断层的蓄水特性及对地下水的影响综述

梁丽青 张瑞 殷飞

【摘 要】断层是一种重要的地质构造，是地下水溶集和地下水流动的重要通道，可以形成中小型的水源地。断层蓄水构造是由断层破碎带及其节理，裂隙、孔隙、溶隙等构成了蓄水空间，具有蓄水空间相对大、富水较为不均匀、水动力条件相对较好等特点，其形成条件及其岩性等都影响着其蓄水能力和地下水流场。

【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.

【关键词】断层构造；蓄水性；地下水

【Keywords】fault structure； water storage； groundwater

【中图分类号】TU991.11+2 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0144-02

1 断层构造

断层带是岩层的地应力集中释放后，造成的破裂破碎形变，大的断层可以切穿不同的岩层，并延伸数十公里至数百公里，宽甚至可达百米，常构成具有特殊意义的水文地质体。断层、软夹层或断裂构造产状包括走向、倾向和倾角。沿倾斜的面并垂直于定义的走向向下引出的一条直线在水平面的投影方向角即为倾向；水平面与倾斜的平面（包括岩层、软夹层、断层或断裂构造面）交线的方向（两个走向，相差180°）即为走向；倾角是指水平面与平面的最小夹角[1]。

根据断层面位置（即错裂的两块岩石运动产生的裂缝走向）的不同特征，习惯上将断层分为科学的四种类型：

①正断层：断层面几乎就是垂直的。由于在板块边界拉力，地层被拉裂分成两半，从而产生了断层；②逆断层：断层面同样也接近垂直，但上盘会向上移动，而下盘则向下移动。这一类型的断层主要是由于地壳板块的相对挤压而形成的；③冲断层：断层带接近于水平，移动的方式同逆断层相同，这种类型常在聚合板块边界中见到；④平移断层：岩石块沿相反的水平方向移动。

2 断层蓄水构造特征

2.1 断层蓄水构造形成

断层的蓄水属于构造的裂隙水，受到岩性以及地应力的控制从而得到发育。对于断裂在塑性的岩层中发育的，一般较为微弱，并有大量的泥质充填以及胶结，故通常导水性不是太好，甚至是隔水。如果断层受到的是扭应力或者压应力，则使断层中心相对较为密实，因而透水性和导水性较差，如果断层中有脆性岩层，则会是例外，会发育为较好的导水带。受到张应力从而发生断裂的时候，脆性的基岩或者岩石，以断层发育的中心带和其附近的裂隙，断层裂隙会有较大的发育，填充隔水性质泥岩少，故具有很好的导水性[2]。

2.2 断层蓄水构造的特点

在很小范围内，断层的规模、类型、性质、地质岩性、充填的物质等都会有很大的差别，因此，断层其实为相对较为复杂的、变化很大的一种地质构造。尽管如此，从大范围来看，断层蓄水构造还是具有明显的特征规律，与其他地质构造相比，断层蓄水构造具有的特点如下：

2.2.1 断层破碎带分布

如果含水带主要是以断层的破碎带为主体，则一般会是直线的条带状分布（也有脉状分布）。而这一条带状分布，其宽度跨度较大，有的地段相对较窄，有的地段会突然变宽，可以是几米、几十米甚至数百米，总体呈现是一条宽窄相对变化不均匀的直线带状。

2.2.2 断层蓄水空间大

在地下水模拟中，可以看出断层含水一般形成空间网络，且发育裂缝纵横交错，是地下水储蓄、流通、和地表水相互补给的重要通道，可以成为一个汇水场所。

2.2.3 富水的不均匀性

就整体而言，断层无疑是具有较大的蓄水空间。但是断层中布满大大小小的裂隙，且因倾角的存在，分布并不在一个水平面，故而当水流流过低洼处，周围又具有隔水层边界，则会成为较好的储水空间；如若不然，则含水量较少不能形成富水层。故而在同一条断层上，有的地段富水，有的地段贫水，分布并不均匀。

