地質(zhì)斷層

2024年2月21日發(fā)(作者：團(tuán)學(xué)活動)

一、節(jié)理

（一）基本概念

1、節(jié)理：巖石受力作用形成的破裂面或裂紋，稱為節(jié)理，它是破裂面兩側(cè)的巖石沒有發(fā)生明顯位移的一種構(gòu)造。

節(jié)理的產(chǎn)狀也可用走向、傾向和傾角進(jìn)行描述。

2、節(jié)理組和節(jié)理系：在同一時期，同一成因條件下形成的，彼此相互平行或近于平行的一群節(jié)理叫節(jié)理組；在同一構(gòu)造應(yīng)力作用下，形成有規(guī)律組合的節(jié)理組，叫節(jié)理系。

（二）節(jié)理分類

1、按節(jié)理的成因分類

節(jié)理按成因可分為原生節(jié)理、構(gòu)造節(jié)理和表生節(jié)理。

(1)原生節(jié)理：指巖石形成過程形成的節(jié)理，如玄武巖的柱狀節(jié)理

(2)構(gòu)造節(jié)理：是巖石受地殼構(gòu)造應(yīng)力作用產(chǎn)生的，這類節(jié)理具有明顯的方向性和規(guī)律性，發(fā)育深度較大，對地下水的活動和工程建設(shè)的影響也較大。構(gòu)造節(jié)理與褶皺、斷層及區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造有著非常密切的聯(lián)系，它們常常相互伴生，是工程地質(zhì)調(diào)查工作中的重點對象(相對于節(jié)理、表生節(jié)理)。

(3)表生節(jié)理：又稱風(fēng)化節(jié)理、非構(gòu)造節(jié)理，是巖石受外動力地質(zhì)作用(風(fēng)、水、生物等)產(chǎn)生的，如由風(fēng)化作用產(chǎn)生的風(fēng)化裂隙等，這類節(jié)理限在空間分布上常局限于地表淺部巖石中，對地下水的活動及工程建設(shè)有較大的影響。

2、按力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分類

(1)張節(jié)理:在垂直于主張應(yīng)力方向上發(fā)生張裂而形成的節(jié)理，叫張節(jié)理。張節(jié)理大多發(fā)育在脆性巖石中，尤其在褶皺轉(zhuǎn)折端等張拉應(yīng)力集中的部位最發(fā)育，它主要有以下特征：

裂口是張開的，剖面呈上寬下窄的楔形，常被后期物質(zhì)或巖脈填充；

節(jié)理面粗糙不平，一般無滑動擦痕和磨擦鏡面；

產(chǎn)狀不穩(wěn)定，沿其走向和傾向都延伸不遠(yuǎn)即行尖滅；

在礫巖或砂巖中發(fā)育的張節(jié)理常常繞過礫石、結(jié)核或粗砂粒，其張裂面明顯凹凸不平或彎曲；

張節(jié)理追蹤X型剪節(jié)理發(fā)育呈鋸齒狀。

(2)剪節(jié)理：巖石受剪應(yīng)力作用發(fā)生剪切破裂而形成的節(jié)理，叫剪節(jié)理，它一般在與最大主應(yīng)力呈45°夾角的平面上產(chǎn)生，且共軛出現(xiàn)，呈X狀交叉，構(gòu)成X型剪節(jié)理。它具有以下特征：

剪節(jié)理的裂口是閉合的，節(jié)理面平直而光滑，常見有滑動擦痕和磨光鏡面；

剪節(jié)理的產(chǎn)狀穩(wěn)定，沿其走向和傾向可延伸很遠(yuǎn)；

在礫巖或砂巖中發(fā)育的剪節(jié)理常切礫石、砂粒、結(jié)核和巖脈，而不改變其方向；

剪節(jié)理的發(fā)育密度較大，節(jié)理間距小而且具有等間距性，在軟弱薄層巖石中常常密集成帶出現(xiàn)。

張節(jié)理

3、按節(jié)理與巖層走向關(guān)系分類

剪節(jié)理

(1)走向節(jié)理：節(jié)理延伸方向大致與巖層走向平行。

(2)傾向節(jié)理：節(jié)理延伸方向大致與巖層走向垂直。

(3)斜交節(jié)理：節(jié)理延伸方向與巖層走向斜交。

4、根據(jù)節(jié)理與褶皺軸的關(guān)系，可將節(jié)理分為：

(1) 縱節(jié)理-節(jié)理走向與褶皺軸向平行

(2) 橫節(jié)理-節(jié)理走向與褶皺軸向直交

(3) 斜節(jié)理-節(jié)理走向與褶皺軸向斜交

與巖層走向關(guān)系

5、按張開程度進(jìn)行分類

寬張節(jié)理：節(jié)理縫寬度 >5mm；張開節(jié)理： 3～5mm；微張節(jié)理： 1～3mm；閉合節(jié)理： <1mm。與褶皺軸向關(guān)系

