第十七章断裂(完成稿)

第十七章断裂节理断层当作用于岩石上的力超过其强度界限时，岩石就会发生断裂。根据断裂面两侧岩石位移的程度，可将断裂分为两种基本类型：其一，断裂面两侧的岩石位移不明显，称之为节理；其二，断裂面两侧的岩石位移明显，称之为断层。1第一节节理节理是地壳中发育最为广泛的一种构造，通过对其研究可解决许多地质实际问题，例如部分矿体的成因，岩石构造变形的演化等。一、节理的分类节理的分类方案较多，目前常用的方案有以下几种：1.根据节理与有关构造的几何关系分类2.根据节理的力学性质分类2节理原生节理次生节理非构造节理构造节理区域性节理局部性节理按分布范围按成因按形成时间3二、构造节理的基本概念

构造节理的定义：由内力、地壳运动形成，并具有明显的方向性和规律性的节理。构造节理可以分为以下几种:构造节理按几何关系按与岩层的关系按与区域构造关系走向节理倾向节理斜向节理顺层节理纵节理横节理斜节理按力学性质张节理剪节理4走向节理倾向节理顺层节理斜向节理节理与岩层的产状分类5横节理纵节理斜节理节理与区域构造线的关系分类6（一）节理组与节理系的概念

1.节理组：因节理总是成群出现，凡具有成因联系、互相平行或近于平行的一群节理称之为节理组。2.节理系：凡具有成因联系的两个或两个以上的节理组，以相当稳定的角度相交，则构成为一个节理系。挤压力方向两组剪节理一组张节理节理组与节理系7（二）节理的旋向1.左旋节理：节理两侧的岩层作逆时针运动，称之为左旋节理。2.右旋节理：节理两侧的岩层作逆时针运动，称之为左旋节理。也就是说；面对节理面，站在节理的一侧。如果对面岩层向你左边运动，则称之为左旋节理，反之称之为右旋节理，见图。8三、剪节理、张节理的基本特点（一）剪节理的特点：1.剪节理产状稳定，延伸较远，如被矿脉充填，则矿脉的厚度、产状稳定。2.节理面光滑、平直，有时可见擦痕、摩擦镜面。3.砾岩中的剪节理可切穿砾石，而不改变其方向。4.剪节理常密集成带出现，节理间距较小。5.节理面上常见羽状微裂现象，羽状微裂面与节理面的锐角方向指向本盘运动方向。6.剪节理常发育两组，并互成90度相交形成“X”型共扼节理。9砾岩中的剪节理与羽状微裂10（二）张节理的特征1.张节理产状不稳定，延伸不远，如被矿脉充填，则矿脉的厚度、产状变化较大。2.张节理面粗糙，无擦痕或摩擦镜面。3.张节理常追踪两组剪节理而呈锯齿状展布。4.发育于砾岩中的张节理不切穿砾石(见图)。5.张节理可出现：尖灭侧现“现象，尾部常呈树枝分叉（见图）。6.张节理很少密集成带出现，节理间隙较大。11追踪张节理与发育于砾岩中的张节理12张节理的“尖灭侧现”与树枝分叉现象13四、节理的组合形态（一）“X”型共扼剪节理理论上脆性岩层在挤压力作用下，会形成两组与挤压力方向各成45度交角的剪节理，其剪节理的交线为中间应力轴，垂直交线且平行挤压力方向的为最大应变轴。σ1σ3σ2共扼剪节理的应力分析14（二）张节理1.在挤压和拉伸作用下形成的张节理彼此平行。2.在剪切作用下形成的张节理，多成雁行状或斜列。挤压作用下的张节理特点15力偶作用雁行式张节理剪切作用羽状张节理共扼剪切作用火炬状张节理剪切作用下的张节理特点16火炬状张节理野外照片17五、节理与其它构造的关系（一）节理与褶皱的相互关系1.与纵弯褶皱伴生的节理1）平面共扼剪节理水平岩层受到水平挤压力作用时，在岩层尚未弯曲前可形成一对与挤压力方向斜交的两组共扼剪节理。其B轴与层面垂直，A轴与挤压力方向垂直，C轴平行。该两组共扼剪节理在褶皱作用进一步发展过程中常被后期形成的节理利用和改造，一般不易保存，故称之为早期平面共扼剪节理。平面共扼剪节理18

