李 帥

(河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊，河南鄭州450016)

1 破裂構造的定義、種類

破裂構造是地殼中的巖石體(地質體)內部應力集中，使巖石體(地質體)產生破裂和破裂位移的一種地質構造。

按巖石體(地質體)的受力大小、破裂程度大致可分為劈理、節(jié)理、斷層、斷層裂隙帶等。

2 破裂構造的水文地質特征

2.1 劈理的水文地質特征

劈理是巖石體(地質體)原生面理和次生面理中的一種，是巖石體(地質體)在地應力作用下，巖石體(地質體)開始變形—位移—破裂過程中早期變形的產物，其形成不僅與地殼較深層次的變形、變質有關，還與褶皺、斷層和區(qū)域性流變構造在幾何上或成因上有關。

劈理面兩側的巖石沒有發(fā)生位移，所以劈理的寬度及其延展性不深、不遠，本身富水性、透水性相對較弱，在沒有別的構造影響時其作為地下水的運移通道也不暢通。

從劈理的結構看劈理域比劈理石富水性、透水性較好;從劈理的分類來看，破劈理、剪劈理相對流劈理的透水性較好。

2.2 節(jié)理的水文地質特征

節(jié)理是巖石體(地質體)在應力作用下巖石沒有明顯位移的一種破裂，是巖石體(地質體)開始變形—位移—破裂過程中的中期產物。一次構造作用中形成的節(jié)理一般是有規(guī)律的，且是成群出現的，并構成一定的組合模式，即節(jié)理組和節(jié)理系，這種節(jié)理組和節(jié)理系構成了地下水的儲聚場所和運移通道。在同等條件下，張節(jié)理要比剪節(jié)理透水性強，但在復雜的地質作用下，節(jié)理的富水性、透水性與節(jié)理的密度、延展性、充填程度、膠結程度等地質條件密切相關。

2.3 斷層的水文地質特征

斷層是巖石體(地質體)中順破裂面發(fā)生明顯位移的一種破裂，斷層發(fā)育廣泛，常?？刂浦鴧^(qū)域地質格架。不僅控制區(qū)域地質的結構和演化、影響區(qū)域成礦作用，還控制著區(qū)域地下水的邊界和流場。

斷層對礦區(qū)的水文地質條件有兩方面的影響，一方面可以溝通各含水層的水力聯系，增加水文地質條件的復雜程度;另一方面還往往會形成隔水墻，從而更有利于礦床的開發(fā)。這兩種截然不同的影響主要取決于導水斷層和隔水斷層具有完全不同的水文地質特征。因此從水文地質角度來研究斷層，首先就是判斷它的透水性。

圖1 劈理中的劈理域和微霹靂石

圖2 大理巖中的流劈理

圖3 砂巖和粉砂巖中的破劈理

2.4 斷層破碎帶的水文地質特征

斷層經過進一步的地質作用，形成更寬、延伸更深、更遠的破碎帶，即斷層破碎帶。其水文地質特征基本與斷層相似，但它比斷層儲水量更大、導水性更強，因為斷層兩側的碎裂巖裂隙更發(fā)育，儲水空間更大，地下水的運移通道更暢通，所以在礦床開采過程中必須認真對待。

3 影響破裂構造水文地質特征的因素

影響破裂構造水文地質特征的因素很多，下面只對幾種主要的因素結合實例加以論述。

3.1 不同力學性質對破裂構造水文地質特征的影響

圧、張、扭這三種基本類型破裂的富水情況，有人認為由于其開張程度是張＞扭＞圧，如無后期改造(如巖脈充填等)，它們的富水性是張性＞扭性＞圧性。吉林第二水文地質大隊據某工區(qū)的12個抽水試驗成果，把破裂的力學性質對破裂的透水性的影響歸納如表1:

表1 力學性質對透水性的影響

從一般概念得出這種認識，顯然會使人們感覺過于籠統(tǒng)，不夠科學嚴謹。因為不同力學性質的破裂，往往不能直接同其開裂程度聯系在一起:即使典型的張性破裂，隨著埋深的增加、圍巖壓力的加大以及多期構造的影響，往往也不可能存在開敞狀態(tài)。單個正斷層或地塹式斷陷盆地，由于上盤的重力下滑，最終仍將形成閉合斷面。張性破裂相對于其它性質的破裂，與富水程度有關的特點僅在于斷面的粗糙程度和碎裂充填物的粒徑不同。為此，在研究不同力學性質破裂的水文地質特征時，必須結合各種影響因素做全面的分析。

