Question

断层的力学性质鉴定

Answer 1

对于一条断层，可以从下列几方面对其力学性质进行鉴别。

(1)断裂面及断裂带的特征

断裂面特征 一般来说，压性断裂面呈舒缓波状；张性断裂面多粗糙不平，呈锯齿状、折线状等，其产状不稳定，连续性较差；扭(剪)性断裂面平整光滑，如刀切一般，产状稳定，连续性好；压扭(剪)性、张扭(剪)性断裂面则介于压和扭(剪)、张和扭(剪)特征之间。

断裂面组合形式 断裂面往往是成群并以一定方式组合出现的。不同力学性质的断裂带，各断面间的组合形式不尽相同。

压性断裂在平面上常组成逆冲断层带或逆掩断层带。如果各断面倾向不同，在剖面上呈对冲或反冲；如果断面倾向相同，则呈叠瓦式构造。各断面间常以小角度相交，但不相切，断面间所夹岩块、岩片常呈透镜状。断面若在剖面上呈雁行排列，且单体倾角大于总体倾角或与中联线倾向相反，称为前列；若单体倾角小于总体倾角，则称为后列(图6.3)。

图6.3 断裂在剖面上的排列形式

张性断裂在平面上常呈张裂带。各张断裂面参差不齐，有时弯曲，有时呈不规则的网状。上述特征在剖面上也可见。此外，在剖面上还常呈阶梯状。断层、地堑和地垒等组合形态。

扭(剪)性断裂在平面上常由平行或斜列的次级剪切断裂组合。后者常首尾相叠，尖灭侧现。呈斜列的次断裂，其性质可为张性或张扭性，也可为压性或压扭性，并依此判断扭裂带的扭动方向。

当两组扭(剪)裂面同时发育时，往往将岩石或岩层切成菱形、方形或长方形等，构成棋盘格式构造；在剖面上往往相互平行，倾角较大(近于直立)或与层面呈近垂直状。

张扭(剪)性断裂，亦常成群和相互平行排列，也可呈雁行或弧形展布。呈雁行分布的张扭性断裂排列，其单体方向与总体方向间的夹角偏大，尾部往往向中联线偏靠；若呈弧形展布，往往向一端收敛，另一端撒开。

压扭(剪)性断裂的组合形式与张扭性断裂的组合形式相似。所不同的是呈雁列分布的压扭性断裂带的单体方向与总体方向间的夹角较扭张性断裂偏小，其尾部往往偏离中联线，形成S形或反S形；若呈弧形展布，则往往也具有向一端收敛、向另一端撒开的特征。

若断裂带中充填有岩脉、矿脉，则岩脉、矿脉的形态特征和组合形式与上述断面形态特征和组合特征近似。可借此对岩脉、矿脉所充填的断裂的力学性质进行鉴定。

(2)断裂两侧派生构造的特征

在断裂构造的发生、发展过程中，在其两侧常派生各种次级构造，如各种不同力学性质的分支构造、旋扭构造、牵引褶皱等。不同力学性质的断层，其两侧派生构造的发育情况及其与主干断裂之间的空间关系和力学性质不同。借此可以判断主干构造的力学性质。

断面上的擦痕和阶步 压性断层的断面上擦痕和阶步均较发育。其擦痕方向垂直断面走向，与断面倾向平行。阶步与断面走向平行，示上盘上冲。

张性断层的断面上擦痕和阶步均不发育，仅少数规模较大、倾角较缓的张性断层，由于受上盘重力影响，而使两盘相互摩擦产生少数擦痕和阶步，此时擦痕仍垂直断面走向，平行断面倾向。阶步平行断面走向，均示上盘下落。

扭(剪)性断层的断面上擦痕和阶步较发育，且擦痕与断面走向平行，与断层倾向垂直。阶步则与断面倾向平行，示两盘在平面上相互错动。

压(剪)扭性和张扭性断层的断面上擦痕和阶步很发育，且擦痕和阶步与断面走向和倾向均斜交。压扭(剪)性断层断面上擦痕和阶步示上盘斜冲，而张扭(剪)性断层断面上擦痕和阶步示上盘斜落。

派生分支构造组合特征及其与主干断裂的交角 派生构造与主干构造呈一定角度相交，并依据其力学性质呈有规律地展布。一般张性或张扭(剪)性分支构造与主干断裂的交角较大，压性或压扭(剪)性分支构造与主干断裂的交角较小。

