《构造地质学》课件No6-4 第6章 断层

1、构 造 地 质 学Structural Geology第三讲思考讨论题简述确定断层两盘相对运动的标志？同沉积断层及其主要特征是什么 ？如何确定断层的活动时间？Structural GeologyFault断 层第四讲断 层断层的要素和分类断层各论断层的识别和断层岩断层位移方向的确定断层活动时间断层的形成作用 断层的形成作用 断层形成机制涉及的问题破裂的发生和断层的形成断层作用与应力状态岩石力学性质断层作用与断层形成环境的物理状态断层的形成作用 当岩石受力超过其强度，即应力差超过岩石强度便开始破裂。破裂之初，出现微裂隙、微裂隙逐渐发展，相互联系，形成一条明显的破裂面，即断层两盘借以相对滑动的破裂

2、面。断裂面一旦形成而且应力差超过摩擦阻力时，两盘就开始相对滑动，形成断层。随着应力释放，应力差(13)趋向于零或小于滑动摩擦阻力，一次断层作用即告终止。断层的形成作用 韧性剪切带正断层逆断层平移断层脆性断层脆性断层断层的形成作用 脆性断层 岩石受力超过其强度时，即应力差超过其强度时，便开始发生破裂。破裂之初先出现微裂隙，微裂隙逐渐发展，相互联合，形成一条明显的破裂面，即断层两盘藉以相对滑动的破裂面。 脆性断层的形成模式 安德森模式 断层的形成作用 安德森模式 形成断层的三轴应力状态中的一个主应力轴趋于垂直水平面断层面是一对剪裂面1与两剪裂面的锐角分角线一致3与两剪裂面的钝角分角线一致断层两盘垂

3、直于2方向滑动。 断层的形成作用 若1直立，2、3水平，则产生正断层 断层的形成作用 若3直立，1、2水平，则产生逆断层 断层的形成作用 若2直立，1、3水平，则产生平移断层 断层的形成作用 Hubbert(1951)的沙箱实验 说明了莫尔库仑破裂准则。 在沙箱中的隔板运动以前，两个室的沙子都处于静岩应力状态下(1=3)，各方向的应力相等。隔板向右运动使左室内水平应力减小，而右室的水平应力则加强，两室处于不同的应力状态，即左室处于受拉伸状态，3是水平的，1是直立的；右室则处于受压缩状态，1是水平的，3是直立的。 断层的形成作用 沙箱实验莫尔图解图上标出破裂包络线和变形前的静岩应力状态(1=3)

4、，静岩应力状态为轴上的一个点。隔板一开始运动，砂层就由静岩应力状态变为差异应力状态，在左室，差异应力增大时，1保持不变，3变得愈来愈小，由于3值递减，致使差异应力可增大到使沙层产生破裂，破裂点是1、3所确定的莫尔圆与破裂包络线的切点，因而，水平方向的拉伸增大有利于正断层的形成；静岩应力状态右室差异应力逐渐增大，表现为1值逐渐增加，3则保持在静岩应力时的大小，当代表差异应力的1和3的莫尔圆与沙层破裂包络线相切时，就产生逆断层，因此，水平方向的压缩有利于逆断层的发生。 断层的形成作用 韧性剪切带正断层逆断层平移断层脆性断层断层的形成作用 正断层的成因分析正断层形成的应力条件正断层是在一定范围内地壳

5、伸长的结果，是在地壳处于与断层走向垂直的方向上水平拉伸状态下产生的，即1直立。岩体的重力、岩浆岩体、盐丘或基底断块等向上隆起或上冲。断层的形成作用 3水平，与断层走向垂直，它可以是较小的压应力，也可以是张应力。引起正断层的有利条件是最大主应力(1)在铅直方向上增大，或是最小主应力(3)水平向逐渐增大。断层的形成作用 正断层形成的构造背景背斜形成时，因岩层上拱，导致外弯层产生与背斜枢纽垂直的张应力，加之岩体自重产生的铅直的应力，造成背斜顶部出现纵向地堑。断层的形成作用 短轴背斜沿枢纽方向的局部拉伸，也可以形成走向与背斜枢纽垂直的两组倾向相反的横向正断层。断层的形成作用 区域性的水平拉伸造成沉降盆

