第十七章断裂(完成稿)

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韧性变形带特点 变薄
变厚
据此，可以推断同一条断层在不同的深度其变形 特征明显不同。
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（一）断层的双层结构（西布森模式）
对于深大断裂（深度＞15公里)而言，随着深度的增加断 裂由脆性变形逐渐变为塑性变形。既具有双层结构，也称之为 西布森模式。该模式可分为三个变形区： 1.表浅变形区 深度在地表至地下1- 4公里，以断层带中充填未固结的断 层角砾为其特征。 2.浅层固结脆性变形区 深度在1- 4至10-15公里，以断层带内发育固结的压碎角 砾岩、碎裂岩（原岩结构、构造可辨）为其特点，形成温度＜ 350度。 3.深层塑性变形区 深度＞10-15公里，一断层带内发育面理化糜棱岩（原岩 结构、构造不可辨）为其特征（如图）。
节理组与节理系
挤压力方向
两组剪节理
一组张节理
（二）节理的旋向 1.左旋节理：节理两侧的岩层作逆时针运动，称之为 左旋节理。 2.右旋节理：节理两侧的岩层作逆时针运动，称之为 左旋节理。也就是说；面对节理面， 站在节理的一侧。 如果对面岩层向你左边运动，则称之为左旋节理，反之 称之为右旋节理，见图。
砾岩中的剪节理与羽状微裂
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（二）张节理的特征 1.张节理产状不稳定，延伸不远，如被矿脉充填，则矿脉 的厚度、产状变化较大。 2.张节理面粗糙，无擦痕或摩擦镜面。 3.张节理常追踪两组剪节理而呈锯齿状展布。 4.发育于砾岩中的张节理不切穿砾石(见图)。 5.张节理可出现：尖灭侧现“现象，尾部常呈树枝分叉 （见图）。 6.张节理很少密集成带出现，节理间隙较大。
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2.断距 由于在实际工作中很难在露头上找到被断层一分为 二的相当点，只能在地面上观察岩层被错开的情况。 断距是指断盘两侧对应层之间的距离。在不同的剖 面上断距具有不同的分量（如图）。
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在实际工作中我们只要被错开的地层厚度和地层产 状，我们就可以计算出响应的地层断距。例如以正断层 为例（剖面垂直岩层走向）。
横断层引起的褶皱效应
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（二）断层运动方向的判别 1.根据断层的效应（如前所述） 1）对于走向断层来说，新地层一盘一般为上升盘， 当断层倾向与岩层倾向相同，但断层倾角大于岩层倾 角时则反之。 2）对于横向断层来说，向斜核部变宽的一盘为下 降盘，背斜反之（如图）。
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2.牵引构造与伴生构造 断层两盘相对错动时，沿断层面产生的摩擦力 使邻近岩层发生弯曲变形的现象称之为牵引构造。 岩层与断层的锐夹角指向本盘运动方向。
地堑
地垒
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3.叠瓦状断层 若干条产状大致相等的低角度逆断层平行排列， 在剖面上各断层的上盘成阶梯状向同一方向依次上升。
叠瓦状断层
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4.对冲与背冲式断层 两条或两条以上的高角度冲断层（断层面倾角 ＞45度的逆断层），倾向相向，中间盘下降，称之 为对冲断层。若倾向向背，称之为背冲断层。
对冲式断层
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三、剪节理、张节理的基本特点
（一）剪节理的特点： 1.剪节理产状稳定，延伸较远，如被矿脉充填，则矿脉 的厚度、产状稳定。 2.节理面光滑、平直，有时可见擦痕、摩擦镜面。 3.砾岩中的剪节理可切穿砾石，而不改变其方向。 4.剪节理常密集成带出现，节理间距较小。 5.节理面上常见羽状微裂现象，羽状微裂面与节理面的 锐角方向指向本盘运动方向。 6.剪节理常发育两组，并互成90度相交形成“X”型共扼 节 理。
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一、断层的几何要素
（一）断层的几何要素 1.断层面 岩层或岩体沿着某一断裂面发生明显错位，该断裂 面称之为断层面。断层面与岩层的层面一样同样可以用 走向、倾向和倾角表示。 2.断层线 断层出露地表，其断层面与地表的交线称之为断层 线。断层线与岩层的界线一样也符合“V”字型法则。 3.断裂带 被错开的岩层或岩体沿着一组密集的破裂带发生明 显的位移，这个带称之为断裂带。 4.断盘 断层面两侧的岩块称断盘。
断 层 引 起 的 地 层 重 复 与 缺 失
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2.横断层引起的地层效应 当岩层倾斜时，横向断层引起的地层 错动在平面与剖面上的表现形式不同。
横断层引起的地层效应（一）
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横断层引起的地层效应（二）
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3.横向断层引起的褶皱效应 横切褶皱的断层，可使断层两盘褶皱核部 变宽或变窄以及核部的地层的错动。
