1、第六章 断层第一节 断层的概念及其几何要素 第二节 断层的分类和组合类型第三节 断层的成因分析第四节 断层的标志第五节 断层的观察与研究第六节 生长断层,第一节 断层的概念及其几何要素一、基本概念二、为什么要研究断层三、断层的几何要素四、断层的位移,二、为什么要研究断层断层发育广泛，是地壳中最重要的构造；大断层常构成区域地质格架一方面控制区域地质的结构和演化同时还控制和影响区域成矿作用；中小断层常直接决定某些矿床或矿体的产状；活动性断层直接影响水利、工程建筑，甚至引发地震；,三、断层的几何要素为了对断层构造进行描述、对比和研究，需要从断层的几何要素入手；1.断层面指将岩块或岩层断开并籍以滑动的
2、破裂面；说明： （1）断层本身属于一种面状构造，其空间方位和形态由其走向、倾向、倾角确定；,（2）断层面往往不是一个产状稳定的平直面，而是产状随走向或倾向发生变化的曲面； （3）大断层的断层面往往不是一个简单的破裂面，而是具有一定宽度的破碎带，即断层（裂）带； （4）断层带往往是由一系列近平行的或相互交织的破裂面（或次级断层）及其间所夹杂的破碎岩块、岩片及各种构造岩（断层岩）组合而成； （5）断层的规模越大，断层带越宽越复杂，断层带的宽度由不足1m至数Km；,2.断层线指断层面与包括地面在内的任何面的交线；说明： （1）地质图上，断层通常用一条断层线表示； 而构造图上断层通常由两条断层线所夹的
3、带（断层带）表示（？）;（2）断层线可以是直线，也可以是曲线，其形态取决于断层面的产状和地表或地下某层面的起伏形态，符合“V”字形法则；,断层线和断层带 左侧：地质图； 右侧：构造图；,四、断层的位移断层两盘的相对运动平直运动：指两盘相对平直滑移而无转动，两断盘上未错动前的平行直线，运动后仍然平行； 旋转运动：指两盘相对转动滑移（转动轴为断层面切线或法线），断盘上未错动前的平行直线运动后不再平行；,平动（平直运动） 转动（旋转运动）,断层的位移描述断层两侧岩层或岩体的相对移动；其大小和方向均具有重要意义； 相当点指未断之前的一个点在断层位移以后出现在两盘上的两个对应点； 相当层指出现在断层两盘
4、的同一地层；,常用的断层位移量1.滑距指断层两盘实际的位移距离，是根据错动前的一点，错动后分成两个对应点（相当点）之间的实际距离确定出来的断层位移；总滑距：指两相当点之间的真正位移距离；水平滑距：指总滑距在水平面上的投影长度；,走向滑距：指总滑距在断面走向线上的分量；走向滑距与总滑距之间的锐夹角为擦痕的侧伏角；倾斜滑距：指总滑距在断层面倾斜线上的分量；总滑距、走向滑距、倾斜滑距在断层面上构成直角三角形；倾向滑距：指倾斜滑距的水平分量；铅直滑距：指总滑距的铅直分量，又称断层落差；,总滑距：ab；水平滑距：am；走向滑距：ac；倾向滑距：cm；倾斜滑距：bc；铅直滑距：bm；,2.断距指被错断岩层
5、在两盘上的对应层之间的相对距离；显然，在不同方位的剖面上，测得的断距不同； （1）在垂直于被错断岩层走向的剖面上地层断距：断层两盘上对应层之间的垂直距离；铅直地层断距：断层两盘上对应层之间的铅直距离；水平地层断距：指两盘上对应层之间的水平距离；三者已知其一和地层产状，则可求得其它两个；,地层断距：ho；水平地层断距：hf； 铅直地层断距：hg；,（2）在垂直于断层走向的剖面上可测得与垂直于岩层走向剖面上相当的各种断距，即：视地层断距：ho； 视铅直地层断距：hg； 视水平地层断距：hf；另外，还有倾斜滑距、倾向滑距、铅直滑距；,（3）在平面上可测得：水平地层断距另外，还有：水平滑距；走向滑距；
6、倾向滑距；,第二节 断层的分类和组合特征一、断层的分类二、断层的组合类型,一、断层的分类断层的分类依据,地质背景 运动方式 力学机制 几何关系 ?,1.按断层与有关构造的几何关系分类（1）根据断层走向与所切岩层走向的方位关系走向断层：断层走向与岩层走向基本一致；倾向断层：断层走向与岩层走向基本直交；斜向断层：断层走向与岩层走向斜交；顺层断层：断层面与岩层层理等原生地质界面基本一致；,（2）根据断层走向与褶皱轴向或区域构造线之间的几何关系纵断层：断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向基本一致；横断层：断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向基本直交；斜断层：断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向斜交；,2.按
