斷層與構(gòu)造巖石學(xué)

斷層構(gòu)造與構(gòu)造巖FaultandTectonite侯泉林（研究生院地學(xué)院）E-mail:quhou@斷層構(gòu)造斷層(fault)：巖石沿?cái)嗔衙嬗酗@著位移的破裂構(gòu)造,地殼中最主要的變形構(gòu)造之一控制區(qū)域構(gòu)造格局和演化、礦產(chǎn)形成與分布，影響工程建設(shè)，誘發(fā)地震等自然災(zāi)害斷層脆性斷層（地殼淺層）－一般意義上的斷層韌性剪切帶（地殼深部）脆性斷層(brittlefault)韌性斷層(ductilefault)斷層面(faultsurface)：切斷巖石并使兩側(cè)巖石發(fā)生位移的斷裂面。常有檫痕和鏡面。斷層帶(faultzone)：由一系列斷層面或較寬的破碎帶組成。帶內(nèi)巖石破碎，常發(fā)育斷層角礫巖、斷層泥、超碎裂巖和糜棱巖。斷裂帶一般寬達(dá)數(shù)米，甚至幾公里。一、斷層面或斷層帶斷層要素產(chǎn)狀(occurrence)：以斷層面的產(chǎn)狀表示，包括走向、傾向和傾角。表示方法：走向/傾向傾角，或傾向傾角斷層線(faultline)：斷層與地面的交線斷層的分類斷層與巖層走向關(guān)系走向斷層傾向斷層斜向斷層順層斷層斷層兩盤相對運(yùn)動(dòng)分類1.正斷層（normalfult)：斷層上盤相對下盤沿?cái)鄬用嫦蛳禄瑒?dòng)的斷層.一般為傾角大于45度的高角度正斷層，但多數(shù)向下變緩，形成鏟（犁）式斷層。傾角在45度以下的為低角度正斷層，規(guī)模較大的低角度正斷層稱為拆離斷層。拆離斷層2.逆斷層(reversefault)：斷層上盤相對下盤沿?cái)鄬用嫦蛏匣瑒?dòng)的斷層傾角大于45度為高角度逆斷層，即通常所指逆斷層傾角在45度以下的為低角度逆斷層，傾角小于30度的大規(guī)模逆斷層稱為逆沖斷層。逆沖斷層一般也呈鏟式。3.平移斷層（走滑斷層,strikeslipfault)：兩盤沿?cái)鄬幼呦蛳鄬\(yùn)動(dòng),斷層面產(chǎn)狀一般陡立根據(jù)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)可分為：左行(sinistral)走滑（平移）斷層和右行(dextral)走滑（平移）斷層.4.兼具傾向滑動(dòng)（正、逆斷層運(yùn)動(dòng)）和走滑運(yùn)動(dòng)的斷層。左行正斷層、左行逆斷層、右行正斷層、右行逆斷層、正斷右行走滑斷層、正斷左行走滑斷層、逆斷右行走滑斷層、逆斷左行走滑斷層。

命名中后者為主要運(yùn)動(dòng)性質(zhì)5.樞紐斷層(hingefault)：斷層兩盤繞一垂直于斷層面的軸旋轉(zhuǎn)形成的斷層,旋轉(zhuǎn)斷層(rotationalfault)的一種。旋轉(zhuǎn)軸在一端旋轉(zhuǎn)軸在中間斷層的形成機(jī)制當(dāng)巖石受力超過其強(qiáng)度，即應(yīng)力差超過其強(qiáng)度便開始破裂。破裂之初，出現(xiàn)微裂隙，微破裂尖端因應(yīng)力集中而逐漸擴(kuò)展，相互聯(lián)合，形成一條明顯的破裂面，即斷層兩盤借以相對滑動(dòng)的斷裂面。一、安德森斷裂模式（安德森斷層分類）

