地學(xué)院-構(gòu)造課件第11章斷層

茂縣北川松潘綿陽德陽江油都江堰平武共由８個7.1－7.6級地震組成，是100秒鐘內(nèi)沿龍門山中部斷裂發(fā)生的多點連續(xù)破裂行為。第一次破裂的震中位于NE向龍門山斷裂帶的中部斷裂與NNE向岷江斷裂、近EW向的金湯弧形構(gòu)造交匯處。首震震中青川理縣綿竹彭州汶川7.47.47.47.67.17.17.17.2①龍門山前山斷裂②龍門山中部斷裂③龍門山后山斷裂④,⑤岷江斷裂帶⑥,⑦,⑧金湯弧形構(gòu)造帶

①②③③④⑤⑦⑧說明映秀成都市⑥第十一章斷層一、斷層的幾何要素斷層面斷層線斷盤斷層帶第一節(jié)斷層幾何要素和位移斷層面小型斷層面斷層破碎帶

\59路汽車站斷盤的命名

上盤下盤NE盤SE盤NW盤SW盤斷層面斷盤（上盤）斷盤（下盤）斷層線上盤下盤上升盤下降盤二、斷層的位移（一）滑距斷層面上某一相當(dāng)點（化石、結(jié)核等），被錯開后的直線距離稱滑距（總滑距）?；嘣跀鄬幼呦蛏系耐队盀樽呦蚧?，在傾向上的投影為傾向滑距。（二）斷距斷距是指斷盤兩側(cè)對應(yīng)層之間的距離。在不同的剖面上斷距具有不同的分量。21斷層的滑距

垂直巖層走向的剖面圖垂直斷層走向的剖面圖一、斷層與有關(guān)構(gòu)造的幾何關(guān)系分類1.斷層走向與巖層走向關(guān)系分類2.斷層走向與區(qū)域構(gòu)造線方向的關(guān)系分類傾向斷層斜向斷層第二節(jié)斷層的分類

逆斷層平移斷層正平移斷層逆平移斷層樞紐斷層二、按斷層兩盤相對運動方向的分類正斷層左行，右行正斷層（normalfault）：上盤下降，下盤上升的斷層。特征：斷面產(chǎn)狀陡，傾角一般在450以上，大型正斷層往往上陡下緩呈鏟狀（高角度、低角度、伸展）。29正斷層野外素描

逆斷層(reversefault)：上盤上升，下盤下降的斷層。高角度逆斷層：斷面傾角在450以上。低角度逆斷層：斷面傾角小于450。逆沖斷層(thrustfault)：位移量很大的低角度逆斷層。推覆構(gòu)造，推覆體(nappe)，飛來峰（Klippe），構(gòu)造窗（window）斷面大于45°的逆斷層斷面小于45°的逆斷層原地系統(tǒng)外來系統(tǒng)飛來峰外來系統(tǒng)構(gòu)造窗

平移斷層：斷層兩盤順斷面走向相對運動的斷層。特征：斷面近于直立。左行(left-lateral)平移斷層右行(right-lateral)平移斷層走滑斷層(strike-slipfault)：規(guī)模巨大的平移斷層。正平移斷層樞紐斷層：斷層兩盤相對發(fā)生大的旋轉(zhuǎn)。第三節(jié)斷層巖

1、斷層巖的研究意義

斷層存在的標(biāo)志；可指示斷層是脆性還是韌性；可以測定或分析斷層形成時的溫度和壓力；斷層巖的結(jié)構(gòu)可以分析斷層兩盤運動方向；斷層巖年代測定可以確定斷層活動時代。

2、斷層巖的分類

斷層角礫巖；碎裂巖；超碎裂巖；?；瘞r；斷層泥；糜棱巖。固結(jié)程度未固結(jié)的固結(jié)的無新生重結(jié)晶作用基質(zhì)中普遍發(fā)生重結(jié)晶作用基質(zhì)比例碎塊、碎片或礦物晶粒大小mm>5斷層角礫（可見角礫含量>30%）斷層泥（可見角礫含量<30%）碎裂巖系列糜棱巖系列

初角礫巖

準(zhǔn)塑性糜棱巖初糜棱巖變余糜棱巖（基質(zhì)中重結(jié)晶顆粒普遍增大）0-10%2-5角礫巖0.1-2初碎裂巖眼球狀糜棱巖10-50%0.01-0.1碎裂巖糜棱巖50-90%<0.01超碎裂巖超糜棱巖90-100%<0.005假玄武玻璃超塑性糜棱巖

變質(zhì)級別未變質(zhì)很低低中高深度(km)0———5—————10———15————20——25溫度壓力P、T增加方向

注：據(jù)Marshak和Mitra(1988)的斷層巖分類方案（引自游振東和索書田等，1991，P.69）修改。

斷層巖分類簡表斷層（構(gòu)造）巖根據(jù)巖石的破裂、變質(zhì)程度和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，斷層巖分為

