談斷層發(fā)育特征及其活動性野外識別方法

于鴻坤 魏 寧

(北京市勘察設(shè)計研究院有限公司，北京 100038)

0 引言

斷層即地殼巖層因受力達到一定強度而發(fā)生破裂，并沿破裂面有明顯相對移動的構(gòu)造。斷層的存在會對工程建筑產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，包括降低地基巖體的強度及穩(wěn)定性，引起地下結(jié)構(gòu)坍塌、滲漏水，斷層兩盤產(chǎn)生不均勻沉降，沿斷層破碎帶出露地下水、形成風(fēng)化深槽及巖溶發(fā)育帶，發(fā)生新的移動等[1]。因此在野外調(diào)查階段查明斷層的發(fā)育特征及活動性對工程建設(shè)的設(shè)計施工具有指導(dǎo)性意義。

1 斷層發(fā)育特征識別

斷層構(gòu)造的發(fā)育特征包括斷層性質(zhì)、形態(tài)及變形組合等，是判斷斷層對工程影響的最基本要素。多數(shù)情況下，我們可以通過野外調(diào)查來確定某斷層構(gòu)造的發(fā)育特征，主要是從以下幾個方面進行綜合分析判斷。

1.1 地層標(biāo)志

地層標(biāo)志是判斷斷層構(gòu)造是否存在的主要依據(jù)。一套順序排列的地層，由于走向斷層的影響，常造成部分地層的重復(fù)或缺失現(xiàn)象。它與褶皺地層的重復(fù)或缺失有本質(zhì)的區(qū)別：斷層只產(chǎn)生地層不對稱的重復(fù)，缺失的地層間不具有侵蝕面；而褶皺造成的地層重復(fù)是對稱的，不整合形成的地層缺失具有侵蝕面，有的有底礫石。即褶皺兩翼地層重復(fù)、對稱；斷層兩盤地層不一定對稱，甚至缺失。

如圖1為河南鶴壁湯西斷裂帶中一處土巖結(jié)合面，右側(cè)為奧陶系灰?guī)r，左側(cè)為第四系沉積層。以該不整合面為例可知，左側(cè)地層受湯西斷裂帶影響產(chǎn)生向下的相對位移，從而在第四紀(jì)沉積了較厚的土層。故野外調(diào)查過程中，遇到此類由于構(gòu)造原因地層出現(xiàn)缺失的，可判斷地層年代較晚的一側(cè)即為斷層下降盤。此類斷距較大、斷層面較粗糙的斷層多為張性斷層。

如圖2為河南鶴壁某道路邊坡揭示的一小型次級斷裂，可見邊坡出露巖性全部為灰?guī)r，而中間部位有一層連續(xù)的0.5 m厚的硅質(zhì)灰?guī)r，呈現(xiàn)出的顏色較深，并在小斷層處有約0.6 m的錯斷，可根據(jù)此標(biāo)志層的相對移動方向判斷該斷層為正斷層。另外，由于斷層面平直光滑，可判斷其為一壓性斷層的次級斷裂。

1.2 牽引構(gòu)造

斷層形成時，由于斷層面兩側(cè)巖塊的相互滑動和摩擦，巖層會發(fā)生牽引彎曲，也可用來幫助判斷斷層的存在與否。巖層的牽引彎曲方向指示了對盤的運動方向。

如圖3為太行山山前斷裂帶內(nèi)的一處斷層。該處出露地層為薄層灰?guī)r，可見一2 m寬的斷裂破碎帶，泥質(zhì)填充。受斷裂帶影響，左側(cè)巖層在靠近斷層面的一側(cè)出現(xiàn)了向上的牽引彎曲，右側(cè)巖層出現(xiàn)嚴(yán)重的擠壓變形，無法區(qū)分原巖層理。這種情況是由于右側(cè)巖層在地應(yīng)力的作用下向左側(cè)擠壓并向上方發(fā)生位移形成的，為標(biāo)準(zhǔn)的逆沖斷層。該類斷層為壓性斷層，巖層的牽引變形方向指示了斷層對盤的運動方向。

1.3 擦痕、階步

擦痕為一組比較均勻的平行細(xì)紋，其一端相對較粗而深，另一端較細(xì)而淺；階步與擦痕垂直相交形成陡坎，陡坎高度一般 2 mm～3 mm。擦痕和階步的出現(xiàn)代表該斷層為壓性斷層。