7、断层两盘的相对运动分类（1）正断层指断层上盘相对下盘沿断层面向下滑动的断层；特点：产状一般较陡，断层面倾角大多在45以上，以60左右常见（？）；,一些正断层断面产状基本一致，呈板形；而大型正断层其倾角往往随深度变缓，即上陡下缓，呈铲形；,断层带内岩石破碎相对不太剧烈，角砾岩多带棱角，且没有强烈挤压形成的复杂小褶皱等现象；根据断层与所切岩层的产状关系，可把正断层分为正向正断层、反向正断层、屋脊式正断层、反屋脊式正断层等；,（2）逆断层指断层上盘相对下盘沿断层面向上滑动的断层；特点：根据断层倾角大小分为高角度（倾角45）逆断 层和低角度逆断层（倾角45）；低角度逆断层也称逆掩断层，其倾角一般在30
8、左右或更小，断层规模越大，断面倾角越平缓，位移量越大，有时断层面呈波状起伏；,逆掩断层常显示出强烈的挤压破碎现象，形成角砾岩（2mm）、碎裂岩、超碎裂岩（0.1mm）等断层岩，同时还发育反映强烈挤压的揉皱、劈理化等现象；逆掩断层带两侧岩层常强烈褶皱变形；,推覆构造指推移距离在10Km（5Km）以上，倾角极其平缓的巨大逆掩断层，其上盘因从远处推移而来，称为外来岩块，下盘相对未动而称为原地岩块；推覆体：是指一种外来岩块（体），因总体呈平板状，又称逆冲岩席；,构造窗当逆冲推覆构造发育地区遭受强烈侵蚀切割，将部分外来岩块剥掉而露出下伏原地岩块，表现为在一片外来岩块中露出四周以断层为界的局部原地岩块，称
9、为构造窗；它常常是较老地层中出现一小片由断层圈闭的较年轻地层；,飞来峰在强烈的剥蚀作用下，外来岩块被大面积剥蚀，仅局部残留，这种四周被断层环绕，孤立于大片被剥露出来的下盘原地岩块之上的残留的小片外来岩块，称为飞来峰；它常表现为较年轻的地层中残留一小片由断层圈闭的较老地层，地貌上常表现为陡立的山峰；,（3）平移断层指断层两盘顺断层面走向相对移动的断层；规模巨大的平移断层常称为走向滑动断层；特点：平移断层面一般陡峻以至直立；根据两盘的相对滑动方向，可分为右行（右旋）平移断层和左行（左旋）平移断层；所谓右行（或左行）是指垂直断层走向观察断层时，对盘向右运动（或向左运动）；,（2）正、逆、平移断层的两
10、盘相对运动都是直线运动，实际上许多断层常有一定程度的旋转运动；一种是旋转轴位于断层的一端，表现为垂直于断层走向的各个剖面上的位移量不等；一种是旋转轴不位于断层的端点，表现为旋转轴两侧的相对位移的方向不同，如一侧为上盘上升，而另一侧为上盘下降；两种旋转均使两盘中岩层原来一致的产状不再平行一致，旋转量大的可称为枢纽断层；,二、断层的组合类型同一地区、同一时期、同一应力场作用下形成的多条断层（彼此间成因上相联系）之间表现为一定的共生组合关系，即断层彼此间组合显示出一定的几何规律；,a平行式组合 b雁列式组合 c帚状组合 d环状组合 e放射状组合 f斜交式组合,常见的断层平面组合型式,1.平行式断层组
11、合由若干条走向近平行的断层组合而成； 特点：同一组合内各条断层的断面倾向可以相同，也可以不同；各条断层的性质相同，可以同为正断层、逆断层或走滑断层，但通常纯走滑断层少见；各条断层常具有等规模性和等间距性；,2.雁列式断层组合由若干条相同性质的走向近平行的断层在平面上呈雁列式排列组合而成； 特点：各条断层可以同为正断层、逆断层或走滑断层，但通常纯正（或逆）断层少见；各条断层常具有等规模性和等间距性；其形成与剪切构造应力场有关；,3.帚状断层组合由若干条同向弯曲的走向向一端收敛、向另一端撒开的弧形断层组合而成； 特点：在帚状断层的旁侧常存在高级别的主干断层， 帚状断层的形成常是由主干断层的活动所致
12、 （？）；平面上主干断层常具有平移性质，帚状断层常具平移兼正或逆性质；,张剪性帚状断层：帚状断层凹侧盘相对凸侧盘向撒开方向移动；压剪性帚状断层：帚状断层凹侧盘相对凸侧盘向收敛方向移动；,a-主干断层；b-张剪性帚状断层；c-压剪性帚状断层,走滑断层端部应力状态,4.环状和放射状断层组合环状断层组合：由若干条同向弯曲的弧形断层围绕一个中心呈同心圆状排列而成；放射状断层组合：由若干条断层自一个中心向四周呈辐射状排列而成； 特点：两者常是隆起作用下导致平面引张的结果，为正断层的组合类型；两者在同一构造产出或单独发育；,F1平移断层F2逆断层 F3正断层 U上升 D下降,斜交式断层,a平行式组合 b雁
