-100o)=tg40ocos35o，

35o。

巖層視傾角小于坡角，巖層產(chǎn)狀對邊坡穩(wěn)定有不利影響。

Φ=90°-θtgβ＝tgα

cosθ=tgα

sinφ（θ視傾向與真情向的夾角，φ為視傾向與走向夾角）tg

=tg40ocos(45o-（100o-90o)）=tg40ocos35o，

35o。線路走向45，邊坡坡度70o，層面產(chǎn)狀100o

40o。90°0°