按成因分类

如题所述

按裂隙的成因,可分为成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙、应力释放裂隙及人工裂隙五类,下面介绍前四类的主要特点。

1.成岩裂隙

成岩裂隙是指在岩石形成过程中,由于冷凝、固结、脱水等原因在岩石内部引起张应力作用下而产生的原生裂隙。如火山熔岩的柱状节理、侵入岩的原生节理以及某些沉积岩在成岩过程中经过脱水、体积收缩产生的张裂隙等。其中最有水文地质意义的是火山熔岩的柱状节理,尤其是玄武岩。

(1)玄武岩的成岩裂隙

玄武岩的柱状节理是由于受冷却、体积收缩,而产生张应力,使玄武岩产生垂直于冷却表面的裂隙。这种裂隙一般是开裂隙。它向熔岩冷却表面开口,向熔岩内部逐渐闭合。因此,在大厚度玄武岩的表部,沿着熔岩表面各个方向,裂隙发育程度比较均一,裂隙连通性好,具有良好的导水性和含水性。其中地下水多具有统一的水面,呈层状或似层状分布。

(2)侵入岩的成岩裂隙

在浅成侵入岩体的边部,常有成岩裂隙分布。因为在岩浆冷却凝固过程中,侵入体边部散热较快,因而岩石脆性较大,体积收缩时容易产生脆性拉断;同时侵入体内部散热较慢,尚未完全凝固的岩浆仍在继续运动,对侵入体边部已凝固的岩石产生作用,形成各个方向的成岩裂隙组,甚至有时造成边缘逆断层。

上述这些节理,多属闭裂隙和隐裂隙,导水性和含水性较弱。但在后期经构造变动和风化作用改造之后,这些节理可以形成导水的裂隙。因此,侵入岩体与围岩的接触带常常是裂隙含水带。

沉积岩的层理裂隙,一般是闭合裂隙,未受后期构造变动,其含水意义不大。但在后期构造应力作用下,沿层理产生张裂(如褶皱轴部的脱顶)或扭裂(如顺层滑动)形成所谓成岩-构造裂隙(层面构造裂隙),这种裂隙(特别是张裂)与其他非层面裂隙组合、相互切割后,增强了裂隙之间的连通性,导水性能增强,含水空间增大,而形成区域性的含水层(带)。

一些粗粒碎屑的沉积岩和火山碎屑岩,如砾岩、砂岩、凝灰角砾岩等,它们的颗粒间常有未胶结和充填的孔隙存在,这种孔隙也能透水和含水。但同第四系松散沉积物相比较,它们的孔隙度要低得多,故透水性和含水性也弱。但这种岩石为后期的构造作用或风化作用而产生的裂隙所切割,则可形成孔隙-裂隙含水层。在白垩-古近系地层分布区,这种粒间孔隙含水层,具有一定实际意义。

2.构造裂隙

构造裂隙是岩石在构造应力作用下产生的裂隙,按其力学性质分为张性裂隙、扭性裂隙及压性裂隙三类。

(1)张性裂隙

张性裂隙是岩石在张应力作用下产生的,包括张节理和张性断层。张性断层是张性裂隙面两侧岩块发生明显位移而成的。

张节理包括横张节理、纵张节理、羽状张节理及追踪张节理。其特点是:裂隙宽度较大,短而曲折,尖灭较快;往往不是一条简单的裂隙,而是由一系列的小裂隙组成;这些小裂隙首尾可以继续相接,也可以不相连接,分布不均匀;裂隙面粗糙不平,在砾岩中裂隙面多绕砾石而过,并不切断砾石;裂隙面上没有擦痕、磨光面等滑移痕迹。张节理均为开裂隙。因此,张节理的含水空间大,导水能力强。当在岩石中大量分布时,一般都构成良好的裂隙含水带。

张性断层多是正断层,其岩层断开部分可以是较简单的断开面,也可以是较复杂的破碎带,主要取决于断层规模及断裂的方式。断层破碎带一般由构造角砾岩及一系列张节理和少数扭节理构成。构造角砾岩结构疏松,空隙率大。节理开裂程度大,但向两盘岩石延伸不远即消失,影响的范围并不大。因此,一般张性断层的导水性和富水性较强,尤其是断裂带中心部位的富水性最强。

(2)扭性裂隙

扭性裂隙是岩石在剪应力作用下产生的裂隙,包括扭节理和扭性断层。扭性断层是裂隙面两侧岩块发生扭性位移而成。

扭节理常成互相交叉的两组裂隙,所以又称X节理或共轭节理。包括平面扭节理和剖面扭节理。扭节理的特点是:裂隙细长,开裂程度小,属闭裂隙;裂隙面走向方位稳定,裂隙分布较均匀,如果两组裂隙同样发育,则呈菱形网状分布;裂隙面平直、光滑,有时虽然出现平滑的弯曲,但无明显的折曲;裂隙面上常有磨光面、擦痕、阶步、羽列等滑移痕迹。在砾岩中裂隙面常切断砾石。因其开裂程度小,一般含水空间不大,导水能力低。如果各组节理互相切割、交叉、连通,裂隙之间一般都有水力联系。如果扭节理再次受构造变动改造变为开裂隙,可使含水空间和导水能力增大。

扭性断层多为平移断层,断裂面比较平直光滑,裂隙闭合。较大的扭性断层常会造成断层破碎带。其构造岩的空隙率比张性断层构造岩低。断层面两侧扭节理较发育,并伴有张节理;较大的扭性断层常伴生有低序次的分支断层。一般说,扭性断层的富水性介于张性断层与压性断层之间。