牵引现象 断裂牵引褶皱是断层两盘相对错动产生摩擦作用的结果而形成的。不同力学性质断裂两盘相对错动各异，所产生的牵引褶曲在空间的方位也就不同。可借助于牵引褶曲判断主断面两盘的错动方向。但在判别时，应特别小心，不能简单地用牵引褶曲轴面与主断面相交的角度来确定两盘错动。因为牵引褶曲轴面与主断面的方位关系与很多因素，例如岩层产状与断面倾向关系、牵引强烈程度等有关。

(3)断裂构造岩的特征

当岩石受应力作用达到一定程度时，会发生变形、破碎、重结晶及产生新矿物等。由这些经受破裂改造的成分所组成的岩石称为断裂构造岩。不同受力方式所形成的构造岩特征是不同的，故可用来鉴别断层的力学性质。

破裂岩 是指初始发生破裂，尚未有显著位移的岩石。它常分布在断裂破碎带向完好岩石过渡的部位。不同受力方式产生不同特征的破裂岩。压性破裂岩中常可见两组扭(剪)裂、张裂和压裂将岩石分割成扁菱形、三角形等块体，表征其所受的挤压作用及方向。扭裂岩中常可见两组扭裂和张裂等。岩石常被分割为平行四边形、三角形等块体，表征其所受的扭力作用及方向。张裂岩中常可见张裂将岩石分割成参差不齐的条带状或不规则状块体，表征其垂直方向的引张作用。张扭(剪)和压扭(剪)性破裂岩等的特征则介于上述两者之间。

断裂砾岩 是指在断裂遭受相对挤压、引张或错动过程中所形成的角砾、扁砾或圆砾等被胶结而成的岩石。不同力学性质的断层角砾岩，其砾石特征在空间的方位、胶结程度等均不相同。张性角砾岩的角砾形态不规则，棱角尖锐，内无劈面，大小混杂，无定向，胶结物以外来物质为多，胶结疏松(图6.4)。压性角砾岩的角砾表面常见擦痕，内具压性劈理面。张裂和压裂角砾，微具定向，在平面上平行断面分布；有时被压扁或磨圆，称为压扁岩或磨砾岩；胶结物以岩粉为主，胶结较紧密。扭性角砾岩的角砾多呈菱形或三角形，边部整齐，表面多具擦痕，微具定向，其长轴与断面斜交，有时具圆砾化呈透镜状、棒状、蚕状，如滚动砾石、滚动棒等。构成磨砾岩或扁砾岩的胶结物大多由内部岩粉和少数外来物质构成(图6.5)。压扭、张扭性角砾岩的特征介于上述二者之间。

图6.4 张性角砾岩

(角砾为灰岩，钙质胶结)

图6.5 扭性角砾岩特征

(角砾斜列)

碎裂岩 指断裂错动使角砾进一步破碎、胶结而成的岩石。它与角砾岩一样，是以脆性变形为主。若极度粉碎则称为超碎裂岩。其特征随受力作用方式不同而有差异。压性碎裂岩(压碎岩)的碎粒可呈棱角状或次棱角状，但多圆粒化或呈透镜状，微显定向，其扁平面与断面大致平行，以岩粉胶结为主，胶结紧密。扭性破碎岩的碎粒多呈次棱角状或圆粒化，具定向排列，其扁平面多与断面斜交。张性破裂岩的碎粒多呈棱角状或次棱角状，分布杂乱，胶结物以外来物质为主，胶结松散。张扭、压扭性破碎岩的特征介于上述两者之间。

糜棱岩 透射电镜研究表明，糜棱岩是由韧性变形，经恢复、重结晶等作用形成的。糜棱岩和碎裂岩的区别在于其中的矿物是否经历过韧性变形，因而可以把糜棱岩作为韧性断层(剪切)带的标志。因受力方式不同，其特征也有差异。压性或压扭(剪)性糜棱岩的糜棱物质多已重结晶，其晶粒大多被拉长，有的自形程度较高，接触面平直，紧密镶嵌；有的自形程度较低，接触面弯曲，成花岗岩结构。片状、柱状和纤维状矿物集合体呈定向排列。在压扭(剪)应力作用下形成的糜棱岩，矿物定向与断面或主要片理面斜交，并常有多硅白云母等应力矿物、重结晶颗粒多边化、雪球构造及不对称压力影等。

断层泥 是岩石遭受强烈挤压、扭错、碾磨并由黏土矿物(伊利石、蒙脱石、高岭石等)组成的疏松泥状物质。它的存在，常使断裂带流通性大大降低。