断层相对运动方向的判别方法

精选文库学号：2007040437题 目 断层相对运动方向的判别方法学 生 指导教师 年 级 专 业 系 别 地理系学 院 地理科学学院哈 尔 滨 师 范 大 学学士学位论文开题报告论文题目 断层相对运动方向的判别方法学生姓名 指导教师 年 级 2007级专 业 地质学2011年3月说 明本表需在指导教师和有关领导审查批准的情况下，要求学生认真填写。说明课题的来源（自拟题目或指导教师承担的科研任务）、课题研究的目的和意义、课题在国内外研究现状和发展趋势。若课题因故变动时，应向指导教师提出申请，提交题目变动论证报告。课题来源： 教师指导下自拟题目 题目断层相对运动方向的判别方法课题研究的目的和意义： 课题研究的目的：本课题通过对断层两盘的相对运动方向的研究，进一步明确断层运动在成矿作用研究与矿山生产中的指导作用，还能在一定的程度上为工程建筑的抗震防灾提供理论依据。课题研究的意义：断层是地壳中最为重要的一种地质构造，对于断层的研究是对大地构造运动的重要课题。大断层常常控制区域地质格架，不仅控制区域地质的结构和演化，还控制和影响着区域成矿作用。断层的研究涉及了地质灾害及灾害地质学、构造地质学、矿床学、普查勘探地质学、水文地质学与工程地质学、历史地质学、地层学、岩石学、地质力学、矿物学、动力地质学、环境地质学、区域地质学等多个相关的学科。因此，对断层的研究具有重要的理论意义和实际意义。国内外同类课题研究现状及发展趋势： 地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造称断层。在地貌上，大的断层常常形成裂谷和陡崖，如著名的东非大裂谷、中国华山北坡大断崖。产生断层的最初震动，以及沿已经形成的断层产生的突如其来的剧烈变动称为主要震源。多数地震发生在板块边界，因为这是板块运动张力最强的部分。地震会形成断层带，即相互交织的断层组。在断层带，由一个断层释放的动能可以增大周边断层的压力（潜在能量），导致发生其他地震。这就是短时间内一个区域可能发生多次地震的原因之一。地震也常常发生在板块中央。事实上，美国有记载的一系列强力地震就发生在北美大陆板块的中央。1811年和1812年这些地震袭击了几个州，其震源位于密苏里州。在二十世纪七十年代，科学家发现了该地震的可能来源：一条深藏于多层岩石层下面的断层带，它已经存在了6亿年之久。断层对地球科学家来说特别重要，因为地壳断块沿断层的突然运动是地震发生的主要原因。科学家们相信：他们对断层机制研究越深入，就能越准确地预报地震，甚至控制地震。断层的研究涉及了地质灾害及灾害地质学、构造地质学、矿床学、普查勘探地质学、水文地质学与工程地质学、历史地质学、地层学、岩石学、地质力学、矿物学、动力地质学、环境地质学、区域地质学等多个相关的学科。因此，对断层的研究具有重要的理论意义和实际意义。课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法：主要内容：一、 断层相关的概念二、 断层的分类体系三、 断层的识别方法四、 断层相对运动的识别方法研究方法：本课题以理论研究为主要的研究方法，同时伴有文献研究，网络调查，充分利用校图书馆，电子阅览室丰富资源以及所学专业课知识，以及指导老师的建议逐步完成毕业论文。主要问题：由于所学知识有限，本课题内容分散，不易集中，且国内外研究较少，从而给课题研究造成一定困难。解决办法： 通过图书馆所存文献，电子资源，以及老师的分析与指导来解决研究过程中遇到的问题。