第6章断层12011

第6章断层12011第六章断层断层（fault）是地壳表层中岩层顺破裂面发生明显位移的构造。地壳岩石中断裂主要表现为层次性：浅层次为脆性断裂，形成脆性断层或简称断层；在较深和深层次则形成韧性断层或称韧性剪切带（ductileshearzone）；两者之间存在一个过渡层次。脆性断层和韧性剪切带构成了断层的双层结构。第六章断层研究意义：区域性断层控制或影响区域地质构造的格局，并常常控制或影响区域成矿作用；中小型断层决定了某些矿体的形态和产状；或者切割、破坏层状矿体（如煤）的赋存状态；断层是石油、天然气、地下水等的赋存、运移的通道；断层影响水工建筑的稳定性：场地稳定性、水库渗漏等；活断层是绝大多数地震的根源。第六章断层龙门山断裂带由三条具有发生强烈地震能力的主干断裂所组成：西边一条叫汶川-茂县断裂，这次地震时没有发生破裂；中间的一条叫映秀-北川断裂，连续性较好，这次8.0级地震破裂主要发生在这条断裂上；东边的一条叫灌县-江油断裂，沿龙门山与成都平原交界处分布，这次地震形成了70公里长的地表破裂。汶川映秀成都市绵阳市北川县青川县汉旺镇南坝镇据徐锡伟等，2008北川县擂鼓镇柳林村地震错断现代河床，镜向北西地震前美丽的北川县城遭遇地震浩劫后的北川县城切过北川县城的地震地表破裂带前山断裂错断白鹿镇中学校园，距断层数米处的教学楼没有遭到严重破坏前山断裂最北端汉旺一带的地表破裂第六章断层第一节、断层的几何要素第二节、断层分类第三节、断层各论第四节、断层形成机制第五节、断层的标志及断层效应第六节、断层的观察与研究第一节断层的几何要素一、断层面和断层带二、断层线三、断盘四、位移返回一、断层面和断层带岩层或岩体断开后，两侧岩体沿着断裂面发生显著位移，这个断裂面称为断层面（faultplane;faultsurface）。大规模断层不是沿着一个简单的面发生，而往往是沿着一系列密集的破裂面或破碎带发生位移，这称之为断层带（faultzone）或断层破碎带（crushzone;shatteredfaultzone）。断层规模——以切割深度，延展长度，断距大小来衡量。断层规模——以切割深度，延展长度，断距大小来衡量。特大型断层:如美国西部SanAndreas断层切割到地壳下部，位移量480公里；我国郯庐断裂位移几百公里；微型断层:手标本可见。ＳａｎＡｎｄｒｅａｓ大断层断层规模——以切割深度，延展长度，断距大小来衡量。东非裂谷的断裂面郯庐断裂返回二、断层线断层面与地面的交线称断层线（faulttrace），它表示断层的延伸方向。它可以是一条直线，也可以是一条曲线或波状弯曲的线。断层线的形状取决于断层面的产状和地形起伏条件。返回三、断盘断盘——断层面两侧被切断的岩块按断层面与断盘关系（位置关系）分：上盘、下盘、东南盘、西北盘等；按两盘相对位移（运动）方向分：上升盘、下降盘。1、上盘（upperplate;hangingwall）和下盘（lowerplate;footwall;underlyingblock）：断层面两侧发生显著位移的岩块称为断盘。如果断层面是倾斜的，位于断层面以上的岩块叫上盘，位于以下的叫下盘。2、上升盘（upthrownblock）和下降盘（downthrowblock）：在实际工作中是根据相对位移的关系来判断上升和下降，相对上升的岩块叫上升盘，相对下降的岩块叫下降盘。返回断层两盘的相对移动统称位移。可分为直移运动和旋转运动。在直移运动中，两盘只发生相对平直的滑移而无旋转，错动前的直线运动后仍然平行；在旋转运动中，两盘以断层面法线为轴相对旋转滑移，错动前的直线运动后不再平行。四、位移对位移的描述：滑距（actualrelativeslip）断距（faultdisplacement；离距）走向断距（strikeseparation）倾向断距（dipseparation）地层断距（stratigraphicseparation）铅直地层断距（verticaldisplacement）水平地层断距（horizontaldisplacement）滑距：原来重叠的两点位移后的距离。