正斷層與伸展構(gòu)造研究

正斷層與伸展構(gòu)造研究1可編輯版第一節(jié)基本概念1.定義：正斷層：上盤相對(duì)于下盤向下滑動(dòng)的傾向滑動(dòng)斷層。伸展構(gòu)造：由于正斷層一般是在水平拉伸作用下形成且造成巖石單元的水平伸展，故正斷層又可稱為伸展構(gòu)造（斷層）。2可編輯版σσσσ1133σ3σ12應(yīng)力狀態(tài)及形成機(jī)制3可編輯版利于正斷層形成的應(yīng)力條件為：最大主應(yīng)力(σ1)在豎直方向上增大，或最小主應(yīng)力(σ3)在水平方向上減小，或上述兩種過(guò)程同時(shí)作用。σ3σ1σ3σ1σ3σ14可編輯版利于正斷層作用發(fā)生的地質(zhì)背景是：經(jīng)歷水平拉伸（伸展）或垂向穹隆和抬升的地區(qū)由于大多數(shù)正斷層形成于水平伸展，而且經(jīng)歷正斷層作用的地殼巖石單元發(fā)生了水平方向上的拉伸（伸展），所以正斷層也被稱為伸展斷層，但伸展斷層一般特指由區(qū)域性伸展形成的大規(guī)模低角度正斷層。5可編輯版第二節(jié)、正斷層的一般特征a.斷層上盤相對(duì)于下盤向下運(yùn)動(dòng)b.被斷巖石單元產(chǎn)生水平伸長(zhǎng)（伸展）效應(yīng)6可編輯版c.在同一高程剝蝕面上，上下盤的對(duì)比性12347可編輯版第三節(jié)、正斷層的幾何形態(tài)

根據(jù)斷層面的幾何特征以及斷層面和被斷巖石的旋轉(zhuǎn)性質(zhì)，正斷層可被劃分為三種類型：非旋轉(zhuǎn)平面正斷層、旋轉(zhuǎn)平面正斷層和鏟式斷層a.非旋轉(zhuǎn)平面正斷層：平面狀斷層面，斷層面和被斷巖層均不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，說(shuō)明所有的運(yùn)動(dòng)為平移運(yùn)動(dòng)。一般形成地塹和地壘構(gòu)造是共軸變形的產(chǎn)物

8可編輯版9可編輯版b.旋轉(zhuǎn)平面正斷層（掀斜斷層）：平面狀斷層面，斷層面和被斷巖層均發(fā)生旋轉(zhuǎn)掀斜斷塊：由正斷層圍限的旋轉(zhuǎn)了的巖石塊體掀斜盆地（半地塹）：在掀斜斷塊上發(fā)育的不對(duì)稱盆地，其一側(cè)由正斷層控制多米諾或書斜式構(gòu)造：由一系列旋轉(zhuǎn)平面正斷層和掀斜斷塊組成的構(gòu)造。10可編輯版φθφi長(zhǎng)度比：S，線應(yīng)變：eS=l/l0=sinφi/sinφ=sin(φ+θ)/sinφS=l/l0=1+e正弦定理：

l/sin(180°-φi)=10/sinφl(shuí)/l0=sin(180°-φi)/sinφ=sin(φ+θ)/sinφ11可編輯版c.

鏟式（犁狀）斷層：具有下凸斷層面，且斷層面產(chǎn)狀向地表變陡而向下隨深度變緩的斷層。LaminarFlow一種解釋鏟式斷層產(chǎn)狀變化的模式12可編輯版另一種解釋鏟式斷層產(chǎn)狀變化的模式13可編輯版第四節(jié)、伸展構(gòu)造的類型a.地塹與地壘地塹：由兩組走向近平行且相向傾斜的正斷層及其所夾持的下降斷塊形成的構(gòu)造

地壘：由兩組走向近平行且相背傾斜的正斷層及其所夾持的抬升斷塊形成的構(gòu)造14可編輯版半地塹：?jiǎn)蝹?cè)由正斷層控制的下降斷塊；或由一組傾向相同的正斷層控制的一系列下降斷塊形成的構(gòu)造樣式半地壘：?jiǎn)蝹?cè)由正斷層控制的上升斷塊；或由一組傾向相同的正斷層控制的一系列上升斷塊形成的構(gòu)造樣式15可編輯版

盆嶺構(gòu)造：由一系列走向近平行的地塹（半地塹）和地壘（半地壘）相間排列形成的構(gòu)造。因?yàn)榈貕q一般形成盆地而地壘形成山嶺，故稱為盆嶺構(gòu)造16可編輯版b.斷陷盆地:

是在地殼伸展作用下形成的以正斷層為邊界的盆地，如地塹、半地塹等。如果盆地只在一側(cè)發(fā)育正斷層，則形成不對(duì)稱箕狀盆地，多見(jiàn)于鏟式斷層和掀斜斷層。17可編輯版c.生長(zhǎng)斷層（同沉積斷層）斷層活動(dòng)與沉積作用同時(shí)發(fā)生而形成的斷層稱為生長(zhǎng)斷層

逆沖斷層和正斷層均可形成生長(zhǎng)斷層，但正斷層最為常見(jiàn)特征1)上盤與斷層活動(dòng)同時(shí)形成的地層厚度明顯比下盤同一地層的厚度大，有時(shí)斷層會(huì)切入某一地層的下部而不切穿整個(gè)地層，這時(shí)該地層在斷層兩側(cè)的厚度會(huì)有截然的不同但。

2)地層斷距隨深度增大而增大。18可編輯版3)絕大多數(shù)生長(zhǎng)斷層為鏟式斷層4)鏟式斷層上盤同斷層活動(dòng)沉積地層厚度向斷層方向增厚

19可編輯版5)斷層的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)由于沉積的加載而加速，從而沉積中心的地層厚度會(huì)向上增大6)在鏟式斷層中上盤因?yàn)橹亓ψ饔枚a(chǎn)生反牽引現(xiàn)象20可編輯版d裂谷裂谷：

伸展作用形成的，由地塹、半地塹及其他與正斷層相關(guān)構(gòu)造組成的區(qū)域性狹長(zhǎng)構(gòu)造帶，一般表現(xiàn)為以斷層為邊界的狹長(zhǎng)谷地。裂谷一般由地幔上涌（地幔柱）或區(qū)域性伸展形成，其進(jìn)一步發(fā)展可演化成大洋盆地。21可編輯版裂谷系統(tǒng):根據(jù)裂谷發(fā)育的位置可劃分為：大陸裂谷：大陸裂解的開(kāi)始，如東非裂谷帶陸間裂谷：新洋盆的初始階段，如紅海洋中脊裂谷：海底擴(kuò)張的中心，如大西洋洋中脊裂谷

板塊構(gòu)造與裂谷的對(duì)應(yīng)關(guān)系大陸裂谷陸間裂谷洋中脊裂谷大陸裂解大陸漂移海底擴(kuò)展22可編輯版大陸裂谷的特征：1）地貌表現(xiàn)為狹長(zhǎng)線狀盆地2）構(gòu)造形式為由地塹、半地塹及其他與正斷層相關(guān)構(gòu)造3）發(fā)育含有蒸發(fā)巖類的厚層陸源碎屑沉積4）發(fā)育大量的巖漿巖：高原或溢流玄武巖，特別是雙峰式火山巖及其相關(guān)的侵入巖系。5）活躍的地震與火山活動(dòng)－所以是一種板塊邊界6）線性負(fù)重力異常，高地?zé)崽荻?，邊界上為陡立的重力、磁性梯度帶?）軟流圈上涌、地殼減薄、具有低速的殼幔過(guò)渡帶23可編輯版e拗拉谷拗拉谷：與大陸邊緣高角度相交，向洋盆方向張開(kāi)而向大陸方向消亡的裂谷。其特征與大陸裂谷相同。拗拉谷起源于地幔柱之上洋中脊－洋中脊－洋中脊三聯(lián)點(diǎn)。其中三聯(lián)點(diǎn)的兩支發(fā)展成新洋盆，但第三支停止發(fā)展而停留于初始的裂谷階段。所以，拗拉谷又稱為盲支。

24可編輯版f巖墻群巖墻：一種截切圍巖層理、面理等，呈板狀或似板狀的侵入巖體。巖墻群：呈近平行、放射狀或同心狀排列的一組巖墻。巖墻群是伸展構(gòu)造形成的一種重要的構(gòu)造形式。25可編輯版巖墻群一般特指近平行排列的巖墻群，它們一般發(fā)育于裂谷和拗拉谷。放射狀巖墻群一般以火山或巖漿穹隆為中心向四周發(fā)散。同心狀巖墻群可能與火山的垮塌相關(guān)。巖墻群可作為前寒武紀(jì)大陸固結(jié)、大陸伸展及其伸展量的標(biāo)志。還可以作為古大洋擴(kuò)張方向的判別標(biāo)志。26可編輯版g拆離斷層和變質(zhì)核雜巖拆離斷層：區(qū)域性伸展形成的大規(guī)模低角度正斷層。拆離斷層將年輕或淺構(gòu)造層次的巖石直接疊覆于古老和深構(gòu)造層次的巖石之上。通常是，拆離斷層上盤為不變質(zhì)或極低級(jí)變質(zhì)巖，下盤為具有糜棱巖結(jié)構(gòu)的高級(jí)變質(zhì)巖。27可編輯版拆離斷層的特征：1)區(qū)域或亞區(qū)域規(guī)模，至少可達(dá)數(shù)十公里。2)超過(guò)10公里的巨大位移量。3)上盤因伸展而發(fā)育一組或多組正斷層，它們向下合并于拆離斷層，而下盤則很少發(fā)育類似的斷層。28可編輯版4)具有特有的斷層構(gòu)造巖組合序列，具有早期韌性變形后期脆性變形的變形歷史，其先后形成不同性質(zhì)的構(gòu)造巖并在一個(gè)窄帶上依次疊加。典型的構(gòu)造巖組合由老到新依次為：(a)糜棱狀巖石；(b)綠泥石化角礫巖；(c)微角礫巖（常含有假熔巖）；(d)斷層角礫和斷層泥。29可編輯版30可編輯版