课题研究起止时间和进度安排： 1、准备阶段：12月初12月末 查找相关资料文献2、开题报告：1月10日1月25日3、论文初稿：1月末3月初4、论文修改：3月末4月末5、论文定稿：4月底课题研究所需主要设备、仪器及药品：无外出调研主要单位，访问学者姓名：无指导教师审查意见：指导教师 （签字） 年 月 教研室（研究室）评审意见：_教研室（研究室）主任 （签字） 年 月院（系）审查意见：_院（系）主任 （签字） 年 月 学 士 学 位 论 文题 目 断层相对运动方向的判别方法学 生 指导教师 年 级 专 业 地质学系 别 地理系学 院 地理科学学院哈尔滨师范大学2011年4月 断层相对运动方向的判别方法摘 要：断层广泛的发育于不同的构造环境中，类型很多，形成机制各异，大小差别极大，因此，研究的内容、方法和手段各不相同，其中首要的环节就是识别、判断断层的存在并且给断层分类。其中断层相对运动方向的判别又是重中之重。关键字：断层位移 相对运动 断层面 对盘 陡坎一、断层的相关概念岩层受地应力作用后发生破裂，在力的继续作用下沿破裂面两侧岩块发生显著相对位移的断裂构造，称为断层。它是构造运动中广泛发育的构造形态。它大小不一、规模不等，小的不足一米，大到数百、上千千米。但都破坏了岩层的连续性和完整性。在断层带上往往岩石破碎，易被风化侵蚀。沿断层线常常发育为沟谷，有时出现泉或湖泊。断层由断层面和断盘构成：断层面是岩块沿之发生相对位移的破裂面。断盘指断层面两侧的岩块，位于断层面之上的称为上盘，断层面之下的称为下盘，如断层面直立，则按岩块相对于断层走向的方位来描述。断层两侧错开的距离统称位移。按参考物的不同，有真位移和视位移之分，真位移是指断层两侧相当点错开的距离，即断层面上错断前的一点，错断后分成的两个对应点之间的距离，称为总滑距；视位移是断层两侧相当层错开的距离，即错动前的某一岩层，错断后分成两对应层之间的距离，统称断距。 二、断层的分类通常按断层的两盘相对运动分为： 正断层，是断层上盘相对下盘沿断层面向下滑动的断层。 上盘相对上升的称为逆断层。根据断层倾角大小进而分为高角度逆断层和低角度逆断层，他们之间以45角为分界。 两盘沿断层走向作相对水平运动的是平移断层，又称走向滑动断层（简称走滑断层）。另外还有如下的两种常见分类方式：按照断层走向与所切岩层的走向方位的关系，断层可分为：走向断层、倾向断层、斜向断层、顺层断层。依据断层走向与褶皱轴向或区域构造线之间的几何关系1，断层可分为：纵断层、横断层、斜断层。三、断层的识别地貌标志：断层活动及其存在，通常在地貌上有明显的表现，这些由断层引起的地貌现象就成为了识别断层的各种直接标志。例如，断层崖、断层三角面、错断的山脊、串胡状湖泊洼地、泉水的带状分布、水系特点。构造标志：任何线状或面状地质体，如地层和矿层等均顺其走向延伸。如果这些线状或面状地质体在平面或剖面上突然中断、错开，不再连续，则说明了又断层的存在。构造活动引起的构造强化是断层可能存在的重要依据，构造强化有：岩层产状的急变和变陡；节理化和劈理化窄带的突然出现；小褶皱的数目大幅增加，以及挤压破碎和各种擦横等现象。岩浆活动和矿化作用标志：大断层尤其是切割深度较大的大断裂常常是热液和岩浆运移的通道和聚集场所，因此，如果岩体矿化或者硅化等热液蚀变带沿一条线断续分布，则常指示了大断层或者大断裂的存在。地层标志：地层标志主要体现为地层的重复和缺失。岩相和厚度标志：某一地区的沉积层和厚度沿一条线两侧发生急剧变化，可能是断层活动的结果。四、断层相对位移方向的确定断层位移是断层多次滑动的累积产物，包括着断层成核、扩展和连接的信息2,因此，在分析并确定断层两盘相对运动时，应充分考虑其多变性。不过一条断层的活动性质或一定阶段的活动性质常常又具有稳定性。这些运动总会在断层面上或其两盘留下一定的痕迹，如擦痕等。这些擦痕或伴生现象又成为分析判断断层两盘运动的主要依据。常见的用于判别断层两盘相对运动方向的方法有：（一） 根据两盘地层的新老关系分析两盘中地层的相对新老，有助于判断两盘的相对运动。如图所示：图1 走向断层造成的地层重复和缺失图示对于走向断层，上升盘一般出露老岩层，或老岩层出露盘为上升盘图1（A）、（B）、（D）、（E）。