斷層泥特征及其工程地質(zhì)意義

關(guān)鍵詞：斷層泥 工程地質(zhì) 結(jié)構(gòu) 

　　1 引言 

　　近年來，斷層物質(zhì)的研究越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。斷層泥是通過斷層活動得到的，它記錄著斷層活動發(fā)生的年代背景、斷層活動的運動方式等，均屬于歷史性的記錄范疇。所以通過研究地表裸露的各種斷層，可以推斷出在怎樣的歷史時期下發(fā)生過什么樣的活動方式。隨著研究人員對斷層泥研究的不斷深入，我們對斷層泥的物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征也越來越了解，它在工程地質(zhì)中的探索意義也越來越明了化。斷層泥的特征主要包括結(jié)構(gòu)和成分兩個方面。下面從斷層泥的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征及其在工程地質(zhì)上的意義三方面展開說明。 

　　2 斷層泥的物質(zhì)組成 

　　斷層泥是在斷層不斷運動過程中兩側(cè)的巖石不斷擠壓破碎而形成的，它通常會發(fā)生在地殼的淺部。斷層泥是在斷裂的作用下形成的不同形狀結(jié)構(gòu)的變形物質(zhì)，斷層在不同的斷層滑動方式下又會產(chǎn)生不同的物質(zhì)顯微結(jié)構(gòu)。 

　　在斷層活動運動過程中，不斷演化形成了斷層泥的物質(zhì)成分。它是對斷層活動發(fā)生時間的憑證，是對斷層發(fā)生周遭環(huán)境的說明。斷層泥是斷層活動中產(chǎn)生的物質(zhì)成分的源頭、反映著斷層所經(jīng)歷的物理的與化學(xué)的變化過程。在地質(zhì)探索研究中我們會遇到各種各樣的斷層。一般情況下，我們認(rèn)為斷層泥的物質(zhì)主要來源于斷層圍巖，斷層泥物質(zhì)成分的介紹主要從礦物成分、化學(xué)元素種類及所占比重方面展開。 

　　2.1 斷層泥的礦物成分 

　　我們已經(jīng)了解，不同的斷層泥中物質(zhì)的組成成分是不同的。比如，在剪子河斷裂帶中，可以發(fā)現(xiàn)斷層泥以灰色為主，它主要包含方解石和石英兩種礦物成分，粘土礦物主要以伊利石和高嶺石為主，白云母和蒙脫石次之。在斷層中最常見的是含有粘土礦物質(zhì)的斷層泥，它易于變形，卻能很好的表現(xiàn)斷層活動的歷史。它一般都集中在斷層帶內(nèi)或斷層下盤面上，進化趨勢按著高嶺石→伊利石→蒙脫石的過程不斷轉(zhuǎn)變。所以說，在歷史不斷發(fā)展的過程中，斷層帶的巖石和水也在不斷相互作用，使巖石逐漸向粘土進化。 

　　2.2 斷層泥的化學(xué)成分 

　　目前，地球化學(xué)研究的工作重心已鎖定在斷層泥的化學(xué)成分及其變化規(guī)律方面，同樣對于地質(zhì)工程學(xué)而言，它更注重的是對斷層泥化學(xué)成分強度影響的研究。在觀察到的剪子河斷層泥中因為含有粘土礦物，所以它含有的硅、鎂、鋁等化學(xué)元素較多。斷層泥的化學(xué)成分不僅與圍巖成分有關(guān)，還與斷層泥的性質(zhì)、賦存環(huán)境密切相關(guān)。斷層泥的形成過程與其周圍的環(huán)境都是不斷變化的，斷層的每一次活動，都會使斷層泥在相應(yīng)的活動狀態(tài)下發(fā)生變化，即我們可以根據(jù)斷層泥的顏色簡單判斷斷層的表現(xiàn)活動。 