(3)压性裂隙

压性裂隙包括劈理、板理、片理等细微裂隙及压性断层。压性断层的断裂面两侧岩块发生压性位移。它们是在压应力和剪应力作用下产生的。

劈理是岩石塑性变形的产物,即塑性变形发展的最后阶段。塑性变形时,岩石内部各点之间发生相对滑动,产生一系列滑动面,即为劈理。对于弹脆性岩石则易产生破劈理;黏塑性岩石在围压较大的环境中易产生流劈理。劈理常常出现在受强烈挤压产生的褶皱及断层带中。劈理是一系列相互平行的隐裂隙。板理、片理等形成在变质岩中,也都是隐裂隙。因此它们一般是不含水和不导水的。但受到后期改造后,可以发展成开裂隙。

压性断层多为逆断层和逆掩断层,由于其断裂面上所受的压应力和剪应力较大,所以断裂带岩石破碎程度剧烈,裂隙多呈闭合状态。较大的压性断裂带的中心常分布有不透水或透水性极低的糜棱岩、断层泥及胶结紧密的构造角砾岩和压片岩。断裂带两侧由于两盘相对位移产生的力偶作用而形成节理和破劈理。因此,压性断层的导水能力和含水性较低,尤其是断裂带中心的构造岩更是如此。因此压性断层常是阻水断层。但在断层两侧的影响带中常有导水裂隙分布。

3.风化裂隙

风化裂隙是岩石受风化作用形成的裂隙。岩石风化时,不但使岩石中原有的成岩裂隙和构造裂隙发展扩大,同时沿着岩石中隐蔽的脆弱结构面产生新的裂隙。物理风化作用对于裂隙的形成最为有利。其主要作用有:由于温度变化引起的岩石不均匀胀缩作用;因水的周期性冻结和融化引起的冻胀作用;因岩石中析出盐类及矿物的结晶产生的胀裂作用;由植物根系生长引起的胀裂作用;以及与风化带中不稳定矿物的分解和稳定矿物的生成有关的化学作用与生物化学作用等。风化裂隙的特点为:裂隙延伸短而弯曲;裂隙面曲折不光滑,分支较多;裂隙分布密集,相互连接,呈不规则的网状;裂隙发育程度随深度而减弱。风化带上部裂隙发育,岩石破碎,但裂隙多被泥质充填堵塞;向深处裂隙发育程度减弱,充填程度减小。风化裂隙发育深度一般在10~50m范围内。在一些局部的构造破碎带上,例如断层带、背斜轴部的张裂带等处,风化营力沿构造裂隙侵入很深,风化裂隙发育深度往往可达到100m,甚至更深。在风化裂隙发育深度之内,形成一个似层状的风化裂隙带。其下界与新鲜的母岩是逐渐过渡的,没有明显的分界线。风化裂隙带的上部逐渐过渡为以碎砾及黏土为主的残积带。

由于风化裂隙呈不规则的网状互相连接,所以一般是导水的。但因裂隙中常有泥质充填物堵塞,尤其风化带上部的裂隙,泥质充填物更多,所以它的导水能力并不强。风化裂隙带在适宜的地形条件下可以构成含水带,但其富水性一般不大。风化裂隙带中的地下水多为潜水,直接由大气降水补给而形成。如被后期沉积物覆盖的古风化壳也可赋存承压水(图10-2)。

图10-2 风化裂隙水示意图

4.应力释放裂隙

应力释放裂隙包括卸荷裂隙、塌陷裂隙及滑坡裂隙。它们都是由于地壳的岩石部分解除应力,失去平衡所产生的破坏裂隙。

(1)卸荷裂隙

地壳中的岩石,在其上覆岩体的重力作用下,处于强烈的压缩状态。由于剥蚀等作用,使地壳深部的岩石暴露于地面,因失去上覆岩体的重力平衡,使岩石向地表方向膨胀,于是在一定深度范围内产生一系列平行于地面的裂隙。在地下工程施工时,由于采空而释去了压力,岩石向自由空间胀裂,造成坑道底板鼓起,并产生裂隙。这种裂隙都属于卸荷裂隙,或称为减压裂隙。卸荷裂隙在地表附近多与风化裂隙复合,在河谷斜坡上或在坑道的两壁又常与滑坡裂隙或塌陷裂隙复合。卸荷裂隙一般呈张开或闭合状态,具有一定的导水能力和含水意义。

(2)塌陷裂隙

由于掘进地下坑道或天然溶洞的发展扩大,使其上面的岩体失去重力平衡而产生顶板塌陷,尚未塌落的顶板岩石在一定范围内便产生塌陷裂隙。因岩体受张应力作用,一般都是开裂隙。裂隙的宽度有时很大。裂隙方位取决于地下采空区和天然溶洞的轮廓。裂隙曲折,分支多,延伸长短不一。一般塌陷裂隙是导水裂隙。但因分布不广,供水意义不大。但它对于采矿和修建地下硐室工程等却有很多影响。因为地表水或坑道上部的地下水常常通过塌陷裂隙涌入坑道或硐室,给生产和施工带来困难。

(3)滑坡裂隙

陡坡上的岩石常因失去重力平衡而产生使岩体破坏的扭性裂隙和张性裂隙。因裂隙分布很局限,找水意义不大。

上述基岩裂隙的主要类型及含水意义见表10-1。

表10-1 岩石裂隙的主要类型及含水意义

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