一、節(jié)理

（三）節(jié)理的野外調(diào)查

1、調(diào)查的內(nèi)容

(1)地質(zhì)背景：包括地層、巖性、褶皺和斷層的發(fā)育；

(2)節(jié)理的產(chǎn)狀：走向、傾向和傾角；

(3)節(jié)理的張開和填充情況：包括張開的程度、充填的物質(zhì)等；

(4)節(jié)理壁的粗糙程度：粗糙的、平坦的、光滑的；

(5)節(jié)理的充水情況；

填寫節(jié)理觀測登記表：

地層點號

時代及位及巖置

性

節(jié)理組系、節(jié)巖層產(chǎn)節(jié)理狀和構(gòu)產(chǎn)狀

和相互關(guān)造部位

系

節(jié)理節(jié)理面特密度

征及充填(根物

2力學(xué)性質(zhì)理分期

/m)

2、研究內(nèi)容

確定節(jié)理的成因、對節(jié)理進(jìn)行分期、統(tǒng)計節(jié)理的間距、數(shù)量、密度，確定節(jié)理的發(fā)育程度和主導(dǎo)方向等。

節(jié)理的分期可根據(jù)節(jié)理的交切關(guān)系進(jìn)行，比如后期形成的節(jié)理常將先期形成的節(jié)理錯開，或者受到先期形成的節(jié)理的限制。

3、資料整理：節(jié)理玫瑰花圖、等密圖和電算處理等。

節(jié)理分期

玫瑰花圖

等密圖

（四）節(jié)理的工程評價

1、節(jié)理的成因：構(gòu)造節(jié)理分布范圍廣、埋藏深度大，并向斷層過渡，

對工程穩(wěn)定性影響較大。

2、節(jié)理的受力特征：張節(jié)理比剪節(jié)理的工程性能差。

3、節(jié)理產(chǎn)狀：傾向和邊坡一致的節(jié)理穩(wěn)定性差。

4、節(jié)理密度和寬度：一般用節(jié)理發(fā)達(dá)程度來表示，節(jié)理越發(fā)達(dá)，對工程影響越大。

5、節(jié)理面間的充填物：充填有軟弱介質(zhì)的節(jié)理，工程地質(zhì)條件差。

6、節(jié)理的充水程度：飽水的節(jié)理，其穩(wěn)定性差。

二、劈理

（一）劈理的涵義

劈理是指巖石受力后，具有沿著一定方向劈開成平行或大致平行的密集的薄層或薄板的一種構(gòu)造。沿著劈開的這種裂面稱劈理面，相鄰兩劈理面之間所夾的薄板狀巖片稱微劈石。

劈理面的產(chǎn)狀也用走向、傾向、傾角表示。

劈理使巖石具有明顯的各向異性特征，劈理主要發(fā)育在構(gòu)造變動強(qiáng)烈、應(yīng)力集中的巖石地段，如褶皺構(gòu)造的兩翼、大斷層的兩側(cè)及變質(zhì)巖中，它不一定破壞巖石的完整性，但用力敲擊時，巖石則容易沿劈理面劈開。

（二）劈理的分類

1、流劈理：是巖石受力作用后，由片狀、板狀或扁平礦物顆粒產(chǎn)生定向排列而成。常見于變質(zhì)巖中，如板巖中的板理，片巖、片麻巖中的片理等。在平行于礦物定向排列方向上形成易于裂開的劈理面，使巖石具有分割成無數(shù)薄片的特征。流劈理比較光滑，間距也小，僅幾毫米。

大理巖中的流劈理

2、破劈理：是巖石中平行密集，并將巖石切割成薄片狀的細(xì)微裂隙。它是巖石受剪切作用形成的，與巖石中礦物的定向排列無關(guān)。因此，破劈理沿著最大剪切應(yīng)力方向發(fā)育，其間距一般為幾毫米～幾厘米，大多發(fā)育在硬脆巖石間的軟弱巖石中或硬脆的薄層巖石中。破劈理與剪節(jié)理的區(qū)別在于其密集性，其間沒有明顯的界限。破劈理的基本特征是劈理面平直光滑，近于平行，延伸穩(wěn)定，密集成帶。

