第5讲第四章地质构造节理.ppt
4、3节理,岩石受力后发生形变，当作用力超过岩石的强度时，岩石的连续完整性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；而有明显位移滑动者称断层。,4.3.1 节理的类型,按节理的成因，分原生节理和次生节理两大类。原生节理是指在成岩过程中形成的节理。例如沉积岩中的泥裂，火山熔岩冷凝收缩形成的柱状节理，岩浆侵入过程中由于流动作用及冷凝收缩产生的各种原生节理等。,次生节理是指岩石成岩后形成的节理，包括非构造节理和构造节理。非构造节理是指岩石由风化作用、崩塌、滑坡、冰川及人工爆破等外动力地质作用下所产生的裂隙。非构造节理常分布在地表浅部的岩土层中，延伸不长，形态不规则，多为张开的张节理。构造节理是地壳构造运动的产物，常与褶皱、断层相伴出现并在成因和产状上有一定的联系，是广泛存在的一种节理。,构造节理，按其形成的力学性质，分成张节理和剪节理两类：张节理 由张应力作用下形成的。其方向垂直于主张应力，而平行于主压应力。张节理多数是张开的，节理面粗糙不平，面上不具擦痕。发育在碎屑岩中的张节理往往绕砾石和粗砂粒而过，并不切穿颗粒。剪节理 是由剪应力作用而形成的，剪节理常成对出现，称为其轭剪节理。两共轭剪节理面的交线与中间主应力平行一致，两面锐交角等分线常为最大主应力作用方向。节理面两侧岩块有微小位移，节理面上常可见擦痕。节理面平直光滑，并常紧闭。砾岩和砂岩中的剪节理往往平整地切割砾石和粗砂粒。,按节理与所在岩层产状要素的关系分为：走向节理 节理走向与所在岩层走向大致平行；倾向节理 节理走向与所在岩层走向大致垂直；斜向节理 节理走向与所在岩层走向斜交；顺层节理 节理面大致平行于岩层面。,按节理与褶皱枢纽方向的关系分为：纵节理 二者大致平行；横节理 二者大致垂直；斜节理 二者斜交。,4.3.2 节理对工程的影响,节理将岩层切割成块体，这对岩体强度和稳定性有很大影响。节理间距越小，岩石破碎程度越高，岩体承载力将明显降低。岩层中发育的节理裂隙是地下水的通道，同时也会对风化作用起着加速进行的效应。随着岩石风化程度增强和水对岩石的浸泡软化，岩块质地变软、强度降低。,4.4 断层,岩层受力发生破裂，破裂面两侧岩块发生明显的位移，这种断裂构造称断层。断层是地壳中最重要的一种地质构造。,4.4.1 断层要素,断层的各个组成部分称为断层要素。断层要素包括断层面、断层线、断层盘等。断层面是指相邻两岩块断开或沿其滑动的破裂面，它的空间位置由其走向、倾向、倾角决定。断层面还常常表现为具有一定宽度的破裂带，并可以由许多破裂面组成，称断层带。断层带宽度不一，从几米至数百米。断层面与地面或其它的面的交线称为断层线。断层盘是指断层面两侧相对移动的岩块。断层盘有上下之分，也有上升盘与下降盘之分。,未发生断裂前属同一层的岩层称相当层。断层发生后，相当层沿断层面移动的距离称为断距。错断前的一点在错动后分成的两个对应点之间的实际距离称滑距。,4.4.2 断层的类型,（1）按断层两盘相对运动分类 正断层 是沿断层面倾斜方向，上盘相对下降，下盘相对上升的断层，这种断层一般是水平方向引张力作用或重力作用下形成的，倾角大于45或在60以上。逆断层 是沿断层面倾斜方向，上盘相对上升，下盘相对下降的断层。逆断层一般是在两侧受到近于水平的挤压力作用下形成的。由于形成的力学条件与褶皱近似，所以多与褶皱伴生。平移断层 是断层两盘沿断层走向方向发生位移的断层，其倾角通常很陡，近于直立。,逆断层：倾角大于45的称为高角度逆断层，常与正断层发育在一起，被归属为高角度断层一类。倾角小于45的低角度逆断层，称逆冲断层或逆掩断层。规模巨大，同时上盘沿波状起伏的低角度断层面作远距离推移（数公里至数十公里）的逆掩断层，称为推覆构造。推覆构造多出现在地壳强烈活动的地区。例如欧洲阿尔卑斯山区的格拉鲁斯推覆构造，其上盘推覆距离达40 km。,平移断层：根据断层两盘相对位移方向，又可进一步区分为右行（或右旋）和左行（或左旋）平移断层。当垂直断层带走向观察断层时，对盘向右手方滑动（顺时针方向）称为右行平移断层；对盘向左手方滑动（逆时针方向滑动）者为左行平移断层。