0引言

 

  近年來地震、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害和由地質(zhì)構(gòu)造變形引發(fā)的建筑工程破壞等次生災害在世界各地頻發(fā)，給人類生命和財產(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活動的不斷進行，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)問題。作為地質(zhì)科學中的一門基礎學科，構(gòu)造地質(zhì)學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，在解決以上問題過程中起到了至關(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，在時間上的形成次序、演化過程和發(fā)展歷史，以及巖層和巖體的巖石力學性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造的成因機制，進而探討產(chǎn)生地質(zhì)構(gòu)造的地殼運動的方式、規(guī)律和動力來源。工程地質(zhì)學是調(diào)查、研究和解決與工程建設的規(guī)劃、設計、施工和運營（生產(chǎn)）有關(guān)的由人類工程活動和地質(zhì)環(huán)境相互作用引起的工程和環(huán)境問題，以及地質(zhì)災害的預測預防和治理的一門地質(zhì)科學。

 

  二者的研究目的雖然不同，但是研究內(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)律及其演化過程等為工程建設的安全進行提供了有力的保證，而巖層和巖體的巖石力學性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造的成因機制則在工程地質(zhì)問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?，F(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)學根據(jù)大陸構(gòu)造、大陸動力學等方面的理論，研究分析了全球板塊運動形式和速率、現(xiàn)今大陸板塊內(nèi)主要活動帶的地殼運動特征與應力分布及其動力學機制等全球環(huán)境變化的原因，這為人類對資源和工程建設的需求、地質(zhì)災害的預防預測、地質(zhì)環(huán)境的保護等問題提供了理論的指導。

 

  2構(gòu)造地質(zhì)學在工程地質(zhì)中的應用

 

  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)問題和滑坡、礦井突水、水庫滲漏、地裂縫等地質(zhì)災害問題中都有著極其重要的應用。下面著重從區(qū)域地殼穩(wěn)定性、大型工程場地選址、斜坡穩(wěn)定性評價、地下洞室穩(wěn)定性等方面，闡述構(gòu)造地質(zhì)學在工程地質(zhì)中的具體應用。

 

  2.1在區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價中的應用

 

  近年來，根據(jù)現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)學研究中的大陸動力學理論和巖石斷裂力學理論，一些學者提出了區(qū)域穩(wěn)定性動力學理論。區(qū)域穩(wěn)定性動力學理論在區(qū)域穩(wěn)定性評價過程中，能夠使大陸地殼動 力學過程、構(gòu)造和地震活動性與巖土體的工程地質(zhì)條件得到有機統(tǒng)一，最終實現(xiàn)大到區(qū)域地殼、小到場地地基的穩(wěn)定性合理評價。

 

  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力學子系統(tǒng)。第一套動力學子系統(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層之間夾著較硬的層位，在全球構(gòu)造應力的作用下，軟層通過流動作用使硬層發(fā)生變形，在這個過程中能產(chǎn)生熱效應和力學效應，從而引發(fā)地殼各圈層間的拆離、剪切、增溫、加厚或減薄，從而導致巖漿作用和構(gòu)造作用的發(fā)生。第二套動力學子系統(tǒng)是在殼幔過渡流變層。地殼和地幔沿該殼幔過渡流變帶容易發(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。第三套動力學子系統(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處的低速高導層、中地殼25~30km處的低速高導層等。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邊界。第四套動力學子系統(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渡帶，該過渡帶地震易發(fā)；而孕震條件及機理決定于持力層與軟弱層之間形成的動力學作用耦合關(guān)系和活動協(xié)調(diào)性。

 

  2.2在大型工程場地選址中的應用

 

  大型工程場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地選址區(qū)域，資源開發(fā)、災害防治和環(huán)境保護等工程的進行 決定于造山帶的結(jié)構(gòu)、 演化和動力學特征。根據(jù)造山帶的形成機制，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、沖起塊體和飛來峰等構(gòu)造，它們的變形最強烈，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峰的穩(wěn)定性較差。

 

  在進行工程選址時，應盡量避開這些構(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、汶川大地震中災后重建工程、以及舟曲重大泥石流災后的重建工程等等，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)活動性較強；受地殼剪切走滑的影響，走滑盆地活動性較強，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致其轉(zhuǎn)換處發(fā)生地震；盆地內(nèi)部的隱伏斷裂常常導致地表發(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，同盆地受來自青藏高原和太平洋方向的側(cè)向擠壓，而導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)定性評價中的應用

