断层的性质与特征

断层性质与特征一、问题的提出生产实践中，经常遇到一些问题与断层的性质有关。如：水文地质中断层的导水性，断层与矿井突水淹井的关系；瓦斯地质中断层的开放性，断层与瓦斯赋存、瓦斯涌出及煤与瓦斯突出的关系等。显然，断层的性质具有致关重要的作用，是分析问题的基础，没有对断层性质的准确判断，必然导致错误的结论。正断层是地台区一种最常见的构造类型。一般认为正断层为张性断层，并具有张性断层的一般特征。如断层面比较粗糙、断层角砾多棱角状、次棱角状、排列杂乱无章、没有强烈积压形成的复杂小褶皱等现象。但大量的实际观测表明，正断层并非主要是张性，而是剪性，并具有剪性断层的一般特征。二、正断层性质从理论上来说，正断层既可以是剪应力作用下形成的剪破裂，也可以是张应力作用下形成的张破裂。在构造应力作用下，岩石的破裂方式主要决定于以下三个因素：（1）岩石的抗剪强度和抗张强度。由于岩石的抗张强度仅为抗剪强度的1/3，因此，在自然条件下，岩石更容易发生张破裂；（2）岩石变形的地质环境。断层一般形成在地下围压很大的环境条件下，围压的作用不利于张性破裂的形成，而对剪破裂的发育比较有利。（3）构造应力场性质。岩石在张应力作用下，超过其抗张强度形成张性破裂；在压应力作用下则形成剪性破裂。可用剪切破裂摩尔圆图解来说明（略）。从实际来看，断层一般形成在地下围压很大的条件下，在压应力作用下，主要形成剪性破裂，只有在张应力作用下才形成张性破裂。因此，尽管岩石的抗张强度远小于抗剪强度，但由于受环境围压条件的作用，岩石中更多形成的是剪切破裂，而不是张破裂。如，岩石中的节理主要为剪节理，张节理比较少见。节理的性质尚且如此，由张节理进一步发育所形成的典型张性断层更为少见。三、正断层特征断层的特征一般包括断层面特征、构造岩特征、断层两盘伴生构造特征及断层的组合特征等四个方面。断层的特征决定于断层的性质。比较明显反映断层性质的特征是断层面特征、构造岩特征和断层两盘伴生构造特征。张性正断层的特征如各种教科书描述和人们通常所认识的那样，此不赘述。下面着重论述剪性正断层的一般特征。根据E.M.Anderson（1951）应力状态分析，剪性正断层与逆断层、平移断层的形成机制实质上是一样的，均属于剪破裂，因此，应当具有类似的压剪性构造特征（略）。但实际研究表明，断层特征的差别也是比较明显的：（1）剪性正断层的压剪性构造特征最弱，平移断层较强，逆断层最强。形象理解，由剪性正断层——平移断层——逆断层，其构造特征表现为“张剪性——剪性——压剪性”的递变序列。（2）构造岩分带性的差异。剪性正断层分带性最明显，其次是平移断层，逆断层最弱。野外观测表明，如果断层带内各种构造岩均较发育的话，紧靠断层面的是断层泥，然后，离开断层面依次是碎粉岩、碎粒岩、断层角砾岩（图1）。图1构造岩分带示意图四、影响剪性正断层特征因素分析剪性正断层特征总体上介于张性正断层与剪性逆断层、平移断层之间，其根本原因是空间应力状态作用的差别造成的。（1）应力的性质决定剪性正断层具有同逆断层、平移断层类似的构造特点，即剪性。（2）构造应力场（σ1、σ2、σ3）的空间作用状态不同，决定了剪性正断层与逆断层、平移断层的构造特征又有一定的差别，而与张性正断层有一定的相似性（图2）。剪性正断层：“主动力σ1”垂直向上，推动断层下盘——“主动盘”沿高角度断裂面向上运动，断层两盘相互作用力较弱，压剪性构造特征不突出。逆断层：“主动力σ1”水平，推动断层上盘——“主动盘”沿低角度断裂面向上运动，断层两盘相互作用力强烈，因此，表现出典型的压剪性构造特征。平移断层：断层两盘作水平方向运动，相互作用力介于剪性正断层和逆断层之间。张性正断层：“主动力σ3”水平，在重力作用下断层上盘——“主动盘”沿高角度断裂面向下运动，断层两盘相互作用力很弱，因此，呈现出典型的张性构造特征。图2断层形成的应力状态图解同逆断层、平移断层、张性正断层一样，剪性正断层的特征还受其它因素的影响，并表现出一定的变化。如岩石力学性质、岩体结构、断层面产状、断层形成的地质环境条件等，显然韧性岩石、薄层脆韧性岩层互层、低角度断层、高温高压地质环境条件下，其压剪性特征比较明显，反之，张性特征明显，在实际应用中要具体分析。