地球上許多溝壑縱橫、河谷深切的環(huán)境都與斷裂構(gòu)造相關,著名的東非大裂谷就是它的杰作。
什么是斷裂構(gòu)造呢?當巖層受構(gòu)造運動作用,假如所受的構(gòu)造應力超過巖石強度時,那么巖石的連續(xù)完整性就會遭到破壞,產(chǎn)生斷裂。斷裂構(gòu)造在巖體中又稱結(jié)構(gòu)面。由于斷裂后巖層結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化,依據(jù)這一變化,斷裂構(gòu)造又按照斷裂后兩側(cè)巖層沿斷裂面有無明顯的相對位移為標準,將其分為節(jié)理和斷層兩種類型。
節(jié)理也叫裂隙,它代表著巖石中巖塊沿破裂面沒有出現(xiàn)顯著位移。嚴格來說出現(xiàn)節(jié)理的原因不是單一的,一種是由構(gòu)造運動產(chǎn)生的構(gòu)造節(jié)理,它們在地殼中分布極廣,且有一定的規(guī)律性,也不會單獨出現(xiàn),而是以成群、成組的方式出現(xiàn)。另一類是非構(gòu)造節(jié)理,有成巖過程中形成的原生節(jié)理和在風化、爆破等作用形成的次生節(jié)理。一般我們在斷裂構(gòu)造前提下,只討論構(gòu)造節(jié)理。節(jié)理的分類標準不一,如果將節(jié)理與所在巖層產(chǎn)狀之間的關系作為衡量標準的話,一般分為走向節(jié)理、傾向節(jié)理、斜向節(jié)理、順層節(jié)理。每種節(jié)理的命名方式都暗含其結(jié)構(gòu)特點,節(jié)理的走向與所在巖層的走向大致平行的即為走向節(jié)理,節(jié)理的走向與所在巖層走向大致垂直的即為傾向節(jié)理,根據(jù)節(jié)理的走向與所在褶皺的樞紐、主要斷層走向或其他線狀構(gòu)造延伸方向的關系,又可將節(jié)理分為縱節(jié)理、橫節(jié)理與斜節(jié)理。
節(jié)理的存在會給工程建設帶來一定的挑戰(zhàn),一方面存在于巖體中的這些裂隙減小了開挖難度,但是它們的存在也大大影響了巖體的強度和穩(wěn)定性。和完整的巖體相比,節(jié)理加快巖體風化速度,增強巖體的透水性,降低巖體的強度和穩(wěn)定性。尤其當裂隙主要發(fā)育方向與路線走向平行且傾向與邊坡一致時,不論巖體產(chǎn)狀如何,路塹邊坡都容易發(fā)生崩塌等不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此,節(jié)理是工程設計中的一大考慮要素,為了保證建筑物的穩(wěn)定和正常使用,必須對節(jié)理進行深入的調(diào)查研究,評估工程風險及難度。
斷層是斷裂構(gòu)造的另一種形態(tài),斷層的特點是巖層受力斷開后,斷裂面兩側(cè)巖層沿斷裂面有明顯相對位移時。斷層在地球上廣泛發(fā)育,彼此之間規(guī)模相差很大。大的斷層范圍驚人,延伸數(shù)百千米甚至上千千米,小的斷層則在手標本上就能見到。斷層的威力也有所不同,有的僅僅發(fā)育在地表淺層,有的斷層則可以“威猛”地切穿了地殼巖石圈。
斷層是一種重要的地質(zhì)構(gòu)造,地震與活動性斷層有關,滑坡、隧道中大多數(shù)的坍方、涌水也與斷層有關。這是因為在斷層分布密集的斷層帶內(nèi),巖層的破壞程度較高,強度和穩(wěn)定性也不高,巖體裂隙增多、風化嚴重、地下水多。同時,這些地方溝谷斜坡崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象多發(fā)。這些不利因素的存在會對工程建筑的穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。因此,當人們確定路線布局、選擇橋位和隧道位置等時,要盡量避開大的斷層破碎帶。
本文由中國人民大學附屬中學第二分校一級教師王和意進行科學性把關。