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工程地质学第四章 断裂构造 2

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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◆ 岩层在受到构造运动作用后,在保持连续性的情况下产生弯曲变形。◆ 褶曲是岩层的一个弯曲,两个或两个以上的褶曲的组合称为褶皱。第二节 褶皱轴面枢纽翼部核部一 、 褶曲形态要素二 、 常见褶曲类型◆ 褶曲的基本类型是背斜褶曲(背斜构造)与向斜褶曲(向斜构造)。老新新老◇ 顺地貌:背斜成山 , 向斜为谷◇ 逆地貌:背斜为谷 , 向斜成 山老新岩层褶皱构造中背斜、向斜通常共存如同翻起的波浪相邻背斜之间是向斜;相邻向斜之间是背斜;相邻背斜和向斜共用一个翼。◆ 按轴面及两翼岩层产状,褶皱可分为四类:直立褶皱、斜歪褶皱、倒转褶皱、平卧褶皱① 直立褶曲(对称褶曲):轴面直立,两翼倾向相反,倾角大致相等;②斜歪褶曲(不对称褶曲):轴面倾斜,两翼倾向相反 ,倾角不等;③倒转褶曲:轴面倾斜,两翼倾向相同,其中一翼岩层形成倒转(老岩层在上,新岩层在下),两翼倾角相等等或不等;④平卧褶曲(横卧褶曲):轴面水平或近乎水平,两翼岩层也近乎水平。一翼岩层正常,另一翼发生倒转。三、褶皱分类直立褶曲罗布泊平卧褶曲按褶皱枢纽的产状可分为: 水平褶曲、倾伏褶曲(a)(a`)水平褶曲 (b)(b`)倾伏褶曲仙人洞倾伏褶曲庐山◆ 按平面形态 , 褶曲可分为三类:① 短轴褶曲:其平面呈长圆状,长/宽约 3/ 1 ~ 10/ 1 之间;② 线状褶曲/宽一般> 10/ 1 ;③ 浑圆形褶曲(穹隆构造、构造盆地):◆ 若核部为老岩层,翼部为较新岩层,岩层自中心向四周倾斜的浑圆形构造,就称之为穹隆构造;老 新其平面形态呈圆形或椭圆形,长/宽< 3/ 1 。◆ 构造盆地;新老指核部为新岩层,翼部为较老岩层,岩层自四周向中心倾斜的浑圆形构造。(1)应垂直岩层走向进行观察,当岩层重复出现对称分布 时,便可肯定有褶皱构造; (2)分析岩层新老组合关系 ;(3)分析岩层产状 ;(4)分析枢纽产状四、褶皱的野外识别􀂙 五、褶皱的工程地质评价( 隧道稳定 )背斜核部:张节理多,岩石破碎;向斜核部:拱顶塌方,地下水涌入;翼部:岩层厚切稳定处。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 理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:成岩过程中形成的节理。次生节理节理 —— 就是岩石中的裂缝,其发育较断层更为普遍。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不主压应力。2、按力学性质分类特征:•张节理多开口,一般被矿脉充填;•产状丌稳定,延伸丌远,常侧列产出;•节理面粗糙丌平,无擦痕;•发育稀疏、分布丌均匀;•常绕过砾石。第三系砂岩中张节理的侧列现象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,确定节理发育程度和节理的主导方向。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。天平山 8号观测点节理统计资料三、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二 、 地质构造台湾清水断层崖断层 —— 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: 岩体受到水平 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。平移断层特征: 水平推断层的倾角很大,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 >45° )逆掩断层 (25° ~ 45° ) 辗掩断层 (<25° ) 断层的特征白垩纪 页岩对于兼具正、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 由两条以上倾向相同(相互平行)的正断层组合,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◆ 地堑由两组倾向不同的正断层组合而成,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凹陷谷地。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。莱茵河谷孚日山 (法 )黑林山 (德 )◆ 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。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。贺兰山叠瓦状构造一套产状相近并向一个方向上升的若干条逆冲断层组成,一般表现为叠瓦式。叠瓦式逆冲断层系中各条断层的倾向一致,形态和规模基本相同。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 褶皱核部地层宽度的变化(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(4). 擦痕、镜面和阶步擦痕 —— 断面上平行而密集的沟纹;镜面 —— 断面上局部平滑而光亮的面;阶步 —— 擦痕及镜面末端常出现的“陡坎”。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。(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。(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。第五节 活断层一、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 —— 断层的地表错动及其附近伴生的地面变形往往会直接损害跨断层修建或建于其邻近的建筑物。地震 —— 活断层多伴有地震,而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,可能表现出不同的活动方式。三、活断层的特性2、断层常用参数的研究(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。(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/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。四、活断层的判别标志(自习)1、地质标志2、地貌标志3、地壳形变测量、地球物理和化学标志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)。四、活断层地区建筑原则1、什么是相对年代,它是判别方法有哪些?2、地质年代单位和地层单位有何不同?地质年代表中包括几个纪,从老到新简述之。3、什么是岩层产状?已知某岩层倾向 80度,倾角 42度,试用两种方法表示岩层产状。 1、什么是岩层产状?已知某岩层倾向 100度,倾角 30度,试用两种方法表示岩层产状。 2、简述什么是褶皱构造,褶曲的基本形态有哪些?根据轴面和两翼岩层产状褶皱如何分类? 3、什么是节理,简述张节理和剪节理的特征。 4、按两盘运动方向断层可以分层哪些类型?断层的组合类型有哪些?
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