岩层产状.docx
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岩层产状
第四节、地质构造的基本类型
由于地壳中存在有很大的应力，组成地壳的上部岩层，在地应力的长期作用下就会发生变形，形成构造变动的形迹，我们把构造变动在岩层和岩体中遗留下来的各种构造形迹，称为地质构造。
地质构造的规模，有大有小。
大的如构造带，可以纵横数千公里，小的则如前边讲过的岩石的片理等。
尽管规模大小不同，但它们都是地壳运动造成的永久变形和岩石发生相对位移的踪迹，因而它们在形成、发展和空间分布上，都存在有密切的内部联系。
本节着重就一些简单的和典型的基本构造形态进行讨论。
一、水平构造和单斜构造
水平构造
未经构造变动的沉积岩层，其形成时的原始产状是水平的，先沉积的老岩层在下，后沉积的新岩层在上，称为水平构造。
分布：
只是局限于受地壳运动影响轻微的地区。
单斜构造
原来水平的岩层，在受到地壳运动的影响后，产状发生变动，当岩层向同一个方向倾斜，形成单斜构造（图1-11）。
分布：
单斜构造往往是褶曲的一翼、断层的一盘或者是局部地层不均匀的上升或下降所引起。
（一）岩层产状
产状定义：
岩层在空间的位置，称为岩层产状。
产状三要素：
岩层层面的走向、倾向和倾角（图1-12）。
走向：
岩层层面与水平面交线的方位角，称为岩层的走向。
岩层的走向表示岩层在空间延伸的方向。
倾向：
垂直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，称为岩层的倾向。
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，称为岩层的倾角。
岩层的倾角表示岩层在空间倾斜角度的大小。
用岩层产状的三个要素，能表达经过构造变动后的构造形态在空间的位置。
（二）岩层产状的测定及表示方法
测定方法：
岩层产状测量，是地质调查中的一项重要工作，在野外是用地质罗盘直接在岩层的层面上测量的。
测量走向时，使罗盘的长边紧贴层面，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。
测量倾角时，需将罗盘横着坚起来，使长边与岩层的走向垂直，紧贴层面，等倾斜器上的水准泡居中后，读悬锤所示的角度，就是岩层的倾角。
表示方法：
（一组走向为北西320°，倾向南西230°，倾角35°的岩层产状）一般写成：
（1）N320°W，SW230°W，<35°。
的形式，在地质图上，岩层的产状用符号""表示，长线表示岩层的走向，与长线垂直的短线表示岩层的倾向（长短线所示的均为实测方位），数字表示岩层的倾角。
（2）可记录为SW230°<35°的形式。
（3）230°<35°。
二、褶皱构造
定义：
组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列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塑性变形，是地壳表层广泛发育的基本构造之一。
（一）褶曲
定义
褶皱构造中的一个弯曲，称为褶曲。
褶曲是褶皱构造的组成单位。
褶曲要素：
每一个褶曲，都有核部、翼、轴面、轴及枢纽等几个组成部分，一般称为褶曲要素（图1-13）。
核部
褶曲的中心部分，通常把位于褶曲中央最内部的一个岩层称为褶曲的核。
翼
位于核部两侧，向不同方向倾斜的部分，称为褶曲的翼。
轴面
从褶曲顶平分两翼的面，称为褶曲的轴面。
轴
轴面与水平面的交线，称为褶曲的轴。
轴的方位，表示褶曲的方位。
轴的长度，表示褶曲延伸的规模。
枢纽
轴面与褶曲同一岩层层面的交线，称为褶曲的枢纽。
枢纽可以反映褶曲在延伸方向产状的变化情况。
（二）褶曲的类型
1．褶曲的基本形态：
是背斜和向斜（图1-14）。
背斜：
褶曲是岩层向上拱起的弯曲。
较老的岩层出现在褶曲的轴部，从轴部向两翼，依次出现的是较新的岩层。
