断层与构造岩石学

断层构造与构造岩FaultandTectonite侯泉林（研究生院地学院）E-mail:quhou@断层构造断层(fault)：岩石沿断裂面有显著位移的破裂构造,地壳中最主要的变形构造之一控制区域构造格局和演化、矿产形成与分布，影响工程建设，诱发地震等自然灾害断层脆性断层（地壳浅层）－一般意义上的断层韧性剪切带（地壳深部）脆性断层(brittlefault)韧性断层(ductilefault)断层面(faultsurface)：切断岩石并使两侧岩石发生位移的断裂面。常有檫痕和镜面。断层带(faultzone)：由一系列断层面或较宽的破碎带组成。带内岩石破碎，常发育断层角砾岩、断层泥、超碎裂岩和糜棱岩。断裂带一般宽达数米，甚至几公里。一、断层面或断层带断层要素产状(occurrence)：以断层面的产状表示，包括走向、倾向和倾角。表示方法：走向/倾向倾角，或倾向倾角断层线(faultline)：断层与地面的交线断层的分类断层与岩层走向关系走向断层倾向断层斜向断层顺层断层断层两盘相对运动分类1.正断层（normalfult)：断层上盘相对下盘沿断层面向下滑动的断层.一般为倾角大于45度的高角度正断层，但多数向下变缓，形成铲（犁）式断层。倾角在45度以下的为低角度正断层，规模较大的低角度正断层称为拆离断层。拆离断层2.逆断层(reversefault)：断层上盘相对下盘沿断层面向上滑动的断层倾角大于45度为高角度逆断层，即通常所指逆断层倾角在45度以下的为低角度逆断层，倾角小于30度的大规模逆断层称为逆冲断层。逆冲断层一般也呈铲式。3.平移断层（走滑断层,strikeslipfault)：两盘沿断层走向相对运动,断层面产状一般陡立根据运动性质可分为：左行(sinistral)走滑（平移）断层和右行(dextral)走滑（平移）断层.4.兼具倾向滑动（正、逆断层运动）和走滑运动的断层。左行正断层、左行逆断层、右行正断层、右行逆断层、正断右行走滑断层、正断左行走滑断层、逆断右行走滑断层、逆断左行走滑断层。

命名中后者为主要运动性质5.枢纽断层(hingefault)：断层两盘绕一垂直于断层面的轴旋转形成的断层,旋转断层(rotationalfault)的一种。旋转轴在一端旋转轴在中间断层的形成机制当岩石受力超过其强度，即应力差超过其强度便开始破裂。破裂之初，出现微裂隙，微破裂尖端因应力集中而逐渐扩展，相互联合，形成一条明显的破裂面，即断层两盘借以相对滑动的断裂面。一、安德森断裂模式（安德森断层分类）

不同的应力状态形成不同运动性质的断层。该模式认为因为地面与空气间无剪应力作用，所以形成断层的三轴应力状态中的一个主应力轴趋于垂直地平面。以此为依据将断层分为正断层、逆(冲)断层和平移断层三种基本类型，并提出了形成三种断层的应力状态。断层面是一个剪裂面，σ1（主压应力）与两剪裂面的锐角分角线一致，σ3（最小压应力或最大拉应力）与两剪裂面的钝角分角线一致。σ1所在盘向锐角角顶方向滑动，断层两盘垂直于σ2（中间应力）方向滑动。（应力以压应力为正值，所以应力增大为压应力值增大，应力减小为拉应力增大）

形成正断层的应力状态是：σ1直立、σ2和σ3水平，σ2与断层走向一致，上盘顺断层倾斜向下滑动。

根据形成正断层的应力状态和莫尔圆，引起正断层作用的有利条件是：最大主应力(σ1)在铅直方向上逐渐增大，或者是最小主应力(σ3)在水平方向上减小。因此，水平拉伸和铅直上隆是最适合于发生正断层作用的应力状态。σ3σ1σ3σ1σ3σ1

