断裂构造野外观测与研究

太行山北段中新生代断层岩 碳酸盐岩区碎裂岩系列断层岩典型显微构造特征
碎裂流动带
脆性断层构造岩类型及其特征
概念： 断层岩或碎裂岩：在断层发育过程中因
破裂、摩擦、碾磨、流动和新矿物化等作 用而形成的具有特殊的结构、构造特征的 新生岩石。 目前没有统一的分类方案，目前的分类主要 为结构分类和成因分类方案
拉伸变形.
(1+e1)=x
(1+e2)=y (1+e3)=z
Flinn图解
断层泥
人们在摩擦实验中发现断层泥的存在对断层的粘滑 特征有很大的影响，断层泥在断层运动中起着重要 的作用。
断层泥是断层反复运动时两侧岩石破碎形成的，断 层泥中粘土的含量与生成时间有关，时间越长，粘 土含量越多。断层泥的成分主要为粘土矿物，如蒙 脱石、伊利石、高岭石、绿泥石等混合物，以及一 些石英、长石、方解石碎屑等，其组成与断层母岩 有关。此外，炭质成分增加，其颜色发暗。
构造片岩
构造角砾岩
微角砾岩（micro－breccia）
变形强度大，破碎强烈，碎块粒度更细＜１mm，发但 发育密集破 劈理构造
地震岩（玻化岩、假玄武玻璃）
玻化岩(pseudotachylyte)最早由Shand(1916)提出，用于描述南 非Pailis地区一种由冲击作用形成的呈脉状的暗色隐晶质岩石 。这种岩石一般颜色较深，常呈黑色或黑绿色，外貌很像玄 武玻璃，故又称假玄武玻璃，也有人称构造熔岩(何绍勋等， 1996)。玻化岩是岩石在高应变速率(由地震或冲击作用引起) 下，沿断面快速滑动所形成的一种特殊的构造岩。
七、断裂构造带动力学分析
动力学分析 推测主应力方位：
1.利用石英变形纹确定主应力方位
a锐角法
b. c1-c2法
σ1 σ3
b. c1-c2法图解
c. 空心点为c1 ，小圆点 为c2
c.箭号法的图解
箭头为变形纹极点， 箭尾为光轴方位
2.利用 云母扭 折带确 定主应 力方位
因为扭 折带边 界的极 点方位 与与主 应力方 位近似 。
，中间轴和短轴。 (1).k=0时,x=y,应变椭球体的形态为单轴旋转的扁球体.纯压扁 变形 (2).0<k<1时,应变椭球体为扁球体,应变为压扁型. (3). k=1时,a=b,即x/y=y/z,代表平面应变. (4). 1<k<∞时,应变椭球体为长椭球体,应变为伸展型 (5). k=∞时,应变椭球体的中间轴与短轴相等,为单轴旋转长椭球体.纯
利用断层泥中矿物组合来推测断层形成时的温度、 压力状态。
断层泥
碎裂岩特征
构造角砾岩类
一般是指断裂带中的岩石，由于断层两盘的相对运动 ，或引张、挤压和扭错过程中，发生脆性变形而使岩 块坠碎、挤碎或搓碎发生位移后，又被胶结所形成的 具角砾状构造的岩石。也称断裂角砾岩。
这类岩石在野外就可以正确的定名，因为其中的“角 砾”是肉眼能够分辨清楚的。目前多采用斯普瑞((Spry, 1969)的规定。＞5mm为砾级，5-1mm为细砾级，< 1mm为显微砾级，＞ l0cm的砾径，可称为巨砾。
3. 断裂带中流体成脉模式
断裂带脉体的形成是流体活动的主要产物，断裂脉 体及其流体包裹体中都存在多期流体作用和活动的 痕迹。 断裂带脉的充填一般包含两种类型，即断裂充填脉 和边缘伸展脉。 脉的形态、分布和内部结构与剪切应力的变化、流 体压力和近地表主应力方向有关。
周期性脉的形成与地震旋回相关，即所谓断裂 阀模式(fault valve model)。Robert等详细地 将这一模式划分为四个阶段，即地震前阶段、 地震破裂阶段、紧邻破裂后阶段和断裂封闭阶 段。
1、结构分类
2、成因分类 ：
Wise (1984) 以应变速率 和恢复速率 分别为纵、 横坐标的分 类图(图6-2) 也常常被引 用。
脆 性 未固结 断 层 带 内 构 造 固结 岩 分 类
（1）断层角砾岩 （2）断层泥(碎块含量＜30％）
（1）碎裂岩 （2）断层角砾岩（＞1mm） （3）微角砾岩（碎块＜1mm) （4）断层泥(<0.02mm) （5）地震岩 （6）构造片岩
•（3）碎裂岩带 •（4）围岩
大多数断层带内部分带不是对称分布，要根据具体情况而定 。 分带依据：变形强度、构造岩类型、次生构造、蚀变类型、 脉岩特征、蚀变矿化特点等因素。
胶东地区构造矿化带分带与蚀变矿化分带
六、构造带流体研究主要内容
1.断裂带流体来源包括： （1）岩石孔隙水和岩石成岩、变质过程中矿物脱 水，
正断层
走滑断层的主要特点
左行与右行
根据两盘相对运动 正、逆（逆冲）、平移 组合：平移－正断层；逆－平移断层
—力学性质分类
压性断裂－
张性断裂－
扭（剪）性断裂－
此分类，在工程地质，矿田构造及地震 地质等方面被广泛应用！
二、 断层的识别
地形地貌标志 （小尺度上） 断层崖、断层三角面、地形错开等