不同的應(yīng)力狀態(tài)形成不同運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的斷層。該模式認(rèn)為因?yàn)榈孛媾c空氣間無剪應(yīng)力作用，所以形成斷層的三軸應(yīng)力狀態(tài)中的一個(gè)主應(yīng)力軸趨于垂直地平面。以此為依據(jù)將斷層分為正斷層、逆(沖)斷層和平移斷層三種基本類型，并提出了形成三種斷層的應(yīng)力狀態(tài)。斷層面是一個(gè)剪裂面，σ1（主壓應(yīng)力）與兩剪裂面的銳角分角線一致，σ3（最小壓應(yīng)力或最大拉應(yīng)力）與兩剪裂面的鈍角分角線一致。σ1所在盤向銳角角頂方向滑動(dòng)，斷層兩盤垂直于σ2（中間應(yīng)力）方向滑動(dòng)。（應(yīng)力以壓應(yīng)力為正值，所以應(yīng)力增大為壓應(yīng)力值增大，應(yīng)力減小為拉應(yīng)力增大）

形成正斷層的應(yīng)力狀態(tài)是：σ1直立、σ2和σ3水平，σ2與斷層走向一致，上盤順斷層傾斜向下滑動(dòng)。

根據(jù)形成正斷層的應(yīng)力狀態(tài)和莫爾圓，引起正斷層作用的有利條件是：最大主應(yīng)力(σ1)在鉛直方向上逐漸增大，或者是最小主應(yīng)力(σ3)在水平方向上減小。因此，水平拉伸和鉛直上隆是最適合于發(fā)生正斷層作用的應(yīng)力狀態(tài)。σ3σ1σ3σ1σ3σ1

形成逆(沖)斷層的應(yīng)力狀態(tài)是：最大主應(yīng)力軸(σ1)和中間主應(yīng)力軸(σ2)是水平的，最小主應(yīng)力軸(σ3)是直立的，σ2平行于斷層面走向。

逆沖斷層的應(yīng)力狀態(tài)和莫爾圓表明，適于逆沖斷層形成作用的可能情況是：σ1在水平方向逐漸增大，或者是最小主應(yīng)力(σ3)逐漸減小。因此，水平擠壓有利于逆沖斷層的發(fā)育。

形成平移斷層的應(yīng)力狀態(tài)是：最大主應(yīng)力軸(σ1)和最小主應(yīng)力軸(σ3)是水平的，中間主應(yīng)力軸(σ2)是直立的，斷層面走向垂直于σ2，滑動(dòng)方向也垂直于σ2，兩盤順斷層走向滑動(dòng)。最大有效力矩準(zhǔn)則根據(jù)安德森模式，正斷層應(yīng)高角度，逆斷層才是低角度。但實(shí)際上自然界大多數(shù)大規(guī)模正斷層是低角度的。這是目前國際地質(zhì)學(xué)界沒有解決的問題。為此鄭亞東教授（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。AndersonmodelMaximumeffectivemomentcriteria斷層的識(shí)別一、地貌標(biāo)志3.錯(cuò)斷山脈4.串珠、帶狀分布的湖泊和泉水5.水系的變化1.斷層崖2.斷層三角面二、構(gòu)造湯標(biāo)志1.構(gòu)造林不連續(xù)性2.斷層姑面的存在3.強(qiáng)變槐形帶的出神現(xiàn)如強(qiáng)烈鴿劈理化防帶和強(qiáng)烈碎薪裂帶4.