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工程地质学第四章节理-断层

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第三节 节理岩石所受应力超过其自身强度的极限而发生破裂,导致岩层丧失其连续性的现象,称为断裂构造。节理 —— 无位移 (仅有断裂面 )断层 —— 两侧岩层有明显位移 (错动 ),有一个或一组断裂面断裂构造节理的空间位置 ==》 节理面的走向, 倾向,倾角节理就是岩石中的裂缝,其发育较断层更为普遍。 断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开,但没有发生明显的相对位移的断裂构造称节理构造。节理 ==》 有规律, 成群出现;相同成因,相互平衡 =》 节理组 =》 节理系1、按成因分类构造节理: 指由构造运动产生的构造应力形成的节理。具有明显的方向性和规律性,常常 成组 出现。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。一、节理的类型原生节理:岩石生成过程中形成的节理 (泥裂,柱状等)。次生节理张节理 和 剪节理张节理由张应力作用下形成的节理,其方向垂直于主张应力而平行与主压应力。2、按力学性质分类特征:•张节理多开口,一般被矿脉充填;•产状不稳定,延伸不远,常侧列产出;•节理面粗糙不平,无擦痕;•发育稀疏、分布不均匀;•常绕过砾石。σ2浆内部 出现冷却中心 (如橄榄石、辉石、斜长石等矿物生长处)。岩浆向冷却中心收缩。 产生张力场 ,在垂直岩浆冷却方向形成裂隙面 于 各冷却中心距离基本相等,围绕各冷却中心的张节理距离也基本相同,故有规则的多边形张节理组合 ,一般是流放柱状节理,也有五角柱状,七角柱等。 节理构造张节理特点:① 产状不稳定 , 在平面上呈蜿曲状或锯齿状延伸 , 沿走向延伸不远即告消失 。② 节理面粗糙不平 , 擦痕不发育 , 节理两壁裂开距离较大 , 有些张节理呈开口状或楔形 , 常被矿脉充填 。③ 在由压应力诱导产生的张应力作用下形成的张节理,常常会追踪先已形成的共轭 成锯齿状追踪张节理 。④ 一般来说,张节理面两侧的岩石没有发生相对错移的现象。当张节理发育在砾岩或含砾的碎屑岩中时常是绕过砾石。⑤ 张节理一般发育稀疏 , 节理之间的距离较大 , 分布不均匀 ,即使局部地段发育较多也很少密集成带 。由剪应力产生的破裂面,与张拉应力斜交特征:节理面闭合;产状稳定,延伸远;节理面平直光滑,常见擦痕;一般发育较密,且等间距分布, 成对出现,呈两组共轭剪节理;切割砾石或粗砂粒。剪节理σ2σ3σ1剪节理沿走向和倾向延伸较远,产状稳定。一般发育密集,即节理间距小。 节理构造剪节理特点:① 产状稳定 , 在平面和剖面上都呈直线延伸;规模较大 , 沿走向和倾向常延伸较远 。② 节理平直而光滑 , 常具擦痕 、 镜面等构造现象;节理两壁之间往往比较紧闭 。③ 发育在砾岩中或含砾的碎悄岩中的剪节理常把砾石切穿并发生微小的错移 ,可以借助这种错确定岩石被剪切的方向。④ 一般剪切理发育较密集 , 相邻两节理之间的距离较小 , 常具有等距性分布特点;有时则密集成带 。