基本介紹
- 中文名：規律斷層
- 外文名：strike fault
- 學科：工程地質學
- 方向：層理方向、重力方向
- 層面形狀：剪下結構面
- 缺點：抗剪強度很低、水易軟化
簡介,斷層,斷層內部結構特徵,斷層發育階段,
簡介
隧道圍岩穩定性是隧道開挖過程中備受關注的一個問題，圍岩一旦失穩，造成隧道塌方， 會給施工帶來很大的損失。斷層是隧道開挖過程中最常見的不良地質現象，有斷層分布的區段是隧道圍岩最不穩定的區段之一，斷層及其破碎帶又是岩溶發育地區溶洞水、地下暗河和岩溶淤泥帶等岩溶水的最主要發育場所 ；封閉條件好的斷層及其破碎帶，也是煤系地層中高壓、高量瓦斯的主要聚集空間。規律斷層是指沿重力或層理方向形成的斷層，一般稱為正斷層或順層斷層。正斷層岩石破碎不太強烈，角礫岩多帶稜角，糜棱岩不發育，沒有顯示強烈擠壓特點的複雜小褶皺。主要發育於構造變動輕微地區、褶皺帶的覆蓋層和活化褶皺帶。而在構造變動強烈的地區，正斷層則作為其他構造的伴生派生構造出現，占次要地位。
斷層
岩層或岩體在構造應力作用下，發生破裂，並沿破裂面兩側岩塊發生明顯位移的構造。斷層在地殼中廣泛發育，常常構成一定地區的構造格架，區域性的大斷層不僅控制或影響區域地質的結構和發展，而且以其為背景形成區域成礦帶;礦區內的斷層，有的控制著礦床分布、礦體的形態產狀和礦石品位的貧富，有的則對礦體起破壞作用，使礦床開採複雜化。對斷層的調查、觀察、測定其產狀要素、確定其類型、分析它與成礦的關係，對指導開採十分重要。
斷層要素：指斷層的幾何要素，包括斷層面、斷層線、斷盤、滑距、斷距等。(1)斷層面：即岩層或岩體的破裂和錯位面，其產出狀態由該面的走向、傾向、傾角確定。(2)斷層線：指斷層面與地面的交線，即斷層在地表的出露線。(3)斷盤：指斷層面兩側的岩塊。斷層面傾斜時，面的上側岩塊叫上盤；下側岩塊稱下盤；斷層面垂直時，則兩盤以方位命名，如東盤、西盤、南盤、北盤等。(4)滑距：指斷層面上同一地質現象點錯斷後的實際距離稱總滑距；總滑距在斷層面走向線上的分量叫走向滑距；總滑距在斷層面傾斜線上的分量為傾斜滑距；總滑距在水平面上的投影長度稱水平滑距。(5)斷距：斷層面上對應層之間的垂直斷距；對應層間的水平距離稱水平斷距。
斷層的工程地質性質：①逆斷層面呈舒緩波狀，有時有鏡面，擠壓面常集中出現構成擠壓帶，斷層面礦物定向排列，抗剪強度低，常具有隔水性能。②正斷層面粗糙，有時呈鋸齒狀，抗剪強度較逆斷層高，透水排水性能好，常為地下水的通道，在石灰岩地區容易沿其形成喀斯特洞穴。③平移斷層面平直光滑，有鏡面，產狀穩定，傾角一般較陡，延伸長，在平面上常成X形分布，抗剪強度亦較低。
斷層內部結構特徵
國內外學者通過大量野外觀察發現，斷距大於幾米的斷層一般伴隨某些構造(節理、變形條帶、滑移面、斷層泥和角礫岩等)，具有複雜的內部結構。岩層受構造應力的作用，沿應力集中帶產生了一系列不同規模的密集破裂面，繼而形成斷層。兩盤岩層的相對運動，使該帶岩石受到揉皺、擠壓而變成獨立的岩層單位。一般將兩盤之間變形強烈的地質體稱為斷裂帶。Caine 等在研究斷層對流體的導、 阻水等水文地質特徵時，提出了斷裂帶內部結構的3 分模式:①斷層核:包括斷層滑動面以及斷層角礫岩、碎裂岩和斷層泥等斷層岩充填部分；②破裂帶:斷層核外側斷層從屬構造，如次級斷層、裂隙、斷層褶皺發育帶等；③圍岩:破裂帶外側的正常岩層，性質基本不變。國內多從套用角度，將斷裂帶劃分出破碎帶、誘導裂縫帶和圍岩 3 部分基本上與Caine 提出的斷層核、破裂帶和圍岩相對應。破碎帶包括斷層岩和內部伴生的小斷層、裂隙以及小褶皺。破碎頻寬度與斷距存在 1∶10～1∶100 的關係，通常斷層破碎頻寬度很窄，小斷層僅有2～3 cm寬，大的斷層10 ～20 m 寬。儘管寬度普遍較窄，破碎帶卻吸收了斷層的大部分變形，在構造強烈活動時，還產生斷層泥和構造透鏡體， 這些斷層岩通常被內部伴生的裂縫截切，並與後者大角度相交。