工程地质学-1工程地质条件成因演化论-齐剑峰.ppt

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1、1,工程地质学,Engineering Geology,授课：齐剑峰 石家庄经济学院 工程学院,2,一、概述二、工程地质条件形成的控制因素三、中国工程地质条件分区分带四、工程地质条件的组合类型五、工程地质条件成因演化论,3,工程地质条件的成因演化论揭示了工程地质条件的形成与演化规律的本质因素，是工程地质工作者理论研究与工程实践的系统总结。工程地质条件的相互组合有其特定的规律性，如高山峡谷地带、冲积平原地带各有特点。,一、概述,下面我们介绍，工程地质条件形成的控制因素也即是工程地质条件组合规律受什么控制呢？,4,复习地球的基本知识,地球的构造：,地球内圈：,5,地壳(crust)：由固体岩石构成

2、，平均厚度16km,分硅铝层(花岗岩层)和硅镁层(玄武岩层)。地幔(mantle)：厚度约2865公里，主要由致密的造岩物质构成，是地球内部体积最大、质量最大的一层。地幔又可分成上地幔和下地幔两层。上地幔顶部存在一个地震波传播速度减慢的层（莫霍面），岩石圈（岩石圈指地壳和上层地幔顶部）以下称为软流层，上地幔是熔融状态物质,可能是岩浆的发源地；下地幔主要是由铁镁氧化物和硫化物组成。地核(core)：由比重较大的铁镍合金组成，平均密度大于10g/cm3。外核是液态的,内核是固态。地壳运动主要起因于地幔物质的对流。,复习地球的基本知识,6,地球外圈：,7,复习地球的基本知识,大气圈(atmosphe

3、re)：是地球以外的空间,它提供生物需要的CO2和O2,对地貌形态变化起着极大的影响。水圈(hydrosphere)：由大气圈的水蒸气凝结成降雨形成海洋和湖泊沼泽及地下水。水与地表岩石相互作用，作为最活跃的地质营力促进各种地质现象的发育。生物圈(biosphere)：渗透在水圈、大气圈下层和地壳表层的范围之中，对于改变地球的形态起着重要的作用。,8,二、工程地质条件形成的控制因素,内、外动力地质作用,内力地质作用：由地球内部的能（旋转能、重力能、辐射热能）引起。,9,地壳运动：水平和升降运动。,10,岩浆作用：,岩浆形成、运动、演化、冷凝。岩浆在地壳内部活动、演化直至冷凝成岩的过程称为侵入作用

4、，喷出地表后冷凝成岩的过程称为岩浆喷出作用,11,变质作用：,在高温、高压并有化学物质参与下，岩石发生成分、结构构造的变化,沉积岩，方解石与白云石大于50%,12,地震作用,地壳内机械能突然释放，以弹性波的形式传播到地表引起猛烈冲击,各种内力地质作用是相互关连的,构造运动形成断裂，引起地震，并为岩浆活动创造通道。构造运动和岩浆活动引起变质作用。地壳运动在内力地质作用中起主导地位。,13,外力地质作用：由太阳辐射能引起，产生大气环流，形成水的循环，动植物生长，在运动的过程中改造地表.,14,外力地质作用的营力：,河流的侵蚀；,地下水的潜蚀；,风的吹蚀；,冰川的刨蚀；,湖泊海洋的冲蚀等。,15,一

5、般按风化剥蚀搬运沉积硬结成岩的程序进行,风化：在地表环境下，由于大气、水、生物等作用，岩石在原地分解和破坏。剥蚀：各种地质营力，在运动过程中对地表岩石产生破坏，并把破碎分解了的产物剥离原地。,搬运拖曳搬运悬浮搬运溶解搬运,硬结成岩压实胶结重结晶,沉积机械沉积化学沉积生物化学沉积,16,内力和外力地质作用的关系：内力地质作用决定地表的基本形态和内部构造。地表形态的塑造者。外力地质作用破坏和重塑地表形态。地表形态的雕刻者。地壳上升时，遭受剥蚀。地壳下降时，接受沉积。,高山峡谷、山间盆地、冲积平原、河口三角洲、滨海平原等地貌形态，各有其特有的工程地质条件组合。,17,大陆以剥蚀为主，海洋以沉积为主。