拆離斷層的構(gòu)造巖組合系列是拆離斷層正斷抬升作用的結(jié)果。拆離斷層作用過(guò)程中，在不同的構(gòu)造層次上形成不同的構(gòu)造巖。隨著拆離斷層作用的抬升，形成于深部的糜棱狀巖石逐漸向上運(yùn)移，依次經(jīng)歷退化變質(zhì)剪切作用（角礫巖－綠泥石化角礫巖）、脆性碎裂作用（微角礫巖）。這些巖石依次疊加，最終形成特定的斷層構(gòu)造巖序列。31可編輯版變質(zhì)核雜巖(MCC):

由拆離斷層限定的孤立穹隆狀地質(zhì)體，由經(jīng)歷了韌性變形的中－高級(jí)變質(zhì)巖和巖漿侵入體組成，其上被低級(jí)變質(zhì)或不變質(zhì)、淺構(gòu)造層次（拆離斷層）上盤以構(gòu)造關(guān)系覆蓋，并且上盤經(jīng)歷了長(zhǎng)距離的位移。32可編輯版實(shí)際上，變質(zhì)核雜巖(MCC)就是拆離斷層的下盤，它經(jīng)歷了拆離斷層的正斷抬升作用，并由于均衡調(diào)節(jié)作用和巖漿上窿作用而形成穹隆狀態(tài)。33可編輯版變質(zhì)核雜巖的特征

1）空間上為孤立穹隆狀地質(zhì)體，平面呈近圓形或長(zhǎng)圓形，其中經(jīng)常具有一翼陡一翼緩的幾何特征。.2）由從深部（中下地殼）出露到地表的中－高級(jí)古老變質(zhì)巖組成，通常具有較晚期的巖漿巖侵入體。3）頂部發(fā)育含糜棱狀巖石的大型剪切帶，剪切帶頂部被拆離斷層切割，并引起脆性變形和蝕變作用，形成綠泥石化角礫巖、微角礫巖甚至假熔巖。34可編輯版4）上盤由低級(jí)變質(zhì)或不變質(zhì)的上地殼巖石組成。5）變質(zhì)核雜巖（MCC）的變形行為與上盤完全不同，MCC－韌性變形；上盤－脆性正斷層。6）變質(zhì)核雜巖頂部剪切帶的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征與上盤相同，說(shuō)明它們是在同一遞進(jìn)變形過(guò)程中形成的。35可編輯版拆離斷層的形成機(jī)制根據(jù)安德森（Anderson)模式，正斷層應(yīng)高角度，逆斷層才是低角度。但自然界大多數(shù)大規(guī)模正斷層是低角度的。這是目前國(guó)際地質(zhì)學(xué)界沒(méi)有解決的問(wèn)題。為此鄭亞?wèn)|教授（1999）提出了最大有效力矩準(zhǔn)則：在伸展環(huán)境下，脆韌性層狀巖石將形成伸展褶劈理(ecc)，該劈理的傾角受最大有效力矩控制，一般為35度左右，這些伸展褶劈理進(jìn)一步擴(kuò)展形成低角度正斷層。Anderson模式最大有效力矩準(zhǔn)則36可編輯版37可編輯版38可編輯版39可編輯版40可編輯版a.純剪切模式：形成由兩條相背傾斜拆離斷層限定的對(duì)稱型變質(zhì)核雜巖。b.簡(jiǎn)單剪切模式：形成由一條拆離斷層在一側(cè)限定的不對(duì)稱型變質(zhì)核雜巖。一、區(qū)域性巖石圈伸展模式第五節(jié)、伸展作用的動(dòng)力學(xué)模式（拆離斷層和變質(zhì)核雜巖的形成機(jī)制）41可編輯版巖漿作用