第十一章 断层概论讲解

主应力与各种断层关系小结
Anderson（1951）根据主应力的性质， 结合莫尔－库伦准则分析，总结了近 地表地壳中断层产生与主应力性质和 方位的关系： σ3是垂直时形成逆（冲）断层； σ1是垂直时形成正断层； σ2是垂直时形成走滑（平移）断层。
第四节 断层岩
断层岩及其研究意义
断层岩：是断层两壁岩石在断层作用过程中被改造成 不同结构或不同成分的岩石。 研究意义： （1）断层岩本身就是断层存在的一种良好标志； （2）断层岩属性可以判断变形的性质：脆性或韧性； （3）测定断层温度和压力； （4）判断断层两盘相对运动方向。
特征：断面产 状较陡，倾角 多在450以上； 一些大型正断 层往往上陡下 缓总体形态呈 铲状、犁状或 勺状。
2、逆断层：指断层上盘上升，下盘相对下降的断层。根据 断面倾角的大小，又可分为如下几种类型。
高角度逆断层：断面倾角在450以上。
低角度逆断层：断面倾角小于450。
逆冲断层：位移量较大的低角度逆断层，倾角在300左右。
特征：断面平直光滑、近于直立，剪切性质突出。根据 断层两盘相对运动方向不同，又可分为： 左行平移断层/右行平移断层 规模巨大的平移断层则称为走滑断层。
4、斜向滑动断层：命名时可采用组合命名法。
5、枢纽断层：断层两盘相对发生大的旋转（分为旋转 轴位于断层一端或断层中部一点两种情况）。
第三节 断层形成机制 （安德森模式）
玻化岩是在断层强烈快速研磨和错动 过程中产生剪切热，从而诱发局部熔 融，而后又迅速冷却，形成外貌似黑 色玻璃质的岩石，称为玻化岩或假玻 玄武岩（pseudotachylyte）。
玻化岩（假玻玄武岩）
玄武岩（basalt） 成分特征：因断层岩石不同而不同； 结构特征：黑色似玻璃质，隐晶质结构； 成因特征：快速地震过程中产生的岩石，
串珠状湖泊洼地
由大断层引起的 断陷或破碎带形 成的湖泊、洼地 ，在走向上呈线 状、串珠状分布 ，单个湖泊、洼 地也具有定向的 特点。
直线状洼地
断裂活动形成 的串珠状泉水
错断的水系
断层的存在常常影响水系的发育，引起河流的急剧转向、 甚至切断河谷。
水系同步弯曲
构造标志
1、 面理，线理的错开 2、 岩层产状的急剧变化 3、 构造强化带 4、 构造透镜体及等斜的小褶皱带： 其长轴及轴面与断面的锐夹角指示 对盘的运动方向 5、断层岩发育
下降盘：沿倾斜断面向下滑动的岩块。
美国加 州地区 圣安德 烈斯 （San Andreas） 断层系 及其它 大断层
断层面的产状要素
断层的几何要素
1、断层面：是一个将岩块或岩层断开成两部分，并借以发生位 移滑动的破裂面。
2和、倾断角层确面定产。状：断层破裂面的空间断产层出面位置断，层由线其走向、倾向
4、水平滑距：总滑距在水平面上的投影 长度。
5、总滑距侧伏角：走向滑距与总滑距之 间的锐夹角。
I 断层位移立体图 II 垂直于被错断岩层走向的剖面图 III 垂直于断层走向的剖面图
断层的位移（二）
断距：被错断岩层在两盘上的对应层之间的相对距离。 在垂直于被错断地层走向的剖面上，可测得如下断距 ：
第十一章 断层概论
断层是地壳岩石体中沿破裂面发 生明显位移的一种破裂构造。
第一节 断层 的几何要素和位移
断层的几何要素
1、断层面：是一个将岩块或岩层断开成两部分，并借以发生位移
滑动的破裂面。
断层面
2、断层面产状：断层破裂面的空间产出位置断，由层其线走向、倾向和
倾角确定。
3、断层带：由一系列破裂面或次级断层以及它们之间所夹的岩块、
断层性质断层倾斜与地层倾斜关系二者倾向相反二者倾向相同断层倾角大于岩层倾角断层倾角小于岩层倾角正断层地层重复地层缺失地层重复逆断层地层缺失地层重复地层缺失断层两盘相对运动方向下降盘出现新地层下降盘出现新地层上升盘出现新地层平移断层正逆断层平移正逆断层或正逆平移断层引起的效应1滑移线与岩层在断面上的迹线一致平剖面上岩层好象无错动
上盘：倾斜断面上侧的岩块。 下盘：倾斜断面下侧的岩块。 上升盘：沿倾斜断面向上滑动的岩块。 下降盘：沿倾斜断面向下滑动的岩块。
断层的位移（一）
滑距：断层两盘的实际位移距离。