形成逆(冲)断层的应力状态是：最大主应力轴(σ1)和中间主应力轴(σ2)是水平的，最小主应力轴(σ3)是直立的，σ2平行于断层面走向。

逆冲断层的应力状态和莫尔圆表明，适于逆冲断层形成作用的可能情况是：σ1在水平方向逐渐增大，或者是最小主应力(σ3)逐渐减小。因此，水平挤压有利于逆冲断层的发育。

形成平移断层的应力状态是：最大主应力轴(σ1)和最小主应力轴(σ3)是水平的，中间主应力轴(σ2)是直立的，断层面走向垂直于σ2，滑动方向也垂直于σ2，两盘顺断层走向滑动。最大有效力矩准则根据安德森模式，正断层应高角度，逆断层才是低角度。但实际上自然界大多数大规模正断层是低角度的。这是目前国际地质学界没有解决的问题。为此郑亚东教授（1999）提出了最大有效力矩准则：在伸展环境下，脆韧性层状岩石将形成伸展褶劈理(ecc)，该劈理的倾角受最大有效力矩控制，一般为35度左右，这些伸展褶劈理进一步扩展形成低角度正断层。AndersonmodelMaximumeffectivemomentcriteria断层的识别一、地貌标志3.错断山脉4.串珠、带状分布的湖泊和泉水5.水系的变化1.断层崖2.断层三角面二、构造汤标志1.构造林不连续性2.断层姑面的存在3.强变槐形带的出神现如强烈鸽劈理化防带和强烈碎薪裂带4.断层余构造岩断层两名盘岩石复在断层岭活动中两被改造应形成的类变形岩跳石地壳浅部遗－脆性断炼层－脆性氏断层构造防岩(碎裂汪岩)地壳深部毯－韧性剪刷切带－糜休棱岩大型断层绞：正断层啦－地层缺杠失，逆断择层－地层础重复三、地层棕标志（地匠层的重复部与缺失）四、小马型岩体赌、矿化搂和热液荣蚀变成位带分布五、同雄一岩层喘岩相和酿厚度的识急剧变糖化大型断秀层：正垃断层－妇地层缺患失，逆屿断层－踏地层重口复一、地层盯关系断层运酸动性质株的判别二、.标秤志物的错灰断：包括岩火层、岩浴脉、不整合伞面、先储期断层和侵入强体边界等境。三、牵引亭构造牵引褶皱故(dra骑gfo封ld)：扬断层两盘坏紧邻断层涝面的岩层锄因断层运妨动拖曳发柄生弯曲形崖成的褶皱柄，也称拖庙曳褶皱。反牵引褶酷皱(re擦vers闻edr罩ag)：劳铲式正断派层形成的侨一种牵引蛇褶皱四、擦独痕(s炉tri肌ae,耍sc暮rat及ch)断层两盘宏相对运动孝时在断层艺面上划下盘的刻痕。反映断弄层两盘妈的真实院运动轨骗迹。钉头痕投：由大污而深的团一端和粒小而浅昼的一端翻形成的魄擦痕，嫂断层对邮盘由深灵的一端向向浅的塞一端运蝇动五、阶熊步(s引tep俊)断层活触动中在客断层面挥形成的燥与断层运动方冤向垂直的秋微小陡坎析，在陡坎处举常发育免与擦痕乡丰平行的育矿物生长纤第维。正阶步反阶步正阶步与左反阶步的奶区别：1）正许阶步陡献坎比反方阶步缓俗；2）毁正阶步铺有生长世矿物纤德维；反注阶步无摩；3）劲反阶步惹一般为尾鳞片状鸟，可剥兆落。张裂隙透镜体补、面理腔取向褶皱的例倒向六、断层带张印裂隙、透赤镜体排列德和劈理的致取向、褶腐皱的倒向由于张剥裂隙平亿行于最网大主应逃力方向唐，透镜常体的扁哨平面、婆劈理面矮平行或各近平行顾于应变惯椭球体会的XY历面，因冷而可据类以下准怒则确定盯运动方险式：张裂隙与酬断层面所品交锐角指绍示本盘的途运动方向暖；劈理面清与断层所映交锐角指恶示对盘的粉运动方向捧。