谈断层发育特征及其活动性野外识别方法

于鸿坤 魏 宁

(北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038)

0 引言

断层即地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造。断层的存在会对工程建筑产生严重的影响，包括降低地基岩体的强度及稳定性，引起地下结构坍塌、渗漏水，断层两盘产生不均匀沉降，沿断层破碎带出露地下水、形成风化深槽及岩溶发育带，发生新的移动等[1]。因此在野外调查阶段查明断层的发育特征及活动性对工程建设的设计施工具有指导性意义。

1 断层发育特征识别

断层构造的发育特征包括断层性质、形态及变形组合等，是判断断层对工程影响的最基本要素。多数情况下，我们可以通过野外调查来确定某断层构造的发育特征，主要是从以下几个方面进行综合分析判断。

1.1 地层标志

地层标志是判断断层构造是否存在的主要依据。一套顺序排列的地层，由于走向断层的影响，常造成部分地层的重复或缺失现象。它与褶皱地层的重复或缺失有本质的区别：断层只产生地层不对称的重复，缺失的地层间不具有侵蚀面；而褶皱造成的地层重复是对称的，不整合形成的地层缺失具有侵蚀面，有的有底砾石。即褶皱两翼地层重复、对称；断层两盘地层不一定对称，甚至缺失。

如图1为河南鹤壁汤西断裂带中一处土岩结合面，右侧为奥陶系灰岩，左侧为第四系沉积层。以该不整合面为例可知，左侧地层受汤西断裂带影响产生向下的相对位移，从而在第四纪沉积了较厚的土层。故野外调查过程中，遇到此类由于构造原因地层出现缺失的，可判断地层年代较晚的一侧即为断层下降盘。此类断距较大、断层面较粗糙的断层多为张性断层。

如图2为河南鹤壁某道路边坡揭示的一小型次级断裂，可见边坡出露岩性全部为灰岩，而中间部位有一层连续的0.5 m厚的硅质灰岩，呈现出的颜色较深，并在小断层处有约0.6 m的错断，可根据此标志层的相对移动方向判断该断层为正断层。另外，由于断层面平直光滑，可判断其为一压性断层的次级断裂。

1.2 牵引构造

断层形成时，由于断层面两侧岩块的相互滑动和摩擦，岩层会发生牵引弯曲，也可用来帮助判断断层的存在与否。岩层的牵引弯曲方向指示了对盘的运动方向。

如图3为太行山山前断裂带内的一处断层。该处出露地层为薄层灰岩，可见一2 m宽的断裂破碎带，泥质填充。受断裂带影响，左侧岩层在靠近断层面的一侧出现了向上的牵引弯曲，右侧岩层出现严重的挤压变形，无法区分原岩层理。这种情况是由于右侧岩层在地应力的作用下向左侧挤压并向上方发生位移形成的，为标准的逆冲断层。该类断层为压性断层，岩层的牵引变形方向指示了断层对盘的运动方向。

1.3 擦痕、阶步

擦痕为一组比较均匀的平行细纹，其一端相对较粗而深，另一端较细而浅；阶步与擦痕垂直相交形成陡坎，陡坎高度一般 2 mm～3 mm。擦痕和阶步的出现代表该断层为压性断层。

如图4为某断层面上的擦痕，在野外判别时用手沿擦痕的两个方向进行摩擦，可清晰地感觉到光滑、粗糙两种触感，较为光滑的方向指示断层对盘的运动方向。

如图5为阶步，大多出现在脆性岩体压性断层面上，阶步陡坎面指示的方向为断层对盘运动方向。

2 断层活动性识别

活断层是指目前正在活动着的断层，或是近期曾有过活动而不久的将来可能会重新活动的断层。

活断层对工程的影响非常大，主要表现在两个方面：一方面是由于断层的地面错动直接损害跨越该断层修建的构筑物，有些活断层错动时会伴生有地面变形，也会影响到临近的构筑物；另一方面是活断层附近可能会伴有地震发生，从而对较大范围内的构筑物造成影响[2]。因此，断层构造的活动性识别对工程建设十分重要，我们可以通过以下方法在野外初步识别仍具有活动性的断层。

2.1 地貌标志

1)断层崖和断层三角面。

断层三角面(如图6所示)是指断层崖经过河流或冲沟切割侵蚀后，形成的三角形陡崖，是现代活动断层的标志，常见于山区或山地与盆地、平原的分界的正断层处，多为张性正断层。

2)错断的山脊、急转的河流。

正常延伸的山脊突然被错断，往往是断层两盘平移运动的结果；横切山脊走向的平原或盆地与山岭的接触带，往往是断层通过的地方。

3)断层湖、断层泉。

一定区域内呈串珠状分布的水体(断陷盆地、洼地、湖泊、泉水等)可能是由断层活动引起的，可指示断层延伸方向[3]。

2.2 第四系地层错断

第四系中、晚期的沉积物被错断，是判断断层存在活动性的最直接标志。

如图7为位于汾渭地堑中段的平遥活断层，错断晚更新世中晚期的黄土，以及早中期更新世地层，可认为该断层具有一定活动性。

2.3 断层泥

断层泥指未固结或弱固结的泥状岩石，记载着断层活动的多种信息，包括活动年代、运动方式、活动期次和赋存环境等。多发育于脆性断层带中，呈各种彩色条带平行断层面展布，是断层剪切滑动、碎裂、碾磨和黏土矿化作用的产物。断层泥是断层岩中力学性质最差的一类，常导致一些工程地质问题，它也是形成滑坡、崩塌等地质灾害的控制因素。

如图8为河南鹤壁金山敬老院附近出露的汤西断裂，断层面处可见青灰色断层泥，松散稍湿，尚未固结，证明该断层具有一定的活动性。

2.4 片理构造

部分黄土边坡可见被钙泥质物质充填的节理面，节理充填物发生挤压片理化，呈鳞片状(见图9)，系区域新构造运动所致[4]。

如图9为汤西断裂作用于黄土边坡产生的片理化构造，该现象在野外较难以准确的识别，可作为新构造运动存在的辅证。

3 结语

野外断层发育特征识别主要可从地层标志、构造特征、微观痕迹等方面分析、判断，其中地层标志是最直接依据；断层活动性的野外判别主要可从第四系地貌、第四系地层是否被错断、断层泥特征及片理构造等方面进行，其中第四系地层的错断与否是判断断层活动性的最直接证据。

从宏观到微观、从整体到局部，断层发育特征及其活动性野外识别的手段有很多，在野外调查过程中遇到的断层可能并不典型，因此需要多角度综合分析、整体考虑，尽可能还原历史构造运动的整个过程，为工程地质分析提供可靠的科学依据。