第4章 脆性變形(2)-斷層概述、分類及各論

第四章脆性變形-斷層

斷層概論

斷層基本術(shù)語斷層的分類斷層各論主要內(nèi)容巖石的力學(xué)性質(zhì)脆性:

巖石在彈性變形階段后至斷裂前,沒有或只有極小的塑性變形(<3－5%)脆性－韌性:

巖石在斷裂前塑性變形的應(yīng)變量為5－8%韌性:

巖石在斷裂前的塑性變形量超過10%斷層和破裂

FaultandFracture脆性變形是巖石在彈性變形階段發(fā)生破壞時的性質(zhì)和特征。脆性破壞的應(yīng)力條件，也就是脆性破裂的強度即臨界應(yīng)力。斷層是地殼巖石沿著破裂面發(fā)生明顯位移的破裂構(gòu)造，它是一種典型脆性變形。地殼表層巖石一般為脆性變形－斷層或斷裂帶 地殼深部巖石一般為韌性變形－韌性剪切帶兩者之間為韌－脆性轉(zhuǎn)換（過渡帶）斷層有規(guī)模大小之分，有深淺不同。斷層面斷層線

斷層的基本描述術(shù)語斷層面（帶）斷層線斷盤（斷塊）斷層的產(chǎn)狀要素斷層位移

斷層位移運動形式（平移、旋轉(zhuǎn)）方向大?。ɑ嗪蛿嗑啵?/p>

斷距：斷層兩盤巖層對應(yīng)層之間的相對位移距離。

滑距：斷層兩盤的對應(yīng)點之間的實際位移距離。它是錯動前的一點，錯動后分成兩個對應(yīng)點之間的實際距離。斷層的斷距斷層的滑距●●

斷層的幾何學(xué)分類斷層的運動學(xué)分類斷層的分類斷層走向與巖層走向的關(guān)系斷層走向與褶皺軸向的關(guān)系斷層的幾何分類根據(jù)斷層與有關(guān)構(gòu)造幾何關(guān)系的分類斷層走向與巖層走向關(guān)系的分類

走向斷層：斷層走向與巖層走向基本一致的斷層。

傾向斷層：斷層走向與巖層走向直交的斷層。即與巖層傾向一致的斷層。

斜向斷層：斷層走向與巖層走向斜交的斷層。

順層斷層：斷層面與巖層層面等原生界面基本一致的斷層。

斷層走向與褶皺軸向關(guān)系的分類

縱斷層：斷層走向與褶皺軸向一致或與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致的斷層。

橫斷層：斷層走向與褶皺軸向直交或與區(qū)域構(gòu)造線方向近于直交的斷層。

斜斷層：斷層走向與褶皺軸向斜交或與區(qū)域構(gòu)造線方向斜交的斷層。

正斷層逆斷層平移斷層斷層兩盤相對運動關(guān)系的分類正斷層：指斷層上盤相對下降，下盤相對上升的斷層。

特征：斷面產(chǎn)狀較陡，傾角多在450以上。大型正斷層往往上陡下緩，斷面總體形態(tài)呈鏟狀、犁狀或勺狀。正斷層

逆斷層：指斷層上盤相對上升，下盤相對下降的斷層。根據(jù)斷面傾角大小，又可分為如下幾種類型：

高角度逆斷層：斷面傾角在45o以上。

低角度逆斷層：斷面傾角小于45o。

逆沖斷層：位移量較大的低角度逆斷層，傾角在30o左右。

逆沖推覆構(gòu)造：具一定規(guī)模，位移量很大的一系列低角度逆沖斷層（原地系統(tǒng)有構(gòu)造窗，外來系統(tǒng)有推覆體、飛來峰）組成的構(gòu)造系統(tǒng)。逆斷層

平移斷層：斷層兩盤順斷面走向相對運動，而無上下垂直運動的斷層。

特征：斷面平直光滑、近于直立，剪切性質(zhì)突出。根據(jù)斷層兩盤相對運動方向不同，又可分為：左行平移斷層和右行平移斷層，規(guī)模巨大的平移斷層則一般稱為走滑斷層。平移斷層斜向滑動斷層命名時也可采用組合命名法

