岩石破裂和断层活动方式

岩石破坏基本上是由张性微裂隙引起，经扩展、集结，逐步发展为宏观破裂。宏观破裂中多数是剪破裂。岩石的变形行为，不仅与作用力有关，还与岩石的本身特性及所处的构造及所处的物化条件有密切关系。流体由于其特殊性，其作用表现出较复杂的特征。对岩石变形的影响主要表现在以下两个方面：一方面是水解弱化作用，当岩石富含流体时，强度降低。同时，由于孔隙流体的存在可以促进矿物在应力作用下发生溶解迁移和重结晶作用，从而促进岩石的塑性变形。另一方面就是孔隙流体压力的作用。孔隙流体压力对岩石破裂的影响表现为：流体压力的存在势必减小有效正应力，从而降低破裂强度，并可能使岩石呈现塑性变形，在这一深度到地表的水柱的压力，约为静岩压力的40％。由于快速沉积或构造变动使沉积物快速压实而孔隙水不能及时排出等，可使孔隙压力异常增大。孔隙压力的作用在于它抵消了围压的作用，这时对变形起作用的是有效围压。

当岩石中存在异常的孔隙压力时，产生类似降低围压的效果，使岩石易于脆性破坏及降低强度。当孔隙压力大到几乎等于围压时，就可以使岩石产生浮起效应。岩石只有达到临界破裂条件，即剪应力差超过岩石抗剪强度，才能产生变形。自然界中岩石变形主要受外力、重力及流体压力三方面影响，应变取决于有效应力。

岩石达到破裂变形的临界条件就会产生新破裂，或使原有的断层重新活动，由于破裂条件总是大于断层的活动条件，其动摩擦阻力总是小于静摩擦阻力。在给定条件下，当脆性岩石受到达到其强度的应力即发生破坏，破坏前没有或只有很小的永久变形。理论上脆性破坏时，应力将趋于零（Ranalli，1987），所以一旦达到破裂条件，伴随着破裂的产生，岩石的应力将趋向于零。同时，断层活动所造成的能量释放，将促使断面所承受的剪应力向低于动摩擦阻力的方向变化，一旦小于动摩擦阻力，断层的活动将停止，岩石将开始第二次的应力积累过程，当应力积累达到破裂条件时，又会产生第二次的断裂活动，就这样断裂的活动在一次构造运动中以周期性、循环重复出现来最终完成。在这种应力积累与应变发生的过程中，应力积累是渐变的，而应变的产生、应力和能量的释放则是突变，这种突变过程的能量有时会很大，特别对地下流体的重新分配有时起着非常重要的作用。

已经产生破裂面的岩石再次活动所需的临界条件低于没有产生破裂的岩石。这是因为在这样的破裂面上，内聚力值减小很多，甚至可以完全消失。这一特征的存在，使得断层活动的周期性模式成为可能，并最有利于断层的最终形成。

地质历史时期的构造运动呈幕式旋回出现，构造运动期间，构造应力作用显著，变化大；构造平静期内，构造力消失，逐渐转变为地静力状态。绝大多数断裂的形成都在构造运动活动期间。由于岩石本身的变形机制和特征使断裂形成期间又由若干个活动期和静止期组成，若干个活动期和静止期共同组成一个断层的形成发育期，而不同的形成发育期之间则由停止期相隔。图1.11中清楚地表明了这种关系。这就是断裂活动的周期性模式。

图1.11 断层形成发育期、活动期、静止期、停止期关系图