13、列式组合 c帚状组合 d环状组合 e放射状组合 f斜交式组合 其它型式（？）,常见的断层平面组合型式,1.阶梯状断层组合由若干条产状基本一致的正断层组合而成， 各断层的上盘依次向同一方向断落； 特点：各断层面呈板形或铲形；各条断层或者向下延伸不深便自行消失；或者向下延伸交于主干断层；或者相切于某一水平滑动面；或者呈多米诺式；,各断层限定的断块一般均发生过旋转； 根据各条断层的倾向与所夹岩层的倾向一致或相反分为同向和反向阶梯状断层组合；该类型断层组合常发育在伸展断陷盆地的边缘；,多米诺式（半地堑或箕状构造）,特点：该组合类型为伸展断陷盆地的典型构造；地堑常构成盆地或其中的坳陷、凹陷等负向构造；地
14、垒则常构成隆起、凸起等正向构造；半地堑（箕状断陷）一侧为正断层控制，向另一侧基底呈单斜，沉积盖层呈超覆状态；,3.”Y”字型断层组合由主干断层和与其对应的上盘低级别断层组合而 成，剖面上呈“Y”字型；特点：该类型是生长正断层的典型组合类型，一般在伸展断陷盆地中发育；其产生往往是在伸展和重力作用下，由主干断层派生出上盘低级别断层所致；,根据上盘低级别断层数量以及与主干断层的倾向关系，进一步分为：,反向“Y”字型（a）同向“Y”字型（b）多级“Y”字型（c）,4.叠瓦状断层组合由一系列产状大致相同呈平行排列的逆断层组合而成，各断层上盘岩块依次向上逆冲，剖面上呈瓦片一样依次叠覆；特点：该类型是逆断层
15、的典型组合类型，一般发育在挤压型前陆盆地的边缘；,该组合中各断面倾角常向下变缓，在深处收敛成一主干断层；,5.花状构造由于剪切断裂带在浅部的向上分叉、撒开而形成的断层组合，在剖面上形似花朵； 特点：该类型是大型平移断层（即走滑断层）在地壳浅部形成的典型组合类型，一般发育在走滑型盆地的边缘；,组成花状构造的断层可为正平移或逆平移断层；据此将花状构造分为正花状和负花状构造；正花状构造：由走滑断层产生的压剪作用所形成，分叉、撒开的断层多具有逆断层性质，构造形态为背形； 负花状构造：由走滑断层产生的张剪作用所形成，分叉、撒开的断层多具有正断层性质，构造形态为向形；,第三节 断层的成因分析一、地壳中应力
16、状态 二、地壳中断层形成的特点 三、均匀介质中断层与主应力轴的关系四、非均匀介质中断层与主应力轴的关系五、正断层的成因分析六、逆断层的成因分析七、平移断层的成因分析,一、地壳中应力状态 地壳内应力测量表明，在许多地方一个主应力方向是垂直或近于垂直地表的；当研究的问题可以忽略地球曲率时，常假定一个主应力是垂直的，从而另外两个主应力为水平方向； 这样，在处理地质问题时，常用应力符号：v垂直主应力Hmax水平最大主应力Hmin水平最小主应力,两种最简单的地应力场情况1.没有构造应力时地壳上部应力场所谓没有构造应力，就是只考虑岩石自重引起的应力场，且假定岩石在水平方向上没有变形（x = y = 0 ）
17、；垂直主应力：v=gh 岩石密度；,岩石微元在受垂直压应力作用时其弹性响应使水平的侧向有略微扩张的趋势称为泊松(Poisson)效应。考虑到连续的岩层互相挤压在一起侧向无法扩张，用弹性力学的描述，该条件可表示为：x = （x-（y +z）/E = 0y = （y-（x +z）/E = 0得到： H =x =y = gh/（1-）泊松比；由于0.5，所以 H v;随深度增大到0.5，H=v（静岩压力状态）；,没有构造应力时地壳上部应力场特征v、H随深度的变化特征,二、地壳中断层形成的特点 断层的两盘沿断裂面有明显位移（剪切滑动），其形成有两个阶段： 1.脆性破裂阶段差应力（1- 3 ）超过其破裂
18、强度产生破裂，基本符合库伦破裂准则；破裂之初，出现微裂隙（一般成羽状排列，且多为张性），微裂隙逐渐发展、联合，形成一条明显破裂面；,2.剪切滑动阶段差应力（1- 3 ）超过其摩擦强度，两盘开始相对滑动，断层形成；基本符合拜尔利（Byerlee）定律，即岩石沿某一滑动面发生摩擦滑动的条件是： = 0.85*（ 200MPa）= 50MPa + 0.6*（ 200MPa）某一滑动面上的剪应力；某一滑动面上的正应力；,摩擦滑动的两种形式 （1）稳态滑动滑动平稳发生，没有突然的应力降，自然界中称为断层蠕动；（2）粘滑（stick-slip）滑动突然发生，应力急剧下降，然后锁住，应力积累到一定程度，又开