五、结论（1）正断层包括剪性正断层和张性正断层，自然界中以剪性正断层为主。（2）剪性正断层的构造特征总体上为剪性，但表现出一定的张性特点；张性正断层具有典型的张性构造特征。剪性正断层的构造岩具有空间分带性。（3）构造应力场的空间作用状态是影响断层特征的决定性因素，其次是岩石力学性质、岩体结构、断层产状、断层形成的地质环境条件等。摘要理论和实际研究表明，正断层有剪性和张性两种力学性质，并以剪性为主。剪性正断层的构造特征总体上为剪性，但表现出一定的张性特点；张性正断层具有典型的张性构造特征。剪性正断层的构造岩具有空间分带性。构造应力场的空间作用状态是影响断层特征的决定性因素。关键词：正断层力学性质构造特征参考文献断层的类型及特征压性断层1．断裂面往往呈舒缓波状，沿走向方向尤其明显2．断裂面上常有较多的擦痕、阶步、磨光面。并出现动力变质的新生片状物（如云母、滑石、绿泥石）及被压扁或拉长的柱状矿物、片状矿物、砾石、鲕粒、石英、方解石晶片和晶块等，并沿断裂面及两侧作近于平行断裂面走向排列3．断层中的构造岩，以角砾岩、糜棱岩、断层泥为主，有时还可见到构造透镜体4．断裂面两侧岩石由于受强烈挤压而破碎、牵引、冲断，从而产生一些伴生构造，如羽状裂隙、劈理，“入”字型分之构造(包括断层和褶曲)，小旋卷构造等5．断裂面常成群出现，彼此平行，沿走向延伸较远，在剖面上常构成迭瓦式6．逆断层（包括冲断层、逆掩断层辗掩断层）属压性断层张性断层1，断裂面粗糙不平，形状不规则。擦痕较少，很少出现大批擦痕，断层倾角一般较陡2，当张性断裂发生在砾岩中时，断裂面常绕砾石而过，无切割或压扁现象3，断裂面两侧岩层产状无明显变化4，构造岩以角砾岩为主，糜棱岩、断层泥较少见。角砾岩大小悬殊，无显著定向排列5，张性断裂常成群分布，形成张性断裂带。在平面上彼此平行，在剖面上常组成地垒，阶梯等构造。凡追踪“×”形断裂的张性断裂，均成锯齿状，称“之”字形断裂6，正断层属张性断裂扭性断层1．断裂面常较光滑、平整，有时呈镜面出现，常有大量水平或近于水平的划痕阶步。断层产状平稳，断层线平直2．断裂面上有时有新生的硅质、方解石、绿泥石等动力变质矿物，但不如压性结构面常见3．构造岩常被碾磨很细，有角砾岩与糜棱岩，并具有片理化的窄带。构造岩常成斜列分布与扭性断裂带中4．断裂面两侧，岩石由于受强烈的扭动而常伴生一些羽状裂隙、劈理，“入”字形及小旋卷构造5．扭性断裂常成群出现，两组平行，且呈“×”形（常将岩石切成菱形），有时成雁行式排列6．平移断层属扭性断层压扭性断层1．即具有压性特征，有具有扭性特征。上述的压性、扭性断裂的特征均可借鉴2．断裂面上常可见到显示上盘斜冲的擦痕、阶步。两盘岩石可能发生一些伴生构造，如牵引、羽状裂隙、劈理、“入”字形分支及旋卷构造。这些伴生构造的轴面、断裂面与主断裂面的交线和旋轴，既不与主断裂面走向线平行，也不与其倾向线平行，而是介于两者之间，这是压扭性断裂的一个特点3．压扭性断裂常成群出现，成雁行式、平形式排列4．平移逆断层、逆平移断层均属于压扭性断层节理的分类及特征张节理1．力学成因：由张应力产生，节理面与张应力方向垂直。火成岩由冷凝收产生的原生节理2．节理面特征：裂口微张开或较大张开，节理面粗糙，面上无划痕，产状不稳定，沿走向和倾向延伸不大，在砾岩或粗粒碎屑岩中，常绕过砾石、结核或碎屑颗粒，张开而不切断砾石等颗粒，在剖面上常呈楔形，上宽下窄，常被粘土、岩矿脉充填3．节理的组合特征：常成群出现，并排列成雁行式、平形式，在褶曲轴部常形成与褶曲轴平行的二次纵张节理，当与断层伴生时，常组成边幕式和羽状张节理剪切节理1．力学成因：由剪应力产生，常沿两个最大剪切面产生两组共轭剪节理，通常它们所夹锐角的平分线即为主压应力作用方向，但也有钝角平分线为主压应力方向的2．节理面特征：裂口通常闭合，节理面光滑平直，上常有划痕，产状稳定，沿走向和倾向较稳定的延伸很远，常切断砾石和粗颗粒，一条裂痕往往由许多小的成雁行排列的次一级的切面组成，这些小剪切面彼此靠近，几乎首位衔接3．节理的组合特征：同一力学成因的两组剪节理，常组成共轭剪节理。由断层的挤压错动引起的两组共轭节理，一组与断层面平行（一般不发育），一组与断层面斜交，岩层受挤压发生褶皱，常伴随发生纵向与斜向的“×”剪节理