工程地质构造与地质图识别

地质构造与地质图识别

本章要点

本章主要讲述了地质构造的基本概念与相关知识，介绍了地质图的阅读等内容，其中地质年代、岩层铲状、各种构造的识别与工程评价是本章重点。

学习目标

通过学习本章内容，了解地质年代的识别方法，掌握各种地质构造的特点和工程评价，学会阅读地质图。

现代地质学认为，地壳被划分成许多刚性的板块，而这些板块在不停地彼此相对运动。这种地壳运动，引起海陆变迁，产生各种地质构造，形成山脉、高原、平原、丘陵、盆地等基本地貌形态。

地质构造是地壳运动的产物，是岩层或岩体在地壳运动中，由于构造应力长期作用使之发生永久性变形变位的现象。地质构造大大改变了岩层和岩体原来的工程地质性质，影响岩体稳定，增大岩石的渗透性，为地下水与运动和富集创造了良好的场所。因此，研究地质构造不但有阐明和探讨地壳运动发生、发展规律的理论意义，而且有指导工程地质、水文地质、地震预测预报工作和地下水资源的开发利用等生产实践的重要意义。

3.1 地史的基本知识

3.1.1地史

一、地质年代

地质年代又称为地质时代，是指各种地质事件(如地层的形成)发生的时代和年龄，它包括两方面的含义：一是指地质事件发生距今的实际年数，称为绝对地质年代。二是指地质事件发生的先后顺序，称为相对地质年代。地壳发展演变的历史叫做地质历史，简称地史。地球的年龄至少有45.5亿年。

查明地质事件发生（或地质体形成）的时代和先后顺序是十分重要的，前者称为绝对地质年代，后者称为相对地质年代。

要了解一个地区的地质构造、地层的相互关系，以及阅读地质资料和地质图件时，必须具备地质年代的知识。

1、绝对地质年代

绝对地质年代，又称为同位素地质年龄，单位以百万年计。它是依据岩石中所含放射性元素及其蜕变产物的比例，用衰变常数（半衰期）进行计算和确定。

2、相对地质年代

相对地质年代是依据地层形成的顺序和生物演化规律的原理来划分和确定，分别叫做地层层序律和生物层序律。

3、地质年代表

通过对全世界各地区地层剖面的划分和对比，综合岩石同位素年龄测定和古生物研究资料，结合我国实际，将地球发展演化的历史，按从新到老的顺序，进行系统性的排列，编制而成的年表，称为地质年代表，见表3-1。地质年代表的内容包括了地质年代划分的顺序、

表3-1 我国地质时代划分表

名称、代号和绝对年龄，以及历次重大构造运动和生物演化规律。它简明扼要地反映了地壳发展的主要特征，便于地质工作对比应用。

从古到今，地质年代名称：震旦纪（系Z）、寒武纪（系）、奥陶纪（系O）、志留纪（系S）、泥盆纪（系D）、石炭纪（系C）、二叠纪（系P）、三叠纪（系T）、侏罗纪（系J）、白垩纪（系K）、第三纪（系R）（早第三纪（系E）、晚第三纪（系N））、第四纪（系Q）

二、地层单位

地层和岩层的区别：岩层-由两个平行或近于平行的界面（岩层面）所限制的同一岩性组成的层状岩石，称为岩层，岩层是沉积岩的基本单位而没有时代的含意。地层-在地质学中，把某一地质时期形成的一套岩层及其上覆堆积物统称为那个时代的地层。

地层是地壳发展过程中，先后形成的具有一定层位的层状或非层状岩石的总称，是一定地质年代内形成的各种岩石。为了研究地壳发展历史，地质制图以及地层对比等需要，把组成地壳岩层划分成不同类型、不同级别的单位，称为地层单位。地层单位有以下几种：

1、年代地层单位

年代地层单位，又称为国际性地层单位，是指以地层的形成时限（地质时代）作为依据而划分的地层单位，它具有严格的时间界限，其顶底面都是以等时面为界。年代地层单位与统一的地质年代表中地质年代单位宙、代、纪、世相对应，分别称为宇、界、系、统。如在白垩纪形成的地层，不论其岩性、厚度或化石的差异如何，统称为白垩系地层。

地质年代单位 年代地层单位

宙---------------- --宇 代----------- -----界 纪---------- 系 世--- -统 2、岩石地层单位

岩石地层单位又称地方性地层单位，是依据岩性变化、岩性组合、沉积韵律及沉积间断等岩性特征划分的地层单位，它没有严格的时间界限，但它反映了特定地区的沉积环境特征。岩石地层单位按级别大小划分为群、组、段、层四级。

(1)组

组是岩石地层划分的基本单位，岩性上表现为有一定的规律性和均一性。组的厚度可大可小，可以从几米～几百米、甚至几千米。组的界限一般划分在明显的岩性变化面上。如北京昌平～天津蓟县一带的下马岭组主要是页岩，长龙山组主要是砂岩，景儿峪组主要是泥灰岩，三个组的分界明显。组的命名一律用最初建组的地名加组来命名，如徐庄组、栖霞组等。

(2)段

段是比组低一级的岩石地层单位，它主要是依据明显的岩性特征划分出来的岩性段，是两种以上岩层构造的组的再分，代表组的一部分。段可用地名加段或岩石名称加段来命名，如长龙山组可再分为下部龙山段(砂岩)、上部前坡段(页岩)；飞仙关组划分为下部灰岩段、上部页岩段等。

(3)层

层是岩石地层单位中级别最小的单位，是一个能从岩性上区别于其上下层的单位层，一般没有统一的命名。

(4)群

群是最大的岩石地层单位，它由成因上相互联系的两个或两个以上的组构成(但组不一定都归结成群)，群与群之间有明显的沉积间断或不整合。如青白口群就包括下马岭组、长龙山组和景儿峪组，岩性上构成一个大的沉积旋回，它的地层间都有沉积间断，标志着构造环境和沉积条件的显著改变。群也是地名加群进行表示，如登封群、泰山群等。