断距：标志层经断层位移后在断层面上测得的两条迹线之间的垂直距离。即离距。（一）滑距在实际工作中，经常要推断断层两盘相对位移的方向和测算位移的大小。断层错动前的一个点，错动后变成位于断层面上的两个对应点，即a和b。这两个点的实际距离，表示了断层的真位移，称为总滑距（ab）；总滑距在断层面走向方向和倾斜线上的分量，称为走向滑距（ac）和倾斜滑距（cb）。（在断层面上观察）总滑距走向滑距倾斜滑距同一地层由于断开移动，分别在上下盘出现，变成了两个对应地层。通常是在垂直地层走向的剖面上来测量对应层之间的位移，这样算出来的位移都是视位移。地层断距（ho）断层两盘对应层层面之间的垂直距离。铅直地层断距（hg）断层两盘对应层层面在铅直方向上的距离。水平地层断距（hf）在断层两盘对应层层面之间的水平距离。1、地层断距：（垂直于地层走向的剖面上观察）（二）断距地层断距、铅直地层断距、水平地层断距的关系ho=hg·cosα=hf·sinαhg=hf·tanα当岩层走向与断层走向不一致时，垂直于断层走向的剖面上测得的地层断距为视断距：视地层断距（h′o′＞ho）视水平地层断距（h′f′＞hf）视铅直地层断距（h′g′=hg）（1）走向断距与倾向断距走向断距：断层两盘同一岩层或矿层沿断层走向线错开的水平距离。倾向断距：断层两盘同一岩层或矿层沿断层倾斜线错开的倾斜距离。2、落差、平错：（垂直于断层走向的剖面上观察）断距不是滑距！H走H倾BAA'B'AA'是走向断距；BB'是倾向断距。①②③运动方式①:AA'就是总滑距，也是走向滑距。（倾斜滑距为0）运动方式②:BB'就是总滑距，也是倾斜滑距。（走向滑距为0）运动方式③:XX'是总滑距，XX1是走向滑距；X1X'是倾斜滑距。BAA'B'ＸBＸXX'X1无论何种运动方式:AA'都是走向断距；BB'都是倾向断距。（2）落差、平错：在与断层走向垂直的剖面上，倾向断距的铅直分量为落差（xy），水平分量为平错（yz）。落差、平错与倾向断距（xz）的关系为：xy=xz·sinβyz=xz·cosββ—断层倾角Ha=Hc·sinβHb=Hc·cosββ—断层倾角返回倾向断距的铅直分量为落差倾向断距的水平分量为平错第二节断层的分类一、根据断层与有关构造的几何关系分类二、根据断层两盘相对运动分类三、根据断层的力学性质分类返回一、根据断层与有关构造的几何关系分类1.走向断层（strikefault）断层的走向与岩层的走向一致。（一）根据断层走向与岩层走向的关系分类2.倾向断层（dipfault）断层的走向与岩层的走向垂直。3.斜向断层（diagonalfault）断层的走向与岩层的走向斜交。4.顺层断层（beddingfault）断层与岩层面大致平行。1.纵断层（longitudinalfault）断层的走向与褶曲的轴向或区域构造线一致。纵断层基本是走向断层。（二）根据断层走向与褶皱轴（或区域构造线）的关系2.横断层（acrossfault）断层的走向与褶曲的轴向或区域构造线直交。横断层基本是倾向断层。3.斜断层（diagonalfault）断层的走向与褶曲的轴向或区域构造线斜交。斜断层基本是斜交断层。返回二、根据断层两盘相对运动分类走滑断层斜滑断层正断层逆断层1.正断层（normalfault）上盘相对下降，下盘相对上升的断层叫正断层。断层面的倾角一般较陡，多在45°以上。正断层是在张力或重力作用下形成的，正断层形成后对应层间出现拉开的一段水平断距。正断层的规模有大有小，断距从小于1m到数百米；断层线从数米到数百千米以上，一般比较平直。（正断层的形成过程）正断层2.逆断层（reversefault）上盘相对上升，下盘相对下降的断层叫逆断层。