第九章断 层 构造.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第 九 章,断 层 构 造,断层：岩石沿断裂面有显著位移的破裂构造。,地壳中最主要的变形构造之一,控制区域构造格局和演化、矿产形成与分布，,影响工程建设，诱发地震等自然灾害,断层,脆性断层（地壳浅层）,一般意义上的断层,韧性剪切带（地壳深部）,断层面：切断岩石并使两侧岩石发生位移的断裂面。,常有檫痕和断层摩擦镜面。,断层带：由一系列断层面或由较宽的破碎带组成的大型断层。,带内岩石破碎，常发育断层角砾岩、断层泥、超碎裂岩和糜棱岩等断层构造岩。断裂带一般宽达数米甚至几公里。,一、断层面或断层带,第一节 断层要素,断层产状：以断层面的产状表示，包括走向、倾向和倾角。,表示方法：走向,/,倾向 倾角，或倾向 倾角,断层线：断层与地面的交线,断层盘：断层面两侧发生位移的岩块。,倾斜断层：断层面上侧岩块为上盘，下侧为下盘,。,直立断层：据断层走向将两盘分为东西盘、南北盘、北,东、南西盘或北西、南东盘。,根据断层的运动方式：相对向上运动的为上升盘，向下运动,的为下降盘。,二、断层盘,三、断层的位移,1.,滑距：断层两盘的位移距离。,总滑距：断层面两侧相邻两点位移后的距离（,ab,）,走向滑距：总滑距沿断层走向的水平投影（ac,）,倾向滑距：总滑距沿断层面倾向的水平投影（,cm,）,水平滑距：总滑距的水平投影（,am,）,2.,断距：断层面两侧被错断的同一岩层的相对距离,1,）在垂直于被错断地层走向的剖面上：,地层断距：断层两盘被错断的对应层间的垂直距离（,ho,）。,铅直地层断距：对应层间的铅直距离（,hg,）。,水平地层断距：对应层间的水平距离（,hf,）。,2,）在垂直于断层走向的剖面上：,视地层断距：断层两盘被错断的对应层间的垂直距离（,ho,）。,视铅直地层断距：对应层间的铅直距离（,hg,）。,视水平断层断距：对应层间的水平距离（,hf,）。,断层走向平行于地层走向：断距视断距,不平行时：视断距,断距,根据产状求断距,第二节 断层的分类,一、断层与相关构造的几何关系分类,1.,断层与岩层走向关系,走向断层,倾向断层,斜向断层,顺层断层,2.,断层走向与褶皱轴面走向以及区域构造线走向,纵断层,横断层,斜断层,二、断层两盘相对运动分类,1.,正断层：断层上盘相对下盘沿断层面向下滑动的断层,.,一般为倾角大于,45,度的高角度正断层，但多数向下变缓，,形成铲（犁）式断层。,倾角在,45,度以下的为低角度正断层，规模较大的低角度,正断层称为拆离断层。,高角度,拆离断层,2.,逆断层：断层上盘相对下盘沿断层面向上滑动的断层,倾角大于,45,度为高角度逆断层，即通常所指逆断层，,倾角在,45,度以下的为低角度逆断层，倾角小于,30,度,的大规模逆断层称为逆冲断层。,逆冲断层一般一般也呈铲式。,3.,平移断层（走滑断层）：两盘沿断层走向相对运动的断层,断层面产状一般陡立,根据运动性质可分为：左行走滑（平移）断层和,右行走滑（平移）断层,4.,兼具倾向滑动（正、逆断,层运动）和走滑运动的断,层。,左行正断层、左行逆断层、,右行正断层、右行逆断层、,正断右行走滑断层、,正断左行走滑断层、,逆断右行走滑断层、,逆断左行走滑断层。,命名中后者为主要运,动性质,5.,枢纽断层：断层两盘绕一垂直于断层面的轴旋转形成的断层,第三节 断层的形成机制,当岩石受力超过其强度，即应力差超过其强度便开始破裂。破裂之初，出现微裂隙，微破裂尖端因应力集中而逐渐扩展，相互联合，形成一条明显的破裂面，即断层两盘借以相对滑动的断裂面。