6、山区以剥蚀为主，平原以沉积为主。,18,1、大地构造,工程地质条件的形成起到关键作用的是大地构造与自然地理环境,地槽与地台学说地质力学板块构造学说,大地构造,地槽与地台：地球比成足球，活动带和稳定区就是足球的黑、白两色，演释出多少沧海桑田的故事。致命缺陷：地壳运动方向错误（垂直为主），驱动力解释不清，分布解释不清。,19,地质力学是李四光（18891971）创立，是地质学的一门分支学科。1926年和1928年李四光发表的地球表面形象变迁之主因及晚古生代以后海水进退规程等，从理论上探讨自水圈运动到岩石圈变形，自大陆运动到构造形迹等问题，1929年提出构造体系这一重要概念，建立了一系列构造体系类型

7、。李四光把地球自动调节自转速度变化的作用称为“大陆车阀作用”，因而把这一假说称为“大陆车阀假说，但是忽视了一个重要问题，地球引力分布问题。,20,1912年，德国人魏格纳创立大陆漂移假说，限于地球科学当时的水平，大陆漂移思想未被普遍接受。到60年代，地球物理学等学科研究的许多成果，有力支持了这个假说，赫斯等人进一步发展，提出海底扩张说，大陆漂移和海底扩张思想为板块构造说打坚实基础,板块构造学说：A 大陆漂移说的兴衰及主要内容B 海底扩张说的提出C 板块构造学说,21,大陆漂移说的兴衰及主要内容,大陆漂移说的起源,1912年，德国学者魏格纳（A.Wegener）提出了“大陆漂移说”。,18801

8、930,在大约 2.5 亿年前的石炭纪后期，地球上所有的大陆曾经连结在一起，构成一个统一的大陆（称为泛大陆），围绕它的是一片广阔的海洋（称为泛大洋）。此后，泛大陆逐渐破裂分离，由硅铝层组成的、较轻的陆壳在较重的硅镁层洋壳之上漂移，直至形成今天的海陆分布格局,22,古生物,假说的证据：,23,地层与构造连续,假说的证据：,24,25,古地极迁移,假说的证据：,大陆漂移说得不到学术界的承认，主要有两方面原因：一方面是因为海陆固定论的影响由来已久，传统学派的势力盘根错节；另一方面是由假说本身的缺陷或某些细节证据不足造成,26,由于历史条件的限制，魏格纳当时还不可能对大陆漂移的机制作出准确判断。在魏格

9、纳时代，人类对地球的了解还只限于大陆的浅层，对其深部（包括深海底）基本是一无所知的。魏格纳逝世后，漂移说也随之衰落了。从此沉冤三十余载无人问津。固定论作为真理被长期坚持，漂移说却当成谬误被抛弃了。到了60年代，随着海底扩张说的出现，又为大陆漂移的机制，找出了进一步的合乎逻辑的答案。大陆活动论开始取代固定论。魏格纳也被誉为“地学的哥白尼”而名垂千古。真正的知识不是出于他人的权威，更不是来源于对老朽教条的盲目崇拜,27,海底扩张学说,第二次世界大战结束海洋探测技术增进 在大西洋海底发现一条南北向的大山脉 在太平洋及印度洋的海底也有发现,28,大西洋中脊剖面图,洋脊的特点：,两侧对称,29,1962

10、.赫斯提出，新的地壳从海底中央的大山脉(中洋脊)生成向两侧扩张到达陆地边缘沉入地幔.这解释了为什么大陆会移动?,海底扩张过程,30,板块构造学说,基本思想地球表面有许多大小不同的块状地壳称为板块，板块拼凑在一起，形成整个岩石圈，岩石圈下面有软流圈，板块在软流圈上缓慢飘移，碰到其它板块时就互相挤压，有的板块沉入软流圈进入地幔,板块的边界类型张裂型边界：板块相背移动、逐渐分离的运动方式，又称为分离型或增生型边界。张裂板块边界会涌出大量岩浆，冷却后形成新的板块物质，张裂处两侧的板块相背向外推移分离,31,板块的边界类型挤压型边界：板块相向移动、逐渐聚合的运动方式,32,板块的边界类型剪切型边界：两板

