断层的性质与特征.docVIP

断层性质与特征 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