断层泥特征及其工程地质意义

关键词：断层泥 工程地质 结构 

　　1 引言 

　　近年来，断层物质的研究越来越受到国内外学者的重视。断层泥是通过断层活动得到的，它记录着断层活动发生的年代背景、断层活动的运动方式等，均属于历史性的记录范畴。所以通过研究地表裸露的各种断层，可以推断出在怎样的历史时期下发生过什么样的活动方式。随着研究人员对断层泥研究的不断深入，我们对断层泥的物质结构特征也越来越了解，它在工程地质中的探索意义也越来越明了化。断层泥的特征主要包括结构和成分两个方面。下面从断层泥的物质组成、结构特征及其在工程地质上的意义三方面展开说明。 

　　2 断层泥的物质组成 

　　断层泥是在断层不断运动过程中两侧的岩石不断挤压破碎而形成的，它通常会发生在地壳的浅部。断层泥是在断裂的作用下形成的不同形状结构的变形物质，断层在不同的断层滑动方式下又会产生不同的物质显微结构。 

　　在断层活动运动过程中，不断演化形成了断层泥的物质成分。它是对断层活动发生时间的凭证，是对断层发生周遭环境的说明。断层泥是断层活动中产生的物质成分的源头、反映着断层所经历的物理的与化学的变化过程。在地质探索研究中我们会遇到各种各样的断层。一般情况下，我们认为断层泥的物质主要来源于断层围岩，断层泥物质成分的介绍主要从矿物成分、化学元素种类及所占比重方面展开。 

　　2.1 断层泥的矿物成分 

　　我们已经了解，不同的断层泥中物质的组成成分是不同的。比如，在剪子河断裂带中，可以发现断层泥以灰色为主，它主要包含方解石和石英两种矿物成分，粘土矿物主要以伊利石和高岭石为主，白云母和蒙脱石次之。在断层中最常见的是含有粘土矿物质的断层泥，它易于变形，却能很好的表现断层活动的历史。它一般都集中在断层带内或断层下盘面上，进化趋势按着高岭石→伊利石→蒙脱石的过程不断转变。所以说，在历史不断发展的过程中，断层带的岩石和水也在不断相互作用，使岩石逐渐向粘土进化。 

　　2.2 断层泥的化学成分 

　　目前，地球化学研究的工作重心已锁定在断层泥的化学成分及其变化规律方面，同样对于地质工程学而言，它更注重的是对断层泥化学成分强度影响的研究。在观察到的剪子河断层泥中因为含有粘土矿物，所以它含有的硅、镁、铝等化学元素较多。断层泥的化学成分不仅与围岩成分有关，还与断层泥的性质、赋存环境密切相关。断层泥的形成过程与其周围的环境都是不断变化的，断层的每一次活动，都会使断层泥在相应的活动状态下发生变化，即我们可以根据断层泥的颜色简单判断断层的表现活动。 

　　3 断层泥的结构特征 

　　断层泥的主要特征可以通过它的结构和组成成分进行表征。通过研究了解到，不仅断层活动的类型可以通过断层泥的结构特征反映出来，它的强度也同样可以通过断层泥的结构特征反映出；而且断层泥的结构特征还可以反映出断层泥的形成过程和环境的演变。虽然目前有很多观测断层结构的工具，但我们仍采用扫描电子显微镜对断层泥的结构特征进行观察。 

　　3.1 粒度分析 

　　断层泥是在断层活动中形成的固结或弱固结的泥状岩石，粒度较细，含有大量的粘土矿物，强度比较低且容易变形。断层泥的颗粒组成比较复杂，不同活动方式下产生的断层泥的粒度结构也是不同的。它受断层活动强度、时间的影响。断层活动强度越大，时间越长，断层泥的粒度就越细，越均匀，断层泥按粒度成分主要近似于沙土类，粘性土次之。在同一地区断层活动中形成的较切层断层的断层泥相对细些。 

　　不同性质的断层活动产生的断层泥粒度组成也不相同。断层滑动包含蠕滑和粘滑两种。粘滑断层形成了不均匀的断层泥粒度，但是粗粒级的含量比重明显比细粒级含量高很多；蠕滑断层过程中产生的断层泥，经过长时间反复的研磨，断层泥粒度组成比较平均，细粒径的含量要高于高粒径的含量。 

　　在地质工程研究中可以发现，断层泥不仅是断层活动的产物，也是碎屑颗粒的一种。断层泥不仅囊括了断层的基本特点，还具有颗粒的特点。它也需要满足粒度本身的规律性、分选性。断层泥粒度的分选性好坏与断层活动的强弱成反比例关系，并且断层泥粒度的粗细也会受到断层活动时间的影响。在断层泥粒度与物理力学参数关系的研究中，发现两者之间具有良好的相关性，且两者之间的关系为将来地质工程中对物理力学指标的推断提供了重要依据。 