3.1.2地层年代的确定

一、沉积岩相对地质年代的确定

地层的绝对年代可以根据岩石所含放射性元素及其衰变规律来确定。但在一般地质工作中，用的较多的是地层的相对年代，地层相对年代常用以下方法确定：

1．地层层序律：沉积岩在形成过程中，自然的层序总是先沉积（时代老）的地层在下面，后沉积的地层在上面。沉积物的形成是由下而上一层一层的叠置起来的，先沉积的在下面，后沉积地在上面，沉积岩层这种正常的层序关系，反映了沉积历史的先后，具有下老上新的相对关系，称为地层层序律。地层层序律只能确定岩层的相对新老关系，而不能解决地层归属及不同地区地层时代对比问题。根据地层层序律，在沉积岩形成之后，如果没有经过激烈的构造变动，使地层倒转，则位于下面的地层时代较老，位于上面的地层时代相对较新。

2．标准地层对比法：一般在同一地质时期，同一环境下形成的岩石，它们的矿物成分、结构和构造、岩石组合等特征都应该是相似的，因此我们就可以将未知地质年代的地层岩性特征，与已知地质年代的地层岩性特征进行对比，从而可以确定未知地层的地质年代，在进行对比时，既要本层岩石的岩性特征，又要对比与之相应的上下岩性组合的特征。岩性对比法是地质工作中常用的方法之一。一定区域内，同一时期形成的岩层特征基本一致。可以以岩石的组成、结构、构造等特点，作为岩层对比的基础 但此方法具有一定的局限和不可靠性。

3．层位接触关系对比法：地壳上升可以形成侵蚀面，然后下降又被新的沉积物所覆盖，这种埋藏的侵蚀面称为不整合面。上下岩层之间具有埋藏侵蚀面的这种接触关系，称为不整合接触。不整合接触就成为划分地层相对地质年代的一个重要依据。

沉积岩的接触关系主要有以下三种：

（1）角度不整合：埋藏侵蚀面将年轻的、新的、变形较轻的沉积岩同倾斜或褶皱的沉积岩分开，不整合面上下岩层之间有一角度差异，见图3-1。

（2）平行不整合（假整合）：上下两套岩层之间产状一致、互相平行，但在岩性时代、古生物特征上是不连续的，中间发生过沉积间断。

（3）整合:：上下两套岩层之间产状一致、互相平行，且在岩性时代、古生物特征上是连续的，没有发生过沉积间断。

图3.1 角度不整合

4．生物层序法： 地球上的生物，经历了由简单到复杂，由低级到高级的发展过程，而且生物的进化是不可逆的，也就说任何一种生物一经灭绝，在以后的演化过程中，绝对不再重复出现，同时生物演化的历史，又使生物不断适应生活环境的过程。在不同环境的地质历史时期，必定有不同的生物种属和生物群，所以地质年代越老的地层，保存的生物化石越低级简单，地质年代新的地层，保存的生物化石越高级复杂，称为生物层序律。利用生物层序律就可以确定地层时代的归属和不同地区地层时代的对比问题。根据生物层序律及一定种属的生物生活在一定的地质时代，同一时代的地层保存有相同或相近种属的生物化石。因此，可以认为在同一地区含有相同生物化石的地层，属同一时代。用古生物标准化石，就可以确定该地层形成的地质年代，如寒武系的珠角石、奥陶系的三叶虫、志留系的笔石，泥盆系的鱼类化石、大羽羊齿植物化石，侏罗—白垩系的恐龙化石等，都可作为该时期的标准化石。

化石是确定地质年代的重要依据，不同地质年代中有不同的古生物化石，见图3-2、3-3。时代相同的地层中，可以找到相同的生物化石，利用岩层中所含的标准化石，就可以确定岩层的地质年代。

图3.2 鱼化石 图3.3 恐龙化石

二、岩浆岩相对地质年代的确定

岩浆岩的相对地质年代，是通过它与沉积岩的接触关系以及它本身的穿插构造来确定的。

1．接触关系

（1） 侵入接触：岩浆侵入体侵入于沉积岩层之中，使围岩发生变质现象．说明岩浆侵入体的形成年代，晚于发生变质的沉积岩层的地质年代。

（2）沉积接触：岩浆岩形成以后，经长期风化剥蚀，后来在侵蚀面上又有新的沉积。侵蚀面上部的沉积岩层无变质现象，而在沉积岩底部往往有岩浆岩组成的砾岩或岩浆岩风化剥蚀的痕迹，这说明岩浆岩的形成年代早于沉积岩的地质年代。

2.穿插关系：穿插的岩浆岩侵入体（如岩株、岩脉和岩基等），总是比被它们所侵入的最新岩层还要年轻，而比不整合覆盖在它上面的最老岩层要老。若两个侵入岩接触，一般是年轻的侵入岩脉穿过较老的侵入岩。

三、绝对地质年代的确定：用放射性同位素法

3.2.岩层产状及岩层构造

3.2.1岩层的产状基本概念

岩层在地壳中的空间方位和产出状态称为岩层产状。它以用岩层面在空间的延伸方向和倾斜程度来确定，用走向、倾向和倾角表示，称为岩层产状要素，见图3-4岩层产状要素图。

走向线：指岩层面与水平面的交线所指的方向，交线是一条直线（即AB），被称为走向线，它有两个方向，相差180°。

走向：岩层层面与假想水平面交线的方位角，表示岩层在空间的水平延伸方向。

倾向：垂直于走向顺倾斜面向下引出一条直线，此直线在水平面的投影的方位角，称岩层的倾向。表示岩层在空间的倾斜方向。

倾角；岩层层面与水平面所夹的锐角，即为岩层的倾角。它表示岩层在空间倾斜角度的大小。

图3-4 岩层产状要素图

由此可见，用岩层产状的三要素，能表达经过构造变动后的构造形态在空间的位置。

3.2.2岩层产状的野外测定及表示法

在野外通常使用地质罗盘来测量岩层产状的三要素，见图3-5。岩层产状的测量用地质罗盘仪进行测量，其形式多种多样，主要有长方形、方形及圆形。其工作原理是由磁针和刻度盘来确定地理方

位；由测斜仪来测定倾斜度；由水准器来判定水平面；由瞄准器来对准被测物的准确位置。它的基本构造有：

1、磁针：是长条状的两端尖锐的磁性体，一端指向磁北极，一端指向磁南极。其中绕有铜丝的一端指南。磁针的中心部位有一个刚玉(宝石)顶针，顶针的尖端将磁针托起，使其转动时减少磨擦，转动自如。

