工程地质第二章.ppt

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1、郑州大学土木工程学院郑州大学土木工程学院第一节第一节 概概 述述地壳运动：又称为构造运动，包括水平地壳运动：又称为构造运动，包括水平运动和垂直运动。运动和垂直运动。晚第三纪以前的构造运动称为古构造运晚第三纪以前的构造运动称为古构造运动，晚第三纪以后的构造运动称为新构动，晚第三纪以后的构造运动称为新构造运动，人类历史时期发生的构造运动造运动，人类历史时期发生的构造运动称现代构造运动。其中，新构造运动对称现代构造运动。其中，新构造运动对于现代地形、地表的改造，海陆分布和于现代地形、地表的改造，海陆分布和沉积物性质起着主导作用，对工程建筑沉积物性质起着主导作用，对工程建筑影响较大，对防震、抗震的研究

2、也有一影响较大，对防震、抗震的研究也有一定的指导意义。定的指导意义。第二节第二节 地质年代地质年代一、地质年代地质年代(geologicalage;geologicperiod)n相对年代与绝对年代相对年代与绝对年代相相对对年年代代(relativeage)代代表表地地质质体体的的生生成成及及地地质质事件发生的先后顺序事件发生的先后顺序绝绝对对年年代代(absolute chronology)即即同同位位素素年年龄龄(isotopicage)，代代表表地地质质体体形形成成或或地地质质事事件件发发生生距今的时间距今的时间n地层地层stratum是指具有一定的空间位置和特定的时是指具有一定的空间位

3、置和特定的时代意义的一层或一组岩石。它可以是固结的岩石，代意义的一层或一组岩石。它可以是固结的岩石，也可以是没有固结的松散堆积物，一般由沉积岩或也可以是没有固结的松散堆积物，一般由沉积岩或具有层状特征的火山岩和变质岩组成。具有层状特征的火山岩和变质岩组成。（一）同位素年龄（绝对年龄）的确定（一）同位素年龄（绝对年龄）的确定原理：根据保存在岩石中的放射性元素的母体原理：根据保存在岩石中的放射性元素的母体同位素的含量和子体同位素的含量分析，多长同位素的含量和子体同位素的含量分析，多长时间才能有这样子时间才能有这样子体体D和母体和母体N的比例，关键的比例，关键是放射性元素的固定的衰变常数。是放射性元

4、素的固定的衰变常数。t=1/ln(1+D/N)衰变常数衰变常数常用的测年同位素常用的测年同位素KArRbSrUPb,年代新（新生代或考古）常用年代新（新生代或考古）常用C14（二）相对地质年代的确定（二）相对地质年代的确定1、地层层序律、地层层序律(Lawofsuperposition)原始产出的地层具有下老上新的层序规律原始产出的地层具有下老上新的层序规律。（地。（地层形成时是水平或近于水平的，先形成的位于下部，层形成时是水平或近于水平的，先形成的位于下部，后形成的位于其上部）后形成的位于其上部）注意：原始产出的下老上新，并非现在野外见到的注意：原始产出的下老上新，并非现在野外见到的地层都是

5、下老上新，其中又有后期地壳运的改造。地层都是下老上新，其中又有后期地壳运的改造。对对于于后后期期地地壳壳运运动动使使地地层层变变动动（倾倾斜斜、倒倒转转）的的地地层层层层序序可可用用沉沉积积构构造造中中的的层层面面构构造造（波波痕痕、泥泥裂裂、递递变变层层理理等等）作作为为“示示底底构构造造”恢恢复复顶顶底底后后，判判断断先后顺序。先后顺序。（a）正常层序）正常层序（b）倒转层序）倒转层序2、生物层序律、生物层序律(Lawoffaunalsuccession)化石化石埋藏在岩层中的地质历史时期的生物遗埋藏在岩层中的地质历史时期的生物遗体或遗迹，（硬体、壳、骨、蛋及活动痕迹）。体或遗迹，（硬体、

6、壳、骨、蛋及活动痕迹）。保留了生物的硬体结构。保留了生物的硬体结构。生物的演化是从简单到复杂、从低级到高级不断生物的演化是从简单到复杂、从低级到高级不断发展，不可逆的演化的发展，不可逆的演化的。年年代代越越老老的的地地层层中中所所含含生生物物越越原原始始，越越简简单单、越越低低级级；年年代代越越新新的的地地层层所所含含生生物物越越进进步步、越越复复杂杂、越越高高级级。不不同同时时期期地地层层中中含含有有不不同同类类型型的的化化石石及及其其组组合合，而而相相同同时时期期且且在在相相同同相相通通的的地地理理环环境境下下所所形形成成的的地地层层（只只要要原原先先海海或或陆陆相相通通，无无论论相相距距

7、多远）都含有相同的化石及其组合。多远）都含有相同的化石及其组合。恐龙恐龙大羽羊齿大羽羊齿石燕石燕笔石笔石珠角石珠角石三叶虫三叶虫3、岩性对比法、岩性对比法在同一地质时代，同样的环境下形成的地层，其岩在同一地质时代，同样的环境下形成的地层，其岩石成分、结构构造、岩层组合应该是相似的。因此，石成分、结构构造、岩层组合应该是相似的。因此，可以根据岩性特征对比来确定某一地区岩石地层的可以根据岩性特征对比来确定某一地区岩石地层的年代。一般是利用已知相对年代，且具有某种特殊年代。一般是利用已知相对年代，且具有某种特殊性质和特征易为人们辨认的性质和特征易为人们辨认的“标志层标志层”来进行对比。来进行对比。例

