第三章 地质构造,3, 3.1 地质作用, 3.2 造质年代, 3.3 地质构造, 3.4 阅读和分析地质图,在地质历史发展过程中，由自然动力引起，促使地壳的组成物质、构造和地表形态不断变化和发展的作用，称为地质作用。 地质作用按其能量的来源不同，可分为外力地质作用和内力地质作用。, 3.1 地质作用, 3.1.1 外力地质作用,由地球范围以外的能量所引起的地质作用称为外力地质作用。 能量主要来自太阳辐射、太阳和月球的引力能以及地球的重力等。 其作用方式有风化、剥蚀、搬运、沉积和成岩。 外力地质作用总趋势：削高补低，使地面趋于平坦，使地壳面貌不断发生变化。,风化作用,剥蚀作用,搬运作用,沉积作用,拖曳搬运,悬浮搬运,溶解搬运,成岩作用,压固作用,胶结作用,重结晶作用,外力地质作用,岩石风化,剥蚀作用,剥蚀作用,搬运沉积, 3.1.2 内力地质作用,由地球旋转能、重力能和放射性元素蜕变产生的热能所引起，主要是在地壳和地幔中进行。 主要包括：地壳运动、岩浆作用、变质作用和地震等。,地壳运动又称构造运动，是地球自转速度改变等原因，使得组成地壳物质的结构、构造发生变化。是内力地质作用的一种重要形式，也是改变地壳面貌的主导因素。,垂直运动使地面隆起或凹陷，形成海进和海退； 垂直运动还控制了沉积岩的物质成分的来源和性质，同时也影响沉积岩的厚度和空间分布。,(1) 垂直运动,水平运动是地壳演化过程中，表现得较为强烈的一种运动形式。主要表现为地壳受水平挤压或年年拉伸，形成岩层的褶皱、断裂。 水平运动是形成地壳表层各种构造形态的主要原因。,(2) 水平运动, 3.2 地质年代,绝对地质年代：是指组成地壳的岩层从形成到现在有多少“年”。它能说明岩层形成的确切时间，但不能反映岩层形成的地质过程。 相对地质年代：能说明岩层形成的先后顺序及其相对新老关系，能反映岩层形成的自然阶段。 地质工作中，一般以应用相对地质年代为主。, 3.2.1 绝对地质年代的确定,许多岩石中含有微量的放射性元素，岩石形成初期，放射性元素含量较高，随后慢慢衰减。如无特殊地质作用影响，蜕变产物(子体)仍保存在矿物晶体格架之中。通过仪器测定岩石中放射性元素(母体)和蜕变物(子体)的含量，从而推算出岩石的形成时间。,1. 沉积岩相对地质年代的确定,(1) 地层层序,正常沉积的岩层应该是先沉积的岩层在下，后沉积的岩层在上，形成上新下老的正常自然层序规律。但剧烈的地质构造运动会使岩层的层序发生变化。,(2) 岩性,作为岩层对比的基础，在一定区域内，同一地质时期所形成岩层的组成、结构、构造特点是一致或近似的。, 3.2.2 相对地质年代的确定,(3) 接触关系,在沉积盆地的稳定沉积环境中不同地质年代的沉积物一层层连续沉积，中间没有间断。,整合接触,平行不整合接触(假整合),角度不整合接触,接触关系,地壳上升，使地层表现受到风化剥蚀，形成高低不平的侵蚀面，之后地壳再次下降，侵蚀面上才会又有新的沉积物和沉积地层出现。这时侵蚀面上下新老地层之间的岩层大致平行，这种接触关系为不整合(假整合)接触，该侵蚀面为不整合面(图3-1)。,当地壳地层因构造变动发生褶皱和断裂，水平岩层发生倾斜，上升的岩层受风化剥蚀，后再次下降有新的沉积物沉积，这时新老岩层之间有地层缺失，不整合面上下地层的岩层呈角度相交。(图3-1)。,图3-1 地层接触关系 1- 平行不整合 2- 角度不整合,(4) 生物层序,地球上生物进行是由简单到复杂、由低级到高级发展演化的，不同地质年代的沉积岩中都含有和地质年代相应的特征古老生物化石群，因此可以根据岩层中所含化石的地质年代来确定岩层的地质年代。,2 岩浆岩相对地质年代的确定,(1) 接触关系,侵入接触,沉积接触,接触关系,岩浆岩侵入到沉积岩层中，使围岩发生热力变质现象。根据侵入关系，岩浆侵入体的形成年代晚于周围围岩的地质年代(图3-2a)。