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

断层的性质与特征

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

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