誘導裂縫帶發育的規模比破碎帶大得多，寬度為數百米，變形程度卻相對要低， 岩層多被裂隙化。破碎帶中常見的變形岩石有以下幾種:斷層角礫岩、碎裂岩、糜棱岩，還有斷層泥和斷層玻化岩等，統稱為斷層岩。對斷層岩的命名和分類已有多種方案，普遍接受的方案是把斷層作用及斷層產物區分為脆性的和韌性的2種:前者包括斷層角礫岩、碎裂岩和斷層泥，後者主要是糜棱岩類。在地殼深部發育韌性剪下帶，但在淺層次或地表總是表現為脆性剪下帶， 斷層玻化岩不大常見， 數量也比較少。①斷層角礫岩:在斷層形成過程中，原岩遭受相對擠壓、引張或錯動成角礫狀，被破碎細屑充填膠結或有部分外來物質膠結的岩石，角礫有時呈被壓扁或磨圓狀產出。一般認為，可識別的角礫碎屑含量大於 30% 的稱為斷層角礫岩，角礫碎屑含量小於30%的則稱為斷層泥。②碎裂岩:原岩岩塊在斷層摩擦作用下，發生裂隙化和塊體旋轉作用，形成粒徑較大的碎斑(岩粒和碎粒)和粒徑細小的基質(岩粉)，通常具有特殊的碎斑狀結構。碎裂岩形成後，可具有膠結特性，也可能仍為鬆散結構，取決於圍岩壓力等條件，在高圍壓地層中，膠結的碎裂岩可形成流體運移的良好屏障。③斷層泥:斷層泥形成過程比較複雜，大致過程是，在斷層作用的反覆壓碎和研磨下，岩石被粉碎成岩屑和岩粉，在地下水的作用下，部分物質形成粘土礦物。斷層泥一般由粘土礦物(蒙脫石、高嶺土、伊利石和綠泥石等)和岩屑及少量碎粒組成。巨觀上斷層泥一般呈脈狀、 帶狀沿斷層面產出，寬度從幾厘米到數十米不等，斷層泥作為軟弱夾層對地質體的強度有明顯的影響。在構造應力場作用下，往往產生一系列與斷層平行的剪破裂，形成的誘導裂縫與斷層是同一應力場下的產物，只是規模大小不同而已。誘導裂縫的分布不僅受次級構造應力場影響， 還與岩石的力學性質有關， 裂縫發育的方位取決於岩石的力學性質和斷層的活動規模。誘導裂縫在斷層中央部位最大， 在斷層末端應力釋放區、斷層的交叉、分枝及彎曲的外凸部位是應力相對集中區，往往形成複雜的裂縫系統， 並且由於斷層內部結構的不對稱，通常斷層上盤裂縫密度高、寬度大， 下盤裂縫密度小或不發育。斷層兩盤地層岩性也影響斷層結構， 砂岩、 灰岩等脆性地層中， 發育的斷層常由斷層岩和伴生裂縫 2個部分組成，泥岩、鹽岩等塑性地層中斷層表現為幾條充填斷層泥大裂縫的組合，誘導裂縫帶不發育。對於同沉積斷層而言，淺部斷距小、沉積物未固結成岩，深部斷距大、沉積物成岩作用強，斷距隨深度變化這一差異造成同沉積斷層內部結構的垂向差異，自淺至深表現為“裂縫帶→裂縫帶與主裂縫的組合→上、下誘導裂縫帶與滑動破碎帶的組合”的漸變過程。
斷層發育階段
斷層發育的 3 個階段:
階段1：初始發育階段。斷距較小，沉積和成岩作用控制的垂直各向異性產生順層間斷面， 斷層垂向具分段特點，泥岩層中發育大量的向下變形的張性緩衝區(Releasing dip relay)，泥岩層厚度越大，緩衝區越寬。
階段2：過渡形變階段。斷層沿間斷面剪下，產生次生裂縫或與順斷層滑動的斜裂紋。斷層形成時伴生的微小裂縫具有定向性， 其方位與 Riedel 剪下一致，在富泥地層中，斷距增大形成泥岩塗抹的機率很高。
階段3：斷層形成階段。隨著斷距的進一步增大，斷層下降盤的泥岩源層變形，可能使塗抹的泥岩層厚度變薄，從而失去連續性。岩石塊狀發生破裂、旋轉，破碎的塊體沿斷層向下混雜。斷裂帶由構造變形拉長的斷層核和兩側的破壞區域複合組成。斷層發育階段的識別是研究斷層封閉性評價的基礎，通常用泥質源岩層厚度和斷距的比值來區分不同階段：斷層在初始—過渡階段，斷距為60～80 m時， 泥岩層厚度與斷距比值0.007；在斷層形成階段，斷距為 600 m 時 這一比值約為0.0009。泥岩塗抹層在斷層發育時已形成，後期厚度不再增加。在斷層位移較小時，塗抹的泥岩能保持連續，隨著斷距的增大，泥質沿斷層分布變分散、塗抹厚度逐漸減少，至這一距離約為泥質源岩層厚度的6～8 倍時，單個或互層的塗抹層將存在缺口，出現封閉上的泄漏點，可以推測，泄漏點與SGR、SSF等比值上的臨界值具有對應關係。