8、如，我国华北奥陶纪中期，普遍沉积的是质纯的例如，我国华北奥陶纪中期，普遍沉积的是质纯的石灰岩和白云质灰岩，广西、湖南一带的泥盆纪早石灰岩和白云质灰岩，广西、湖南一带的泥盆纪早期地层为紫红色的砂岩等，这些都可以作为期地层为紫红色的砂岩等，这些都可以作为“标志标志层层”。此外，还可利用地层中含燧石结核的灰岩、。此外，还可利用地层中含燧石结核的灰岩、硅质层、碳质层等特征来作为硅质层、碳质层等特征来作为“标志层标志层”。岩性对比法，一般用于地质年代较老而又无化石的岩性对比法，一般用于地质年代较老而又无化石的“哑地层哑地层”。对含有化石的地层，可与古生物学方。对含有化石的地层，可与古生物学方法结合运用，

9、相互印证。法结合运用，相互印证。3、切割律、切割律(lawofdissection)侵入者年代新，被侵入侵入者年代新，被侵入者年代老，切割者年代者年代老，切割者年代新，被切割者年代老。新，被切割者年代老。包裹者新，被包裹者老。包裹者新，被包裹者老。不整合面以下的岩层老。不整合面以下的岩层老。二、同位素年龄（绝对年龄）的确定二、同位素年龄（绝对年龄）的确定原理：根据保存在岩石中的放射性元素的母体原理：根据保存在岩石中的放射性元素的母体同位素的含量和子体同位素的含量分析，多长同位素的含量和子体同位素的含量分析，多长时间才能有这样子时间才能有这样子体体D和母体和母体N的比例，关键的比例，关键是放射性

10、元素的固定的衰变常数。是放射性元素的固定的衰变常数。t=1/ln(1+D/N)衰变常数衰变常数常用的测年同位素常用的测年同位素KArRbSrUPb,年代新（新生代或考古）常用年代新（新生代或考古）常用C14二、地质年代表二、地质年代表编年单位编年单位地质年代单位地质年代单位年代地层单位年代地层单位宙宙eon宇宇eontherm代代era界界erratum纪纪period系系system世世epoch统统series宙宙：2个，隐生宙和显生宙个，隐生宙和显生宙代代：5个，隐生宙（太古代、元古代）、显生宙（古生代、个，隐生宙（太古代、元古代）、显生宙（古生代、中生代、新生代）中生代、新生代）纪纪：

11、古生代（：古生代（6个：寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、个：寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪）、中生代（石炭纪、二叠纪）、中生代（3个：三叠纪、侏罗纪、白个：三叠纪、侏罗纪、白垩纪）、新生代（垩纪）、新生代（2个：第三纪、第四纪）个：第三纪、第四纪）世世：一个纪分为三个或两个世，称为早世、（中世）、晚：一个纪分为三个或两个世，称为早世、（中世）、晚世，并在纪的代号右下角分别标出世，并在纪的代号右下角分别标出1，2，3表示。（注：表示。（注：统相应地称为下统、中统、上统）统相应地称为下统、中统、上统）第三节第三节 地层产状与地层产状与地层接触关系地层接触关系札达土林。经过流水侵蚀札

12、达土林。经过流水侵蚀形成的水平岩层地貌，以形成的水平岩层地貌，以粉细砂岩和黏土为主粉细砂岩和黏土为主一、岩层的产状一、岩层的产状(attitudeofstratum)1、岩层、岩层产状三要素产状三要素：走向走向strike：层面与水平面交线的延伸方向层面与水平面交线的延伸方向倾向倾向dip：层面上与走向垂直并指向下方的直线层面上与走向垂直并指向下方的直线的水平投影方向的水平投影方向倾角倾角dipangle：层面与水平面的夹角。包括真层面与水平面的夹角。包括真倾角和视倾角。倾角和视倾角。2、岩层产状的表示方法、岩层产状的表示方法（1）走向）走向/倾向（象限）、倾角，如倾向（象限）、倾角，如330

13、o/WS30o（2）倾向、倾角，如）倾向、倾角，如240o30o（3）地质图上表示方法）地质图上表示方法测量工具测量工具：地质罗盘：地质罗盘geologiccompass3、岩层产状的测定、岩层产状的测定二、地层露头线及判读方法二、地层露头线及判读方法露头露头outcrop是一些暴露在地表的岩石。包括：天是一些暴露在地表的岩石。包括：天然露头和人工露头。然露头和人工露头。露头线露头线lineofoutcrop是指岩层层面（或断层面、是指岩层层面（或断层面、节理面等）与地面的交线。其形态取决于节理面等）与地面的交线。其形态取决于岩层的岩层的产状产状和地面起伏即和地面起伏即地形状况地形状况。三种岩

