《工程地质》断裂构造

§3.3 断裂构造,断裂构造指岩层受构造运动的作用，当所受的构造应力超过其破裂强度时，岩石或岩块失去连续性而产生断裂的地质构造。,断裂构造的主要类型,一、节理(裂隙) 二、断层,一、节理,北京西山的一条张剪性节理,指岩层受力断开后，断裂面两侧岩层沿断裂面没有明显相对位移的断裂构造。,节 理,（一）节理分类,1按与岩层产状的关系分为：,1-走向节理； 2-倾向节理； 3-斜交节理； 4-岩层走向,2按力学性质分类：,剪节理 张节理,剪节理 由剪应力产生的破裂面。,特征： 平直闭合,分布较密;走向稳定，延伸深远;裂隙面光滑，常有擦痕;常常呈“X”型;可切穿砾石。,剪节理 由剪应力产生的破裂面。,特征： 平直闭合,分布较密;走向稳定，延伸深远;裂隙面光滑，常有擦痕;常常呈“X”型;可切穿砾石。,张节理 由张应力产生的破裂面。,特征： 裂隙张开宽，间距大；裂隙面粗糙，少有擦痕；延伸不远；常呈豆荚状、树枝状；常绕开砾石。,3按节理成因分类：,原生节理 构造节理 表生节理,原生节理,是指岩石成岩过程中形成的节理。,构造节理,指由构造运动产生的构造应力形成的节理。,表生节理,由卸荷、风化、爆破等作用形成的节理。,4按节理与褶皱轴的关系分类：,a. 纵节理；b. 斜节理；c. 横节理,（二）节理发育程度分级 依据：节理的组数、密度、长度、张开度及充填情况,（三）节理的工程地质研究,观测研究节理时，首先应注意节理的性质、矿化现象、先后次序、空间的相互关系和形成的时代，其次是原地岩石性质，产状和所处的构造部位。,（四）节理调查研究的内容,1. 节理的成因类型、力学性质； 2. 节理的组数、密度和产状； 3. 节理的张开度、长度和节理面壁的粗糙度； 4. 节理的充填物质及厚度、含水情况； 5. 节理发育程度分级。,（五）节理对工程的影响,1是地下水的通道。加速岩石的溶解破坏，尤其在可溶盐地区易形成溶洞，发育成为地下暗河； 2加速风化作用和冻胀作用； 3降低岩石力学强度，降低工程的稳定性； 4降低爆破效率； 5降低地基承载力。,垂直节理风化后形成地貌,二、断层,断层是指岩石在构造应力作用下发生断裂，沿断裂面两侧的岩块发生明显的相对位移的断裂构造。,岩石在构造应力作用下发生断裂，沿断裂面两侧的岩块发生明显的相对位移的断裂构造。,断层,二、断层,（一）断层的几何要素 （二）断层的分类 （三）断层的野外鉴别与研究 （四）断层两盘相对运动方向的判别 （五）确定断层的形成时期 （六）断层的工程地质评价,(一) 断层的几何要素,2断层线 断层面与水平面或垂直面的交线。,1.断层面 2.断层线 3.上盘 4下盘,1断层面 指断层中两侧岩层沿其运动的破裂面。,3断盘 断层两侧相对移动的岩层。,1.断层面 2.断层线 3.上盘 4下盘,4断距 指岩层中同一点被断层断开后的位移量。,水平断距(am) 重直断距(bm),总断距(ab),(二) 断层的分类,逆断层,平移断层,正断层,1根据断层两盘相对运动的方向分为：,上盘下降,正断层：上盘相对下降或下盘相对上升的断层。,小型低角度正断层,上盘上升,逆断层：上盘相对上升或下盘相对下降的断层。,逆断层按照断层面的倾角又可分为：,冲断层 断层面倾角45°； 逆掩断层 断层面倾角在2545°； 辗掩断层 断层面倾角25°。,辗掩断层一般规模巨大，常有时代较老的地层被推覆到时代新的地层之上，形成推覆构造。,四川彭县逆冲推覆构造,逆冲推覆构造发育地区遭受强烈侵蚀切割，将部分外来岩块剥蚀掉而露出下伏原地岩块。 在一片外来岩块中露出一小片由断层圈闭的原地岩块，常常是较老地层中出现一小片由断层圈闭的较年轻地层，这种现象称为构造窗。,如果剥蚀强烈，外来岩块被大片剥蚀，只残留小片孤零零的外来岩体，称为飞来峰。 飞来峰表现为原地岩块中残留一小片由断层圈闭的外来岩块，常常是较年轻的地层中残留一小片由断层圈闭的较老地层。飞来峰常常成为陡立的山峰。,飞来峰 产状陡立的上寒武统灰岩沿平缓的断层面推掩在下奥陶统贾旺组泥岩之上，在山顶残留成飞来峰。,水平错动,平移断层：两盘沿断层走向相对移动的断层。,注意！ 在实际情况中，平移断层往往是与前两类断层同时存在的，这类断层一般采用组合命名，称之为平移逆断层、逆平移断层、平移正断层和正平移断层。,正断层,例1：,逆断层,例2：,冲断层,2按断层面产状与岩层产状的关系分为：,F1-走向断层；F2-倾向断层； F3-斜向断层,在背斜两翼剖面上 分别显示正断层和逆断层的假象,倾向断层引起的效应,左图是一个被横向平移断层切断的背斜，而在两翼的剖面上分别显示正断层和逆断层的错觉。