第八章,断层构造1.ppt

1、第 八 章 断 层 构 造,断层：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）,断层面：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：由一系列断层面或由较宽的破碎带组成的大型断层。 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,第一节 断层要素,断层产状：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：

2、断层与地面的交线,断层盘：断层面两侧发生位移的岩块。 倾斜断层：断层面上侧岩块为上盘，下侧为下盘。 直立断层：据断层走向将两盘分为东西盘、南北盘、北东、 南西盘或北西、南东盘。 根据断层的运动方式：相对向上运动的为上升盘，向下运动 的为下降盘。,二、断层盘,三、断层的位移,1.滑距：断层两盘的位移距离。 总滑距：断层面两侧相邻两点位移后的距离（ab） 走向滑距：总滑距沿断层走向的水平投影（ac） 倾向滑距：总滑距沿断层面倾向的水平投影（cm） 水平滑距：总滑距的水平投影（am）,2.断距：断层面两侧被错断的同一岩层的相对距离,1）在垂直于被错断地层走向的剖面上： 地层断距：断层两盘被错断的对应

3、层间的垂直距离（ho）。 铅直地层断距：对应层间的铅直距离（hg）。 水平地层断距：对应层间的水平距离（hf）。,2）在垂直于断层走向的剖面上： 视地层断距：断层两盘被错断的对应层间的垂直距离（ho）。 视铅直地层断距：对应层间的铅直距离（hg）。 视水平断层断距：对应层间的水平距离（hf）。 断层走向平行于地层走向：断距视断距 不平行时：视断距断距,根据产状求断距,第二节 断层的分类,一、断层与相关构造的几何关系分类,1. 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,2.断层走向与褶皱轴面走向以及区域构造线走向,纵断层,横断层,斜断层,二、断层两盘相对运动分类,1.正断层：断

4、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。,高角度,拆离断层,2.逆断层：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。 逆冲断层一般一般也呈铲式。,3.平移断层（走滑断层）：两盘沿断层走向相对运动的断层 断层面产状一般陡立 根据运动性质可分为：左行走滑（平移）断层和 右行走滑（平移）断层,4.兼具倾向滑动（正、逆断 层运动）和走滑

5、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：断层两盘绕一垂直于断层面的轴旋转形成的断层,第三节 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

6、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，1（主压应力）与两剪裂面的锐角分角线一致，3（最小压应力或最大拉应力）与两剪裂面的钝角分角线一致。1所在盘向锐角角顶方向滑动，断层两盘垂直于2 （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：1直立、2和3水平，2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 (1)在铅直方向上逐渐增大，或者是最小主 应力(3)在水平方向上减小

7、。 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。,3,1,3,1,3,1,形成逆(冲)断层的应力状态是：最大主应力轴(1)和中间主应力轴(2)是水平的，最小主应力轴(3)是直立的，2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：1在水平方向逐渐增 大，或者是最小主应力(3)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(1)和最小主应力轴(3)是水平的，中间主应力轴(2)是直立的，断层面走向垂直于2，滑动方向也垂直于2，两盘顺断层走向滑动。,最大有效力矩准则 根据安德森模式，正断层应高角度

8、，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。,Anderson model,Maximum effective moment criteria,第四节 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、构造标志,1.构造不连续性,2.断层面的存在,3.强变形带的出现 如

9、强烈劈理化带 和强烈碎裂带,4.断层构造岩,断层两盘岩石在断层活动中被改造形成的变形岩石 地壳浅部脆性断层脆性断层构造岩 地壳深部韧性剪切带糜棱岩,1）断层碎裂岩（原教科书称为断层角砾岩）： 由仍保持原岩特点的岩石碎块组成的断层构造岩， 称为碎裂某某岩。,3)超碎裂岩（微角砾岩）： 由断层活动研磨成的极细 的构造岩，一般看不到角 砾，并具有像硅质岩的致 密构造。一般在断层面上 形成板状薄层,2)断层角砾岩（原教科书称为断层碎裂岩）： 经过断层滑动研磨形成的较细的具有砾岩结构的断层岩， 由角砾和基质组成,4)玻化岩（假熔岩）：断层快速滑动产生极度研磨并通过摩擦热产生熔融，冷凝后形成的外貌类似熔岩

10、玻璃的一种断层构造岩。一般呈脉状或角砾状。,5)断层泥：岩石研磨后经水化作用形成的一种主要由粘土矿物（如伊利石、高岭石和蒙托石）组成的未固结的断层岩，一般平行于断层面呈不同颜色的条带。,大型断层：正断层地层缺失，逆断层地层重复,三、地层标志（地层的重复与缺失）,四、小型岩体、矿化和热液蚀变成带分布 五、同一岩层岩相和厚度的急剧变化,大型断层：正断层地层缺失，逆断层地层重复,一、地层关系,第五节 断层运动性质的判别,二、.标志物的错断： 包括岩层、岩脉、 不整合面、先期断 层和侵入体边界等。,三、牵引构造 牵引褶皱：断层两盘紧邻断层面的岩层因断层运动拖曳发生弯曲形成的褶皱，也称拖曳褶皱。,反牵引

11、褶皱：铲式正断层形成的一种牵引褶皱,四、擦 痕,断层两盘相对运动时在断层面上划下的刻痕。 反映断层两盘的真实运动轨迹。 钉头痕：由大而深的一端和小而浅的一端形成的擦痕， 断层对盘由深的一端向浅的一端运动,五、阶步 断层活动中在断层面形成的与断 层运动方向垂直的微小陡坎，在 陡坎处常发育与擦痕平行的矿物 生长纤维。,正阶步,反阶步,正阶步与反阶步的区别： 1）正阶步陡坎比反阶步缓；2）正阶步有生长矿物纤维；反阶步无；3）反阶步一般为鳞片状，可剥落。,张裂隙,透镜体、面理取向,褶皱的倒向,六、断层带张裂隙、透镜体排列和劈理的取向、褶皱的倒向,由于张裂隙平行于最大主 应力方向，透镜体的扁平面、 劈理面平行或近平行于应变椭 球体的XY面，因而可据以下准 则确定运动方式：张裂隙与断 层面所交锐角指示本盘的运动 方向；劈理面与断层所交锐角 指示对盘的运动方向。,实习10、断层运动学和力学机制作图法,1.根据共轭断层求主应力方向,练习1. 两组断层产状分别为： 240和 22282 求主应力（三轴）方向。,2.利用单个断层判别主应力方向已知断层面产状、擦痕方向和 断层运动性质,练习2.已知断层及擦痕产状