14、层的露头线。三种岩层的露头线分布特征是：（图分布特征是：（图4.3）水平岩层水平岩层horizontalseam;rocksheet露头线与地露头线与地形等高线平行重合，但不相交；形等高线平行重合，但不相交；直立岩层直立岩层露头线呈直线延伸，不受地形影响，其露头线呈直线延伸，不受地形影响，其延伸方向即为岩层走向；延伸方向即为岩层走向；倾斜岩层倾斜岩层clinothem露头线呈露头线呈“V”字形形态，但字形形态，但“V”字形的弧顶朝向，两侧张开或闭合程度受岩字形的弧顶朝向，两侧张开或闭合程度受岩层倾向与地形坡向、倾角与坡角的制约。层倾向与地形坡向、倾角与坡角的制约。水平岩层水平岩层直立岩层直立岩

15、层倾斜岩层倾斜岩层水平岩层在地质图上的特征水平岩层在地质图上的特征（a）岩层倾向与坡向相反；（）岩层倾向与坡向相反；（b）岩层倾向与坡向相同，倾角）岩层倾向与坡向相同，倾角坡角坡角（c）岩层倾向与坡向相同，倾角）岩层倾向与坡向相同，倾角坡角坡角三、地层接触关系三、地层接触关系1 1整合整合接触接触(conformity)：相邻的新老地层相邻的新老地层产产状一致状一致，时代连续时代连续。它是在构造运动处于持续下。它是在构造运动处于持续下降或持续上升的背景下发生降或持续上升的背景下发生连续沉积连续沉积形成的；形成的；PC华华南南地地区区石石炭炭、二叠系地层二叠系地层2假整合接触假整合接触(disc

16、onformity)：平行不整合接触。：平行不整合接触。新老地层新老地层产状一致产状一致而而时代不连续时代不连续，其间缺失了某些，其间缺失了某些地层，标志着这期间地层，标志着这期间地壳曾一度上升地壳曾一度上升，并，并遭受风化遭受风化剥蚀剥蚀，形成一定程度起伏的剥蚀面。，形成一定程度起伏的剥蚀面。COSD缺失缺失华华 北北地区地区底底砾砾岩岩下下部部时时代代较较老老的的地地层层遭遭剥剥蚀蚀的的岩岩石石碎碎块块重重新新胶胶结结成成岩岩，底底砾砾岩岩石石矿矿物物成成分分与与下下伏伏岩层相同。岩层相同。3不整合接触不整合接触(unconformity)：角度不整合接触。：角度不整合接触。新老地层新老地

17、层产状不一致以角度相交产状不一致以角度相交，时代不连续时代不连续。反映出其间曾发生过剧烈的构造运动，致使老地反映出其间曾发生过剧烈的构造运动，致使老地层产生层产生褶皱、断裂褶皱、断裂，地壳上升地壳上升遭受风化剥蚀，形遭受风化剥蚀，形成剥蚀面，而后成剥蚀面，而后地壳下降接受沉积地壳下降接受沉积，形成新地层；，形成新地层；T1J4.侵入体的沉积接触侵入体的沉积接触(sedimentarycontact)：侵入：侵入体被沉积岩层直接覆盖，二者之间有风化剥蚀面体被沉积岩层直接覆盖，二者之间有风化剥蚀面存在。存在。+花岗岩+OD从接触关系中，又可从接触关系中，又可以得知侵入体侵入的以得知侵入体侵入的时代

18、，晚于被侵入围时代，晚于被侵入围岩的时代，早于上部岩的时代，早于上部沉积岩层的时代。沉积岩层的时代。5侵入接触侵入接触(intrusivecontact)：侵入体与被侵：侵入体与被侵入围岩间的接触关系，主要标志是：侵入体边入围岩间的接触关系，主要标志是：侵入体边缘又捕虏体，侵入体与围岩接触带有接触变质缘又捕虏体，侵入体与围岩接触带有接触变质现象，侵入体与其围岩的接触界线多呈不规则现象，侵入体与其围岩的接触界线多呈不规则状状6断层接触断层接触(faultedcontact)：地层与地层之：地层与地层之间或地层与岩体之间的接触面本身为断层面。间或地层与岩体之间的接触面本身为断层面。A整合接触整合接

19、触B假整合接触假整合接触C不整合接触不整合接触D沉积沉积接触接触E侵入接触侵入接触F断层接触断层接触BA、EF沉积接触；沉积接触；AC、DE侵入接触；侵入接触；闪长石岩体；闪长石岩体；花岗岩脉花岗岩脉图中花岗岩体（图中花岗岩体（）在横剖面见其穿过在横剖面见其穿过与与O O地层，在这些岩层地层，在这些岩层边缘有接触变质作用边缘有接触变质作用的矽卡岩出现；在平的矽卡岩出现；在平面图上还见面图上还见被包围被包围在在O O的地层界线内，说的地层界线内，说明花岗岩与奥陶系是明花岗岩与奥陶系是侵入接触关系。在横侵入接触关系。在横剖面见剖面见J J 覆于覆于之上。之上。在接触面上的地层中在接触面上的地层中的