大型平移断层称走向滑动断层或简称走滑断层。它们规模巨大，延伸长达数百公里甚至数千公里。例如北美西部圣安德列斯走滑断层，其走向北北西，延伸约 2000 km，右行平移距离达 500 km，从白垩纪至今仍在活动，形成世界著名的地震活动带。,（2）断层组合类型 阶梯状断层 是由若干条产状大致相同的正断层平行排列而成。地堑与地垒 是由走向大致相同、倾向相反、性质相同的两条或数条断层组成的，断层中间有一共同的下降盘，称为地堑；断层中间有一共同的上升盘，称为地垒。地垒常是断块隆起的山地，如江西的庐山；地堑在地貌上呈狭长的谷地、盆地与湖泊，如我国的汾渭地堑、著名的莱茵地堑、贝加尔湖地堑等。叠瓦构造 是一系列产状大致相同平行排列的逆断层的组合形式，各断层的上盘依次逆冲形成像瓦片般的叠覆。叠瓦构造中各断层面的倾角向下变缓，在深处有时收敛成一条主干大断层。,（3）按断层与所在岩层产状关系分类走向断层（纵断层）断层走向与岩层走向平行。倾向断层（横断层）断层走向与岩层走向垂直。斜向断层（斜断层）断层走向与岩层走向斜交。顺层断层 断层面与岩层层理基本一致。,4.4.3 断层存在的标志（1）,判断断层存在的标志，主要是地层和构造方面的依据，其次是地貌、水文等方面。（1）地质体不连续 岩层、岩体、岩脉、变质岩的片理等沿走向突然中断、错开而出现不连续现象，说明可能有断层存在。,（2）断层面（带）的构造特征 镜面、擦痕与阶步 断层面表现为平滑而光亮的表面称镜面。其上常覆有数毫米厚的铁质、碳质或钙质薄膜，称动力膜。断层面上出现平行且均匀细密排列的沟纹称为擦痕。镜面和擦痕都是断层两盘岩块相对错动时在断层面上因摩擦和碎屑刻画而留下的痕迹。阶步是指断层面上与擦痕垂直的微小陡坎，是局部阻力的差异或因断层间歇性运动的顿挫而形成。阶步又分正阶步与反阶步，它们可指示断层两盘动向。牵引构造 牵引构造是断层两盘相对运动时，断层附近岩层因受断层面摩擦力拖曳发生弧形弯曲的现象。牵引褶皱弧形弯曲突出的方向一般指示本盘的相对运动方向。断层岩 断层岩是断层带中因断层动力作用被破碎、研磨，有时甚至发生重结晶作用而形成的岩石。主要有断层角砾岩、碎裂岩及糜棱岩等。,4.4.3 断层存在的标志（2）,断层角砾岩由断层两盘岩石的碎块组成，由磨碎的岩屑、岩粉及地下水带来的钙质、硅质、铁质胶结。发育在正断层的断层带中时，角砾棱角分明、杂乱无章称为张性角砾岩。而在较大的逆断层、平移断层和低角度正断层中，由于断层上覆压力大、位移量也较大，角砾经揉搓、碾滚而且有一定程度圆化，称压碎角砾岩或断层磨砾岩。碎裂岩是比断层角砾岩破碎程度高、碎块更细小的构造岩，若其中残留有较大的碎块，则称为碎斑岩；若被研磨成泥状，其单颗粒不易分辨而又未固结者称断层泥。糜棱岩是一种具层纹构造的细粒岩石，外观颇似硅质岩。它主要是在较高的温度、压力及低应变速率条件下，由矿物晶体发生塑性变形而形成的构造岩。它不出现在脆性破裂构造的断层中，它是韧性剪切带（韧性断层）中的典型构造岩。,（3）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，称断层崖。断层崖沿断层线分布时形成明显的线性构造。若断层崖后来受到与崖面垂直方向的流水切割、侵蚀，往往形成沿断层走向分布的一系列三角形陡崖，称为三角面山。串珠状分布的湖泊、洼地和带状分布的泉水等都是可能有断层存在的标志。,4.4.3 断层存在的标志（3）,4.4.4 断层形成时代,确定断层形成时代基本原则是：断层发生的年代晚于被断最新地层的年代，早于以不整合覆盖在断层之上的最老地层的年代。断层形成时代是评价其对工程稳定性影响的重要指标。,4.4.5 断层的工程地质评价,断层是影响岩体稳定性的重要因素，这是因为断层带岩层破碎强度低，另一方面它对地下水、风化作用等外力地质作用往往起控制作用。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、桥址和隧道位置时，应尽可能避开断层破碎带。,断层发育地区修建隧道最为不利。当隧道轴线与断层走向平行时，应尽量避开断层破碎带；而当隧道轴线与断层走向垂直时，为避免和减少危害，应预先考虑支护和加固措施。