2、水平刻度盘：在罗盘的上层边缘有一圆周形刻度盘。从0°至360°，呈反时针方向计数，其刻度精度为1°，在0°(或360°)、270°、180°的位置上，分别在底盘上标有N(北)W(西)S(南)90°位置上为E(东)被底盘水准器占据。由此，南北线及东西线将罗盘划分为四个象限，即0°～90°为北东(NE)象限，90°～180°为南东(SE)象限，180°～270°为南西(SW)象限，270°～360°为北西(NW)象限。

3、底盘水准器：用以表示使用罗盘时，罗盘是否处于水平状态。只有当罗盘处于水平位置时，则水准气泡就居于圆形水准器的中心位置。

4、瞄准器：包括瞄准板和瞄准准心。瞄准准心有二个，一个在瞄准板的顶端，一个在罗盘盖反光镜面的上沿，二个瞄准准心的连线与罗盘上的南北线(SN)方向完全吻合。瞄准器的使用原理是采用三点一直线。

5、反光镜面：通过反光镜面，用来观察镜面中刻盘的刻度计数。反光镜面上的孔，是瞄准孔，不致因反光镜面而遮挡瞄准视线。

6、测斜器：用来测量仰角或倾角的角度(或称倾斜度)。由三个部分组成，即垂直水准器(长形水平器)、刻度指示器和活动板手。

垂直水准器指示水平线是否处于水平位置。刻度指示器是在罗盘底板上刻有90°～0°～90°的计数。当水平线处于水平时，则与罗盘上的南北线平行一致，表示为0°；随之倾斜时，即向两侧计有0°～90°计数。以此来指示瞄准所测目标的视线与垂直水平器(水平线)之间的角度(仰角或倾伏角)。活动板手是用以调节垂直水平器。

图3.5罗盘及岩层产状的测量

（a）测量走向（b）测量倾向（c）测量倾角

测量走向时，使罗盘的长边（即南北边）紧贴层面，将罗盘放平，水准泡居中，读指北针所示的方位角，就是岩层的走向。测量倾向时，将罗盘的短边紧贴层面，水准泡居中，读

指北针所示的方位角，就是岩层的倾向。由于岩层的倾向只有一个，所以在测岩层的倾向时，要注意将罗盘的北端朝向岩层的倾斜方向。测倾角时，需将罗盘横着竖起来，使长边与岩层的走向垂直，紧贴层面，待倾斜器上的水准泡居中后，读悬锤所示的角度，即为倾角。

3.2.3岩层产状的表示方法

1、方位角法：将水平面按顺时针方向划分360°，见图3-6，以北方为0°，东为90°，南为180°，西为270°，将岩层产状投影到不平面上，将倾向与正北方向的夹角记录下来，并按倾向、倾角的顺序记录，记录方式：135°∠30°表示岩层的产状倾向距正北方向135°，倾角是30°，那么走向可用135°±90°进行计算。

图3-6 产状的表示

2、象限角法：由东、南、西、北四个方向将平面划分为四个象限，以正北或正南方向为0°，正东或正西为90°，将岩层产状投影在这个平面上，将走向线、倾向线所在的象限以及它们与正北或正南方向所夹的锐角记录下来，一般按走向、倾角、倾向的顺序记录：

N45°E∠30°SE表示岩层走向北偏东45°，倾角为30°，倾向南东。 岩层产状要素在野外记录本上和文字报告中，目前一般用“倾向∠倾角”的样式来表述。某岩层产状为一组走向北西300°，倾向南西210°，倾角37°，这时一般写成210°∠37°的形式。在地质图上，岩层的产状用“├ 37°\表示。长线表示岩层的走向，与长线相垂直的短线表示岩层的倾向，数字表示岩层的倾角。

3.2.4岩层构造

由于形成岩层的地质作用、形成时的环境和形成后所受的构造运动的影响不同，其在地壳中的空间方一位也各不一样，但概括地说岩层一般有水平的、倾斜的和直立岩层这三种构造情况。

1．水平岩层

覆盖大陆表面的3/4面积的沉积岩，绝大多数都是在广阔的海洋和湖泊盆地中形成的，其原始产状大部分是水平的。一个地区出露的岩层产状基本是水平的，或近于水平的称为水平岩层。对于水平岩层，一般岩层时代越老，出露位置越低，越新则分布的位置越高。水平岩层在地面上的露头宽度及形状主要与地形特征和岩层厚度有关。

2．倾斜岩层

水平岩层受地壳运动的影响后发生倾斜，使岩层层面和大地水平面之间具有一定的夹角时，称为倾斜岩层，或称为单斜构造。倾斜构造是层状岩层中最常见的一种产状，它可以是断层的一盘、褶曲的一翼或岩浆岩体的围岩，也可能是因岩层受到不均匀的上升或下降所引起的。

3．直立岩层

岩层层面与水平面相垂直时，称直立岩层。其露头宽度与岩层厚度相等，与地形特征无关。

3.3褶皱构造

3.3.1褶皱概述

地壳中的岩层，在构造运动影响下，发生一系列向上和向下的波状弯曲，并保持其完整性的变形称为褶皱。这是地壳中广泛发育的一种地质构造形态，在层状岩石中表现最为明显，它是岩石在构造应力作用下，发生的塑性变形。

褶皱大多是岩层受到水平挤压的作用形成的，但有的褶皱是在垂直作用力或力偶作用下形成的。组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用后形成波状弯曲而未丧失其连续性的构造，称为褶皱构造。褶皱构造，是岩层产生的永久性变形，是地壳表层广泛发育的基本构造之一。

3.3.2褶皱认识

１．褶曲的形态要素

褶曲是褶皱构造中的一个弯曲，是褶皱构造的组成单位。每一个褶曲，都有核部、翼部、轴面、轴及枢纽等几个组成部分，称为褶曲要素（见图3-7）。

核部：褶曲中心部位的岩层。

翼部：位于核部两侧向不同方向倾斜的部分。

轴面：从褶曲顶平分两翼的假想面。它可以是平面，亦可以是曲面；可以是直立的、倾

斜的或近似于水平的。

轴：轴面与水平面的交线。轴的长度，表示褶曲伸的规模。

枢纽：轴面与褶曲同一岩层层面的交线。有 水平的、倾伏的，也有波状起伏的。 2．褶皱的基本形态

（1）背斜：岩层向上弯曲，核部由较老的地层组成，两翼由较新的地层组成，并相背的褶曲，称为向斜。背斜形成以后，因受到风化剥蚀作用的破坏，造成地层在地面的分布规律是从中心至两侧，地层由老到新对称出现，见图3-8。

