第3章 地质构造

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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，小的如岩石片理等，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。
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在漫长的地质历史过程中，地壳经历了长期、多 次复杂的构造运动。在同一区域，往往会有先后不同 规模和不同类型的构造体系形成，它们互相干扰，互 相穿插，使区域地质构造会显得十分复杂。但大型的 复杂的地质构造，总是由一些较小的简单的基本构造 形态按一定方式组合而成的。
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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。有时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。
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在褶曲构造中，褶曲的轴面产状和两翼岩层的倾 斜程度，常和岩层的受力性质及褶皱的强烈程度有关。 在褶皱不太强烈和受力性质比较简单的地区，一般多 形成两翼岩层倾角舒缓的直立褶曲或倾斜褶曲；在褶 皱强烈和受力性质比较复杂的地区，一般两翼岩层的 倾角较大，褶曲紧闭，并常形成倒转或平卧褶曲。
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（2）按褶曲的枢纽产状分类
背斜褶曲：指两翼岩层以核部为中心向两侧倾斜， 形态上是岩层向上弯曲。背斜核部出露的岩层时代 相对较老，而翼部时代相对较新。
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向斜褶曲：指两翼岩层向核部倾斜，形态上是岩层向 下弯曲的褶皱。向斜核部岩层时代较新，翼部时代较 老。 相邻向斜和背斜共用一个冀部。
(a) 未剥蚀
(b) 剥蚀 背斜与向斜
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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；从构造作用对岩层整体性 的影响来说，是岩层受应力作用最集中的地方，因此 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。
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这些问题在隧道工程中往往显得更为突出，容易产生 隧道塌顶和涌水现象，有时会严重影响正常施工。
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2．岩层产状
岩层的产状是指岩层的空间位臵，它是研究地质 构造的基础。产状用岩层层面的走向、倾向和倾角三 个产状要素来表示。
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走向：指岩层层面与水平面交线的方位角，其表示 岩层在空间延伸的方向，如图中AB线。 倾向：指垂直走向顺倾斜面向下引出的直线在水平 面的投影的方位角，表示岩层在空间的倾斜方向， 如图中CD线。
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3.3 断裂构造及其与工程的关系 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，分布很广， 特别在一些断裂构造发育的地带，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
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（3）最不利情况：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。
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对于隧道工程来说，从褶曲的翼部通过一般是 比较有利的；但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。
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根据褶曲平面形态划分的褶曲形态类型
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3．褶皱构造
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。在褶皱比较强烈的地 区，一般的情况都是线形的背斜与向斜相间排列， 以大体一致的走向平行延伸，有规律地组合成不同 形式的褶皱构造。
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如果褶皱剧烈，或在早期褶皱的基础上再经褶皱 变动，就会形成更为复杂的褶皱构造，我国的一些著 名山脉，如昆仑山、祁连山、秦岭等，都是这种复杂 的褶皱构造山脉。
构造可分为裂隙和断层两类。
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3.3.1 裂隙
裂隙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，也称为
节理。
1．裂隙的类型 按成因裂隙可分为构造裂隙和非构造裂隙两大类。
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（1） 构造裂隙：岩体受地应力作用随岩体变形而产 生的裂隙，在成因上与相关构造（如褶曲、断层等） 和应力作用的方向及性质有密切联系，故其在空间分 布上具有一定的规律性。 按裂隙的力学性质，构造裂隙可分如下两种： 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。
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（3）按褶曲的平面形态分类
线形褶曲：褶曲的长度和宽度的比例大于10：1，延 伸长度大而分布宽度小。 短轴褶曲：褶曲向两端倾伏，长宽比介于10：1~3： 1之间，成长圆形；如为背斜则称为短背斜；如为向 斜则称为短向斜。 穹隆与构造盆地：褶曲长宽比小于3：l的圆形背斜为穹 隆、向斜为构造盆地；两者均为构造形态，不能与地 形上的隆起和盆地相混淆。
对于深路堑和高边坡来说，存在三种情况：
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（1）有利情况：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；
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（2）不利情况：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；
轴 ：指轴面与水平面的交线；轴的方位，表示褶曲的方位； 轴的长度，表示褶曲延伸的规模，如图中DH。
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枢纽：指轴面与褶曲同一岩层层面的交线，褶曲的 枢纽有水平的，有倾斜的，也有波状起伏的；枢纽 可以反映褶曲在延伸方向产状的变化情况，如图中 交线BH。
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2．褶曲的类型
褶曲的基本形态是背斜和向斜。
第 3 章 地质构造及其对工程的影响
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主要内容
几种常见地质构造（褶皱、节理和断层）的 概念、要素、类型及其特性；
以及这些地质构造的野外识别和工程地质评
价。
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3.1 3 .1
岩层的产状要素及其测定方法
地质构造的概念
地质构造是地壳运动的产物。构造活动在岩层 和岩体中遗留下来的各种构造形迹，如岩层褶曲、 断层等，称为地质构造。 构造运动可分为水平运动和垂直运动，水平方向 的构造运动使岩块相互分离裂开或是相向聚汇，发 生挤压、弯曲或剪切、错开；垂直方向的构造运动 则使相邻块体作差异性上升或下降。
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追索法，就是平行岩层走向进行观察的方法。采 用追索法，可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。 穿越法和追索法，不仅是野外观察褶曲的主要方 法，同时也是野外观察和研究其他地质构造现象的一 种基本的方法。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。
（1）按褶曲的轴面产状分类
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，如图 (a)。 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，如图 (b)。
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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。 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。
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3.2 褶皱构造及其与工程的关系
两个概念：水平构造与单斜构造
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； 地壳在发展过程中，经历了长期复杂的运动过程，岩层的 原始产状都发生了不同程度的变化，水平构造，只是相对 而言，就其分布来说，也只是局限于受地壳运动影响轻微 的地区。
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5．褶皱构造的野外观察
褶皱构造的背向斜与地形的山谷是不一样的，因 为背斜遭受长期剥蚀，不但可以逐渐地被夷为平地， 而且往往由于背斜轴部的岩层遭到构造作用的强烈破 坏，在一定的外力条件下，甚至可以发展成为谷地 （见图），故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。
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对小型褶曲构造，可通过几个出露在地面的基 岩露头进行观察；对大型褶曲构造，可采用穿越法 和追索法进行观察。
倾伏褶曲：褶曲的枢纽向一端倾伏，两翼岩层在转折端闭 合。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。 水平褶曲：褶曲的枢纽水平展布，两翼岩层平行延伸。
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根据枢纽产状划分的褶曲形态类型 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）。在平面上倾伏 褶曲的两翼岩层在转折端闭合，是区别于水平褶曲的 一个显著标志。
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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，岩层向同一个方向倾斜，形成单 斜构造；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。
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褶皱构造：指组成地壳的岩层，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；褶皱构造是岩层产生的塑性变形，为地 壳表层广泛发育的基本构造之一。
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1．褶曲 褶曲指褶皱构造中的一个弯曲，是褶皱构造的 组成单位，每一个褶曲由褶曲要素组成，褶曲要素 包括核部、翼、轴面、轴及枢纽等几个部分。
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核部：指位于褶曲中央最内部的一个岩层，是褶曲 的中心部分。 翼 ：位于核部两侧，向不同方向倾斜的部分。
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轴面：指从褶曲顶平分两翼的面，轴面为了标定褶曲方位 及产状而划定的一个假想面，其可以是一个简单的平面， 也可以是一个复杂的曲面，还可以是直立的、倾斜的或平 卧的，如图中DEFH面。