11、块大致在水平面上错动，不发生张裂或聚合，因此并无板块的新生或消毁,33,由板块构造理论可以得出：在板块交界处，内动力地质作用强烈，板块内部相对稳定。因此构造运动使大陆地壳在地表分布格局上发生重要的变化。如褶皱山系、海盆岛弧、海沟裂谷、深海软泥沉积等一系列的变化与有规律的分布大地构造环境控制构造应力场的分布控制外动力地质作用的性质和强度,34,大裂谷2,大裂谷的角马群,35,大裂谷4,大裂谷的斑马群,36,2、自然地理环境,一系列的外动力地质作用既形成于特定的地理环境中，因而外动力地质作用的强度与性质受自然地理环境的制约自然地理环境表现出地带分异性或区域分异性。a)气候纬度地带分异性；b)海陆干

12、湿分布地带分异性；c)地形、地貌区域分异性。,道库恰耶夫是地带学说的创立者，自然地带学说是地理学的经典理论之一，是用来表征空间地域分异规律的重要学说，其要点：太阳辐射能是自然带和自然地带形成的能量基础。由宇宙行星因素引起的太阳辐射能在地表不同纬度区域的不均匀分布是形成自然带和地带的动力学原因。带和地带只在理想状态下呈东西方向延伸，并具有环球分布特点，同时沿南北方向发生更替。地带性规律并非唯一的空间地理规律，应存在另一种规律,37,非地带性规律 地球的内能是非地带性地域分异的能量基础。非地带性分异主要包括：a)海陆分异：海陆分异是地球表面最大尺度的非地带性，地域分异海陆分异的外在表现形式b)地形

13、、地貌成因的区域性分异：一个大地构造单位首先形成一个地貌区，在这个地貌区内还可发生次级分异并形成，次级自然区。,38,三、中国工程地质条件分区分带的规律性,1、中国大地构造环境,地壳厚度：a)地壳最厚、中等、最薄与地形最高、中等、最低相对应；b)最厚6070km，中等是4050km，最薄是3035km；c)青藏高原海拉尔盆地、内蒙古中部、四川盆地、云贵高原东部沿海平原。稳定地台与褶皱造山带的基本轮廓：中国自北向南有4个陆间褶皱带：a)准葛尔-兴安褶皱区；b)秦岭祁连山-昆仑山褶皱区；c)青藏-滇西褶皱区；d)喜马拉雅褶皱系。,39,40,三、中国工程地质条件分区分带的规律性,1、中国大地构造环

14、境,3)新构造活动带：近期的褶皱山区和新生代以来的裂陷盆地。a)喜马拉雅山与台湾地区中央山系是新生代形成的褶皱山系；b)强构造活动主要分布在中国的西部，由于受印度板块的挤压；c)东部处于拉张的地球动力环境，多地堑。其中华北地区是新构造活动最为强烈地区，强烈的地震分布在郯庐断裂带、鄂尔多斯周边裂陷地堑及华北平原局部裂陷内。东北地区、华南地区大新构造运动相对较弱,郯庐断裂带是在我国境内延伸2400多公里，切穿中国东部不同大地构造单元，规模宏伟，结构复杂。自公元1400年以来，以郯庐断裂为中心200公里范围内共主要地震有：1668年7月25日8.5级徼莒县郯城地震，18 88年6月13日日渤海湾7.