⑤ 在由压应力诱导产生的剪应力作用下形成的剪节理 , 常发育成两组构造 ⑥ 共轭 (1)按节理与所在岩层产状要素的关系分为 :①走向节理②倾向节理③斜向节理④顺层节理(2)按节理与褶皱枢纽方向的关系分为 :①纵节理②横节理③斜节理根据节理产状与岩层产状关系的节理分类根据节理产状与褶皱轴向关系的节理分类二、节理的观测与统计1、观察点的选择(考虑因素)1) 露头要好,最好能在三度空间观测,其露头面积一般不小于 10于大量测量。2) 构造特征清楚,岩层产状稳定。3) 节理比较发育,组系及其相互关系比较明确。4) 观测点应选在构造的重要部位,并且在不同构造层、不同岩系和不同岩性岩层中都应布点。2、节理调查的内容1)测量节理产状。2)观察节理面张开程度和充填情况。3)描述节理壁的粗糙程度。4)观察节理充水情况。5)确定节理成因。6)统计节理的密度、间距、数量,确定节理发育程度 (持续性 )和节理的主导方向。 节理持续性是指节理裂隙的延伸程度。持续性越好对工程影响越大。一般: 30m,好及很好。节理壁的粗糙程度调查3、调查资料的整理和统计节理统计常采用的节理玫瑰花图。玫瑰花图有走向玫瑰花图和倾向玫瑰花图。① 节理走向玫瑰花图在一半圆上分画 0 º~ 90 º度和 270 º~ 360 º( 0 º)的方位。把所测得的节理走向按每 5 º或 10 º分组,并统计每一组内节理数和平均走向。按各组平均走向,各圆心沿半径以一定长度代表每一组节理的个数 ,然后用折线相连。② 节理倾向玫瑰花图把所测得的节理走向按 5 º或 10 º间隔进行分组,统计每一组节理平均倾向和个数。在注有方位角的圆周图上,以节理个数为半径,按各组平均倾向定出各组的点,用折线连接各点既得节理倾向玫瑰图。节理测量仪和结果分析( 、节理对工程的影响破坏岩体的整体性强度降低增加岩体透水性加速岩石风化第四节 断层断层 —— 岩层受力发生断裂,破裂面两侧岩块发生明显的位移的断裂构造,断层分布广泛,规模有大有小。一、断层要素①下盘;②上盘; (上升盘,下降盘 )③ 断层面; ④ 断层线;⑤断层破碎带; (6)断距①②⑤③④二、断层的类型正断层:上盘相对下移,下盘相对上移。逆断层:上盘相对上移,下盘相对下移。平移断层 :断层两盘产生相对水平位移的断层。1、根据两盘相对运动方向 :􀂾 正断层、逆断层、平移断层。正断层特征: 岩体在水平张应力及重力作用形成, 一般规模不大,断层线比较平直,断层面倾角较陡,常大于 45° 。逆断层特征: 岩体受到水平方向强烈挤压力的作用形成。 逆掩断层和辗掩断层常是规模很大的区域性断层,常形成飞来峰和构造窗等构造。按断层面倾角冲断层 (>45° )逆掩断层 (25° ~ 45° ) 辗掩断层 (<25° ) 推覆构造剖面图(a)阿尔卑斯山格拉鲁斯推覆构造 (英文字母代表地层时代,据」, (b)四川彭县推覆构造 (据西川二区测队 )平移断层特征: 平移断层的倾角很大,断层面近于直立,断层线比较平直,可进一步分为左旋平移断层,右旋平移断层 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,延伸约 2000行平移距离达 500今仍在活动,形成世界著名的地震活动带 。对于兼具正、逆和平移的过渡性质的断层,一般采用组合命名,称之为 平移-逆断层、逆-平移断层、平移-正断层 和正-平移断层。 根据习惯,组合命名的后者表示主要运动分量。美国圣安德烈斯断层圣安德烈斯平移断层三藩市●洛杉矶● 圣安德烈斯断层长1050千米,伸入地面以下约 16千米。断层大部分是隐蔽的,但在有些地方则留下了明显的断裂痕迹。华山正断层华山长空栈道太行绝壁壁挂公路2、 断层的组合类型◆ 阶(梯)状断层 两条或两条以上走向一致,倾向相同正断层组合,其上盘依次下降呈阶梯状。