破劈理

3、滑劈理：滑劈理也是巖石中平行密集的細(xì)微剪裂面，與破劈理的區(qū)別在于沿劈理面有微小的位移，滑劈理大多發(fā)育在具有鱗片變晶結(jié)構(gòu)的板巖、千枚巖及片中。

s1-流劈理

s2-滑劈理

板巖中的滑劈理

滑劈理

（三）劈理的野外研究

在巖石強(qiáng)烈變形和變質(zhì)巖區(qū)工作時，應(yīng)注意對劈理的觀察，大量測量其產(chǎn)狀并均勻地標(biāo)注在地質(zhì)圖或構(gòu)造圖上，還要采集定向標(biāo)本，供室內(nèi)顯微觀測或研究用，要區(qū)分劈理和層理、測定劈理的間隔等。

在野外，劈理的識別可從以下幾個方面進(jìn)行：

1、切穿不同成分、顏色、粒度巖層的面，可能是劈理面。

2、劈理在不同巖性的巖層中分布的頻度與層面交角可能不同，甚至出現(xiàn)轉(zhuǎn)折或彎曲。

3、切穿巖層的夾層、透鏡體、排列方向密集的破裂面，可能是劈理面。

4、單個的劈理面一般延伸不遠(yuǎn)。

三、斷層

（一）概念

巖層或巖體在構(gòu)造運動影響下發(fā)生破裂，若破裂面兩側(cè)巖體沿破裂面發(fā)生了明顯的相對位移，這種構(gòu)造就稱為斷層。

斷層的種類繁多，形態(tài)各異，規(guī)模大小相差十分懸殊，規(guī)模大的斷層延伸長度可達(dá)幾百～一千多公里，而小的斷層可在巖石標(biāo)本上見到。斷層的切割深度也不相同，有的可切穿地殼至上地幔。

斷層破壞了巖石的連續(xù)完整性，對巖體的穩(wěn)定性、滲透性、地震活動和區(qū)域穩(wěn)定性都有重大影響，從而影響工程的穩(wěn)定性，與工程建設(shè)有著密切的聯(lián)系。

（二）斷層要素

1、斷層面：構(gòu)成斷層的破裂面，也就是斷層兩側(cè)巖體沿之產(chǎn)生顯著滑

動位移的面，叫做斷層面，產(chǎn)狀可用走向、傾向和傾角確定。斷層一般不是單個的面，而是由一系列的破裂面或次級斷層所組成的帶，即斷層帶或斷裂帶。

2、斷層線：是指斷層面與地面的交線，即斷層面在地表的出露線，斷層線延伸方向即是斷層走向，延伸的消失點，稱為斷層的端點。

3、斷盤：斷層面兩側(cè)發(fā)生相對位移的巖體，稱為斷(層)盤。當(dāng)斷層面傾斜時，位于斷層面上方的稱為上盤、下方的稱為下盤；當(dāng)斷層面近于直立時，則以方位相稱，如東盤、西盤等；也可根據(jù)兩盤相對移動的關(guān)系，把相對上升的稱為上升盤，把相對下降的稱為下降盤。

4、斷距：斷層兩盤巖體沿斷層面發(fā)生相對滑動的距離，稱為斷距。斷距的大小常常是衡量斷層規(guī)模的重要標(biāo)志，斷距又分為總斷距、水平斷距及垂直斷距。