19、始滑动，这种运动方式可导致地震；,注意：受地壳内实际应力场特点（至少一个主应力为压应力）的控制，一般认为断层面是一个剪切破裂面，即断层的形成往往是剪切破坏；,三、均匀介质中断层与主应力轴的关系1.安德森（Anderson）模式提出的依据：a，因地面与空气间无剪应力作用，从而认为在地壳表层一定深度范围内，有一个主应力轴趋于垂直地面；b，库伦破裂准则，且假定内摩擦角30；c， 各向同性力学性质；,断层形成的三种应力状态（1）形成正断层的应力状态1直立，2和3水平；2与断层走向一致；断层倾角近60；,在这种应力状态下，根据应力摩尔圆，1增大或3减小，都可以导致形成正断层；水平拉伸、地块上隆是形成正断
20、层的有利条件；,正断层作用的应力状态摩尔圆,（2）形成逆断层的应力状态3直立，1和2水平；2与断层走向一致；断层倾角近30；,在这种应力状态下，根据应力摩尔圆，1增大或3减小，都可以导致形成逆断层；水平挤压是形成逆断层的有利条件；,逆断层作用的应力状态摩尔圆,（3）形成平移断层的应力状态2直立，1和3水平；1、 3都与断层走向水平斜交；断层倾角近90；,1,安德森（Anderson）模式的适用条件a，地质体为均质，无先存软弱面； b，受力均匀，可以用点应力状态代表地质体整体应力状态；c，主应力轴水平或直立； 该模式主要适用于解释地表或近地表断层；,2.哈弗奈（Hafner）模式虽然Anders
21、on模式常作为地质学家分析断层作用应力状态的基本依据，但自然界情况十分复杂；哈弗奈分析了地球内部可能存在的各种边界条件所引起的应力系统，假定一个标准应力状态并附加以类似实际构造状况的边界条件，提出了三种附加应力状态，并推算出相应边界应力场下势断层的可能产状和性质；,哈弗奈（Hafner）模式有助于查明一定边界条件应力系统下的潜在断层；局限性在于很难选择有地质意义的边界条件；,四、非均匀介质中断层与主应力轴的关系Anderson和Hafner两种模式前提条件都是均匀介质；但地壳浅层常是非均质的，表现为有先存软弱面存在，或介质力学性质的各向异性；这种情况下，只要某方向弱面上的剪应力达到该弱面的抗剪
22、强度，断层就可以顺其发生；,断层面（先存弱面）与1夹角可大可小，也不一定平行2；,各向异性岩石中的断层作用,P软弱面； AB剪切破坏的莫尔包络线； CD软弱面破裂包络线； R、Q分别代表与1夹角为30和45面上的应力；,注意：岩层面、不整合面、老断层等皆为岩体中的弱面，在新的构造应力作用下它们并不一定处在最易发生破裂的方位，但它们仍可能易于活动；此时需要区别新生断层与弱面导致断层或老断层的复活；,在巨大的地质体中，当有很多弱面表现为透入性分布（即规模不大，各方向随机分布）时，从整个岩体尺度看，非均匀体可视作均匀体；此时主体大断裂与主应力的方位关系仍符合Anderson和Hafner模式；分析断
23、层形成作用，必须结合具体地质条件具体分析；,五、正断层的成因分析1.区域水平拉伸作用板块的分离边缘板块的背离作用导致大规模的区域性水平拉伸应力条件；伸展盆地的边缘水平拉伸使3水平，沉积荷载使1铅直；,2.局部拉伸作用背斜构造顶部背斜外弯层诱导与枢纽垂直的顺层张应力，同时在铅直方向上由于岩体重力造成直立压应力，可产生：纵向地堑（长轴背斜）；横向正断层（短轴背斜）；环状或放射状正断层（穹隆）；,4.重力滑动足够的重力势能和必要的滑动面会导致重力滑动，形成正断层；常在浅海或大陆坡的未固结沉积物中发育；,六、逆断层的成因分析（一）高角度逆断层的成因 1.造山带中与褶皱同时发育的高角度逆断层发育在造山带
24、中一系列轴面陡倾的紧闭同斜褶皱的倒转翼；倾向与褶皱轴面倾向一致，倾角为高角度；成因为在水平挤压作用下，造山带物质垂向差异塑性流动所致；,（二）低角度逆断层的成因其形成符合Anderson模式； 1.早于褶皱形成的剪开逆断层逆断层发育之前无明显褶皱现象，是在水平地层背景上发展起来的；断层的某些段常顺岩层面滑动，进一步挤压导致无根褶皱的形成；,2.与褶皱同时发育的破裂逆断层水平挤压作用下，脆性岩层形成开阔褶皱，同时很快出现破裂，进而发育成破裂逆断层；其形成过程中，不伴有褶皱翼部岩层减薄现象；,3.由褶皱进一步发展而成的延伸逆断层在水平挤压力向一侧减弱时，褶皱发生倒转， 倒转翼被拉薄断开，形成逆断层
