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辉绿岩呈灰绿色、暗灰色,有少量橄榄石和角闪石,含铁量高,节理发育。
1.2.2沉积岩
暴露在地壳表部的岩石,在地球发展过程中,不可避免地要遭受到各种外力作用的剥蚀破坏,经过破坏而形成的碎屑物质在原地或经搬运沉积下来,再经过复杂的成岩作用而形成岩石,这些由外力作用形成的岩石就是沉积岩,约占地壳的5%。
(嵩山沉积岩)
沉积岩是在地壳发展过程中,在外力作用支配下,形成于地表附近的自然历史产物。
同时,它也是重塑地球历史和恢复古地理环境的重要依据。
我们此次嵩山实习采集到了沉积岩中的砂砾岩和粗、中细粒砂岩,这两种岩石都属于沉积碎屑岩亚类。
1.2.3变质岩
在地壳形成和发展过程中,早先形成的岩石,包括沉积岩、岩浆岩,由于后来地质环境和物理化学条件的变化,在固态情况下发生了矿物组成调整、结构构造改变甚至化学成分的变化,而形成一种新的岩石,这种岩石被称为变质岩。
按成因可分为动力变质、接触变质和区域变质。
断层带中可以发现有许多角砾状的岩砾,这种角砾是断层移动时两侧的岩石互相摩擦剪动时,将岩石剪碎呈尖角状的岩块称为断层角砾岩断层角砾岩是保持原岩特点的岩石碎块组成的断层岩。
角砾胶结物为磨碎的岩屑、岩粉以及岩石压溶物质和外源物质。
断层角砾岩中的角砾形状多不规则,大小不一,杂乱无定向。
角砾岩中的角砾一般在2mm以上。
断层角砾岩中角砾的棱角也可以被磨蚀而成透镜状、椭圆状,角砾可以成雁列等型式定向排列。
胶结物有时也围绕角砾显示定向构造,甚至发育劈理。
1.3.构造
内力引起的地壳乃至岩石圈变形、变位的作用,叫做构造运动。
一般来说,构造运动和地壳运动的含义大致相同,嵩山这块地质宝藏的地壳运动非常显著,主要有距今25亿年的嵩阳运动、18亿年的中岳运动和5.43亿年的少林运动。
1.3.1褶皱
褶皱是岩层在构造运动水平压力作用下,所产生的一系列波状弯曲,是一种未丧失岩层连续性的塑性变形。
单个背斜或向斜称为褶曲,它由核(轴)部和翼等要素组成。
褶曲是组成褶皱的基本单位,两个以上的褶曲的组合,才叫褶皱。
在自然界总是一个褶曲连着另一褶曲。
由于受力状况、强弱不同,弯曲形态和程度也不同。
褶曲基本的形成由背斜和向斜组成,上凸曲称背形,向上凹曲称向形。
若组成褶皱的多层间的时代顺序清楚,则核心为较老岩层向两侧依次渐新的褶皱称背斜,核心为较新岩层向两侧依次渐老的褶皱称向斜。
单个褶皱的组成部分称为褶皱要素,包括:
①核。
褶皱的中心部分。
②翼。
泛指核部两侧比较平直的部分。
③转折端。
褶皱面从一翼过渡到另一翼的弯曲部分,有时也称轴部。
④枢纽。
同一褶皱面中最大弯曲点的连线。
⑤轴面。
各相邻褶皱面枢纽联成的面,其与地面或其他面的交线称轴迹。
⑥脊和槽。
在横剖面上褶皱面的最高点称脊(对背斜而言),最低点称槽(对向斜而言),相应地,同一褶皱面上脊的连线称脊线,槽的连线称槽线。
1.3.2断层
节理是沿断裂面两侧的岩块没有发生明显位移的断裂构造。
它是岩石受力而产生的裂隙。
根据节理与所在岩层产状要素的关系,可分为走向节理、倾向节理、斜向节理和顺层节理。
走向节理的节理走向与所在岩层的走向大致平行;
倾向节理的节理走向与所在岩层的走向大致垂直;
斜向节理的节理走向与所在岩层的走向斜交;
顺层节理的节理面大致平行于岩层层面。
根据节理走向与褶曲轴走向的关系,可以分为纵节理、横节理和斜节理。
纵节理的走向与褶曲轴走向大致平行;
横节理的走向与褶曲轴走向大致垂直;
斜节理的走向与褶曲轴走向斜交。
根据节理的成因,可分为非构造节理和构造节理。
根据节理与成岩过程的关系,可分为原生节理和次生节理。
根据节理的力学性质,可分为张节理和剪节理。
张节理是在引张(拉伸)应力作用下产生的裂隙。