（三）斷層分類

1、按斷層面產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀的關(guān)系分類

走向斷層：斷層走向與巖層走向一致的斷層；

傾向斷層：斷層走向與巖層傾向一致的斷層；

斜向斷層：斷層走向與巖層走向斜交的斷層。

2、按斷層面走向與褶皺軸向或區(qū)域線之間的關(guān)系分類

縱斷層：斷層走向與褶皺軸向或區(qū)域構(gòu)造線方向平行的斷層；

橫斷層：斷層走向與褶皺軸向或區(qū)域構(gòu)造線方向垂直的斷層；

斜斷層：斷層走向與褶皺軸向或區(qū)域構(gòu)造線方向斜交的斷層。

3、按斷層力學(xué)性質(zhì)分類

壓性斷層：由壓應(yīng)力作用形成，其走向垂直于主壓應(yīng)力方向，多呈逆斷層形式，斷面為舒緩波狀，斷裂帶寬大、常有斷層角礫巖。

張性斷層：在張應(yīng)力作用下形成，其走向垂直于張應(yīng)力方向，常為正斷層，斷層面粗糙，多呈鋸齒狀。

扭性斷層：在剪應(yīng)力作用下形成，與主壓應(yīng)力方向交角小于45。，常成對出現(xiàn)。斷層面平直光滑，常有擦痕出現(xiàn)。

4、按斷層兩盤相對運動的關(guān)系進(jìn)行分類

(1)正斷層：上盤相對下降，下盤相對上升的斷層，稱為正斷層。

正斷層的產(chǎn)狀一般較陡，傾角在45o～90o，正斷層

斷層線比較平直，一般是由于重力作用或水平張

力作用形成的，并在垂直于張應(yīng)力方向上發(fā)育。

(2)逆斷層：下盤相對下降，上盤相對上升的斷層，稱為逆斷層。逆斷層產(chǎn)狀一般比較平緩，傾角很少超過70o，斷層線常呈舒緩的波狀曲線，斷層面傾角大小又可分為：

沖斷層： 傾角 >45o；

逆掩斷層： 25o～45°；

輾掩斷層： <25o。

逆斷層示意圖

推覆構(gòu)造：巨大的外來巖席，沿著一個近于水平的滑動面(傾角小，10o～15o)，長距離的滑移(位移>15km)，常看一較老的巖層覆于較新的巖層之上。

逆斷層一般是受水平的擠壓應(yīng)力作用，沿剪切破裂面形成的，常與褶皺相互伴生，逆斷層的規(guī)模一般較大，多為區(qū)域性的巨型構(gòu)造。

(3)平移斷層：兩盤巖體沿斷層面走向作水平相對運動的斷層，稱平移斷層。

平移斷層，斷層面近于直立，斷層線平直，逆斷層(手標(biāo)本)

延伸很遠(yuǎn)，斷層破碎帶較窄，在斷層面上常有近于水平的擦痕。平移斷層一般是在水平剪切應(yīng)力的作用下形成的。

（4）樞紐斷層

正、逆、平移斷層的兩盤相對運動都是直移運動。事實上，有許多斷層常常有一定程度的旋轉(zhuǎn)。

斷盤的旋轉(zhuǎn)有兩種情況：一種是旋轉(zhuǎn)軸位于斷層的一端，表現(xiàn)為橫過斷層走向的各個剖面上的位移量不等，一種是旋轉(zhuǎn)軸不位于斷層的端點，表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的相對位移的方向不同，如一側(cè)為上盤上升，而另一側(cè)為上盤下降。

兩種旋轉(zhuǎn)均使兩盤中巖層原來一致的產(chǎn)狀不再平行一致。旋轉(zhuǎn)量比較大的斷層，可稱為樞紐斷層。

平移斷層示意圖

三、斷層

（四）斷層的組合形態(tài)

1、正斷層的組合形式

(1)階梯狀斷層：幾條產(chǎn)狀大致相同的正斷層，相互平行排列，各斷層的一盤呈階梯狀向著同一方向依次下降的組合形態(tài)，稱為階梯狀斷層。

階梯狀斷層

地壘

(2)地壘：兩條以上平行的正斷層，斷層面相對傾斜，其中間巖塊為共同的上升盤，兩側(cè)斷層的上盤呈階梯狀依次下降，這種組合形態(tài)，稱為地壘。

(3)地塹：兩條以上平行的斷層，斷層面相向傾斜，對稱排列，其間為共同的下降盤，兩側(cè)斷層的斷盤依次上升，這種組合形態(tài)的斷層稱為地塹。

另外還的環(huán)狀和放射狀斷層：

地塹

放射狀斷層

2、逆斷層的組合形式

(1)疊瓦狀斷層：一系列產(chǎn)狀大致相同的斷層，相互平行排列，各斷層的上盤依次上沖逆掩，在剖面上呈屋頂蓋瓦式可鱗片狀疊置，這種組合形式，稱為疊瓦狀斷層。

(2)對沖式斷層：是由兩條相反傾斜，相對逆沖的斷層組成的組合形態(tài)。

(3)背沖式斷層：由兩條或兩組相反傾斜的對沖式斷層示意圖

環(huán)狀斷層

疊瓦狀斷層示意圖

背沖式斷層示意圖

逆沖斷層組成，表現(xiàn)為自一個中心分別向兩個相反方向逆沖，一般是自背斜核部向外逆沖，總體上常常呈扇狀。

三、斷層

（五）斷層的識別

1、地貌上的標(biāo)志

(1)斷層崖和斷層三角面：在斷層兩盤的相對運動中，上升盤常常形成陡崖。稱為斷層崖。如峨眉山金頂舍身崖、昆明滇池西山龍門陡崖。當(dāng)斷層崖受到與崖面垂直方向的地表流水侵蝕切割，形成沿斷層面分布的三角形陡壁，稱為斷層三角面。如河南偃師的五佛山。