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（三）按断层两盘相对运动方向的分类 1.正断层：断层上盘向上运动的断层，其断层面一般较陡， 倾角60度左右。 2.逆断层：断层上盘向下运动的断层。 3.平移断层：断层两盘相对于断层走向线方向运动，断层 面倾角多直立。根据其旋向可分为：左行平移断层，右行 平移断层。由于断层两盘有时既有水平运动、又有升降运 动，此时应复合命名为右行—平移逆断层、左行—平移正 断层等。 4.枢纽断层：断层的两盘以断层面上某一点为轴作旋转运 动称之为枢纽断层。枢纽断层分两种类型：其一，旋转轴 位于断层的一端，其特点为断层各处的断距不等，近轴处 短，远处大；其二，旋转轴位于断层的中间，其特点为断 层的一侧如为正断层，另一侧则为逆断层（如图）。
平面共扼剪节理
随着褶皱作用的加强，在背、向斜的转折端处也可发育平 面共扼剪节理，称之为晚期平面共扼剪节理（如图）。在背斜 转折端处B轴直立，C轴与枢纽平行，在向斜转折端处B轴直立， C轴与枢纽垂直。
晚期平面共扼剪节理
2）剖面共扼剪节理 在挤压力持续作用下，褶皱转折断岩层层面上可 出现一组其走向与枢纽平行的节理（走向、纵节理）， 而在垂直于褶皱枢纽的剖面上则呈交叉状，称其为剖 面共扼剪节理，该节理的B轴平行于枢纽，A轴近直立， C轴水平垂直于轴面。
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断层的双层结构
表浅变形区
浅层固结脆性变形区 深层塑性变形区
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（二）脆性断层的应力模式（安德森模式） 1.正断层的应力状态
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2.逆断层的应力状态
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3.平移断层的应力状态
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四、断层的研究
（一）断层效应 断层错动所引起地层关系的变化和岩层的视错 动，称之为断层效应。
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1.走向断层引起的地层效应 走向断层可引起断层附近的地层重复与缺。 由于走向断层两盘的运动，以及断层倾向与地层 倾向的关系不同，所以地层效应也不同。
（一）节理与褶皱的相互关系 1.与纵弯褶皱伴生的节理 1）平面共扼剪节理 水平岩层受到水平挤压力作用 时，在岩层尚未弯曲前可形成一对与 挤压力方向斜交的两组共扼剪节理。 其B轴与层面垂直，A轴与挤压力方向 垂直，C轴平行。该两组共扼剪节理在 褶皱作用进一步发展过程中常被后期 形成的节理利用和改造，一般不易保 存，故称之为早期平面共扼剪节理。
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按断层两盘相对运动方向的分类
正 断 层
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正断层野外素描
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（四）断层的组合类型 1.阶梯状断层 若干条产状大致相等的正断层平行排列，在剖面 上各断层的上盘成阶梯状向同一方向依次下降。
阶梯状断层
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2.地堑与地垒 两条或两组断层面相向的正断层大致平行排列， 中间的断盘下降，称之为地堑。两条或两组断层面 相背的正断层大致平行排列，中间的断盘上升，称 之为地垒。
追踪张节理与发育于砾岩中的张节理
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张节理的“尖灭侧现”与树枝分叉现象
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四、节理的组合形态
（一）“X”型共扼剪节理 理论上脆性岩层在挤压力作用下，会形成两组与挤 压力方向各成45度交角的剪节理，其剪节理的交线为中 间应力轴，垂直交线且平行挤压力方向的为最大应变轴。
共扼剪节理 的应力分析
σ2 σ1
原生节理
节理
按形成时间
非构造节理
按成因
次生节理
区域性节理
按分布范围
构造节理
局部性节理
二、构造节理的基本概念
构造节理的定义：由内力、地壳运动形成，并具有明显的 方向性和规律性的节理。构造节理可以分为以下几种: 走向节理 按与岩层的关系 倾向节理
按几何关系 构造节理
斜向节理 顺层节理 纵节理 按与区域构造关系 横节理 斜节理 张节理
剖面共扼剪节理
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3）横张节理
褶皱早期可出现追踪横张节理，并常被后期改造和 利用。晚期在向斜转折端处也可出现追踪横张节理。 4）纵张节理 一般在褶皱作用的晚期产生，发育于悲斜转折端处， 其走向与枢纽平行，剖面上成扇状。
纵 张 节 理
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第二节
断层
断裂面两侧的岩石发生了显著的位移， 这种断裂构造称之为断层。
σ3
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（二）张节理 1.在挤压和拉伸作用下形成的张节理彼此平行。 2.在剪切作用下形成的张节理，多成雁行状或斜列。
பைடு நூலகம்
挤压作用下的张节理特点