（2）向斜：岩层向下弯曲，核部由相对较新的地层组成，两翼由相对较老的地层组成并相向倾斜的褶曲，称为向斜。向斜形成受风化剥蚀破坏后，在地面从中心到两侧，地层由新到老对称出现。

图3-8 背斜和向斜剖面图

3.3.3褶曲的形态分类

(1)按褶曲的轴面特征分类，见图3-9。

图3-9 褶曲按轴面产装分类 图3-10 倾伏褶曲示意图

（a）直立（b）倾斜 （c）倒转 （d）平卧

直立褶曲；轴面与水平面垂直。

倾斜褶曲：轴面与水平面斜交，两翼倾向相反。 倒转褶曲：轴面与水平面斜交，两翼倾向相同。 平卧褶曲：轴面与水平面平行。

(2)按枢纽的状态分水平褶曲与倾伏褶曲

水平褶曲：枢纽平行水平面，组成褶曲的地层的层面与水平面上的走向线互相平行。 倾伏褶曲：枢纽与水平面斜交，组成褶曲的地层的层面在水平面上的走向线呈鼻状圈闭，见图3-10。

(3)按褶皱岩层的弯曲形态分类

1、圆弧褶皱：褶皱岩层呈圆弧状弯曲。

2、尖棱褶皱：褶皱两翼岩层平直相交，转折端呈尖角状。

3、箱状褶皱：褶皱两翼岩层陡立，转折端平直，岩层转折处呈膝折状，形似木箱。 4、扇形褶皱：褶皱轴面直立，转折端开阔平缓，呈扇状弯曲褶皱两翼岩层都发生了倒转。

5、挠曲：平缓岩层中，一段岩层突然变陡，表现出褶皱面膝状弯曲。

3.3.4褶皱的组合形态及其分布

1、穹隆和构造盆地

穹隆和构造盆（图3-11）地是指褶皱核部的长宽之比介于1.1～1.3之间，平面上接近圆状的褶皱构造。若褶皱的核部由相对较老的地层组成，四周为较新的地层，而且岩层产状由中心向四周倾斜，则称为穹隆；若褶皱的核部由相对较新的地层组成，四周为较老的地层，而且岩层产状由四周向中心倾斜，则称为构造盆地。穹隆和构造盆地以利于特殊形式的构造形态，大都形态简单，为平缓而开阔的褶皱，有的岩层倾角仅几度，其剖面形态为同心褶皱。

穹隆和构造盆地大多发育在基底刚性较高，构造活动性小，褶皱作用不强烈，地质构造稳定的地区，如四川中部和华北部分地区。

2、雁行褶皱(斜列式褶皱)

雁行褶皱（图3-12），为一系列的短轴背斜或向斜，它可以由不同规模和级次的背斜或向斜所组成，是褶皱常见的一种组合形式。我国华北地区上古界和中生界向斜盆地在都呈雁行分布，柴达木盆地的许多褶皱群也呈雁行式分布。

这种组合一般认为是由水平力偶作用形成的，与基底断裂有关。

3.3.5褶皱的野外识别

1、判别有无褶皱：可采用路线穿越法，观察全区地层出露的规律，在垂直岩层走向上进行观察，了解岩层产状和新老地层的分布特征，若地层出现有的对称重复，则必有褶皱，若地层虽有重复，但不对称，则有可能是斜列式构造由断裂引起的，不能误认为是褶皱。

2、确定褶皱的基本类型：可根据新老地层分布的相互关系，确定褶皱的基本类型，是背斜还是向斜。

3、确定褶皱的剖面形态：根据所测得的产状和各类褶皱的基本特征，分析其剖面形态。 4、确定褶皱的平面形态：为了对褶皱。

进行全面分析和认识，还要沿褶皱轴向进行纵向观察。若两翼岩层平行延伸，呈带状分布，则为水平褶皱；若两翼岩层相互汇合或展开，或呈“之”字型分布，则为倾伏褶皱。

5、确定褶皱形成的时代：褶皱是地壳运动的产物，多数褶皱是在一次构造运动中形成。褶皱形成的年代介于组成该褶皱岩层中最新的地层年代与上覆未褶皱的岩层中最古老的地层年代之间。

3.3.6褶皱的工程评价

褶皱对工程的影响，主要从以下几个方面进行评价：

(1) 研究褶皱受挤压的程度，挤压越剧烈，往往工程地质条件越差；

(2) 研究工程与褶皱部位关系，一般来说，褶皱的受拉部位工程地质条件差； (3) 研究褶皱的组成成分，一般说，脆性岩石组成的褶皱工程地质条件差。

（4）褶曲核部：岩层由于受水平挤压作用，产生许多裂隙，直接影响到岩体完整性和强度高低，在石灰岩地区还往往使岩溶较为发育，所以在核部布置各种建筑工程，如路桥、坝址、隧道等，必须注意防治岩层的坍落、漏水及涌水问题。

（5）在褶曲翼部：边坡倾向与岩层倾向相反或者两者倾向相同，但岩层倾角更大，则对开挖边坡的稳定较有利。否则容易造成顺层滑动现象。因此，在褶曲翼部布置建筑工程时，重点注意岩层的倾向及倾角的大小。

(6)对于隧道等深埋地下工程，一般应布置在褶皱翼部的均一岩层有利稳定。

3.3.7褶皱和水工建筑的关系

岩层受力形成褶皱后，轴部张应力集中，岩石破碎，裂隙发育，易于风化；在石灰岩地区还易形成溶蚀，岩石强度低，渗透性大，为工程地质条件差的地段。因此，对于闸坝、电站、隧洞等都应尽量避开轴部地段(图3-13b，d)。当坝址选择在褶曲翼部时，若坝轴线平行岩层走向，坝基岩性均一。再考虑岩层产状，岩层倾向上游，倾角较陡时，对坝抗滑稳定最有利，也不易产生渗漏（图a）。岩层倾向上游，倾角平缓时，虽不易向下游渗漏，但坝基也有滑动的可能。最不利的情况是岩层倾向下游，且倾角较缓时，岩层的抗滑稳定性最差，也容易向下游渗漏（图c）。

