第4章地質年代與地質構造(簡要介紹)

1、 4.1 地質年代地質年代 4.2地質構造地質構造 4.3 地質構造對建設工程穩(wěn)定性的影響及設防原地質構造對建設工程穩(wěn)定性的影響及設防原則則 4.4 地質圖及其閱讀地質圖及其閱讀第4章 地質年代與地質構造4.1.1 地質年代及確定方法地質年代及確定方法1、地質年代、地質年代 絕對地質年代：絕對地質年代是指組成底殼的巖層從絕對地質年代：絕對地質年代是指組成底殼的巖層從形成到現(xiàn)在有多少形成到現(xiàn)在有多少“年年”。它能說明巖層形成的確切時間，。它能說明巖層形成的確切時間，但不能反映巖層形成的地質過程。但不能反映巖層形成的地質過程。 相對地質年代：指根據(jù)巖石的相對新老關系（形成相對地質年代：指根據(jù)巖石的

2、相對新老關系（形成的先后順序）建立起來的時代順序，只代表時代的相對新的先后順序）建立起來的時代順序，只代表時代的相對新老關系，只能表示先后順序，不包括各個時代延續(xù)的長短。老關系，只能表示先后順序，不包括各個時代延續(xù)的長短。 2、地質年代確定方法、地質年代確定方法 1）絕對年齡的確定方法）絕對年齡的確定方法 人們很早就一直在探索測定年齡（絕對年代）的方人們很早就一直在探索測定年齡（絕對年代）的方法，直到放射性元素發(fā)現(xiàn)之后，才能找到了令人信服的有法，直到放射性元素發(fā)現(xiàn)之后，才能找到了令人信服的有科學依據(jù)的測年方法，這就是同位素測年。科學依據(jù)的測年方法，這就是同位素測年。放射性同位素（碳元素）衰變規(guī)

3、律計算實際形成年代（距今放射性同位素（碳元素）衰變規(guī)律計算實際形成年代（距今多少年）；多少年）； 2）相對年代的確定方法）相對年代的確定方法 相對年代的確定就是要判斷一些地質事件發(fā)生的先相對年代的確定就是要判斷一些地質事件發(fā)生的先后關系?？筛鶕?jù)幾個基本原則來判斷，地層層序律、生物后關系。可根據(jù)幾個基本原則來判斷，地層層序律、生物層序律及切割穿插定律。層序律及切割穿插定律。 （1）地層層序律 地層是在一定地質時期內(nèi)所形成的層狀巖石。在巖層未發(fā)生逆掩斷層和倒轉的情況下，地層剖面中巖層保持著正常的順序，先形成的巖層在下，后形成的巖層在上，上覆巖層比下伏巖層為新。這個原理稱為“地層層序律” 。 （2）

4、切割定律或穿插關系 對于侵入體之間或侵入體與圍巖之間的相對年代（順序）應使用切割定律或穿插關系。侵入者年代新，被侵入者年代老，切割者年代新，被切割者年代老。 （3）生物層序演化律（生物演化律、古生物比較法） ：生物由低級到高級、簡單到復雜繁殖、演化。每個地質年代有相應的生物特點，根據(jù)地層中古生物化石結構等特點判斷地質年代。如恐龍是古生代侏羅紀時期的生物。地質學的重要發(fā)展方向，與考古學相聯(lián)系；時代越老，所具有的生物類別越少，生物越低級，構造越簡單；時代越新，所具有的生物類別越多，生物越高級，構造越復雜。因此，在時代較老的巖石中保存的生物化石相對較低級，構造較簡單；而在時代較新的巖石中保存的生物化

5、石相對較高級，構造較復雜。植物化石菊石類化石生物圈演變生物圈演變（1 1）前寒武紀（）前寒武紀（42426 6億年前）億年前）38億年前，海洋中開始有了生命的活動。從出現(xiàn)最原始的原核細胞生物-藍綠藻。 大約到27億年前，游離氧在海洋中出現(xiàn)。綠色植物的大量繁殖，更加快了大氣和海洋環(huán)境的變化，使其有利于高等喜氧生物的發(fā)展。海洋里的生物最多的是菌藻植物。前寒武紀晚期生物有了突飛猛進的發(fā)展。大陸地殼不斷增大。（2）古生代（古生代（ 6 62.52.5億年前）億年前）古生代可以再進一步劃分為寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀及二疊紀。成經(jīng)歷了約3億多年時間。這是地球上生物大規(guī)模發(fā)育的時期，又是生物種