"新包老"
向斜：
褶曲是岩层向下凹的弯曲。
在褶曲轴部出露的是较新的岩层，向两翼依次出露的是较老的岩层。
"老包新"
2．按褶曲的轴面产状分类：
如图1-15：
（1）直立褶曲：
轴面直立，两翼向不同方向倾斜，两翼岩层的倾角基本相同，在横剖面上两翼对称，所以也称为对称褶曲。
（2）倾斜褶曲：
轴面倾斜，两翼向不同方向倾斜，但两翼岩层的倾角不等，在横剖面上两翼不对称，所以又称为不对称褶曲。
（3）倒转褶曲：
轴面倾斜程度更大，两翼岩层大致向同一方向倾斜，一翼层位正常，另一翼老岩层覆盖于新岩层之上，层位发生倒转。
（4）平卧褶曲：
轴面水平或近于水平，两翼岩层也近于水平，一翼层位正常，另一翼发生倒转。
3．按褶曲的枢纽产状分类：
（1）水平褶曲：
褶曲的枢纽水平展布，两翼岩层平行延伸（图1-16）。
（2）倾伏褶曲：
褶曲的枢纽向一端倾伏，两翼岩层在转折端闭合（图1-17）。
当褶曲的枢纽倾伏时，在平面上会看到，褶曲的一翼逐渐转向另一翼，形成一条圆滑的曲线。
在平面上，褶曲从一翼弯向另一翼的曲线部分，称为褶曲的转折端。
在倾伏背斜的转折端，岩层向褶曲的外方倾斜（外倾转折）；
在倾伏向斜的转折端，岩层向褶曲的内方倾斜（内倾转折）。
4．按褶曲构造延伸的规模分：
线形褶曲：
长宽比大子10:
1，延伸的长度大而分布宽度小的，称为线形褶曲。
短背（向）斜：
褶曲向两端倾伏，长宽比介于10:
1～3:
1之间，成长圆形的。
穹隆：
长宽比小于3:
1的圆形背斜称为穹隆；
构造盆地：
宽比小于3:
1的圆形的向斜称为构造盆地。
（三）褶皱构造
定义：
褶皱是褶曲的组合形态，两个或两个以上褶曲构造的组合，称为褶皱构造。
图1-18所示的，就是一个舒缓开阔的褶皱构造的实际例子。
（四）褶皱构造的工程地质评价和野外观察
1．褶皱构造的工程地质评价
（1）褶曲的翼部基本上是单斜构造，也就是倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线走向的关系问题。
（2）对于深路堑和高边坡来说，路线垂直岩层走向，或路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反时，只就岩层产状与路线走向的关系而言，对路基边坡的稳定性是有利的；
（3）不利的情况是路线走向与岩层的走向平行，边坡与岩层的倾向一致，特别在云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩、千枚岩等松软岩石分布地区，坡面容易发生风化剥蚀，产生严重碎落坍塌，对路基边坡及路基排水系统会造成经常性的危害；
（4）最不利的情况是路线与岩层走向平行，岩层倾向与路基边坡一致，而边坡的坡角大于岩层的倾角，特别在石灰岩、砂岩与粘土质页岩互层，且有地下水作用时，如路堑开挖过深，边坡过陡，或者由于开挖使软弱构造面暴露，都容易引起斜坡岩层发生大规模的顺层滑动，破坏路基稳定。
（5）对于隧道工程来说，从褶曲的翼部通过一般是比较有利的。
如果中间有松软岩层或软弱构造面时，则在顺倾向一侧的洞壁，有时会出现明显的偏压现象，甚至会导致支撑破坏，发生局部坍塌。
（6）在褶曲构造的轴部，从岩层的产状来说，是岩层倾向发生显著变化的地方，就构造作用对岩层整体性的影响来说，又是岩层受应力作用最集中的地方，所以在褶曲构造的轴部，不论公路、隧道或桥梁工程，容易遇到工程地质问题，主要是由于岩层破碎而产生的岩体稳定问题和向斜轴部地下水的问题。
2．褶曲的野外观察
一般情况下，人们容易认为背斜为山，向斜处为谷。
在一定的外力条件下，向斜山与背斜谷（图1-19）的情况在野外也是比较常见的。
因此，不能够完全以地形的起伏情况作为识别褶曲构造的主要标志。
在野外就需要采用穿越的方法和追索的方法进行观察。
穿越法：
就是沿着选定的调查路线，垂直岩层走向进行观察。
用穿越的方法，便于了解岩层的产状、层序及其新老关系。
