第九章斷層構(gòu)造 斷層 巖石沿斷裂面有顯著位移的破裂構(gòu)造 地殼中最主要的變形構(gòu)造之一控制區(qū)域構(gòu)造格局和演化 礦產(chǎn)形成與分布 影響工程建設(shè) 誘發(fā)地震等自然災(zāi)害 斷層 脆性斷層 地殼淺層 一般意義上的斷層韌性剪切帶 地殼深部 斷層面 切斷巖石并使兩側(cè)巖石發(fā)生位移的斷裂面 常有檫痕和斷層摩擦鏡面 斷層帶 由一系列斷層面或由較寬的破碎帶組成的大型斷層 帶內(nèi)巖石破碎 常發(fā)育斷層角礫巖 斷層泥 超碎裂巖和糜棱巖等斷層構(gòu)造巖 斷裂帶一般寬達(dá)數(shù)米甚至幾公里 一 斷層面或斷層帶 第一節(jié)斷層要素 斷層產(chǎn)狀 以斷層面的產(chǎn)狀表示 包括走向 傾向和傾角 表示方法 走向 傾向傾角 或傾向傾角 斷層線 斷層與地面的交線 斷層盤 斷層面兩側(cè)發(fā)生位移的巖塊 傾斜斷層 斷層面上側(cè)巖塊為上盤 下側(cè)為下盤 直立斷層 據(jù)斷層走向?qū)杀P分為東西盤 南北盤 北東 南西盤或北西 南東盤 根據(jù)斷層的運動方式 相對向上運動的為上升盤 向下運動的為下降盤 二 斷層盤 三 斷層的位移 1 滑距 斷層兩盤的位移距離 總滑距 斷層面兩側(cè)相鄰兩點位移后的距離 ab 走向滑距 總滑距沿斷層走向的水平投影 ac 傾向滑距 總滑距沿斷層面傾向的水平投影 cm 水平滑距 總滑距的水平投影 am 2 斷距 斷層面兩側(cè)被錯斷的同一巖層的相對距離 1 在垂直于被錯斷地層走向的剖面上 地層斷距 斷層兩盤被錯斷的對應(yīng)層間的垂直距離 ho 鉛直地層斷距 對應(yīng)層間的鉛直距離 hg 水平地層斷距 對應(yīng)層間的水平距離 hf 2 在垂直于斷層走向的剖面上 視地層斷距 斷層兩盤被錯斷的對應(yīng)層間的垂直距離 ho 視鉛直地層斷距 對應(yīng)層間的鉛直距離 hg 視水平斷層斷距 對應(yīng)層間的水平距離 hf 斷層走向平行于地層走向 斷距 視斷距不平行時 視斷距 斷距 根據(jù)產(chǎn)狀求斷距 第二節(jié)斷層的分類 一 斷層與相關(guān)構(gòu)造的幾何關(guān)系分類 1 斷層與巖層走向關(guān)系 走向斷層 傾向斷層 斜向斷層 順層斷層 2 斷層走向與褶皺軸面走向以及區(qū)域構(gòu)造線走向 縱斷層 橫斷層 斜斷層 二 斷層兩盤相對運動分類 1 正斷層 斷層上盤相對下盤沿斷層面向下滑動的斷層 一般為傾角大于45度的高角度正斷層 但多數(shù)向下變緩 形成鏟 犁 式斷層 傾角在45度以下的為低角度正斷層 規(guī)模較大的低角度正斷層稱為拆離斷層 高角度 拆離斷層 2 逆斷層 斷層上盤相對下盤沿斷層面向上滑動的斷層傾角大于45度為高角度逆斷層 即通常所指逆斷層 傾角在45度以下的為低角度逆斷層 傾角小于30度的大規(guī)模逆斷層稱為逆沖斷層 逆沖斷層一般一般也呈鏟式 3 平移斷層 走滑斷層 兩盤沿斷層走向相對運動的斷層斷層面產(chǎn)狀一般陡立根據(jù)運動性質(zhì)可分為 左行走滑 平移 斷層和右行走滑 平移 斷層 4 兼具傾向滑動 正 逆斷層運動 和走滑運動的斷層 左行正斷層 左行逆斷層 右行正斷層 右行逆斷層 正斷右行走滑斷層 正斷左行走滑斷層 逆斷右行走滑斷層 逆斷左行走滑斷層 命名中后者為主要運動性質(zhì) 5 樞紐斷層 斷層兩盤繞一垂直于斷層面的軸旋轉(zhuǎn)形成的斷層 