知名大學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)講義第11章斷層概論

1、第十一章 斷層概論徐海軍中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院巖石變形：韌性變形巖石變形：脆性變形第一節(jié) 斷層的幾何要素和位移1.斷層和破裂（Fault and Fracture）巖石材料在彈性變形階段被破壞時(shí)，這種巖石稱為脆性，在破壞時(shí)的應(yīng)力條件就是脆性強(qiáng)度的臨界應(yīng)力。斷層是地殼巖石沿著破裂面發(fā)生明顯位移的一種破裂構(gòu)造，它是一種典型脆性變形。地殼表層巖石一般為脆性變形斷層或斷裂帶；地殼深部巖石一般為塑性變形韌性剪切帶；兩者之間為韌脆性轉(zhuǎn)換（過渡帶）。斷層有規(guī)模大小之分，有深淺不同。巖石的力學(xué)性質(zhì)脆性: 巖石在彈性變形階段后至斷裂前, 沒有或只有極小的塑性變形(35%)脆性韌性: 巖石在斷裂前塑性變形的應(yīng)變

2、量為58%韌性: 巖石在斷裂前的塑性變形量超過10%斷層的構(gòu)造層次和野外照片2.斷層要素?cái)鄬用妫簬r石被斷開分成兩部分，并沿之滑動(dòng)的破裂面。斷層線：斷層與地面的交線，即斷層在地表的出露線。斷盤（上盤，下盤）：沿?cái)鄬用姘l(fā)生相對滑動(dòng)的兩側(cè)巖塊。斷層的地層斷距斷層不同方向的斷距第二節(jié) 斷層的分類1.斷層的分類依據(jù)斷層走向與巖層走向的關(guān)系走向斷層：斷層走向與巖層走向基本一致的斷層。傾向斷層：斷層走向與巖層傾向一致的斷層。即與巖層走向直交的斷層。斜向斷層：斷層走向與巖層走向斜交的斷層。順層斷層：斷層面與巖層層面等原生界面基本一致的斷層。斷層的分類斷層走向與褶皺軸向的關(guān)系：縱斷層：斷層走向與褶皺軸向一致或與

3、區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致的斷層。 橫斷層：斷層走向與褶皺軸向直交或與區(qū)域構(gòu)造線方向 近于直交的斷層。斜斷層：斷層走向與褶皺軸向斜交或與區(qū)域構(gòu)造線方向斜交的斷層。依據(jù)斷層兩盤相對運(yùn)動(dòng)的分類逆斷層平移斷層正斷層傾斜滑動(dòng)斷層正斷層（normal fault）正斷層：指斷層上盤下降，下盤相對上升的斷層。特征：斷面產(chǎn)狀較陡，傾角多在45以上；一些大型正斷層往往上陡 下緩總體形態(tài)呈鏟狀、犁狀或勺狀。逆斷層（reverse fault）逆斷層：指斷層上盤上升，下盤相對下降的斷層。根據(jù)斷面傾角的大小，又可分為如下幾種類型：高角度逆斷層：斷面傾角在45以上。低角度逆斷層：斷面傾角小于45。逆沖斷層：位移量較大的低

4、角度逆斷層，傾角在30左右。推覆構(gòu)造：具一定規(guī)模，且位移量很大的低角度逆掩斷層（原地系統(tǒng)、外來系統(tǒng)-推覆體，飛來峰，構(gòu)造窗）。平移斷層（strike-slip fault）平移斷層：斷層兩盤順斷面走向相對運(yùn)動(dòng)的斷層。特征：斷面平直光滑、近于直立，剪切性質(zhì)突出。根據(jù)斷層兩盤相對運(yùn)動(dòng)方向不同，又可分為：左行平移斷層/右行平移斷層規(guī)模巨大的平移斷層則稱為走滑斷層。斜向滑動(dòng)斷層：命名時(shí)可采用組合命名法2.斷層的組合類型正斷層組合型式階梯狀斷層(組合型式)地壘與地塹環(huán)形斷層和放射狀斷層斷層的組合類型逆斷層組合型式疊瓦式斷層推覆構(gòu)造逆沖推覆構(gòu)造第三節(jié) 斷層的形成機(jī)制斷層的形成機(jī)制和區(qū)域背景平移斷層1和3水