20、底砾岩成分中有花的底砾岩成分中有花岗岩。在平面上见岗岩。在平面上见J J底底界线截断界线截断的界线，的界线，这说明花岗岩与侏罗这说明花岗岩与侏罗系是沉积接触关系。系是沉积接触关系。练习识图：地层之间的接触关系练习识图：地层之间的接触关系练习识图：地层之间的接触关系练习识图：地层之间的接触关系练习识图：地层之间的接触关系练习识图：地层之间的接触关系第四节第四节 褶皱构造褶皱构造一、褶皱现象一、褶皱现象褶皱褶皱fold ：岩层受力后发生弯曲变形。岩层受力后发生弯曲变形。褶皱使地层弯曲褶皱使地层弯曲这个褶曲是由吐露港的断层作用所产生的横压力所致，原来这个褶曲是由吐露港的断层作用所产生的横压力所致，原

21、来的向斜和背斜被倒转成的向斜和背斜被倒转成S状褶曲状褶曲北北美美洲洲的的褶褶曲曲岩岩层层地壳运动挤压而成的褶曲地壳运动挤压而成的褶曲大多数褶皱是在水平挤压作用下形成的，也有部大多数褶皱是在水平挤压作用下形成的，也有部分褶皱是在垂直作用力的作用下形成的，还有一分褶皱是在垂直作用力的作用下形成的，还有一些褶皱是在一对力偶的作用下形成的，后者多发些褶皱是在一对力偶的作用下形成的，后者多发生在两个坚硬岩层之间的较软岩层中或断层带附生在两个坚硬岩层之间的较软岩层中或断层带附近。近。二、褶皱的基本类型及褶曲要素二、褶皱的基本类型及褶曲要素1、褶皱的基本类型、褶皱的基本类型背背斜斜anticline：两翼岩

22、层两翼岩层以核部为中心向两翼倾斜以核部为中心向两翼倾斜，形态上是岩层向上弯曲。形态上是岩层向上弯曲。核部岩层老于翼部岩层核部岩层老于翼部岩层。向斜向斜syncline：两翼两翼岩层岩层向核部倾斜向核部倾斜，形态上是岩层，形态上是岩层向下弯曲。向下弯曲。核部岩层新于翼部岩层核部岩层新于翼部岩层。2、褶曲要素、褶曲要素翼翼limb：褶曲岩层的两坡。褶曲岩层的两坡。核核core：褶曲岩层的中心。褶曲岩层的中心。轴面轴面axialplane：平分褶曲两平分褶曲两翼的假想面（近于对称面），翼的假想面（近于对称面），可以是平面也可以是曲面，可以是平面也可以是曲面，其产状可用三要素描述。其产状可用三要素描述

23、。枢纽枢纽hinge：轴面与岩层面的轴面与岩层面的交线，可以是水平的也可以交线，可以是水平的也可以是倾伏状。是倾伏状。轴轴迹迹axialline;axialtrace;surfaceaxis：轴面与轴面与地面的地面的交线。交线。三、褶皱的形态分类三、褶皱的形态分类（1）根据）根据轴面产状轴面产状分类：直立褶皱分类：直立褶皱uprightfold、斜歪（倾斜）褶皱斜歪（倾斜）褶皱inclinedfold、倒转褶皱倒转褶皱overturnedfold、平卧褶皱平卧褶皱recumbentfold、翻卷翻卷褶皱褶皱convolutefold。（2）根据）根据横剖面形态横剖面形态分类：扇形褶皱分类：扇形

24、褶皱fan-shapedfold、箱形褶皱箱形褶皱box-shapedfold、单斜单斜monocline。（3）根据）根据枢纽产状枢纽产状分类：水平褶皱分类：水平褶皱nonplungingfold、倾伏褶皱倾伏褶皱plungingfold。（4）根据）根据褶皱的褶皱的平面形态平面形态分类：线分类：线状褶皱状褶皱(linearfold)、短轴褶皱短轴褶皱(brachyfold)、穹穹隆隆(domefold)A与与构造盆地构造盆地(tectonicbasin;basinfold)B（5）根据各褶皱层厚度变化分类）根据各褶皱层厚度变化分类(a)平行褶皱平行褶皱(b)相似褶皱相似褶皱（6）根据组成褶

25、皱的各褶皱面之间的几何）根据组成褶皱的各褶皱面之间的几何关系分类关系分类(a)协调褶皱协调褶皱(b)不协调褶皱不协调褶皱（7）复向斜）复向斜(synclinorium)和复背斜和复背斜(anticlinorium)四、褶皱的野外识别四、褶皱的野外识别1依据岩石地层和生物化石特征，确定自老而新的依据岩石地层和生物化石特征，确定自老而新的地层层序。地层层序。2沿垂直地层走向进行观察，沿垂直地层走向进行观察，褶皱存在的标志褶皱存在的标志是是在在沿倾斜方向上相同年代的地层作对称式重复出现沿倾斜方向上相同年代的地层作对称式重复出现。定背斜或向斜。定背斜或向斜。EOSOZSCC OSO3比较两翼岩层倾向和