随着褶皱作用的加强，在背、向斜的转折端处也可发育平面共扼剪节理，称之为晚期平面共扼剪节理（如图）。在背斜转折端处B轴直立，C轴与枢纽平行，在向斜转折端处B轴直立，C轴与枢纽垂直。晚期平面共扼剪节理192）剖面共扼剪节理在挤压力持续作用下，褶皱转折断岩层层面上可出现一组其走向与枢纽平行的节理（走向、纵节理），而在垂直于褶皱枢纽的剖面上则呈交叉状，称其为剖面共扼剪节理，该节理的B轴平行于枢纽，A轴近直立，C轴水平垂直于轴面。剖面共扼剪节理203）横张节理褶皱早期可出现追踪横张节理，并常被后期改造和利用。晚期在向斜转折端处也可出现追踪横张节理。4）纵张节理一般在褶皱作用的晚期产生，发育于悲斜转折端处，其走向与枢纽平行，剖面上成扇状。纵张节理21第二节断层断裂面两侧的岩石发生了显著的位移，这种断裂构造称之为断层。22一、断层的几何要素（一）断层的几何要素1.断层面岩层或岩体沿着某一断裂面发生明显错位，该断裂面称之为断层面。断层面与岩层的层面一样同样可以用走向、倾向和倾角表示。2.断层线断层出露地表，其断层面与地表的交线称之为断层线。断层线与岩层的界线一样也符合“V”字型法则。3.断裂带被错开的岩层或岩体沿着一组密集的破裂带发生明显的位移，这个带称之为断裂带。4.断盘断层面两侧的岩块称断盘。23断层面断层带断层线断盘断层的几何要素24断盘的命名：如断层面倾斜，断层面上方的一盘称上盘，反之称下盘（如图）。如断层面直立，可按断层线的走向方位来命名。断盘的命名上盘（下降盘）下盘（上升盘）NE盘SE盘NW盘SW盘25（二）滑距和断距1.滑距断层面上某一相当点（化石、结核等），被错开后的距离称滑距（总滑距）。滑距在断层走向上的投影为走向滑距，在倾向上的投影为倾向滑距（见图）。262.断距由于在实际工作中很难在露头上找到被断层一分为二的相当点，只能在地面上观察岩层被错开的情况。断距是指断盘两侧对应层之间的距离。在不同的剖面上断距具有不同的分量（如图）。27在实际工作中我们只要被错开的地层厚度和地层产状，我们就可以计算出响应的地层断距。例如以正断层为例（剖面垂直岩层走向）。28二、断层的分类（一）按断层走向与岩层走向的关系分类1.断层走向与岩层走向关系分类（重点）1）走向断层2）倾向断层3）斜向断层4）顺层断层2.断层走向与区域构造线方向的关系分类1）纵断层2）横断层3）斜断层（二）按断层切割深度的分类1.岩石圈断层切穿岩石圈达软流层。深度＞40公里。2.地壳断层切穿地壳达M面。深度＞30公里。3.基底断层切穿硅铝层达K氏面。深度＞15公里。4.盖层断层切穿沉积盖层达变质基底。深度＜15公里。5.层间滑动断层发育于盖层中。深度一般＜10公里。29（三）按断层两盘相对运动方向的分类1.正断层：断层上盘向上运动的断层，其断层面一般较陡，倾角60度左右。2.逆断层：断层上盘向下运动的断层。3.平移断层：断层两盘相对于断层走向线方向运动，断层面倾角多直立。根据其旋向可分为：左行平移断层，右行平移断层。由于断层两盘有时既有水平运动、又有升降运动，此时应复合命名为右行—平移逆断层、左行—平移正断层等。4.枢纽断层：断层的两盘以断层面上某一点为轴作旋转运动称之为枢纽断层。枢纽断层分两种类型：其一，旋转轴位于断层的一端，其特点为断层各处的断距不等，近轴处短，远处大；其二，旋转轴位于断层的中间，其特点为断层的一侧如为正断层，另一侧则为逆断层（如图）。30按断层两盘相对运动方向的分类正断层31正断层野外素描32（四）断层的组合类型1.阶梯状断层若干条产状大致相等的正断层平行排列，在剖面上各断层的上盘成阶梯状向同一方向依次下降。阶梯状断层332.地堑与地垒两条或两组断层面相向的正断层大致平行排列，中间的断盘下降，称之为地堑。两条或两组断层面相背的正断层大致平行排列，中间的断盘上升，称之为地垒。地垒地堑343.叠瓦状断层若干条产状大致相等的低角度逆断层平行排列，在剖面上各断层的上盘成阶梯状向同一方向依次上升。叠瓦状断层354.对冲与背冲式断层两条或两条以上的高角度冲断层（断层面倾角＞45度的逆断层），倾向相向，中间盘下降，称之为对冲断层。若倾向向背，称之为背冲断层。对冲式断层背冲式断层36三、断层的形成机制通过物探资料发现，某些断层向下延伸十多公里处仍存在一不连续界面，此处的岩石在如此高的温度压力下很难发生断裂变形。通过对岩石力学性质的研究发现，当温度、围压较小时，岩石表现为脆性变形，随着温度、围压的上升，岩石逐渐变为塑性变形（塑性流变）。即变形带内的岩层并不发生断裂，岩层的完整性未破坏，同一标志层在变形带内的厚度变薄或增厚（如下图）。37变薄变厚韧性变形带特点据此，可以推断同一条断层在不同的深度其变形特征明显不同。38（一）断层的双层结构（西布森模式）对于深大断裂（深度＞15公里)而言，随着深度的增加断裂由脆性变形逐渐变为塑性变形。既具有双层结构，也称之为西布森模式。该模式可分为三个变形区：1.表浅变形区深度在地表至地下1-4公里，以断层带中充填未固结的断层角砾为其特征。2.浅层固结脆性变形区深度在1-4至10-15公里，以断层带内发育固结的压碎角砾岩、碎裂岩（原岩结构、构造可辨）为其特点，形成温度＜350度。3.深层塑性变形区深度＞10-15公里，一断层带内发育面理化糜棱岩（原岩结构、构造不可辨）为其特征（如图）。39深层塑性变形区表浅变形区浅层固结脆性变形区断层的双层结构40（二）脆性断层的应力模式（安德森模式）1.正断层的应力状态412.逆断层的应力状态423.平移断层的应力状态43四、断层的研究（一）断层效应断层错动所引起地层关系的变化和岩层的视错动，称之为断层效应。441.走向断层引起的地层效应