2.2.4 水动力条件好

这个特点是相对于坚硬岩石而言的。断层中的节理、裂隙、软弱层等，已受到破坏，结构松散不抗冲，故而透水性相对坚硬岩石而言较大。因此，当补给条件相同时，地表水很容易通過破碎带渗入地下，起到深层地下水的补给作用。而渗入到裂隙的水，通过汇聚，又会形成更大的水流，当水流足够大，则会对软弱破碎带造成机械冲刷、溶蚀等作用，从而加剧裂隙的发育，使水流更大，流速更快，从而形成水循环的交替增加[3]。

3 断层对地下水渗流特征的影响

断层属于复杂地质构造，其影响地下水的因素也是多种因素的相结合，如断层的走向和水流方向的关系、断层的倾向和水流方向的关系、岩层的渗透能力、破碎带的含水性能等，对准确合理了解地下水动态，需要依据断层的性质和特点，而地下水动态规律对地下水模拟和分析评价，具有十分重要的意义[4]。

3.1 断层的构造对地下水流场的影响

①倾向对地下水流场的影响：若倾角不变，地下水流向与断层倾向相同或相反会有一定的影响，并且主要在断层的两侧显示，通过分析，对流场分布影响较大的为直立断层，但实际上无论倾向和水流流场的流向相反还是相同，基本上对断层两侧的水头上升或者下降的性质都不会发生太大变化[5]。

②走向对地下水流场的影响：主要受流线的夹角与断层的走向控制，夹角越小时，对流场的影响就会越不明显；夹角越大时，对流场的影响就会越明显[6]。

3.2 断层的渗透性质对地下流场的影响

岩石的渗透与其地质特性有关，如断层的渗透系数比周围其他介质的渗透系数大得多时，断层即表现为透水性较好的导水介质；当断层的渗透系数比周围介质渗透系数小得多时，断层透水性差，表现为阻水介质。当断层作为阻水介质，其两侧的水头值与无断层时相比，呈现相反的变化趋势；当断层为导水介质时，断层两侧的水头反而比其作为阻水介质时影响小。因此，断层的渗透性质也是影响渗流场水头分布的一个主要因素[4]。

3.3 地下水流距断层远近不同的影响

该影响没有定论，但地下水流距断层的远近是一个不可忽视的影响因素，可以作为分析依据。流场水头值分布受断层的影响是随着距离的增大而相对减弱的，在断层和它的附近影响相对最大，距离断层越远，对水头分布影响效应越小[4]。

4 结论

水文地质结构在地下水评价时，相对基岩来说，分为层状结构、带状结构、块状结构三种。层状水文地质结构相对其他两个基本类型而言，数学模型的建立较为简单，并具有典型性，所以常采用层状水文地质结构作为地下水的区域地质模型。

从整体来说，断层呈现为不均匀的条带形状，蓄水空间较大；但从局部来说，断层的富水性是不均匀的。并且与非断层带相比，断层带的水动力条件更好。

断层的倾向与地下水流场方向的关系，基本上不会使断层两侧水头上升或者下降的性质发生太大变化；断层的走向主要受流线的夹角与断层的走向控制；断层作为阻水介质比作为导水介质对地下水流场影响更大；流场水头值分布受断层的影响是随着距离的增大而相对减弱的。

【参考文献】

【1】齐甦编著.隧道地质超前预报技术与应用[M].北京：气象出版社，2010.

【2】张元禧，施鑫源.地下水水文学[M].北京：中国水利水电出版社，1998.

【3】宋照光.利用断层蓄水构造在山区找水定井的探讨[J]. Water Resources Scientific Technique，2007（12）：27-29.

【4】王博，刘耀炜，孙小龙，等.断层对地下水渗流场特征影响的数值模拟[J].地震，2008，28（3）：115-124.

【5】建业，杨晓松.地震断层的渗透性[J].地学前缘，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].重慶交通大学学报（自然科学版），2011，30（Z2）：1073-1079.