斷層余構(gòu)造巖斷層兩名盤巖石復(fù)在斷層嶺活動(dòng)中兩被改造應(yīng)形成的類變形巖跳石地殼淺部遺－脆性斷煉層－脆性氏斷層構(gòu)造防巖(碎裂汪巖)地殼深部毯－韌性剪刷切帶－糜休棱巖大型斷層絞：正斷層啦－地層缺杠失，逆斷擇層－地層礎(chǔ)重復(fù)三、地層棕標(biāo)志（地匠層的重復(fù)部與缺失）四、小馬型巖體賭、礦化摟和熱液榮蝕變成位帶分布五、同雄一巖層喘巖相和釀厚度的識(shí)急劇變糖化大型斷秀層：正垃斷層－婦地層缺患失，逆嶼斷層－踏地層重口復(fù)一、地層盯關(guān)系斷層運(yùn)酸動(dòng)性質(zhì)株的判別二、.標(biāo)秤志物的錯(cuò)灰斷：包括巖火層、巖浴脈、不整合傘面、先儲(chǔ)期斷層和侵入強(qiáng)體邊界等境。三、牽引亭構(gòu)造牽引褶皺故(dra騎gfo封ld)：揚(yáng)斷層兩盤壞緊鄰斷層澇面的巖層鋤因斷層運(yùn)妨動(dòng)拖曳發(fā)柄生彎曲形崖成的褶皺柄，也稱拖廟曳褶皺。反牽引褶酷皺(re擦vers聞edr罩ag)：勞鏟式正斷派層形成的僑一種牽引蛇褶皺四、擦獨(dú)痕(s爐tri肌ae,耍sc暮rat及ch)斷層兩盤宏相對運(yùn)動(dòng)孝時(shí)在斷層藝面上劃下盤的刻痕。反映斷弄層兩盤媽的真實(shí)院運(yùn)動(dòng)軌騙跡。釘頭痕投：由大污而深的團(tuán)一端和粒小而淺晝的一端翻形成的魄擦痕，嫂斷層對郵盤由深靈的一端向向淺的塞一端運(yùn)蠅動(dòng)五、階熊步(s引tep俊)斷層活觸動(dòng)中在客斷層面揮形成的燥與斷層運(yùn)動(dòng)方冤向垂直的秋微小陡坎析，在陡坎處舉常發(fā)育免與擦痕鄉(xiāng)豐平行的育礦物生長纖第維。正階步反階步正階步與左反階步的奶區(qū)別：1）正許階步陡獻(xiàn)坎比反方階步緩俗；2）毀正階步鋪有生長世礦物纖德維；反注階步無摩；3）勁反階步惹一般為尾鱗片狀鳥，可剝兆落。張裂隙透鏡體補(bǔ)、面理腔取向褶皺的例倒向六、斷層帶張印裂隙、透赤鏡體排列德和劈理的致取向、褶腐皺的倒向由于張剝裂隙平億行于最網(wǎng)大主應(yīng)逃力方向唐，透鏡常體的扁哨平面、婆劈理面矮平行或各近平行顧于應(yīng)變慣橢球體會(huì)的XY歷面，因冷而可據(jù)類以下準(zhǔn)怒則確定盯運(yùn)動(dòng)方險(xiǎn)式：張裂隙與酬斷層面所品交銳角指紹示本盤的途運(yùn)動(dòng)方向暖；劈理面清與斷層所映交銳角指惡示對盤的粉運(yùn)動(dòng)方向捧。（自己判榴斷左圖有悅沒錯(cuò)誤？蘋）構(gòu)造巖冒石學(xué)(pe斬tro踏tec臂ton任ics它)概過述概念：構(gòu)造巖(tec決toni鈔te)或斷層(裂)巖(fau撞ltr例ocks克):即形成于第斷裂帶（艦剪切帶）扁中的變形棕巖石。有繪關(guān)構(gòu)造巖流的研究已管有100多年的歷瀉史。過去認(rèn)籮識(shí)：構(gòu)造吧巖是脆潔性變形逼的產(chǎn)物旺，即破喪裂起主映導(dǎo)作用株，所以棄又稱為吼碎裂巖怒或斷裂輪構(gòu)造巖望。并按獨(dú)碎裂程荒度分為鄉(xiāng)豐斷層角朵礫巖—碎裂巖—糜棱巖，扔這種認(rèn)識(shí)淚一直持續(xù)緣瑞將近一個(gè)夸世紀(jì)。現(xiàn)代認(rèn)識(shí)：上世紀(jì)70年代之后內(nèi)，隨著對京地殼深層錘次的變形隸及其有關(guān)桑巖石的深置入研究，磨以及有關(guān)觸實(shí)驗(yàn)研究奪，對構(gòu)造劇巖，特別水是糜棱巖雨的研究才垂有了突破弊性進(jìn)展。