第十一章正斷層與伸展構(gòu)造

第十一章正斷層與伸展構(gòu)造第1頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)基本觀念1.定義：正斷層：上盤相對于下盤向下滑動的傾向滑動斷層。伸展構(gòu)造：由于正斷層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）。第2頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月σσσσ1133σ3σ12應(yīng)力狀態(tài)及形成機(jī)制第3頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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，或上述兩種過程同時作用。σ3σ1σ3σ1σ3σ1第4頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月利于正斷層作用發(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，特別是指拆離斷層。第5頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)、

正斷層的一般特征a.斷層上盤相對于下盤向下運動b.被斷巖石單元產(chǎn)生水平伸長（伸展）效應(yīng)第6頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月c.在同一高程剝蝕面上，上下盤的對比性1234第7頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(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)，說明所有的運動為平移運動。一般形成地塹和地壘構(gòu)造是共軸變形的產(chǎn)物

第8頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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)育的不對稱盆地，其一側(cè)由正斷層控制（箕狀盆地）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。第10頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月φθφi水平伸長度SS=l/l0=sinφi/sinφ=sin(φ+θ)/sinφ伸長度：S=l/l0=1+e正弦定理：l/sin(180°-φi)=10/sinφl/l0=sin(180°-φi)/sinφ=sin(φ+θ)/sinφ第11頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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)狀變化的模式第12頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月另一種解釋鏟式斷層產(chǎn)狀變化的模式第13頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)、

正斷層的構(gòu)造樣式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)造第14頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月半地塹：單側(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：單側(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)造樣式第15頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月盆嶺構(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。因為地塹一般形成盆地而地壘形成山嶺，故稱為盆嶺構(gòu)造第16頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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，則形成不對稱箕狀盆地，多見于鏟式斷層和掀斜斷層。斷陷盆地－正斷層前陸盆地－逆斷層走滑拉分盆地－走滑平移斷層第17頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月c.生長斷層（同沉積斷層）斷層活動與沉積作用同時發(fā)生而形成的斷層稱為生長斷層

逆沖斷層和正斷層均可形成生長斷層，但正斷層最為常見特征1)上盤與斷層活動同時形成的地層厚度明顯比下盤同一地層的厚度大，有時斷層會切入某一地層的下部而不切穿整個地層，這時該地層在斷層兩側(cè)的厚度會有截然的不同但。2)地層斷距隨深度增大而增大。第18頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月3)絕大多數(shù)生長斷層為鏟式斷層4)鏟式斷層上盤同斷層活動沉積地層厚度向斷層方向增厚

第19頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月5)斷層的運動速度會由于沉積的加載而加速，從而沉積中心的地層厚度會向上增大6)在鏟式斷層中上盤因為重力作用而產(chǎn)生反牽引現(xiàn)象第20頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月隨著美國盆嶺區(qū)第三紀(jì)伸展構(gòu)造的研究，提出了許多伸展拆離模式，如Mckenz記的剪模式、Wemicke的單剪模式、Davis的分層剪切模式以及Liste:和Dais的多期次滑脫模式(圖1)。隨著研究的深入純剪模式逐漸被單剪模式所取代，而且單剪模式也趨于復(fù)雜化，形成三維的多層次的多種構(gòu)造要素的組合模式。第23頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月（一)純剪切伸展模式

（Pureshearmodel)共軛高角度正斷層系、對稱地塹、裂谷盆地巖石物理狀態(tài)與巖石圈變形水平拉伸純剪變形與非旋轉(zhuǎn)應(yīng)變上部地殼至下部地幔的均勻變形第24頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月巖石圈純剪切模式第25頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）簡單剪切伸展模式

(simpleshearmodel)基本要點：低角度（~12°）大位移正斷層的發(fā)現(xiàn)；伸展變形—大型低角度正斷層—旋轉(zhuǎn)變形—上盤旋轉(zhuǎn)正斷層—下盤微弱變形—單剪變形；地殼至地幔的伸展減薄具有不均勻性；下盤隆升與變質(zhì)核雜巖；第26頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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)域性狹長構(gòu)造帶，一般表現(xiàn)為以斷層為邊界的狹長谷地。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。第29頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月裂谷系統(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)展第30頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月大陸裂谷的特征1）地貌表現(xiàn)為狹長線狀盆地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－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、具有低速的殼幔過渡帶。

第31頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月e拗拉谷拗拉谷：與大陸邊緣高角度相交，向洋盆方向張開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。其中三聯(lián)點的兩支發(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。