,一、安德森断裂模式（安德森断层分类）：,不同的应力状态形成不同运动性质的断层。以此为依据将断层分为正断层、逆,(,冲,),断层和平移断层三种基本类型，并提出了形成三种断层的应力状态。,1),断层面为遵循库仑破裂准则的剪裂面，,1,（,主压应力）与两剪裂面的锐角分角线一致，,3,（,最小压应力或最大拉应力）与两剪裂面的钝角分角线一致。,1,所在盘向锐角角顶方向滑动，断层两盘垂直于,2,（,中间应力）方向滑动。,（应力以压应力为正值，所以,应力增大为压应力值增大，应,力减小为拉应力增大）,2),该模式认为因为地面与空气间无剪应力作用，所以形成断层的三轴应力状态中的一个主应力轴趋于垂直地平面。,3),不同的应力状态形成不同运动性质的断层,以此为依据将断层分为正断层、逆,(,冲,),断层和平移断层三种基本类型,.,形成正断层的应力状态是：,1,直立、,2,和,3,水平，,2,与断层走向一致，上盘顺断层倾,斜向下滑动。,根据形成正断层的应力状态和莫尔圆，,引起正断层作用的有利条件是：最大主应力,(,1,),在铅直方向上逐渐增大，或者是最小主,应力,(,3,),在水平方向上减小。,因此，水平拉伸和铅直上隆是最适合于,发生正断层作用的应力状态。,3,1,3,1,3,1,形成逆,(冲,),断层的应力状态是：最大主应力轴,(,1,),和中间主应力轴,(,2,),是水平的，最小主应力轴,(,3,),是直立的，,2,平行于断层面走向。,逆冲断层的应力状态和莫尔圆,表明，适于逆冲断层形成作用的可,能情况是：,1,在水平方向逐渐增,大，或者是最小主应力,(,3,),逐渐减,小。因此，水平挤压有利于逆冲断,层的发育。,形成平移断层的应力状态是：最大主应力轴,(,1,),和最小主应力轴,(,3,),是水平的，中间主应力轴,(,2,),是直立的，断层面走向垂直于,2,，,滑动方向也垂直于,2,，,两盘顺断层走向滑动。,最大有效力矩准则,根据安德森模式，正断层应高角度，逆断层才是低角度但实际上自然界大多数大规模正断层是低角度的。这是目前国际地质学界没有解决的问题。为此郑亚东教授（,1999,）提出了最大有效力矩准则：,在伸展环境下，脆韧性层状岩石将形成伸展褶劈理,(,ecc,),，,该劈理的倾角受最大有效力矩控制，一般为,35,度左右，这些伸展褶劈理进一步扩展形成低角度正断层。,Anderson,model,Maximum,effective,moment,criteria,第四节 断层的识别,一、地貌标志,3.,错断山脉,4.,串珠、带状分布的湖泊和泉水,5.,水系的变化,1.,断层崖,2.,断层三角面,二、构造标志,1.,构造不连续性,2.,断层面的存在,3.,强变形带的出现,如强烈劈理化带,和强烈碎裂带,4.,断层构造岩,断层带内或断层面附近两盘岩石在断层活动中被改,造形成的变形岩石。,地壳浅部脆性断层脆性断层构造岩,地壳深部韧性剪切带糜棱岩,Radom-Fabric,Foliated,Fault,Breccia,(,visisble,fragment 30%of rock mass),?,Fault Gouge,(,visisble,fragment 0.5 cm),Fine Crush,Breccia,(0.1 cm fragment 0.5 cm),Crush,Microbreccia,(fragment 0.1 