沿河各地段进行公路选线时也要特别注意与断层构造的关系。当线路与断层走向平行或交角较小时，路基开挖易引起边坡发生坍塌，影响公路施工和使用。选择桥址时要注意查明桥基部位有无断层存在。一般当临山侧边坡发育有倾向基坑的断层时，易发生严重现塌，甚至危及邻近工程基础的稳定性。,优势面分析理论与方法：优势面是对岩体稳定性起控制作用的结构面。在岩石边坡变形破坏中，优势面构成岩体变形的边界且优势面组合控制岩体破坏模式，是一种导滑构造。这样确定优势面就成为建立破坏模型进行定量评价和确立各项具体处理措施的关键。优势面根据以下指标确定：时间优势指标 将断裂构造区分为老、新、活三类。性质优势指标 断裂构造等结构面的性质、充填物性质、粗糙度、张开度等；数量优势指标 例如节理裂隙观测统计后所作玫瑰图得出的就是数量优势面；产状优势指标 与边坡同向，且倾角小于坡角，易产生临空滑动。,4.5 活断层,活断层是指现在正在活动或在最近地质时期（全新世，1万年）发生过活动的断层。由于它对工程建设地区稳定性影响大，所以是区域稳定性评价的核心问题。活断层对工程建筑物的影响是通过断裂的蠕动、错动和地震对工程造成危害。活断层的蠕动及伴生的地面变形，直接损害断层上及附近的建筑物。,4.5.1 活断层的特性,1）活断层的活动方式 活断层的活动方式可以分为蠕滑和粘滑两种。蠕滑是一个连续的滑动过程，因其只发生较小的应力降，因而不可能有大地震相伴随。这种方式活动的断层仅伴有小震或无地震活动。粘滑活动则是断层发生快速错动，在突发快速错动前断层呈闭锁状态，往往没有明显的位移发生。在同一条断裂带的不同区段，粘滑运动有时会伴有小的蠕动，以蠕动为主的断层，在其端部也会出现粘滑，产生大地震。,2）活断层的规模及活动速率 断层的规模包括长度和切割深度，它能反映其能量和破坏力。据统计：我国M（震级）8级大震，有关断裂长度约 500 km 1000 km；M77.9级地震，有关断裂长度达 100 km以上；M66.9级地震，有关断裂长度10 km。通过地震观测得到的震源深度代表断层错动的位置，它小于断层切割深度。根据统计大多数地震震源深度比沉积盖层厚度大（多数地区沉积盖层厚度为 35km）。M6级地震震源深度都在地壳下部或震源深度都在 10 km以上，最深达 570 km。活断层的活动速率是断层活动性强弱的重要标志。世界范围统计资料表明，活断层活动速率一般为每年不足1毫米到几毫米，最强的也仅有几十毫米。,4.5.1 活断层的特性,4.5.2 活断层的判别标志,1）地质标志 通过第四纪堆积物及生物化石研究、填制地质构造图及槽探方法，可以发现活断层存在证据。断层活动造成的相关沉积，也是重要标志，例如断层快速运动，相对上升的一盘在地表形成陡崖称断层崖。后来在重力和流水作用下，断崖物质经剥蚀发生再沉积，堆积在断层崖脚下，其形态呈楔形或不等边三角形，厚度不超过垂直断距，称崩积楔。,2）地貌标志 通过地貌标志研究活断层是一种比较成熟和易行的方法。仅就有关河流地形研究方面进行简要介绍。例如河流纵比降一般向上游段增大，向下游段减小，如果出现违反常规的异常现象，河床坡降曲线突然变陡则指示有隐伏活断层存在的可能。又如河漫滩与平水期河水面之高度差，可反映构造运动是上升或下降。河漫滩二元结构面形成之后，地壳上升，此面则高于平水期河面，反之此面低于平水期河面。断块隆起与断陷盆地交接带常发育短而平行的梳状水系，是活动断裂的地貌特点。,4.5.2 活断层的判别标志,3）地壳形变测量、地球物理和地球化学标志 地壳形变测量就是对比同一地区、同一路线相同点位在不同时期测量结果。用这种方法可以确定断层两盘的相对位移。地震波法等地球物理方法也是研究活断层有效手段、特别是地震波法广泛应用于松散层中的隐伏断裂研究。地球化学方法对了解地下断层带活动与否具有较高的灵敏度和分辨率。常用的方法是测量土壤中汞、氡气或氦气。当断层有新的活动表现时，这些气体便从地壳内部大量释放，例如氡气在活断层上可达2700030000 ppm，而正常含量仅 0.5 ppm。