但，如果地层倒转，那么老岩层出路盘则是下降盘图1（C）、（F）。若两盘中地层形变复杂，为一套强烈的挤压褶皱，那么就不能简单地根据两盘直接接触的地层新老而判定相对运动。如果横断层切过褶皱，对于背斜，上升盘核部变宽，下降盘核部变窄，对于向斜则刚好相反。（二）牵引构造牵引构造是断层两盘沿断层面作相对滑动时，断层附近的岩层因受断层面摩擦力拖曳而产生的弧形弯曲现象，又称为牵引褶皱。通常情况认为，这是两盘相对错动岩层拖曳的结果，并且以褶皱弧形弯曲的突出方向指示本盘的运动方向图2。图2 断层带中的牵引及其指示的两盘滑动方向近些年来许多学者对牵引构造详细研究后提出，假设“牵引”褶皱是两盘相对运动过程引起的，则意味着断层发生时的脆性形变过程在先而塑性弯曲在后，这与一般变形发育的过程是矛盾的。所以有人提出了可能是先绕曲而后发生断层的观点3。一般来说，变形越强烈牵引褶皱愈闭合。为了准确的利用牵引褶皱，应该在平面上和剖面上同时观察，并且结合两盘运动的其他特征，以做出断层两盘相对滑动的相对较准确结论。除正常的牵引构造以外，还有一种逆牵引构造，或称为反牵引构造。这种构造牵引的弯曲形态与正常的恰好相反，即弧形弯曲突出方向指示对盘方向。（三）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摩擦等作用留下的痕迹。擦痕是一组比较均匀的平行细纹。在硬而脆的岩石中，擦痕面被磨光和重结晶，有时候附有硅质、铁质或碳酸盐质等薄膜，以至光滑如镜面而叫做摩擦镜面。擦痕 断层两盘岩石被磨碎的岩屑和岩粉在断层面上刻划的一组比较均匀的平行细纹。有时表现为一端粗而深，另一端细而浅。由粗而深端向细而浅端一般指示对盘运动方向。如果用手指顺擦痕轻轻抚摸，可以感觉到顺一个方向比较光滑，反向比较粗糙，感觉光滑的方向指示了对盘的运动方向4。阶步 在断层滑动面上常有与擦痕直交的微细陡坎，这种微细的陡坎称为阶步。坎高不足一毫米或几毫米。阶步延长方向与断层两盘相对错动方向垂直，顺下坎面方向抚摸，手感光滑，这时手动的方向代表另一岩盘相对运动的方向。在断层滑动面上有时可以看到一片片纤维状矿物晶体，如纤维状石英、纤维状方解石以及绿帘石、叶腊石等。它们是在两盘错动过程中，在相邻两盘逐渐分开时生长的纤维状晶体，这类纤维状晶体称为擦抹晶体，许多擦痕实际上就是十分细微的擦抹晶体。断层滑动过程中，各种纤维状晶体通常被横向张裂隙拉断而形成一系列微小阶梯状断口和微细陡坎（即阶步），陡坎指示对盘运动方向图3A、3B。阶步一直作为判断断层两盘运动的标志，在运用的这些年中取得了良好的效果。但1958年帕特森（Paterson）提出了异议，他根据一系列的实验证明，某些断层面上的小陡坎并不面向对盘运动方向，而是指示本盘的运动方向。即与上述的阶步指示的位移方向相反，这样的小陡坎称其为反阶步。反阶步是次级剪切羽列横断的结果图3B、图4。进一步的研究确认，在断层面形成初期生产的小陡坎都属于反阶步，随着断层两盘的相对运动，初始形成的反阶步大都被磨失了，保留在断层面上的陡坎主要是断层发育晚期形成的正阶步。图3 断层面上的阶步和反阶步（A）由摩擦形成的正阶步 （B）由羽列剪裂隙形成的反阶步图4 反阶步河北遵化震旦系白云质灰岩断层面上的小陡坎，陡坎为横断的刺激剪切羽列，陡坎面向本盘滑动方向，为反阶步擦痕和阶步是判析断裂两盘相对活动特这最为直观的构造标志，断裂带内的擦痕和阶步往往是复杂多变的。同一断裂空间的不同部位，亦或同一部位都会发育不同方向的擦痕（甚至是相互叠加、穿切），它们即可是断裂先后期多次活动的产物，也可以是同周期活动过程中由断裂产状的改变以及局部应力应变状态的变化等原因导致6 7。因此，不能仅仅以擦痕指示的方向代表总的运动方向，也不能根据断层面上有不同方向的擦痕，就轻易作出发生了两次或者多次运动的结论。