(1)圧性及圧扭性應力的影響

圧性及圧扭性應力形成的破裂往往破碎帶較寬，一般規(guī)律是斷帶寬度與純圧應力增大，相應剪應力減小成正相關，主斷面若具有明顯的糜棱巖、斷層泥和擠壓鏡體時，往往具有良好的隔水性。然而斷面兩側的壓碎巖和碎裂巖帶常成為地下水通道，其中上盤比下盤的透水性更明顯;另外。圧性斷面的陡緩對破裂的透水性也有一定的影響，一般來說，脆性巖石中的高角度沖斷層由于更易于圧應力的集中，斷面附近巖石的碎裂程度和斷帶寬度可能相對較大，斷層往往具弱透水性。相反，柔性巖石產生的低角度逆掩斷層在斷層推覆過程中，由于糜棱巖和泥質的充填往往不易透水，有時還可能形成天然隔水墻，構成礦區(qū)不透水邊界。

(2)張性及張扭性應力的影響

張性破裂追隨x型剪切呈鋸齒狀延伸，其特點是第一序次縱張多沿一組節(jié)理拉開，第二序次橫張多沿兩組節(jié)理同時拉開如圖4。

圖4(a)沿兩組節(jié)理裂開;(b)沿一組節(jié)理裂開。

關于張裂的深度有人認為要比剪性和圧性破裂的深度小，其實這是一種誤解?？偟膩碚f張性破裂向下延伸的深度差別很大，一般情況是橫張的深度小于縱張。這同板塊觀點對大裂谷的認識是吻合的，因此對張裂的深度問題不能一概而論。

張性破裂面雖沒有圧性破裂面那么寬，但張性角礫巖比較粗大、發(fā)育，角礫的平均粒徑一般與純張應力增大、相應剪應力減小成正相關。剪應力愈弱糜棱巖愈不發(fā)育，斷帶相應的孔隙度、裂隙度愈大，透水性就愈強。另外張性破裂還具有斷距愈小透水性愈好的特點，反之則弱。

(3)以剪應力為主的影響

在脆性巖體中破裂面平直光滑，單個剪節(jié)理不具有透水性，但兩組節(jié)理交叉部位透水性可能增強，特別是石灰?guī)r、白云巖分布地區(qū)，剪裂面交匯處易轉變?yōu)槿芪g裂隙，透水性明顯增強。河南焦作煤田就存在這種情況。除了大洋中脊兩側轉換斷層之外，在大陸殼內部，由純剪應力造成的較大的斷層是比較少見的，更多的是以扭性為主兼具圧性或張性的斷裂，這種斷裂水文地質特征一般規(guī)律是:伴隨著圧性相對愈強，斷裂愈不易透水，伴隨著張性相對愈強，斷裂透水性愈好。這是因為以扭性為主的斷裂斷面很窄，兩邊幾乎不存在破碎帶，斷裂的透水性僅取決于斷面本身的閉合程度和破碎巖粒的粗細以及充填情況，由于扭性兼圧性斷裂與扭性兼張性斷裂在閉合程度和泥質充填情況均存在這種差別，顯然前者比后者不易透水。

3.2 巖性對破裂構造水文地質特征的影響

由于破裂的規(guī)模不同，兩側巖石可能出現各種組合情況，這類問題在地層和巖性單一的地區(qū)表現不明顯，但在含水層和隔水層迭次出現、垂向巖性變化較大的地區(qū)，破裂切過不同巖性地段時，水文地質特征就會有很大差別。如河南北部地區(qū)的情況就是:(1)在地層的垂直厚度上泥巖和砂質泥巖相對于砂巖和灰?guī)r較厚，也就是隔水層的相對厚度比含水層大。(2)泥巖和砂質泥巖組成的不透水層按層序自下而上厚度不斷加大，這種現象導致當地的大多數高角度正斷層一般透水性較差。

圖5 焦作煤田王封礦區(qū)邊界斷裂示意圖

以焦作煤田王封礦舉例說明巖性對破裂水文地質的影響，該礦區(qū)位于兩條相互平行、走向近東西的張扭性斷層形成的斷陷盆地中，構成礦區(qū)北部邊界的中站斷層F1使石炭系各含水層與礦區(qū)二疊系弱含水層接觸，成為不透水邊界。礦區(qū)南部的天宮斷層F2使煤系地層的大部分與奧陶系石灰?guī)r接觸，構成透水邊界(因鉆孔揭露該斷層時都出現漏水現象)。

巖石性質對破裂構造的水文地質特征影響還表現在某些基性火山巖、粘土礦物含量較高的淺變質巖，特別是石灰?guī)r、大理巖，它們具有在地表淺部顯脆性，在深部側限圍圧較大時顯柔性的特點，因而在這些巖石分布地區(qū)出現的規(guī)模較大的斷層，水文地質特征在垂向上的變化是越向深部透水程度越差。

總之破裂構造兩側的巖性對破裂的透水性影響有以下幾點:

(1)破裂在走向和傾向上由于切割的巖性不同使斷面在不同部位具有不同的水文地質特征，因而在某些情況下不能籠統(tǒng)的把某一破裂說成透水或不透水;

(2)兩盤有位移的斷層，若斷層兩側均為柔性巖石，而斷層的力學性質又以圧性或扭性為主，該斷面不透水;若張性為主，該斷面弱透水。若斷層兩側均為脆性巖石，斷面的透水性要根據斷距錯動范圍內的巖石組合情況、斷層的力學性質、巖層本身的富水程度、斷面的傾角陡緩等因素具體判斷:若錯動范圍內柔性巖層占比例大，斷面傾角愈小，斷層的透水性相對愈差，反之則強。

(3)地層沒有經過明顯位移的擠壓破碎帶，一般僅在脆性巖層中出現，相鄰的柔性巖層雖然也處于同一應力作用下，但它的變形特征往往以側向壓密或更大范圍內揉皺的出現而取代了破碎帶的形式，因而與巖性直接有關的這種破碎帶愈發(fā)育，它的透水性也就愈好。

(4)斷層的透水性在某些條件下具有方向性。在緩傾斜的層狀巖層中，斷層在水平方向(走向)上的透水性比較均一;在近于垂直方向(傾向)上的透水性比較不均一。對傾角較陡的巖層，透水性較復雜，不存在上述特征。

(5)在柔性巖層地區(qū)，規(guī)模較大的斷層的透水性越向深部越弱。

3.3 構造的多期迭加對破裂構造水文地質特征的影響

(1)多期迭加的影響

一條破裂形成后，后期在新的應力作用下，破裂面會重新活動，經過兩次或兩次以上的活動使老的破裂水文地質特征更加復雜化，雖然目前研究的不夠，但從觀察斷面充填特征上足以說明由于細粒充填物質的增多，會大大減低破裂的透水性。破裂經多次活動，其中最后一次活動的力學性質常對破裂的透水性產生主要影響。

(2)交叉構造的影響

不同方向的兩條破裂交叉，使地下水的徑流條件發(fā)生變化，總的趨勢是交叉部位的水文地質條件比較復雜:兩條都透水的破裂交叉，其交叉部位透水性會更強;一條透水與一條不透水的破裂交叉，就要看不透水破裂的走向與地下水流向之間的夾角的大小，總的來說由于不透水斷層的阻水作用，使其阻斷的地下水在交叉部位易于匯集;若兩條破裂都是不透水的，由于交叉部位的破裂寬度加大，也可能增強該部位的富水程度。從礦床排水角度來說，破裂交叉總是不利的。

(3)不同類型構造迭加的影響

在褶皺上迭加破裂或破裂之后又經歷褶皺，這兩種情況都會使水文地質條件變復雜，這兩種構造形式迭合后大致會表現出兩種特點:一種是迭合后比沒迭前的單一破裂透水性更強;另一種是迭合后的構造透水性不均勻，不同的地段差別比較明顯，透水性強的地段往往有泉的出露。

河南禹州市境內位于不同迭加構造部位煤礦的水文地質條件就是很好的例證:位于薈萃山—風后嶺背斜軸部的無梁煤礦、朱閣煤礦、平禹一礦等煤礦，由于背斜軸部的張姓裂隙發(fā)育，淺部風化裂隙密集，地下水徑流暢通，下部巖溶發(fā)育，含水層富水性強，巖溶涌水量大，造成多次停產。平禹一礦回風巷1985年突水，水量2 400 m3/h，東大巷2005年突水，水量38 056 m3/h。

若早期褶皺弱，后期破裂的透水性也會較弱，但在破裂與褶皺軸的交叉部位，透水性相對更為明顯。又如烏魯木齊附近的水磨溝泉群正是出露在妖魔山背斜被一組扭性斷裂切割的構造部位。

破裂之后又經歷褶皺的迭合構造使水文地質條件更加復雜，后期褶皺的改造作用使圧張扭各種應力方式同時作用在早期斷面的不同部位，致使斷帶各處透水性有較大差別。在這種情況下要特別注意不應把破裂帶某一局部地段的水文地質特征用來代表整個破裂構造的透水性。

4 結語

論述了破裂構造(劈理、節(jié)理、斷層、斷層帶)在一般情況下都具有富水性、透水性。只是由于地質作用的不同，即在不同應力、不同構造部位、不同巖性等具體環(huán)境中水文地質特征是千變萬化的，不能一概而論。

本文也通過實例證明了破裂構造是決定著含水層空間展布、變化、中斷、連通的控制因素，因而在我們進行礦床水文地質工作時，要始終貫穿加強破裂構造研究的指導思想，對于揭示礦床水文地質規(guī)律具有重要意義。