第五节
地质构造

一、岩层产状

岩层的产状是指在产出地点的岩层面在三维空间的方位。由于岩层沉积环境和所受的构造运动不同，可以有不同的产状。岩层的产状是以岩层面在三维空间的延伸方向及其与水平面的交角关系来确定的。岩层的产状可用岩层的走向、倾向和倾角三个要素来表示，如图2-12所示。

1.走向

岩层层面与任一个假想水平面的交线称为走向线，也就是同一层面上等高两点的连线，走向线两端延伸的方向称为岩层的走向，岩层的走向有两个方向，彼此相差180°。岩层的走向表示岩层在空间的水平延伸方向。如图2-12中的AB线。

2.倾向

层面上与走向线垂直并沿斜面向下所引的直线叫倾斜线，它表示岩层的最大坡度，倾斜线在水平面上的投影所指示的方向称岩层的倾向（又叫真倾向，真倾向只有一个）。倾向表示岩层向哪个方向倾斜。其他斜交于岩层走向线并沿斜面向下所引的任一直线称为视倾斜线；它在水平面上的投影所指的方向，称为视倾向。无论是倾向或视倾向，都是有指向的，即只有一个方向，如图2-12中的CD线所指的方向。

3.倾角

层面上的倾斜线和它在水平面上投影的夹角，称为倾角，又称真倾角；倾角的大小表示岩层的倾斜程度。视倾斜线和它在水平面上投影的夹角，称为视倾角。其倾角只有一个，而视倾角可有无数个，任何一个视倾角都小于该层面的真倾角，如图2-12中的α。

岩层的产状要素通常是用地质罗盘直接在岩层面上测得（图2-13）。其表示方法可用文字和符号两种方法表示。由于地质罗盘上方位标记有的用象限角表示，也有的用360°的方位角表示。因此，文字表示方法也有两种：

（1）方位角表示法。以正北为 0°，正东为90°，正南为180°，西为270°。该表示法一般只记倾向和倾角。如SW178°∠48°（也可写为178°∠48°），前面是倾向方位角，后面指倾角，即倾向为西南178°，倾角48°。

（2）象限角表示法。以北或南方向作为0°，一般记走向、倾角和倾向象限。如N48°W/SW36°，即走向为北偏西48°，倾角36°，向南西倾斜。

需要指出一点，对于岩层产状要素的符号和书写，国内外的书刊资料和地质图上有时并不完全一致，参阅文献资料时应予以注意。

二、水平构造和单斜构造

在广阔的海底、湖盆、盆地中未经构造变动的沉积岩层，其原始产状大都是水平或近于水平的，先沉积的老岩层在下，后沉积的新岩层在上，称为水平构造。但是地壳在漫长的发展过程中，经历了许多复杂的地质过程，岩层的原始产状会发生不同程度的变化，因此水平构造实际上是指受地壳运动影响轻微的原始产状水平或近于水平的沉积岩层（图2-14）。原来水平的岩层受到地壳运动的影响后，产状发生变化，如果岩层向同一个方向倾斜，就形成单斜构造（图2-15）。单斜构造往往是由后面所讲的褶皱的一翼、断层的一盘或者是局部地层不均匀的上升或下降所引起。

三、褶皱构造

岩层的弯曲现象称为褶皱。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。褶皱构造是岩层塑性变形的结果，是地层中广泛发育的地质构造的基本形态之一，其规模可以长达几十到几百千米。

褶皱构造通常指一系列弯曲的岩层，为了便于对褶皱进行分类和描述褶皱的空间展布特征，首先应该了解褶皱要素。褶皱要素是指褶皱的各个组成部分和确定其几何形态的要素。褶皱具有以下各要素（图2-16）：

（1）核。核即为褶皱的中心部分，通常是指褶皱两侧同一岩层之间的部分，但也往往只把褶皱出露地表最中心部分的岩层叫做核。

（2）翼。翼为褶皱核部两侧的岩层。一个褶皱具有两个翼，两翼岩层与水平面的夹角叫翼间角，如图2-16中ABC所包围的内部岩层与水平面的夹角。

（3）轴面。平分褶曲两翼的假想的对称面。轴面可以是简单的平面，也可以是复杂的曲面；其产状可以是直立的、倾斜的或水平的。轴面的形态和产状可以反映褶皱横剖面的形态。如图2-16中DEFH面。

