1、第42卷第03期2023年03月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.03Mar.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.03.0230引言岩石因受力而破裂，沿破裂面两侧岩块有明显位移的构造现象叫做断层。断层在地壳中分布广泛，是野外地质工作中常见构造现象。如果断层面是倾不同地质断层性质判别关联分析与伪变特征*任金武1，辛亚军2，3，高家平1，杨斌1（1.河南能源化工集团 永煤集团永华能源有限公司，河南 洛阳471000；2.河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作454000；3.煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心，河南 焦作454000）摘
2、要：在地质勘测中，正逆断层通常可通过断层面上下盘的相对运动关系或断层附近岩体拉挤特征进行判定，正常认知2种判定方法具有相关性。通过对现场地质断层的揭露，分析了上下盘判定地质正逆断层与构造应力作用判定的相关性，探析了上下盘判定正逆断层与构造应力判定不符的地质构造原因及相关适用条件，提出了多重地质构造运动造成断层性质伪变条件与伪变特征。研究表明：复杂构造运动后岩层上下盘判定逆断层交界面存在岩体宽大张裂隙现象（构造应力判定正断层），不具有通过构造应力判定的逆断层（挤压破碎、揉皱、磨圆等）特征；上下盘判定与构造应力判定在第2、第4象限内不具有相关性，高角度断层易逆向进入第2象限发生伪变，低角度断层则易
3、顺向进入第4象限发生伪变，此2种情况称为正（逆）断层伪变，断面伪变的临界角度分别为=0与90；由于多重地质构造运动的复杂性，断层伪变主要是断层面在二次构造运动中倾斜角度变化决定，进而给出伪变断层形成条件与表示形式，指导了现场地质断层性质的正确判定。关键词：正断层；逆断层；多重构造；判定关联；形成条件；伪变特征中图分类号：P542文献标志码：A文章编号：1008 8725（2023）03 122 06Discriminant Correlation Analysis and Pseudo Features of DifferentGeological Fault PropertiesREN Ji
4、nwu1，XIN Yajun2，3，GAO Jiaping1，YANG Bin1（1.Yong Coal Group Yonghua Energy Co.,Ltd.,Henan Energy and Chemical Industry Group,Luoyang 471000,China;2.School of Energy Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454000,China;3.CollaborativeInnovation Center of Coal Work Safety and Clean
5、 High Efficiency Utilization,Jiaozuo 454000,China）Abstract:In geological survey,normal fault and reverse one could usually be discriminated by therelative movement of the hanging and footwall or the pultrusion characteristics of the rock mass aroundthe fault,which are generally correlated.The correl
6、ation of normal fault and reverse one discriminatedby geological hanging footwall and tectonic stress was analysed in exposing geological field faults,therelevant applicable conditions and the inconformity cause of the hanging and footwall discriminants bygeological structure and tectonic stress wer
7、e expolored,the pseudo conditions and characteristics offault properties were put forward in the multiple geotectonic movements.The results showed that,widecracks in the rock mass occured at reverse fault interface following the complex tectonic movement,however,the normal fault were discriminated b
8、y tectonic stress,which didnt have the charateristics ofreverse fault discriminated by tectonic stress（crush,crumple,round,etc）.There was no correlationbetween two discriminants of hanging-footwall and tectonic stress in the second and fourth quadrants,the high-angle fault reversed easily into the s