6、地，在其边缘常形成同沉积断层，这类正断层的下降盘为边下降边沉积，随着沉积物的厚度增大，加大了1，使其下部位移量大于上部。断层的形成作用 穹隆垂直上隆形成穹隆中心直立(或陡倾)的挤压(1)以及向穹隆外围缓倾的拉伸(3)，从而形成环形正断层。此外，差异升降运动也可以产生正断层。断层的形成作用 韧性剪切带正断层逆断层平移断层脆性断层断层的形成作用 逆断层的成因分析逆断层形成的应力条件逆断层主要是在压缩条件下形成的。区域性的水平挤压作用产生水平基准面侧向缩短的断层，又称收缩断层。这种条件符合安德森逆冲断层应力模式，即1水平，3直立。断层的形成作用 适于逆冲断层形成作用的可能情况是1在水平方向逐渐增大，

7、或者是最小主应力3逐渐减小。水平挤压有利于逆冲断层的发育。 断层的形成作用 逆断层形成的构造背景早于褶皱形成的逆断层：在断层形成前地层未褶皱，水平挤压作用使水平地层产生逆断层。这类断层的特征是：其中一段顺层面滑动，称断坪；另一段切层滑动，称为断坡。断坪实际是顺层断层，断层标志不太明显。断坪与断坡交替，使整个断层构成阶梯状。断层的形成作用 由褶皱进一步发展而成的延伸逆断层：当水平挤压向一侧减弱时，褶皱倒向水平应力小的一侧，持续变形使倒转翼拉薄，进而断开形成逆断层。这种断层常发育在造山带边缘强烈不对称褶皱的地带。 断层的形成作用 与褶皱同时发育的破裂逆断层：脆性岩层在水平挤压作用下形成开阔褶皱，同

8、时也很快出现破裂，形成一系列在剖面X剪裂面基础上发育起来的破裂逆断层。随着破裂逆断层的发展，褶皱进一步加强。 断层的形成作用 逆冲推覆构造的形成孔隙液压对逆推覆构造形成的作用巨大的推覆体之所以能够作长距离的运移，异常孔隙压力起了重要的作用。当异常孔隙压力接近或等于推覆体总负荷压力时，推覆体即处于漂浮状态，此时很小的推力即可使推覆体产生运移而不破碎。大陆边缘快速堆积的年青沉积物可产生异常孔隙压力；巨大推覆体也可使下伏岩层的适当部位产生异常孔隙压力，此外石膏的脱水作用也可以引起异常孔隙压力。断层的形成作用 对这个问题，地质学家有各种不同的假说和观点，早期认为水平挤压作用是逆冲推覆构造的基本驱动力，

9、即水平挤压力推动推覆体的后部使其向前运动。随着研究的不断深入，又提出作为体力的重力是引起推覆构造的基本驱动力，即在地壳伸张地带见有因重力滑动的推覆作用造成的重力滑覆构造。逆冲推覆构造的驱动力断层的形成作用 重力滑覆构造的特点，滑覆体的后部被正断层所切，或被底部滑脱面所切图118(A)。由于重力滑动作用无法解释某些断层面不是向逆冲方向倾斜的情况，所以又有学者提出了重力扩张的观点，并以模拟实验证明。重力导生出的侧向水平推动力的扩展作用产生逆冲断层，使推覆体的后部被更后面的逆冲断层所切图118(B)。此外，还有因板块俯冲和碰撞挤压等造成逆冲推覆构造的观点。 断层的形成作用 韧性剪切带正断层逆断层平移

10、断层脆性断层断层的形成作用 平移断层的成因分析平移断层的形成方式由于侧向水平挤压，当2直立时，顺平面X剪裂面发育而成平移断层，规模可大可小，常为二组共轭发育，一组右行，一组左行，与褶皱延伸方向一般斜交。右行左行断层的形成作用 不均匀的侧向挤压使不同部分的岩块在垂直于纵向逆断层和褶皱枢纽方向上作不同程度的向前推移，因而在各部分岩块之间形成走向垂直于逆断层或褶皱枢纽的平移断层，这种断层一般规模不大。断层的形成作用 走滑断层的相关构造由于走滑断层面的弯曲，在弯曲部位会产生挤压区和拉伸区。如图119、1110在右行走滑断层A处弯曲部位发生拉张，形成断陷盆地和正断层等张性构造：在右行走滑断层的B处弯曲部

