水文地質剖面上斷層的研究

馬兆峰

（潞安礦業集團，地質工程公司，山西 長治 046204）

水文地質剖面上斷層的研究

馬兆峰

（潞安礦業集團，地質工程公司，山西 長治 046204）

勘探工程布置在與煤層走向或主要構造線基本垂直的鉛垂勘探剖面內，從而在地表構成一組相互平行（有時也不平行）的直線，這些直線稱為勘探線，每條勘探線都可對應一個剖面；水文地質剖面能反映某地區在一定垂直深度內的水文地質條件，其剖面一般通過水文地質試驗孔或觀測孔，此剖面上標示出斷層、地層、巖性、地層產狀、隔水層、含水層的水位及水位抽降、出水量、水質等內容[1]。本文研究水文地質剖面上的斷層，探討斷層在剖面上的畫法和斷層的富水性。

勘探線；水文地質剖面；斷層

1 水文地質剖面的生成

首先選擇一條通過水文地質試驗孔或觀測孔的勘探線，并且記下勘探線上的鉆孔；其次從數據庫調出這些鉆孔的數據，然后選取要提取的地層和比例尺，最后應用軟件生成剖面。在生成的剖面上，把含水層的巖性、厚度，地下水的流向，含水層的承壓水位線等，見圖上表示出來。圖1為常村煤礦的一個水文地質剖面圖。

2 斷層特性

2.1 斷層概念

巖石圈中的巖體在構造應力作用下發生破裂，兩側巖體沿破裂面發生明顯的位移，形成一種斷裂構造。斷層使巖體失去連續性和完整性，在自然界里發育廣泛，是巖石圈中最重要的地質構造類型[2]。

2.2 斷層產狀

斷層在空間的產出狀態，包括走向、傾向、傾角，見圖2。

2.3 斷層的類型

圖1 常村煤礦水文地質剖面圖

勘探中常會揭露到的斷層有三種典型的類型[3]：

1）正斷層：沿斷層面傾斜線方向，上盤相對下降，下盤相對上升，上盤相對下盤沿斷層面向下滑動的斷層稱為正斷層，見圖3-a。

2）逆斷層：沿斷層面傾斜線方向，上盤相對上升，下盤相對下降，上盤相對下盤沿斷層面向上滑動斷層稱為逆斷層，見圖3-b。

3）平移斷層：平移斷層是斷層兩盤順斷層面走向相對移動的斷層，見圖3-c。

圖2 斷層的產狀

圖3 斷層的類型

3 斷層平面圖

斷層線：斷層面與地面的交線，也是斷層面在地表的出露線。斷層線隨著斷層面的傾斜、起伏及地形起伏情況會有不同，有時呈直線，有時呈曲線。斷層在平面上的表示方法有兩種，方法一是箭頭代表斷層的傾向，兩個短軸代表下降盤。正斷層的箭頭和兩個小短軸代表傾向和下降盤，也就是它的上盤；逆斷層反之。方法二是點和叉，點代表上盤，叉代表下盤。在煤層底板等高線圖上，斷層是用斷煤交線的水平投影來表示的[4]，斷煤交線是斷層面和煤層底面的交線，也是煤層底板等高線與同標高斷層面等高線交點的連線。圖4為王莊礦勘探區煤層底板等高線圖的局部，從圖可見斷層F1在平面的畫法。

圖4 斷層平面圖

4 斷層剖面圖

勘探區內，當斷層走向線與勘探線的夾角并非90°時，斷層在勘探線剖面上的視傾角需要進行計算。

4.1 真傾角和視傾角的關系（見圖5）

圖5 真傾角和視傾角的關系

4.2 使用公式（見圖4）

式中：β=arctg[tgα×sin（90°-ω）.h為落差（地層斷距）見圖6。β為斷層在勘探線剖面上視傾角。α為斷層的真傾角。ω為真傾向與視傾向間的夾角。（90°-ω）為走向線與勘探線間的夾角。α、β、ω關系，見圖5。AA＇為上下兩盤的斷煤交線在水平面投影的距離，見圖4。

1)斷距：斷層兩盤以相當層測算的位移，斷層面兩側相當層層面之間的垂直距離，相當于兩相當層之間重復的或缺失的那部分地層的厚度。地層斷距作為落差能客觀反映斷層規模,地層斷距在穿層巷道中可以量出(其方法如同量出層間距,沿著層理面分段量出)[5]。