例如:断块山地。庐山三叠泉庐山瀑布地堑两条或两组正断层组合而成,断层面之间的岩块相对下降,两侧的岩块相对上升。—— 地堑常常形成狭长的地堑裂谷。断层中间有一个共同的下降盘,称为地堑地堑裂谷东非大裂谷( 6500中段坦噶尼喀湖死海东非大裂谷的北端,低于海平面约 416米。贝加尔湖深达 1620m,世界第一深。莱茵河谷地垒与地堑相反,地垒是断层面之间的岩块相对上升,两侧的岩块相对下降。—— 地垒常常形成块状山地。断层中间有一个共同的上升盘,称为地垒庐山立体图鄱阳 湖九江市天山天山是一个典型的褶皱断块山。所以天山山脉断层很多,许多山岭都由断层作用上升造成,如博格达山就是一个典型的地垒,其平均海拔 4,000米以上。在山脉中间夹着一连串的断块陷落盆地,著名的如西段伊犁谷地和东段吐鲁番盆地。吐鲁番盆地的湖面比海平面还低 154 米。贺兰山地堑与地垒 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。叠瓦状构造一套产状相近幵向一个斱向逆冲的若干条逆冲断层,构成单冲型的逆冲断层,一般表现为叠瓦式。按断层与所在岩层产状关系分类①走向断层 (纵断层 ) ② 倾向断层 (横断层 )③ 斜向断层 (斜断层 )④ 顺层断层三、断层存在的标志(1)地层的重复或缺失(2)构造不连续现象(3)断层破碎带及构造岩(4)断层擦痕和阶步(5)牵引现象及伴生节理(6)地貌及地下水特征断层能够破坏地层层序,造成地面上某些地层的重复或缺失,什么时候重复,什么时候缺失,与断层性质、断面及岩层产状有关。(1) 地层的重复或缺失地质界线突然中断褶皱核部地层变化(2)构造不连续现象(3)断层破碎带及构造岩层泥、糜棱岩Z-震旦系白云岩 炭二叠系地层断层角砾岩(4). 擦痕和阶步擦痕 —— 断面上平行而密集的沟纹;镜面 —— 断层面上平滑而光亮的部分;阶步 ”。以上均为两侧岩层 (块 )相对滑动在断面上留下痕迹,可据此推测两盘相对运动方向。(4)断层擦痕和阶步(5)牵引现象及伴生节理断层两侧岩层相对位移时,受摩擦阻力影响出现弯曲。牵引褶皱可指示对盘位移方向 。断层的牵引现象断层的半生节理(6)地貌及水系特征负地形 (低凹地带 ):俗话说“逢沟必断”断层崖、断层三角面断层湖、断层泉。断层崖串珠状的湖泊或洼地,泉水的带状分布,常表明有大断带存在。正常延伸的山脊突然错断,正常流径的河流突然产生急转弯。 〈 断层两盘相对平移 〉45°断层符号识别在地质图上,断层一般用 粗红线 醒目地标示出来,断层性质用相应符号表示。正断层 平移断层逆断层70°四、研究断层在工程上的意义1.断层可增大岩石的透水性和含水性;断层的交叉处常是地下水出露的地段;2.断层可以降低岩石的坚固性和稳定性,造成隧道工程、矿井工程或坝基等塌陷的危险。3. 桥梁基础应尽量避开断层修建。隧道与铁路也应尽量避开,否则尽量垂直穿越。断层、节理在各种岩石中都有分布,以节理最为普遍。节理间距越小,岩石破碎程度越高;节理裂隙张开程度越大越有利于风化作用的进行和地下水的活动;节理缝中若有泥质充填则岩块就容易产生滑动变形。因此节理发育的密集程度、张开度和充填物特征都是评价岩体质量的主要因素。断裂构造的工程评价第五节 活断层第五节 地震与 活动性 断层一 、 地震自主学习第五节 活断层二、活断层概念1、定义:目前正在活动、 近期 曾有过活动的断层。2、时间上限:各国规定不一。我国规定为:一般工程 今 1万年);水利工程、核能工程 今 10~15万年)。