6、屬發(fā)生的最古老最原始的時期，也是地球歷史上生物大量出現(xiàn)的時期，所以用“古生代”一詞來概括其時代名稱。大陸地殼大幅度增加。古生代早期的生物面貌無脊椎動物古生代中期的生物面貌脊椎動物魚類古生代晚期的生物面貌（3 3）中生代（）中生代（ 2.52.50.70.7億年前）億年前）中生代包括三疊紀、侏羅紀和白堊紀三個時期，三葉蟲、腕足、筆石、四射珊瑚等大量無脊椎動物都滅絕，產(chǎn)生了以恐龍為代表的爬行類動物，并繁盛直到衰亡。陸生植物蘇鐵、銀杏、松柏等棵子植物占了統(tǒng)治地位。大陸面積進一步增大，各大陸的雛形已形成。 中生代早期的生物面貌中生代中期的生物面貌（4 4）新生代（）新生代（ 0.7 0.7 0 0億年

7、前）億年前）新生代包括第三紀和第四紀，是最新的地質時期。生物發(fā)展逐漸接近現(xiàn)代生物特征，所以取名新生代。陸生動物以大量出現(xiàn)哺乳類為特征。植物以被子植物占絕對優(yōu)勢。第三紀之后發(fā)生了喜馬拉雅造山運動造就了世界上最年輕最雄偉的喜馬拉雅山系和美州西海岸的海岸山脈及安底斯山脈等年輕而高大的山脈，形成了現(xiàn)今的海洋和大陸分布格局。 4.2.2 地質年代表地質年代表 有了劃分相對年代，絕對年齡的原則，就可以按年有了劃分相對年代，絕對年齡的原則，就可以按年代的順序把地質歷史進行系統(tǒng)性編年。按照年代順序排列，代的順序把地質歷史進行系統(tǒng)性編年。按照年代順序排列，用來表示地史時期的相對年代和同位素年齡值的表格，稱用來表

8、示地史時期的相對年代和同位素年齡值的表格，稱為地質年代表。其內(nèi)容主要包括各個地質年代單位及其開為地質年代表。其內(nèi)容主要包括各個地質年代單位及其開始和延續(xù)的年齡。始和延續(xù)的年齡。 （1）地質年代的劃分）地質年代的劃分 地質學家根據(jù)地殼的幾次大的構造變動和生物演變地質學家根據(jù)地殼的幾次大的構造變動和生物演變的階段性，把地質歷史分為宙、代、紀、世稱為地質年代的階段性，把地質歷史分為宙、代、紀、世稱為地質年代單位。對于特定地質年代內(nèi)所形成的巖石體，稱為時間地單位。對于特定地質年代內(nèi)所形成的巖石體，稱為時間地層單位。時間地層單位包括：宇、界、系、統(tǒng)。層單位。時間地層單位包括：宇、界、系、統(tǒng)。 （2）地質

9、年代表）地質年代表 地質年代表在地質年代表在1756年提出，現(xiàn)代地質年代表在年提出，現(xiàn)代地質年代表在19世世紀發(fā)展起來并不斷完善和充實。紀發(fā)展起來并不斷完善和充實。2、地質年代及地層劃分： 4.2地質構造 地質構造是指緩慢而長期的地殼運動和發(fā)展歷史過程中遭受構造運動作用后，使巖石發(fā)生變形，產(chǎn)生相對位移后所表現(xiàn)出來的地層形態(tài)（巖層或巖體的位置，產(chǎn)狀及相互關系），是構造運動在巖石圈中留下的形跡。地質構造的類型有：傾斜構造、褶皺構造、斷裂構造、斷層構造等。 4.2.1傾斜構造 1、巖層傾斜構造分類 巖層是指由同一巖性組成的，有兩個平行或近于平行的界面所限制的層狀巖石。 巖層按其產(chǎn)狀可分為：水平巖層、

