斷層的蓄水特性及對地下水的影響綜述

梁麗青 張瑞 殷飛

【摘 要】斷層是一種重要的地質構造，是地下水溶集和地下水流動的重要通道，可以形成中小型的水源地。斷層蓄水構造是由斷層破碎帶及其節(jié)理，裂隙、孔隙、溶隙等構成了蓄水空間，具有蓄水空間相對大、富水較為不均勻、水動力條件相對較好等特點，其形成條件及其巖性等都影響著其蓄水能力和地下水流場。

【Abstract】Fault is an important geological structure， which is an important channel for groundwater dissolution and flow. It can form small and medium water sources. The fault is composed of fault zone and its joints， cracks， porosity and so on. It has the characteristics of relatively large water storage space， relatively uneven water content and relatively good hydrodynamic conditions. Its forming conditions and its lithology and other factors all affect its water storage capacity and groundwater flow field.

【關鍵詞】斷層構造；蓄水性；地下水

【Keywords】fault structure； water storage； groundwater

【中圖分類號】TU991.11+2 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0144-02

1 斷層構造

斷層帶是巖層的地應力集中釋放后，造成的破裂破碎形變，大的斷層可以切穿不同的巖層，并延伸數(shù)十公里至數(shù)百公里，寬甚至可達百米，常構成具有特殊意義的水文地質體。斷層、軟夾層或斷裂構造產狀包括走向、傾向和傾角。沿傾斜的面并垂直于定義的走向向下引出的一條直線在水平面的投影方向角即為傾向；水平面與傾斜的平面（包括巖層、軟夾層、斷層或斷裂構造面）交線的方向（兩個走向，相差180°）即為走向；傾角是指水平面與平面的最小夾角[1]。

根據(jù)斷層面位置（即錯裂的兩塊巖石運動產生的裂縫走向）的不同特征，習慣上將斷層分為科學的四種類型：

①正斷層：斷層面幾乎就是垂直的。由于在板塊邊界拉力，地層被拉裂分成兩半，從而產生了斷層；②逆斷層：斷層面同樣也接近垂直，但上盤會向上移動，而下盤則向下移動。這一類型的斷層主要是由于地殼板塊的相對擠壓而形成的；③沖斷層：斷層帶接近于水平，移動的方式同逆斷層相同，這種類型常在聚合板塊邊界中見到；④平移斷層：巖石塊沿相反的水平方向移動。

2 斷層蓄水構造特征

2.1 斷層蓄水構造形成

斷層的蓄水屬于構造的裂隙水，受到巖性以及地應力的控制從而得到發(fā)育。對于斷裂在塑性的巖層中發(fā)育的，一般較為微弱，并有大量的泥質充填以及膠結，故通常導水性不是太好，甚至是隔水。如果斷層受到的是扭應力或者壓應力，則使斷層中心相對較為密實，因而透水性和導水性較差，如果斷層中有脆性巖層，則會是例外，會發(fā)育為較好的導水帶。受到張應力從而發(fā)生斷裂的時候，脆性的基巖或者巖石，以斷層發(fā)育的中心帶和其附近的裂隙，斷層裂隙會有較大的發(fā)育，填充隔水性質泥巖少，故具有很好的導水性[2]。

2.2 斷層蓄水構造的特點

在很小范圍內，斷層的規(guī)模、類型、性質、地質巖性、充填的物質等都會有很大的差別，因此，斷層其實為相對較為復雜的、變化很大的一種地質構造。盡管如此，從大范圍來看，斷層蓄水構造還是具有明顯的特征規(guī)律，與其他地質構造相比，斷層蓄水構造具有的特點如下：

2.2.1 斷層破碎帶分布

如果含水帶主要是以斷層的破碎帶為主體，則一般會是直線的條帶狀分布（也有脈狀分布）。而這一條帶狀分布，其寬度跨度較大，有的地段相對較窄，有的地段會突然變寬，可以是幾米、幾十米甚至數(shù)百米，總體呈現(xiàn)是一條寬窄相對變化不均勻的直線帶狀。

2.2.2 斷層蓄水空間大

在地下水模擬中，可以看出斷層含水一般形成空間網(wǎng)絡，且發(fā)育裂縫縱橫交錯，是地下水儲蓄、流通、和地表水相互補給的重要通道，可以成為一個匯水場所。

2.2.3 富水的不均勻性

就整體而言，斷層無疑是具有較大的蓄水空間。但是斷層中布滿大大小小的裂隙，且因傾角的存在，分布并不在一個水平面，故而當水流流過低洼處，周圍又具有隔水層邊界，則會成為較好的儲水空間；如若不然，則含水量較少不能形成富水層。故而在同一條斷層上，有的地段富水，有的地段貧水，分布并不均勻。

