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1、第四章第四章 脆性变形脆性变形-断层断层断层概论断层概论n 断层基本术语断层基本术语n 断层的分类断层的分类n 断层各论断层各论主要内容主要内容岩石的力学性质岩石的力学性质脆性脆性:岩石在弹性变形阶段后至断裂前,没有或只有极小的塑性变形(35%)脆性韧性脆性韧性:岩石在断裂前塑性变形的应变量为58%韧性韧性:岩石在断裂前的塑性变形量超过10%断层和破裂断层和破裂Fault and Fractureu脆性变形脆性变形是岩石在弹性变形阶段发生破坏时的性质和特征。脆性破坏的应力条件，也就是脆性破裂的强度即临界应力临界应力。u断层断层是地壳岩石沿着破裂面发生明显位移的破裂构造，它是一种典型脆性变形。u
2、地壳表层岩石一般为脆性变形脆性变形断层或断裂带地壳深部岩石一般为韧性变形韧性变形韧性剪切带u两者之间为韧脆性转换（过渡带）韧脆性转换（过渡带）u断层有规模大小之分，有深浅不同。断层面断层面断层线断层线 断层的基本描述术语断层的基本描述术语u断层面（带）u断层线u断盘（断块）断层的产状要素断层的产状要素断层位移断层位移断层位移断层位移l运动形式（平移、旋转）运动形式（平移、旋转）l方向方向l大小（滑距和断距）大小（滑距和断距）断距：断距：断层两盘岩层断层两盘岩层对应层之间的相对位移距离对应层之间的相对位移距离。滑滑距距：断断层层两两盘盘的的对对应应点点之之间间的的实实际际位位移移距距离离。它它是
3、是错错动动前前的的一一点点，错错动动后后分分成成两两个个对对应应点点之之间间的的实实际距离。际距离。断层的断距断层的断距断层的滑距断层的滑距n 断层的几何学分类断层的几何学分类n 断层的运动学分类断层的运动学分类断层的分类断层的分类n断层走向与断层走向与岩层走向岩层走向的关系的关系n断层走向与断层走向与褶皱轴向褶皱轴向的关系的关系断层的几何分类断层的几何分类 根据断层与有关构造几何关系的分类根据断层与有关构造几何关系的分类断层走向与岩层走向关系的分类断层走向与岩层走向关系的分类走向断层：走向断层：断层走向与岩层走向基本一致的断层。倾向断层：倾向断层：断层走向与岩层走向直交的断层。即与岩层倾向一
4、致的断层。斜向断层：斜向断层：断层走向与岩层走向斜交的断层。顺层断层：顺层断层：断层面与岩层层面等原生界面基本一致 的断层。断层走向与褶皱轴向关系的分类断层走向与褶皱轴向关系的分类 纵断层：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：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：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。n 正断层正断层n 逆断层逆断层n 平移断层平移断层断层两盘相对运动关系的分类断层两盘相对运动关系的分类正断层：正断层：指断层上盘相对下降，下盘相对上升的断层。特征：特征：断面产状较陡，倾角多在45
5、0以上。大型正断层往往上陡下缓，断面总体形态呈铲状、犁状或勺状。正断层正断层逆断层：逆断层：指断层上盘相对上升，下盘相对下降的断层。根据断面倾角大小，又可分为如下几种类型：高角度逆断层：高角度逆断层：断面倾角在45o o以上。低角度逆断层：低角度逆断层：断面倾角小于45o o。逆冲断层：逆冲断层：位移量较大的低角度逆断层，倾角在30o o左右。逆冲推覆构造：逆冲推覆构造：具一定规模，位移量很大的一系列低角度逆冲断层（原地系统有构造窗，外来系统有推覆体、飞来峰）组成的构造系统。逆断层逆断层 平移断层：平移断层：断层两盘顺断面走向相对运动，而无上下垂直运动的断层。特征：特征：断面平直光滑、近于直立