　　3 斷層泥的結(jié)構(gòu)特征 

　　斷層泥的主要特征可以通過它的結(jié)構(gòu)和組成成分進行表征。通過研究了解到，不僅斷層活動的類型可以通過斷層泥的結(jié)構(gòu)特征反映出來，它的強度也同樣可以通過斷層泥的結(jié)構(gòu)特征反映出；而且斷層泥的結(jié)構(gòu)特征還可以反映出斷層泥的形成過程和環(huán)境的演變。雖然目前有很多觀測斷層結(jié)構(gòu)的工具，但我們?nèi)圆捎脪呙桦娮语@微鏡對斷層泥的結(jié)構(gòu)特征進行觀察。 

　　3.1 粒度分析 

　　斷層泥是在斷層活動中形成的固結(jié)或弱固結(jié)的泥狀巖石，粒度較細(xì)，含有大量的粘土礦物，強度比較低且容易變形。斷層泥的顆粒組成比較復(fù)雜，不同活動方式下產(chǎn)生的斷層泥的粒度結(jié)構(gòu)也是不同的。它受斷層活動強度、時間的影響。斷層活動強度越大，時間越長，斷層泥的粒度就越細(xì)，越均勻，斷層泥按粒度成分主要近似于沙土類，粘性土次之。在同一地區(qū)斷層活動中形成的較切層斷層的斷層泥相對細(xì)些。 

　　不同性質(zhì)的斷層活動產(chǎn)生的斷層泥粒度組成也不相同。斷層滑動包含蠕滑和粘滑兩種。粘滑斷層形成了不均勻的斷層泥粒度，但是粗粒級的含量比重明顯比細(xì)粒級含量高很多；蠕滑斷層過程中產(chǎn)生的斷層泥，經(jīng)過長時間反復(fù)的研磨，斷層泥粒度組成比較平均，細(xì)粒徑的含量要高于高粒徑的含量。 

　　在地質(zhì)工程研究中可以發(fā)現(xiàn)，斷層泥不僅是斷層活動的產(chǎn)物，也是碎屑顆粒的一種。斷層泥不僅囊括了斷層的基本特點，還具有顆粒的特點。它也需要滿足粒度本身的規(guī)律性、分選性。斷層泥粒度的分選性好壞與斷層活動的強弱成反比例關(guān)系，并且斷層泥粒度的粗細(xì)也會受到斷層活動時間的影響。在斷層泥粒度與物理力學(xué)參數(shù)關(guān)系的研究中，發(fā)現(xiàn)兩者之間具有良好的相關(guān)性，且兩者之間的關(guān)系為將來地質(zhì)工程中對物理力學(xué)指標(biāo)的推斷提供了重要依據(jù)。 

　　3.2 微觀構(gòu)造 

　　現(xiàn)代工程地質(zhì)學(xué)研究中的重點話題是對斷層泥顯微結(jié)構(gòu)的研究。它是指變形巖石在微觀世界的構(gòu)造特征。斷層泥的顯微構(gòu)造是在應(yīng)力作用下，在塑性變形過程中形成的新的變形結(jié)構(gòu)，其中最為普遍的有破裂、波狀消失等變形方式。破裂這種變形現(xiàn)象是普遍存在于斷層中的，它是由于位錯在受到來自晶界、雜質(zhì)、其他界面的阻礙時，自發(fā)引起的塞積、纏結(jié)，在局部發(fā)生應(yīng)變硬化過程中形成的。而波狀消失是由于過量的位錯造成晶格彎曲而引起的。隨著應(yīng)力的不斷增強，波狀也會逐漸消失。所以說，顯微構(gòu)造的形成與位錯二者之間存在著很大的聯(lián)系。 