当坝轴线与褶皱岩层走向垂直时（图3-14），坝基常处于不同性质的岩层上，若岩层软性相差悬殊，坝址可能会产生不均匀沉陷，也易发生渗漏，只要存在一层透水性强的岩石，就会产生集中的渗漏，若从坝的两岸岩层倾向来看，右岸图（3-14）岸坡稳定。而左岸如岩层倾角小于地形坡脚时，则易产生滑动。

图3-13 建筑在褶曲不同部位上的坝

图3-14 坝轴向垂直岩层走向剖面图

3.4断裂构造

组成地壳的岩体，在地应力作用下发生变形，当应力超过岩石的强度，岩体的完整性受到破坏而产生的大小不一的断裂，称为断裂构造。断裂构造是地壳中常见的地质构造，断裂构造发育地区，常成群分布，形成断裂带。根据岩体断裂后两侧岩块相对位移的情况，断裂构造可分为节理（裂隙）和断层。 3.4.1节理

1.基本概念

1）节理：岩石受力作用形成的破裂面或裂纹，称为节理，它是破裂面两侧的岩石没有发生明显位移的一种构造。

节理的产状也可用走向、倾向和倾角进行描述。

2）节理组和节理系：在同一时期，同一成因条件下形成的，彼此相互平行或近于平行的一群节理叫节理组；在同一构造应力作用下，形成有规律组合的节理组，叫节理系。

2. 节理分类

1）节理的类型：按成因分构造节理和非构造节理；按节理与岩层产状的关系划分为： 走向节理（纵向节理）、倾向节理（横向节理）和斜向节理

（1）构造节理：岩体受地应力作用随岩体变形而产生的节理（或裂隙），它分为张节理和剪节理。构造节理是岩石受地壳构造应力作用产生的，这类节理具有明显的方向性和规律性，发育深度较大，对地下水的活动和工程建设的影响也较大。构造节理与褶皱、断层及区域性地质构造有着非常密切的联系，它们常常相互伴生，是工程地质调查工作中的重点对象(相对于节理、表生节理)。

张节理：是岩石所受拉张应力作用而形成的裂隙。它的主要特征是裂口是张开的上宽下窄的楔形；多发育于脆性岩石中，尤其在曲转折端等拉应力集中的部位；张节理面粗糙不平，沿走向和倾向都延伸不远。当其发育于砾岩中时，常绕过砾石，其裂面明显凹凸不平。

剪节理：当岩石所受最大剪应力达到并超过岩石的抗剪强度时，则产生剪节理。因此，剪节理往往与最大剪应力作用方向一致，且常成对出现，称为共扼\”节理。剪节理一般是闭合的，节理面平坦，常有滑动擦痕和擦光面，节理的产状稳定，沿走向和倾向延伸较远；在砾岩中，剪节理能较平整地切割砾石。

（2）非构造节理：由成岩作用、外动力、重力等非构造因素形成的节理，又称之为外生节理，分为原生节理、风化节理、重力节理、减压节理和人为节理等类型。

（3）原生节理：指岩石形成过程形成的节理，如玄武岩的柱状节理

(4)表生节理：又称风化节理、非构造节理，是岩石受外动力地质作用(风、水、生物等)产生的，如由风化作用产生的风化裂隙等，这类节理限在空间分布上常局限于地表浅部岩石中，对地下水的活动及工程建设有较大的影响。

2）按力学性质进行分类

(1)张节理:在垂直于主张应力方向上发生张裂而形成的节理，叫张节理。张节理大多发育在脆性岩石中，尤其在褶皱转折端等张拉应力集中的部位最发育，它主要有以下特征：

裂口是张开的，剖面呈上宽下窄的楔形，常被后期物质或岩脉填充； 节理面粗糙不平，一般无滑动擦痕和磨擦镜面；

产状不稳定，沿其走向和倾向都延伸不远即行尖灭； 在砾岩或砂岩中发育的张节理常常绕过砾石、结核或粗砂粒，其张裂面明显凹凸不平或弯曲；

张节理追踪X型剪节理发育呈锯齿状。

(2)剪节理：岩石受剪应力作用发生剪切破裂而形成的节理，叫剪节理，它一般在与最大主应力呈45°夹角的平面上产生，且共轭出现，呈X状交叉，构成X型剪节理。它具有以下特征：

剪节理的裂口是闭合的，节理面平直而光滑，常见有滑动擦痕和磨光镜面； 剪节理的产状稳定，沿其走向和倾向可延伸很远；

在砾岩或砂岩中发育的剪节理常切砾石、砂粒、结核和岩脉，而不改变其方向； 剪节理的发育密度较大，节理间距小而且具有等间距性，在软弱薄层岩石中常常密集成带出现。

3、按节理与岩层走向关系分类，见图3-15

(1)走向节理：节理延伸方向大致与岩层走向平行。 (2)倾向节理：节理延伸方向大致与岩层走向垂直。 (3)斜交节理：节理延伸方向与岩层走向斜交。

图3-15 褶皱岩层中的节理

t-张节理 s-走向节理 d-倾向节理 Q-斜节理

4、根据节理与褶皱轴的关系，可将节理分为： (1) 纵节理-节理走向与褶皱轴向平行 (2) 横节理-节理走向与褶皱轴向直交 (3) 斜节理-节理走向与褶皱轴向斜交 5、按张开程度进行分类

宽张节理：节理缝宽度 >5mm； 张开节理： 3～5mm； 微张节理： 1～3mm； 闭合节理： <1mm。 3.4.2节理调查、统计及表示方法

节理对工程岩体稳定和渗漏的影响程度取决于节理的成因、形态、数量、大小、连通以及充填等特征。

测节理的产状与测岩层产状的方法相同。野外对岩体中节理分布的多少，常用节理密度来标定。所谓节理密度，是指岩石中某节理组在单位面积或单位体积中的节理总数。

1）调查的内容

(1)地质背景：包括地层、岩性、褶皱和断层的发育； (2)节理的产状：走向、倾向和倾角；

(3)节理的张开和填充情况：包括张开的程度、充填的物质等； (4)节理壁的粗糙程度：粗糙的、平坦的、光滑的； (5)节理的充水情况；

调查时，填写节理观测登记表（表3-2）。

表3-2 节理观测登记表 点号 地层时岩层产状节理产节理组系、力节理节理密度(根节理面特及位置 代及岩和构造部状 学性质和相互分期 /m2) 征及充填

性 位 关系 物 2）研究内容 确定节理的成因、对节理进行分期、统计节理的间距、数量、密度，确定节理的发育程度和主导方向等。

节理的分期可根据节理的交切关系进行，比如后期形成的节理常将先期形成的节理错开，或者受到先期形成的节理的限制。

3) 资料整理：节理玫瑰花图、等密图和电算处理等。

节理玫瑰花图（图3-16）统计裂隙，可以用节理走向编制，也可以用节理倾向或倾角来编制。

图3-16 节理玫瑰花图

4.节理的工程评价 岩体中的节理，在工程上除有利于材料的采集之外，对岩体的强度和稳定性均有不利的影响。当节理主要发育方向与路线走向平行，倾向与边坡一致时，不论岩体的产状如何，路堑边坡均易发生崩塌等不稳定现象；在路基施工中，如果岩体存在节理，还会影响爆破作业的效果。