(2)斷層湖、斷層泉：沿斷層帶常形成一些串珠狀分布的斷陷盆地、洼地、湖泊、泉水等，可指示斷層延伸方向。如我國云南東部順南北向的小江斷裂帶分布了一串湖泊，自北向南有楊林海、陽宗海、滇池、撫仙湖、杞麓湖以及昆明盆地、宜良盆地、嵩明盆地、玉溪盆地等。

(3)錯斷的山脊、急轉(zhuǎn)的河流：正常延伸的山脊突然被錯斷，往往是斷層兩盤平移運動的結(jié)果；橫切山脊走向的平原或盆地與山嶺的接觸帶，往往是斷層通過的地方，如太行山前斷裂帶，使太行山在華北平原西緣拔地

而起，成為華北平原的西部屏障；正常流經(jīng)的河流突然產(chǎn)生急轉(zhuǎn)彎，或一些順直深切的河谷，都能指示斷層延伸的方向，如鮮水河的支流在斷層通過的地方突然發(fā)生轉(zhuǎn)向。

斷層三角面

斷層崖

錯斷山脊

2、構(gòu)造上的標(biāo)志

(1)斷層破碎帶與構(gòu)造巖：規(guī)模較大的斷層，常形成斷層破碎帶，其寬度大小不等，在斷層破碎帶內(nèi)常常有斷層(構(gòu)造)角礫巖，糜棱巖、碎裂巖、斷層泥、構(gòu)造片狀巖等構(gòu)造巖。

(2)伴生節(jié)理：在斷層剪切滑動作用下，發(fā)生在斷層面兩側(cè)巖層中的節(jié)理，稱為伴生節(jié)理。

(3)牽引褶皺：斷層兩盤錯動時，緊鄰斷層面兩側(cè)的地層，因受磨擦力的牽引，發(fā)生塑性拖拉而形成的彎曲現(xiàn)象，稱為牽引褶皺，

斷層破碎帶

(4)擦痕和階步：斷層兩盤相互錯動時，由摩擦作用導(dǎo)致在滑動面上產(chǎn)生平行密集的微小刻槽，稱為擦痕；斷層面上與擦痕直交的細(xì)小陡坎，叫階步；在斷層面上還有磨光的平面，叫磨擦鏡面。

構(gòu)造巖

伴生節(jié)理

牽引褶皺

擦痕與階步3、地層上的標(biāo)志

(1)巖層中斷及褶皺核部寬窄變化：巖層沿走向突然中斷，造成一種巖層在走向上與另一種或多種不同巖性的巖層接觸，或造成褶皺核部地層出露界線發(fā)生寬窄變體，說明有橫斷層或斜斷層存在。

斷層引起的褶皺核部寬窄變化

(2)地層的重復(fù)和缺失：當(dāng)發(fā)生與巖層走向平行的斷層時，常造成斷層兩盤部分地層的重復(fù)和缺失。

斷層引起的地層的重復(fù)和缺失

（六）斷層的工程地質(zhì)評價

1、斷層的力學(xué)性質(zhì)：受張力作用形成的斷層，其工程地質(zhì)條件比受壓力作用形成的斷層差。但壓力作用形成的斷層可能破碎帶的寬度大，應(yīng)引起注意；

2、斷層位置與線路工程的關(guān)系，一般說來線路垂直通過斷層比順著斷層方向通過受的危害小；

3、斷層面的產(chǎn)狀與線路工程的關(guān)系：斷層面傾向線路且傾角大于10o的，工程地質(zhì)條件差；

4、斷層的發(fā)生發(fā)展階段：正在活動的斷層(如新構(gòu)造運動劇烈、地震頻繁地區(qū)的斷層)，對工程建筑物的影響大，有些相對穩(wěn)定的斷層，影響較小，但要考慮到復(fù)活的可能，

5、充水情況：飽水的斷層帶穩(wěn)定性差；

6、人為影響：有些大的水庫，可使附近斷層復(fù)活，不可忽視。