0引言

 

  近年來(lái)地震、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害和由地質(zhì)構(gòu)造變形引發(fā)的建筑工程破壞等次生災(zāi)害在世界各地頻發(fā)，給人類生命和財(cái)產(chǎn)造成了極大的損失。隨著地殼和地表環(huán)境的不斷演化以及人類工程建設(shè)活動(dòng)的不斷進(jìn)行，我們正在且將繼續(xù)面臨著地震、滑坡、泥石流、地裂縫、地面沉降、礦山與地下工程等工程地質(zhì)問(wèn)題。作為地質(zhì)科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)主要研究巖層和巖體在內(nèi)力地質(zhì)作用下產(chǎn)生的構(gòu)造，在解決以上問(wèn)題過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用。

 

  1構(gòu)造地質(zhì)與工程地質(zhì)的區(qū)別與聯(lián)系

 

  構(gòu)造地質(zhì)學(xué)主要研究各種地質(zhì)構(gòu)造在空間中的基本形態(tài)、組合形式和分布規(guī)律，在時(shí)間上的形成次序、演化過(guò)程和發(fā)展歷史，以及巖層和巖體的巖石力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造的成因機(jī)制，進(jìn)而探討產(chǎn)生地質(zhì)構(gòu)造的地殼運(yùn)動(dòng)的方式、規(guī)律和動(dòng)力來(lái)源。工程地質(zhì)學(xué)是調(diào)查、研究和解決與工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)（生產(chǎn)）有關(guān)的由人類工程活動(dòng)和地質(zhì)環(huán)境相互作用引起的工程和環(huán)境問(wèn)題，以及地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)防和治理的一門地質(zhì)科學(xué)。

 

  二者的研究目的雖然不同，但是研究?jī)?nèi)容都離不開地質(zhì)體與地質(zhì)構(gòu)造，其中各種地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)、分布規(guī)律及其演化過(guò)程等為工程建設(shè)的安全進(jìn)行提供了有力的保證，而巖層和巖體的巖石力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造的成因機(jī)制則在工程地質(zhì)問(wèn)題的分析中起到了決定性的作用。

 

  另外，大陸巖石圈與資源、環(huán)境等因素密切相關(guān)，是人類賴以生存與發(fā)展基地。現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)學(xué)根據(jù)大陸構(gòu)造、大陸動(dòng)力學(xué)等方面的理論，研究分析了全球板塊運(yùn)動(dòng)形式和速率、現(xiàn)今大陸板塊內(nèi)主要活動(dòng)帶的地殼運(yùn)動(dòng)特征與應(yīng)力分布及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制等全球環(huán)境變化的原因，這為人類對(duì)資源和工程建設(shè)的需求、地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防預(yù)測(cè)、地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)等問(wèn)題提供了理論的指導(dǎo)。

 

  2構(gòu)造地質(zhì)學(xué)在工程地質(zhì)中的應(yīng)用

 

  在工程地質(zhì)中，把地質(zhì)體內(nèi)的各種構(gòu)造變形，如褶皺、斷層、節(jié)理、劈理，還有其他各種面狀和線狀構(gòu)造，稱之為結(jié)構(gòu)面，其基本特征、相互關(guān)系及現(xiàn)代活動(dòng)性決定了該區(qū)域內(nèi)的區(qū)域穩(wěn)定性、巖（土）體穩(wěn)定性及地下水滲流條件等，所以，地質(zhì)構(gòu)造控制著工程地質(zhì)環(huán)境和工程地質(zhì)條件。因此，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)在地基穩(wěn)定性、斜坡穩(wěn)定性、地下洞室穩(wěn)定性、區(qū)域穩(wěn)定性等工程地質(zhì)問(wèn)題和滑坡、礦井突水、水庫(kù)滲漏、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題中都有著極其重要的應(yīng)用。下面著重從區(qū)域地殼穩(wěn)定性、大型工程場(chǎng)地選址、斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、地下洞室穩(wěn)定性等方面，闡述構(gòu)造地質(zhì)學(xué)在工程地質(zhì)中的具體應(yīng)用。

 

  2.1在區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

 