如果在路线通过地带的岩层呈有规律的重复出现，则必为褶曲构造。
根据岩层出露的层序及其新老关系，判断是背斜还是向斜。
分析两翼岩层的产状和两翼与轴面之间的关系，可以判断褶曲的形态类型。
追索法：
就是平行岩层走向进行观察的方法。
平行岩层走向进行追索观察，便于查明褶曲延伸的方向及其构造变化的情况当两翼岩层在平面上彼此平行展布时为水平褶曲，如果两翼岩层在转折端闭合或呈"S"形弯曲时，则为倾伏褶曲。
在实践中一般以穿越法为主，追索法为辅，根据不同情况，穿插运用。
三、断裂构造
定义：
构成地壳的岩体，受力作用发生变形，当变形达到一定程度后，使岩体的连续性和完整性遭到破坏，产生各种大小不一的断裂，称为断裂构造。
断裂构造是地壳上层常见的地质构造，包括断层和裂隙等。
（一）裂隙
定义：
裂隙也称为节理。
是存在于岩体中的裂缝，是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造。
1．裂隙的类型
自然界的岩体中几乎都有裂隙存在，按成因可以归纳为构造裂隙和非构造裂隙两类。
构造裂隙：
是岩体受地应力作用随岩体变形而产生的裂隙。
它在空间分布上具有一定的规律性。
按裂隙的力学性质，构造裂隙可分为下面两种：
（1）张性裂隙：
在褶曲构造中，张性裂隙主要发育在背斜和向斜的轴部。
裂隙张开较宽，断裂面粗糙一般很少有擦痕，裂隙间距较大且分布不匀，沿走向和倾向都延伸不远。
（2）扭（剪）性裂隙：
一般多是平直闭合的裂隙，分布较密，走向稳定，延伸较深、较远，裂隙面光滑，常有擦痕。
扭性裂隙常沿剪切面成群平行分布，形成扭裂带，将岩体切割成板状。
两组裂隙在不同的方向同时出现，交叉成"X"形，将岩体切割成菱形块体。
扭性裂隙常出现在褶曲的翼部和断层附近。
非构造裂隙：
是由成岩作用、外动力、重力等非构造因素形成的裂隙。
原生裂隙风化裂隙，卸荷裂隙等。
2．裂隙的工程地质评价
岩体中的裂隙，在工程上除有利于开挖外，对岩体的强度和稳定性均有不利的影响。
（1）岩体中存在裂隙，破坏了岩体的整体性，促进岩体风化速度，增强岩体的透水性，因而使岩体的强度和稳定性降低。
（2）当裂隙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，路堑边坡都容易发生崩塌等不稳定现象。
（3）在路基施工中，如果岩体存在裂隙，还会影响爆破作业的效果。
3．裂隙调查、统计和表示方法
调查裂隙时，应先在工点选择一具有代表性的基岩露头，对一定面积内的裂隙，按表1-9所列内容进行测量，同时要注意研究裂隙的成因和填充情况。
测量裂隙产状的方法和测量岩层产状的方法相同。
统计裂隙，有各种不同的图式。
裂隙玫瑰图就是其中比较常用的一种。
裂隙玫瑰图可以用裂隙走向编制，也可以用裂隙倾向编制。
其编制方法如下：
（1）裂隙走向玫瑰图
1）在一任意半径的半圆上，画上刻度网。
2）把所测得的裂隙按走向以每5°或每10°分组，统计每一组内的裂隙数并算出其平均走向。
3）自圆心沿半径引射线，射线的方位代表每组裂隙平均走向的方位，射线的长度代表每组裂隙的条数。
4）然后用折线把射线的端点连接起来，即得裂隙走向玫瑰图（图1-20a）。
从图上可以看出，比较发育的裂隙有：
走向330°、30°、60°、300°及走向东西的共五组。
（2）裂隙倾向玫瑰图
1）先将测得的裂隙，按倾向以每5°或每10°分组，
2）统计每一组内裂隙的条数，并算出其平均倾向。
3）用绘制走向玫瑰图的方法，在注有方位的圆周上，根据平均倾向和裂隙的条数，定出各组相应的点子。
4）用折线将这些点子连接起来，即得裂隙倾向玫瑰图（图1-20b）。
裂隙的发育程度，在数量上有时用裂隙率表示。
裂隙率：
是指岩石中裂隙的面积与岩石总面积的百分比。
裂隙率越大，表示岩石中的裂隙越发育。
反之，则表明裂隙不发育。
（二）断层
定义：
岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生了显著位移的断裂构造，称为断层。
1．断层要素
断层由以下几个部分组成（图1-21）：
断层面：
两侧岩块发生相对位移的断裂面，称为断层面。
断层的产状，就是用断层面的走向、倾向和倾角表示的。
规模大的断层，经常不是沿着一个简单的面发生，而往往是沿着一个错动带发生，称为断层破碎带。
由于两侧岩块沿断层面发生错动，所以在断层面上常留有擦痕，在断层带中常形成糜棱岩，断层角砾和断层泥等。
断层线：
断层面与地面的交线，称为断层线。
断层线表示断层的延伸方向，其形状决定于断层面的形状和地面的起伏情况。
上盘和下盘：
断层面两侧发生相对位移的岩块，称为断盘。
当断层面倾斜时，位于断层面上部的称为上盘；位于断层面下部的称为下盘，当断层面直立时，常用断块所在的方位表示，如东盘、西盘等，以断盘位移的相对关系为依据，则将相对上升的一盘称为上升盘，相对下降的一盘称为下降盘。
断距：
断层两盘沿断层面相对移动开的距离。
2．断层的基本类型
断层的分类方法很多，所以有各种不同的类型。
根据断层两盘相对位移的情况，可以分为下面三种
（1）正断层（图1-22a）上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。
正断层一般是由于岩体受到水平张应力及重力作用，一般规模不大，断层线比较平直，断层面倾角较陡，常大于45°。
（2）逆断层（图1-22b）上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层。
逆断层一般是由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用。
断层面从陡倾角至缓倾角都有。
其中断层面倾角大于45°的称为冲断层；
介于25°～45°之间的称为逆掩断层（图1-22d）
小于25°的称为辗掩断层，逆掩断层和辗掩断层常是规模很大的区域性断层。
（3）平推断层（图1一22c）由于岩体受水平扭应力作用，使两盘沿断层面发生相对水平位移的断层。
平推断层的倾角很大，断层面近于直立，断层线比较平直。
上面介绍的，主要是一些受单向应力作用而产生的断裂变形，是断层构造的三个基本类型。
断层的形成和分布，不是孤立的现象。
它受着区域性或地区性地应力场的控制，并经常与相关构造相伴生，很少孤立出现。
在各构造之间，总是依一定的力学性质，以一定的排列方式有规律地组合在一起，形成不同形式的断层带。
断裂带:
是局限于一定地带内的一系列走向大致平行的断层组合，如阶状断层（图1-23）、地堑、地垒（图1-24）和迭瓦式构造（图1-25）等。
地堑：
常形成狭长的凹陷地带，如我国山西的汾河河谷，陕西的渭河河谷等，都是有名的地堑构造。
地垒：
多形成块状山地，如天山、阿尔泰山等，都广泛发育有地垒构造。
3．断层的工程地质评价
（1）由于岩层发生强烈的断裂变动，致使岩体裂隙增多、岩石破碎、风化严重、地下水发育，从而降低了岩石的强度和稳定性，对工程建筑造成了种种不利的影响。
（2）在公路工程建设中，如确定路线布局、选择桥位和隧道位置时，要尽量避开大的断层破碎带。
（3）在研究路线布局，特别在安排河谷路线时，要注意河谷地貌与断层构造的关系。
当路线与断层走向平行，路基靠近断层破碎带时，由于开挖路基，容易引起边坡发生大规模坍塌，直接影响施工和公路的正常使用。
（4）在进行大桥桥位勘测时，要注意查明桥基部分有无断层存在，及其影响程度如何）以便根据不同情况，在设计基础工程时采取相应的处理措施。
（5）在断层发育地带修建隧道，是最不利的一种情况。
由于岩层的整体性遭到破坏，加之地面水或地下水的侵入，其强度和稳定性都是很差的，容易产生洞顶坍落，影响施工安全。
（6）当隧道轴线与断层走向平行时，应尽量避免与断层破碎带接触。
隧道横穿断层时，虽然只有个别段落受断层影响，但因地质及水文地质条件不良，必须预先考虑措施，保证施工安全。