1)节理的成因：构造节理分布范围广、埋藏深度大，并向断层过渡，对工程稳定性影响较大。

2)节理的受力特征：张节理比剪节理的工程性能差。 3)节理产状：倾向和边坡一致的节理稳定性差。

4)节理密度和宽度：一般用节理发达程度来表示，节理越发达，对工程影响越大。 5)节理面间的充填物：充填有软弱介质的节理，工程地质条件差。 6)节理的充水程度：饱水的节理，其稳定性差。

3.4.3断层

1. 概念

岩层或岩体在构造运动影响下发生破裂，若破裂面两侧岩体沿破裂面发生了明显的相对位移，这种构造就称为断层。

断层的种类繁多，形态各异，规模大小相差十分悬殊，规模大的断层延伸长度可达几百～一千多公里，而小的断层可在岩石标本上见到。断层的切割深度也不相同，有的可切穿地壳至上地幔。

断层破坏了岩石的连续完整性，对岩体的稳定性、渗透性、地震活动和区域稳定性都有重大影响，从而影响工程的稳定性，与工程建设有着密切的联系。

2. 断层要素

1、断层面：构成断层的破裂面，也就是断层两侧岩体沿之产生显著滑动位移的面，叫做断层面，产状可用走向、倾向和倾角确定。断层

一般不是单个的面，而是由一系列的破裂面或次级断层所组成的带，即断层带或断裂带，见图3-17断层要素图。

2、断层线：是指断层面与地面的交线，即断层面在地表的出露线，

断层线延伸方向即是断层走向，延伸的消失点，称为断层的端点。

3、断盘：断层面两侧发生相对位移的岩体，称为断(层)盘。当断层面倾斜时，位于断层面上方的称为上盘、下方的称为下盘；当断层面近于直立时，则以方位相称，如东盘、西盘等；也可根据两盘相对移动的关系，把相对上升的称为上升盘，把相对下降的称为下降盘。

4、断距：断层两盘岩体沿断层面发生相对滑动的距离，称为断距。断距的大小常常是衡量断层规模的重要标志，断距又分为总断距、水平断距及垂直断距。

（三）断层分类

1、按断层面产状与岩层产状的关系分类

走向断层：断层走向与岩层走向一致的断层； 图3-17 断层要素图 倾向断层：断层走向与岩层倾向一致的断层； 斜向断层：断层走向与岩层走向斜交的断层。

2、按断层面走向与褶皱轴向或区域线之间的关系分类

纵断层：断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向平行的断层； 横断层：断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向垂直的断层； 斜断层：断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向斜交的断层。 3、按断层力学性质分类

压性断层：由压应力作用形成，其走向垂直于主压应力方向，多呈逆断层形式，断面为舒缓波状，断裂带宽大、常有断层角砾岩。

张性断层：在张应力作用下形成，其走向垂直于张应力方向，常为正断层，断层面粗糙，多呈锯齿状。

扭性断层：在剪应力作用下形成，与主压应力方向交角小于45。，常成对出现。断层面平直光滑，常有擦痕出现。

4、按断层两盘相对运动的关系进行分类

(1)正断层：上盘相对下降，下盘相对上升的断层，称为正断层，见图3-18。

正断层的产状一般较陡，倾角在45o～90o，断层线比较平直，一般是由于重力作用或水平张力作用形成的，并在垂直于张应力方向上发育。

3-18 正断层

(2)逆断层：下盘相对下降，上盘相对上升的断层，称为逆断层，见图3-19。逆断层产状一般比较平缓，倾角很少超过70o，断层线常呈舒缓的波状曲线，断层面倾角大小又可图分为：

冲断层： 倾角 >45o； 逆掩断层： 25o～45°； 辗掩断层： <25o。

推覆构造：巨大的外来岩席，沿着

一个近于水平的滑动面(倾角小，10o～15o)，长距离的滑移(位

移>15km)，常看一较老的岩层覆于较新的岩层之上。

逆断层一般是受水平的挤压应力作用，沿剪切破裂面形成的，常与褶皱相互伴生，逆断层的规模一般较大， 图3-19 逆断层

多为区域性的巨型构造。

(3)平移断层：两盘岩体沿断层面走向作水平相对运动的断层，称平移断层，见图3-20。

平移断层，断层面近于直立，断层线平直，延伸很远，断层破碎带较窄，在断层面上常有近于水平的擦痕。平移断层一般是在水平剪切应力的作用下形成的。

（4）枢纽断层

正、逆、平移断层的两盘相对运动都是直移运动。事实上，有许多断层常常有一定程度的旋转，见图3-20。 图3-20 平移断层

断盘的旋转有两种情况：一种是旋转轴位于断层的一端，表现为横过断层走向的各个剖面上的位移量不等，一种是旋转轴不位于断层的端点，表现为旋转轴两侧的相对位移的方向不同，如一侧为上盘上升，而另一侧为上盘下降。

两种旋转均使两盘中岩层原来一致的产状不再平行一致。旋转量比较大的断层，可称为枢纽断层。

（四）断层的组合形态 1、正断层的组合形式

(1)阶梯状断层：几条产状大致相同的正断层，相互平行排列，各断层的一盘呈阶梯

状向着同一方向依次下降的组合形 态，称为阶梯状断层，见图

3-22。

(2)地垒：两条以上平行的正断层，断层面相对倾斜，其中间岩块为共同的上升盘，两侧断层的上盘呈阶梯状依次下降，这种组合形态，称为地垒。

图3-21 两种旋转的枢纽断层

(3)地堑：两条以上平行的断层，断层面相向倾斜，对称排列，其间为共同的下降盘，两侧断层的断盘依次上升，这种组合形态的断层称为地堑。

另外还有环状和放射状断层，见图3-23。

图3-22 阶梯状断层 图3-23放射状断层

2、逆断层的组合形式

(1)叠瓦状断层：一系列产状大致相同的断层，相互平行排列，各断层的上盘依次上冲逆掩，在剖面上呈屋顶盖瓦式可鳞片状叠置，这种组合形式，称为叠瓦状断层，见图3-24。