cm),Protocataclasite,Protomylonite,Cataclasite,Mylonite,Ultracataclasite,Ultramylonite,?,Blastomylonite,incohesive,cohesive,glass,Mylonite,series,Cataclasite,Series,Propotion,of matrix,010%,1050%,5090%,90100%,Tectonic reduction in grain size,Grain,growth,1,）断层碎裂岩（原教科书称为断层角砾岩）：,由仍保持原岩特点的岩石碎块组成的断层构造岩，,称为碎裂某某岩。,3),超碎裂岩微角砾岩）：,由断层活动研磨成的极细,的构造岩，一般看不到角,砾，并具有像硅质岩的致,密构造。一般在断层面上,形成板状薄层,2),断层角砾岩（原教科书称为断层碎裂岩）：,经过断层滑动研磨形成的较细的具有砾岩结构的断层岩，,由角砾和基质组成,4),玻化岩（假熔岩）：断层快速滑动产生极度研磨并通过摩擦热产生熔融，冷凝后形成的外貌类似熔岩玻璃的一种断层构造岩。一般呈脉状或角砾状。,5),断层泥：岩石研磨后经水化作用形成的一种主要由粘土矿物（如伊利石、高岭石和蒙托石）组成的未固结的断层岩，一般平行于断层面呈不同颜色的条带。,三、地层标志（地层的重复与缺失）,大型断层：,正断层地层缺失；逆断层地层重复正断层新地层压老地层；逆断层老地层压 新地层,四、小型岩体、矿化和热液蚀变成带分布,五、同一岩层岩相和厚度的急剧变化,一、地层关系,第五节 断层运动性质的判别,大型断层：,正断层地层缺失；逆断层地层重复,正断层新地层压老地层；逆断层老地层压 新地层,二、,.,标志物的错断：,包括岩层、岩脉、,不整合面、先期断,层和侵入体边界等。,三、牵引构造,牵引褶皱：断层两盘紧邻断层面的岩层因断层运动拖曳发生弯曲形成的褶皱，也称拖曳褶皱。,反牵引褶皱：铲式正断层形成的一种牵引褶皱,四、擦 痕,断层两盘相对运动时在断层面上划下的刻痕。,反映断层两盘的真实运动轨迹。,钉头痕：由大而深的一端和小而浅的一端形成的擦痕，断层对盘由深的一端向浅的一端运动,五、阶步,断层活动中在断层面形成的与断,层运动方向垂直的微小陡坎，在,陡坎处常发育与擦痕平行的矿物,生长纤维。,正阶步,反阶步,正阶步与反阶步的区别：,1,）正阶步陡坎比反阶步缓；,2,）正阶步有生长矿物纤维；反阶步无；,3,）反阶步一般为鳞片状，可剥落。,张裂隙,透镜体、面理取向,褶皱的倒向,六、,断层带张裂隙、透镜体排列和劈理的取向、褶皱的倒向,由于张裂隙平行于最大主,应力方向，透镜体的扁平面、,劈理面平行或近平行于应变椭,球体的,XY,面，因而可据以下准,则确定运动方式：,张裂隙与断,层面所交锐角指示本盘的运动,方向；劈理面与断层所交锐角,指示对盘的运动方向。,实习,10,、断层运动学和力学机制作图法,1.,根据共轭断层求主应力方向,练习,1.,两组断层产状分别为：,2,40,和,222,82,求主应力（三轴）方向。,2.,利用单个断层判别主应力方向已知断层面产状、擦痕方向和,断层运动性质,练习,2.,已知断层及擦痕产状分别为,60,80,和,334,19,，断层性质为右行，求主应力方向。（假设共轭角为,60,）,3.,滑移线图,步骤：,1),投出断层面极点,2),投出擦痕产状,3),确定运动平面大圆,4),在断层面极点处,沿运动面大圆取一小,线段，用箭头指示其,运动方向：,正断层箭头自极点向,擦痕方向；,逆断层相反；,走滑断层不示箭头。,一般情况：,正断层箭头向内,逆断层向外,练习,3.,编制滑移线图。,