第七节 断裂型蓄水构造

断裂是最为复杂、变化最大的一种地质构造现象，在水文地质中具有特别重要的意义。断裂型蓄水构造可以分为断层蓄水构造和断块蓄水构造两种类型。

一、断层蓄水构造

断层蓄水构造是指以断层破碎带为蓄水空间，以断层两侧完整的岩石为相对隔水边界，并在适宜的补给条件下形成的能够富集和储存地下水的断层构造 （图2-17）。

俗话讲 “断层一条线，有水在里面”，由此说明了断层在水文地质方面具有重大的意义。过去曾认为所有的断层都能够储存地下水。但实际情况并非如此，有些断层因其断层破碎带已被完全充填胶结，不但不含水，反而起隔水作用；有的断层虽然是含水的，但其各个部位的富水程度有很大的差别，有的部位含水丰富，有的部位贫水，有的部位甚至还不含水，总之断层的含水性是比较复杂的。

（一） 断层破碎带

断层的形成，一般总是先从产生节理开始，然后随着节理的发展，岩层沿节理密集带产生位移形成断层。断层两盘产生相对位移时，各自克服对盘上凹凸不平的障碍，将凸起部分铲平或碾碎，形成构成岩，并导致断层面附近两盘岩石的破碎，产生大量羽状的扭裂隙和张裂隙，甚至出现低序次小断层，于是在断层的两盘形成裂隙发育带。

因此，一个典型的断层破碎带，其横剖面可以分为性质不同的两个带：①内带：构造岩带；②外带：断层影响带。但在多数断层中，这两个带发育得并不一定很明显。

1.构造岩带

这个带是由各种构造岩组成的 （或断层泥、糜棱岩、断层角砾岩等）。其岩石性质与两盘原岩相比产生了质的改变，原岩的结构也已经完全不存在。

构造岩带的宽度从不足一米至数十米，甚至更大，这取决于断层的规模和性质。而对于同一条断层来说，构造岩带的宽度变化也很大，可能在某些部位构造岩带的宽度增大，在某些部位变薄甚至完全缺失，使断层两盘原岩直接接触。

构造岩可以是比较连续的层状，也可以是连续性很差的透镜体状，甚至是鸡窝状。

构造岩的导水性取决于构造岩的性质，而这些性质通常又与断层的力学性质有关。压性断层的构造岩一般以糜棱岩、压片岩等细粒物质较多，空隙极小，孔隙率也低，所以一般起隔水的作用。张性断层的构造岩是以断层角砾岩、碎裂岩等粗大的碎块物质为主，碾磨的细粒物质较少，结构比较疏松，孔隙及孔隙率大，所以导水性较强。但张性断层的构造岩带如果后期被充填胶结，其透水性也会变得很小，以至成为不透水的岩石。扭性断层构造岩的性质一般介于压性和张性断层的构造岩之间。

2.断层影响带

这个带是受断层影响而形成的两盘岩石的裂隙发育带。它分布在构造岩带的两侧，系原岩受断层影响而强烈破坏，产生大量张裂隙、扭裂隙及分支断层形成的裂隙发育带。靠近构造岩的岩石受断层影响最大，裂隙最发育，但与原岩的成分、结构、性质等方面都没有重大变化；随着水平距离的增大，裂隙的发育程度也逐渐减弱，与未受断层影响的完整的原岩之间没有明显的分界线，呈过渡关系。

断层影响带的宽度取决于断层的规模和两盘岩石的力学性质等因素，同时还与断层的力学性质有关。一般来讲：断层的规模越大，其影响带越宽；压性断层的影响带的宽度常大于张性断层；在断层性质、规模一定的前提下，脆性岩石中的断层影响带的宽度要大于塑性岩石。断层带的宽度一般由数米至数十米不等，而且沿着断层的走向和倾向变化都很大。