26、倾角，确定褶皱的形态分类名比较两翼岩层倾向和倾角，确定褶皱的形态分类名称。称。4了解褶皱枢纽是否倾覆，并确定倾覆方向。沿同一了解褶皱枢纽是否倾覆，并确定倾覆方向。沿同一地层走向进行追索，如果地层走向进行追索，如果两翼岩层走向相互平行两翼岩层走向相互平行，表，表明明枢纽水平枢纽水平。如果。如果两翼岩层走向呈弧形圈闭合围两翼岩层走向呈弧形圈闭合围，表，表明明其枢纽倾伏其枢纽倾伏。再根据弧形尖端指向或弧形开口方向。再根据弧形尖端指向或弧形开口方向以及转折部位实际测量的方法可确定枢纽倾伏方向。以及转折部位实际测量的方法可确定枢纽倾伏方向。5概念：地形倒置现象概念：地形倒置现象地质构造形成初期，通常向斜

27、成谷背斜成山。但野外地质构造形成初期，通常向斜成谷背斜成山。但野外恰恰相反，常见的是背斜成谷，向斜成山，称为地形恰恰相反，常见的是背斜成谷，向斜成山，称为地形倒置。倒置。原因：褶皱形成后在长期的风化剥蚀等外动力作用下，原因：褶皱形成后在长期的风化剥蚀等外动力作用下，背斜轴部由于张裂隙发育、易剥蚀，并逐渐低凹成谷；背斜轴部由于张裂隙发育、易剥蚀，并逐渐低凹成谷；而向斜轴部岩石受挤压力，相对不易风化剥蚀，而成而向斜轴部岩石受挤压力，相对不易风化剥蚀，而成山。山。五、褶皱的形成年代五、褶皱的形成年代通过分析通过分析区域性不整合面区域性不整合面确定。如果不整合面以下确定。如果不整合面以下地层均褶皱，而

28、其上地层未褶皱，则褶皱运动发生地层均褶皱，而其上地层未褶皱，则褶皱运动发生在不整合面下伏最新地层沉积滞后和上覆最老地层在不整合面下伏最新地层沉积滞后和上覆最老地层沉积之前。沉积之前。六、褶皱构造的工程地质评价六、褶皱构造的工程地质评价（1）褶皱核部或转折端岩层由于受水平张力作用，节理比较发）褶皱核部或转折端岩层由于受水平张力作用，节理比较发育，岩石破碎，易受风化，渗透性强，直接影响到岩体的完整性育，岩石破碎，易受风化，渗透性强，直接影响到岩体的完整性和强度，在石灰岩地区还往往使岩溶较为发育，工程地质条件较和强度，在石灰岩地区还往往使岩溶较为发育，工程地质条件较差。所以，在核部布置各种建筑工程，

29、如厂房、路桥、坝址、隧差。所以，在核部布置各种建筑工程，如厂房、路桥、坝址、隧道等，必须注意岩层的坍落、漏水及涌水问题。道等，必须注意岩层的坍落、漏水及涌水问题。（2）在褶皱翼部布置建筑工程时，重点注意岩层的倾向及倾角）在褶皱翼部布置建筑工程时，重点注意岩层的倾向及倾角的大小，因为如果开挖边坡的走向近于平行岩层走向，且边坡倾的大小，因为如果开挖边坡的走向近于平行岩层走向，且边坡倾向与岩层倾向一致，边坡坡角大于岩层倾角，则容易造成顺层滑向与岩层倾向一致，边坡坡角大于岩层倾角，则容易造成顺层滑动现象。动现象。（3）因为背斜顶部岩层受张力作用可能塌落，向斜核部则是储）因为背斜顶部岩层受张力作用可能塌

30、落，向斜核部则是储水较丰富的地段，所以对于隧道等深埋地下的工程，一般应布置水较丰富的地段，所以对于隧道等深埋地下的工程，一般应布置在岩层较均一的褶皱翼部，有利稳定。也可选择在水平岩层地区，在岩层较均一的褶皱翼部，有利稳定。也可选择在水平岩层地区，因为隧道可以选择在同一较好岩层通过，不但施工简单，而且易因为隧道可以选择在同一较好岩层通过，不但施工简单，而且易于保证安全。对于倾斜岩层，应使隧道轴线与岩层走向的交角要于保证安全。对于倾斜岩层，应使隧道轴线与岩层走向的交角要大，岩层倾角越大越好；如轴线与岩层走向交角小或平行时，则大，岩层倾角越大越好；如轴线与岩层走向交角小或平行时，则隧道顶部将产生偏压

31、。隧道顶部将产生偏压。第五节第五节 断裂构造断裂构造组成地壳的岩层受到构造应力的作用，会组成地壳的岩层受到构造应力的作用，会发生变形，当变形达到一定程度时，岩层发生变形，当变形达到一定程度时，岩层的连续性和完整性遭到破坏，产生各种形的连续性和完整性遭到破坏，产生各种形态的断裂，称为态的断裂，称为断裂构造断裂构造(fracturingstructure)。按照断裂后两侧的岩块沿断裂面有无明显按照断裂后两侧的岩块沿断裂面有无明显的相对位移，断裂构造分为的相对位移，断裂构造分为节理节理(joint)和和断层断层(fault)两大类。两大类。一、节理一、节理节理节理(joint)也叫裂隙也叫裂隙，是指

