工程地质第10讲：断裂构造课件

第4节断裂构造一、节理二、断层一、节理北京西山一条张剪性节理

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。节理垂直节理风化后形成地貌

武陵源风景名胜区包括张家界、索溪峪、天子山自然保护区。该区以泥盆系石英砂岩为主，由于岩石质纯、坚硬、巨厚和岩层产状平缓(5-8度)，走向NE、NW、NNE等几组垂直节理等距发育，因此，形成似峰、似塔的地貌景观。

（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。

剪节理a.产状稳定，延伸远；b.平直光滑，节理面上常见擦痕；c.切过砾石和胶结物；d.常构成共轭节理系——棋盘格构造，常常呈“X”型；e.单组节理等间距出现张节理——由张应力产生的破裂面。特征：

a.短、小、b.粗糙不平，c.延伸不远，d.常呈豆荚状、树枝状，e.常绕开砾石。剪节理与张节理的对比a.力学机制：剪节理：剪应力作用，两组剪切面成X型的。张节理：岩层受张力作用形成的破裂面。b.产状：剪节理：节理产状稳定，沿走向倾向延伸较远。张节理：产状不稳定，延伸不长。c.节理面特征：剪节理：节理面平直光滑，裂缝小成闭合状态。张节理：节理面弯曲粗糙，裂缝较宽，常被岩脉填充。d.发育程度：剪节理：发育密集，间距小，容易构成软弱面。张节理：发育较稀，间距较大。

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、张开度及充填情况发育程度分级基本特征节理不发育节理1～2组，规则，为构造型，间距在1m以上，多为密闭节理，岩体切割成大块状。节理较发育节理2～3组，呈X形，较规则，以构造型为主，多数间距大于0.4m，多为密闭节理，部分为张开节理，少有充填物。岩体切割成大块状。节理发育节理3组以上，不规则，呈X型或米字型，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.4m，大部分为张开节理，部分有充填物。岩体切割成块石状。节理很发育节理3组以上，杂乱，以风化和构造型为主，多数间距小于0.2m，以张开节理为主，有个别宽张节理，一般均有充填物。岩体切割成碎裂状。（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。作图步骤：⑴取比例直线作半径划半圆；⑵方位角刻度；⑶磁北针；⑷辐射线（长度代表辐射密度）；⑸然后连接

花瓣的长度代表节理密度，花瓣的宽度代表节理范围。节理走向玫瑰花图（五）节理对工程的影响

节理的工程地质评价a.节理的存在增强了岩体的透水性。可溶岩石溶洞、地下暗河；b.节理破坏了岩石的整体性。加速了风化作用和冻胀作用；影响到边坡的稳定程度。岩石溶解c.节理降低爆破作业的效率。d.节理使岩体力学强度降低，地基承载力下降。二、断层

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。（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）研究断层在工程上的意义

（一）断层的几何要素1.断层面2.断层线3.上盘4．下盘

1．断层面断层中两侧岩层沿其运动的破裂面。

断层面：平面，弯曲或波状起伏曲面；直立的，一般是倾斜的。

断层面在空间位置：断层面的产状要素决定。常为断层“带”：一系列密切的破坏面，或者杂乱堆积由断层运动而破裂和搓碎的碎块、碎屑，称断层带或断层破碎带。2.断层线断层面与地面的交线，也就是相应的露头线，称为断层线。

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。ConjugateNormalfaults,DeathValley,California.地堑和地垒地垒地堑阶梯状断层

一套正断层切断了片麻岩中的长石质细脉上盘上升逆断层：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25～45°；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

在逆冲推覆构造中：由于强烈侵蚀切割，外来岩块剥蚀掉而露出下伏原地岩块，外来岩块呈孤峰：飞来峰。

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：构造窗。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。龙门山飞来峰群地貌景观

龙门山葛仙山北寨门飞来峰

叠瓦式构造232-50

工程地质：王丽琴制作者水平错动平移断层：两盘沿断层走向相对移动的断层。

Aerialviewofright-lateralfault.NearLasVegas,Nevada.

ThisimageshowsSanAndreasLakeandCrystalSpringsreservoirfromtheair.ThehighwayparallelingthelakestotheleftisInterstate280,``themostbeautifulurbanhighwayintheUnitedStates''.(Anditisindeedveryscenic.)