（自己判榴断左图有悦没错误？苹）构造岩冒石学(pe斩tro踏tec臂ton任ics它)概过述概念：构造岩(tec决toni钞te)或断层(裂)岩(fau撞ltr例ocks克):即形成于第断裂带（舰剪切带）扁中的变形棕岩石。有绘关构造岩流的研究已管有100多年的历泻史。过去认箩识：构造吧岩是脆洁性变形逼的产物旺，即破丧裂起主映导作用株，所以弃又称为吼碎裂岩怒或断裂轮构造岩望。并按独碎裂程荒度分为乡丰断层角朵砾岩—碎裂岩—糜棱岩，扔这种认识泪一直持续缘瑞将近一个夸世纪。现代认识：上世纪70年代之后内，随着对京地壳深层锤次的变形隶及其有关桑岩石的深置入研究，磨以及有关触实验研究夺，对构造剧岩，特别水是糜棱岩雨的研究才垂有了突破弊性进展。惹认识到，糜棱岩并巨非脆性破将裂后经强卸烈研磨而陈成的产物盈，而是韧颜性变形的菌产物。所以将构框造岩分为姻两个系列杰：碎裂岩系骂列—脆性系分列，代奴表地壳锁浅部断哨层带的科产物；泄糜棱岩我系列—韧性系梦列，代现表地壳啄深部剪秀切带的纤产物。Sib某son旗(1啄977偏)根据对构恋造岩的新盆认识，提障出了新的齐分类方案救。该分类籍法主要考思虑构造岩蝴的结构：1、固结与伍未固结；2、紊乱门组构与坡面理化效组构；3、碎斑胞的大小啊与基质劣的含量酿；4、重结晶地程度。此咸分类法在般我国产生恒了很大影弓响，并得菌到广泛应之用。不足之处愿：未注意以帆晶粒生长僻为主的结洒晶作用；寄未考虑构锡造岩的变榨质程度。Sibs哈on(耳1977纵)构造岩鄙分类Sibs致on(197纠7)构造岩恒结构分封类方案构造岩的希分类方案请比较多，货各有千秋蒜。何绍勋郑等(19鸣96)在填前人分类眯的基础上嚼，提出了御又一方案伏。构造岩的既特征断层角砾觉(sha笋tter怪edr订ocks宋)及断层扶泥(go圾uge)断层角铅砾和断啊层泥均射是未固辨结成岩阿的断层培产物，泳主要由视一些晚驾期和近脾地表的抵表层断骄层(1-责4k絮m)形成。断层角砾逐以岩石碎性块为主(>30奴%),基质为边同成分默的碎屑角，若碎扣块定向坐明显可蛾称为透添镜化带蛾；断层泥是症由断层破讽碎和研磨丧作用形成前的糊状物矛，矿物颗昆粒小，肉鱼眼难以辨让认，其中贷碎块<30%，可发育直一组剪破陵裂，并被肉方解石等渐充填。其理形成过程班常伴随压脂溶作用，培使方解石浅、长石和肾石英等矿文物减少，错而泥质、妄碳质和粘溉土矿物等服增多。断墓层泥可具兄定向构造狠，成片理搅化带。断层泥闪(go秀uge锣)断层带中医的断层角往砾碎裂岩系竭列(ca塑tacl熊asit料e)以脆性变轧形为主。尽主要特点潮：无定向烤或弱定向暂；裂隙发签育，被切齐割成大小枣不等的碎兆块。随着多变形的加气剧，碎块萝粒度变细锡，碎块间边碎基增多锻。(水磨石替地板)；随着碎丹块减小廊，碎基取增加，度可分为荷碎裂的XX岩、初碎意裂岩、碎换裂岩和超粉碎裂岩。断层带中起，从边部肆到中心，纱可见从碎酱裂的XX岩—初碎裂岩—碎裂岩—超碎裂奋岩的过肆渡。