樞紐斷層斷層兩盤相對發(fā)生大的旋轉(zhuǎn)（分為旋轉(zhuǎn)軸位于斷層一端或斷層中部一點兩種情況）1.正斷層2.逆斷層3.平移斷層

4.正平移斷層－平移正斷層

5.逆平移斷層－平移逆斷層

6.樞紐斷層斷層兩盤相對運動分類演示逆斷層——斷層上盤相對下盤向上滑動的斷層。

逆掩斷層——指斷層傾角＜45°的逆斷層。上盤上升下盤下降1.正斷層2.逆斷層3.平移斷層

4.正平移斷層－平移正斷層

5.逆平移斷層－平移逆斷層

6.樞紐斷層斷層兩盤相對運動分類演示平移斷層——斷層兩盤順斷層面走向相對滑動的斷層；

規(guī)模巨大的平移斷層稱為走滑斷層。水平錯動1.正斷層2.逆斷層3.平移斷層

4.正平移斷層－平移正斷層

5.逆平移斷層－平移逆斷層

6.樞紐斷層斷層兩盤相對運動分類演示上盤斜向下降正平移斷層和平移正斷層屬斜向(滑動)斷層－斷層兩盤既不順斷層走向方向也不順傾向方向滑動的斷層，位移與走向和傾向斜交。因此，總位移在走向和傾向上有兩個分量。當(dāng)平移分量＞下降分量稱為正平移斷層；當(dāng)水平分量＜下降分量稱為平移正斷層。1.正斷層2.逆斷層3.平移斷層

4.正平移斷層－平移正斷層

5.逆平移斷層－平移逆斷層

6.樞紐斷層斷層兩盤相對運動分類演示上盤斜向上升逆平移斷層和平移逆斷層也屬斜向(滑動)斷層：斷層兩盤既不順斷層走向方向也不順傾向方向滑動的斷層，位移與走向和傾向斜交。因此，總位移在走向和傾向上有兩個分量。當(dāng)平移分量＞上升分量稱為逆平移斷層；當(dāng)水平分量＜上升分量稱為平移逆斷層。斷層各論

（一）正斷層（二）逆斷層（三）平移斷層（一）正斷層1.一般特點

正斷層是斷層上盤相對下盤沿斷層面向下滑動的斷層。在自然界，正斷層產(chǎn)狀較陡，傾角一般＞45°(60°～70°為主)。2.正斷層組合型式

階梯狀斷層：由若干條產(chǎn)狀基本一致的正斷層組成，各條斷層上盤依次向同一方向呈整體均勻下降，構(gòu)成階梯狀。

掀斜式階梯狀斷層（箕狀構(gòu)造）：由若干條產(chǎn)狀基本一致的正斷層組成，各條斷層上盤依次向同一方向呈整體不均勻翹曲下降，構(gòu)成掀斜階梯狀。規(guī)模大者控制斷陷盆地沉積，地貌上表現(xiàn)為單面山與山谷相間景觀。下盤上盤地塹：由兩條走向基本一致相向傾斜的正斷層組成，兩條斷層之間為共同下降盤之組合。地塹也可以由一組走向基本一致的相向傾斜的階梯狀斷層組成。地塹地壘：由兩條走向基本一致反向傾斜的正斷層組成，兩條斷層之間為共同上升盤之組合。地壘可以由一組走向基本一致反向傾斜的階梯狀斷層組成。地壘組合與地塹組合正好相反。地壘盆-嶺構(gòu)造(也稱盆-山構(gòu)造)：盆嶺構(gòu)造一詞源自美國西部科迪勒拉山系盆嶺區(qū)，指由不對稱的縱列單面山、山嶺及其間的盆地組成的構(gòu)造-地貌單元。它是在區(qū)域伸展作用下形成的地塹、地壘、掀斜式階梯狀斷層控制下發(fā)育的構(gòu)造-地貌型式。屬大-特大型正斷層組合型式。裂谷構(gòu)造：是指在區(qū)域伸展背景下形成的狹長斷陷，切割深發(fā)育演化時間長的大－特大型正斷層地塹組合型式。它是全球板塊構(gòu)造的一種類型。裂谷的一些主要特征：

