断层的性质与特征

断层性质与特征

一、问题得提出

生产实践中,经常遇到一些问题与断层得性质有关。如:水文地质中断层得导水性,断层与矿井突水淹井得关系;瓦斯地质中断层得开放性，断层与瓦斯赋存、瓦斯涌出及煤与瓦斯突出得关系等。显然,断层得性质具有致关重要得作用,就是分析问题得基础，没有对断层性质得准确判断,必然导致错误得结论。

正断层就是地台区一种最常见得构造类型。一般认为正断层为张性断层,并具有张性断层得一般特征。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、没有强烈积压形成得复杂小褶皱等现象。但大量得实际观测表明，正断层并非主要就是张性,而就是剪性,并具有剪性断层得一般特征。

二、正断层性质

从理论上来说，正断层既可以就是剪应力作用下形成得剪破裂,也可以就是张应力作用下形成得张破裂。在构造应力作用下,岩石得破裂方式主要决定于以下三个因素:

（1)岩石得抗剪强度与抗张强度。由于岩石得抗张强度仅为抗剪强度得1/3，因此,在自然条件下,岩石更容易发生张破裂;

(2)岩石变形得地质环境。断层一般形成在地下围压很大得环境条件下,围压得作用不利于张性破裂得形成，而对剪破裂得发育比较有利。

（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)。

从实际来瞧,断层一般形成在地下围压很大得条件下,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,尽管岩石得抗张强度远小于抗剪强度，但由于受环境围压条件得作用,岩石中更多形成得就是剪切破裂,而不就是张破裂。如，岩石中得节理主要为剪节理,张节理比较少见。节理得性质尚且如此,由张节理进一步发育所形成得典型张性断层更为少见。

三、正断层特征

断层得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得组合特征等四个方面。断层得特征决定于断层得性质。比较明显反映断层性质得特征就是断层面特征、构造岩特征与断层两盘伴生构造特征。张性正断层得特征如各种教科书描述与人们通常所认识得那样,此不赘述。下面着重论述剪性正断层得一般特征。

根据E、 M、 Aｎderｓｏn(1951）应力状态分析,剪性正断层与逆断层、平移断层得形成机制实质上就是一样得,均属于剪破裂，因此,应当具有类似得压剪性构造特征(略）。但实际研究表明，断层特征得差别也就是比较明显得:

(1)剪性正断层得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”得递变序列。

（2)构造岩分带性得差异。剪性正断层分带性最明显,其次就是平移断层，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得话，紧靠断层面得就是断层泥，

然后，离开断层面依次就是碎粉岩、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,其根本原因就是空间应力状态作用得差别造成得。

(1)应力得性质决定剪性正断层具有同逆断层、平移断层类似得构造特点,即剪性。 (２)构造应力场（σ1、σ2、σ3)得空间作用状态不同,决定了剪性正断层与逆断层、平移断层得构造特征又有一定得差别,而与张性正断层有一定得相似性（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,表现出典型得压剪性构造特征。

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与逆断层之间。

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,呈现出典型得张性构造特征。

图2 断层形成得应力状态图解

同逆断层、平移断层、张性正断层一样,剪性正断层得特征还受其它因素得影响,并表现出一定得变化。如岩石力学性质、岩体结构、断层面产状、断层形成得地质环境条件等,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与张性正断层,自然界中以剪性正断层为主。

(2)剪性正断层得构造特征总体上为剪性,但表现出一定得张性特点;张性正断层具有典型得张性构造特征。剪性正断层得构造岩具有空间分带性。

(3)构造应力场得空间作用状态就是影响断层特征得决定性因素,其次就是岩石力学性质、岩体结构、断层产状、断层形成得地质环境条件等。

摘要 理论与实际研究表明,正断层有剪性与张性两种力学性质,并以剪性为主。剪性正断层得构造特征总体上为剪性,但表现出一定得张性特点；张性正断层具有典型得张性构造特征。剪性正断层得构造岩具有空间分带性。构造应力场得空间作用状态就是影响断层特征得决定性因素。

关键词:正断层 力学性质 构造特征 参考文献

断层得类型及特征

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． 断裂面上常有较多得擦痕、阶步、磨光面。并出现动力变质得新生片状物(如云母、

滑石、绿泥石）及被压扁或拉长得柱状矿物、片状矿物、砾石、鲕粒、石英、方解石晶片与晶块等,并沿断裂面及两侧作近于平行断裂面走向排列

3． 断层中得构造岩，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(包括断层与褶曲),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“×”形断裂得张性断裂，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得划痕阶步。断层产状平稳,断层线平直

2. 断裂面上有时有新生得硅质、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,并具有片理化得窄带。构造岩常成斜列分布与扭性断裂带中

4. 断裂面两侧,岩石由于受强烈得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。上述得压性、扭性断裂得特征均可借鉴

2． 断裂面上常可见到显示上盘斜冲得擦痕、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。这些伴生构造得轴面、断裂面与主断裂面得交线与旋轴，既不与主断裂面走向线平行，也不与其倾向线平行，而就是介于两者之间，这就是压扭性断裂得一个特点

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 节理得分类及特征 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得原生节理

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,沿走向与倾向延伸不大,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. 节理得组合特征: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得二次纵张节理,当与断层伴生时,常组成边幕式与羽状张节理

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,通常它们所夹锐角得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得

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,沿走向与倾向较稳定得延伸很远,常切断砾石与粗颗粒,一条裂痕往往由许多小得成雁行排列得次一级得切面组成,这些小剪切面彼此靠近,几乎首位衔接

3. 节理得组合特征:同一力学成因得两组剪节理,常组成共轭剪节理。由断层得挤压错动引起得两组共轭节理,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得“×”剪节理