25、；常见于造山带边缘强烈不对称褶皱发育地带；,七、平移断层的成因分析1.平移断层的形成方式走向垂直于逆断层或褶皱枢纽的平移断层不均匀侧向挤压导致平行于挤压方向发育平移断层，规模一般不大；,一般的平移断层侧向水平挤压时，2直立，顺“X”剪裂面发育共轭的两组，一般斜交褶皱枢纽；早期纵向逆断层或正断层转化为平移断层规模巨大，活动历史长；,（2）派生构造派生张节理与主断面的锐夹角指向本盘运动方向；派生拖褶皱褶皱轴与主断层面锐夹角指向对盘运动方向；,派生剪节理（两组）S1与主断层旋向相同，其方位稳定，与主断面锐夹角（一般不超过20）指向本盘运动方向；S2与主断层旋向相反，与主断层面呈大角度相交，且随主断层
26、剪切运动的发育而不断变化；,注意：派生构造越靠近主断层发育越好，但不会越过主断层；,问题：正断层和逆断层活动过程中是否也有类似的派生构造发育？,3.平移断层的收敛和分散作用在平移断层带中，由于断层走向的局部弯转，断层的一盘会出现平面上突出的透镜状岩块；在断层平移活动过程中，在透镜状岩块的一端会引起挤压、重叠（或拉开与陷落），形成褶皱或逆断层（？）（或正断层或伸展断陷盆地）；,平移断层收敛和分散作用示意图,4.平移断层的垂向运动 （1） 平移断层两端的升降运动同一条平移断层其剪切运动通常是不均匀的，以剪切运动量最大的地段为剪切中心，沿断层走向向两端剪切量均减小；任一断盘上，沿端盘运动方向，剪切中
27、心的前方岩块处于挤压状态，地面隆起；后方岩块处于拉伸状态，地面下降；,走滑断层端部应力状态,（2） 斜列式平移断层引起的升降运动斜列式的两条同旋向（反旋向存在否？）平移断层沿断层走向有一段重叠区；左列（或右列）：指顺断层走向观察，各次级断层依次向左（或右）错列；,断层旋向与排列相同（左旋左列或右旋右列）时，重叠区处于拉伸状态，发育与平移断层垂直的正断层或断陷盆地（拉分盆地）；,右旋右列,左旋左列,断层旋向与排列相反（左旋右列或右旋左列）时，重叠区处于挤压状态，发育褶皱或逆断层，地面隆起；,左旋右列,右旋左列,（3） 不同旋向平移断层相交所产生的升降运动两条走向不同、旋向相反的平移断层相互截交，
28、在平面上形成楔形岩块；楔形岩块会随其两侧断层的剪切滑动而发生升降运动问题：旋向相同的两条平移断层相交？,注意：要区分相互交叉的两条平移断层是共生关系（共轭），还是派生关系？,第四节 断层的标志一、地质界线方面的标志二、地层方面的标志 三、断层面上的标志 四、断裂带内的标志五、断裂伴生或派生构造六、地貌标志七、地球物理标志,一、地质界线方面的标志单一线状或面状地质体（地层，矿层，岩脉，侵入体与围岩接触面，片理、面理等）一般顺其走向（对于面状构造则向各个方向）延伸；平面或剖面上，线状或面状地质体突然中断、错开（可同时伴有产状的突变），即表现为不连续，则表明有断层存在；,断层引起的地质界线的不连续现
29、象,注意：观察同一条断层在不同面上的表现，哪一个方位面上确定断层的性质最有效？,二、地层方面的标志一套顺序排列的地层，由于走向断层的影响常在平面和剖面上造成两盘地层的缺失和重复；地层缺失和重复的规律与断层性质、断层面产状、地层产状有关；,正断层,（1）断层倾向与地层倾向相反平面重复，剖面缺失；,（2）断层倾向与地层倾向相同a，断层倾角地层倾角 平面缺失，剖面缺失；b，断层倾角地层倾角平面重复，剖面重复；,逆断层,（1）断层倾向与地层倾向相反平面缺失，剖面重复；,（2）断层倾向与地层倾向相同a，断层倾角地层倾角 平面重复，剖面重复；b，断层倾角地层倾角平面缺失，剖面缺失；,三、断层面上的标志1.
30、擦痕指断层两盘相对错动在断层面上留下的摩擦痕迹，通常是被磨碎的岩屑、砾、砂、粉砂等在断层面上刻划出的细纹；,利用擦痕判断断层错动方向有时表现为一端粗而深，一端细而浅， 由粗而深向细而浅指示对盘运动方向；用手顺擦痕方向抚摸，感觉光滑的方向指示对盘运动方向；,2.纤维状晶体（滑抹晶体）形成过程和生长特点当断层两盘相对错动时，垂直错动方向会出现一些断口，断口上会有一些空隙，淋滤到小空隙中的溶液所含的SiO2和CaCO3析出结晶成石英或方解石晶体；由于小空隙会随着断层位移的增大而不断增大，从而晶体沿着空隙增大的方向不断增长，形成纤维状晶体；纤维状晶体的延伸方向指示断层两盘相对错动方向；,3.阶步与反阶
31、步（1）阶步指发育在断层面上或纤维状晶体中的一种小陡坎，其高度一般不超过数mm，延伸方向大致与擦痕或纤维状晶体的延伸方向垂直；特点：它是一组横向拉断面或者是纤维状晶体的顶面，是背着断层两盘相对错动方向而被保留下来的；小陡坎面向对盘的运动方向；,（2）反阶步形态类似于阶步，但小陡坎的根部有切入岩石的小裂缝；无生长矿物纤维，一般为鳞片状，可剥落；成因上是由于断层两盘错动时，断层面受到剪切力作用，使两侧产生羽状剪裂面切入岩石或形成楔形张节理；小陡坎面向本盘相对运动方向；,注意：断层面上擦痕、纤维状晶体、阶步等彼此间关系密切；有些擦痕本身就是十分细微的滑抹晶体； 有些阶步就是纤维状晶体中的小陡坎，它可