11、位发生挤压，形成隆起断块和逆断层等压性构造。 断层的形成作用 走滑断层弯曲并与次级断层交切处，形成复杂的挤压拉伸交织带(图1111)。走滑断层还常造成其一侧出现雁列式褶皱。褶皱轴与断层成小角度相交，多以背斜型式产出。随着远离断层，褶皱逐渐减弱或倾伏(图1112)。断层的形成作用 两条走滑断层交切引起的挤压和拉伸：当两条滑向相反的走滑断层相交，并在平面上切成楔状岩块时，若楔状断块向楔尖滑动，将引起挤压，反之，则引起拉伸(图1113)。当两条滑向相同的走滑断层相交时，引起离散和聚敛，在聚敛处造成挤压，在离散处造成拉伸(图1114)。 断层的形成作用 走滑断层两侧的岩层常发生牵引式弧形弯曲。我国郯庐

12、断裂南端大别山构造带的弧形弯曲可能也是这种牵引式弯曲。 断层的形成作用 拉分盆地的成因分析拉分盆地是走滑断层系中拉伸形成的断陷盆地。其形状似菱形，盆地两侧长边为走滑断层，两短边为正断层。拉分盆地的形成可以是在两条走滑断层控制下发育的，也可以是在一组雁列走滑断层控制下发育形成的。其宽度相对较稳定，取决于两条边界走滑断层的间隔。断层的形成作用 韧性剪切带正断层逆断层平移断层脆性断层断层的形成作用 韧性剪切带韧性剪切带是结晶基底普遍发育的一种构造现象；在韧性剪切带狭长的高应变带中，应变强度比带外强很多，而带内剪应变则中间高，向两侧逐渐减小；应变主要是因遭受简单剪切作用。 断层的形成作用 浅层次表现为

13、脆性断层(脆性剪切带)深层次则过渡为韧性断层(韧性剪切带)，即构成了由脆性域和塑性域组合成的双层结构模式。在盖层中，不论逆断层还是正断层，均为脆性断层，一般进入基底则逐渐转变为韧性断层。两者之间常有过渡，称脆韧性断层。近年来有些者强调过渡域的独立性，从而提出了三层结构模式。 深大断裂断层的形成作用 断层的形成作用 韧性剪切带的特征韧性剪切带是岩石在塑性状态下连续变形的狭长高应变带。岩石沿无数微细滑动面做微小位移而引起塑性流动，从而导致韧性剪切带两侧岩块的相对位移。韧性剪切带与围岩无明显的界线，在露头尺度上常见不到明显的不连续面，表现为断而未破，错而似连，围岩几乎未经变形。当围岩中的标志层通过剪

14、切带时，常会发生方向的变化和厚度的改变，剪切带中的矿物组分和粒度也发生一定程度的变化 一般特征断层的形成作用 韧性剪切带的组构S型面理剪切带边部的面理与其边界成45角，自边缘向中心夹角越来越小，在剪切带中心部位，新生面理与剪切带边界近于平行，故剪切带内面理一般呈S型或反S型，常用S或Ss表示。 断层的形成作用 矿物拉长线理在剪切带内面理上，矿物沿最大拉伸方向定向排列，构成矿物拉伸线理L 。 断层的形成作用 S-C组构除剪切带内的S型面理外，还有平行剪切带界面的面理或糜棱面理，用C或Sc表示，它是由更细的颗粒或云母等矿物组成的。C面理与S面理共同组成S-C组构 。 断层的形成作用 韧性剪切带内变

15、形特征a型褶皱是褶皱轴与拉伸线理平行的褶皱，可以由剪切作用直接形成，或是由b型褶皱随着剪切变形的加剧改造而成，一般发育在剪切带的中心部位。鞘褶皱是a型褶皱的一种特殊类型，其褶皱轴与拉伸线理平行，形似剑鞘，常呈扁圆状或舌状，甚至圆筒状，多为不对称褶皱，沿剪切方向拉得很长 a型褶皱和鞘褶皱断层的形成作用 断层的形成作用 糜棱岩粒径减小；出现在较窄的带内；出现强化面理(流动构造)和(或)线理。韧性剪切带内的变形岩石一般形成糜棱岩系列。糜棱岩系列岩石的重要特征是具流动构造，矿物经受了塑性变形，并由塑性变形导致明显的重结晶及强烈的优选方位。糜棱岩特点断层的形成作用 随着糜棱岩化程度的增高，可将糜棱岩进一步划分