第三節(jié)斷層的形成機制 當(dāng)巖石受力超過其強度 即應(yīng)力差超過其強度便開始破裂 破裂之初 出現(xiàn)微裂隙 微破裂尖端因應(yīng)力集中而逐漸擴(kuò)展 相互聯(lián)合 形成一條明顯的破裂面 即斷層兩盤借以相對滑動的斷裂面 一 安德森斷裂模式 安德森斷層分類 不同的應(yīng)力狀態(tài)形成不同運動性質(zhì)的斷層 以此為依據(jù)將斷層分為正斷層 逆 沖 斷層和平移斷層三種基本類型 并提出了形成三種斷層的應(yīng)力狀態(tài) 1 斷層面為遵循庫侖破裂準(zhǔn)則的剪裂面 1 主壓應(yīng)力 與兩剪裂面的銳角分角線一致 3 最小壓應(yīng)力或最大拉應(yīng)力 與兩剪裂面的鈍角分角線一致 1所在盤向銳角角頂方向滑動 斷層兩盤垂直于 2 中間應(yīng)力 方向滑動 應(yīng)力以壓應(yīng)力為正值 所以應(yīng)力增大為壓應(yīng)力值增大 應(yīng)力減小為拉應(yīng)力增大 2 該模式認(rèn)為因為地面與空氣間無剪應(yīng)力作用 所以形成斷層的三軸應(yīng)力狀態(tài)中的一個主應(yīng)力軸趨于垂直地平面 3 不同的應(yīng)力狀態(tài)形成不同運動性質(zhì)的斷層 以此為依據(jù)將斷層分為正斷層 逆 沖 斷層和平移斷層三種基本類型 形成正斷層的應(yīng)力狀態(tài)是 1直立 2和 3水平 2與斷層走向一致 上盤順斷層傾斜向下滑動 根據(jù)形成正斷層的應(yīng)力狀態(tài)和莫爾圓 引起正斷層作用的有利條件是 最大主應(yīng)力 1 在鉛直方向上逐漸增大 或者是最小主應(yīng)力 3 在水平方向上減小 因此 水平拉伸和鉛直上隆是最適合于發(fā)生正斷層作用的應(yīng)力狀態(tài) 3 1 3 1 3 1 形成逆 沖 斷層的應(yīng)力狀態(tài)是 最大主應(yīng)力軸 1 和中間主應(yīng)力軸 2 是水平的 最小主應(yīng)力軸 3 是直立的 2平行于斷層面走向 逆沖斷層的應(yīng)力狀態(tài)和莫爾圓表明 適于逆沖斷層形成作用的可能情況是 1在水平方向逐漸增大 或者是最小主應(yīng)力 3 逐漸減小 因此 水平擠壓有利于逆沖斷層的發(fā)育 形成平移斷層的應(yīng)力狀態(tài)是 最大主應(yīng)力軸 1 和最小主應(yīng)力軸 3 是水平的 中間主應(yīng)力軸 2 是直立的 斷層面走向垂直于 2 滑動方向也垂直于 2 兩盤順斷層走向滑動 最大有效力矩準(zhǔn)則根據(jù)安德森模式 正斷層應(yīng)高角度 逆斷層才是低角度 但實際上自然界大多數(shù)大規(guī)模正斷層是低角度的 這是目前國際地質(zhì)學(xué)界沒有解決的問題 為此鄭亞東教授 1999 提出了最大有效力矩準(zhǔn)則 在伸展環(huán)境下 脆韌性層狀巖石將形成伸展褶劈理 ecc 該劈理的傾角受最大有效力矩控制 一般為35度左右 這些伸展褶劈理進(jìn)一步擴(kuò)展形成低角度正斷層 Andersonmodel Maximumeffectivemomentcriteria 第四節(jié)斷層的識別 一 地貌標(biāo)志 3 錯斷山脈4 串珠 帶狀分布的湖泊和泉水5 水系的變化 1 斷層崖 2 斷層三角面 二 構(gòu)造標(biāo)志 1 