　　3.2 微观构造 

　　现代工程地质学研究中的重点话题是对断层泥显微结构的研究。它是指变形岩石在微观世界的构造特征。断层泥的显微构造是在应力作用下，在塑性变形过程中形成的新的变形结构，其中最为普遍的有破裂、波状消失等变形方式。破裂这种变形现象是普遍存在于断层中的，它是由于位错在受到来自晶界、杂质、其他界面的阻碍时，自发引起的塞积、缠结，在局部发生应变硬化过程中形成的。而波状消失是由于过量的位错造成晶格弯曲而引起的。随着应力的不断增强，波状也会逐渐消失。所以说，显微构造的形成与位错二者之间存在着很大的联系。 

　　目前，扫描电子显微镜是观察断层泥结构常用的工具。基于在不同断层活动下会产生不同结构特征断层泥的基本原理，我们利用扫描电子显微镜对不同断层活动下的结构特征进行判断，一般可以判断出产生变形时断层活动的方式、强度和滑动速率。比如，我们可以通过断层泥表面的擦痕及其深度、宽度对断层活动的强度及断层活动的次数进行简单推断。一般情况下，我们认为断层泥表面有几道擦痕就判定它经历了几次断层活动，根绝擦痕的深浅判断断层活动的强弱，擦痕越深，则断层活动越强。由断层泥的显微构造可以发现，它不仅反映了断层活动的运动方式及强度，还反映了断层活动周围的环境情况。目前在工程地质学研究中已普遍采用断层泥的显微构造对断层活动的的运动方式、运动强度及断层活动的滑动速率等问题进行研究。 　　断层滑动方式也与断层泥的显微构造之间存在着一定联系。在蠕滑断层中一般不会发生强震，但在粘滑断层中发生强震的可能性比较大。在不同的断层活动方式下会产生不同的断层显微构造。由断层泥的显微构造可以推断出断层泥是断层在哪种活动方式的产物，蠕滑断层还是粘滑断层。 

　　4 断层泥在工程地质探索中的意义 

　　近年来，出现了越来越多的与断层相关的工程地质问题，我们要追逐时代的步伐，加深对断层的研究力度，尤其是要加深研究断层的活动性问题。众所周知断层泥是在断层活动发生过程中产生的，所以研究断层的活动性问题可以从断层泥着手，因为它可以反映断层的活动性。 

　　断层是指发生显著位移的破裂面或破碎带，是地质研究工作的重点内容。断层泥是断层活动的产物，反映着断层的活动情况。目前，水电站的建立，桥梁的架设、线性工程、煤矿工程等工程的开展都深受断层活动的影响。我们要首先要对实施工程处的地质进行研究，明确工程实施的安全性。目前，根据大型的桥梁架设、煤矿产业的调研资料显示：大部分的地质勘探工程都与断层有着很密切的联系。 

　　探索断层泥的特征对工程地质的研究具有重大意义。通过对断层泥中的矿物成分、化学成分、粒度分析、微观结构的观察研究，可以推断出断层活动发生时的环境特点；通过观察断层泥带的厚度，同时结合其与位移量之间的关系，可以推断出断层活动下造成的断层位移量；根据断层泥的显微结构特征可以判断出断层的活动方式、活动强度等。所以说，在当今工程地质不断崛起的社会条件下，我们要不断加深对断层泥物质成分、结构特征的探索研究，探寻出适于进行工程开发的地质资源，减低地质灾害、工程问题等危险事故发生的可能性。我们要采用新的研究方法，理论联系实际，将研究重心由模拟研究转移到实地考察研究方面，实施对断层泥的实地考察方案，最终能够对断层泥中的矿物成分、化学成分及其含量、断层泥的微观结构特征及粒度分析等方面做到全面系统的研究与认知，为快速解决工程地质学中的热点问题提供有力的论据。 

　　5 结语 

　　综上可知，不同的断层活动方式下会产生不同显微构造的断层泥，断层的不规律活动可能会引发许多危险系数较高的地质灾害和工程质量问题，同时，地质工程的实施也深受断层泥物理力学性质的影响。本文简单介绍了断层泥的物质成分及其结构特征，同时也说明了断层泥的研究对当今地质工程的重要意义。它不仅是地球化学特征研究的重点内容，也是当今地质工程研究的重点、热点话题。 

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