32、岩层在构造，是指岩层在构造应力作用下发生破裂，两侧岩石没有发生应力作用下发生破裂，两侧岩石没有发生明显位移的断裂构造。明显位移的断裂构造。节理的特征节理的特征：规模大小不一；张开程度不：规模大小不一；张开程度不一；节理面的粗糙度不一；充填物不同；一；节理面的粗糙度不一；充填物不同；影响发育的因素很多；往往成群出现，构影响发育的因素很多；往往成群出现，构成节理系成节理系。大兴安岭北大山花岗岩中的水大兴安岭北大山花岗岩中的水平节理和垂直节理平节理和垂直节理山东马山山东马山英国巨人堤英国巨人堤衢州湖南镇衢州湖南镇（一）类型（一）类型1）按成因分：）按成因分：原生节理原生节理primaryjoint（

33、成岩过程中形成的）成岩过程中形成的）次生节理次生节理secondaryjoint（岩石成岩后形成的）岩石成岩后形成的）2）次生节理包括非构造节理）次生节理包括非构造节理nontectonicjoint（岩石岩石由风化作用、崩塌、滑坡、冰川及人工爆破等外动由风化作用、崩塌、滑坡、冰川及人工爆破等外动力地质作用下所形成的裂隙）和构造节理力地质作用下所形成的裂隙）和构造节理tectonicjoint（地壳构造运动的产物）地壳构造运动的产物）云南云南柱状节理柱状节理火山奇观火山奇观3）按力学成因分，构造节理包括张节理和剪节理）按力学成因分，构造节理包括张节理和剪节理张节理张节理tensionjoint

34、：由由张应力张应力作用下形成的。方向作用下形成的。方向垂直于主张应力而平行于主压应力。多数张开，节垂直于主张应力而平行于主压应力。多数张开，节理面粗糙不平，面上不具擦痕。往往绕砾石和粗砂理面粗糙不平，面上不具擦痕。往往绕砾石和粗砂粒而过，并不切穿颗粒。一般发育稀疏，节理间距粒而过，并不切穿颗粒。一般发育稀疏，节理间距大，沿走向延伸不远即消失，但在附近不远处又会大，沿走向延伸不远即消失，但在附近不远处又会断续出现，并有分支复合现象。断续出现，并有分支复合现象。剪节理剪节理shearjoint：由由剪应力剪应力作用而形成的。常成作用而形成的。常成对出现，称为共轭剪节理。两共轭剪节理面的交线对出现，

35、称为共轭剪节理。两共轭剪节理面的交线与中间主应力平行一致，两面锐夹角等分线常为最与中间主应力平行一致，两面锐夹角等分线常为最大主应力作用方向。节理面两侧岩块又微小位移，大主应力作用方向。节理面两侧岩块又微小位移，节理面上常见擦痕。节理面平直光滑，并常紧闭。节理面上常见擦痕。节理面平直光滑，并常紧闭。往往平整地切割砾石和粗砾粒。沿走向和倾向延伸往往平整地切割砾石和粗砾粒。沿走向和倾向延伸较远，产状稳定。一般发育密集，节理间距小。较远，产状稳定。一般发育密集，节理间距小。北京西山的一条张剪北京西山的一条张剪性节理性节理剪节理剪节理A张节理张节理(被矿脉充填被矿脉充填)B先剪后张的实例右侧先剪后张的

36、实例右侧为一组共轭剪切，左侧为一组共轭剪切，左侧是追踪两组剪节理形成是追踪两组剪节理形成的锯齿状张节理的锯齿状张节理C雁列张节理雁列张节理4）按节理与所在岩层）按节理与所在岩层产状要素的关系分：产状要素的关系分：走向节理走向节理1、倾向节理倾向节理2、斜向节理斜向节理3、顺层节理顺层节理45)按节理与褶皱枢纽按节理与褶皱枢纽的关系分：的关系分：纵节理纵节理a、横节理横节理b、斜节理斜节理c（二）节理的观测与统计（二）节理的观测与统计观测点观测点：一般选在构造特征清楚、发育良好的露头上，面积不小：一般选在构造特征清楚、发育良好的露头上，面积不小于于10m2。观测内容观测内容：1)观察地层岩性及地

37、质构造，测量地层产状以及确定测点所在构造观察地层岩性及地质构造，测量地层产状以及确定测点所在构造部位。部位。2)观察节理性质及发育规律。观察节理性质及发育规律。3)测量和登记：包括节理的产状、粗糙度、节理密度、观察节理充测量和登记：包括节理的产状、粗糙度、节理密度、观察节理充填物、统计含水状态和裂隙张开程度、测量节理壁距以及测量节填物、统计含水状态和裂隙张开程度、测量节理壁距以及测量节理的持续性理的持续性。粗糙度形态：平直、波状、阶梯状；分级：光滑、平滑、粗糙粗糙度形态：平直、波状、阶梯状；分级：光滑、平滑、粗糙节理密度：垂直于节理走向方向节理密度：垂直于节理走向方向1m距离内节理的数目。其倒