2)相當層：斷層面兩側的巖層，位移前同一個層當位移后猶如兩個層位的地層。

3)數據取值：從圖4上可以得到，AA＇=32 m，α=75°，（90°-ω）=22°，使用公式（1）可以得到β=54°，h=119 m；所以在剖面上斷層F1表示為h=119m∠54°。斷層F1對應的剖面圖，見圖6。

5 水文地質剖面上的斷層

經過三維地震勘探，會發現斷層，在斷層上布置鉆孔進行驗證，同時可以進行抽水試驗，這種孔可為水文地質剖面圖提供有價值的水文地質資料；通過水文地質剖面圖可以直觀地對斷層的導水性進行分析研究。

圖7為圖1中虛線矩形框部分的放大圖，從圖看到F2斷層將Ⅲ號、Ⅳ號、Ⅴ號、Ⅵ號、Ⅷ號含水層斷開了，各個含水層的富水性不一致，煤層上部含水層的水可能通過斷層進入煤層，煤層下部含水層的水由于是承壓的，也可能通過斷層進入煤層。同一條斷層淺部和深部的導水性不同。當淺部兩盤都是脆性巖層，斷層導水；而深部兩盤為塑性巖層，就變成隔水的了。

當斷層的圍巖為細、粉砂巖且裂隙不發育，僅斷層帶局部破碎時，斷層角礫巖（空隙度可達百分之幾十）及裂隙增強帶（裂隙率可較圍巖大1-2個數量級，達到百分之幾十幾），構成局部的帶狀貯水空間，鉆孔揭露此類斷層時，初期涌水量及水壓可能較大，但迅速衰減，以至干涸。

當斷層的圍巖為透水性巖石，斷層帶不僅是貯水空間，還兼有集水廊道的功能。鉆孔揭露斷層帶某一部位時，水位下降迅速波及導水暢通的整個斷層帶，形成延展相當長的水位低槽，斷層帶就象集水廊道似的，匯集廣大范圍圍巖裂隙中的水，因此涌水量較大且穩定。

當導水斷層溝通含水層或（及）地表水體時，斷層帶兼有貯水空間、集水廊道、導水通道的功能。鉆孔揭露此類斷層時，由于斷層帶貯存有水量，所以源源不斷地導入鉆孔，涌水量極大且長期保持穩定。1935年3月，山東淄博煤田開采石炭紀煤層的坑道接露大斷層，下伏奧陶紀灰巖中豐富的巖溶水，迅速涌入，淹沒全礦。遠在20km以外的巖溶大泉，也因其補給水轉入礦坑而斷流。

當存在厚層隔水層、且斷層斷距較大的，原來連通的含水層可被切割成相對獨立的塊段。由于這種含水塊段與外界的水力聯系減弱，甚至斷絕，故有利于排水疏干而不利于供水。正是由于這種阻隔作用，大的斷層往往構成地下含水系統的邊界，斷層的阻水作用，見圖8[6]。

圖6 斷層剖面圖

圖7 斷層剖面圖

圖8 斷層的阻水作用

[1]錢學溥.對固體礦產勘查規范開采技術條件部分的解讀[D].北京:地質出版社，2007.

[2]葉俊林.地質學概論[M].北京:地質出版社，2005.

[3]徐開禮，朱志澄.構造地質學（第二版）[M].北京:地質出版社，2006.

[4]龍榮生.礦井地質學[M].北京:煤炭工業出版社，1991.

[5]宋振宇，趙世廣，周延明.斷層落差斷距的判定[J].黑龍江科技信息，2004(6):221.

[6]王大純.水文地質學基礎[M].北京:地質出版社，2006.

Faults Study on Hydrogeological Cross-sections

MA Zhao-feng
(Geological Engineering Co.,Lu'an Mining Group,Changzhi Shanxi 046204)

Prospecting lines are a group of parallel lines (but sometimes non-parallel)on the surface ground caused by prospecting engineering in the cross-sections basically vertical to bearing or major construction line.Each prospecting line matches one cross-section.The sections could reflect the hydrogeological condition at certain vertical depth.Through the sections are usually hydrogeological test holes or observation holes. We can mark faults,strata,rock property,stratum attitude,aquiclude and the water level,drainage,yield and quality of aquifer on them.The paper studies the faults on hydrogeological cross-sections and discusses their drawing approach and water-bearing capacities.

prospecting lines;hydrogeological sections;faults

P641.72

A

1672-5050（2012）04-0059-04

2011-11-20

馬兆峰（1982—），男，山西晉中人，大學本科，工程師，從事地質勘探工作。

劉新光