10、傾斜巖層和直立巖層。 1）水平巖層： 2）傾斜巖層 傾斜巖層按傾角的大小又可分為： （1）緩傾巖層，30； （2）陡傾巖層，30 60； （3）陡立巖層，60。 傾斜巖層 3）直立巖層：指巖層傾角85的巖層。直立巖層一般出現(xiàn)在構造強烈的地區(qū)。 2、巖層的產(chǎn)狀及其測定1）產(chǎn)狀要素 巖層的產(chǎn)狀是指巖層在地殼中的產(chǎn)出狀態(tài)，以巖層面的空間方位及其與水平面的關系確定。巖層的走向、傾向、傾角稱為巖層產(chǎn)狀的三要素。2）產(chǎn)狀要素的測量和表示方法 一般在野外用羅盤儀（袖珍經(jīng)緯儀）來測定巖層產(chǎn)狀要素，表示方法有文字和符號兩種方法。目前通用的文字表示法有方位角表示、象限角表示法。 4.2.2 褶皺構造 1、褶皺構造

11、 構造運動作用下，巖層受到構造運動作用后，在未喪失連續(xù)性的情況下產(chǎn)生的彎曲變形，稱為褶皺構造。 褶皺構造及形成 各種褶皺構造 2、褶曲 1）褶曲的基本形式 背斜巖層向上彎曲，核心部位的巖層較老，而外側巖層較新，稱為背斜。其在地面的出露特征是從中心到兩側巖層從老到新對稱重復出現(xiàn)。褶皺褶皺“一詞表明了原來平坦的巖層，受構造運動力的作用形成褶曲。巖層褶皺后原有的空間位置和形態(tài)都已發(fā)生改變，但其連續(xù)性未受到破壞。構造運動是導致褶皺存在的直接原因。褶皺是巖層因在構造運動的作用下而變形，形成的一系列連續(xù)彎曲。巖層的連續(xù)完整性末遭到破壞，是巖石塑性變形的表現(xiàn)。倒轉倒轉背斜背斜平臥平臥褶褶皺皺 向斜巖層向下彎

12、曲，核心部位的巖層較新，而外側巖層較老，稱為向斜。其在地面的出露特征是從中心到兩側巖層從新到老對稱重復出現(xiàn)。 背斜和向斜2）褶曲要素 核部泛指褶皺彎曲的核心部位。翼部泛指褶皺核部兩側的巖層。軸面通過褶皺核部，平分褶皺的一個假想面。軸線軸面和包括地面在內(nèi)的任何平面的交線。樞紐褶皺中同一層面上最大彎曲點的連線。脊線背斜彎曲最低點的連線叫脊線。 槽線向斜彎曲最低點的連線叫槽線。 褶曲要素3）褶曲分類 （1）根據(jù)褶曲軸面產(chǎn)狀，結合兩翼產(chǎn)狀特點，可將褶曲分為： 直立對稱褶曲：軸面近于直立，兩翼傾向相反，傾角近于相等； 傾斜褶曲：軸面傾斜，兩翼傾向相反，傾角不等； 倒轉褶曲：軸面傾斜，兩翼向同一方向傾斜，

13、一翼正常，有一翼地層層序倒轉。 平臥褶曲：軸面近于水平，一翼地層正常，兩翼巖層產(chǎn)狀平緩。 3、褶皺構造對工程建設的影響 褶皺構造對找礦、工程及水利建設有著相當重要的意義。根據(jù)褶皺兩翼對稱重復的規(guī)律，在褶皺的一側發(fā)現(xiàn)沉積型礦層時，可預測在另一側也可能有相應的礦層存在；石油常儲存在背斜的核部。除此以外，背斜核部的巖層常常較為破碎，如果水庫位于此就易于漏水，工程建設須避開這種構造部位。地下洞室適修筑在背斜核部，不適在向斜核部。4.2.3 斷裂構造 1、斷裂構造種類 巖體或巖層受力后發(fā)受變形，當所受之力超過巖石的強度極限時，巖石連續(xù)完整性將遭到破壞，于是形成斷裂構造。斷裂構造包括節(jié)理、劈理和裂隙。 2