,岩浆岩经长期风化剥蚀后，在其侵蚀面上又形成新的沉积岩层，在新的沉积岩层底部可发现由岩浆岩组成的砾岩或岩浆岩风化剥蚀的痕迹。由此说明岩浆岩形成的地质年代早于沉积岩 (图3-2b) 。,(2) 穿插构造,图3-2 岩浆岩与沉积岩层接触关系 a) 侵入接触 b) 沉积接触,图3-3 穿插构造,根据岩浆侵入体(岩株、岩脉等)与被它侵入的围岩(可以是岩浆岩与沉积岩)之间的关系来确定其相对地质年代。岩浆岩的侵入体应较被它穿过的最新岩层还要年轻(图3-3)。, 3.2.3 地质年代表,(1) 地质年代的划分,地质学家根据地壳几次大的构造变动和生物演变的阶段性，把地质历史分为五个“代”，“代”以下分为若干个“纪”，由于纪内生物发展和地质情况不同，纪以下又划分为若干个“世”和“期”。 代、纪、世、期称为地质年代单位。对于特定地质年代内所形成的岩石体，称为时间地层单位，包括：界、系、统、阶。地质年代单位与地层单位的对应关系见表3-1。,地质年代单位,时间地层单位,代,纪,世,期,界,系,统,阶,表3-1 地质年代单位与时间地层单位,(2) 地质年代表,表3-2 地质年代表,(续),(续), 3.3 地质构造,构造运动在岩层或岩体中遗留下来的各种构造形迹称为地质构造。, 3.3.1 水平构造与单斜构造,倾角小于5的构造称为水平构造(图3-4)。,1. 水平构造,如果一个岩层向一个方向倾斜，岩层层面又近于平面，则称其为单斜岩层。 单斜构造可是是褶曲的一翼、断层的一盘，可以由局部地层不均匀升降造成(图3-5)。,2. 单斜构造,图3-4 水平构造,图3-5 单斜构造,2 岩层的产状,岩层产状是指地壳岩层在空间的方位和产出状态。倾斜岩层的产状，是用岩层层面的走向、倾向和倾角三个要素来表示(图3-6)。,(1) 走向,岩层层面与水平平的交线称为岩层的走向线，走向线的方位角称为岩层的走向。岩层的走向有两个，相差180 。,图3-6 岩层产状三要素 AB-走向 OC-倾向 -倾角,(2) 倾向,在岩层面上向下做垂直岩层走向向的射线。此射线在水平面上投影称为岩层的倾向线，倾向线所指的方向叫岩层的倾向。 岩层的倾向只有一个方向，走向线与倾向线垂直。,(3) 倾角,岩层层面与水平面之间所夹的锐角，称为岩层的倾角。它反映岩层在空间的倾斜角度。,如走向南西200 ,倾向南东110 ，倾角30 的岩层，因走向可用倾向加减90 得到，一般只记倾向和倾角，可表示为S110 E, 30 。,方位角表示法,产状记录方法,象限角表示法,以南北方向作为标准，记为0 ,正东、西方向为90 。一般按走向、倾向、倾角顺序记录。如前例可表示为S20 W,SE, 30 。, 3.3.2 褶皱构造,岩层在构造应力作用下发生一系列波状弯曲而未丧失其连续性、完整性的构造，称为褶皱构造，简称褶皱。 褶皱构造中的一个弯曲，称为褶曲，褶曲是褶皱构造的一个基本组成单位。,1. 褶曲要素,图3-7 褶曲要素,核部：褶曲的中心部分，有时也称轴部。,翼部：核部两侧的岩层，核部以外向两侧倾斜伸展的部分。,轴面：从褶曲构造顶部平分褶曲两翼的假想面。,轴：轴面与水平面的交线。,枢纽：轴面与同一褶曲岩层层面的交线。,2 褶曲的基本形态,岩层表现,两翼岩层倾向,中心核部岩层,两侧依次出现岩层,风化剥蚀面露头规律,向上凸起,相反,较老,较新,从中心至两翼由老至新，呈对称重复出现。,向下弯曲,相向,较新,较老,从中心至两翼由新至老，呈对称重复出现。,背斜,向斜,褶曲形态,图3-8 褶曲基本形态 a) 剥蚀前 b) 剥蚀后,3 褶曲的形态分类,通常可根据褶曲的轴面和枢纽产状的变化进行分类。,直立褶曲,倾斜褶曲,倒转褶曲,平卧褶曲,(1) 按轴面产状分,轴面直立，两翼岩层倾向相反，倾角大致相等。,轴面倾斜，两翼岩层倾向相反，倾角不等。,轴面倾斜，两翼岩层倾向相同，一翼岩层层序正常，另一翼层序倒转。,轴面近于水平，一翼伏于另一翼上，下翼岩层层序倒转。