断裂构造野外观测与研究

断裂构造野外观测与研究
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，
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。
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4 断裂带对流体形成和运移的控制
在断裂变形中,流体在断层中流动和运移是受断层
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pseudotachytite
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熔蚀 长石 碎斑
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构造片岩
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四、断层两盘相对运动方向的确定
断裂带中封闭部分的存在 将阻止这些流体域的增大， 并可能导致流体沿断裂两 侧的近水平应力破裂扩散 或贮存。
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地震破裂阶段 地震破裂的结果是压力封
闭体的裂开和流体压力的 下降，并推动超流体压力 沿断裂向上运移，同时产 生断裂角砾。此外，流体 压力下降的另一原因是原 有水—二氧化碳—盐流体 与富水和二氧化碳流体分 离在不同部位和微裂隙中。
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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
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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。
断裂构造野外观测与研 究
2020/11/21
断裂构造野外观测与研究
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?
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一、断层分类
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。
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构造片岩
构造角砾岩
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pseudotachytite
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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。
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派生构造
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张剪裂脉或张剪节理
Z X
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羽状张节理
羽状剪切裂隙
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劈理
构造透镜体
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五、断层带分带性
n 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。
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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。
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断层核－由断层泥组成
断层核部－断层角砾 岩带
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断层上盘
主滑移面分布在靠近上盘接触带附近
断层上盘
（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
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断层泥
n 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。
n 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。
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n 2. 流体在断裂带中分布 n 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),
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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;
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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
断裂构造野外观测与研究Baidu Nhomakorabea
碎裂流动带
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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
—依据断层两盘相对运动方式
逆断层
走滑断层
正断层
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走滑断层的主要特点
q 左行与右行
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q 根据两盘相对运动 n 正、逆（逆冲）、平移 n 组合：平移－正断层；逆－平移断层
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—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！
微角砾岩（micro－breccia）
变形强度大，破碎强烈，碎块粒度更细＜１mm，发 育断层带核部。
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颜色呈灰黄 色、岩石结 构质密，但 发育密集破 劈理构造
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地震岩（玻化岩、假玄武玻璃）
n 判别标志：
n 标志体的被错开
n 牵引构造
n 擦痕和阶步
n 伴生小构造:
n
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
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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 平面上：
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断层两盘运动方向的确定
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断裂构造野1外、观结测与构研分究 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。
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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％）
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
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剖面上—牵引 构造
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擦痕：由粗而深到细而浅的方向指示 对盘运动方向
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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
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二、 断层的识别
n 地形地貌标志 （小尺度上） 断层崖、断层三角面、地形错开等
n 岩石标志体的错开（大尺度上） n 构造标志（野外露头）
断层破碎带、面理化带、断层构造岩、 构造突变带等
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断层崖
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断层三角面
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地形错开
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岩石标志体的错开 断裂构造野外观测与研究
断层破碎带
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断层破碎带
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面理化带
构造透镜体
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断层构造岩
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断层构造岩、构造突变带等断裂构造野外观测与研究
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。
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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。
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三、脆性破碎带变形机制和 构造岩类型
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岩石变形 实验
Griggs 1960
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n 1. 破裂作用： n 发生在岩石、矿物晶体规模上破裂作用。
n 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。
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。
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地震前阶段
以剪切应力的增加为特征， σ1为水平方向，σ3为垂 直方向。此时以水平挤压 力为主，导致各向同性的 岩石中形成近水平伸展的 脉体。
n 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
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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。
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。
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•（1）片理化带断层滑移带 •（2）构造角砾岩带（加上蚀
断层分带 变类型）
•（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。
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胶东地区构造矿化带分带与蚀变矿化分带
n 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。
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断层泥
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碎裂岩特征
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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。