15、5级地震，1975年2月4日海城7.3级地震，1969年7月18日渤海7.4级地震,41,中国构造单元格局(中国科学)以原来中国大陆的岩石圈岩石学结构模型和根据岩石圈动力学性质划分的克拉通型、造山带型、裂谷型、边缘海洋壳型和岛弧型大岩石圈类型为基础，结合现今中国大陆西部挤压、东部拉张伸展的特点，提出以四川盆地、鄂尔多斯盆地和银川盆地西边界的岩石圈不连续为界，把中国大陆分为东部和西部2个一级构造单元，不同类型岩石圈为其二级构造单元，一些造山带型岩石圈的亚类为三级构造单元。各个不同构造单元的构造应力场是不同的。,42,三、中国工程地质条件分区分带的规律性,2、中国自然地理环境,地貌轮廓的基本特征中

16、国地貌的总体轮廓是西高东低，可分为明显的三个阶梯：青藏高原(4500m)大兴安岭、太行山、巫山、雪峰山(10002000m)以东的宽广平原和丘陵(500m以下)。格局是由燕山运动太平洋板块挤压造成的，地势的差异是喜马拉雅运动印支板块俯冲的结果。气候分区特征根据热量分为赤道带、热带、亚热带、暖温带、温带和寒带。根据水分条件分为湿润、半湿润、半干旱和干旱,43,三、中国工程地质条件分区分带的规律性,2、中国自然地理环境,地壳表层沉积物第四纪沉积物自北向南沙漠(连同戈壁总面积为128104km2，厚度达200400m)、黄土(面积为30104km2，厚度达100200m)、膨胀土(主要由基性火成岩、

17、泥岩、粘土岩或页岩组成，多为残积、坡积成因，分布在中南各省)、红土(分布在西南各省，残积、坡积成因，厚度10m左右)、淤泥质软土(分布在东南沿海，经生物化学作用形成的，厚度往往很大)、。区域水文地质特征孔隙含水层主要分布在中国东部平原，裂隙含水层主要分布在西部山区，岩溶含水层广泛分布于西南各省，青藏高原的冻结水文地质条件。,44,三、中国工程地质条件分区分带的规律性,2、中国自然地理环境,物理地质现象的区域分布规律西北地区物理地质现象为流动沙丘，随风移动；黄土高原地带由于冲沟下切数十米，且由垂直节理发育，多发生滑坡；中西部山区物理地质现象多为大型基岩崩落及滑坡，在大型断裂带两侧更为密集；东北高

18、纬度地区与青藏高原物理地质现象有热融滑塌，热融沉陷等；以秦岭为界限划分的南方与北方，岩溶各有特点，北方地下岩溶为网状裂隙体系为主，南方地下有发育的管道。,45,四、中国工程地质条件的组合类型,工程地质条件的组合类型决定于大地构造环境和自然地理环境，主要包括以下几个组合类型：第一阶梯：最西部青藏高原为新生代大陆碰撞带，海拔高，地表100多米为冻土层，工程地质组条件组合为高原冻土型。青藏高原周边是一圈规模宏大的地壳厚度陡变带，地表形貌为高山带，大型山崩、滑坡相当发育，此处可概括为高山峡谷型。第二阶梯：可分为大型盆地和高原，最北、最西为干旱内陆盆地型，依次向南为黄土高原型、红色盆地型和岩溶高原型。第

19、三阶梯：自西向东由大陆向沿海地表覆盖层厚度增大，水文地质条件和地表土层性质也都有所变化，因而可以划分出冲积平原、滨海平原、河口三角洲等几个不同的组合类型。,46,五、工程地质条件的成因演化论,工程地质条件成因演化论可以概括为：工程地质条件是在长期的自然地质历史发展演化过程中形成，受内外动力地质作用控制。大地构造环境控制着内动力的作用性质和强度，如果掌握大地构造环境，就能从宏观上把握一个地区的地质特性外动力地质作用受自然地理环境的制约。如果知道自然地理环境，也可以从宏观上把握岩土体的工程特性。,47,主要内容,一、概念：工程地质学条件成因演化论二、简答工程地质条件形成的控制因素是什么？简述中国大地构造环境？简述中国地貌轮廓的基本特征？中国工程地质条件的组合类型有那几类？三、了解中国地壳表层沉积物的分布区域？,