（4）枢纽。褶皱岩层的同一层面与轴面相交的线，称为枢纽。枢纽可以是水平的、倾斜的或波状起伏的。它可以表示褶皱在其延长方向上产状的变化，如图 2-16 中交线BH。

（5）轴。轴面与水平面的交线。因此，轴永远是水平的。它可以是水平的直线或水平的曲线。向代表褶皱延伸的方向，轴的长度可以反映褶皱的规模，如图 2-16 中交线DH。

（6）转折端。褶皱两翼会合的部分，即从褶皱的一翼转到另一翼的过渡部分，它可以是一点，也可以是一段曲线。

从工程所处的地质构造条件来看，可能是一个大的褶皱构造，但从工程所遇到的具体构造问题来说，则往往是一个褶曲或者是大型褶皱构造的一部分。局部构成了整体，整体与局部存在着密切的联系，通过整体能更好地了解局部构造相互间的关系及其空间分布的来龙去脉。这种观点对于了解某些构造问题在线路通过地带的分布情况，进而研究地质构造复杂地区路线的合理布局无疑是重要的。

对于具体工程而言，褶皱构造的工程地质评价主要是倾斜岩层的产状与路线或隧道轴线走向的关系问题。一般来说，倾斜岩层对建筑物的地基没有特殊不良的影响；但对于深路堑、挖方高边坡及隧道工程等，则需要根据具体情况进行具体分析。

以隧道工程为例，从褶皱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。在褶皱构造的轴部，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，又是岩层受应力作用最集中的地方。因此，在褶皱构造的轴部，不论公路、隧道或桥梁工程，都容易遇到各种工程地质问题，主要是由于岩层破碎而产生的岩体稳定性问题和向斜轴部地下水的问题。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（突）水现象，有时会严重影响正常施工。

四、断裂构造

构成地壳的岩体，受到力的作用会发生变形，当变形达到一定程度后，岩体的连续性和完整性便会遭受破坏，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，通常会成群分布，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）和断层两类。

（一）节理

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，也可称之为裂隙。它较之断层更为普遍。裂隙规模大小不一，细微的节理肉眼不能识别，一般常见的为几十厘米至几米，长的可延伸达几百米，甚至上千米。对于节理的研究，在理论上和生产实践上都具有重要的意义。如地下水的渗透性与油（气）藏的含油（气）性，都与节理发育的密度相关；节理的存在影响水工建筑物的渗漏性和岩体的稳定性。节理与褶皱断裂和区域性构造密切相关，它的研究对于认识和阐明区域地质构造及其形成和发展等方面具有重要意义。因此，当节理构造可能成为影响工程设计、施工的重要因素时，应当对节理进行深入的调查研究，详细论证节理对岩体工程建筑条件的影响，并采取相应措施，从而保证建筑物的稳定和正常使用。

（二）断层

岩体受到力的作用发生断裂后，两侧岩块或岩体沿破裂面发生显著位移的构造，称为断层。断层在地壳中广泛发育，是地壳中最重要的构造之一。在地貌上，大的断层常常形成裂谷和陡崖，如著名的东非大裂谷、我国华山北坡大断崖等。断层一侧上升的岩块，常成为块状山地或高地，如我国的华山、庐山、泰山；另一侧相对下降的岩块，则常形成谷地或低地，如我国的渭河平原、汾河谷地。在断层构造带，由于岩石破碎，容易遭受风化侵蚀，常发育成沟谷、河流。现代活动性断层直接影响到各种建筑物（构筑物）和地震活动，所以对于断层的研究无论在理论上或是实践上均有十分重要的意义。

在断层分布密集的断层带内，岩层一般都遭受强烈破坏，产状紊乱，岩体裂隙增多、岩层破碎、风化严重、地下水多，从而降低了岩石的强度和稳定性；同时，沟谷斜坡崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象发育。因此，在项目选址（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。

（1）路线布局。路线布局特别是在安排河谷路线时，要特别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。

