談斷層發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生破裂，并沿破裂面有明顯相對移動的構造。斷層的存在會對工程建筑產生嚴重的影響，包括降低地基巖體的強度及穩定性，引起地下結構坍塌、滲漏水，斷層兩盤產生不均勻沉降，沿斷層破碎帶出露地下水、形成風化深槽及巖溶發育帶，發生新的移動等[1]。因此在野外調查階段查明斷層的發育特征及活動性對工程建設的設計施工具有指導性意義。

1 斷層發育特征識別

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

1.1 地層標志

地層標志是判斷斷層構造是否存在的主要依據。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或缺失現象。它與褶皺地層的重復或缺失有本質的區別：斷層只產生地層不對稱的重復，缺失的地層間不具有侵蝕面；而褶皺造成的地層重復是對稱的，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、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合面，右側為奧陶系灰巖，左側為第四系沉積層。以該不整合面為例可知，左側地層受湯西斷裂帶影響產生向下的相對位移，從而在第四紀沉積了較厚的土層。故野外調查過程中，遇到此類由于構造原因地層出現缺失的，可判斷地層年代較晚的一側即為斷層下降盤。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巖，而中間部位有一層連續的0.5 m厚的硅質灰巖，呈現出的顏色較深，并在小斷層處有約0.6 m的錯斷，可根據此標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 牽引構造

斷層形成時，由于斷層面兩側巖塊的相互滑動和摩擦，巖層會發生牽引彎曲，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的一處斷層。該處出露地層為薄層灰巖，可見一2 m寬的斷裂破碎帶，泥質填充。受斷裂帶影響，左側巖層在靠近斷層面的一側出現了向上的牽引彎曲，右側巖層出現嚴重的擠壓變形，無法區分原巖層理。這種情況是由于右側巖層在地應力的作用下向左側擠壓并向上方發生位移形成的，為標準的逆沖斷層。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紋，其一端相對較粗而深，另一端較細而淺；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筑物；另一方面是活斷層附近可能會伴有地震發生，從而對較大范圍內的構筑物造成影響[2]。因此，斷層構造的活動性識別對工程建設十分重要，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)是指斷層崖經過河流或沖溝切割侵蝕后，形成的三角形陡崖，是現代活動斷層的標志，常見于山區或山地與盆地、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。

一定區域內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，可認為該斷層具有一定活動性。

2.3 斷層泥

斷層泥指未固結或弱固結的泥狀巖石，記載著斷層活動的多種信息，包括活動年代、運動方式、活動期次和賦存環境等。多發育于脆性斷層帶中，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物。斷層泥是斷層巖中力學性質最差的一類，常導致一些工程地質問題，它也是形成滑坡、崩塌等地質災害的控制因素。

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，證明該斷層具有一定的活動性。

2.4 片理構造

部分黃土邊坡可見被鈣泥質物質充填的節理面，節理充填物發生擠壓片理化，呈鱗片狀(見圖9)，系區域新構造運動所致[4]。

如圖9為湯西斷裂作用于黃土邊坡產生的片理化構造，該現象在野外較難以準確的識別，可作為新構造運動存在的輔證。

3 結語

野外斷層發育特征識別主要可從地層標志、構造特征、微觀痕跡等方面分析、判斷，其中地層標志是最直接依據；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。

從宏觀到微觀、從整體到局部，斷層發育特征及其活動性野外識別的手段有很多，在野外調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，盡可能還原歷史構造運動的整個過程，為工程地質分析提供可靠的科學依據。