ThisvalleyisremarkablystraightbecausetheSanAndreasfaultrunsdownitscenter.TheSanAndreasisaclassic``StrikeSlip''fault:thetwosides(forthemostpart)movepasteachotherhorizontally.1906年发生的旧金山地震中，一堵在平移断层上的围墙郯庐断裂Ｋ２ｗＡｒ

郯庐断裂带在我国境内延伸2400多公里，切穿中国东部不同大地构造单元，规模宏伟，结构复杂。是地壳断块差异运动的接合带，是地球物理场平常带和深源岩浆活动带。它形成于中元古代。经历了多期构造。它不仅是一条“长寿”的以剪切运动为主的深断裂带，而且是一条仍继承着新构造运动方式，以右旋逆推为主的活断裂带，同时也是一条具有明显分段、活动程度不等的地震活动带.郯庐断裂带及其附近两侧，大大小小的地震活动从未间断过，说明它是处于活动状态的断裂，是一条地震活动带。1668年7月28日，山东郯城发生8.5级大地震，波及大半个中国，是我国东部千年罕遇的一次特大地震事件。据统计研究，自公元1400年以来，以郯庐断裂为中心200公里范围内共发生M8.5级地震1次，M7.0-7.9级地震5次，M6-6.9级地震11次。其中中段（沈阳-宿迁段）就发生8.5级地震1次，M7.0-7.9级地震7次。6级以上强震主要集中在郯庐断裂带中段。

1668年7月25日山东莒县—郯城8.5级地震（我国东部有记录以来最大地震）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。

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。

AB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。AB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。23472345811正断层例1：逆断层例2：冲断层234734582150°

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

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。

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。（三）断层的鉴别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）

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地层重复地层缺失走向断层造成的地层重复和缺失断层性质断层倾斜与地层倾斜的关系二者倾向相反二者倾向相同断层倾角大于岩层倾角断层倾角小于岩层倾角正断层逆断层重复（A）缺失（D）缺失（B）重复（E）重复（C）缺失（F）断层两盘相对动向下降盘出现新地层下降盘出现新地层上升盘出现新地层

3．断层的伴生现象

擦痕和镜面：

擦痕——断面上平行而密集的沟纹。

表现：一系列彼此平行较均匀细而密的或较粗的线条状，一端粗而深，另一端相对地细而短些

。

镜面——断面上局部平滑光亮的面。

阶步——擦痕及镜面未端常出现“坎”。均为两侧岩层（块）相对滑动在断面上留下的痕迹，可据此推测两盘相对运动方向。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。

牵引弯曲－断层两侧岩层相对位移时，受磨擦阻力影响出现弯曲。牵引褶皱可指示对盘位移方向。构造岩

断层破碎带中的岩石受断层作用，使原来岩石矿物破碎、变形，改变原来的结构构造，或形成新矿物成为构造岩。构造岩是断层存在可靠标志之一。按破碎程度不同，构造岩有构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩等不同类型。

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左向右破碎度增加，依次是构造透镜体带、断层角砾岩、碎裂岩，最后是断层泥伴生节理：

断层面是较大的破裂面，形成同时伴生有许多小破裂即节理。节理方向常与断层面大致平行。4．地貌、水文地质和植被上的标志

只能表明断层可能存在，而很少可以用来判断两盘相对运动方向。由于地貌、水文标志一眼便能见到，往往成为进一步观察和分析断层提供重要线索。

较大的断层常常由于两盘岩石的差异风化而形成由断层面直接暴露的陡崖，称为断层崖；断层崖形成后复遭流水的侵蚀、切割，便形成沿断层走向分布的一系列三角形的陡崖，即为断层三角面。

断层崖、断层三角面－平行的山脊，被走向与其垂直的正断层切割，上升盘露出山脊的三角形横切面。断层三角面断层崖华山(西岳，花岗岩)位于秦岭山脉，西安市东侧，秦岭北坡是个大断崖，以险峻陡峭而著名．登华山只能从南坡上，故华山路只有一条。

自古华山路一条??