1、总滑距：断层两盘的两个对应点之间 的实际距离。
2、走向滑距：总滑距在断面走向线上的 分量。
3、倾斜滑距：总滑距在断面倾斜线上的 分量。
断层崖
通常是挽近活动断层面形成的陡崖。正断层相对容易形 成，发育于盆地、平原与山地(脉)之间。
滇池断层崖
华山断层崖
断层三角面
通常是挽近活动断层 面形成的陡崖受与崖 面垂直方向的水流侵 蚀切割而形成的沿断 层走向分布的一系列 三角形陡崖。也发育 于盆地、平原与山地 (脉)接合部。
错断山脊
通常是挽近平移活动断层相对平移错动，造成某一方 向的山脊发生突然的、有规律的错断。
缺失：是指一套正常地层中的一层或数层，由于 断层作用，在夷平面上断缺的现象。
重复：是指一套正常地层中的一层或数层，由于 断层作用而重复出现的现象。
走向断层效应共可以出现六种缺失或重复的基本 形式。
走向断层引起的断层效应
断层倾斜与地层倾斜关系
断层性质 正断层
二者倾向相同 二者倾向相反 断层倾角大 断层倾角小
上滑动。 逆断层产生条件：σ1在水平方向上逐渐增大，或者σ3逐
渐减小。地壳中水平挤压有利于逆冲断层的发育（例如大 陆造山带挤压碰撞带）。
喜马拉雅－青藏高原及周边地区简化构造图
平移（走滑）断层形成条件
应力状态：σ1和σ3水平，中间轴（σ2）直立。 产走状向特滑征动。：断层面在垂直于σ2方向上滑动，两盘顺断层
I 断层位移立体图 II 垂直于被错断岩层走向的剖面图 III 垂直于断层走向的剖面图
第二节 断层分类
断层与有关构造的几何关系分类
1、断层走向与岩层走向的关系： 走向断层：断层走向与岩层走向基本一致的断层。 倾向断层：断层走向与岩层倾向一致的断层。即与岩层走向 直交的断层。 斜向断层：断层走向与岩层走向斜交的断层。 顺层断层：断层面与岩层层面等原生界面基本一致的断层。
构造透镜体的出现也是断层 引起的构造强化的一种表现。包 括由节理递进变形(构造强化)形 成的平列状透镜体和由断层错动 形成的雁列状透镜体。
地层标志
岩浆活动与矿化作用
大断层尤其是切割很深的大断裂常常是岩浆和热 液运移的通道和储聚场所。如果岩体、矿化带或 硅化等热液蚀变带沿一条线断续分布，常常指示 有大断层或断裂带的存在。一些放射状或环状岩 墙也指示放射状断裂或环状断裂的存在。
断层岩分类
断层岩分为与脆性断层伴生的碎裂岩系
列和与韧性剪切带伴生的糜棱岩系列。
碎裂岩系列包括 断层角砾岩（角砾大于2mm） 碎裂岩（颗粒在0.01－2mm） 超碎裂岩（颗粒小于0.01mm） 玻化岩 断层泥
构造角砾岩类
自然界断层中最常见的构造岩。是原岩在 浅层次脆性－脆韧性断裂带中经破碎、磨蚀、 细化的构造岩。构造岩由两大部分构成——角 砾和碎基。角砾占主要，成分与原岩无大的差 别(结构、构造清楚)，其大小、形态不一，转 动、位移、搓磨明显，角砾之间已不能拼合。 角砾间为碎基——相对于角砾更细化的碎屑物。
1、地层断距 （ho）：断层两盘上对应层之间的垂直距离。 2、铅直地层断距 （hg）：断层两盘上对应层之间的铅直距离。 3、水平地层断距 （hf）：断层两盘上对应层之间的水平距离。 在垂直于断层走向的剖面上，也可测得与垂直于被错断地层走向的剖面 上相当的各种断距，值得注意的是，当地层走向和断层走向不一致时， 除铅直地层断距 （hg）外，由于视倾角的问题，所测断距分别为视地层 断距和视水平地层断距 。
A
B
C
D
横断层错断褶皱引起的效应
在平面上有两种表现:即核部宽窄的变化和轴迹的错移。
背斜核部变宽是上升盘 向斜核部变窄是上升盘
第六节 断层的识别
断层的识别标志
地貌标志 构造标志 地层标志 岩浆活动和矿化标志 岩相和厚度标志
地貌标志
断层崖 断层三角面 错断的山脊 串珠状湖泊洼地 泉水的带状分布 水系特点
因此人们称为古地震的“化石”； 产出特征：呈脉状产于各种构造裂隙和断
层之中。
第五节 断层效应
断层效应
断层效应是指由断层作用而引起的各种现象，即 视效应（或假象）。
走向断层不但能造成地层的缺失，而且还可以造 成地层的重复。即由走向断层引起地层关系上的 效应，这也是判定断层存在和性质的依据。
