工程地质-第2章-构造地质基础.ppt

1,工 程 地 质,2,第2章 构造地质基础,第1节 地壳及其物质组成第2节 地质年代与第四纪地质概述第3节 地质构造,3,第1节 地壳及其物质组成,地球的赤道半径（6378.104km）比两极半径（6356.779km）要大，所以地球不是一个完全的圆球体。地球表面参差起伏，大约有70.8%的面积为海域，有29.2%的面积为陆地。,4,一、地球的层圈构造 地球包括外部层圈（大气圈、水圈及生物圈）和固体地球两部分。固体地球内部也是分层的，由地壳、地幔和地核组成。在地幔顶部区域存在一个软流圈。软流圈以上的物质均为固态，称为岩石圈。岩石圈具有较强的刚性，分裂成许多块体，称为板块。板块驮在软流圈上随之运动，即为板块运动，是构造运动发生的根源。,5,岩石圈,软流圈,液态外核,固态内核,地壳,固体地球的层圈构造,6,二、地质作用 地球在46亿年的历史中逐渐发展和演化成今天的面貌。同时，今天的地球仍以人们不易察觉的速度和方式在继续变化中。目前人们对地壳的发展演化研究得最为详细，将塑造地壳面貌的自然作用称为地质作用。,7,地质作用的动力来源，一是由地球内部放射性元素蜕变产生内热；二是来自太阳辐射热，以及地球旋转力和重力。地质作用实质上是组成地球的物质以及由其传递的能量发生运动的过程。考虑动力来源部位，地质作用常被划分为内力地质作用与外力地质作用两大类。,8,地质作用常常引发灾害，按地质灾害成因的不同，工程地质学把地质作用划分为物理地质作用和工程地质作用两种。物理地质作用（自然地质作用）包括内力与外力地质作用。工程地质作用即人为地质作用。,9,1.物理地质作用 a.内力地质作用：动力来自地球本身，并主要发生在地球内部，按其作用方式可分为4种。,内力地质作用,地壳运动（构造运动）,岩浆作用,变质作用,地 震,10,b.外力地质作用：主要由太阳辐射热引起并主要发生在地壳的表层。,外力地质作用,风化作用,剥蚀作用,搬运作用,沉积作用,固结成岩作用,2.工程地质作用 工程地质作用是指由人类活动引起的地质效应。,11,三、岩石 岩石是地壳的基本组成物质，是内、外动力地质作用的产物，由矿物组成。岩石按其形成方式有火成岩（岩浆岩）、沉积岩和变质岩三大类，它们分别是岩浆作用、外力地质作用和变质作用的产物。通常用结构和构造来描述岩石的形貌特征。,组成岩体基本单元：结构体+结构面。,1.岩石的结构：岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状及彼此间的组合方式。,2.岩石的构造：岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石其他组成部分之间的排列和充填方式。,15,岩石的构造,火成岩：块状构造,沉积岩：层状构造,变质岩：片理构造,16,第2节 地质年代与第四纪地质概述,一、地质年代 地球形成至今已有46亿年。在整个地质历史时期，地质作用贯穿始终。因此时间的概念非常重要。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时间称为绝对年代（同位素年代）。,17,1.相对年代的确定 a.地层层序律 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其下伏的相邻岩层新而比其上覆的相邻层老，即下老上新。岩层因构造运动而发生倾斜但未倒转时，倾斜面以上的岩层新，倾斜面以下的岩层老。,18,岩层层序律,岩层水平,岩层倾斜,1,2,3,1,2,3,19,若构造运动使岩层层序颠倒，这种现象称为地层倒转，则老岩层就会覆盖在新岩层之上。这时要仔细研究沉积岩的原生构造判别岩层的顶、底面。,1,2,3,1,2,3,20,b.生物层序律 沉积岩中保存的地质时期的生物遗体和遗迹称为化石。化石的成分常常已变为矿物质，但原来生物骨骼或介壳等部分的形态和内部构造却在化石里保存下来。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和演化。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。这就是生物层序律。