山体北坡与渭河平原形成巨大高差达2000米

东非大裂谷－地球伤疤东非大裂谷的整个形状可画成不规则三角形，该谷宽几十至二百km、深达1000-2000m，裂谷的东支南起希雷河河口，经马拉维湖，向北纵贯东非高原中部和埃塞俄比亚高原中部，直达红海北端，全长约5800km；西支南起马拉维湖西北端，经坦噶尼喀湖、基伍湖、蒙博托湖等，一直到苏丹境内的白尼罗河谷，全长1700多km，是世界最长的不连续谷，中间有相当多个湖泊、火山群。这条大裂谷带是一座天然储水库，集中了非洲大部分湖泊，总共有30多个。大裂谷每年以几mm到几十mm的速度加宽。有科学家预言，如果按这样的速度继续，2亿年后，它将撕裂成一个新的大洲。这里处于非洲板块和印度洋板块交界处，大约3000万年以前，由于两个板块张裂拉伸，使得同阿拉伯古陆块相分离的大陆漂移运动而形成这个裂谷。那时候，这一地区的地壳处在大运动时期，整个区域出现抬升现象，地壳下面的地幔物质上升分流，产生巨大的张力，正是在这种张力的作用之下，地壳发生大断裂，从而形成裂谷。由于抬升运动不断的进行，地壳的断裂不断产生，地下熔岩不断的涌出，渐渐形成了高大的熔岩高原。高原上的火山则变成众多的山峰，而断裂的下陷地带则成为大裂谷的谷底，总长6400km。东非大裂谷下陷始于渐新世，主要断裂运动发生在中新世，大幅度错动时期从上新世一直延续到第四纪。北段形成红海，使阿拉伯半岛与非洲大陆分离；马达加斯加岛在几条活动裂谷扩张作用下，也与非洲大陆分裂开.贝加尔湖湖型狭长弯曲，宛如一弯新月，所以又有“月亮湖”之称。长636km，平均宽48km，最宽79.4km，面积3.15万km2，平均深度744m，最深点1637m，湖面海拔456m。贝加尔湖两侧有1000-2000m的悬崖峭壁，构造罅隙四周围绕着高度达到2500多m山脉。湖底沉积物厚度>8km。贝加尔湖罅隙的实际深度为10-11km。此深度可以与世界海洋最深处的马里亚纳海沟相媲美。贝加尔湖是世界最古老的湖泊之一，位于欧亚板块内部，由地壳断裂下陷形成，绝大多数科学家都认为贝加尔湖深形成于三千万年前到两千万年前。从地质构造上看，贝加尔湖是一个断谷的凹部，一个深入到地下15-20km深处的大裂口。负地形（低凹地带）：俗话说“逢沟必断”泉出露点：断层切割含水层，地下水沿裂隙涌出,泉点常呈线状分布。

水系突然以折线改向常与断层有关，如永定河在北京门头沟北而突然折向南拐，乃系断层造成。湖泊洼地串珠状排列:如云南东部小江断裂带可见断续分布的草海、嵩明湖、阳宗湖、滇池、抚仙湖等。

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逆断层冲断层３.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5.擦痕和阶步擦痕的方向指出了断层两盘相对滑动的方向。一般情况下，擦痕由粗而深的一端至细而浅的另一端所指示的方向，即为对侧岩块滑动的方向。

阶步的缓坡到陡坡所指示的方向，即为对侧滑动方向。

6.伴生节理伴生节理在平面上或剖面上均呈与滑动方向斜交的雁行排列，可分伴生张节理、伴生剪节理。

伴生张节理具有一般张节理的特征，两壁张开，且愈近断层面，节理壁距越大，与断层斜交，其锐角指示本盘动向。

伴生剪节理有两组，一组与断层呈大角度相交，但其方向不稳定，指示断层运动方向不可靠；另一组与断层呈小角度相交，与断层的锐交角指示本盘动向。（五）确定断层的形成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SDCJSDCPKOOSDCJSDCPKOOgm（六）研究断层在工程上的意义

1．断层可增大岩石的透水性和含水性；断层的交叉处常是地下水出露的地段；

2．断层可以降低岩石的坚固性和稳定性，造成隧道工程、矿井工程或坝基等塌陷的危险。

当工程通过断层地带时，应注意以下几点：

(1)在勘测设计阶段，必须认真进行断层的野外调查、测绘和勘探工作，掌握其性质、规模、活动性等问题。

(2)断层带的地质条件很差，必须做好相应的预防措施，以防断层可能对施工造成的危害