3、断层带：由一系列破裂面或次级断层以及它们之间所夹的岩 块、岩片、各种构造岩所共同组成的带。 4、断层线：是断层面与地面的交线。即断层在地面的出露线。 其形态决定于断层面的弯曲程度、断层面产状和地面的起伏。断 层面倾角越缓、地形起伏越大，其形态就越复杂。 5、断盘：是断层面两侧沿断面发生位移滑动的岩块。
正断层形成条件
应力状态：σ1直立，σ2和σ3水平。 断层产状特征：σ2与断层走向一致，上盘顺断层倾向下滑。 正断层形成条件：最大主应力（σ1）在垂直方向上逐渐增
大，或者最小主应力（σ3）在水平方向上减小。地壳水平 拉伸和垂向上隆是最适合于发生正断层的应力状态。
逆断层形成条件
应力状态：σ1和σ2（中间主应力轴）水平，σ3垂直。 断层产状特征：σ2平行于断层走向，上盘顺断层倾向向
推覆构造：具一定规模，且位移量很大的低角度逆掩断层 （原地系统、外来系统--推覆体，飞来峰，构造窗）。
飞来峰
图中所示并 不代表原始 沉积构造， 而是经历了 如插图所示 的一系列构 造变形，才 最终形成现 在所看到的 地形和地貌 （飞来峰， klippe）。
3、平移断层：断层两盘顺断面走向相对运动的断层。
左旋滑动：逆时针方向滑动。 右旋滑动：顺时针方向滑动。 形成条件：滑动方向与σ1、σ3应力大小有关。
安德森模式是解释近地表或地壳浅部脆性断裂的依据。
断层形成的区域背景
沙箱实验－模拟正断层和逆断层的形成
Hubbert（1951）的实验 材料：沙子 实验过程：用转动螺杆推动力推
动金属隔板。 隔板向右运动，在左间内发育了
根据角砾的粗细构造角砾岩类可进一步划 分为粗、中、细构造角砾岩。
断层岩分类
断层岩分为与脆性断层伴生的碎裂岩系
列和与韧性剪切带伴生的糜棱岩系列。
碎裂岩系列包括 断层角砾岩（角砾大于2mm） 碎裂岩（颗粒在0.01－2mm） 超碎裂岩（颗粒小于0.01mm） 玻化岩 断层泥
假玻玄武岩（玻化岩）
正断层，它的倾角为典型的60º， 为沙子内摩擦角的余角。 隔板继续向右运动，当有沙子受 到压缩形成逆冲断层，断层倾角 约为30º。 动力学分析： （1）沙子在两室都处于静岩应力 状态，各方向的应力相等。 （2）隔板向右，使左间内水平应 力减小，σ3是水平的，σ1是直立 的，形成正断层。 （3）在右间内正相反，使右间内 水平应力增加，σ1是水平的，σ1 是直立的，形成逆断层。
于岩层倾角 于岩层倾角
地层重复 地层缺失 地层重复
逆断层
地层缺失 地层重复 地层缺失
断层两盘相对运 下降盘出现新 下降盘出现 上升盘出现
动方向
地层
新地层
新地层
倾向断层引起的效应
平移断层
正断层引起的效应
1）滑移线与岩层在断面上的迹线一致，平剖面上岩层好象无错动。 2）滑移线位于岩层在断面上迹线的下方，剖面上为正断层,平面上 为平移错动。 3）滑移线位于岩层在断面的迹线的上方，剖面上为逆断层,平面上 为平移错动。
错断线状和面状地质体 先于断层形成之前
的线状、面状地质体( 如地层、矿层、岩脉、 侵入接触面、劈理或相 带界线)被之后断层切 割后，在平面、剖面上 突然中断、错开而不连 续现象。
构造强化
在一套正常地质体中，突然 出现诸如产状的急变、多变、变 陡，节理化、劈理化和片理化密 集带的出现，小褶皱的剧增等现 象。
断层与有关构造的几何关系分类
2．断层走向与褶皱轴向的关系： 纵断层：断层走向与褶皱轴向一致或与区域构造线 方向基本一致的断层。 横断层：断层走向与褶皱轴向直交或与区域构造线 方向 近于直交的断层。 斜断层：断层走向与褶皱轴向斜交或与区域构造线 方向斜交的断层。
断层两盘相对运动分类
1、正断层： 指断层上盘下 降，下盘相对 上升的断层。
岩片、各种构造岩所共同组成的带。
4、断层线：是断层面与地面的交线。即断层在地面的出露线。其
形态决定于断层面的弯曲程度、断层面产状和地面的起伏。断层面
倾角越缓、地形起伏越大，其形态就越复杂。
5、断盘：是断层面两侧沿断面发生位移滑动的岩块。
上盘：倾斜断面上侧的岩块。
下盘：倾斜断面下侧的岩块。
上升盘：沿倾斜断面向上滑动的岩块。