羽状剪切裂隙
劈理
构造透镜体
五、断层带分带性
由于断层带内部变形强度、变形机制的不均匀 性，造成了断层带内部结构分带性。
图1 大型走滑断裂带 结构示意图
部分研究者根据变形强度,可将断裂带细分为核部(fault core)、 破裂带(damage zone)及围岩三个部分。 核部可能表现为一个滑动面,也可能由富粘土的断层泥组成,甚或 形成高度固结的角砾岩带。核部宽度很窄,小断层可能仅有 2~3mm宽,大的断层也就10~20cm宽。尽管断裂带核部宽度普遍 很窄,但却吸收了该断裂带的大部分变形。
紧邻破裂后阶段
该阶段以局部的垂向 和水平主应力轴的反 转为特征，如伸展脉 中垂向缩短，垂直微 裂隙和水平的石香肠 构造
断裂封闭阶段
在局部瞬时应力反转之后， 水平方向主应力σ1将再作用 于断裂，裂后流体压力的下 降和更深源流体的上升将有 助于石英沉淀，同样，由于 流体压力下降而不能混合的 流体将有助于碳酸盐沉淀这 些矿物沉淀将导致断裂带渗 率降低和封闭，从而进一步 有利于重结晶过程。
pseudotachytite
熔蚀 长石 碎斑
构造片岩
四、断层两盘相对运动方向的确定
判别标志：
标志体的被错开
牵引构造
擦痕和阶步
伴生小构造:
张裂脉、张节理（张裂隙）、羽状剪节理（
剪裂隙）、构造透镜体、小褶皱和劈理（或片理）
等
1．根据两盘地层的新老关系 2．牵引褶皱：岩层弯曲的突出方向指示 本盘的运动方向
pseudotachytite
它们以形状不规则的单脉或网状及多期穿插分布 于断层带中，与围岩呈侵入关系并有明确的边界 。脉体主要由暗色非晶质或隐晶质玻璃基质组成 ，内有树枝状或球状微晶结构。基质中含有大量 母岩的岩屑和晶屑，主要为石英，其次是少量长 石;碎屑有熔蚀现象。另外还有气孔、杏仁、球 粒、冷凝边和流动等构造。
1. 破裂作用：
发生在岩石、矿物晶体规模上破裂作用 。
从应力—应变的角度上看，岩石或矿物在应力 作用下，超过强度极限时就会发生破裂。岩石 的抗剪强度和抗张强度弱，易于产生这两种裂 隙。
宏观上的脆性变形为脆性破裂，从微观角度看 主要是微破裂的产生和扩展及有关的碎裂作用
2.碎裂流动
a.定义：碎裂作用使岩石破碎呈细小的碎块，随后 这些细小碎块发生了滑移和旋转、产生了连续流动 。 b.产物：断层角砾岩、碎裂岩、断层泥 c.碎裂流动特征 （1）在碎裂流动过程中，裂隙和孔隙被从流体中 沉淀物质充填，随后充填物发生破碎，造成了角砾 成分复杂。 （2）碎裂流动发生在地壳浅部层次上，温度低、 应变速率高条件下。 （3）流体促进了岩石破裂。
平面上：
断层两盘运动方向的确定
剖面上： １．正断层牵引构造 （１）正牵引 （２）反牵引 ２．逆断层牵引构造
剖面上—牵引 构造
擦痕：由粗而深到细而浅的方向指示 对盘运动方向
阶步：与擦痕直交的陡坎 正阶步：陡坎指示对盘运动方向 反阶步：陡坎指示本盘运动方向
派生构造
张剪裂脉或张剪节理
Z X
羽状张节理
断裂构造野外观测与研 究
2020/8/1
广泛发育在不同构造环境中、类型多、形成机制各异，研究方法、内容各不相同； 存在问题多；变形机制、构造岩、断层分带、成矿热液活动特征等问题没有很好解决 研究具有实际意义： 如何进行断裂带野外观测、研究和分析?
一、断层分类
—依据断层两盘相对运动方式
逆断层
走滑断层
断裂带分类
根据断裂带核部在流体运移中所起的作用(导管或隔水层),断裂 带可以分为四类:局部导水断层带(SSF)、导水断层带(DDZ)、局 部隔水断层带(LDZ)和导水-隔水复合断层带(CDZ),分别代表了 断层演化过程中的流体运移的几个理想阶段。
新形成的断层可能只有一个破裂面,位移距离也很小,因此流体沿 着该破裂面的渗透率将增大,从而形成了局部导水断层带; 随着 断层的扩展,沿着主破裂面两侧可能形成了格网状的破裂带,使得 该断层带的渗透率增高,形成导水断层带;
如蒙脱石向伊利石转化中脱水，沸石脱水； （2）地下水循环中带入的天水； （3）岩浆中排出流体或幔源流体； （4）有机质成熟过程中产生的流体和碳氢化合物。断裂
带流体的成分变化较大，它与流体来源、水岩相互作 用、断裂分支方向及数量有关。
2. 流体在断裂带中分布
断裂带中流体的分布具有明显分带性。 并根据流体在断层带运移情况，将断层 带分为：局部导水断层带(SSF)、导水断 层带(DDZ)、局部隔水断层带(LDZ)和导 水-隔水复合断层带(CDZ),
破裂带规模比起核部来相对较大,宽度约数百米左右, 但变形程度却相对要弱。在破裂带中小断层、裂隙 以及小褶皱等比较发育。 围岩基本不发生变形。
断层核－由断层泥组成
断层核部－断层角砾 岩带
断层上盘
主滑移面分布在靠近上盘接触带附近