  近年來(lái)，根據(jù)現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究中的大陸動(dòng)力學(xué)理論和巖石斷裂力學(xué)理論，一些學(xué)者提出了區(qū)域穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)理論。區(qū)域穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)理論在區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)過(guò)程中，能夠使大陸地殼動(dòng) 力學(xué)過(guò)程、構(gòu)造和地震活動(dòng)性與巖土體的工程地質(zhì)條件得到有機(jī)統(tǒng)一，最終實(shí)現(xiàn)大到區(qū)域地殼、小到場(chǎng)地地基的穩(wěn)定性合理評(píng)價(jià)。

 

  區(qū)域深層地殼的穩(wěn)定性決定于地殼深部的變異層帶的性質(zhì)特征，按結(jié)構(gòu)和流變性特征，大陸巖石圈分為四套動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)。第一套動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)是在上地幔頂部流變層。上地幔頂部的軟流圈和低速高導(dǎo)層之間夾著較硬的層位，在全球構(gòu)造應(yīng)力的作用下，軟層通過(guò)流動(dòng)作用使硬層發(fā)生變形，在這個(gè)過(guò)程中能產(chǎn)生熱效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)，從而引發(fā)地殼各圈層間的拆離、剪切、增溫、加厚或減薄，從而導(dǎo)致巖漿作用和構(gòu)造作用的發(fā)生。第二套動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)是在殼幔過(guò)渡流變層。地殼和地幔沿該殼幔過(guò)渡流變帶容易發(fā)生較大尺度的水平位移，從而造成大規(guī)模的造山帶擠壓碰撞和逆沖疊覆及裂陷區(qū)的地殼減薄伸展。第三套動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)在地殼軟弱層。大陸地殼按流變性、能干性、持力性等可以分為軟弱層和持力層兩大類，其中軟弱層自上而下還可以分為沉積蓋層與淺變質(zhì)層間的拆離面、上地殼淺變質(zhì)巖層與深變質(zhì)基底間的拆離面、上地殼10km處的低速高導(dǎo)層、中地殼25~30km處的低速高導(dǎo)層等。這些軟弱層面構(gòu)成了地殼內(nèi)大尺度的水平滑脫層，常常作為造山帶的逆沖推覆、伸展垮塌、拆沉作用、變質(zhì)核雜巖的拆離出露邊界，在拉張區(qū)中，也常常作為伸展成盆地遷移和滑動(dòng)邊界。第四套動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)在地殼持力層。地殼持力層在橫向上多被斷裂所切割，其與軟弱層交界處形成脆韌性過(guò)渡帶，該過(guò)渡帶地震易發(fā)；而孕震條件及機(jī)理決定于持力層與軟弱層之間形成的動(dòng)力學(xué)作用耦合關(guān)系和活動(dòng)協(xié)調(diào)性。

 

  2.2在大型工程場(chǎng)地選址中的應(yīng)用

 

  大型工程場(chǎng)地一般都位于造山帶、盆地構(gòu)造、盆嶺構(gòu)造這三類構(gòu)造區(qū)帶上，它們是由于近地表上地殼的擠壓推覆、擴(kuò)張伸展和剪切走滑的構(gòu)造變形作用所形成的。

 

  造山帶一般都作為重大能源工程場(chǎng)地選址區(qū)域，資源開發(fā)、災(zāi)害防治和環(huán)境保護(hù)等工程的進(jìn)行 決定于造山帶的結(jié)構(gòu)、 演化和動(dòng)力學(xué)特征。根據(jù)造山帶的形成機(jī)制，其可以分為逆沖推覆型、伸展型和走滑型三大類。其中，逆沖推覆構(gòu)造中形成的前鋒帶、沖起塊體和飛來(lái)峰等構(gòu)造，它們的變形最強(qiáng)烈，形成的斷裂最密集，節(jié)理最發(fā)育，巖體最破碎；伸展構(gòu)造的滑覆體前緣和滑來(lái)峰的穩(wěn)定性較差。

 