32、能是纤维状晶体的顶面，也可能是纤维状晶体被横向张裂隙拉断所致；,四、断层带内的标志1.断层破碎带指断层两盘相对错动，互相挤压，使附近的岩石破裂而形成的与断层面大致平行的破碎带，简称断裂带；特点：破碎带宽度数cm数Km；破碎带内充填有破碎岩块或构造岩；,构造透镜体指在压性和剪性断层的破碎带中呈透镜状的岩石碎块；其长轴和中间轴组成的平面常与断层面之间的锐夹角指示同侧盘的相对运动方向；,2.断层构造岩指断层两盘岩石在断层活动中被改造（被搓碎、研磨、甚至重结晶、再定向、固结）形成的岩石；根据研磨破碎程度、重结晶及定向性，可分为：,（1）断层角砾岩由仍保持原岩特点的岩石碎块组成，胶结物为磨碎的岩屑、岩粉
33、或压溶物质、外源物质等；张性断裂带中，角砾岩棱角明显、形状不规则、大小不一，杂乱无定向；压性和剪性断裂带中，角砾为透镜状、椭圆状，且常定向排列，有时呈雁列式；,（2）碎裂岩指断层两盘研磨的更细（2-0.05mm）的构造岩，主要由原岩的岩粉、细粒或矿物碎粒组成；镜下特征：原岩中石英波状消光；斜长石双晶弯曲；云母片弯曲断折；岩石呈压碎结构；,碎斑岩碎裂岩中残留有较大矿物颗粒，呈碎斑结构；碎粒岩岩石碎裂均匀，无较大矿物颗粒残留散布；假熔岩其中的物质因强烈摩擦而熔化，形成貌似黑色玻璃质的脉状岩石，有时也呈角砾状；,（3）糜棱岩在强应变带内产出 岩石致密坚实，粒度变小，其中的矿物颗粒轮廓肉眼有时难以辨认
34、； 塑性流变现象明显，新生面理和线理强烈发育；常由花岗质岩石和砂岩类岩石形成，具条带状和纹层状构造，其中的矿物通常发生动态重结晶细化；,镜下特征a, 岩石通常由残斑和基质两部分组成；残斑是未被彻底细化的矿物残余（常为石英、长石等强硬矿物），呈眼球状，并常被压扁、拉长；基质多为动态重结晶细化的矿物颗粒；b, 可见到矿物的强烈塑性变形和定向排列；c, 矿物晶体的结晶学方位定向分布；,江西定南眼球状构造糜棱岩显微照片原岩为砂岩，眼球状颗粒为石英，被更细的动态重结晶颗粒包围,成因是岩石韧性变形的产物，即在压扭应力的作用，使岩石发生研磨粉碎，同时强烈的塑性变形使细小的碎粒处在塑性流变状态下而呈定向排列；
35、,根据基质含量进一步分为：糜棱岩化XX岩：基质含量 90%；,（4）片理化岩强调被研磨的岩石、岩粉呈定向排列，可以是被拉长、压扁或定向重结晶所致；构造片麻岩岩石颗粒粗大，成似眼球状结构；千糜岩岩石极细重结晶，流动构造明显，具有 丝绢光泽；构造片岩：重结晶显著，外貌似片岩；,（5）断层泥指未固结的断层岩，其中岩石在研磨过程中成为泥状，单个颗粒一般不易分辨，较大碎粒含量有限；,特点断层泥成分和原岩成分不尽相同，表明断层泥的细粒化除研磨作用外，还有压溶作用，一些难溶组分残存下来作为断层泥的主要成分；主要由粘土矿物（如伊利石、高岭石和蒙脱石）组成；一般平行于断层面呈不同颜色的条带；,五、断层伴生或派生
36、构造1.牵引构造指断层一盘或两盘紧邻断层面的岩层常发生的弧形弯曲现象；特点：牵引褶皱的枢纽平行于断层面的走向；弧形弯曲凸出的方向指示本盘运动方向；,成因上一般认为是断层两盘相对错动对岩层拖曳的结果；有些情况下也可能是先挠曲后断层或者属于断层的派生构造；,2.逆牵引构造在生长正断层上盘常发育逆牵引褶皱，其弯曲凸出方向与本盘运动方向相反；,3.派生构造断层两盘相对错动派生出次级应力场，形成断层的派生构造（节理、劈理、小褶皱等）； 注意：正断层（或逆断层）的派生褶皱与平移断 层的派生褶皱的轴面方位的不同以及如何利用轴面方位判断主断层的两盘运动方向？,六、地貌标志由于构造破碎，断层带常表现为介质相对疏
37、松、多孔隙等特点，导致其抗风化能力减弱，从而在地貌上显示出一定的特点；,1.断层崖由于断层两盘的相对滑动和差异剥蚀，常使断层面裸露地表，形成陡崖，即断层崖；特点：,断层崖不一定就是断层面，而常常是 断层面被剥蚀后退而形成的陡坡；,断层崖一侧可以为断层的下盘、上盘，上升盘，下降盘；地形上表现为断层崖的断层常时代较新或老断层的近期复活；但不排除是由较老断层造成的地形倒置现象（主要由两盘岩性不同导致的差异风化形成）；,O1y,3f,2.断层三角面在山区，断层崖受到与崖面方向垂直水流的侵蚀切割，形成沿断层走向分布的 一系列三角形陡崖，称为断层三角面；,4.平原与山岭的接触带这样的接触带往往是一条较大断