 

  我國是個多山區(qū)的國家，每年都會因為斜坡地質(zhì)災害的發(fā)生而造成人員的傷亡和財產(chǎn)的損失，因此，做好災前的斜坡穩(wěn)定性評價十分的必要。滑坡、崩塌、泥石流等是斜坡地質(zhì)災害中最常見的三種，它們發(fā)生的主要因素都是來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)造活動及地下水條件等。其中，地質(zhì)構(gòu)造控制著中國山體的總體格局，新構(gòu)造活動的強弱反映該地區(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)災害的重要因素。 在工程地質(zhì)學中，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個等級，不同等級的結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)與組合形式不同，以此來判斷巖土體的穩(wěn)定性與變形破壞方式，從而進行斜坡的穩(wěn)定性評價。工程地質(zhì)學中的結(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、力學強度相對較低、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，反映了在長期內(nèi)外動力作用下的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象?；碌男纬膳c發(fā)展受地質(zhì)構(gòu)造的影響表現(xiàn)為兩個方面：第一，滑坡往往沿斷裂破碎帶成群成帶的分布形成；第二，滑動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)定性評價中，必須先根據(jù)結(jié)構(gòu)面確定滑動面的總 體形態(tài)和空間展布，從而確定其規(guī)模，以此來采取相應的預防措施。

 

  地質(zhì)構(gòu)造對崩塌的控制作用也表現(xiàn)在兩個方面：第一是斷裂構(gòu)造對崩塌的控制作用。具體表現(xiàn)在，當陡峭的斜坡走向與區(qū)域性斷裂平行或大致平行時，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，坡度較陡的時候，斜坡常發(fā)生崩塌或落石。第二，褶皺構(gòu)造對崩塌的控制作用。褶皺核部巖層變形強烈，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，當褶皺軸向與坡面方向垂直時，斜坡一般多產(chǎn)生落石和小型的崩塌；當褶皺軸向與坡面平行時，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)造運動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，提前做好預防措施，可以達到杜絕災害發(fā)生或者減少災害損失的目的。

 

  2.4在地下洞室穩(wěn)定性維護中的應用

 

  地下洞室開挖后，如果不加以支撐和維護，則洞室圍巖繪制地應力的作用下發(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、 巖層錯動、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)，特別是當巖體的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育充分而且復雜的情況下，洞室開挖后，容易形成構(gòu)造應力集中區(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，往往容易形成應力集中區(qū)，若不加以防范，則很可能發(fā)生事故。 通過對礦井地質(zhì)構(gòu)造的分析，根據(jù)構(gòu)造綱要圖對錨桿支護方式提供指導，可以取得良好的支護效果，保證安全生產(chǎn)。比如，在煤礦開采過程中，當掘進到向斜、背斜的軸部轉(zhuǎn)折端或斷層、陷落柱時，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，準確地繪制出構(gòu)造綱要圖，然后綜合分析影響巷道支護的地質(zhì)構(gòu)造因素，用所得出的結(jié)論預測巷道掘進前方可能遇到地質(zhì)構(gòu)造，從而采用合適的支護方式。

 

  3結(jié)語

 

  由上面的分析可知，構(gòu)造地質(zhì)學在工程地質(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)問題中甚至起著決定性的作用；離開構(gòu)造地質(zhì)學搞工程地質(zhì)，不僅使得工作將變盲目，可能浪費很多的材料與人力，而且容易引發(fā)新的地質(zhì)災害，造成人員的傷亡和財產(chǎn)的巨大損失。例如，汶川地震災后重建的縣城，在災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)濟損失，而且給當?shù)氐臑拿裨斐筛蟮男睦黻幱?，不利于社會的和諧穩(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)學的角度認真分析擬建工程所在場地的整個區(qū)域的穩(wěn)定性，確定穩(wěn)定之后或者采取相應的措施可以維持穩(wěn)定之后，再結(jié)合當?shù)鼐唧w的地質(zhì)構(gòu)造分布情況，對工程進行詳細設計、施工，最終達到安全、經(jīng)濟、效益的統(tǒng)一。