  在進(jìn)行工程選址時(shí)，應(yīng)盡量避開這些構(gòu)造不穩(wěn)定地區(qū)。 盆地是人類主要聚居區(qū)，故其選址更為的重要，在一些大型水利工程或者地震災(zāi)后重建的居民選址工作中，比如三峽移民工程、汶川大地震中災(zāi)后重建工程、以及舟曲重大泥石流災(zāi)后的重建工程等等，需要特別注意盆地中的不穩(wěn)定區(qū)域、隱伏的活動(dòng)性斷裂等。按成因可將盆地分為壓陷盆地、走滑盆地、伸展盆地。其中壓陷盆地較為穩(wěn)定，除了鄰近造山帶一側(cè)活動(dòng)性較強(qiáng)；受地殼剪切走滑的影響，走滑盆地活動(dòng)性較強(qiáng)，一般較不穩(wěn)定；伸展盆地由于盆地中心地殼減薄、淺層破裂較發(fā)育，而盆地邊緣則受邊界活斷層的影響大，所以伸展盆地的中心和邊緣穩(wěn)定性最差。還有，盆地的上下不一致常常導(dǎo)致其轉(zhuǎn)換處發(fā)生地震；盆地內(nèi)部的隱伏斷裂常常導(dǎo)致地表發(fā)生地裂縫，直接威脅工程建筑的安全穩(wěn)定，比如大同地裂縫的形成，是由于新生代以來(lái)，同盆地受來(lái)自青藏高原和太平洋方向的側(cè)向擠壓，而導(dǎo)致右旋剪切拉張以及地幔上隆，區(qū)內(nèi)地殼減薄，基底地殼斷裂發(fā)展到上地幔，再伴隨著斷陷作用而發(fā)生地震和地裂縫。

 

  盆嶺構(gòu)造是大陸淺層構(gòu)造中的重要類型，其由正斷層形成地塹、地壘、掀斜和犁式斷層等組成，其中隆起區(qū)為穩(wěn)定區(qū)，沉降區(qū)為非穩(wěn)定區(qū)。

 

  2.3在斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

 

  我國(guó)是個(gè)多山區(qū)的國(guó)家，每年都會(huì)因?yàn)樾逼碌刭|(zhì)災(zāi)害的發(fā)生而造成人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失，因此，做好災(zāi)前的斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)十分的必要。滑坡、崩塌、泥石流等是斜坡地質(zhì)災(zāi)害中最常見的三種，它們發(fā)生的主要因素都是來(lái)自自然方面的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、巖土體結(jié)構(gòu)特性、新構(gòu)造活動(dòng)及地下水條件等。其中，地質(zhì)構(gòu)造控制著中國(guó)山體的總體格局，新構(gòu)造活動(dòng)的強(qiáng)弱反映該地區(qū)地殼的穩(wěn)定性，而地貌與構(gòu)造共同控制著滑坡、崩塌、泥石流災(zāi)害的發(fā)育程度。所以，滑坡、崩塌、泥石流的形成與斷裂構(gòu)造之間有著密切的關(guān)系，斷裂的性質(zhì)、破碎帶寬度、節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其組合特征等都是影響斜坡地質(zhì)災(zāi)害的重要因素。 在工程地質(zhì)學(xué)中，通常根據(jù)巖體的結(jié)構(gòu)面發(fā)育類型及程度將其分成Ⅰ~Ⅴ5個(gè)等級(jí)，不同等級(jí)的結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)與組合形式不同，以此來(lái)判斷巖土體的穩(wěn)定性與變形破壞方式，從而進(jìn)行斜坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。工程地質(zhì)學(xué)中的結(jié)構(gòu)面就是構(gòu)造地質(zhì)中的構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，指巖體中具有一定方向、力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)較低、兩向延伸的地質(zhì)界面(或地質(zhì)帶)，例如巖層層面、節(jié)理、軟弱夾層以及各種成因的斷裂、裂隙等，反映了在長(zhǎng)期內(nèi)外動(dòng)力作用下的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象。滑坡的形成與發(fā)展受地質(zhì)構(gòu)造的影響表現(xiàn)為兩個(gè)方面：第一，滑坡往往沿?cái)嗔哑扑閹С扇撼蓭У姆植夹纬桑坏诙瑒?dòng)面的空間展布及滑坡的范圍受到巖層面、斷層面、節(jié)理面、片理面及 不整合面等各種軟弱結(jié)構(gòu)面控制。 因此，在斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，必須先根據(jù)結(jié)構(gòu)面確定滑動(dòng)面的總 體形態(tài)和空間展布，從而確定其規(guī)模，以此來(lái)采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

 