(1)由一系列正斷層為主的地塹、半地塹組成的復(fù)雜地塹系、斷陷谷、斷陷盆地等構(gòu)造-地貌。

(2)內(nèi)部有一套巨厚磨拉石建造，常伴有蒸發(fā)巖和火山熔巖、火山碎屑巖沉積。

(3)兩類巖漿巖組合：大陸溢流玄武巖和雙峰式火山巖帶。

(4)淺源地震帶，巨大負(fù)布格重力異常和負(fù)磁異常帶。東非裂谷環(huán)狀斷層：是由若干條弧形、半環(huán)狀斷層圍繞一個中心成同心圓狀排列之組合。

放射狀斷層：是由若干條斷層自一個中心向外成輻射狀排列之組合。這種構(gòu)造組合型式形成是深部隆拱或隆升作用導(dǎo)致的平面引張結(jié)果，規(guī)模一般不大，以小型為主。環(huán)狀斷層放射狀斷層

斜列型(雁列式)斷層：斜列型或雁列式斷層構(gòu)造是由若干條彼此平行的正斷層呈斜向錯列之組合。單條斷層與斜列式斷層帶(串連線)走向呈30°-45°斜交。

這種斷裂構(gòu)造組合型式是區(qū)域扭動(剪切)作用之結(jié)果，規(guī)模中等，常常控制中-小型斷陷盆地。3.正斷層形成地質(zhì)背景

正斷層可以產(chǎn)生于各種不同的地質(zhì)環(huán)境中，在構(gòu)造強烈擠壓的變形構(gòu)造帶，正斷層通常不發(fā)育，也不占主導(dǎo)地位，一般作為擠壓構(gòu)造的伴生或派生構(gòu)造。

正斷層通常在構(gòu)造伸展或拉張地區(qū)(如板塊或地塊內(nèi)部、地臺、地臺活化區(qū))，正斷層及其組合形式占主導(dǎo)地位。（二）逆斷層1.一般特點

逆斷層是斷層上盤相對下盤沿斷層面向上滑動的斷層。逆斷層是自然界中最常見的構(gòu)造型式，規(guī)模從小型到大－特大型普遍發(fā)育。根據(jù)斷層傾角大小，一般劃分為高角度逆斷層(＞45°)和低角度逆斷層(＜45°)。

一種特殊的斷層－圓柱狀斷層

逆沖推覆斷層是低角度逆斷層中的一種，斷層傾角很小(＜30°)水平位移量可達5km以上。斷層上盤是遠(yuǎn)處推移而來稱為外來巖塊(體)或逆沖巖席；而斷層的下盤相對未動稱為原地巖塊(體)。當(dāng)斷層上盤的外來巖塊或逆沖巖席遭受強烈侵蝕切割，而露出下伏原地巖塊時，表現(xiàn)為兩種常見特征構(gòu)造形式：

構(gòu)造窗：一大片外來巖塊中露出一小片由斷層圈閉的原地巖塊；

飛來峰：一大片被強烈剝蝕出來的原地巖塊中殘留一小片由斷層圈閉的外來巖塊；2.逆斷層組合型式

疊瓦(疊沖)式逆沖斷層：由若干條產(chǎn)狀基本一致的逆沖斷層組成，各條斷層的上盤依次向同一方向逆沖上升，平面上構(gòu)成疊瓦狀。臺中地區(qū)疊瓦斷層帶疊瓦(疊沖)式逆沖斷層：疊瓦狀構(gòu)造常表現(xiàn)為上陡下緩，各條斷層向下常匯集成一條主斷層。對沖式逆沖斷層：由兩條或多條傾向相背相對逆沖的斷層組成，其間有一共同下(降)盤。小型的對沖式斷層常與背斜伴生，而大型對沖式斷層常控制前陸凹陷和斷陷盆地邊界。3.逆沖推覆構(gòu)造

逆沖推覆構(gòu)造指由逆沖斷層及其上盤推覆體或逆沖巖席組合而成的大型-巨大型構(gòu)造。這類構(gòu)造廣泛產(chǎn)于各種造山帶和前陸凹陷帶，由于對礦產(chǎn)、油氣賦存有著密切的關(guān)系，成為近十幾年地學(xué)理論和應(yīng)用研究領(lǐng)域中的一大熱點，并取得較大的進展。