14、、節(jié)理 指巖層或巖體破裂后形成的一種裂縫。其兩側的巖塊沿破裂面無明顯位移 。1）按力學性質分類：剪節(jié)理、張節(jié)理和壓性節(jié)理。 剪節(jié)理 張節(jié)理 2）節(jié)理對工程建設的影響 觀測研究節(jié)理時，首先應注意節(jié)理的性質、礦化現(xiàn)象、先后次序、空間的相互關系和形成的時代，其次是原地巖石性質，產(chǎn)狀和所處的構造部位。對節(jié)理調(diào)查內(nèi)容主要集中在： （1）節(jié)理成因類型和力學性質。 （2）節(jié)理組數(shù)、密度、產(chǎn)狀。密度一般用條米表示。 （3）節(jié)理張開度、長度、節(jié)理面壁粗糙度。 （4）節(jié)理充填物、充填厚度、含水情況。 （5）節(jié)理發(fā)育程度分級等。3、劈理 構造應力作用下形成的沿一定方向大致相平行的密集型細微裂面稱為劈理。一般發(fā)生在變

15、質巖中，并不破壞巖體的完整性?？煞譃樗念悾?（1）破劈理：巖石中密集的平行排列的破裂面。裂面平直、光滑、機理近于剪節(jié)理。 （2）流劈理：由巖石中礦物的定向排列而顯現(xiàn)的易于劈開的軟弱面，劈理面較光滑。 （3）滑劈理：指有一些微小位移的劈理。 （4）片 理：強烈的變質作用使礦物壓扁、拉長并定向排列，重新結晶，由此形成的相互平行、密集排列的薄片狀構造形跡稱為片理。 4.2.4 斷層及活斷層 1、斷層及幾何要素 1）斷層 斷層是指巖石在構造應力作用下發(fā)生斷裂，沿斷裂面兩側的巖塊發(fā)生明顯的相對位移的構造現(xiàn)象，是節(jié)理的進一步發(fā)展和擴大。 2）斷層的幾何要素 （1）斷層面：指斷層中兩側巖層沿其運動的破裂面。

16、它可以是平面，但往往是曲面，還可以是有一定寬度的斷層破碎帶。 （2）斷層線：斷層面與地平面或垂直面的交線，也就是相應的露頭線，其分布規(guī)律與巖層露頭線相同。 （3）斷盤：斷層兩側相對移動的巖層叫做斷盤。當斷層面傾斜時，位于斷層面上方的叫上盤，位于下方的叫下盤。 （4）斷距：指巖層中同一點被斷層斷開后的位移量，也叫總斷距或真斷距?？倲嗑嗟乃椒至拷兴綌嗑?，垂直分時叫垂直斷距。斷層：斷層：巖層或巖體受力破裂后，兩側巖塊沿破裂面發(fā)生了明顯的位移。斷裂構造形成的地貌 斷層谷斷層谷2、斷層的分類 1）根據(jù)斷層兩盤巖塊相對移動的性質，可分為： 正斷層：上盤相對下降或下盤相對上升的斷層。 逆斷層：上盤相對上

17、升或下盤相對下降的斷層。 平移斷層：又稱平推、平錯，兩盤沿斷層走向相對移動或水平錯動的斷層。 3、斷層的工程地質勘察 斷層可以用各種方法勘察和識別，如果斷層出露在懸崖、路塹等露頭良好的地方可以直接觀測到，若在覆蓋地區(qū)需運用斷層的間接標志來確定，因斷層能在構造、地層、地貌地形、水文地質及其它地質現(xiàn)象等方面造成一系列的標志。 1）構造線的不連續(xù)構造上的標志 （1）斷層常將巖層、巖墻或巖脈錯開。巖層露頭突然中斷或者不同巖性的巖層突然接觸； （2）斷層附近的巖層常發(fā)生強烈的節(jié)理化或巖層產(chǎn)狀突然改變等等； （3）在斷層延伸地帶，因發(fā)生強烈擠壓而使巖石破碎甚至磨成粉末。破碎的角礫再經(jīng)膠結而形成構造巖，是識