它往往具有张开的裂口,节理面粗糙不平,没有擦痕,往往不切过砾石或砂粒,张节理一般发育稀疏,间距较大,延长不太远,有时为石英脉、方解石脉或矿脉所充填。
剪节理是在剪切应力作用下产生的裂隙,又称扭节理或X节理,它具有紧闭的裂口,节理面光滑平直,延伸较远,多能切过砾石或砂粒,剪节理发育密集,多发育在与压应力方向成45°
夹角的两组平面上。
断层与节理皆属断裂构造,是岩石的脆性变形,而且断层往往是由节埋进一步发展而成的,就其力学成因来说,它们并无本质差别。
但断层规模较大,沿断层面发生了明显的位移,某些规模较大的断层控制着两侧的差异沉积作用和构造变动,有时甚至分隔着两个不同的大地构造单元。
(采石场断层)
断层的分类方法较多,常见的有以下几种:
根据断层走向与区域构造线方向的关系,可将断层分为:
1)纵断层,2)横断层,3)斜断层;
根据断层面产状与地层产状的关系,可将断层分为:
1)走向断层,2)倾向断层,3)斜向断层,4)顺层断层;
根据断层两盘岩块相对移动性质,可将断层分为:
1)正断层,2)逆断层,3)平移断层。
1.4.地下水
嵩山地区的地貌具有条带状分布特征。
地表水多为山地型河流。
地表水主要靠降雨产生的地表径流形成,径流量较小。
颍河是区内最大的河流,年平均流量0.5m3/s,属季节性河流,最近几年几乎无水,经常断流。
区内的白沙水库、纸坊水库、少林水库等经常处于死水位以下,根本无法满足用水需求。
嵩山地区基岩地下水十分匮乏。
基岩岩性主要是片麻岩、片岩、混合岩、石英岩、侵入岩等,基岩裂隙水分布极不均匀,一般受断层和裂隙控制,且水量较小,成井深度一般在400m以上,取水成本高,开采难度大。
嵩山地区人均水资源占有量仅有1700m³
/a,水资源紧缺已成为制约该区社会经济发展的瓶颈。
嵩山南麓主要是登封市。
市区三面隆起,中间凹陷(标高约380m左右),属洪积盆地或三面环绕的山前冲洪积扇。
本区外围岩石为基岩,含有裂隙水,但分布极不均匀,洪积扇面积有限,因而地下水补给面积较小。
由于地表深切,高差大,洪积物本身夹有大量的粘土,渗透性差,所以地表水极易流失,地下水亦不丰富。
市区所在洪积扇(亦称范家庄洪积扇)地下水运动规律如下。
2.实习路线
2.1.嵩阳书院—太室广场—嵩山地质博物馆
实习第一站便是嵩阳书院,嵩阳书院是古代高等学府,是中国四大书院之一。
嵩阳书院建制古朴雅致,中轴线上的主要建筑有五进,廊庑俱全。
嵩阳书院因其独特的儒学教育建筑性质,被称为研究中国古代书院建筑、教育制度以及儒家文化的“标本”。
书院是中国封建社会特有的一种教育组织,在中国古代教育史上占有重要而又独特的地位,具有举足轻重的影响。
嵩阳书院是中国古代四大书院之一,是书院中的佼佼者,对传播中华民族传统文化和培养造就人才发挥了重要的教育作用。
在嵩阳书院外广场边有一防洪渠,渠内呈阶梯状,用以逐级减弱山洪的威力如下图所示。
其主要作用是帮助主干河道分散洪水压力,增加城市的抗洪能力。
下图为少室山上的岩隙水,水量常年较少,加之嵩山地区基岩岩性主要是片麻岩、片岩、混合岩、石英岩、侵入岩等,基岩裂隙水分布极不均匀,一般受断层和裂隙控制,水量较小,故基岩地下水十分匮乏。
由于嵩山地区岩石节理裂隙发育较丰富,故在少室山上随处可见崩塌的碎石等。
沿溪水上山可见拦石流坝,下图为拦石流坝所截石流。
(防洪渠)(少室山溪水)(拦石流坝)
少室山上主要岩石为石英岩,且岩石年代久远,沿路可见许多巨大的石头,其成分与周围岩石成分相差甚远,可猜测是巨大的冰川遗迹。
(球状风化)(褶皱)(石英岩)
沿山路走至一制高点,可见登封市全景,发现整个登封市是坐落在洪积扇上的城市。
可以说是地质运动造就了嵩山,造就了登封市。
由于冲洪积物为山间水流携带岩石风化的碎屑,最后沉积在半山腰,产生洪积扇,其土质疏松,肥沃,含水分多,利于城市发展,农业的发展。
冲积扇:
洪积扇暂时性线状流水在出口处堆积下来的扇状堆积地形。