逆沖推覆構(gòu)造與逆沖斷層的區(qū)別在于：前者規(guī)模大、水平位移(推覆距離)大；后者規(guī)模較小，水平斷距有限。由于兩者只是規(guī)模大小的差異，因此逆沖推覆構(gòu)造的組合型式也有與逆沖或逆掩斷層類似的組合型式——如疊瓦式、對沖式、背沖式和楔沖式等。

雙重逆沖構(gòu)造：由頂板逆沖斷層與底板逆沖斷層以及夾于其中的一套疊瓦式逆沖斷層和斷層夾塊(片)組合而成的構(gòu)造。其特點是：雙重逆沖構(gòu)造中的各次級疊瓦狀逆沖斷層向上逆沖相互趨近連接共同構(gòu)成頂板逆沖斷層；各次級疊瓦狀逆沖斷層向下也相互趨近連接共同構(gòu)成底板逆沖斷層；由次級逆沖斷層圍限的巖塊稱為斷夾塊（Horse）。如果疊瓦狀逆沖斷層向上沒有連接成頂板逆沖斷層，這種疊瓦狀逆沖斷層稱為疊瓦扇。

反沖斷層（Backthrust）：

在逆沖斷層系中出現(xiàn)的與總體逆沖方向相反的逆沖斷層。反沖斷層主要出現(xiàn)在逆沖斷層系的前鋒部位和斷坡后側(cè)，它是由逆沖滑動中受斷坡或鋒緣前側(cè)受阻抗而發(fā)生反沖作用形成的。前展式或背馱式(Piggybackpropagation)：新產(chǎn)生的逆沖斷層發(fā)育在已經(jīng)存在的老的逆沖斷層之下或下盤，而各逆沖巖席依次向逆沖前進的方向（如前陸盆地）擴展，并增生在前進逆沖巖席的前鋒。逆沖推覆構(gòu)造擴展的兩種基本形式（1）前展式或背馱式；（2）后展式或上疊式后展式或上疊式(Oversteppropagation)：每一新產(chǎn)生的逆沖斷層發(fā)育在已經(jīng)存在的老逆沖斷層的上盤或之上，各逆沖巖席依次向逆沖來源方向（如腹陸）擴展，并增生在前進逆沖巖席的后緣。斷展褶皺作用（Fault-propagationfolding）：逆沖巖席在逆沖爬升過程中發(fā)生褶皺作用，在逆沖斷層的終端或前端形成褶皺，而且褶皺與斷坡形成同時。4.重力滑動或滑覆構(gòu)造重力滑動或滑覆構(gòu)造：是指巖層在重力作用或重力勢能的控制影響下，向下滑動形成的構(gòu)造。構(gòu)造樣式：滑動巖片、滑動褶皺和滑動巖塊形成條件：

（1）合適的坡度和接納滑動系統(tǒng)的盆地；（如河南嵩山、鄂東大冶地區(qū)）（2）滑動系巖層有足夠厚度和重量；（3）應(yīng)有潤滑層和一定孔隙壓力；重力滑動或滑覆構(gòu)造的結(jié)構(gòu)要素1-原地下伏系統(tǒng)2-潤滑層3-滑面4-滑動系統(tǒng)5-前緣滑覆推擠逆沖帶（據(jù)馬杏垣、索書田等，1981）5.逆斷層形成地質(zhì)背景逆斷層可以發(fā)育在不同地質(zhì)構(gòu)造背景，但大部分逆沖斷層主要發(fā)育在大陸碰撞擠壓造山帶和洋陸碰撞邊界。低角度逆掩推覆斷層往往與高流體孔隙壓力發(fā)育的擠壓帶有關(guān)。臺中地區(qū)疊瓦斷層帶（三）平移斷層

1.一般特點

平移斷層是斷層兩盤斷層面相對沿水平方向滑動，而無垂直方向運動的斷層，傾角較陡，普遍＞60°(70°～80°為主)。根據(jù)斷層兩盤的相對滑動方向，可進一步命名為：

左行(左旋、反扭)平移斷層：垂直斷層走向觀察，對盤向左方滑動；

右行(右旋、順扭)平移斷層：垂直斷層走向觀察，對盤向右方滑動；