18、別斷層存在的重要標志之一。 2）地層上的標志 地層的重復或缺失。 3）斷層面上及其兩側巖層的標志 由于斷層面兩側巖塊的相對運動，往往造成巖層的牽引彎曲，有時斷層面上的擦痕、摩擦鏡面、滑動槽子等也是幫助判斷斷層存在的標志。 4）地形地貌、水文地質及植被上的標志 （1）一個又陡又直的懸崖，可能是斷層存在的標志。 （2）串珠狀的湖泊或洼地，常表明有大斷帶存在。 （3）泉水的帶狀分布，尤其是溫泉的成排出現(xiàn)，可能有斷層存在。 （4）正常延伸的山脊突然錯斷，正常流徑的河流突然產(chǎn)生急轉彎。斷層兩盤相對平移 （5）植物也可作為參考，有時沿斷層兩側因巖性不同，而生長截然不同的植物群落，有時則在斷層帶上生長著特殊

19、的植物。 4、活斷層1）活斷層及活動方式 活斷層是指目前正在活動著的斷層，或是近期曾有過活動而不久的將來可能會重新活動的斷層。后一種情況也可稱為潛在活斷層。 2）活斷層的特征參數(shù)與鑒別標志 活斷層的特征參數(shù)主要是活斷層的長度與斷距，它們是在活斷層區(qū)修建建筑物時地震預報和設防的重要資料。它是根據(jù)地震時地表錯斷的情況來確定的，習慣上以地表斷裂帶長度和斷層最大位移值這兩個參數(shù)來表征。 活斷層是活動在最新地質時期內(nèi)的斷層，因而較之老斷層來說，在地質、地貌和水文地質方面的特征更為清楚。人們根據(jù)這些特征就可以鑒別它。 （1）地質鑒別標志 地質方面，保留在最新沉積物中的地層錯開，是鑒別活斷層的最可靠依據(jù)。

20、（2）地貌方面鑒別標志 一般地說，活斷層的構造地貌格局清晰，其許多方面的標志可作為鑒別依據(jù)。 活斷層分布地段往往是兩種截然不同的地貌單元直線相接的部位，其一側為斷陷區(qū)。而另一側為隆起區(qū)。地貌上的突然變化及沉積物厚度的顯著差別是活動性斷裂存在的重要標志。山脊、山谷、階地和洪積扇等的錯開，也是鑒別走滑型活斷層的標志。 （3）水文地質方面 活動斷裂帶的土石裂隙和孔隙發(fā)育，使得巖性透水性和導水性強，常形成脈狀含水層，因而當?shù)匦蔚孛矖l件合適時，沿斷裂帶泉水成線狀分布，植被發(fā)育。由于有些老斷層的破碎帶導水性也較強，泉水也有線狀分布的特征，故以此鑒別活斷層時需慎重。 3）活斷層的研究方法 在有活斷層分布的地

21、區(qū)建設城市和興建重要建筑物時，為設防的需要，就要專門對活斷層進行工程地質研究。其內(nèi)容包括:活層斷的展布、活動特點和監(jiān)測、斷層破碎帶、斷層的活動性、斷層與地下水、斷層與地震、斷層與礦產(chǎn)等。如伴有地震活動，則應進行地震危險性研究。 4）活斷層對工程建筑物的影響 活斷層對工程建筑物的影響表現(xiàn)為兩個方面。一方面是由于活斷層的地面錯動直接損害跨越該斷層修建的建筑物；有些活斷層錯動時附近有伴生的地面變形，則也會影響到鄰近的建筑物。另一方面是伴有地震發(fā)生的活斷層，強烈的地震對較大范圍內(nèi)建筑物的損害。4.3 地質構造對建設工程穩(wěn)定性的影響及設防原則 地質構造對工程建筑物的穩(wěn)定有很大影響。由于工程位置選擇不當，

