水工程地质常用加固技术及断层特征

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：2）倾向滑动断层。断层分类及主要特征见表1.2。表1.2碎裂岩与糜棱岩系列断层分类及主要特征表①断层崖与断层三角面：a）断层崖：沿断层面形成的陡崖地貌；b）断层三角面：进一步遭受垂向水流侵蚀，最终形成若干断续延伸的三角形峭壁。表1.3走向断层造成岩层重复和缺失表1.4断层、褶曲、不整合所造成的岩层重复与缺失特征比较表4）岩浆活动与矿化（蚀变）现象。

（1）断层的概念。断层（Fault）是指地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造称为断层。

断层是构造运动中广泛发育的构造形态。它大小不一、规模不等，小的不足一米，大到数百米、上千千米。但都破坏了岩层的连续性的完整性。在断层带上往往岩石破碎，易被风化侵蚀。沿断层线常常发育为沟谷，有时出现泉或湖泊。

在断层概念中，断层面、地垒、地堑三个概念也很重要。岩层断裂错开的面称断层面；两条断层中间的岩块相对上升，两边岩块相对下降时，相对上升的岩块叫地垒；常常形成块状山地，如我国的庐山、泰山等。而两条断层中间的岩块相对下降、两侧岩块相对上升时，形成地堑，即狭长的凹陷地带。著名的东非大裂谷和我国的汾河平原和渭河谷地都是地堑。

断层对地球科学家来说特别重要，因为地壳断块沿断层的突然运动是地震发生的主要原因。科学家们相信：他们对断层机制研究越深入，就能越准确地预报地震，甚至控制地震。

（2）断层的种类。根据断层线上原来相邻接的两点在断层运动中的相对运动状况可以将断层分为三类。

1）走向滑动断层。如果它们的运动只在水平方向上，并且平行于断层面，那么这断层叫走向滑动断层。走向滑动断层又进一步分为右滑断层和左滑断层。

如果一个观察者站在断层的一侧，面向断层，另一边的岩块向他左方滑动，那它就叫左滑断层。之所以如此称呼，因为要追索被移动了的地表特征时，该人需沿断层线转向左边，才能在那一边找到与这边相对应的特征。这种走向滑动断层也叫右旋或左旋、右行或左行断层，或统称走向断层。加利福尼亚圣安德烈斯断层是一条右旋断层或滑动断层。

2）倾向滑动断层。如果沿断层面作上升下降的相对运动，则是倾向滑动断层。

在倾向滑动断层中，上盘相对下盘向下运动的倾向滑动断层是正断层；当断层面倾角小于或等于45°，上盘相对下盘作向上运动时，叫冲断层；而若断层面倾角大于45°，则称逆断层。

3）斜向滑动断层。如果两盘相对运动方向界于走向滑动断层和倾向滑动断层之间的，叫斜向滑动断层。

在斜向滑动断层中，断层两盘之间的相对位移常被叫作断层落差和平错。落差反映垂直位移，而平错反映水平位移。以上所说的断层都有一个共同的运动特点，即在运动中两盘的构造保持着平行。但也可以有这样的断层，相邻两盘块体之间发生了扭动、转动，这样的断层被称为旋转断层或剪状断层。

美国加利福尼亚州著名的圣安德烈斯断层，它是地球表面最长和最活跃的断层之一。圣安德烈斯断层的深度有15km，存在的时间已经超过2000万年。巨大的太平洋板块沿着圣安德烈斯断层，相对于北美板块向北漂移，平均每年移动数厘米，按这种移动速率，经过数百万年后，地球表面的陆块分布和现在比起来将会有很大的不同。

根据断层与有关构造的几何关系可以将断层分为两大类七小类。

①断层走向与岩层走向的关系（见图1.3）。

a）走向断层：断层走向与岩层走向基本一致。

b）倾向断层：断层走向与岩层走向直交。

c）斜向断层：断层走向与岩层走向斜交。

d）顺层断层：断层面与岩层面基本一致。

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图1.3　断层走向与岩层走向的关系示意图

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图1.4　断层走向与褶皱走向的关系示意图

②断层走向与褶皱走向的关系（见图1.4）。

a）纵断层：断层走向与褶皱轴向平行。

b）横断层：断层走向与褶皱轴向垂直。

c）斜断层：断层走向与褶皱轴向斜交。

（3）断层分类及主要特征。断层分类及主要特征见表1.2。

（4）断层的识别。认识与确定断层的存在，是研究断层的首要环节。利用航片、卫片和物探资料可在室内进行推断分析，但是，确切定论却必须依靠野外调查。

实际经验表明，地貌、构造、地层、岩浆活动与矿化（蚀变）现象以及岩相与厚度变化，是野外工作中认识与确定断层存在的五大重要标志。

1）地貌标志。

表1.2　碎裂岩与糜棱岩系列断层分类及主要特征表

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①断层崖与断层三角面：

a）断层崖：沿断层面形成的陡崖地貌；

b）断层三角面：进一步遭受垂向水流侵蚀，最终形成若干断续延伸的三角形峭壁。

②山脊错位与河流改向；

③串珠状湖泊、洼地和泉水。

2）构造标志。

①构造线和地质体的不连续；

②岩层产状突变接触；

③岩石的破碎现象（节理、劈理带）。

3）岩层标志。岩层标志包括岩层重复与岩层缺失（见表1.3和表1.4）。

表1.3　走向断层造成岩层重复和缺失(www.chuimin.cn)

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表1.4　断层、褶曲、不整合所造成的岩层重复与缺失特征比较表

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4）岩浆活动与矿化（蚀变）现象。

5）岩相与厚度变化。

（5）断层要素。断层由断层面、断层线、断层盘和断距等组成。

1）断层面：指两侧岩块发生相对位移的断裂面，大多数断层面为倾斜，少数为直立；断层的产状就是指断层面的走向、倾向和倾角。大规模的断层往往是沿着一个错动带发生（称为断层破碎带），在断层面上常留有擦痕，在断层带中常形成糜棱岩、断层角砾和断层泥等。

2）断层线：指断层面与地面的交线，表示断层的延伸方向，其形状取决于断层面的形状和地面的起伏情况。

3）断层盘：指断层面两侧发生相对位移的岩块；当断层面倾斜时，位于断层面上部的称为上盘；位于断层面下部的称为下盘。当断层面直立时，常用断块所在的方位表示，如东盘、西盘等；若按断盘位移的相对关系，可将相对上升的一盘称为上升盘，相对下降的一盘称为下降盘。上升盘和上盘，下降盘和下盘并不完全一致，两者不能混淆。

4）断距：断层两盘沿断层面相对移动开的距离。

（6）断层活动的时间性。

1）断层活动时间的确定。

①利用不整合进行判断；

②利用切割关系进行判断；

③利用已知岩脉、岩体判断；

④利用测龄数据。

2）断层多期活动分析。

①多组擦线，如果某断层的断面上有多组方向的擦线；

②多期构造岩；

③多期岩浆或矿化活动。

3）同沉积断层。