（2）桥位选择。在进行地质勘测时，要注意查明桥基部分有无断层存在，以及其影响程度如何，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。

（3）隧道位置。由于岩层的整体性遭到破坏，加之地表水或地下水的侵入，其强度和稳定性都很差，容易产生洞顶坍落，影响洞内施工安全，故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；在确定隧道平面位置时，要尽量设法避开大规模的断层破碎带。

五、地层接触关系

地壳时时刻刻都在不断运动着。同一地区在某一时期可能是以上升运动为主，形成高地，遭受风化剥蚀；另一时期则可能是以下降运动为主，从而形成洼地，并接受沉积，也可能是在长时期内下降接受沉积，这样就使得先后形成的地层之间具有不同的相互关系，即地层接触关系。

（一）整合接触

上、下地层在沉积层序上没有间断，岩性、地层层序或所含化石都是一致的或递变的，其产状基本一致，它们是连续沉积形成的。这种上、下地层的接触关系称为整合接触[图2-17（a）]。地层的整合接触反映了在形成这两套地层的地质时期该地区地壳处于持续的、缓慢的下降状态，或者虽有短暂上升，但是沉积作用从未间断过，或者地壳运动与沉积作用处于相对平衡状态，沉积物一层层地连续沉积，这样就形成了两套地层之间的整合接触关系。

（二）不整合接触

上、下地层之间的层序如果存在间断，即先后沉积的地层之间缺失了一部分地层。这种沉积间断的时期代表该区域没有接受沉积，也可能代表沉积之后地壳抬升遭受了剥蚀。地层之间的这种接触关系称为不整合接触。在上、下地层之间有一个沉积间断面，叫不整合面。不整合面在地表的出露线叫不整合线，它是重要的地质界线之一。根据不整合面上、下地层的产状及其反映的地壳运动特征，不整合接触可分为两种类型，即平行不整合接触（也称假整合接触）和角度不整合接触。

1.平行不整合接触

不整合面上、下两套岩层之间的地质年代不连续，缺失沉积间断期间的岩层，但彼此间的产状基本上是一致的，看起来貌似整合接触，所以又称为假整合接触[图 2-17（b）]。其形成原因是地壳缓慢下降，沉积区接受沉积，然后地壳上升，沉积物露出水面遭受风化剥蚀，接着地壳又下降接受沉积，形成一套新的地层。这样，先沉积的和后沉积的地层之间是平行叠置的，但并不是连续的，而是具有沉积间断。因此，平行不整合接触代表着地壳均匀下降沉积，然后上升剥蚀，再下降沉积的一个演化过程。

2.角度不整合接触

角度不整合接触[图2-17（c）]不仅不整合面上下两套岩层间的地质年代不连续，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。其形成原因是地壳缓慢下降，沉积区（盆地）接受沉积，然后地壳上升，受到水平挤压形成褶皱和断裂，并遭受风化剥蚀，接着又下降接受沉积，形成一套新的地层。因此，角度不整合接触代表着地壳均匀下降沉积，然后水平挤压形成褶皱、断裂并上升遭受风化剥蚀，再下降接受沉积的过程。

整合、不整合是地层主要的接触类型。但由于地壳运动很复杂，因而反映地壳运动的地层接触关系也多种多样，错综复杂。如侵入体的沉积接触[图2-17（d）]、侵入接触[图2-17（e）]、断层接触[图2-17（f）]等，侵入体的沉积接触表现为侵入体被沉积岩层直接覆盖，两者之间常常有风化剥蚀面存在。侵入接触是指侵入岩体与被侵入岩体间的接触关系。断层接触即地层与地层之间或地层与岩体之间，其接触面本身为断层面。

不整合接触中的不整合面，是下伏古地貌的剥蚀面，它通常有比较大的起伏。同时常有风化层或底砾存在，层间结合差，地下水发育，当不整合面与斜坡倾向一致时，如果进行路基开挖，经常会成为斜坡滑移的边界条件，对工程建设不利。 xv6jNNFWU/EsaQF72WhfKoyFGvuHs1moDU8uJqw0gK0r4rDkPt8KTesrujGTEVCs