惹認(rèn)識(shí)到，糜棱巖并巨非脆性破將裂后經(jīng)強(qiáng)卸烈研磨而陳成的產(chǎn)物盈，而是韌顏性變形的菌產(chǎn)物。所以將構(gòu)框造巖分為姻兩個(gè)系列杰：碎裂巖系罵列—脆性系分列，代奴表地殼鎖淺部斷哨層帶的科產(chǎn)物；泄糜棱巖我系列—韌性系夢列，代現(xiàn)表地殼啄深部剪秀切帶的纖產(chǎn)物。Sib某son旗(1啄977偏)根據(jù)對構(gòu)戀造巖的新盆認(rèn)識(shí)，提障出了新的齊分類方案救。該分類籍法主要考思慮構(gòu)造巖蝴的結(jié)構(gòu)：1、固結(jié)與伍未固結(jié)；2、紊亂門組構(gòu)與坡面理化效組構(gòu)；3、碎斑胞的大小啊與基質(zhì)劣的含量釀；4、重結(jié)晶地程度。此咸分類法在般我國產(chǎn)生恒了很大影弓響，并得菌到廣泛應(yīng)之用。不足之處愿：未注意以帆晶粒生長僻為主的結(jié)灑晶作用；寄未考慮構(gòu)錫造巖的變榨質(zhì)程度。Sibs哈on(耳1977縱)構(gòu)造巖鄙分類Sibs致on(197糾7)構(gòu)造巖恒結(jié)構(gòu)分封類方案構(gòu)造巖的希分類方案請比較多，貨各有千秋蒜。何紹勛鄭等(19鳴96)在填前人分類瞇的基礎(chǔ)上嚼，提出了御又一方案伏。構(gòu)造巖的既特征斷層角礫覺(sha筍tter怪edr訂ocks宋)及斷層扶泥(go圾uge)斷層角鉛礫和斷啊層泥均射是未固辨結(jié)成巖阿的斷層培產(chǎn)物，泳主要由視一些晚駕期和近脾地表的抵表層斷驕層(1-責(zé)4k絮m)形成。斷層角礫逐以巖石碎性塊為主(>30奴%),基質(zhì)為邊同成分默的碎屑角，若碎扣塊定向坐明顯可蛾稱為透添鏡化帶蛾；斷層泥是癥由斷層破諷碎和研磨喪作用形成前的糊狀物矛，礦物顆昆粒小，肉魚眼難以辨讓認(rèn)，其中貸碎塊<30%，可發(fā)育直一組剪破陵裂，并被肉方解石等漸充填。其理形成過程班常伴隨壓脂溶作用，培使方解石淺、長石和腎石英等礦文物減少，錯(cuò)而泥質(zhì)、妄碳質(zhì)和粘溉土礦物等服增多。斷墓層泥可具兄定向構(gòu)造狠，成片理攪化帶。斷層泥閃(go秀uge鑼)斷層帶中醫(yī)的斷層角往礫碎裂巖系竭列(ca塑tacl熊asit料e)以脆性變軋形為主。盡主要特點(diǎn)潮：無定向烤或弱定向暫；裂隙發(fā)簽育，被切齊割成大小棗不等的碎兆塊。隨著多變形的加氣劇，碎塊蘿粒度變細(xì)錫，碎塊間邊碎基增多鍛。(水磨石替地板)；隨著碎丹塊減小廊，碎基取增加，度可分為荷碎裂的XX巖、初碎意裂巖、碎換裂巖和超粉碎裂巖。斷層帶中起，從邊部肆到中心，紗可見從碎醬裂的XX巖—初碎裂巖—碎裂巖—超碎裂奮巖的過肆渡。碎椒塊大小后不一，錯(cuò)可呈棱補(bǔ)角狀、旱次圓狀響等。習(xí)背慣稱構(gòu)怪造角礫垮巖或斷裕層角礫啄巖構(gòu)造角籍礫巖(好bre院cci紫a)構(gòu)造角渾礫巖(仆bre貌cci蘿a)構(gòu)造角礫賺巖(br毒ecci割a)?；瘞r(圣buch藏ite)?；瘞r最過早由Sh傾and(套1916傳)提出，趙用于描述隸南非Pa醋rijs槽地區(qū)一種桌由沖擊作慣用形成的冶呈脈狀的孫暗色的隱毯晶質(zhì)巖石田。一般顏鋪色較深，治常呈黑色蹤蝶或黑綠色錫，外貌很良像玄武玻裁璃，故又淹稱假玄武跑玻璃(p街seud朵otac傍hyli聽te)良，也有人冠稱構(gòu)造熔姿巖。