第十一章断层概论

第十一章断层概论第一节的几何要素和位移断层断层是地壳岩石体中沿破裂面发生明显位移的一种破裂构造。1、断层面：是一个将岩块或岩层断开成两部分，并借以发生位移滑动的破裂面。

2、断层面产状：断层破裂面的空间产出位置，由其走向、倾向和倾角确定。

3、断层带：由一系列破裂面或次级断层以及它们之间所夹的岩块、岩片、各种构造岩所共同组成的带。

4、断层线：是断层面与地面的交线。即断层在地面的出露线。其形态决定于断层面的弯曲程度、断层面产状和地面的起伏。断层面倾角越缓、地形起伏越大，其形态就越复杂。

5、断盘：是断层面两侧沿断面发生位移滑动的岩块。

上盘：倾斜断面上侧的岩块。

下盘：倾斜断面下侧的岩块。

上升盘：沿倾斜断面向上滑动的岩块。

下降盘：沿倾斜断面向下滑动的岩块。断层面断层线断层的几何要素美国加州地区圣安德烈斯（SanAndreas）断层系及其它大断层断层的位移I断层位移立体图II垂直于被错断岩层走向的剖面图III垂直于断层走向的剖面图第二节断层分类 1、断层走向与岩层走向的关系：

走向断层：断层走向与岩层走向基本一致的断层。

倾向断层：断层走向与岩层倾向一致的断层。即与岩层走向直交的断层。

斜向断层：断层走向与岩层走向斜交的断层。

顺层断层：断层面与岩层层面等原生界面基本一致的断层。断层与有关构造的几何关系分类 2．断层走向与褶皱轴向的关系：

纵断层：断层走向与褶皱轴向一致或与区域构造线方向基本一致的断层。

横断层：断层走向与褶皱轴向直交或与区域构造线方向近于直交的断层。

斜断层：断层走向与褶皱轴向斜交或与区域构造线方向斜交的断层。断层与有关构造的几何关系分类断层两盘相对运动分类

1、正断层：指断层上盘下降，下盘相对上升的断层。

特征：断面产状较陡，倾角多在450以上；一些大型正断层往往上陡下缓总体形态呈铲状、犁状或勺状。 2、逆断层：指断层上盘上升，下盘相对下降的断层。根据断面倾角的大小，又可分为如下几种类型。

高角度逆断层：断面倾角在450以上。

低角度逆断层：断面倾角小于450。

逆冲断层：位移量较大的低角度逆断层，倾角在300左右。

推覆构造：具一定规模，且位移量很大的低角度逆冲断层（原地岩块、外来岩块--推覆体，飞来峰，构造窗）。图中所示并不代表原始沉积构造，而是经历了如插图所示的一系列构造变形，才最终形成现在所看到的地形和地貌（飞来峰，klippe）。飞来峰

3、平移断层：断层两盘顺断面走向相对运动的断层。

特征：断面平直光滑、近于直立，剪切性质突出。根据断层两盘相对运动方向不同，又可分为：

左行平移断层/右行平移断层 规模巨大的平移断层则称为走滑断层。4、斜向滑动断层：命名时可采用组合命名法。

5、枢纽断层：断层两盘相对发生大的旋转（分为旋转轴位于断层一端或断层中部一点两种情况）。第三节断层形成机制（安德森模式）正断层形成条件应力状态：σ1直立，σ2和σ3水平。断层产状特征：σ2与断层走向一致，上盘顺断层倾向下滑。正断层形成条件：最大主应力（σ1）在垂直方向上逐渐增大，或者最小主应力（σ3）在水平方向上减小。地壳水平拉伸和垂向上隆是最适合于发生正断层的应力状态。逆断层形成条件应力状态：σ1和σ2（中间主应力轴）水平，σ3垂直。断层产状特征：σ2平行于断层走向，上盘顺断层倾向向上滑动。逆断层产生条件：σ1在水平方向上逐渐增大，或者σ3逐渐减小。地壳中水平挤压有利于逆冲断层的发育（例如大陆造山带挤压碰撞带）。平移（走滑）断层形成条件应力状态：σ1和σ3水平，中间轴（σ2）直立。产状特征：断层面在垂直于σ2方向上滑动，两盘顺断层走向滑动。