多见于干旱、半干旱地区的山谷出口处、暂时性洪流在这里由于比降降低,流速减小,水流分散,将携带的大量泥沙、砾石堆积下来。
面积可达几十或几百平方公里。
与谷地出口处相接的扇顶,坡度可达5°
~10°
,向扇形地边缘,地面逐渐低缓。
山前一系列的洪积扇联合起来可形成联合扇或洪积平原。
在规模相对较小的沟谷出口处形成的扇状堆积地形,也常称冲积锥或冲出锥。
与发育在干旱或半干旱地区的洪积扇相比,冲积锥的规模一般较小,地面坡度则较大,常具半圆锥形形态。
冲积锥不论在干旱地区还是湿润地区都有分布。
具有经常性流水的河流在出山口处,也常可形成扇状堆积地形,一般称冲积扇。
整个登封市区都位于此冲积扇范围内,冲积扇坡度为7°
左右,较为平缓。
自扇顶至扇缘,颗粒由粗变细,扇缘有泉水出露。
下图为冲洪积扇。
(登封市全景)(冲积扇)
下山后全队,又前往了嵩山地质博物馆,在博物馆中了解到嵩山特有的五代同堂,从距今27亿年的太古宙地层到距今6500年的新生代地层,不得不让人感叹这些岩石的古老,以及人类的渺小。
除此之外,我们还看到了各种类型的岩石,使我们对于岩石的认识更加深入。
2.2.永泰寺牌坊—郭店桥—采石场—永泰寺(地层层序认识)
下图为郑少公路沿线的太古界石英岩,可明显的看到,风化侵蚀极其严重。
接着我们看到了嵩山地层分界线,听老师说,嵩山虽是五代同堂但是其中缺失了大约18亿年的地层,下图为地层界碑。
寒武系的紫红色和灰绿色的页岩,可以预见当时的恶劣环境。
寒武系石灰岩如下所示。
太古界地层与寒武系地层接触关系
地层接触关系包括:
整合接触,假整合接触,角度不整合接触,沉积接触,侵入接触和断层接触。
嵩山地区的地层层序先后受到“嵩阳运动”,“中岳运动”和“少林运动”的影响,所以地层呈现出角度不整合的地层接触关系。
由于岩层年代久远,期间节理裂隙发育较为成熟,随处可见崩塌堆积物等。
右图则为一大块崩塌体。
下表是嵩山地区,地层层序律表格,记录了所有地质地层的接触关系,及所处构造运动。
2.3.少林水库
少林水库位于河南省登封市境内,紧邻少林寺,故名少林水库。
少林水库位于登封市城关镇郭店村,建在少林河上,属淮河流域颍河水系。
水库紧邻少林寺,东为太室山,西为少室山,207国道从旁穿过。
该水库位于郭店村下游400m处的少阳河上,属淮河流域沙颖河水系,控制流域面积41km2,总库容1154万m3,是一座以防洪为主,兼顾城市供水、灌溉、养殖等综合利用的中型水库。
该水库按50年一遇频率设计,1000年一遇频率校核,养鱼水面400亩,设计灌溉面积16000亩。
该水库一期工程于1958年10月开始,完成大坝高15米。
第二期工程于1971年11月开工,1972年12月竣工。
1980年,河南省水利厅决定对该水库进行复核,溢洪道扩宽加深,增加堰顶长度,降低堰顶高度,对大坝进行灌浆补强,工程于1981年10月竣工。
1985年7月,少林水库被定为市区供水水源。
从工程地质角度来讲,少林水库整个是一个大的向斜。
东面的太室山和西面的少室山构成向斜,而少林水库正好位于这个褶曲的枢纽部位。
之所以形成向斜还能建成水库,是因为这是一个倒转的向斜,不再是成山,而是形成了谷地。
认识内容包括:
水库的工程地质问题,少林水库所处地质环境(向斜一翼),溢洪道出口断层判别(用赤平投影表示)及其与少林水库的关系;
河流阶地及其所反映的新构造运动意义。
少林水库的右岸为侵蚀阶地,左岸为堆积阶地。
从整体的形态来看,右岸的河流侵蚀阶地侵蚀阶地岩石主要为角砾岩和灰
岩石裸露较多,并且棱角分明。
而最暗的堆积阶地则是细碎的岩石较多,整块的大块的岩石很少看到,此堆积阶地大多是河流堆积而成,但不缺乏人工堆积的成分。
水库的整个右岸为溢洪道,虽然很雄伟但是在今天没与什么作用,而且右岸因为是侵蚀阶地,所以从安全性能上来说就要差一些,有大块的岩石突出,如果发生地质灾害,那么右岸的破坏应该是比较严重的。