碎椒块大小后不一，错可呈棱补角状、旱次圆状响等。习背惯称构怪造角砾垮岩或断裕层角砾啄岩构造角籍砾岩(好bre院cci紫a)构造角浑砾岩(仆bre貌cci萝a)构造角砾赚岩(br毒ecci割a)玻化岩(圣buch藏ite)玻化岩最过早由Sh倾and(套1916传)提出，赵用于描述隶南非Pa醋rijs槽地区一种桌由冲击作惯用形成的冶呈脉状的孙暗色的隐毯晶质岩石田。一般颜铺色较深，治常呈黑色踪蝶或黑绿色锡，外貌很良像玄武玻裁璃，故又淹称假玄武跑玻璃(p街seud朵otac傍hyli听te)良，也有人冠称构造熔姿岩。构造熔资岩是岩蚊石在高秧应变速百率(由攀地震或喝冲击作滑用)下裹，沿断开层面快冶速滑动索所形成索的一种专特殊的晴构造岩属。假玄武睁玻璃(稻云蒙山与核杂岩关拆离断公层)假玄武饮玻璃(垂黑色条摔带部分胆)玻化岩许的成因1、熔融观：岩石在须高应变速胡率下发生文变形、局校部高温熔梨融又迅速元冷凝而形宗成；2、爆裂观：在高题应变速掠率下岩招石发生乌“爆裂党”，形纲成密集宏的裂隙平，将岩替石切割结成粉末宁状，尔缓后再由资粉末凝爸聚而成讽；3、综合观：Sp特ray络(19怒95)常进行了甘花岗岩边的快速箭滑动导基致熔融领的实验丘研究，劈燕表明玻警化岩的萌形成过剑成是上他述两种备观点的锡综合，熟而不是印孤立的魔过成。玻化岩形贺成过成(碗Spra条y,1护995)刃：初始破裂购发生时，害岩石先形梦成粗大碎顶块，而没诱有熔融现辨象；随后葡，磨碎作罗用使碎块刚逐渐变细宰，引起碎壶块表面能慎(积)急街剧增加(室可达30锐00多倍霉)，当磨肠碎作用达企到临界应营变速率时秒，由破裂糕和弹性应带变产生的仗热量超过这系统散发厕的热量，义熔融作用尾开始发生茂。因此认袋为，磨碎丘是熔融作直用的前提谎，二者是悔玻化岩形颜成过成的裕不同阶段赌。玻化岩匹的产出：玻化岩术是地震滑鼻动的产物杨，可分布溉于整个地揪震带中，琴可形成于嫩地壳浅部择(<12献km)的办弹－脆性芳变形机制倘下，也可跪形成于较肚深部位(捉12-1战8km)虫的塑性变旗形环境下允，即在韧滤性剪切带驼的糜棱岩隶中也可出核现玻化岩什。如苏格挽兰西北的屠莫因断层竞(Sib递son,破1980插)、桐柏驶大别地区貌的韧性剪手切带中均痒发现玻化植岩和糜棱超岩共生，喜但不同深想度玻化岩渗的结构不讨同。(Sw匠ans限on,壶199蚊2)糜棱岩系盆列糜棱岩活(my乏lon腥ite略)最早姐是La钢pwo肾rth欣(1寺885继)描述荣莫因断劈燕层中的漂岩石时店首先提沟出来的预。当时凑认为，做糜棱岩抄是一种鼠细粒的宣具有强独烈页理虑化的岩苏石，是红在脆性斤破碎和徒研磨作补用下形郑成的，考不伴有桶组分的匠重结晶矮作用。Chri返stie漆(196羡0)发现冲莫因断层厨的糜棱岩龄普遍发育霞重结晶现剪象，但认六为是后构废造重结晶独所致，没梁有打破是屑脆性变形冰的认识。198贱1年美第国国际贸会议，跳普遍认表为糜棱蝇岩有三晌个基本尝特征：赶粒度减怜小(细犬粒化)并；出现厨在较窄富的带内益；具有堵增强的涉页理和爸线理。现代研究冰认为，上槽述三个特耻征只适用疼于结晶岩魔及花岗岩材，对于隐衔晶质碳酸拦盐岩来说悠，韧性