  地質(zhì)構(gòu)造對(duì)崩塌的控制作用也表現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一是斷裂構(gòu)造對(duì)崩塌的控制作用。具體表現(xiàn)在，當(dāng)陡峭的斜坡走向與區(qū)域性斷裂平行或大致平行時(shí)，沿該斜坡發(fā)生的崩塌一般較多；而大型崩塌往往發(fā)生在幾組斷裂交匯的峽谷區(qū)；在斷層密集分布區(qū)，巖層較破碎，坡度較陡的時(shí)候，斜坡常發(fā)生崩塌或落石。第二，褶皺構(gòu)造對(duì)崩塌的控制作用。褶皺核部巖層變形強(qiáng)烈，大量垂直層面的張節(jié)理在核部形成，而且在多次構(gòu)造作用和風(fēng)化作用的不斷影響下，破碎巖體往往產(chǎn)生一定的位移，從而形成潛在崩塌巖體，當(dāng)褶皺軸向與坡面方向垂直時(shí)，斜坡一般多產(chǎn)生落石和小型的崩塌；當(dāng)褶皺軸向與坡面平行時(shí)，在高陡邊坡上就容易產(chǎn)生規(guī)模較大的崩塌。 由于構(gòu)造作用形成的高差大、高坡度及大面積的流域溝谷等地形地貌，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)下形成的巖體變形與構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，為泥石流的發(fā)生創(chuàng)造了必要條件。因此，可以從構(gòu)造角度分析泥石流的產(chǎn)生條件，提前做好預(yù)防措施，可以達(dá)到杜絕災(zāi)害發(fā)生或者減少災(zāi)害損失的目的。

 

  2.4在地下洞室穩(wěn)定性維護(hù)中的應(yīng)用

 

  地下洞室開挖后，如果不加以支撐和維護(hù)，則洞室圍巖繪制地應(yīng)力的作用下發(fā)生變形或破壞，在采礦界這種現(xiàn)象稱之為地壓顯現(xiàn)。在礦井事故方面，由地壓造成的危害主要有頂板下沉和垮落、底板隆起、巖壁垮幫、支架變形破壞、采井冒落、 巖層錯(cuò)動(dòng)、煤與瓦斯突出及巖爆等等。這些事故發(fā)生的主要原因取決于圍巖的巖性和結(jié)構(gòu)，特別是當(dāng)巖體的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育充分而且復(fù)雜的情況下，洞室開挖后，容易形成構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)。比如在斷層、軟弱破碎巖墻或者巖脈等軟弱結(jié)構(gòu)面附近，往往容易形成應(yīng)力集中區(qū)，若不加以防范，則很可能發(fā)生事故。 通過(guò)對(duì)礦井地質(zhì)構(gòu)造的分析，根據(jù)構(gòu)造綱要圖對(duì)錨桿支護(hù)方式提供指導(dǎo)，可以取得良好的支護(hù)效果，保證安全生產(chǎn)。比如，在煤礦開采過(guò)程中，當(dāng)掘進(jìn)到向斜、背斜的軸部轉(zhuǎn)折端或斷層、陷落柱時(shí)，地質(zhì)人員根據(jù)收集到的頂煤厚資料和煤層的節(jié)、劈理、產(chǎn)狀及含水情況以及巷道冒頂情況，準(zhǔn)確地繪制出構(gòu)造綱要圖，然后綜合分析影響巷道支護(hù)的地質(zhì)構(gòu)造因素，用所得出的結(jié)論預(yù)測(cè)巷道掘進(jìn)前方可能遇到地質(zhì)構(gòu)造，從而采用合適的支護(hù)方式。

 

  3結(jié)語(yǔ)

 

  由上面的分析可知，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)在工程地質(zhì)中有著十分重要的作用，特別是在山區(qū)，一些工程地質(zhì)問(wèn)題中甚至起著決定性的作用；離開構(gòu)造地質(zhì)學(xué)搞工程地質(zhì)，不僅使得工作將變盲目，可能浪費(fèi)很多的材料與人力，而且容易引發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害，造成人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。例如，汶川地震災(zāi)后重建的縣城，在災(zāi)后第二年的暴雨之后又被泥水所掩埋，不僅造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失，而且給當(dāng)?shù)氐臑?zāi)民造成更大的心理陰影，不利于社會(huì)的和諧穩(wěn)定發(fā)展。所以，在今后的工程地質(zhì)工作中，一定要首先從構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的角度認(rèn)真分析擬建工程所在場(chǎng)地的整個(gè)區(qū)域的穩(wěn)定性，確定穩(wěn)定之后或者采取相應(yīng)的措施可以維持穩(wěn)定之后，再結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w的地質(zhì)構(gòu)造分布情況，對(duì)工程進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)、施工，最終達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、效益的統(tǒng)一。