水文地质剖面上断层的研究

马兆峰

（潞安矿业集团，地质工程公司，山西 长治 046204）

水文地质剖面上断层的研究

马兆峰

（潞安矿业集团，地质工程公司，山西 长治 046204）

勘探工程布置在与煤层走向或主要构造线基本垂直的铅垂勘探剖面内，从而在地表构成一组相互平行（有时也不平行）的直线，这些直线称为勘探线，每条勘探线都可对应一个剖面；水文地质剖面能反映某地区在一定垂直深度内的水文地质条件，其剖面一般通过水文地质试验孔或观测孔，此剖面上标示出断层、地层、岩性、地层产状、隔水层、含水层的水位及水位抽降、出水量、水质等内容[1]。本文研究水文地质剖面上的断层，探讨断层在剖面上的画法和断层的富水性。

勘探线；水文地质剖面；断层

1 水文地质剖面的生成

首先选择一条通过水文地质试验孔或观测孔的勘探线，并且记下勘探线上的钻孔；其次从数据库调出这些钻孔的数据，然后选取要提取的地层和比例尺，最后应用软件生成剖面。在生成的剖面上，把含水层的岩性、厚度，地下水的流向，含水层的承压水位线等，见图上表示出来。图1为常村煤矿的一个水文地质剖面图。

2 断层特性

2.1 断层概念

岩石圈中的岩体在构造应力作用下发生破裂，两侧岩体沿破裂面发生明显的位移，形成一种断裂构造。断层使岩体失去连续性和完整性，在自然界里发育广泛，是岩石圈中最重要的地质构造类型[2]。

2.2 断层产状

断层在空间的产出状态，包括走向、倾向、倾角，见图2。

2.3 断层的类型

图1 常村煤矿水文地质剖面图

勘探中常会揭露到的断层有三种典型的类型[3]：

1）正断层：沿断层面倾斜线方向，上盘相对下降，下盘相对上升，上盘相对下盘沿断层面向下滑动的断层称为正断层，见图3-a。

2）逆断层：沿断层面倾斜线方向，上盘相对上升，下盘相对下降，上盘相对下盘沿断层面向上滑动断层称为逆断层，见图3-b。

3）平移断层：平移断层是断层两盘顺断层面走向相对移动的断层，见图3-c。

图2 断层的产状

图3 断层的类型

3 断层平面图

断层线：断层面与地面的交线，也是断层面在地表的出露线。断层线随着断层面的倾斜、起伏及地形起伏情况会有不同，有时呈直线，有时呈曲线。断层在平面上的表示方法有两种，方法一是箭头代表断层的倾向，两个短轴代表下降盘。正断层的箭头和两个小短轴代表倾向和下降盘，也就是它的上盘；逆断层反之。方法二是点和叉，点代表上盘，叉代表下盘。在煤层底板等高线图上，断层是用断煤交线的水平投影来表示的[4]，断煤交线是断层面和煤层底面的交线，也是煤层底板等高线与同标高断层面等高线交点的连线。图4为王庄矿勘探区煤层底板等高线图的局部，从图可见断层F1在平面的画法。

图4 断层平面图

4 断层剖面图

勘探区内，当断层走向线与勘探线的夹角并非90°时，断层在勘探线剖面上的视倾角需要进行计算。

4.1 真倾角和视倾角的关系（见图5）

图5 真倾角和视倾角的关系

4.2 使用公式（见图4）

式中：β=arctg[tgα×sin（90°-ω）.h为落差（地层断距）见图6。β为断层在勘探线剖面上视倾角。α为断层的真倾角。ω为真倾向与视倾向间的夹角。（90°-ω）为走向线与勘探线间的夹角。α、β、ω关系，见图5。AA＇为上下两盘的断煤交线在水平面投影的距离，见图4。

1)断距：断层两盘以相当层测算的位移，断层面两侧相当层层面之间的垂直距离，相当于两相当层之间重复的或缺失的那部分地层的厚度。地层断距作为落差能客观反映断层规模,地层断距在穿层巷道中可以量出(其方法如同量出层间距,沿着层理面分段量出)[5]。