相对于右岸的侵蚀阶地来说,左岸的堆积阶地就相对安全。
少林水库的右岸为三级阶地,而左岸则为两级阶地。
在少林水库的溢洪道口,还存在一个比较明显的断层。
因为年代久远,我们可以大约判断出这是一个逆断层,这个断层就是三次大的地质构造运动期间形成的。
分析其结构面可以看出,岩层走向是向西的,水库所处位置较为稳定不易发生滑坡和塌方。
2.4.三皇寨
三皇寨景区是嵩山世界地质公园、嵩山风景名胜区和嵩山国家森林公园的重要组成部分,是嵩山风景名胜区内一个以山岳自然风光为主的景区,位于嵩山少室山西麓,距登封市区15公里,北与少林寺景区接连交壁,总面积约35平方公里。
整个景区山体陡滑,山顶平宽。
具有泰山之雄、华山之险、北恒之奇、南衡之秀等特点,以峰奇、路险、石怪、景秀闻名中原。
春夏绿林吐翠,百花芬芳;
深秋层林尽染,万山红遍;
严冬山舞银蛇,原驰蜡象,是中国北方少有的自然景观,因人们为了纪念人祖三皇(天皇、地皇、人皇)在嵩山一带开天辟地之功而命名,踏遍嵩山的寺庙宫观,唯有这里敬奉的神灵游离于三教之外,以人祖为宗,虔诚奉祀。
曾有对联称:
“跳出红尘三界外,人注白云一洞中”。
在三皇寨景区门口,我们看到有一大块落石。
这就是山崖边上凸出来的岩石因为各种原因久而久之崩塌下来。
三皇寨附近的地形是比较陡峭的,边坡的发育也很发达。
为了了解此处的岩体的发育以及稳定性情况,我们对其节理进行了产状的测量,并绘制出节理玫瑰图来更更直观的分析。
2.4.1.实测地找剖面图
在王老师的带领下,我们对三皇寨附近的边坡进行测量,并作出地质剖面图,对三皇寨附近的地层分层,建筑情况,地区的地质条件进行总的认识。
导线号
导线方位
平距
累积平距
地质类型
产状
倾向
倾角
2-1
126
10.7
基岩
301
76
2-2
132
9.46
20.16
强风化
2-3
141
11.47
31.63
强风化和堆积体
2-4
156
15
46.63
2-5
172
10.3
56.93
堆积体
2-6
173
29
85.93
2-7
175
10.4
96.33
2-8
18.5
114.83
弱风化和堆积体
212
61.5
2-9
30.16
144.99
2-10
178
25
169.99
2-11
180
12.8
182.79
弱风化
138
66
2.4.2.三皇寨公路边坡节理分析
我们对三皇寨附近的边坡进行测量,并作出地质剖面图,对三皇寨附近的地层分层,建筑情况,地区的地质条件进行总的认识。
A.节理倾向玫瑰花图(用绘图软件制作);
节理数据统计.表一
节理编号
泥化夹层
197
334
169
269
190
278
185
275
295
322
125
305
81
86
84
57
69
70
56
64
2-12
2-13
2-14
2-15
2-16
2-17
2-18
2-19
2-20
2-21
263
285
254
160
287
34
192
90
297
315
53
87
44
18
48
89
85
表二
倾角范围
0-40
40-80
80-120
120-160
160-200
200-240
240-280
280-320
320-360
数量
6
2
4
8
5
节理倾向玫瑰图
我们利用Excel软件,绘制出节理玫瑰图统计结构面。
用圆周代表节理走向,用圆半径长度按照一定比例代表节理的条数。
为表示最发育节理的倾向和倾角,将该组节理走向沿半径延伸出半圆以外,沿径向按比例划分刻度代表倾角,切线方向表示倾向,并按一定比例取长度表示条数。
从节理玫瑰图中我们可以读出,此处最发育的一组走向为40°
,在其半径延长线上,节理倾向主要为北西方向,其中,倾角为55°
-70°
最多,有6条。
B.太古界岩体破碎程度
裂隙度:
0.029切割度:
0.565
