断层及其有关的裂隙发育带

如题所述

在基岩地区进行水文地质工作,历来都很重视对断层的研究,因为断层破碎带常是储水的空间和导水的通路。

1.断层破碎带

一条断层的形成,一般总是先从产生节理开始。节理继续发展,即出现节理密集带。沿节理密集带岩层发生位移,则形成断层。这个过程经历的时间可能很长,也可能非常短促。所以,一条大的断层在其形成前的孕育阶段里就已经出现了节理密集带。最初的断裂面就是由许多节理面连接起来形成的。所以它不会是一个平整的面,而是凹凸不平或呈锯齿状的面。当两盘相互位移时,必定要克服不平整的障碍,将凸起的部分刮掉并碾碎。被碾碎的物质积聚在断层破碎带中形成各种构造岩。断层两盘相对位移的摩阻作用导致断层面两侧局部应力状况的改变,强大的摩阻力使两盘岩石产生新的羽状排列的张裂隙和扭裂隙,甚至出现低序次的分支断层。在某些层状岩层里,还常形成牵引褶曲。在牵引褶曲的顶部又会出现局部张应力,形成张性裂隙。因此,在断层两盘的影响带中常形成裂隙发育带。

由此可见,一个典型的断层破碎带的横剖面,可以分为性质不同的两个带:①内带———构造成岩带;②外带———断层影响带,如图10-7所示。但实际上,由于种种原因,这两个带并不一定发育得很完全,有时只有其中的一个带比较发育。

图10-7 断裂破碎带横剖面分带示意图

(1)构造岩带

由断层泥、糜棱岩、断层角砾岩、压碎岩及压片岩等物质组成。其岩石性质与断层两盘的母岩相比较,已经发生了质的变化。

断层泥一般厚数厘米,也有个别厚达数米的。糜棱岩厚度一般数厘米至数十厘米,超过1m的较少见。断层泥和糜棱岩都是不透水、不含水的。

断层角砾岩的角砾大小,一般为2~6cm,角砾间充填着更加破碎的岩屑和粉末。压性断层角砾岩结构密实,透水性和含水性差;张性断层角砾岩结构较疏松,具有一定的透水性和含水性。压碎岩的破碎岩块,大小一般为5~15cm,岩块间充填着小颗粒、岩屑和岩粉,数量一般较少。压碎岩一般不胶结,或微胶结,所以一般是透水和含水的。压片岩是在强烈挤压作用下形成的,所以透水性和含水性都很弱。

构造岩带的宽度一般为1m至十几米乃至数十米,视断层的规模和性质而异。在同一条断层里构造岩带宽度的变化也很大。一些部位构造岩带的宽度较大,而另一些部位两盘母岩直接接触,完全缺失构造岩带。构造岩可以呈比较连续的层状,也可以为连续性不好的透镜体状,甚至呈不连续的鸡窝状。

构造岩带的透水性和含水性取决于本身的孔隙性质。压性及压扭性断层的构造岩多为断层泥、糜棱岩、断层角砾岩等。在泥质岩石(如页岩、板岩、千枚岩、凝灰岩等)中的压性断层中常出现压片岩。这些岩石孔隙极小,孔隙率很低,一般起隔水作用。张性及张扭性断层构造岩,多为压碎岩、碎块岩及结构较疏松的断层角砾岩,碾碎的细粒物质比压性、扭性断层构造岩少得多。因此,其构造岩带的孔隙及孔隙率都比较大,透水性和含水性较强。但如果张性、张扭性断层构造岩的孔隙被后期物质充填胶结,其透水性和含水性也会变得很小。扭性断层构造岩的性质,一般介于压性和张性断层构造岩之间。

(2)断层影响带

分布在构造岩带的两侧,岩石受断层影响,产生大量张裂隙、扭裂隙及分支断层,形成碎块岩和裂隙发育带。但母岩的矿物成分、结构和构造没有重大改变。靠近断层面,裂隙最发育,往往形成碎块岩;随着远离断层面,裂隙发育程度减弱,与未受断层影响的完整母岩之间是逐渐过渡的,没有明显的界线。

影响带的宽度取决于断层的规模、性质及两盘岩石的力学性质等因素,一般为数米至数十米不等,而且沿断层走向和倾向宽度变化都很大。一般构造岩带宽度大的断层,影响带的宽度也较大。影响带的宽度与构造岩带宽度的比值,以扭性断层为最小,张性断层次之,压性断层最大。压性断层(特别是逆掩断层)的上盘影响带比下盘影响带宽。断层通过半坚硬及软弱的岩层时,影响带宽度较大;通过坚硬、紧密、含硅质多的岩层时,影响带宽度较小。

由于断层影响带岩石裂隙发育,所以影响带的透水性和含水性一般都较强,常成为良好的断层富水带。

不同力学性质断层破碎带横剖面的分带特征见表10-2。

表10-2 不同力学性质断层破碎带横剖面的分带特征

实际上,断层破碎带横剖面的上述分带现象,只是对大断层才表现得比较清楚。一些小断层及泥质岩石中的断层常常只有一条或几条简单的断层面,两盘岩石紧密闭合,没有构造岩,影响带也不明显。这种断层的导水性和含水性一般不大。

2.与断层有关的裂隙发育带

与断层有关的裂隙发育带通常有以下几种:

1)张性断层的内带和压性断层的外带(尤其是上盘影响带),常可成为断层裂隙发育带。

2)主干断层与分支断层会合的部位或几条断层交叉的部位,裂隙最发育,常形成断层富水带。

3)低序次小断层成群出现的地方,因各个断层的影响带互相连接和重叠,所以裂隙发育,常成为断层富水带。

4)大断层两端尖灭带岩石裂隙发育,常成为断层富水带。这是因为大断层两端,岩石不是以断层位移来释放构造应力,而是以形成大量裂隙的方式释放应力。

5)活断层(包括新生断层和老断层复活)的破碎带裂隙尚未被充填胶结,一般有较大的透水性和含水性。

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