6、，剪切性质突出。根据断层两盘相对运动方向不同，又可分为：左行平移断层和右行平左行平移断层和右行平移断层移断层，规模巨大的平移断层则一般称为走滑断层走滑断层。平移断层平移断层斜向滑动断层斜向滑动断层命名时也可采用组合命名法 枢纽断层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）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）1.正断层正断层2.逆断层逆断层3.平移断层平移断层4.正平移断层平移正断层正平移断层平移正断层5.逆平移断层平移逆断层逆平移断层平移逆断层6.枢纽断层枢纽断层断层两盘相对运动分类演示断层两盘相对运动分类演示逆断层逆断
7、层断层上盘相对下盘向上滑动的断层。断层上盘相对下盘向上滑动的断层。逆掩断层逆掩断层指断层倾角指断层倾角45的逆断层。的逆断层。上盘上升上盘上升下盘下降下盘下降1.正断层正断层2.逆断层逆断层3.平移断层平移断层4.正平移断层平移正断层正平移断层平移正断层5.逆平移断层平移逆断层逆平移断层平移逆断层6.枢纽断层枢纽断层断层两盘相对运动分类演示断层两盘相对运动分类演示平移断层平移断层断层两盘顺断层面走向相对滑动的断层；断层两盘顺断层面走向相对滑动的断层；规模巨大的平移断层称为规模巨大的平移断层称为走滑断层。走滑断层。水平错动水平错动1.正断层正断层2.逆断层逆断层3.平移断层平移断层4.正平移断层
8、平移正断层正平移断层平移正断层5.逆平移断层平移逆断层逆平移断层平移逆断层6.枢纽断层枢纽断层断层两盘相对运动分类演示断层两盘相对运动分类演示上盘斜向下降正平移断层和平正平移断层和平移正断层移正断层属斜向属斜向(滑动滑动)断层断断层断层两盘既不顺断层两盘既不顺断层走向方向也不层走向方向也不顺倾向方向滑动顺倾向方向滑动的断层，位移与的断层，位移与走向和倾向斜交。走向和倾向斜交。因此，总位移在因此，总位移在走向和倾向上有走向和倾向上有两个分量。当平两个分量。当平移分量下降分移分量下降分量称为量称为正平移断正平移断层层；当水平分量；当水平分量下降分量称为下降分量称为平移正断层平移正断层。1.正断层正
9、断层2.逆断层逆断层3.平移断层平移断层4.正平移断层平移正断层正平移断层平移正断层5.逆平移断层平移逆断层逆平移断层平移逆断层6.枢纽断层枢纽断层断层两盘相对运动分类演示断层两盘相对运动分类演示上盘斜向上升上盘斜向上升逆平移断层和平逆平移断层和平移逆断层也移逆断层也属斜属斜向向(滑动滑动)断层：断层：断层两盘既不顺断层两盘既不顺断层走向方向也断层走向方向也不顺倾向方向滑不顺倾向方向滑动的断层，位移动的断层，位移与走向和倾向斜与走向和倾向斜交。因此，总位交。因此，总位移在走向和倾向移在走向和倾向上有两个分量。上有两个分量。当平移分量上当平移分量上升分量称为升分量称为逆平逆平移断层移断层；当水平