,4.5.2 活断层的判别标志,4.5.3 活断层评价,活断层因其未来具有活动的可能性，会以发震、错动或蠕动等方式对工程建设地区稳定性产生影响，所以活断层评价实质上是区域稳定性评价的核心问题。活断层评价首先了解工程场地及其附近是否存在活断层，以及活断层的规模、产状特征、活动时代、活动性质、活动方式、活动速率等特征。还要了解和评价断层地震危险性，是否为发震断裂、最大震级及复发周期。活断层发震造成工程震害主要有两方面：地震振动破坏和地面破坏。两类优势活动性断裂：（1）区域优势活动性断裂，是常以发震形式影响工程场地稳定性的断裂；（2）场区优势活动性断裂，是常以错动和蠕动等方式影响场地稳定性的断裂。,1）地震振动破坏及对策 地震振动破坏程度取决于地震强度、场地条件和建筑物抗震性能三方面因素。工程地质研究的重点是场地条件对工程的危害性。主要反映在以下方面：地质构造条件 就稳定而言，地块优于褶皱带，老褶皱带优于新褶皱带，隆起区优于凹陷区。地基特性 在震中距相同情况下，基岩上的建筑物比较安全。就土而言，土的成因有很大影响，抗震性能顺序是：洪积物冲积物海、湖沉积物及人工填土。软硬土层结构不同，烈度影响也不相同：硬土层在上部时，厚度愈大震害愈轻；软土层在上部时，厚度愈大则震害愈重。,4.5.3 活断层评价,卓越周期 地震波在地基岩土体中传播，迫使其振动，在地震记录图（频度周期图）上频度最大周期为该岩土体的卓越周期。如地基为单一土层时，大体与其自振周期相一致。如果地表层是由多层土组成时，情观比上述复杂。从共振效应的角度来看，当地震波的振动周期与场地岩土体的自振周期相同时，会使地表振动加强而出现最大峰值。例如地基土为巨厚冲积层时，高层建筑（自振周期较长）在远震时易遭受破坏，其原因就是共振。砂基液化 疏松的砂性土，特别是粉细砂，被水饱和，在受到地震的情况下，砂体达到液化状态，丧失承载能力。孤立突出的地形使震害加剧，低洼沟谷使震害减弱。地下水埋藏愈浅，地震烈度增加愈大。,4.5.3 活断层评价,2）地面破坏及对策 在某些大地震，由地震引起地裂、形变破坏超过地震振动破坏。由于这种破坏位错量大并且是瞬时发生的，工程措施难以抵御它的破坏，所以要避开一段距离。即使是不发震的活断层，也应远离，更不能跨越其上，以防断层位移错动或蠕动，对工程造成影响。地裂缝按其成因主要有两类：构造地裂缝 构造成因地裂缝不受地形、土体性质和其它自然条件控制，延伸稳定、活动性强、规模大。非构造地裂缝 与地基液化、抽取地下水等有关。工程远离活断层和地震危险区，应从烈度衰减规律出发，即顺断层走向烈度衰减缓慢，而垂直时衰减快。所以工程布局应垂直活断层并离开一段距离。,4.5.3 活断层评价,4.6 地质图,地质图就是其中最基本、最全面和系统地反映一个地区地质条件的一种图件，是客观地质条件的科学反映，它是按照一定的比例、利用一定的图例符号（即不同的颜色、花纹及规定的符号）来描绘一个地区的地质现象，包括地层、岩石、地质构造等，反映它们形成的时代、分布和相互关系等。根据规模及性质，地质图有不同种类：（l）基础地质图：如地质图、第四纪地质图等；（2）经济地质图：如矿床地质图、水文地质图、工程地质图等；（3）勘探（察）工程编录图：如钻孔柱状图及浅井、坑道、探槽等地质素描图等。,4.6.1 地质图的比例尺,大多数地质图是在地形图上绘制的。地质图上同时有地形等高线称地形地质图。把1：10万及其以上比例尺，称为小比例尺地质图。它表现的范围大，所代表的地质现象随比例尺越小越简化。把1：10万以下比例尺的地质图称作大比例尺地质图。图的比例尺越大，所表现的内容越细致，越接近实际，但表现的地区范围相对越小。工程地质专用图件一般都选择大比例尺。比例尺在地质图上表示的方法有两种：一是用数字表示；另一种是用线段表示。,4.6.2 地质图图例,地质图常用各种花纹和符号来表示岩石和地质构造，习称图例。常用的一些地质图图例如图。,4.6.3 读图步骤与要求,阅读各种地质图方法、步骤：先读图名、比例尺，了解所反映的地理位置和图的类型；尔后熟悉图例；进而分析地形特征，地形起伏与岩层性质、分布及地质构造关系密切。通过地形可了解山脉与河谷的分布，图幅内最高点与最低点的位置；最后分析地质内容。,