因此判断地层性质必须从立体上和实际位移上全面分析地层两盘的错动。,A B 上盘沿岩层倾向滑动， 垂直地层走向的剖面上表现为逆断层, 平移断层引起的效应,倾向断层引起的效应,倾向断层的两盘沿断层面倾向滑动时，侵蚀夷平后的两盘岩层在平面上表现为水平错移，给人以平移断层的假象。,A B 倾向正断层引起的平移断层的假象, 正（逆）断层引起的效应,上述情况说明，倾向平移断层与倾向正(逆)断层引起的平面露头上的效应相似。野外观察断层时，不能仅仅根据水平面或剖面上岩层的错移判断断层性质。因此判断地层性质必须从立体上和实际位移上全面分析地层两盘的错动。 当然实际中还有许多复杂的情况，这需要我们在以后的工作中不断地总结。,3按断层面走向与褶曲轴走向的关系分类：,褶曲被横断层错断引起的效应,平行 纵断层； 垂直 横断层； 斜交 斜断层。,逆断层,冲断层,4按形成断层的力学性质，可分为：,压应力 压性断层，多为逆断层； 张应力 张性断层，多为正断层； 剪应力 扭性断层，多为平移断层。,5断层的组合类型,阶梯状断层 地堑和地垒 叠瓦式断层,阶梯状断层,地堑和地垒,地垒,地堑,叠瓦式构造,台中地区叠瓦断层带,(三) 断层的野外鉴别与研究,构造上 地层上 断层的伴生现象 地貌、水文地质等,各类标志：,1构造上的标志（构造线不连续）,岩脉被切断，产生牵引现象,2地层上的标志 地层的重复或缺失。,对称式重复,褶曲,断层,顺次式重复,走向断层造成的地层重复和缺失,3断层的伴生现象 牵引弯曲、擦痕、摩擦镜面、滑动槽子等也是帮助判断断层存在的标志。,冲断层断层面上的擦痕 平行的脊槽主要是方解石的生长纤维。 阶步与擦痕大致垂直，其陡坎倾向指示上盘上冲。,张性断层角砾岩 砾石由石炭二叠系灰岩组成，棱角状、大小不一、无分选，泥砂质胶结,正断层断裂带 由右向左破碎度增加，依次是构造透镜体带、断层角砾岩、碎裂岩，最后是断层泥,4地貌、水文地质和植被上的标志,断层崖,断层三角面,东非大裂谷,(2)串珠状的湖泊或洼地，泉水的带状分布，常表明有大断带存在。,(3)正常延伸的山脊突然错断，正常流径的河流突然产生急转弯。断层两盘相对平移,(4)植物也可作为参考，有时沿断层两侧因岩性不同，而生长截然不同的植物群落，有时则在断层带上生长着特殊的植物。,(四) 断层两盘相对运动方向的判别,1. 根据两盘地层的新老关系 2. 褶曲核部地层宽度的变化 3. 根据牵引现象 4. 根据标志层的错动 5. 断层角砾 6. 擦痕和阶步 7. 符号,1. 两盘地层的新老关系,走向断层 纵断层 地层倒转 断层倾角岩层倾角,上升盘出露老岩层 下降盘出露老岩层,断层横切褶曲轴 背斜上升盘核部地层变宽；向斜上升盘核部地层变窄。,2. 褶曲核部地层厚度的变化,.根据牵引现象,牵引现象的弧形突出弯曲方向指示本盘运动方向。,标志层,4. 标志层的错动,断层角砾岩,5 . 断层角砾,6. 擦痕和阶步,擦痕断面上平行而密集的沟纹； 镜面断面上局部平滑而光亮的面；,阶步擦痕及镜面末端常出现的“坎”。,7符号识别,在地质图上，断层一般用粗红线醒目地标示出来，断层性质用相应符号表示。,正断层,平移断层,逆断层,注：短齿为上盘运动方向,(五) 确定断层形成的时期,利用不整合接触关系 利用断层与各类地质体的切割关系,S,D,C,J,S,D,C,P,K,O,O,g,m,(六) 断层的工程地质评价,1.岩层发生强烈的断裂变动； 岩体裂隙增多、岩石破碎、风化严重、地下水发育； 岩石的强度和稳定性降低； 影响工程的建筑和使用,尽量避开大的断层破碎带 路线与断层走向平行，路基靠近断层破碎带，边坡容易大规模坍塌。,.公路工程建设,查明桥基部分有无断层、影响程度 较为重大的建筑物放在断层的下盘。,.大桥桥位勘测,.断层发育地带修建隧道,最不利 岩层的整体性遭到破坏； 地面水或地下水的侵入，其强度和稳定性都很差，容易产生洞顶坍落。 隧道轴线与断层走向平行，则避免与断层破碎带接触。,.隧道横穿断层,只有个别地段受影响 地质及水文地质条件不良 预先考虑措施，保证施工安全 特别当断层破碎带规模很大时，要尽量设法避开。,风火山隧道北部断裂切割表层第四系和公路的裂缝延伸特征（镜向西）,思考题： 1.什么是断裂构造？什么是节理、断层？ 2.按力学性质节理可分为哪两类？各有什么特征？ 3.什么是正断层、逆断层、平移断层？ 4.什么是阶梯状断层、叠瓦式构造、地堑、地垒？ 作业题： 1.论述节理对工程的影响。 2.论述野外怎样识别断层。 3.论述断层对工程的影响。,