(2)对冲式断层：是由两条相反倾斜，相对逆冲的断层组成的组合形态，见图3-25。

(3)背冲式断层：由两条或两组相反倾

斜的逆冲断层组成，表现为自一个中心分别向两个相反方向逆冲，一般是自背斜核部向外逆冲，总体上常常呈扇状，见图3-26。

图3-24叠瓦状断层示意图

图3-25对冲式断层示意图 图3-26背冲式断层示意图

（五）断层的识别

1、地貌上的反映：地貌上的标志断层的存在，在大多情况下对工程建筑是不利的。为了采取措施防止断层的不良影响，首先必须识别断层的存在。

(1)断层崖和断层三角面，见图3-28：在断层两盘的相对运动中，上升盘常常形成陡崖。称为断层崖。如峨眉山金顶舍身崖、昆明滇池西山龙门陡崖。当断层崖受到与崖面垂直方向的地表流水侵蚀切割，形成沿断层面分布的三角形陡壁，称为断层三角面。如河南偃师的五佛山。

(2)断层湖、断层泉：沿断层带常形成一些串珠状分布的断陷盆地、洼地、湖泊、泉水等，可指示断层延伸方向。如我国云南东部顺南北向的小江断裂带分布了一串湖泊，自北向南有杨林海、阳宗海、滇池、抚仙湖、杞麓湖以及昆明盆地、宜良盆地、嵩明盆地、玉溪盆地等。

(3)错断的山脊、急转的河流：如图3-27所示，正常延伸的山脊突然被错断，往往是断层两盘平移运动的结果；横切山脊走向的平原或盆地与山岭的接触带，往往是断层通过的地方，如太行山前断裂带，使太行山在华北平原西缘拔地而起，成为华北

图3-27错断的山脊和河流 平原的西部屏障；正常流经的河流突然产生急转弯，或一些顺直深切的河谷，都能指示断层延伸的方向，如鲜水河的支流在断层通过的地方突然发生转向。

2、构造上的标志

(1)断层破碎带与构造岩：规模较大的断层，常形成断层破碎带，见图3-29，其宽度大小不等，在断层破碎带内常常有断层(构造)角砾岩，糜棱岩、碎裂岩、断层泥、构造片状岩等构造岩。

(2)伴生节理：在断层剪切滑动作用下，发生在断层面两侧岩层中的节理，称为伴生节理。

(3)牵引褶皱：断层两盘错动时，紧邻断层面两侧的地层，因受磨擦力的牵引，发生塑性拖拉而形成的弯曲现象，称为牵引褶皱，

(4)擦痕和阶步，

见图3-30：断层两盘相互错动时，由摩擦作用导致在滑动面上产生平行密集的微小刻槽，称为擦痕；断层面上与擦痕直交的细小陡坎，叫阶步；在断层面上还有磨光的平面，叫磨擦镜面。

图3-28 断层三角面和断层崖

图3-29 断层破碎带和构造岩

图3-30 断层阶步

3、地层上的标志

(1)岩层中断及褶皱核部宽窄变化：岩层沿走向突然中断，造成一种岩层在走向上与另一种或多种不同岩性的岩层接触，或造成褶皱核部地层出露界线发生宽窄变体，说明有横断层或斜断层存在，见图3-31。

图3-31 褶皱被断层错断

(2)地层的重复和缺失：当发生与岩层走向平行的断层时，常造成断层两盘部分地层的重复和缺失，见图3-32。

图3-32 地层的重复与缺失

（六）断层的工程地质评价

由于断层的存在，破坏了岩体的完整性，加速风化作用、地下水的活动及岩溶，可能在以下几个方面对工程建筑产生影响。

1、断层的力学性质：受张力作用形成的断层，其工程地质条件比受压力作用形成的断层差。但压力作用形成的断层可能破碎带的宽度大，应引起注意；降低了地基的强度和稳定性，断层破碎带力学强度低、压缩性大，建于其上的建筑物由于地基的较大的沉陷，易造成开裂或倾斜。断裂面对岩质边坡、桥基稳定常有重要影响。

2、跨越断裂构造带的建筑物，由于断裂带及其两侧上、下盘的岩性均可能不同，易产生不均匀沉降。断层位置与线路工程的关系， 一般说来线路垂直通过断层比顺着断层方向通过受的危害小；隧洞工程通过断裂破碎带时易发生坍塌。

3、断层面的产状与线路工程的关系：断层面倾向线路且倾角大于10度的，工程地质条件差；

4、断层的发生发展阶段：正在活动的断层(如新构造运动剧烈、地震频繁地区的断层)，对工程建筑物的影响大，有些相对稳定的断层，影响较小，但要考虑到复活的可能，

5、充水情况：饱水的断层带稳定性差；

6、人为影响：有些大的水库，可使附近断层复活，不可忽视。 （七）隧洞选线的工程地质条件

（1）隧洞选线时应充分地用地形，方便施工。如利用深切的河谷，使隧洞出现明段，便于分段施工（图3-33）。

隧洞的进出口应选择在基岩完整，山坡较陡地段。有压隧洞上覆岩体应大于0.2~0.5倍的压力水头，无压隧洞也不宜小于三倍洞的跨度。

（2）选择洞线时，应充分分析沿线地层的分布和各种岩石的工程性质，尽量使洞身在完整坚硬的岩体中穿过。

（3）洞线在褶皱岩层和断裂地带穿过时，应尽量使其垂直于岩层和断裂的走向，并应避开褶皱的核部，以陡倾角的翼部为佳。

（4）对隧洞沿线的水文地质条件应进行预测性调查，对易透水的岩层和构造，特别是岩溶地区，要密切注意其分布规律和发育程度，并分析评价地下水涌水的可能性和涌水量。

（5）在隧洞位置选择时，岩体中的初始应力状态，对围岩稳定性的影响不可忽视，如岩体中的主应力较大时，洞线平行最大主应力方向布置。

图3-33 隧洞选线利用沟谷地形示意图

3.4.4活断层

活断层（或称活动断裂）是现今仍在活动或者近期有过活动，不久的将来还可能活动的断层。活断层可使岩层产生错动位移或发生地震，对工程的危害极大。

定义中的“近期”有不同的标准，有的行业规范定为晚更新世（约12万年）以来。国家标准《岩土工程勘察规范》（GB 50021-94）中规定全新世以来有过地震活动或正在活动、或将来可能继续活动的断裂叫做全新活动断裂。