5、平， 2直立。逆斷層1和2水平， 3直立。水平擠壓有利于形成逆斷層。正斷層1直立， 2、3水平。水平拉伸和直上隆是形成正斷層的有利條件。第三節(jié) 斷層巖斷層巖及其研究意義斷層巖：是斷層兩壁巖石在斷層作用過程中被改造成不同結(jié)構(gòu)或不同成分的巖石。研究意義：斷層巖本身就是斷層存在的一種良好標(biāo)志；斷層巖屬性可以判斷變形的性質(zhì)：脆性或韌性；測定斷層溫度和壓力；判斷斷層兩盤相對運(yùn)動(dòng)方向。斷層角礫巖斷層角礫巖碎裂巖斷層角礫巖斷層巖分類斷層巖分為與脆性斷層伴生的碎裂巖系列和與韌性剪切帶伴生的糜棱巖系列。碎裂巖系列包括斷層角礫巖（角礫大于2mm）碎裂巖（顆粒在0.012mm）超碎裂巖（顆粒小于0.01mm）?；瘞r

6、斷層泥面理化碎裂巖碎裂巖和超碎裂巖第四節(jié) 斷層效應(yīng)斷層效應(yīng)：由斷層作用引起的各種現(xiàn)象，其中包括真效應(yīng)與視效應(yīng)兩類現(xiàn)象。走向斷層不但能造成地層的缺失，而且還可以造成地層的重復(fù)。即由走向斷層引起地層關(guān)系上的效應(yīng)，這也是判定斷層存在和性質(zhì)的依據(jù)。缺失：是指一套正常地層中的一層或數(shù)層，由于斷層作用，在夷平面上斷缺的現(xiàn)象。重復(fù)：是指一套正常地層中的一層或數(shù)層，由于斷層作用而重復(fù)出現(xiàn)的現(xiàn)象。走向斷層效應(yīng)共可以出現(xiàn)六種缺失或重復(fù)的基本形式。走向斷層引起的斷層效應(yīng)傾向斷層引起的效應(yīng)平移正(逆）斷層或正（逆）平移斷層引起的效應(yīng)滑移線與巖層在斷面上的跡線一致，平剖面上巖層好象無錯(cuò)動(dòng)?；凭€位于巖層在斷面上跡線的下

7、方，剖面上為正斷層,平面上為平移錯(cuò)動(dòng)?；凭€位于巖層在斷面的跡線的上方，剖面上為逆斷層,平面上為平移錯(cuò)動(dòng)。橫斷層錯(cuò)斷褶皺引起的效應(yīng)在平面上有兩種表現(xiàn):即核部寬窄的變化和軸跡的錯(cuò)移。背斜核部變寬是上升盤,向斜核部變窄是上升盤.第五節(jié) 斷層的識別斷層的識別標(biāo)志地貌標(biāo)志斷層崖、斷層三角面、錯(cuò)斷的山脊、串珠狀湖泊洼地泉水的帶狀分布、水系特點(diǎn)構(gòu)造標(biāo)志地層標(biāo)志巖漿活動(dòng)和礦化標(biāo)志巖相和厚度標(biāo)志斷層崖：通常是挽近活動(dòng)斷層面形成的陡崖。正斷層相對容易形成，發(fā)育于盆地、平原與山地(脈)之間。斷層三角面通常是挽近活動(dòng)斷層面形成的陡崖受與崖面垂直方向的水流侵蝕切割而形成的沿?cái)鄬幼呦蚍植嫉囊幌盗腥切味秆?。也發(fā)育于盆地

8、、平原與山地（脈）的接合部。錯(cuò)斷山脊通常是挽近平移活動(dòng)斷層相對平移錯(cuò)動(dòng)，造成某一方向的山脊發(fā)生突然的、有規(guī)律的錯(cuò)斷。斷層三角面和巖層的錯(cuò)開山前斷裂帶錯(cuò)斷山脊串珠狀湖泊洼地由大斷層引起的斷陷或破碎帶形成的湖泊、洼地，在走向上呈線狀、串珠狀分布，單個(gè)湖泊、洼地也具有定向的特點(diǎn)。錯(cuò)斷的水系：斷層的存在常常影響水系的發(fā)育，引起河流的急劇轉(zhuǎn)向、甚至切斷河谷。構(gòu)造標(biāo)志面理，線理的錯(cuò)開巖層產(chǎn)狀的急劇變化構(gòu)造強(qiáng)化帶構(gòu)造透鏡體及等斜的小褶皺帶：其長軸及軸面與斷面的銳夾角指示對盤的運(yùn)動(dòng)方向斷層巖發(fā)育碎裂巖（cataclasite）構(gòu)造角礫巖（tectonic breccia）碎裂巖（cataclasite）隘口拆