2)相当层：断层面两侧的岩层，位移前同一个层当位移后犹如两个层位的地层。

3)数据取值：从图4上可以得到，AA＇=32 m，α=75°，（90°-ω）=22°，使用公式（1）可以得到β=54°，h=119 m；所以在剖面上断层F1表示为h=119m∠54°。断层F1对应的剖面图，见图6。

5 水文地质剖面上的断层

经过三维地震勘探，会发现断层，在断层上布置钻孔进行验证，同时可以进行抽水试验，这种孔可为水文地质剖面图提供有价值的水文地质资料；通过水文地质剖面图可以直观地对断层的导水性进行分析研究。

图7为图1中虚线矩形框部分的放大图，从图看到F2断层将Ⅲ号、Ⅳ号、Ⅴ号、Ⅵ号、Ⅷ号含水层断开了，各个含水层的富水性不一致，煤层上部含水层的水可能通过断层进入煤层，煤层下部含水层的水由于是承压的，也可能通过断层进入煤层。同一条断层浅部和深部的导水性不同。当浅部两盘都是脆性岩层，断层导水；而深部两盘为塑性岩层，就变成隔水的了。

当断层的围岩为细、粉砂岩且裂隙不发育，仅断层带局部破碎时，断层角砾岩（空隙度可达百分之几十）及裂隙增强带（裂隙率可较围岩大1-2个数量级，达到百分之几十几），构成局部的带状贮水空间，钻孔揭露此类断层时，初期涌水量及水压可能较大，但迅速衰减，以至干涸。

当断层的围岩为透水性岩石，断层带不仅是贮水空间，还兼有集水廊道的功能。钻孔揭露断层带某一部位时，水位下降迅速波及导水畅通的整个断层带，形成延展相当长的水位低槽，断层带就象集水廊道似的，汇集广大范围围岩裂隙中的水，因此涌水量较大且稳定。

当导水断层沟通含水层或（及）地表水体时，断层带兼有贮水空间、集水廊道、导水通道的功能。钻孔揭露此类断层时，由于断层带贮存有水量，所以源源不断地导入钻孔，涌水量极大且长期保持稳定。1935年3月，山东淄博煤田开采石炭纪煤层的坑道接露大断层，下伏奥陶纪灰岩中丰富的岩溶水，迅速涌入，淹没全矿。远在20km以外的岩溶大泉，也因其补给水转入矿坑而断流。

当存在厚层隔水层、且断层断距较大的，原来连通的含水层可被切割成相对独立的块段。由于这种含水块段与外界的水力联系减弱，甚至断绝，故有利于排水疏干而不利于供水。正是由于这种阻隔作用，大的断层往往构成地下含水系统的边界，断层的阻水作用，见图8[6]。

图6 断层剖面图

图7 断层剖面图

图8 断层的阻水作用

[1]钱学溥.对固体矿产勘查规范开采技术条件部分的解读[D].北京:地质出版社，2007.

[2]叶俊林.地质学概论[M].北京:地质出版社，2005.

[3]徐开礼，朱志澄.构造地质学（第二版）[M].北京:地质出版社，2006.

[4]龙荣生.矿井地质学[M].北京:煤炭工业出版社，1991.

[5]宋振宇，赵世广，周延明.断层落差断距的判定[J].黑龙江科技信息，2004(6):221.

[6]王大纯.水文地质学基础[M].北京:地质出版社，2006.

Faults Study on Hydrogeological Cross-sections

MA Zhao-feng
(Geological Engineering Co.,Lu'an Mining Group,Changzhi Shanxi 046204)

Prospecting lines are a group of parallel lines (but sometimes non-parallel)on the surface ground caused by prospecting engineering in the cross-sections basically vertical to bearing or major construction line.Each prospecting line matches one cross-section.The sections could reflect the hydrogeological condition at certain vertical depth.Through the sections are usually hydrogeological test holes or observation holes. We can mark faults,strata,rock property,stratum attitude,aquiclude and the water level,drainage,yield and quality of aquifer on them.The paper studies the faults on hydrogeological cross-sections and discusses their drawing approach and water-bearing capacities.

prospecting lines;hydrogeological sections;faults

P641.72

A

1672-5050（2012）04-0059-04

2011-11-20

马兆峰（1982—），男，山西晋中人，大学本科，工程师，从事地质勘探工作。

刘新光