9、econd quadrant and produced pseudo,the low-angle faultentered easily into the fourth quadrant and produce pseudo,which were called the normal（reverse）fault pseudom,therefore the critical angles of the pseudo-variation were=0 and 90,respectively.Due to the complexity of the multiple geological tecton
10、ic movement,fault pseudo was mainlydetermined by the angle change of fault faces in the secondary tectonic movement.Gave the conditionsand expression of pseudo fault,which guided the correct discrininant of field geological fault.Key words:normal fault;reverse fault;multiple structure;discrimiant co
11、rrelation;formation condition;pseudo features*国家自然科学基金资助项目（51374091）；深井瓦斯抽采与围岩控制技术国家地方联合工程实验室开放基金项目（SJF201801）122斜的，则位于断层面上侧的一盘为断层上盘，位于断层面下侧的一盘为断层下盘。根据断层两盘相对位移关系对断层形态进行分类是目前应用最为广泛分类方式。当岩层受到拉张应力作用后会发育成正断层，正断层带内岩石破碎相对不太强烈，断层内通常没有强烈挤压形成复杂小褶皱；逆断层常常显示出强烈挤压现象，断层面附近岩石破碎明显，形成破碎断层岩，断层两侧岩层具有强烈变形特征，常形成各种复杂揉皱现象
12、。自然界中同样存在剪性正断层，与张性正断层同样为正断层，但形成的应力状态不同。构造应力场中，最大主应力1垂直向上，推动断层下盘沿高角度断裂面向上运动，断层两盘相互作用力3较弱，压剪性构造特征不突出。由于剪应力作用，断层中存在共轭剪切带，断层具有分带性。剪性正断层压剪性特征较弱，但仍具有相应压剪性构造。一般情况下张性正断层所受地质应力即为拉张应力，逆断层所受地质应力即为挤压应力，2者间常被认为具有相关性。在地质勘测中，正逆断层通常可通过断层面上下盘相对运动关系或断层附近岩体拉挤特征进行判定，正常认知2种判定方法具有相关性。然而，在一些矿井实际揭露的断层中，却出现了正断层处岩体较为破碎，逆断面处岩
13、体间具有宽大裂隙，表现出明显的反向性。文中通过对现场构造条件下地质断层的揭露，分析了上下盘判定地质正逆断层与构造应力作用判定的相关性，探析了上下盘判定正逆断层与构造应力判定不符的地质构造原因及相关性适用条件，提出了地质构造运动造成断层性质的伪变概念与伪变条件，研究结果可为地质断层揭露分析判定提供参考。1断层形成机制分析1.1上下盘判定正逆断层在地质构造中，根据断层的两盘相对位移将断层划分为正断层与逆断层。断层形成后，上盘相对下降，下盘相对上升的断层称为正断层。正断层产状较陡，正断层在地形上表现显著，多形成河谷、冲沟和湖泊等；上盘上升，下盘相对下降的断层称为逆断层，逆断层多与皱褶相伴生，如图1所
14、示。（a）正断层（b）逆断层图1上下盘判定正逆断层1.2应力判定正逆断层在构造应力作用下，超过岩石极限强度而发生破裂，产生节理和断层。正断层受到最大主应力1一般为垂直方向，中间应力2和最小应力3为水平方向，中间主应力与断层线走向平行，大多数正断层力学性质属张拉性；逆断层最大主应力1与中间主应力2一般为水平方向，最小主应力3为竖直方向。最大主应力垂直于断层走向，中间主应力平行断层走向，大多数正断层力学性质属挤压性，如图2所示。（a）正断层（b）逆断层图2地质应力判定正逆断层1.3断层形态与受力关系一般认知情况下，正断层受到张拉作用形成，在断层面张拉错动区域拉大，空隙增多，此区域内岩石受张拉作用完
15、整性好、块体较少受破裂，如图3（a）所示。逆断层主要是受到挤压作用产生，在断层面出现挤压错动，挤压区小于原始区，此区域受到挤压，空隙进一步压缩，岩石被挤压破坏、块度变小，破坏严重，如图3（b）所示。因此，在地质勘测中，正断层具有张拉特性与逆断层具有挤压特性是常识判定方法，认为2者具有一定相关性。然而，现实中由于地层断裂后再次发生地层倾斜运动，依据断层形态判定周边岩体受力特征具有明显差异性，不仅表现为正逆断层的力学反性，也表现为正逆断层力学反性后的回归。（a）正断层（b）逆断层图3断层面张拉、挤压区域特征2特殊断层揭露特征2.1断层二次活化偃龙煤田位于华北板块南部的嵩箕构造区西部，地跨洛阳断陷和
16、嵩箕断隆，属板内构造区。区内第42卷第03期Vol.42 No.03不同地质断层性质判别关联分析与伪变特征任金武，等原始区挤压区断层面11原始区张拉区断层面111321331321123构造基本格架为近东西走向，倾向北的单斜构造，地层倾角西陡东缓。南北两侧为相对隆起区，其间为断陷区，断裂构造发育，以北西向的走滑（平移）断层和高角度的伸展型断层为主，少为规模小低角度的挤压断裂。显然嵩山断层中出现地质构造运动后的活化现象。由于嵩山断层形成时的剪切平移作用和期后重力作用，地层发生滑动。嵩山滑动构造主滑动面位于二1煤层之上，组成滑体的地层由下而上依次为山西组中上部、下石盒子组及上石盒子组。地层滑动使得较新地层滑移到较老地层上，断层面由于滑动与水平面夹角发生变化，此时上、下盘相对运动方向也发生改变，如图4所示。图4嵩山煤田勘探线剖面示意图若依据矿山井下揭露煤岩层的上下盘相对运动判断断层类型，则断层类型与通常上所受的相应的地质应力不符合，如图5所示，即此类现象出现时，仅依据上、下盘判断断层类型是不适合的，需进一步分析此种现象发生时断层与地质应力关系，以确定断层的实际类型。图5煤岩层反倾后断层变化图