38、数距离内节理的数目。其倒数为节理的平均间距。为节理的平均间距。充填物：泥土、方解石脉和长英质岩脉。充填物：泥土、方解石脉和长英质岩脉。含水状态：干、湿、滴水、流水含水状态：干、湿、滴水、流水节理延续性：节理裂隙的延伸程度。节理延续性：节理裂隙的延伸程度。节理玫瑰图节理玫瑰图(jointrosediagram;jointrosette)：1)节理走向玫瑰图节理走向玫瑰图2)节理倾向玫瑰图节理倾向玫瑰图（三）（三）节理对工程的影响节理对工程的影响降低岩体强度和稳定性。降低岩体强度和稳定性。是地下水的通道是地下水的通道 加速风化作用加速风化作用二、二、断层断层断层断层(fault)是地壳表层中岩层顺

39、破裂面发生明显位移的构造。是地壳表层中岩层顺破裂面发生明显位移的构造。（一）（一）断层要素断层要素断层面断层面faultplane是岩块或岩层断开并籍以滑动的破裂面。断层是岩块或岩层断开并籍以滑动的破裂面。断层面往往不是一个产状稳定的平直面，顺走向或倾向都会发生变化面往往不是一个产状稳定的平直面，顺走向或倾向都会发生变化以致形成曲面。常常表现为断层带。以致形成曲面。常常表现为断层带。断层线断层线faultline断层面与地面的交线，即断层在地面的出露线。断层面与地面的交线，即断层在地面的出露线。断层盘断层盘faultwall是断层面是断层面两侧沿断层面发生位移的岩两侧沿断层面发生位移的岩块。如

40、果断层面是倾斜的，块。如果断层面是倾斜的，有上下盘之分；如果断层面有上下盘之分；如果断层面直立，则按断盘相对于断层直立，则按断盘相对于断层走向的方位描述；根据两盘走向的方位描述；根据两盘的相对滑动，相对上升的一的相对滑动，相对上升的一盘叫上升盘，相地下降的一盘叫上升盘，相地下降的一盘叫下降盘。盘叫下降盘。滑距：滑距：指断层两盘实际的位移距指断层两盘实际的位移距离，是根据错动前的一点，错动离，是根据错动前的一点，错动后成为两个对应点之间的实际距后成为两个对应点之间的实际距离离总滑距总滑距netslip（ab）两个对应点两个对应点之间的位移距离。之间的位移距离。走向滑距走向滑距strikeslip

41、（ac）总滑距总滑距在断层面走向线上的分量。走向在断层面走向线上的分量。走向滑距与总滑距之间的锐夹角滑距与总滑距之间的锐夹角cab为总滑距或擦痕的侧伏角。为总滑距或擦痕的侧伏角。倾向滑距倾向滑距dipslipoffset（cb）总总滑距在断层面倾斜线上的分量。滑距在断层面倾斜线上的分量。水平滑距水平滑距（am）总滑距在水平面总滑距在水平面上的分量上的分量断距断距faultdisplacement是指断层两盘对应层之是指断层两盘对应层之间的相对距离间的相对距离地层断距地层断距断层两盘上对应层之间的垂直距离断层两盘上对应层之间的垂直距离铅直地层断距铅直地层断距断层两盘上对应层之间的铅直断层两盘上对

42、应层之间的铅直距离距离水平地层断距水平地层断距断层两盘上对应层之间的水平断层两盘上对应层之间的水平距离距离（二）（二）断层的类型断层的类型1按两盘相对运动分类按两盘相对运动分类（1）正断层正断层normalfault上盘相对下降，下盘相对上盘相对下降，下盘相对上升。一般是在水平方向上升。一般是在水平方向引张应力或重力作用下形引张应力或重力作用下形成的。断层面倾角较陡，成的。断层面倾角较陡，多在多在45度或在度或在60度以上。度以上。剥离断层剥离断层是伸展构造区是伸展构造区一种平缓产出的铲状大一种平缓产出的铲状大型正断层。往往使地壳型正断层。往往使地壳浅层次年轻地层直接覆浅层次年轻地层直接覆盖在

43、深层次的老地层之盖在深层次的老地层之上。见图上。见图4.30（2 2）逆断层逆断层reversefault上盘相对上升，下盘相对下上盘相对上升，下盘相对下降。一般是在两侧近于水平降。一般是在两侧近于水平的挤压力作用下形成的。多的挤压力作用下形成的。多于褶皱伴生。倾角大于于褶皱伴生。倾角大于45度度的称为高角度逆断层，倾角的称为高角度逆断层，倾角小于小于45度的低角度逆断层，度的低角度逆断层，称为逆冲断层称为逆冲断层(reversethrust)和逆掩断层和逆掩断层(overthrust)。推推覆覆构构造造（3）平移断层平移断层(displacementfault)断断层两盘沿断层走向方向上层两

44、盘沿断层走向方向上发生位移的断层。倾角通发生位移的断层。倾角通常很陡，近于直立。分右常很陡，近于直立。分右行（右旋）和左行（左旋）行（右旋）和左行（左旋）平移断层。平移断层。走滑断层走滑断层(strike-slipfault)圣安德烈斯断层圣安德烈斯断层北美板块正在向北移北美板块正在向北移动，而太平洋板块则动，而太平洋板块则正在向南移动正在向南移动2断层组合类型断层组合类型阶梯状断层阶梯状断层stepfault 地堑地堑graben和地垒和地垒horst 叠瓦构造叠瓦构造imbricatefault3按断层与所在岩层产状关系分类按断层与所在岩层产状关系分类走向断层、倾向断层、斜向断层、顺层断层