38、裂；,5.串珠状湖泊洼地,6.带状分布的泉水,七、地球物理标志重力场； 磁场；电场；地震；测井；,1.布格重力异常特征a，等值线同形扭曲部位；,b，封闭异常等值线突然变宽、变窄的部位；,c，异常轴线明显错动的部位；,d，两侧异常特征明显不同的分界线；,e，线性重力高与重力低的过渡地带重力梯级带,f，串珠状异常的两侧或轴部所在位置；,2.磁异常图特征垂直错动时上盘异常强度大，范围小；下盘异常强度小，范围大而平稳；水平错动时异常等值线扭曲；异常轴向明显变化；断层带对应磁异常突变带,沂沭断裂磁异常图,3.电场特征,大地电磁测深（MT）,4.地震时间剖面上的断层标志a，反射波同相轴错段；断层两侧波组特
39、征清楚，关系稳定；一般为中小断层（断距不大、破碎带较窄）的反应；b，反射波同相轴数目突然增减或消失，波组间隔突然变化；常是基底大断裂（断距大、破碎带宽，且控制地层沉积厚度）的反应；,c，反射波同相轴形状突变，反射凌乱或出现空白带；常由于断层错动引起的两侧地层产状突变，或断层面的屏蔽作用或对射线的畸变所导致； d，标准反射波同相轴发生分叉、合并、扭曲、强相位转化等现象，一般为小断层的反映； e，异常波（如断面反射波、绕射波等）的出现；常出现于反射层中断处；,判断断层是否存在常遵循的原则由宏观到微观遥感；地貌：盆岭边界；河流、水系特征；串珠状湖泊；带状泉水；错段的山脊；断层崖；断层三角面等；岩浆、
40、矿化标志：小型岩体、矿化、热液蚀变成带状分布；构造强化带：产状突变带、节理、劈理带；擦痕、阶步、透镜体等；构造岩；地质界线不连续；岩相、厚度的突变；由地表到地下由地质到地球物理,第五节 断层的观察与研究一、研究什么？二、断层面产状的测定 三、断层两盘相对运动方向的确定 四、断层活动时代的确定,一、研究什么？首先确定断层的存在断层的几何学研究断层产状？断层两侧岩层的配置？断层两侧构造单元的配置？断层带、断层面特征？断层伴生或派生构造？,断层的运动学研究断层两盘相对运动方向？断层的性质？断层的位移？断层的形成时代及持续时间？断层的活动历史（不同时代断层活动的方式、方向和大小）？,断层的动力学研究断
41、层产生的地质背景？断层产生的物理背景？断层的组合规律及与其他构造的关系？断层的形成机制？其它专题研究？,二、断层面产状的测定？露头区规模小，出露好时，直接测量；当断面平直、地层切割强烈时，可用“V”字形判断；对于规模很大的断层，其产状常借助于伴生或派生构造来判断；剪节理带、劈理带、派生的片理化构造岩的面理、 定向排列的构造透镜体、同斜紧闭揉褶带等；,覆盖区钻孔资料，三点法；两条或多条互不平行的地震剖面；多条互不平行的联井剖面；?,三、断层两盘相对运动方向的确定？ （一）平面上（地表或地质图）常用的判断依据1.根据两盘地层的新老关系（纵断层）一般情况下上升盘出露老地层；当地层倒转或断层倾向与地层
42、倾向一致且断层倾角小于岩层倾角时，上升盘出露新地层（或者说老地层出露盘 为下降盘）；,2.根据褶皱核部的宽窄变化（横断层）背斜：上升盘核部变宽，下降盘核部变窄；向斜：上升盘核部变窄，下降盘核部变宽；,横断层造成褶皱核部的宽窄变化,a-背斜；b-向斜,3.根据地层的重复和缺失（纵断层） 前提条件：已知断层产状和地层产状；4.根据平移断层收敛、分散作用和升降运动,（二）剖面上常用的判断依据1.根据擦痕、纤维状晶体、阶步和反阶步；2.根据构造透镜体；单个构造透镜体最大切面与断层面的夹角关系；多个构造透镜体的雁行式排列；3.根据牵引构造和逆牵引构造；,4.根据派生构造力学性质及其与主断层的交角关系务必
43、注意判断派生构造的力学性质，因为不同力学性质的派生构造，其与主断层的交角关系不同,5.根据生长正断层两盘的厚度下降盘：地层厚度大；,四、断层活动时代的确定？常用的方法：1.根据断层与区域性不整合面的关系一次构造运动形成的断层，切穿一套较老的地层并终止于某一个不整合面上；其活动时代：在这套较老地层中的最新地层之后，在其上覆的一套较新地层中的最老地层之前； 即同不整合面所代表的构造运动时间一致；,2.根据断层与侵入岩体的关系断层切割岩体、岩脉或矿体，说明断层形成在岩体、矿体发育之后；有岩体、岩脉或矿脉充填在断层中，说明断层的时代早于岩体、岩脉的形成时代；岩体的年龄可利用同位素定年方便测定； 3.根