左旋滑动：逆时针方向滑动。

右旋滑动：顺时针方向滑动。形成条件：滑动方向与σ1、σ3应力大小有关。安德森模式是解释近地表或地壳浅部脆性断裂的依据。第四节断层岩断层岩及其研究意义

断层岩：是断层两壁岩石在断层作用过程中被改造成不同结构或不同成分的岩石。

研究意义：

（1）断层岩本身就是断层存在的一种良好标志； （2）断层岩属性可以判断变形的性质：脆性或韧性； （3）测定断层温度和压力； （4）判断断层两盘相对运动方向。断层岩分类断层岩分为与脆性断层伴生的碎裂岩系列和与韧性剪切带伴生的糜棱岩系列。碎裂岩系列包括断层角砾岩（角砾大于2mm）碎裂岩（颗粒在0.01－2mm）超碎裂岩（颗粒小于0.01mm）玻化岩断层泥假玻玄武岩（玻化岩）

玻化岩是在断层强烈快速研磨和错动过程中产生剪切热，从而诱发局部熔融，而后又迅速冷却，形成外貌似黑色玻璃质的岩石，称为玻化岩或假玻玄武岩（pseudotachylyte）。玻化岩（假玻玄武岩）成分特征：因断层岩石不同而不同；结构特征：似玻璃质，隐晶质结构；成因特征：快速地震过程中产生的岩石，因此人们称为古地震的“化石”；产出特征：呈脉状产于各种构造裂隙和断层之中。第五节断层效应断层效应断层效应是指由断层作用而引起的各种现象，即视效应（或假象）。走向断层不但能造成地层的缺失，而且还可以造成地层的重复。即由走向断层引起地层关系上的效应，这也是判定断层存在和性质的依据。缺失：是指一套正常地层中的一层或数层，由于断层作用，在夷平面上断缺的现象。重复：是指一套正常地层中的一层或数层，由于断层作用而重复出现的现象。走向断层效应共可以出现六种缺失或重复的基本形式。走向断层引起的断层效应断层性质断层倾斜与地层倾斜关系二者倾向相反二者倾向相同断层倾角大于岩层倾角断层倾角小于岩层倾角正断层地层重复地层缺失地层重复逆断层地层缺失地层重复地层缺失断层两盘相对运动方向下降盘出现新地层下降盘出现新地层上升盘出现新地层倾向断层引起的效应

平移正(逆）断层或正（逆）平移断层引起的效应

1）滑移线与岩层在断面上的迹线一致，平/剖面上岩层好象无错动。2）滑移线位于岩层在断面上迹线的下方，剖面上为正断层,平面上为平移错动。3）滑移线位于岩层在断面的迹线的上方，剖面上为逆断层,平面上为平移错动。CDAB在平面上有两种表现:即核部宽窄的变化和轴迹的错移。背斜核部变宽是上升盘向斜核部变窄是上升盘横断层错断褶皱引起的效应第六节断层的识别断层的识别标志地貌标志构造标志地层标志岩浆活动和矿化标志岩相和厚度标志地质标志地貌标志断层崖断层三角面错断的山脊串珠状湖泊洼地泉水的带状分布水系特点通常是断层上升盘形成的陡崖，正断层相对容易形成。滇池断层崖华山断层崖断层崖断层崖通常是活动断层面形成的陡崖受与崖面垂直方向的水流侵蚀切割而形成的沿断层走向分布的一系列三角形陡崖。断层三角面通常是平移断层相对平移错动，造成某一方向的山脊发生突然的、有规律的错断。错断山脊由大断层引起的断陷或破碎带形成的湖泊、洼地，在走向上呈线状、串珠状分布，单个湖泊、洼地也具有定向的特点。直线状洼地断裂活动形成的串珠状泉水串珠状湖泊洼地断层的存在常常影响水系的发育，引起河流的急剧转向、甚至切断河谷。