如圖4為某斷層面上的擦痕，在野外判別時用手沿擦痕的兩個方向進行摩擦，可清晰地感覺到光滑、粗糙兩種觸感，較為光滑的方向指示斷層對盤的運動方向。

如圖5為階步，大多出現(xiàn)在脆性巖體壓性斷層面上，階步陡坎面指示的方向為斷層對盤運動方向。

2 斷層活動性識別

活斷層是指目前正在活動著的斷層，或是近期曾有過活動而不久的將來可能會重新活動的斷層。

活斷層對工程的影響非常大，主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面是由于斷層的地面錯動直接損害跨越該斷層修建的構(gòu)筑物，有些活斷層錯動時會伴生有地面變形，也會影響到臨近的構(gòu)筑物；另一方面是活斷層附近可能會伴有地震發(fā)生，從而對較大范圍內(nèi)的構(gòu)筑物造成影響[2]。因此，斷層構(gòu)造的活動性識別對工程建設(shè)十分重要，我們可以通過以下方法在野外初步識別仍具有活動性的斷層。

2.1 地貌標(biāo)志

1)斷層崖和斷層三角面。

斷層三角面(如圖6所示)是指斷層崖經(jīng)過河流或沖溝切割侵蝕后，形成的三角形陡崖，是現(xiàn)代活動斷層的標(biāo)志，常見于山區(qū)或山地與盆地、平原的分界的正斷層處，多為張性正斷層。

2)錯斷的山脊、急轉(zhuǎn)的河流。

正常延伸的山脊突然被錯斷，往往是斷層兩盤平移運動的結(jié)果；橫切山脊走向的平原或盆地與山嶺的接觸帶，往往是斷層通過的地方。

3)斷層湖、斷層泉。

一定區(qū)域內(nèi)呈串珠狀分布的水體(斷陷盆地、洼地、湖泊、泉水等)可能是由斷層活動引起的，可指示斷層延伸方向[3]。

2.2 第四系地層錯斷

第四系中、晚期的沉積物被錯斷，是判斷斷層存在活動性的最直接標(biāo)志。

如圖7為位于汾渭地塹中段的平遙活斷層，錯斷晚更新世中晚期的黃土，以及早中期更新世地層，可認(rèn)為該斷層具有一定活動性。

2.3 斷層泥

斷層泥指未固結(jié)或弱固結(jié)的泥狀巖石，記載著斷層活動的多種信息，包括活動年代、運動方式、活動期次和賦存環(huán)境等。多發(fā)育于脆性斷層帶中，呈各種彩色條帶平行斷層面展布，是斷層剪切滑動、碎裂、碾磨和黏土礦化作用的產(chǎn)物。斷層泥是斷層巖中力學(xué)性質(zhì)最差的一類，常導(dǎo)致一些工程地質(zhì)問題，它也是形成滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的控制因素。

如圖8為河南鶴壁金山敬老院附近出露的湯西斷裂，斷層面處可見青灰色斷層泥，松散稍濕，尚未固結(jié)，證明該斷層具有一定的活動性。

2.4 片理構(gòu)造

部分黃土邊坡可見被鈣泥質(zhì)物質(zhì)充填的節(jié)理面，節(jié)理充填物發(fā)生擠壓片理化，呈鱗片狀(見圖9)，系區(qū)域新構(gòu)造運動所致[4]。

如圖9為湯西斷裂作用于黃土邊坡產(chǎn)生的片理化構(gòu)造，該現(xiàn)象在野外較難以準(zhǔn)確的識別，可作為新構(gòu)造運動存在的輔證。

3 結(jié)語

野外斷層發(fā)育特征識別主要可從地層標(biāo)志、構(gòu)造特征、微觀痕跡等方面分析、判斷，其中地層標(biāo)志是最直接依據(jù)；斷層活動性的野外判別主要可從第四系地貌、第四系地層是否被錯斷、斷層泥特征及片理構(gòu)造等方面進行，其中第四系地層的錯斷與否是判斷斷層活動性的最直接證據(jù)。

從宏觀到微觀、從整體到局部，斷層發(fā)育特征及其活動性野外識別的手段有很多，在野外調(diào)查過程中遇到的斷層可能并不典型，因此需要多角度綜合分析、整體考慮，盡可能還原歷史構(gòu)造運動的整個過程，為工程地質(zhì)分析提供可靠的科學(xué)依據(jù)。