走向断层可引起断层附近的地层重复与缺。由于走向断层两盘的运动，以及断层倾向与地层倾向的关系不同，所以地层效应也不同。断层引起的地层重复与缺失452.横断层引起的地层效应当岩层倾斜时，横向断层引起的地层错动在平面与剖面上的表现形式不同。横断层引起的地层效应（一）46横断层引起的地层效应（二）473.横向断层引起的褶皱效应横切褶皱的断层，可使断层两盘褶皱核部变宽或变窄以及核部的地层的错动。横断层引起的褶皱效应48（二）断层运动方向的判别1.根据断层的效应（如前所述）1）对于走向断层来说，新地层一盘一般为上升盘，当断层倾向与岩层倾向相同，但断层倾角大于岩层倾角时则反之。2）对于横向断层来说，向斜核部变宽的一盘为下降盘，背斜反之（如图）。492.牵引构造与伴生构造断层两盘相对错动时，沿断层面产生的摩擦力使邻近岩层发生弯曲变形的现象称之为牵引构造。岩层与断层的锐夹角指向本盘运动方向。断层的牵引褶皱50断层的伴生构造51在大的平移断层两侧有时可见一组与断层走向斜交的褶皱称之为牵引褶皱。牵引褶皱的轴与断层线的锐夹角指向本盘运动方向（如图）。断层的牵引褶皱52由于断层两盘的相互错动、摩擦，在断层带中产生次一级应力，因次一级应力的作用使断层面两盘的岩层发生破裂称之为伴生构造（如图）。533.根据断层面上的擦痕、阶步及断层带中的构造透镜体判别两盘运动方向1）擦痕由粗—细的方向指示对盘运动方向。2）阶步正阶步由陡—缓的方向指示对盘运动方向。反阶步陡坎对着的方向指示本盘运动方向（如图）。断层面上的擦痕与阶步543）构造透镜体构造透镜体的长轴与断层面锐夹角的方向指示对盘运动方向（如图）。

北戴河鸡冠山正断层中的构造透镜体554.地貌标志断层的活动及存在，常在地貌上留有明显的表现，这些由断层引起的地貌现象就成为识别断层存在的最直接标志，为观察和确定断层提供了重要的线索。1).断层崖：由于断层两盘的相对运动，常使断层的上升盘形成陡崖，这种陡崖称之为断层崖。2).断层三角面：断层崖受到水流的侵蚀切割，形成沿断层走向分布的一系列三角形陡崖称之为断层三角面。563).错断的山脊和水系山脊和水系沿某一方向错断常常是断层存在的标志(如图)。断层崖、断层三角面、错断的山系和水系574）.湖泊、泉水的带状分布（如图）585）.不同地貌单元的线状分布山区与平原、高山与低山等的线状接触带往往暗示断层的存在（如图）。不同地貌单元的线状分界595.构造标志断层的活动总是留下许多构造现象，这些现象是判别断层存在的重要标志。1）.构造线不连续现象：指断层常造成岩层的地质界线、不整合界线、褶皱的枢纽、轴线等在地面上突然中断或错开的现象。它是断层存在的直接标志（如图）。602）.摩擦镜面、擦痕等标志断层的运动使断层面处的岩石经摩擦而成为光滑的平面称之为摩擦镜面。同时断层面上也可见擦痕、阶步等构造，这些都是判别断层存在的标志。3）.断层碎裂变质岩（构造岩）由于断层两盘的相对错动，导致断层面附近的岩石破碎、碾压变