裂隙编号
1
3
7
9
10
11
12
合计
测量范围
裂隙长度/cm
40
30
35
17
55
42
13
409.00
410
3.实习心得
对于登封,嵩山,期待已久,都没有让我失望。
环境优美,人口适宜的小城,背靠雄壮巍峨的太室山,西依险峻陡峭的少室山,有少林的威武,书院的底蕴,颍河的灵动,中岳的名气。
实属不可多得的中国小城。
古有则天登嵩山而封中岳,今有卧龙学子地理实习到登封,观嵩阳运动之雄壮,仰峻极之险峻,惊少林功夫之精深,悟嵩阳书院之厚重,望少室日落之美妙,叹自然之神功,体师生之深情,留一生之难忘。
对于这次去嵩山实习,可以说是期盼已久了。
虽然时间很短,但是无论是在学习方面或是为人处世上,我都学到了很多。
可以说是受益匪浅。
其实我一直觉得地质挺难学的,因为内容比较多,知识点也很碎,许多东西需要去记忆。
记得我们还没出发时就有许多学长学姐们告诉我们说:
“说是实习,其实就是一次集体旅游。
”当时我就想:
之前的地质学习还仅仅局限与课本知识的认知,通过听课,复习,考试等环节,认识并了解了大量的地质知识,但这些都仅仅是纸上谈兵,我知道什么是断层,什么是节理,却还都只是能从插图上判断,但是真正工作时野外地质情况复杂,仅仅这样的学习时远远不够的,到野外的时候即使见了很多岩体,也没有能利用自己学过的知识判断什么是断层,什么是节理,而褶皱的向斜与背斜构造,更是无从判断。
我一定要好好把握这个机会,多学习一些东西。
所以,在实习的过程中,我紧紧跟随着老师的步伐,听着老师的讲解认真观察,仔细记笔记,遇到不懂得及时提出。
实习结束后,觉得对一些地质地貌还没有充分的认识,为了补充知识,又上网查了些相关的资料。
使得我对之前所学的课本知识有了更直观的认识更感性的理解,不但能够正确迅速地区分节理和断层,用罗盘仪测产状从而判断褶曲是向斜还是背斜,还解决了很多课本学习中遗留下来无从解决的问题。
通过实践让我受益匪浅,我学会了罗盘仪的使用方法并且亲手测定了岩石的走向,倾向和倾角,加深了对各种地质作用的理解,看到了很多地质构造,了解到了各种地质构造对工程建设的影响,此次实习使我对工程地质有了更深的认识,更加提高了我对工程地质学习的乐趣,为以后的工作打下了一个很好的基础。
老师在上山途中给我们讲解、教我们判别了许多地质现象。
这让我感触很大。
比如在山上实测断层的产状之前没有注意到在测倾向时要注意将罗盘的北端朝向岩层的倾斜方向。
通过实践,我们小组的成员互相讨论解疑。
当自己亲手用地质罗盘测出断层产状的时候,有一种成就感。
再一次觉得工程地质就在我们的身边。
顿时我对工程地质这一学科产生了更加浓厚的兴趣。
这次实习还锻炼了我吃苦耐劳,不畏艰苦的能力,提升了我的毅力,还记得爬三叠泉那天的下午,爬到半山腰时我就觉得好累,自己估计是爬不到顶了,看着那么陡的阶梯,我有了放弃的念头,但是在同学们的鼓励下,我一直坚持,最后和他们一直爬到了顶。
作为一个小组长,虽然带领的同学不多,但也使我的责任感得到提升,让我更加深刻的体会到团结协作、互相帮助的重要性。
通过此次野外实习,我即领略了大自然瑰丽的自然风光和神奇的力量,感受了丰富多彩的历史人文风情,体会到了野外地质实习的无限乐趣和无比艰辛,也完成了一次对自我能力的挑战。
此次实习,不仅让我加深了对课本基础知识的理解,而且观察各种地质地貌现象并积累了许多地质地貌方面的材料,通过亲身实学到了许多课本上没有的知识,实现了理论与实践的结合。
有的知识,实现了理论与实践的结合实习之余,老师给出时间让我们自己去爬山,自己去观察,这让我们更加进一步的亲近了大自然,感受到了自然的美。
让我们的心灵从喧嚣的都市中得到释放,从忙碌的学习抽身而出,释放了压力,回来之后,我们将更好的进入学习状态。
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