特别当断层破碎带规模很大，或者穿越断层带时，会使施工十分困难，在确定隧道平面位置时，要尽量设法避开。
4．断层的野外识别
识别依据：
（1）改变原有地层的分布规律，
（2）断层面及其相关部分形成各种伴生构造，
（3）并形成与断层构造有关的地貌现象。
识别方法：
（1）地貌特征：
断层崖
断层三角面地形（图1-26）；
沟谷或峡谷地形。
山脊错断、错开，
河谷跌水瀑布，
河谷方向发生突然转折等。
（2）地层特征：
岩层发生重复（图1-27a）或缺失（图1-27b），
岩脉被错断（图1-27c），
岩层沿走向突然发生中断，
与不同性质的岩层突然接触等。
（3）断层的伴生构造现象：
岩层牵引弯曲、断层角砾、糜棱岩、断层泥和断层擦痕等。
牵引弯曲：
是岩层因断层两盘发生相对错动，因受牵引而形成的弯曲（图1-27d），多形成于页岩、片岩等柔性岩层和薄层岩层中。
当断层发生相对位移时，其两侧岩石因受强烈的挤压力，有时沿断层面被研磨成细泥，称为断层泥；
如被研碎成角砾，则称为断层角砾（图1-27e）。
断层角砾一般是胶结的，其成分与断层两盘的岩性基本一致。
断层两盘相互错动时，因强烈摩擦而在断层面上产生的一条条彼此平行密集的细刻槽，称为断层擦痕（图1-27f）。
顺擦痕方向抚摸，感到光滑的方向即为对盘错动的方向。
此外，如泉水、温泉呈线状出露的地方，也要注意观察，是否有断层存在。
四、不整合
定义：
在野外，我们有时可以发现，形成年代不相连续的两套岩层重叠在一起的现象，这种构造形迹，称为不整合（图1-28）。
不整合不同于褶皱和断层，它是一种主要由地壳的升降运动产生的构造形态。
（一）整合与不整合
原因：
在地壳上升的隆起区域发生剥蚀，在地壳下降的凹陷区域产生沉积。
整合接触：
当沉积区处于相对稳定阶段时，则沉积区连续不断地进行着堆积，这样，堆积物的沉积次序是衔接的，产状是彼此平行的，在形成的年代上也是顺次连续的，岩层之间的这种接触关系。
称为整合接触（图1-29a）。
不整合接触：
由于沉积过程发生问断，所以岩层在形成年代上是不连续的，中间缺失沉积间断期的岩层，岩层之间的这种接触关系，称为不整合接触。
（二）不整合的类型
不整合有各种不同的类型，但基本的有平行不整合和角度不整合两种。
1．平行不整合（图1-29b）：
不整合面上下两套岩层之间的地质年代不连续，缺失沉积间断期的岩层，但彼此问的产状基本上是一致的，看起来貌似整合接触，所以又称为假整合。
2．角度不整合（图1-29c）：
角度不整合又称为斜交不整合，简称不整合。
角度不整合不仅不整合面上下两套岩层问的地质年代不连续，而且两者的产状也不一致，下伏岩层与不整合面相交有一定的角度。
这是由于不整合面下部的岩层，在接受新的沉积之前发生过褶皱变动的缘故。
（三）不整合的工程地质评价
（1）不整合面，是下伏古地貌的剥蚀面，它一则常有比较大的起伏，同时常有风化层或底砾存在，层问结合差，地下水发育；
（2）当不整合面与斜坡倾向一致时，如开挖路基，经常会成为斜坡滑移的边界条件，对工程建筑不利。
五、地质图的阅读与分析
地质图
是反映一定范围内地质构造的平面图件。
包括内容：
图名、图例、比例尺；岩层的性质、地质年代及其分布规律；地质构成形态特征（向斜、背斜、断层等）；岩层的接触关系以及地形特征等。
下面我们对明山寨地质图（图1-30）进行较全面地分析，分析步骤如下：
1．地质图的比例尺：
明山寨地质图是1:
50000，即1cm＝500m（书上的图已相应的缩小）；据此，明山寨地质图的范围为：
7km×5km-35km2面积。
2．仔细阅读图右边的图例，这是为了了解该区共出现哪些地质年代的岩层，而其岩性特征又是如何
3．对明山寨地区地质图的阅读与具体分析如下：
（1）地形特征
（2）地层分布情况
（3）地质构造形成的分析：
褶曲分析 断层分析
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