　　目前，掃描電子顯微鏡是觀察斷層泥結(jié)構(gòu)常用的工具�；�于在不同斷層活動下會產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)特征斷層泥的基本原理，我們利用掃描電子顯微鏡對不同斷層活動下的結(jié)構(gòu)特征進行判斷，一般可以判斷出產(chǎn)生變形時斷層活動的方式、強度和滑動速率。比如，我們可以通過斷層泥表面的擦痕及其深度、寬度對斷層活動的強度及斷層活動的次數(shù)進行簡單推斷。一般情況下，我們認(rèn)為斷層泥表面有幾道擦痕就判定它經(jīng)歷了幾次斷層活動，根絕擦痕的深淺判斷斷層活動的強弱，擦痕越深，則斷層活動越強。由斷層泥的顯微構(gòu)造可以發(fā)現(xiàn)，它不僅反映了斷層活動的運動方式及強度，還反映了斷層活動周圍的環(huán)境情況。目前在工程地質(zhì)學(xué)研究中已普遍采用斷層泥的顯微構(gòu)造對斷層活動的的運動方式、運動強度及斷層活動的滑動速率等問題進行研究。 　　斷層滑動方式也與斷層泥的顯微構(gòu)造之間存在著一定聯(lián)系。在蠕滑斷層中一般不會發(fā)生強震，但在粘滑斷層中發(fā)生強震的可能性比較大。在不同的斷層活動方式下會產(chǎn)生不同的斷層顯微構(gòu)造。由斷層泥的顯微構(gòu)造可以推斷出斷層泥是斷層在哪種活動方式的產(chǎn)物，蠕滑斷層還是粘滑斷層。 

　　4 斷層泥在工程地質(zhì)探索中的意義 

　　近年來，出現(xiàn)了越來越多的與斷層相關(guān)的工程地質(zhì)問題，我們要追逐時代的步伐，加深對斷層的研究力度，尤其是要加深研究斷層的活動性問題。眾所周知斷層泥是在斷層活動發(fā)生過程中產(chǎn)生的，所以研究斷層的活動性問題可以從斷層泥著手，因為它可以反映斷層的活動性。 

　　斷層是指發(fā)生顯著位移的破裂面或破碎帶，是地質(zhì)研究工作的重點內(nèi)容。斷層泥是斷層活動的產(chǎn)物，反映著斷層的活動情況。目前，水電站的建立，橋梁的架設(shè)、線性工程、煤礦工程等工程的開展都深受斷層活動的影響。我們要首先要對實施工程處的地質(zhì)進行研究，明確工程實施的安全性。目前，根據(jù)大型的橋梁架設(shè)、煤礦產(chǎn)業(yè)的調(diào)研資料顯示：大部分的地質(zhì)勘探工程都與斷層有著很密切的聯(lián)系。 

　　探索斷層泥的特征對工程地質(zhì)的研究具有重大意義。通過對斷層泥中的礦物成分、化學(xué)成分、粒度分析、微觀結(jié)構(gòu)的觀察研究，可以推斷出斷層活動發(fā)生時的環(huán)境特點；通過觀察斷層泥帶的厚度，同時結(jié)合其與位移量之間的關(guān)系，可以推斷出斷層活動下造成的斷層位移量；根據(jù)斷層泥的顯微結(jié)構(gòu)特征可以判斷出斷層的活動方式、活動強度等。所以說，在當(dāng)今工程地質(zhì)不斷崛起的社會條件下，我們要不斷加深對斷層泥物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)特征的探索研究，探尋出適于進行工程開發(fā)的地質(zhì)資源，減低地質(zhì)災(zāi)害、工程問題等危險事故發(fā)生的可能性。我們要采用新的研究方法，理論聯(lián)系實際，將研究重心由模擬研究轉(zhuǎn)移到實地考察研究方面，實施對斷層泥的實地考察方案，最終能夠?qū)�斷層泥中的礦物成分、化學(xué)成分及其含量、斷層泥的微觀結(jié)構(gòu)特征及粒度分析等方面做到全面系統(tǒng)的研究與認(rèn)知，為快速解決工程地質(zhì)學(xué)中的熱點問題提供有力的論據(jù)。 

　　5 結(jié)語 

　　綜上可知，不同的斷層活動方式下會產(chǎn)生不同顯微構(gòu)造的斷層泥，斷層的不規(guī)律活動可能會引發(fā)許多危險系數(shù)較高的地質(zhì)災(zāi)害和工程質(zhì)量問題，同時，地質(zhì)工程的實施也深受斷層泥物理力學(xué)性質(zhì)的影響。本文簡單介紹了斷層泥的物質(zhì)成分及其結(jié)構(gòu)特征，同時也說明了斷層泥的研究對當(dāng)今地質(zhì)工程的重要意義。它不僅是地球化學(xué)特征研究的重點內(nèi)容，也是當(dāng)今地質(zhì)工程研究的重點、熱點話題。 

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