逆断层主要是在水平挤压力作用下形成的，逆断层形成后对应层间出现一段掩覆现象，即上盘掩盖下盘的现象。（逆断层的形成过程）逆断层根据断层倾角大小可分为高角度逆断层和低角度逆断层。逆断层又可根据断层面的倾角分为：（1）高角度逆断层：指倾角大于45°的逆断层，层面比较陡直。（2）低角度逆断层：断层面倾角小于45°。如果规模巨大、断层面倾角平缓，一般多为30°或更小，并呈波状起伏、上盘沿断层面远距离推移（数千米至数万米），这样的逆断层称为逆冲断层或逆掩断层。逆掩断层逆掩断层与推覆体的形成大规模的逆冲断层的突出特征是：老岩层推覆在新岩层之上。这些盖在较新岩层之上的来自远处的老岩层，称为外来岩块或推覆体；相对地停留在原地的岩层岩块，称为原地岩块或下伏岩块。逆冲断层与推覆体共同构成逆冲推覆构造或推覆构造（或辗掩构造）。如果在推覆构造的上盘岩块中，因差异侵蚀，局部露出下盘的较新的原地岩块，这种构造称为构造窗。相反，如果由于强烈侵蚀，上盘的外来岩块只局部残留于较新的原地岩块之上，这种构造称为飞来峰。构造窗和飞来峰，在平面图上都表现为和周围的岩层呈断层接触，构造窗表现为新岩层的周围都是老岩层，而飞来峰则是老岩层的周围都是新岩层。构造窗飞来峰形成过程3.平移断层（wrenchfault）指断层两盘沿着断层面在水平方向发生相对位移的断层。规模巨大的平移断层通常称为走向滑动断层。实际上很多断层是斜向滑动的，在不需要严格区分的情况下，如果其走向断距大于倾斜断距，可归入平移断层一类。平移断层(走滑断层)斜滑断层4.斜滑断层（diagonalslipfault;obliqueshiftfault）指断层两盘沿着断层面在发生斜向相对位移的断层。根据断层面的滑动线（擦痕线）的侧伏角大小，可以进一步划分直移运动的断层类型。根据断层两盘滑动线的侧伏角命名断层分类侧伏角示图正（逆）断层＞80°平移－正（逆）断层45°～80°正（逆）－平移断层10°～45°平移断层＜10°MMNN10°10°BBAAFFEE正断层逆断层逆-平移断层O平移-正断层平移断层平移断层正-平移断层平移-逆断层5.枢纽断层（hingefault）前述各种断层，其两盘位移都是直线运动的，但有些断层运动具有旋转性质，上盘围绕着一个轴作旋转运动，这样的断层叫枢纽断层或旋转断层。返回两盘运动方式有两种情况：旋转轴位于断层的一端，其特点是在同一条断层的不同地段其位移量不等；旋转轴位于断层的中间，其特点是除了位移量随断层不同地段而变化外，还表现为在旋转轴的两侧，一侧为正断层，一侧为逆断层。三、根据断层的力学性质分类断层是在一定的地应力作用下产生的，而地壳内岩石所受的力不外是张应力、压应力和扭（剪切）应力，但更多的时候是张应力兼扭应力和压应力兼扭应力。因此，可以把断层分为张性、压性、扭性、张性兼扭性（张扭）、压性兼扭性（压扭）等五种。1.张性断层（extensionfault;extensionalfault）断层面一般较粗糙；断层带较宽或宽窄变化悬殊，其中常填充构造角砾岩，如尚未完全胶结，常形成地下水的通道；沿着断层裂缝常有岩脉、矿脉填充。正断层多属于张性断层。拉张力与正断层断层崖上盘下盘断层面2.压性断层（compressionfault）断层带中破碎物质常有挤压现象，出现片理、拉长、透镜体等现象；断层两侧岩石常形成挤压破碎带，为地下水运移和储集提供了有利条件，而断层带本身由于挤压密实，反倒形成隔水层；断层两盘或一盘岩层常直立、或呈倒转褶皱、牵引褶皱；逆断层多属于压性断层。牵引褶皱挤压力与逆断层3.扭性断层（basculatingfault;wrenchfault）断层面产状较稳定；断层面平直光滑，犹如刀切，有时甚至出现光滑的镜面；断层面上常出现大量擦痕、擦沟等；断裂面可以切穿岩层中的坚硬砾石和矿物；断裂带中的破碎岩石常辗压成细粉，出现糜棱岩，有时也出现一些应变矿物如绿泥石、