（四）羽状节理在断层两盘相对运动的过程中，断层一盘或两盘的岩石中常常产生羽状排列的张节理和剪节理。这些与主断层斜交的派生节理，交角的大小引派生节理的力学性质不用而有差异。羽状张节理与主断层常成45角相交，羽状张节理与主断层所交锐角指示节理所在盘的运动方向图5。断层派生的节理除羽状张节理外，还可能有两组剪节理图5中S1、S2，一组与断层面成小角度相交，交角一般在15以下，即为内摩擦角的一半；另一组与断层成大角度相交或直角。小角度相交的一组节理，与断层所交锐角指示本盘的运动方向。断层派生的两组剪节理特别是大角度相交的一组产状较不稳定，发育不好，不易用来判断断层两盘的相对运动方向。图5 断层及其派生节理和小褶皱示意图 图6 根据断层带中标志层角砾的分布推断F 主断层；1 派生应力场主压应力轴； 断层两盘相对运动示意图3派生应力场主张应力轴；S1、S2 剪节理；T 张节理；D 小褶皱轴面（五）断层两侧小褶皱由于断层两盘的相对错动，断层两侧岩层有时形成复杂紧闭的小褶皱。这些小褶皱轴面与主断层常成小角度相交，所交锐角指示对盘运动方向图5。（六）断层角砾岩断层运动时,使两盘岩石发生压碎、破裂、剪切等变化,产生一类由棱角状碎屑组成的构造角砾岩。根据它的交切关系和断层泥的出现或有擦痕的断块等可对其做出判断8。断层切割并锉碎某一标志性岩层或矿层，根据该层角砾在断层带内的分布可以推断断层两盘的相对位移方向，如图6所示上盘上升。有时断层角砾成规律排列，这些角砾的XY面与断层所夹锐角指示对盘运动方向。以上主要讨论了断层两盘相对运动的各种标志。需要指出的是，断层运动是复杂多变的，常常是多期次的，先期活动留下的各种现象，常被后期活动所破坏、叠加、改造、磨失，最后只留下最后一次或改造过的遗迹。因此，在利用以上的各种标志对断层相对运动方向的判别的时候，需要进行综合考虑、统计分析并相互印证从而得出最终结论。再根据断层面产状和两盘相对滑动，来确定目标断层是正断层、逆断层或是平移断层。参考文献：1 曾佐勋 樊光明：构造地质学（第三版），中国地质大学出版社，2008年8月第3期。2 单业华 李志安 何舸：利用断层位移模式确定断层发育史的一种方法，石油实验地质，第25卷第1期2003年2月。3 Spencer E W.：地球构造导论，朱志澄等译，北京地质出版社，1981。4 邓锡秧 徐杰：初论断层擦痕和阶步的运用，南京大学学报(自然科学版)，1982-01-21。5 Billings M P.：构造地质学，张炳熹等译，北京地质出版社，1959。6 张寿庭等：论控矿断裂力学性质判析的若干问题，地质力学学报，1997,3（3）：68-73。.7 张寿庭 李忠权 汪峰：断裂多期活动及其擦痕特征研究，成都理工学院学报，第25卷第3期1998年7月。8 徐世芳 李博：地震学辞典，地震出版社，2000年08月。 RELATIVE MOTION OF THE FAULT DIRECTION DISCRIMINATION METHODAbstract: Extensive fault developed in different tectonic environments, many types of formation mechanism and sizes vary widely, so study the contents, methods and means are different, the first part of which is to identify, determine the presence of faults and give Fault classification. Which determine the direction of relative movement of the fault i