構(gòu)造熔資巖是巖蚊石在高秧應(yīng)變速百率(由攀地震或喝沖擊作滑用)下裹，沿?cái)嚅_層面快冶速滑動(dòng)索所形成索的一種專特殊的晴構(gòu)造巖屬。假玄武睜玻璃(稻云蒙山與核雜巖關(guān)拆離斷公層)假玄武飲玻璃(垂黑色條摔帶部分膽)?；瘞r許的成因1、熔融觀：巖石在須高應(yīng)變速胡率下發(fā)生文變形、局校部高溫熔梨融又迅速元冷凝而形宗成；2、爆裂觀：在高題應(yīng)變速掠率下巖招石發(fā)生烏“爆裂黨”，形綱成密集宏的裂隙平，將巖替石切割結(jié)成粉末寧狀，爾緩后再由資粉末凝爸聚而成諷；3、綜合觀：Sp特ray絡(luò)(19怒95)常進(jìn)行了甘花崗巖邊的快速箭滑動(dòng)導(dǎo)基致熔融領(lǐng)的實(shí)驗(yàn)丘研究，劈燕表明玻警化巖的萌形成過劍成是上他述兩種備觀點(diǎn)的錫綜合，熟而不是印孤立的魔過成。?；瘞r形賀成過成(碗Spra條y,1護(hù)995)刃：初始破裂購發(fā)生時(shí)，害巖石先形夢成粗大碎頂塊，而沒誘有熔融現(xiàn)辨象；隨后葡，磨碎作羅用使碎塊剛逐漸變細(xì)宰，引起碎壺塊表面能慎(積)急街劇增加(室可達(dá)30銳00多倍霉)，當(dāng)磨腸碎作用達(dá)企到臨界應(yīng)營變速率時(shí)秒，由破裂糕和彈性應(yīng)帶變產(chǎn)生的仗熱量超過這系統(tǒng)散發(fā)廁的熱量，義熔融作用尾開始發(fā)生茂。因此認(rèn)袋為，磨碎丘是熔融作直用的前提謊，二者是悔?；瘞r形顏成過成的裕不同階段賭。?；瘞r匹的產(chǎn)出：?；瘞r術(shù)是地震滑鼻動(dòng)的產(chǎn)物楊，可分布溉于整個(gè)地揪震帶中，琴可形成于嫩地殼淺部擇(<12獻(xiàn)km)的辦彈－脆性芳變形機(jī)制倘下，也可跪形成于較肚深部位(捉12-1戰(zhàn)8km)蟲的塑性變旗形環(huán)境下允，即在韌濾性剪切帶駝的糜棱巖隸中也可出核現(xiàn)?；瘞r什。如蘇格挽蘭西北的屠莫因斷層競(Sib遞son,破1980插)、桐柏駛大別地區(qū)貌的韌性剪手切帶中均癢發(fā)現(xiàn)?；矌r和糜棱超巖共生，喜但不同深想度?；瘞r滲的結(jié)構(gòu)不討同。(Sw匠ans限on,壺199蚊2)糜棱巖系盆列糜棱巖活(my乏lon腥ite略)最早姐是La鋼pwo腎rth欣(1寺885繼)描述榮莫因斷劈燕層中的漂巖石時(shí)店首先提溝出來的預(yù)。當(dāng)時(shí)湊認(rèn)為，做糜棱巖抄是一種鼠細(xì)粒的宣具有強(qiáng)獨(dú)烈頁理慮化的巖蘇石，是紅在脆性斤破碎和徒研磨作補(bǔ)用下形鄭成的，考不伴有桶組分的匠重結(jié)晶矮作用。Chri返stie漆(196羨0)發(fā)現(xiàn)沖莫因斷層廚的糜棱巖齡普遍發(fā)育霞重結(jié)晶現(xiàn)剪象，但認(rèn)六為是后構(gòu)廢造重結(jié)晶獨(dú)所致，沒梁有打破是屑脆性變形冰的認(rèn)識(shí)。198賤1年美第國國際貿(mào)會(huì)議，跳普遍認(rèn)表為糜棱蠅巖有三晌個(gè)基本嘗特征：趕粒度減憐小(細(xì)犬?；?并；出現(xiàn)廚在較窄富的帶內(nèi)益；具有堵增強(qiáng)的涉頁理和爸線理?，F(xiàn)代研究冰認(rèn)為，上槽述三個(gè)特恥征只適用疼于結(jié)晶巖魔及花崗巖材，對于隱銜晶質(zhì)碳酸攔鹽巖來說悠，韌性