实际上，断层破碎带上述横剖面的分带现象，只是在一些大断层才表现得比较清楚。一些小断层和泥质岩石中的断层，常常只是一条或数条简单的断裂面，两盘的岩石紧密接触，没有构造岩带，断层影响带也不明显。

（二） 断层蓄水构造的特征

（1）断层蓄水构造的蓄水空间呈带状或脉状。含水带 （脉）的宽度或厚度变化很大，从数米至数十米乃至数百米不等，其延伸的长度及延伸的深度取决于断层规模的大小。断层含水带中的地下水属于带状裂隙水，可溶岩地层中的破碎带常常发育成喀斯特带，地下水为裂隙岩溶水。

（2）断层破碎带的透水性和含水性很不均匀。断层具有较强的延伸性，沿其走向可穿越不同岩性的地层，因此造成透水性和含水性的不均匀。所以，在利用断层打井取水时，井位应选在断层的富水部位上。

（3）断层含水带的分布比较局限，其有限的储水空间不能形成较大的储存量。但由于断层切穿不同时代、不同层位的岩层，包括切穿隔水层和含水层，使含水层沟通而得到充分的补给，形成很大的补给量。因此，开采断层地下水时，其开采水量主要来源于补给量。

（4）断层含水带中地下水的补给来源，有的来自很远的地方，也有的来自地下深处。当其补给来源来自较远的地区或来自较深的部位时，地下水位和流量就比较稳定，气候和微地形对它的影响很小。有些断层中的地下水具有承压的性质，甚至自钻孔喷出地表，形成自流水。

（三） 断层的水文地质类型

按水文地质特点，断层可以分为以下五种类型。

1.富水断层

富水断层是指发生在厚层的含水岩层中的张性断层，其特征是断层破碎带的透水性大于两盘岩石的透水性。因为断层破碎带空隙发育，蓄水空间大，能汇集两盘含水层中的地下水，具有充沛的补给来源，所以富含地下水。如发生在石灰岩、白云岩、大理岩及脆性岩石中的张性断层，只要断层破碎带的空隙不被后期物质充填胶结，一般都属于富水断层。富水断层对于供水目的来说是很有利的，但对于矿山建设来说是有害的因素。

2.导水断层

导水断层是指发生在透水层与不透水层 （或强透水层与弱透水层）中的张性断层及张扭性断层，其特征是断层能沟通各含水层之间的水力联系，起着疏导水的作用，即为导水断层。由于它切穿了不同层位的含水层与隔水层，并沟通各含水层之间的水力联系，所以这种断层本身是含水的。如发生在砂岩、页岩夹石灰岩的地层 （我国北方的石炭 二叠含煤地层）中的张性及张扭性断层，就常常在各层灰岩之间起着沟通水力联系，疏导地下水的作用。导水断层中的地下水以径流量为主，断层带本身储存的水量有限，开采时水量主要来自断层两盘含水层中地下水的补给。

3.阻水断层

对地下水起阻隔作用的断层称为阻水断层。按阻水的条件可分为两种类型：

（1）断盘阻水的断层。因断层两盘的相对错动，使断层两盘的含水层与隔水层相接触，由隔水层组成的一盘可以阻挡断层另一盘中的地下水流，形成地下水的阻水幕墙。这种断层的断层带可以是含水的，也可以是不含水的，但是由含水层组成的一盘是相对富水的。

（2）构造岩阻水的断层。透水岩层中的断层，尤其是压性断层，当其构造岩的透水性远小于两盘岩石的透水性时，即形成地下水幕墙。它也能阻挡地下水流，使地下水在某一盘富集。

4.储水断层

储水断层是指发生在厚层的、不透水岩层或透水性很弱的岩层中的，与附近其他含水层及地表水体无水力联系的断层。这种断层带本身是含水的，但由于与其他水体无水力联系，地下水缺乏补给来源，所以地下水量主要表现为储存量，天然条件下的径流补给及排泄几乎没有。当开采这类断层中的地下水时，往往表现出这样特征：开始出水量很大，但随着开采时间的延长，出水量越来越小，逐渐趋于消失。