水系同步弯曲错断的水系构造标志 1、面理，线理的错开

2、岩层产状的急剧变化

3、构造强化带

4、构造透镜体及等斜的小褶皱带：其长轴及轴面与断面的锐夹角指示对盘的运动方向

5、断层岩发育地层标志岩浆活动与矿化作用

大断层尤其是切割很深的大断裂常常是岩浆和热液运移的通道和储聚场所。如果岩体、矿化带或硅化等热液蚀变带沿一条线断续分布，常常指示有大断层或断裂带的存在。一些放射状或环状岩墙也指示放射状断裂或环状断裂的存在。如果一地区的沉积岩相和厚度沿一条线发生急剧变化，可能是断层活动的结果。断层引起岩相和厚度的急变有两种情况，一种情况是控制沉积盆地和沉积作用的同沉积断层的活动，它会引起断层两侧沉积环境的明显变化，岩相和厚度因而发生显著差异；另一种情况是断层的远距离推移使相隔甚远的岩相带直接接触。岩相和地层厚度的突变第七节断层的观测断层面产状的确定断层面显露地表时，可以直接在断层面上进行测定。断层面未显露地表时，如果断层面比较平整、地形切割较强烈而且断层线出露良好，则可以利用“V”字形法则，或采用《在地形地质图上测定面状构造产状要素方法》进行断层面产状的测定。如果断层有三个或三个以上的钻孔控制，则可以采用《三点法求面状构造产状要素方法》确定断层产状。断层两盘相对运动方向的确定

根据断层两盘地层的新老关系

1.走向断层（纵断层） 两盘正常地层——上升盘地层相对老，下降盘相对新；

两盘倒转地层或(正常)地层倾角＞断层倾角——上升盘断层相对新，下降盘地层相对老。

2.横断层

横穿背斜——上升盘的背斜核部变宽，下降盘核部变窄；

横穿向斜——上升盘的向斜核部变窄，下降盘核部变宽。断层两盘相对运动方向的确定

根据牵引构造

断层两盘紧邻断层面(带)的岩层在断层两盘相对滑动过程中发生的明显弧形弯曲，这种弯曲叫牵引构造。一般认为这是两盘相对错动对岩层拖曳的结果。断层两盘相对运动方向的确定

根据擦痕和阶步

擦痕和阶步是断层两盘相对错动在断层面上因磨擦等作用而留下的痕迹。 擦痕是两盘岩石被磨碎的岩屑和岩粉在断层面刻划的结果（痕迹）。 特征：一端粗而深，一端细而浅，由粗深端向细浅端指示对盘运动方向。手感觉顺一个方向比较光滑，指示对盘运动方向。断层两盘相对运动方向的确定

根据擦痕和阶步

阶步：在断层滑动面上常见有与擦痕直交的微细陡坎，这种陡坎称为阶步。 野外见到大部分阶步是正阶步，它指示对盘运动方向断层两盘相对运动方向的确定

根据擦痕和阶步

反阶步：与一般阶步判断方向相反，即阶步不能指示对盘运动方向，而指示本盘运动方向，这样的阶步称为反阶步。 反阶步成因：次级剪切羽列横断结果。 两者区别：正阶步的眉峰常呈弧形弯转； 反阶步的眉峰常呈棱角直切。

断层两盘相对运动方向的确定

根据羽状节理和派生构造

羽状节理：是断层两盘在相对运动过程中，断层一盘或两盘常常发育次一级羽状排列的张裂隙（张节理）和剪裂隙（剪节理）。

第八节断层作用的时间性断层作用年代学研究

断层是不同地质时期不同