第32頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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人巖體。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。第33頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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。放射狀巖墻群一般一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。第34頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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)或極低級變質(zhì)巖，下盤為具有糜棱巖結(jié)構(gòu)的高級變質(zhì)巖。第35頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月拆離斷層的特征：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。第36頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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。第37頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月拆離斷層的構(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。第39頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月變質(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－高級變質(zhì)巖和巖漿侵入體組成，其上被低級變質(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)歷了長距離的位移。第40頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月實際上，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)。第41頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月變質(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。第42頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月4）上盤由低級變質(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動學(xué)特征與上盤相同，說明它們是在同一遞進(jìn)變形過程中形成的。第43頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月變質(zhì)核雜巖的四要素：1）拆離斷層（低角度及其巖石組合）2）下盤糜棱巖化中－深變質(zhì)巖3）上盤發(fā)生正斷層作用的淺層次巖石4）在剖面上必須有明顯的巖層缺失第44頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月拆離斷層的形成機(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。Anderson模式最大有效力矩準(zhǔn)則第45頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月Andersonmodel第46頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月Andersonmodel第47頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月Andersonmodel正斷層作用的應(yīng)力狀態(tài)莫爾圓第48頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月逆斷層作用的應(yīng)力狀態(tài)莫爾圓Andersonmodel第49頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第50頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月Hafnermodel受力條件復(fù)雜三種附加應(yīng)力狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與Andersonmodel相同第51頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第52頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月垂向力水平剪切力一對高級角度正斷層意義Hafnermodel第53頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月逆沖推覆構(gòu)造的形成模式側(cè)向水平擠壓要點:側(cè)向擠壓——根部推動力強(qiáng)烈縮短——巨大位移第55頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第56頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月逆沖推覆構(gòu)造的形成模式側(cè)向水平擠壓板塊活動（陸—陸）第57頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月側(cè)向水平擠壓板塊活動（洋—陸）第59頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第60頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月

逆沖推覆構(gòu)造的形成模式重力滑動說要點：重力存在——高度差異——位能出現(xiàn)軟弱層存在低角度正斷層平臥翻卷褶皺形成實例：嵩山第61頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月重力擴(kuò)展說要點：重力作用導(dǎo)致垂向壓扁——降低高度巖石或巖體向靜巖壓力小的方向流動擴(kuò)展

逆沖推覆構(gòu)造的形成模式第63頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月逆沖推覆構(gòu)造的形成模式孔隙液壓的效應(yīng)要點：高孔隙液壓對巖石起浮力作用降低上覆推覆巖塊的有效重力減小推覆體與下伏巖塊之間的摩擦力第65頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月a.純剪切模式：形成由兩條相背傾斜拆離斷層限定的對稱型變質(zhì)核雜巖。b.簡單剪切模式：形成由一條拆離斷層在一側(cè)限定的不對稱型變質(zhì)核雜巖。一、區(qū)域性巖石圈伸展模式第五節(jié)、伸展作用的動力學(xué)模式（拆離斷層和變質(zhì)核雜巖的形成機(jī)制）第66頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月巖漿作用地殼增厚導(dǎo)致失穩(wěn)作用熱及流體作用引起拆離斷層作用伸展巖漿作用→熱窿→滑覆（熱隆模式）二、巖漿作用引起的伸展作用構(gòu)造位置：洋中脊(7)和板內(nèi)伸展區(qū)(8)。第67頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月拆沉軟流圈的上涌巖石圈的反彈伸展俯沖－增厚三、拆沉作用陸—陸碰撞帶后造山垮塌(5)第68頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月造山帶擠壓縮短重力擴(kuò)散（垮塌）伸展增厚的不穩(wěn)定造山帶楔體不穩(wěn)定根部四、造山帶垮塌碰撞帶后造山垮塌(5)第69頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月五、變形分解碰撞帶，同造山期側(cè)向逃逸構(gòu)造(4)第70頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月六、“擠瓜子”構(gòu)造陸—陸碰撞帶，平行匯聚方向的同造山伸展（3）第71頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第72頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第73頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月向斜由侏歲系紅色砂泥巖組成。是喜馬拉雅晚期才形成的構(gòu)造區(qū)。它們的形成是和受青藏高原隆升支配的深斷裂活動有成因聯(lián)系?；卓刂粕w層、深層支配淺層、斷層支配褶皺。斷層在平面呈近于平行的雁列展布，