3 地质构造与地质图识别教案Word下载.docx
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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°
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°
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
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