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
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。

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。

关键词：正断层力学性质构造特征
参考文献
断层的类型及特征
压性断层
1．断裂面往往呈舒缓波状，沿走向方向尤其明显
2．断裂面上常有较多的擦痕、阶步、磨光面。

并出现动力变质的新生片状物（如云母、滑石、绿泥石）及被压扁或拉长的柱状矿物、片状矿物、砾石、鲕粒、石英、方解石晶片和晶块等，并沿断裂面及两侧作近于平行断裂面走向排列
3．断层中的构造岩，以角砾岩、糜棱岩、断层泥为主，有时还可见到构造透镜体
4．断裂面两侧岩石由于受强烈挤压而破碎、牵引、冲断，从而产生一些伴生构造，如羽状裂隙、劈理，“入”字型分之构造(包括断层和褶曲)，小旋卷构造等
5．断裂面常成群出现，彼此平行，沿走向延伸较远，在剖面上常构成迭瓦式
6．逆断层（包括冲断层、逆掩断层辗掩断层）属压性断层
张性断层
1，断裂面粗糙不平，形状不规则。

擦痕较少，很少出现大批擦痕，断层倾角一般较陡2，当张性断裂发生在砾岩中时，断裂面常绕砾石而过，无切割或压扁现象
3，断裂面两侧岩层产状无明显变化
4，构造岩以角砾岩为主，糜棱岩、断层泥较少见。

角砾岩大小悬殊，无显著定向排列5，张性断裂常成群分布，形成张性断裂带。

在平面上彼此平行，在剖面上常组成地垒，阶梯等构造。

凡追踪“×”形断裂的张性断裂，均成锯齿状，称“之”字形断裂6，正断层属张性断裂
扭性断层
1．断裂面常较光滑、平整，有时呈镜面出现，常有大量水平或近于水平的划痕阶步。

断层产状平稳，断层线平直
2．断裂面上有时有新生的硅质、方解石、绿泥石等动力变质矿物，但不如压性结构面常见
3．构造岩常被碾磨很细，有角砾岩与糜棱岩，并具有片理化的窄带。

构造岩常成斜列分布与扭性断裂带中
4．断裂面两侧，岩石由于受强烈的扭动而常伴生一些羽状裂隙、劈理，“入”字形及小旋卷构造
5．扭性断裂常成群出现，两组平行，且呈“×”形（常将岩石切成菱形），有时成雁行式排列
6．平移断层属扭性断层
压扭性断层
1．即具有压性特征，有具有扭性特征。

上述的压性、扭性断裂的特征均可借鉴
2．断裂面上常可见到显示上盘斜冲的擦痕、阶步。

两盘岩石可能发生一些伴生构造，如牵引、羽状裂隙、劈理、“入”字形分支及旋卷构造。

这些伴生构造的轴面、断裂面与主断裂面的交线和旋轴，既不与主断裂面走向线平行，也不与其倾向线平行，而是介于两者之间，这是压扭性断裂的一个特点
3．压扭性断裂常成群出现，成雁行式、平形式排列
4．平移逆断层、逆平移断层均属于压扭性断层
节理的分类及特征
张节理
1．力学成因：由张应力产生，节理面与张应力方向垂直。

火成岩由冷凝收产生的原生节理
2．节理面特征：裂口微张开或较大张开，节理面粗糙，面上无划痕，产状不稳定，沿走向和倾向延伸不大，在砾岩或粗粒碎屑岩中，常绕过砾石、结核或碎屑颗粒，张开而不切断砾石等颗粒，在剖面上常呈楔形，上宽下窄，常被粘土、岩矿脉充填
3．节理的组合特征：常成群出现，并排列成雁行式、平形式，在褶曲轴部常形成与褶曲轴平行的二次纵张节理，当与断层伴生时，常组成边幕式和羽状张节理
剪切节理
1．力学成因：由剪应力产生，常沿两个最大剪切面产生两组共轭剪节理，通常它们所夹锐角的平分线即为主压应力作用方向，但也有钝角平分线为主压应力方向的2．节理面特征：裂口通常闭合，节理面光滑平直，上常有划痕，产状稳定，沿走向和倾向较稳定的延伸很远，常切断砾石和粗颗粒，一条裂痕往往由许多小的成雁行排列的次一级的切面组成，这些小剪切面彼此靠近，几乎首位衔接
3．节理的组合特征：同一力学成因的两组剪节理，常组成共轭剪节理。

由断层的挤压错动引起的两组共轭节理，一组与断层面平行（一般不发育），一组与断层面斜交，岩层受挤压发生褶皱，常伴随发生纵向与斜向的“×”剪节理。