地表错动 震 强烈地震会使活断层附近较大范围内的建筑物受到损害 。世界著名的活断层:圣安德烈斯 (美国)安纳托利亚 (土耳其)博格多 (蒙古)郯庐 (中国)均长达数百至数千公里,且均发生过 8级以上强震。二、活断层研究意义围岩强度差异?1、活断层的活动方式间歇突发 — 断层两盘突然错动(突发大震),运动有周期性。围岩强度高,锁固能力强,积累弹性应变能量级大。对应粘滑型断层;连续缓慢 — 断层两盘缓慢持续滑动,围岩强度较低,不能积累高的弹性应变能。对应蠕滑型断层。一条活断层的不同段上,可能反应不同的活动方式。二、活断层的特性2、断层参数定量研究(1)长度 : 以地表断裂带长度表征。大于 于 级愈大、震源深度愈浅、地表断裂带愈长。(2)断距:以断层最大位移量表征。震级越大、震源越浅、位移量越大。最大位移量与错断长度成正比关系。分支、次级断裂的断距随其与主断裂的距离增加而减小。(3)错动速率:某一时段两盘相对位移速度的平均值。一般大于 1mm/点: 时空分布不均。同一断层上不同部位亦不同 ;不同时段其值不同,往往临震加速,震后减缓。据精密仪器测量地面形变、第四纪沉积物位移量获得。(4)错动周期:两次断层突然错动的时间间隔。取决于地壳应变速率和锁固段强度。地壳平均位移量小,则周期长;锁固段岩体强度弱,周期短。断层错动周期为: R=D/S 有蠕滑时: R=D/( D:一次地震位移量; S:年平均位移量; C:平均蠕滑位移量。安德烈斯断裂按蠕滑速率可分九段:其中 mm/a,无震; B、 距 距 10m。宁夏贺兰山东麓活断层,错开第四纪中更新世至全新世所有洪积物,断距 > 50米,形成断崖。三、活断层的鉴别标志1、地质、地貌、水文地质特征:地质:最新 沉积物 地表错开;未胶结的断层破碎带;地裂缝。水文:脉状含水层(带);泉水线状分布、植被发育;温泉呈线状(串珠状)分布;微量元素含量显著增加。地貌 : 地貌突变及沉积物厚度变化显著; 河流 、 河谷方向突变 ( 同步拐 ) ; 山脊 、 山谷 、 阶 地 、 洪积扇被错开; 崩滑现象呈线状分布;2、历史地震及地表错断历史地震、地表错断证实活断层存在 ;(宁夏石嘴山明代长城(距今约 400年)两处被错段。)近期地震记录有震中、震级、断裂长度、断距等资料,是断层活动的证据;用考古方法可判定断陷盆地下降速率。(山西山阴县,金代文物被埋,可推算汾渭地堑北段下降速率约 a。)3、地形变测量:地形变测量(精密水准、三角)可判定无震蠕滑断层(和突发地震断层 )的活动性。1、总原则:避开 、无法避开时 —线形工程:跨越活断层应尽量使其高角度相交,避开主断层;水利工程:选相对稳定地段 — 安全岛;将重要建筑物置于下盘,距主断数公里以上。3、结构措施: 如水利工程, 活断层上不宜用混凝土重力坝、拱坝(刚性结构);宜用土石坝(散体)。五、活断层地区建筑原则 思考题:、活断层对人类工程有何影响,工程中应如何考虑? 思考题: 什么是岩层的产状,如何表示? 在野外如何识别褶皱 ? 简述张节理和剪节理的特征? 断层的基本类型及组合形式有哪些?野外如何识别断层? 活断层对人类工程有何影响,工程中应如何考虑? 么是节理 ? 它对工程有什么影响 ?么是断层 ? 按两盘相对位移方向,断层如何分类 ? 简单说明断层的工程地质评价。么是活动性断裂 ? 活动性断裂的判别标志和判别方法是什么 ?
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