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剪切作用下的张节理特点
力偶作用
剪切作用
共扼剪切作用
雁行式张节理
羽状张节理
火炬状张节理
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火 炬 状 张 节 理 野 外 照 片
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五、节理与其它构造的关系
按力学性质 剪节理
节理与岩层的产状分类
倾向节理 顺层节理
走向节理
斜向节理
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节理与区域构造线的关系分类
纵节理 横节理 斜节理
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（一）节理组与节理系的概念 1.节理组：因节理总是成群出现，凡具有成因联系、互 相平行或近于平行的一群节理称之为节理组。 2.节理系：凡具有成因联系的两个或两个以上的节理组， 以相当稳定的角度相交，则构成为一个节理系。
背冲式断层
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三、断层的形成机制
通过物探资料发现，某些断层向下延伸十多公里 处仍存在一不连续界面 ，此处的岩石在如此高的温度 压力下很难发生断裂变形。通过对岩石力学性质的研 究发现，当温度、围压较小时，岩石表现为脆性变形， 随着温度、围压的上升，岩石逐渐变为塑性变形（塑 性流变）。即变形带内的岩层并不发生断裂，岩层的 完整性未破坏，同一标志层在变形带内的厚度变薄或 增厚（如下图）。
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3.根据断层面上的擦痕、阶步及断层带中的构造透 镜体判别两盘运动方向
1）擦痕 由粗—细的方向指示对盘运动方向。 2）阶步 正阶步 由陡—缓的方向指示对盘运动方向。 反阶步 陡坎对着的方向指示本盘运动方向（如图）。
断层面上的擦痕与阶步
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3）构造透镜 体构造透镜体的长轴与断层面锐夹角的方向指示 对盘运动方向（如图）。
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二、断层的分类
（一）按断层走向与岩层走向的关系分类 1.断层走向与岩层走向关系分类（重点） 1）走向断层 2）倾向断层 3）斜向断层 4）顺层断层 2.断层走向与区域构造线方向的关系分类 1）纵断层 2）横断层 3）斜断层 （二）按断层切割深度的分类 1.岩石圈断层 切穿岩石圈达软流层。深度＞40公里。 2.地壳断层 切穿地壳达M面。深度＞30公里。 3.基底断层 切穿硅铝层达K氏面。深度＞15公里。 4.盖层断层 切穿沉积盖层达变质基底。深度＜15公 里。 5.层间滑动断层 发育于盖层中。深度一般＜10公里。
北戴河鸡冠山正断层中的构造透镜体
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4.地貌标志 断层的活动及存在，常在地貌上留有明显的表 现，这些由断层引起的地貌现象就成为识别断层存 在的最直接标志，为观察和确定断层提供了重要的 线索。 1).断层崖： 由于断层两盘的相对运动，常使断 层的上升盘形成陡崖，这种陡崖称之为断层崖。 2).断层三角面：断层崖受到水流的侵蚀切割，形 成沿断层走向分布的一系列三角形陡崖称之为断层 三角面。
第十七章
断裂
当作用于岩石上的力超过其强度界限时，岩 石就会发生断裂。根据断裂面两侧岩石位移的程 度，可将断裂分为两种基本类型：其一，断裂面 两侧的岩石位移不明显，称之为节理；其二，断 裂面两侧的岩石位移明显，称之为断层。
节理 断层
第一节
节理
节理是地壳中发育最为广泛的一种构造，通 过对其研究可解决许多地质实际问题，例如部 分矿体的成因，岩石构造变形的演化等。 一、节理的分类 节理的分类方案较多，目前常用的方案有以 下几种： 1.根据节理与有关构造的几何关系分类 2.根据节理的力学性质分类
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断层的几何要素
断盘
断层带
断层面 断层线
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断盘的命名：如断层面倾斜，断层面上 方的一盘称上盘，反之称下盘（如图）。如 断层面直立，可按断层线的走向方位来命名。 断盘的命名
上盘（下降盘） NW盘 NE盘
SW盘 下盘（上升盘）
SE盘
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（二）滑距和断距 1.滑距 断层面上某一相当点（化石、结核等），被错开后 的距离称滑距（总滑距）。滑距在断层走向上的投影为 走向滑距，在倾向上的投影为倾向滑距（见图）。
断 层 的 牵 引 褶 皱
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断层的伴生构造
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在大的平移断层两侧有时可见一组与断层走向 斜交的褶皱称之为牵引褶皱。牵引褶皱的轴与断层 线的锐夹角指向本盘运动方向（如图）。
断 层 的 牵 引 褶 皱
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由于断层两盘的相互错动、摩擦，在断层带中 产生次一级应力，因次一级应力的作用使断层面两 盘的岩层发生破裂称之为伴生构造（如图）。