45、走向断层、倾向断层、斜向断层、顺层断层4按断层力学性质分类按断层力学性质分类（1）压性断层：断层在压应力作用下形成的，）压性断层：断层在压应力作用下形成的，也称压性结构面。其走向垂直于压应力方向，也称压性结构面。其走向垂直于压应力方向，在断层面两侧，主要是上盘岩体受挤压相对上在断层面两侧，主要是上盘岩体受挤压相对上升，如逆断层等。此类断层的结构面大多比较升，如逆断层等。此类断层的结构面大多比较舒缓波状，断裂带宽大，常有角砾岩。舒缓波状，断裂带宽大，常有角砾岩。（2）张性断层：断层在张应力的作用下形成的，）张性断层：断层在张应力的作用下形成的，也称张性结构面。其走向与张应力的方向垂直，也称张性结

46、构面。其走向与张应力的方向垂直，断层面上岩体相对下降，如正断层等。断层结断层面上岩体相对下降，如正断层等。断层结构面一般比较粗糙，且多呈锯齿状。构面一般比较粗糙，且多呈锯齿状。（3）扭性断层：断层在扭（剪）应力的作用下）扭性断层：断层在扭（剪）应力的作用下形成的，也称扭性结构面。多成对出现，呈形成的，也称扭性结构面。多成对出现，呈X型交叉分布，且往往是一组发育，另一组不发型交叉分布，且往往是一组发育，另一组不发育，如平移断层等。此类断层结构面多伴有擦育，如平移断层等。此类断层结构面多伴有擦痕。痕。（三）断层存在的标志（三）断层存在的标志判断断层存在的标志，判断断层存在的标志，主要是地层和构造方

47、面主要是地层和构造方面的依据，其次是地貌、的依据，其次是地貌、水文等方面。水文等方面。（1）地质体不连续：地质体不连续：岩层、岩脉、岩体、变岩层、岩脉、岩体、变质岩的片理等沿走向突质岩的片理等沿走向突然中断、错开而出现不然中断、错开而出现不连续现象。连续现象。（2）地层的重复与缺失）地层的重复与缺失。在某一区域内，按。在某一区域内，按正常的地层层序，如果出现有某些地层正常的地层层序，如果出现有某些地层的不对称重复、缺失或岩脉被错断，以的不对称重复、缺失或岩脉被错断，以及某些地层的突然缺失或加厚、变薄等及某些地层的突然缺失或加厚、变薄等现象，这都可能是断层存在的标志。现象，这都可能是断层存在的标

48、志。（3）断层的伴生结构）断层的伴生结构指由于断层面两侧岩块的相互滑动和摩擦，指由于断层面两侧岩块的相互滑动和摩擦，在断层面上及其附近留下的各种证据。常在断层面上及其附近留下的各种证据。常见的有牵引弯曲、断层角砾、擦痕、阶步见的有牵引弯曲、断层角砾、擦痕、阶步及摩擦镜面等伴生结构，这些都是识别断及摩擦镜面等伴生结构，这些都是识别断层的可靠标志。层的可靠标志。破碎带破碎带crushedzone：断层存在的标志断层存在的标志糜棱岩糜棱岩（4）地貌和水文等标志地貌和水文等标志断层两盘差异性升降运动，常形成陡立的峭壁，断层两盘差异性升降运动，常形成陡立的峭壁，称称断层崖断层崖faultscarp。若它

49、后来受到与崖面垂若它后来受到与崖面垂直方向的流水切割、侵蚀，往往形成沿断层走直方向的流水切割、侵蚀，往往形成沿断层走向分布的一系列三角形陡崖，称向分布的一系列三角形陡崖，称三角面山三角面山。串珠状分布串珠状分布的湖泊、洼地和带状分布的泉水等的湖泊、洼地和带状分布的泉水等都是可能有断层存在的标志都是可能有断层存在的标志4.4.4断层形成年代断层形成年代断层发生的年代晚于被断最新地层的年代，早于断层发生的年代晚于被断最新地层的年代，早于一不整合面覆盖在断层上的最老底层的年代。一不整合面覆盖在断层上的最老底层的年代。（1）对地基的强度和稳定性产生不利的影响。断层破碎带力）对地基的强度和稳定性产生不利

50、的影响。断层破碎带力学强度低、压缩性高，建于其上的建筑物由于地基的较大沉陷，学强度低、压缩性高，建于其上的建筑物由于地基的较大沉陷，易造成开裂或倾斜。断裂面对岩质边坡、桥基稳定常有重要影易造成开裂或倾斜。断裂面对岩质边坡、桥基稳定常有重要影响。响。（2）断层构造带不仅岩体破碎，且断层上、下盘岩性不同，）断层构造带不仅岩体破碎，且断层上、下盘岩性不同，其上建造建筑物可能产生不均匀沉降。其上建造建筑物可能产生不均匀沉降。（3）隧道工程通过断层破碎带时，易发生坍塌甚至冒顶事故。）隧道工程通过断层破碎带时，易发生坍塌甚至冒顶事故。（4）断层常常控制水系的发育，还常常是地下水的良好通道，）断层常常控制水