(1)構(gòu)造角礫巖

張裂角礫巖：由大小不等的棱角狀角礫和更小的碎粒組成，角礫無定向、大小混雜，膠結(jié)物多為外來的充填物，常見于張性斷裂帶中。壓碎角礫巖：角礫的棱角有不同程度的圓化或呈透鏡狀，具定向排列。壓碎角礫巖多見于逆斷層和平移斷層中。

(2)碎裂巖：在斷裂帶中，原巖被壓裂、壓碎，以至原巖的結(jié)構(gòu)已不保留，原巖中的礦物發(fā)生變形及壓碎現(xiàn)象。

(3)糜棱巖：巖屑及其組成礦物幾乎全被碾壓成粉末（粒度小于0.5毫米）在顯微鏡下呈明顯的定向排列，具糜棱結(jié)構(gòu)。（5）?；瘞r：巖石在強烈的研磨和錯動過程中局部熔融，后又迅速冷卻，會形成外貌似黑色玻璃狀的巖石，又稱為假玄武玻璃。（6）斷層泥斷層角礫和斷層泥斷層角礫巖斷層角礫巖碎裂巖面理化碎裂巖碎裂巖和超碎裂巖第四節(jié)斷層的識別標(biāo)志1.地貌標(biāo)志(1)斷層崖斷層兩盤的相對運動，常使斷層的上升盤形成陡崖，這種陡崖稱之為斷層崖。(2)斷層三角面斷層崖受到水流的侵蝕切割，形成沿斷層走向分布的一系列三角形陡崖即斷層三角面。(3)錯斷的山脊和水系山脊和水系沿某一方向錯斷常常是斷層存在的標(biāo)志。(4)湖泊、泉水的帶狀分布

(5)不同地貌單元的線狀分布山區(qū)與平原、高山與低山等的線狀接觸帶暗示斷層的存在。52斷層崖、斷層三角面、錯斷的山系和水系、湖泊和泉水的帶狀分布斷層崖：斷層上升盤形成的陡崖

錯斷的山脊昆侖山中的斷層三角面喜馬拉雅山中的斷層三角面FaultTerminalFacet,

Wufoshan,YanshiCounty,HenanProvince

(XinyuanMaetal,1981)Faultontopography斷層面河流拐向斷層面水系特點—水系發(fā)育，急劇轉(zhuǎn)向/圖示兩組斷面所控制斷層三角面4）串珠狀湖泊，泉水2.構(gòu)造標(biāo)志斷層的活動總是留下許多構(gòu)造現(xiàn)象，這些現(xiàn)象是判別斷層存在的重要標(biāo)志(1)構(gòu)造線不連續(xù)現(xiàn)象指斷層常造成巖層的地質(zhì)界線、不整合界線、褶皺的樞紐、軸線等在地面上突然中斷或錯開的現(xiàn)象。它是斷層存在的直接標(biāo)志。(2)摩擦鏡面、擦痕、階步等標(biāo)志斷層的運動使斷層面處的巖石經(jīng)摩擦而成為光滑的平面稱之為摩擦鏡面。同時斷層面上也可見擦痕、階步等構(gòu)造，這些都是判別斷層存在的標(biāo)志。(3)構(gòu)造強化現(xiàn)象構(gòu)造面理，透鏡體及牽引褶皺。面理（劈理）被錯開太行山山前大斷裂（產(chǎn)狀突變）直立巖層水平巖層華北平原巍巍太行坦坦平原天然屏障勢得斷層斷層破碎帶巖石標(biāo)志體的錯開3.構(gòu)造巖標(biāo)志

由于斷層兩盤的相對錯動，導(dǎo)致斷層面附近的巖石破碎、碾壓變形，甚至發(fā)生重結(jié)晶作用和礦物的定向排列，產(chǎn)生新礦物，形成與原巖明顯不同的新巖石，即構(gòu)造巖（構(gòu)造角礫巖、碎裂巖、糜棱巖、斷層泥等）。構(gòu)造巖的存在是斷層的直接標(biāo)志，碎裂變質(zhì)巖的延伸方向就是斷層的延伸方向。

4.沉積相變化、巖漿活動、及礦化作用等標(biāo)志

斷層是地殼中的軟弱帶，特別是深大斷裂常為巖漿的侵入和噴出提供了通道。如果巖脈或礦脈呈帶狀分布，往往是斷層存在的標(biāo)志。巖脈和礦脈的產(chǎn)狀總體代表了斷層的產(chǎn)狀。另外，由于巖漿的侵入使斷裂帶兩側(cè)的巖石發(fā)生接觸交代作用，形成礦化帶或蝕變帶，這些也可看作是斷層存在的標(biāo)志。Sequenceofrocksobservedonlinetraversesthroughfolds(A)andfault(B)(AfterLisle,1988)FaultonlinetraverseDEFSequenceandsequencereversedDEF

SequenceandsequencerepeatedFaultinDrillholesFaultonseismicreflectionprofile(FromTwissandMoores,2007)沿斷裂帶布置的鉛鋅礦開采點第五節(jié)斷層兩盤運動方向的判別1.斷層帶中的牽引褶皺