一、活断层的分类

按两盘错动方向分为走向滑动性断层和倾向滑动性断层。

走向滑动性断层最常见，其特点是断层面陡倾或直立，部分规模很大，断层中常蓄积有较高的能量，引发高震级的强烈地震。

倾向滑动断层以逆断层更为常见，多数是受水平挤压形成，断层倾角较缓，错动时由于上盘为主动盘，故上盘地表变形开裂较严重，岩体较下盘破碎，对建筑物危害较大。

倾向滑动型的正断层的上盘也为主动盘，故上盘岩体也较破碎。 活断层按其活动性质分为蠕变型活断层和突发型活断层；蠕变型活断层只有长期缓慢的相对位移变形，不发生地震或只有少数微弱地震；突发型活断层错动位移是突然发生的，并同时伴发较强烈的地震。

活断层绝大多数常沿袭着老断层发生新的错动位移，而具继承性，尤其是区域性的深大断裂更为多见。

二、活断层的识别标志 1地质特征

最新沉积物的地层错开，是活断层最可靠的地质特征，其断层破碎带是由松散的、未胶结的破碎物质所组成的。

2．地貌标志

活断层往往构成两种截然不同的地貌单元的分界线，并加强各地貌单元之间的差异性。典型的情况是：一侧为断陷区，堆积了很厚的第四系沉积物；而另一侧为隆起区，山地高耸，叠次出现的断层崖、三角面、断层陡坎等呈线性分布；两者界线分明。

走向滑动型活断层可使河流同步转移，即穿过它的河流、沟谷方向发生明显变化；当一系列的河谷向同一方向同步移错时，即可作为鉴别活断层位置和性质的有力佐证。

沿断裂带可能有线状分布的泉水出露，且植被发育若为温泉，则水温和矿化度较高。 此外，在活断裂带上滑坡、崩塌和泥石流等动力地质现象常呈线性密集分布。 3．地震方面的标志

在断层带附近地区有现代地震、地面位移和地形形变以及微震发生。 三、活断层对工程建筑的影响

活断层对工程的危害主要是活断层的地面错动和活断层快速滑动引起地震两方面。在活断层区进行建筑时，必须在场址选择与建筑物形式和结构等方面慎重地加以研究，以保障建筑物的安全可靠。

蠕变型的活断层，相对位移速率不大时，一般对工程建筑影响不大。当变形速率较大时，可能导致建筑地基不均匀沉陷，使建筑物拉裂破坏。

突发型的活断层伴随地震产生的错动距离通常较长，多在几十厘米至几百厘米之间，这种危害是无法抗拒的。因此在工程建筑地区有突发型的活断层存在时，任何建筑原则上都应避免跨越活断层以及与其有构造活动联系的分支断层，应将建筑物选择在无断层穿过的位置。

3.5地质构造与公路工程的关系

3.5.1地质构造与公路工程的关系

（1）当岩层水平、直立，或单斜层面及节理面背向路基时，对边坡稳定有利，如图3-34a)、b)所示。如若有软弱岩层时，应抹面护壁以防止风化。

(2)岩层层面及节理面倾向路基，且结构面的倾角大于10度，其走向又与路基平行或交角较小时，易形成边坡的坍塌。如若有软弱岩层时，则更易形成边坡的滑动，如图3-34d)、e)所示。

(3)断层破碎带的岩体松散，节理也很发育，常是地下水活动的通道，加之断层面倾向路基，所以当挖方边坡与断层带平行时，极易产生滑塌，如图3-34f)所示。

图3-34 路基工程与地质构造的关系

(4)堆积层下伏基岩坡体较陡且倾向路基，在其接触面处常有地下水活动，当路堑开挖超过接触面的深度时，堆积层极易失去平衡发生滑塌，尤以基岩属软弱层为最严重，如图3—35所示。

(5)节理特别发育的陡坡地段，当有一组或几组节理倾向路基时，开挖后常造成边坡崩塌、落石等病害，而且构造节理中为张节理，对路堑边坡也是极不稳定的因素。

图3-35 路堑边坡失稳示意图

3.5.2地质构造与桥梁工程的关系

(1)在确定桥位之前首要任务是勘察桥位可能穿越的地层、岩性、地质构造，尤其要分析桥位与大的构造线、破碎带之间的关系。

ⅳ）剖面上所切过的其它地层界线露头点，可按照上述褶皱形态依次勾绘出这些地层界线，即绘制出整个地质剖面。

在条件不同的情况下，褶皱地区地质剖面图的作图方法也不相同。

(2)当地质图上有地形等高线且岩层厚度及岩层产状均有较详细记载时，地质剖面图的编制方法与水平岩层地区及倾斜岩层地区地质剖面图的编制方法基本相同。在作图时要注意以下几个问题：

ⅰ）剖面线切过褶皱岩层，当发现褶曲一翼仅有局部地段的岩层产状不协调时，应在保持岩层厚度不变的情况下，将局部较陡或较缓的岩层向深部加以修改，使之逐步与岩层主要产状一致（图3-51）。

ⅱ）当使用的地形地质图比例尺较小，采用编构法（图3-52）编制地质剖面图。当使用的是大比例尺地形地质图，可直接根据实际资料或深部的工程控制所取得的确切资料，进行编联地质界线及勾绘褶皱形态。

图3-51 局部岩层产状的修正 图3-52 编构法绘制地质剖面图

ⅳ）在绘制褶曲转折端时，可根据褶曲岩层产状的变化趋势来勾绘。

ⅴ）当剖面切过不整合界线时，可在地质剖面图上先画出不整合面以上的构造形态，然后再画不整合面以下的构造形态，见图3-53。

图3-53 褶皱构造地质剖面图的绘制

百度搜索“yundocx”或“云文档网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，云文档网，提供经典综合文库工程地质构造与地质图识别在线全文阅读。