5.无水断层

无水断层是指发生在厚层的、塑性岩石中的压性及压扭性断层，或发生在脆性岩石中，但早已停止活动，且构造岩带被后期物质完全充填胶结的断层。

在上述五种断层中，富水断层、导水断层、阻水断层都可以形成蓄水构造，富水断层、导水断层一般构成断层 （带）蓄水构造，阻水断层则通常构成断块蓄水构造。至于储水断层，虽然也是含水的，但因为缺乏补给条件，只能形成储水构造，不能形成良好的蓄水构造。

二、断块蓄水构造

所谓断块是指断裂构造中由于岩层位移而相对上升或下降的地块。当某一个断块为强透水的岩层，而与它相邻的断块为不透水的或弱透水的岩层时，不透水层或弱透水层的断块就起阻水作用，地下水就会在强透水层的断块中储存和富集起来。这种由于断层阻水作用而形成的蓄水构造就称为断块蓄水构造。断块蓄水构造储存地下水的主要场所不是断层破碎带，而是透水断块上的含水层。常见的断块蓄水构造有以下几种类型。

（一） 断层阻水式蓄水构造

由于断层两盘相对位移，使不同层位的地层相接触，且不透水层位于地下水流的下游，像堤坝一样起到阻水作用时，地下水流被挡在透水层里富集起来，形成断层阻水式蓄水构造。

【例2-10】 河北省张家口市永丰堡的后山有一条东西走向的逆断层 （张家口断层），断层面向南倾斜，上盘为侏罗系张家口组的凝灰角砾岩及集块岩，透水性很弱；下盘为白垩系南天门组的砾岩，裂隙发育，透水性较强，且位于地下水流的上游地势较高的地带。由于上盘的阻水作用而形成水母宫泉，从山前凝灰角砾岩向北开凿一取水的平硐，硐长180m，穿过阻水的上盘而至下盘砾岩中，获得自流水量4000m³/d（图2-18）。

（二） 地堑蓄水构造

在地堑构造中，如果中间陷落的断块为透水岩层，其两侧为不透水层或弱透水岩层时，即构成两侧阻水，中间蓄水的地堑蓄水构造。

【例2-11】 山东省的炒米店地堑就属于此种类型 （图219）。炒米店地堑两侧山坡上为上寒武统地层，中间谷地为奥陶系。地堑中因为有个因缺水而闻名的村庄——炒米店。山东省水文地质队在该村附近施工三口钻孔，出水量都在1200m³/d以上。

（三） 地垒蓄水构造

在地垒构造中，如果其中间上升的断块是透水岩层，两侧下落的断块是时代较晚的不透水或弱透水岩层时，在适宜的补给条件下，即可形成地垒蓄水构造，其情形与地堑蓄水构造相似。

【例2-12】 山东省莱芜市的团圆坡地垒，位于地垒中间地块的含水岩体为寒武系馒头组地层，其两侧与寒武系张夏组的页岩、石灰岩相接触，为其隔水边界，因而形成一蓄水构造。

（四） 阶梯式断块蓄水构造

被阶梯式断层所切割的各个断块，如果中间断块为透水岩层，其两侧的断块为相对不透水或弱透水岩岩层时，即可形成阶梯式断块蓄水构造。

【例2-13】 山东省泰安市满庄第一供水站，井深216m，单位涌水量q=160m³/h，位于两条正断层组成的阶梯式断块中，断块北侧与太古代片麻岩接触，南侧与第三系的页岩、泥岩接触，分别构成其隔水边界；中间断块为第三系钙质胶结石灰质砾岩，构成其蓄水空间。由于中间含水岩体受阶梯式断层形成时的扭动作用，裂隙发育，加之含水层又为可溶性岩石，所以形成一富水带。