,采集古生物化石标本，尤其是那些对确定地质年代有决定意义的标准化石，就可以依据古生物地层学方法确定岩层的地质年代。,21,c.切割律 不同时代的岩层或岩体常被侵入岩侵入穿插。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。包裹者新，被包裹者老。,22,2.绝对年代的测定 自从20世纪30年代发现了元素的放射性后，同位素地质年代测定方法得到越来越广泛的应用。基本原理是基于放射性元素具有固定的衰变系数（衰变系数表示每年每克母体同位素能产生的子体同位素的克数），而且矿物中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）都可以测得，根据公式,23,就可以计算出该矿物从其形成到现在的实际年龄，即代表岩石的绝对年代。,24,25,26,1.第四纪地质概况 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。地区新构造运动的特征，是评价工程区域稳定性的一个基本要素。,二、第四纪地质概述,27,2.第四纪沉积物 第四纪的历史虽然只有200万年左右，但新构造运动强烈，海平面和气候变化频繁，所以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、软弱的土层覆盖在前第四纪坚硬的岩层之上。,28,第四纪沉积物按成因分类,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,风积物,29,第3节 地质构造,一、岩层产状与地层接触关系,1.构造运动与地质构造 构造运动是一种机械运动，所涉及的范围包括地壳及岩石圈。按运动方向可分为水平运动和垂直运动。,30,水平方向的构造运动使岩块相互分离裂开或是相向聚汇，发生挤压、弯曲或剪切、错开。垂直方向的构造运动则使相邻块体作差异性上升或下降。原始沉积物多是水平或近于水平的层状堆积物，经过固结成岩作用形成坚硬岩层（沉积岩层）。沉积岩层基本上为水平岩层。,31,经过水平方向构造运动作用后，岩层由水平状态变为倾斜状态，成为倾斜岩层。,1,2,3,1,2,3,倾斜岩层,32,构造运动使岩层发生变形和变位，形成的产物称为地质构造。常见的地质构造有褶皱、断层和节理。断层和节理又统称断裂构造。2.岩层的产状 岩层的产状是指岩层的空间位置，它是研究地质构造的基础。产状用走向、倾向和倾角来表示。,33,3.地层接触关系 在地质历史发展演化的各个阶段，构造运动贯穿始终，由于构造运动的性质不同或所形成的地质构造特征不同，往往造成新老地层之间具有不同的接触关系。地层接触关系是构造运动最明显的综合表现。,34,地层的接触关系,整合接触,假整合接触,不整合接触,侵入体的沉积接触,侵入接触,断层接触,35,二、褶皱 岩层受力而发生弯曲变形形成褶皱。1.褶皱的核部是岩层强烈变形的部位，一般在背斜的顶部和向斜的底部发育有张拉裂隙。这些裂隙把岩层切割成块状。在变形强烈时，沿褶皱核部常有断层发生，造成岩石破碎或形成构造角砾岩带。,36,褶皱,37,向斜、背斜核部的裂隙往往是地下水富集和流动的通道。由于岩层构造变形和地下水的影响，公路、隧道工程或桥梁工程在褶皱核部容易遇到工程地质问题。2.褶皱的翼部不同于核部，具有另一类工程地质问题。在褶皱两翼形成的倾斜岩层容易造成顺层滑动。当岩层倾向与临空面坡向一致，特别是岩层中有软弱夹层存在时应慎重对待。,38,三、节理与断层 岩石受力后发生变形，当作用力超过岩石的强度时，岩石的完整性会遭到破坏而发生破裂，形成断裂构造。断裂构造包括节理和断层。岩石破裂后，沿破裂面无明显位移者称为节理；而有明显滑动位移者称断层。,39,40,1.节理是一种发育广泛的裂隙。节理将岩层切割成块体，对岩体强度和稳定性有很大影响。节理间距越小，岩石的破碎程度就越高，岩体的承载能力将明显降低。岩层中发育的节理裂隙是地下水的通道，同时也会加速风化作用。随着岩石风化程度的增强以及水对岩石的浸泡软化，岩块质地变软、强度降低。,41,2.断层是影响岩体稳定性的重要因素，因为断层带岩体破碎，地下水会加速风化作用。断层对工程建设十分不利。特别是道路工程建设中，选择线路、隧道位置时，应尽可能避开断层破碎带。,