44、据断层的相互切割关系或切割地层的时代,4.根据断层两侧地层的岩相、厚度对比关系适用于长期活动的规模较大的控制盆山发育的断层；断层下降盘一侧，地层沉积连续完整，厚度大；断层上升盘一侧，地层剖面不完整，厚度小； 5.根据地貌学和第四纪沉积学方面的标志适用于判定现代活动断层的发育时代； 6.其它方法？,第六节 生长断层一、生长断层的基本概念二、生长断层的基本特征 三、生长断层的成因 四、生长断层的基本研究方法,一、生长断层的基本概念指在沉积过程中长期发育，逐渐生长起来的断层，又称同生断层、同沉积断层；说明：生长断层是长期活动的断层，强调边活动、边沉积；反过来，长期活动的断层并非就是生长断层；,力学性
45、质上看，生长断层主要是正断层（？）；大部分生长断层的上升盘和下降盘都下降接受沉积，但上升盘沉降速度明显低于下降盘；生长断层发育过程中，沉积物主要以牵引负荷方式搬运（不是悬浮状态搬运），从而生长断层主要发育在较粗的碎屑岩系中；世界范围看，该类断层主要发育在被动大陆边缘（海相陆架边缘）；在我国主要发育在伸展断陷盆地中；,问题： 力学性质上看，生长断层是否可以为逆断层？,二、生长断层的基本特征（一）剖面主要特征1.下降盘地层明显增厚 这是识别生长断层最基本的标志；两盘厚度差越大，表明断层活动越强烈；2.下降盘砂层的层数增多，单层厚度增大,3.落差随深度增加而增大 由于生长断层长期发育，上部年轻地层沉
46、积时发生的断层落差必然叠加到下部较老地层 的落差上；断层上的任何一个标准层的落差应等于该标准层以上全部地层的上下盘厚度差；,注意：生长断层落差向深部的增大不是无限的，到一定程度反而逐渐减小，以致消失；其消失的形式：可以是断层向深部逐渐变缓，垂直落差转化为水平位移，最终断层成为顺基底面滑动的断层；或者断层能量向深部被塑性变形吸收；,4.断层面上陡下缓呈铲形 原因可能与压实作用有关，压实作用导致先存断层的倾角减小；随深部加大，压实作用增强，从而断层面表现为铲形；,5.掀斜断块和逆牵引构造 常在上升盘形成掀斜断块；在下降盘形成逆牵引构造；,逆牵引构造形成的原因 汉布林（Hamblin）研究美国科罗拉
47、多高原西部发现的逆牵引构造提出：生长断层面为铲形，当上盘沿断层面下滑时，由于向下倾角变小而在上部出现裂口，为了弥合这个裂口，上盘地层在重力作用下将下弯，形成逆牵引构造；当地层脆性较强而未能塑性下弯时，则可能形成反向断层；,6.沉积滑动构造发育 生长断层活动期间，由于岩层尚未固结成岩，受到扰动易于发生塑性变形，形成沉积滑动构造，如滑塌构造、流动褶皱、搅浑构造、同生角砾岩等；常作为生长断裂附近岩层结构的一种标志性特征；,（二）平面主要特征1.根据断层走向与区域构造线的关系，可分为 走向生长断层和非走向生长断层；,2.平面上单条生长断层常呈弧形凹面指向下降盘；中段倾角小，水平位移量大；两端倾角大，水
48、平位移量小；,原因断层自P点开始，逐渐向两端扩展；扩展过程中端点应力集中，即两端张应力大，P点张应力小，压应力大；P点附近内摩擦角比两端小（？）；导致P点附近断层倾角比两端小；,三、生长断层的成因1.生长断层的理想演化模式,（1）三角洲前缘部位粉砂质沉积环境中出现薄弱带； （2）沿薄弱带形成断裂； （3）断层崖被填平； （4）断层再次活动，形成 新的断层崖； （5）三角洲向前推进，砂质沉积填平断层崖； （6）断层不断活动，沉积物不断充填，形成一套复杂的砂质层系，该层系向断层面方向加厚；,2.生长断层的成因构造因素沉积盖层中的生长断层受基底断层控制，是区域构造运动（水平运动或垂直运动）的产物；重
49、力因素沉积盖层自身的重力及由此引起的重力滑动、差异压实、异常压力、塑性流动等在一定程度上促进了生长断层的发育；,差异压实作用示意图,四、生长断层的基本研究方法运动学的定量研究,生长指数分析 伸展量计算 铲形断层滑脱深度计算 编制铲形正断层剖面,1.生长指数分析断层生长指数：指下降盘地层厚度与上升盘地层厚度之比值； 生长指数（Q）= 上盘厚度/下盘厚度 生长指数（Q）= 下降盘厚度/上升盘厚度（？）,对同一条断层分别计算其各个时期的生长指数,根据生长指数分析断层的活动特征生长指数1，为生长正断层，生长指数越大，断层活动越强烈；生长指数=1，断层不活动；生长指数1，断层性质反转，即正断层在某一时期表现为逆断层；,2.拉张量计算拉张量（伸展量）：指正断层活动过程中岩块的水平拉开距离；岩层水平时拉张量（e）= 断层的水平滑距；,岩层倾斜或弯曲时拉张量等于断层活动前后剖面长度之差，即 e = x l；,