構(gòu)造不連續(xù)性 2 斷層面的存在 3 強變形帶的出現(xiàn)如強烈劈理化帶和強烈碎裂帶 4 斷層構(gòu)造巖 斷層帶內(nèi)或斷層面附近兩盤巖石在斷層活動中被改造形成的變形巖石 地殼淺部 脆性斷層 脆性斷層構(gòu)造巖地殼深部 韌性剪切帶 糜棱巖 incohesive cohesive glass Myloniteseries CataclasiteSeries Propotionofmatrix 0 10 10 50 50 90 90 100 Tectonicreductioningrainsize Graingrowth 1 斷層碎裂巖 原教科書稱為斷層角礫巖 由仍保持原巖特點的巖石碎塊組成的斷層構(gòu)造巖 稱為碎裂某某巖 3 超碎裂巖 微角礫巖 由斷層活動研磨成的極細(xì)的構(gòu)造巖 一般看不到角礫 并具有像硅質(zhì)巖的致密構(gòu)造 一般在斷層面上形成板狀薄層 2 斷層角礫巖 原教科書稱為斷層碎裂巖 經(jīng)過斷層滑動研磨形成的較細(xì)的具有礫巖結(jié)構(gòu)的斷層巖 由角礫和基質(zhì)組成 4 ?；瘞r 假熔巖 斷層快速滑動產(chǎn)生極度研磨并通過摩擦熱產(chǎn)生熔融 冷凝后形成的外貌類似熔巖玻璃的一種斷層構(gòu)造巖 一般呈脈狀或角礫狀 5 斷層泥 巖石研磨后經(jīng)水化作用形成的一種主要由粘土礦物 如伊利石 高嶺石和蒙托石 組成的未固結(jié)的斷層巖 一般平行于斷層面呈不同顏色的條帶 三 地層標(biāo)志 地層的重復(fù)與缺失 大型斷層 正斷層 地層缺失 逆斷層 地層重復(fù)正斷層 新地層壓老地層 逆斷層 老地層壓新地層 四 小型巖體 礦化和熱液蝕變成帶分布五 同一巖層巖相和厚度的急劇變化 一 地層關(guān)系 第五節(jié)斷層運動性質(zhì)的判別 大型斷層 正斷層 地層缺失 逆斷層 地層重復(fù)正斷層 新地層壓老地層 逆斷層 老地層壓新地層 二 標(biāo)志物的錯斷 包括巖層 巖脈 不整合面 先期斷層和侵入體邊界等 三 牽引構(gòu)造牽引褶皺 斷層兩盤緊鄰斷層面的巖層因斷層運動拖曳發(fā)生彎曲形成的褶皺 也稱拖曳褶皺 反牽引褶皺 鏟式正斷層形成的一種牽引褶皺 四 擦痕 斷層兩盤相對運動時在斷層面上劃下的刻痕 反映斷層兩盤的真實運動軌跡 釘頭痕 由大而深的一端和小而淺的一端形成的擦痕 斷層對盤由深的一端向淺的一端運動 五 階步斷層活動中在斷層面形成的與斷層運動方向垂直的微小陡坎 在陡坎處常發(fā)育與擦痕平行的礦物生長纖維 正階步 反階步 正階步與反階步的區(qū)別 1 正階步陡坎比反階步緩 2 正階步有生長礦物纖維 反階步無 3 反階步一般為鱗片狀 可剝落 張裂隙 透鏡體 面理取向 褶皺的倒向 六 斷層帶張裂隙 透鏡體排列和劈理的取向 褶皺的倒向 由于張裂隙平行于最大主應(yīng)力方向 透鏡體的扁平面 劈理面平行或近平行于應(yīng)變橢球體的XY面 因而可據(jù)以下準(zhǔn)則確定運動方式 張裂隙與斷層面所交銳角指示本盤的運動方向 劈理面與斷層所交銳角指示對盤的運動方向 實習(xí)10 斷層運動學(xué)和力學(xué)機制作圖法 1 根據(jù)共軛斷層求主應(yīng)力方向 練習(xí)1 兩組斷層產(chǎn)狀分別為 2 40 和222 82 求主應(yīng)力 三軸 方向 2 利用單個斷層判別主應(yīng)力方向已知斷層面產(chǎn)狀 擦痕方向