斷層兩盤相對錯動時，沿斷層面產(chǎn)生的摩擦力使相鄰近巖層發(fā)生彎曲變形的現(xiàn)象稱之為牽引構(gòu)造。在大的斷層兩側(cè)有時可見一組與斷層走向斜交的褶皺稱之為牽引褶皺。牽引褶皺的弧形彎曲突出方向指示本盤的運動方向。DextralSinistralDextralSinistral2、張剪裂脈或張剪節(jié)理XZ由于斷層兩盤的相互錯動、摩擦，在斷層帶中產(chǎn)生次一級應(yīng)力，因次一級應(yīng)力的作用使斷層面兩盤的巖層發(fā)生破裂稱之為伴生構(gòu)造(張裂脈、張節(jié)理（張裂隙）、羽狀剪節(jié)理（剪裂隙）、構(gòu)造透鏡體、小褶皺和劈理)。XZ張裂脈羽狀剪節(jié)理羽狀剪節(jié)理S2S2S1S1TTTensionveins

breccia

tensionjoints(veins)

Determinationofthemovementsensefromthedistributionofthebreccia小褶皺和劈理XZ3.根據(jù)斷層面上的擦痕、階步及斷層帶中的構(gòu)造透鏡體判別兩盤運動方向擦痕由粗—細(xì)的方向指示對盤運動方向。階步正階步：陡—緩的方向指示對盤運動方向。反階步：陡坎對著的方向為本盤運動方向。構(gòu)造透鏡構(gòu)造透鏡體的長軸與斷層面銳夾角的方向指示對盤運動方向。79

斷層面上的擦痕與階步采集點：珠穆朗瑪（H-8010）時代：奧陶紀(jì)巖性：灰?guī)r采集人：李致新王勇峰檫痕平移斷層的斷層面擦痕水平構(gòu)造透鏡體—長軸與斷面的銳夾角指示對盤的運動方向84構(gòu)造透鏡體一般來說，正斷層上盤新，逆斷層上盤老。對于走向斷層：上升盤出露老地層，下降盤出露新地層；如果地層倒轉(zhuǎn)或斷層傾角小于巖層傾角，老巖層出露在下盤。對于橫向切過褶皺的斷層：如是背斜，上升盤核部變寬，下降盤核部變窄；如是向斜，上升盤核部變窄，下降盤核部變寬。4．根據(jù)兩盤地層的新老關(guān)系5.根據(jù)標(biāo)志體的錯開第六節(jié)斷層形成時代的確定

1、斷層相對活動時間的確定（1）斷層切過層序完整的一套地層或巖體時，則斷層形成在這套地層的最新地層或最新巖體之后。（2）如果斷層被不整合覆蓋或被巖體切斷，則斷層形成于不整合面上最老地層以前或巖體之前。（3）不同走向的斷層相互交切，被切斷的斷層形成較早。DCPT2JCDPPCDJK

斷層帶中的巖脈一般與斷層同期形成，可通過巖脈的放射性同位素地質(zhì)年代學(xué)的方法以及斷層帶中新生礦物測年方法（ESR、TL/OSL、14C等）來測定斷層活動的絕對年齡。2、斷層活動的絕對年齡的確定第七節(jié)斷層的形成機制研究

通過物探資料發(fā)現(xiàn)，某些斷層向下延伸十多公里處仍存在一不連續(xù)界面，此處的巖石在如此高的溫度壓力下很難發(fā)生斷裂變形。通過對巖石力學(xué)性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度、圍壓較小時，巖石表現(xiàn)為脆性變形，隨著溫度、圍壓的上升，巖石逐漸變?yōu)樗苄宰冃危ㄋ苄粤髯儯?。即變形帶?nèi)的巖層并不發(fā)生斷裂，巖層的完整性未破壞，同一標(biāo)志層在變形帶內(nèi)的厚度變薄或增厚。據(jù)此，我們可以推斷同一條斷層在不同的深度其變形特征明顯不同。在地表淺層，斷層表現(xiàn)為脆性性質(zhì)，在地下深處則表現(xiàn)為韌性性質(zhì)，兩者形成機制不同。1、斷層的雙層結(jié)構(gòu)（西布森模式）

對于深大斷裂（深度>15公里)而言，隨著深度的增加斷裂由脆性變形逐漸變?yōu)樗苄宰冃?。既具有雙層結(jié)構(gòu)，也稱之為西布森模式。該模式可分為三個變形區(qū)：

1.淺表變形區(qū)深度在地表至地下1-4公里，以斷層帶中充填未固結(jié)的斷層角礫為其特征。

2.淺層固結(jié)脆性變形區(qū)深度在1-4至10-15公里，以斷層帶內(nèi)發(fā)育固結(jié)的壓碎角礫巖、碎裂巖（原巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造可辨）為其特點，形成溫度<350度。

3.深層塑性變形區(qū)深度>10-15公里，一斷層帶內(nèi)發(fā)育面理化糜棱巖（原巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造不可辨）為