22、將工程建筑物設在地質構造不利的部位，就可能引起建筑物的失穩(wěn)破壞。 4.3.1活斷層區(qū)土木工程建設的設防原則 1、建筑物場址的選擇 建筑物場址的選擇一般應避開活動斷裂帶，尤其是大壩和核電站這類重要的永久性建筑物，失事后果極為嚴重，更不能在活斷層附近選擇場地。 2、建筑型式和結構措施 在活斷層區(qū)的建筑物應采取與之相適宜的建筑型式和結構措施。4.4.2 邊坡與地質構造的關系 巖層的產(chǎn)狀與巖石路塹邊坡坡向間的關系控制著邊坡的穩(wěn)定性。 1）當巖層傾向與邊坡坡向一致，而傾角大于或等于邊坡坡角時，邊坡一般較穩(wěn)定； 2）當坡角大于巖層傾角時，則巖層因失去支撐而有滑動的趨勢； 3）當巖層傾向與坡向相反時，若巖層

23、完整、層間結合好，邊坡是穩(wěn)定的；若巖層內(nèi)有傾向坡外的節(jié)理，層間結合差，巖層傾角又很陡，容易發(fā)生傾倒破壞。4.3.3隧道與地質構造的關系 1）穿越水平巖層的隧道，應盡量選擇在巖性堅硬、完整的巖層中，如石灰?guī)r、砂巖。在軟硬相間的情況下，隧道拱部應盡量設置在硬巖中，設置軟巖中有可能發(fā)生坍塌； 2）當垂直穿越巖層時，若巖層軟硬相間，則由于軟巖層間結合差，在軟巖部位，隧道拱頂常發(fā)生順層坍方； 3）當隧道軸線順巖層走向通過時，傾向洞內(nèi)的一側巖層易發(fā)生順層坍滑，邊墻受偏壓。 一般情況下，由于褶曲的軸部巖層彎曲、節(jié)理發(fā)育、地下水?？蓾B入，易誘發(fā)坍方，因此隧道位置應選在褶曲翼部或橫穿褶曲軸。垂直穿越背斜的隧道，

24、其兩端的拱頂壓力大，中部巖層壓力?。凰淼罊M穿向斜時，情況相反。 4.3.4 橋基與地質構造的關系 斷層帶巖層破碎，常夾有許多斷層泥，應盡量避免將工程建筑物直接放在斷層上或斷層破碎帶附近。 對于不活動的斷層，墩臺必須設在斷層上時，應根據(jù)具體情況采用相應的處理措施。 鐵路選線時,應盡量避開大斷裂帶，線路不應沿斷裂帶走向延伸，在條件不允許，而又必須穿過斷裂帶時，應盡量以大角度或垂直穿過斷裂帶。4.4 地質圖及其閱讀 地質圖是綜合各項地質勘察的成果，將地層、地貌、地質構造用專門的符氣等按一定的比例、顏色、線條表示在地形圖上的圖件。地質圖是反應一個地區(qū)各種地質條件的圖件。 一份完整的地質圖應包天地質平面

25、圖、地質剖面圖和綜合柱狀圖。 4.4.1地質圖的種類 地質圖的種類繁多，但用于不同的工作目的，繪制和采用的地質圖也不同，工程中常用的有以下幾種地質圖。 （1）普通地質圖：普通地質圖是表示某地區(qū)的地形、地層巖性和地質構造條件的基本圖件。 （2）工程地質圖：根據(jù)不同的工程地質條件、為各種工程專門編制的地質圖，它是在相應比例尺的地形圖上表示各種工程地質勘察成果的綜合圖件。 （3）水文地質圖：表示一個地區(qū)水文地質條件和地下水形成、分布規(guī)律的地質圖件。 （4）第四紀地質圖：根據(jù)一個地區(qū)的第四系松散沉積物成因、形成的年代、成分、地貌的類型、巖性及分布情況而編制的綜合圖件。 各類地質圖都應包括：圖名、圖例、比例尺、方向和責任表等。 4.4.2不同