2.2.4 水動力條件好

這個特點是相對于堅硬巖石而言的。斷層中的節(jié)理、裂隙、軟弱層等，已受到破壞，結構松散不抗沖，故而透水性相對堅硬巖石而言較大。因此，當補給條件相同時，地表水很容易通過破碎帶滲入地下，起到深層地下水的補給作用。而滲入到裂隙的水，通過匯聚，又會形成更大的水流，當水流足夠大，則會對軟弱破碎帶造成機械沖刷、溶蝕等作用，從而加劇裂隙的發(fā)育，使水流更大，流速更快，從而形成水循環(huán)的交替增加[3]。

3 斷層對地下水滲流特征的影響

斷層屬于復雜地質構造，其影響地下水的因素也是多種因素的相結合，如斷層的走向和水流方向的關系、斷層的傾向和水流方向的關系、巖層的滲透能力、破碎帶的含水性能等，對準確合理了解地下水動態(tài)，需要依據(jù)斷層的性質和特點，而地下水動態(tài)規(guī)律對地下水模擬和分析評價，具有十分重要的意義[4]。

3.1 斷層的構造對地下水流場的影響

①傾向對地下水流場的影響：若傾角不變，地下水流向與斷層傾向相同或相反會有一定的影響，并且主要在斷層的兩側顯示，通過分析，對流場分布影響較大的為直立斷層，但實際上無論傾向和水流流場的流向相反還是相同，基本上對斷層兩側的水頭上升或者下降的性質都不會發(fā)生太大變化[5]。

②走向對地下水流場的影響：主要受流線的夾角與斷層的走向控制，夾角越小時，對流場的影響就會越不明顯；夾角越大時，對流場的影響就會越明顯[6]。

3.2 斷層的滲透性質對地下流場的影響

巖石的滲透與其地質特性有關，如斷層的滲透系數(shù)比周圍其他介質的滲透系數(shù)大得多時，斷層即表現(xiàn)為透水性較好的導水介質；當斷層的滲透系數(shù)比周圍介質滲透系數(shù)小得多時，斷層透水性差，表現(xiàn)為阻水介質。當斷層作為阻水介質，其兩側的水頭值與無斷層時相比，呈現(xiàn)相反的變化趨勢；當斷層為導水介質時，斷層兩側的水頭反而比其作為阻水介質時影響小。因此，斷層的滲透性質也是影響滲流場水頭分布的一個主要因素[4]。

3.3 地下水流距斷層遠近不同的影響

該影響沒有定論，但地下水流距斷層的遠近是一個不可忽視的影響因素，可以作為分析依據(jù)。流場水頭值分布受斷層的影響是隨著距離的增大而相對減弱的，在斷層和它的附近影響相對最大，距離斷層越遠，對水頭分布影響效應越小[4]。

4 結論

水文地質結構在地下水評價時，相對基巖來說，分為層狀結構、帶狀結構、塊狀結構三種。層狀水文地質結構相對其他兩個基本類型而言，數(shù)學模型的建立較為簡單，并具有典型性，所以常采用層狀水文地質結構作為地下水的區(qū)域地質模型。

從整體來說，斷層呈現(xiàn)為不均勻的條帶形狀，蓄水空間較大；但從局部來說，斷層的富水性是不均勻的。并且與非斷層帶相比，斷層帶的水動力條件更好。

斷層的傾向與地下水流場方向的關系，基本上不會使斷層兩側水頭上升或者下降的性質發(fā)生太大變化；斷層的走向主要受流線的夾角與斷層的走向控制；斷層作為阻水介質比作為導水介質對地下水流場影響更大；流場水頭值分布受斷層的影響是隨著距離的增大而相對減弱的。

【參考文獻】

【1】齊甦編著.隧道地質超前預報技術與應用[M].北京：氣象出版社，2010.

【2】張元禧，施鑫源.地下水水文學[M].北京：中國水利水電出版社，1998.

【3】宋照光.利用斷層蓄水構造在山區(qū)找水定井的探討[J]. Water Resources Scientific Technique，2007（12）：27-29.

【4】王博，劉耀煒，孫小龍，等.斷層對地下水滲流場特征影響的數(shù)值模擬[J].地震，2008，28（3）：115-124.

【5】建業(yè)，楊曉松.地震斷層的滲透性[J].地學前緣，2012，19（4）：30-40.

【6】Jung-Wook Park，Chung-In Lee. Analysis of the Change in Groundwater System withTunnel Excavation in Discontinuous Rock Mass[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2011，30（Z2）：1073-1079.