,图3-9 按褶曲轴面产状划分褶曲类型,(2) 按枢纽产状分类,水平褶曲,倾伏褶曲,枢纽水平，两翼岩层走向平行，呈不闭合直线状态，向深远处延伸。,枢纽倾斜，两翼岩层走向不平行，在倾覆端以闭合曲线交汇。,图3-10 水平褶曲和倾伏褶曲示意图,4. 褶曲构造的野外观察,穿越法：垂直于岩层的走向进行观察。通过观察了解岩层的产状、新老关系和层序，判段是背斜还是向斜，进一步通过分析岩层的产状、褶曲要素之间的关系，判段褶曲的形态。,追索法：沿着岩层的走向进行追踪观察。通过观察了解褶曲的构造变化和延伸方向，在穿越法的基础上进一步确定袖曲的类型。, 3.3.2 断裂构造,在构造应力作用下地壳中的岩体产生变形并达到一定程度，使岩石的连续性和完整性受到破坏，产生不同规模的破裂或沿破裂面发生位移而形成断裂构造。,1. 节理,岩体受力破裂后，破裂面两侧岩体无明显位移的断裂构造。,(1) 节理的类型,1) 根据裂隙成因划分,原生节理,构造节理,非构造节理,指岩石在形成过程中所产生的节理。,岩体在构造应力作用下产生的节理。其分布广泛，具的明显的方向性和规律性，是岩层中主要的破裂结构面。,指岩体受卸荷、风化、地下水等次生作用而产生的裂隙。如沿沟壁岸发育的卸荷裂隙，岩体近地面表层广泛发育的风化裂隙等。,2) 按节理的力学性质划分,岩石受张拉应力作用而形成的裂隙。,岩石所受到的剪应力达到并超过岩石的抗剪强度时，则产生剪性节理。,张性节理,剪性节理,(2) 节理的工程地质评价, 有利于开挖, 破坏岩体完整性，水易沿裂隙渗入，加速岩石的风化，降 低基岩的承载力，增大岩石的渗透性。 造成边坡失稳和人工开挖边坡崩塌和塌方。 使地下工程围岩失稳和隧洞顶坍塌。 影响岩体爆破效果。,利,弊,(3) 节理调查、统计和表示方法,1) 节理的野外调查,首先了解调查区内构造的轮廓和构造应力的作用特征；设置适当的观测点；对每一观测点，应确定其地理位置、构造部位、地层岩性产状、鉴定节理的成因为类型、节理面的性质、节理充填物和含水情况。观测统计节理规模(长度、宽度、深度)、节理产状(走向、倾向、倾角)、充填胶结情况、节理密度、节理条数和相互穿插关系并做好记录。,2) 节理观测资料的室内整理, 节理走向玫瑰图 将测得的节理走向的资料，按每5或10 为一组，统计每一组内的节理数和平均走向。再做任意大小的半圆，画上刻度网，并在圆周标上北、东、西三个方向。自圆心沿半径引射线，射线的方位代表该组内节理的平均走向方位，射线的长度(按比例)代表每组裂隙的条数。最后用把相邻点用直线连接起来，若相邻组内没有线段，则需要连回圆心，就得到节理走向玫瑰图(图3-11a)。, 节理倾向玫瑰图 将测得的节理倾向的数据，按每5或10 为一组，统计每一组内的节理数和平均倾向。用节理走向玫瑰图的制图方法，就得到节理倾向玫瑰图(图3-11b)。,图3-11 节理玫瑰图 a) 节理走向玫瑰图 b) 节理倾向玫瑰图,2. 断层,岩体破裂后，两侧岩块有显著位移的断裂构造。断层的规模从几米到数千千米，相对位移从几厘米至几十千米，深度甚至可切穿地壳至上地幔，影响范围很广，对工程岩体的稳定有显著的影响。,(1) 断层要素,图3-12 断层要素,断层面：两侧岩体发生相对位移的断裂面。,断层线：断层面与地面的交线或是断层面在地表的出露线。,上盘和下盘：被断层分开的两侧岩块为断盘。一般位于断层上方的叫上盘，下方叫下盘。,断距：断层两盘沿断层面相对位移的距离。,(2) 断层的基本类型, 正断层 上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层(图3-13a)。,1) 按断层两盘位移相对划分, 逆断层 上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层(图3-13b)。, 平推断层 断层两盘沿断层面走向产生相对水平位移的断层(图3-13c)。,图3-13 断层的基本类型