9、離斷層角礫巖帶地層標(biāo)志（缺失、重復(fù)）巖漿活動(dòng)與礦化作用大斷層尤其是切割很深的大斷裂常常是巖漿和熱液運(yùn)移的通道和儲(chǔ)聚場所。如果巖體、礦化帶或硅化等熱液蝕變帶沿一條線斷續(xù)分布，常常指示有大斷層或斷裂帶的存在。一些放射狀或環(huán)狀巖墻也指示放射狀斷裂或環(huán)狀斷裂的存在。巖相和地層厚度的突變?nèi)绻坏貐^(qū)的沉積巖相和厚度沿一條線發(fā)生急劇變化，可能是斷層活動(dòng)的結(jié)果。斷層引起巖相和厚度的急變有兩種情況，一種情況是控制沉積盆地和沉積作用的同沉積斷層的活動(dòng)，它會(huì)引起沉積環(huán)境沿?cái)鄬釉谄鋬杀P發(fā)生明顯變化，巖相和厚度因而發(fā)生顯著差異；另一種情況是斷層的遠(yuǎn)距離推移使相隔甚遠(yuǎn)的巖相帶直接接觸。第六節(jié)斷層的野外觀察與研究斷層的野外

10、觀察與研究斷層野外觀測與研究的內(nèi)容確定斷層的存在和展布范圍；測量斷層產(chǎn)狀，判斷斷層運(yùn)動(dòng)方向和位移量大小，確定斷層性質(zhì)；觀察斷層帶的構(gòu)造特征，包括斷層面、構(gòu)造巖和伴生構(gòu)造等；研究斷層的成因和形成時(shí)代，分析斷層與其它構(gòu)造之間的關(guān)系；研究斷層與有關(guān)礦產(chǎn)、水文和工程地質(zhì)、地震活動(dòng)的關(guān)系。斷層存在的野外標(biāo)志地質(zhì)界線的錯(cuò)開現(xiàn)象地層的重復(fù)與缺失磨擦鏡面、擦痕和階步斷層構(gòu)造巖沉積相變化地貌標(biāo)志斷層面產(chǎn)狀的確定斷層面顯露地表時(shí)，可以直接在斷層面上進(jìn)行測定。斷層面未顯露地表時(shí)，如果斷層面比較平整、地形切割較強(qiáng)烈而且斷層線出露良好，則可以利用“V”字形法則，或采用在地形地質(zhì)圖上測定面狀構(gòu)造產(chǎn)狀要素方法進(jìn)行斷層面產(chǎn)狀

11、的測定。如果斷層有三個(gè)或三個(gè)以上的鉆孔控制，則可以采用三點(diǎn)法求面狀構(gòu)造產(chǎn)狀要素方法確定斷層產(chǎn)狀。斷層兩盤相對運(yùn)動(dòng)方向的確定根據(jù)斷層兩盤地層的新老關(guān)系1.走向斷層（縱斷層）兩盤正常地層上升盤地層相對老，下降盤相對新；兩盤倒轉(zhuǎn)地層或(正常)地層傾角斷層傾角上升盤斷層相對新，下降盤地層相對老。2.橫斷層橫穿背斜上升盤的背斜核部變寬，下降盤核部變窄；橫穿向斜上升盤的向斜核部變窄，下降盤核部變寬。斷層兩盤相對運(yùn)動(dòng)方向的確定斷層兩盤相對運(yùn)動(dòng)方向的確定擦痕和階步擦痕和階步斷層兩盤相對運(yùn)動(dòng)方向的確定 XZ張剪裂脈或張剪節(jié)理構(gòu)造透鏡體劈理第七節(jié)斷層作用的時(shí)間性斷層作用年代學(xué)研究斷層是不同地質(zhì)時(shí)期不同階段地殼運(yùn)動(dòng)

12、的產(chǎn)物。與地層同時(shí)的斷層；與褶皺同時(shí)的斷層；斷層之間切割關(guān)系；與不整合接觸關(guān)系；與巖脈、巖墻關(guān)系；斷層巖、斷層泥的同位素年代學(xué)測定。同沉積斷層（生長斷層）主要發(fā)育于沉積盆地邊緣。有以下主要特征：一般為走向正斷層，剖面上呈上陡下緩的凹面向上的勺狀；上盤(下降盤)地層明顯增厚，這一特征是同沉積斷層的最基本特征和識別標(biāo)志。同沉積斷層的斷距隨深度增大；或隨地層時(shí)代變化，地層時(shí)代越老，斷距越大。反之亦然。第八節(jié)斷層研究的意義斷層的控礦意義斷層與全球板塊邊界發(fā)生的地震活動(dòng)汶川地震與青藏高原Royden LH 2008, Science汶川地震是逆沖、右旋、擠壓型斷層地震 龍門山斷層第一，發(fā)震構(gòu)造是龍門山構(gòu)造帶中央斷