10、；当水平分量上升分量分量上升分量称为称为平移逆断层平移逆断层。断层各论断层各论（一）（一）正断层正断层（二）（二）逆断层逆断层（三）（三）平移断层平移断层（一）（一）正断层正断层1.一般特点一般特点 正断层正断层是断层上盘相对下盘沿断层面向下滑动的断层。在自然界，正断层产状较陡，倾角一般45(60 70为主)。2.正断层组合型式正断层组合型式 阶梯状断层：阶梯状断层：由若干条产状基本一致的正断层组成，各条断层上盘依次向同一方向呈整体均匀下降，构成阶梯状。掀斜式阶梯状断层（箕状构造）掀斜式阶梯状断层（箕状构造）：由若干条产状基本一致的正断层组成，各条断层上盘依次向同一方向呈整体不均匀翘曲下降，构
11、成掀斜阶梯状。规模大者控制断陷盆地沉积，地貌上表现为单面山与山谷相间景观。下盘上盘地堑：地堑：由两条走向基本一致相向倾斜相向倾斜的正断层组成，两条断层之间为共同下降盘之组合。地堑也可以由一组走向基本一致的相向倾斜的阶梯状断层组成。地堑地堑地垒：地垒：由两条走向基本一致反向倾斜反向倾斜的正断层组成，两条断层之间为共同上升盘之组合。地垒可以由一组走向基本一致反向倾斜的阶梯状断层组成。地垒组合与地堑组合正好相反。地垒地垒盆盆-岭构造岭构造(也称盆也称盆-山构造山构造)：盆岭构造一词源自美国西部科迪勒拉山系盆岭区，指由不对称的纵列单面山、山岭及其间的盆地组成的构造-地貌单元。它是在区域伸展作用下形成的
12、地堑、地垒、掀斜式阶梯状断层控制下发育的构造-地貌型式。属大-特大型正断层组合型式。裂谷构造裂谷构造：是指在区域伸展背景下形成的狭长断陷，切割深发育演化时间长的大特大型正断层地堑组合型式。它是全球板块构造的一种类型。裂谷的一些主要特征：裂谷的一些主要特征：(1)由一系列正断层为主的地由一系列正断层为主的地堑、半地堑组成的复杂地堑系、堑、半地堑组成的复杂地堑系、断陷谷、断陷盆地等构造断陷谷、断陷盆地等构造-地貌。地貌。(2)内部有一套巨厚磨拉石建内部有一套巨厚磨拉石建造，常伴有蒸发岩和火山熔岩、造，常伴有蒸发岩和火山熔岩、火山碎屑岩沉积。火山碎屑岩沉积。(3)两类岩浆岩组合：大陆溢两类岩浆岩组合
13、：大陆溢流玄武岩和双峰式火山岩带。流玄武岩和双峰式火山岩带。(4)浅源地震带，巨大负布格浅源地震带，巨大负布格重力异常和负磁异常带。重力异常和负磁异常带。东非裂谷东非裂谷环状断层：环状断层：是由若干条弧形、半环状断层围绕一个中心成同心圆状排列之组合。放射状断层：放射状断层：是由若干条断层自一个中心向外成辐射状排列之组合。这种构造组合型式形成是深部隆拱或隆升作用导致的平面引张结果，规模一般不大，以小型为主。环状断层环状断层放射状断层放射状断层 斜列型斜列型(雁列式雁列式)断层：断层：斜列型或雁列式断层构造是由若干条彼此平行的正断层呈斜向错列之组合。单条断层与斜列式断层带(串连线)走向呈30-45
14、斜交。这种断裂构造组合型式是区域扭动(剪切)作用之结果，规模中等，常常控制中-小型断陷盆地。3.正断层形成地质背景正断层形成地质背景 正断层可以产生于各种不同的地质环境中，在构造强烈挤压的变形构造带，正断层通常不发育，也不占主导地位，一般作为挤压构造的伴生或派生构造。正断层通常在构造伸展或拉张地区(如板块或地块内部、地台、地台活化区)，正断层及其组合形式占主导地位。（二）逆断层（二）逆断层1.一般特点一般特点 逆断层是断层上盘相对下盘沿断层面向上滑动的断层。逆断层是自然界中最常见的构造型式，规模从小型到大特大型普遍发育。根据断层倾角大小，一般划分为高角度逆断层(45)和低角度逆断层(45)。一
15、种特殊的断层圆柱状断层一种特殊的断层圆柱状断层 逆冲推覆断层逆冲推覆断层是低角度逆断层中的一种，断层倾角很小(30)水平位移量可达5km以上。断层上盘是远处推移而来称为外来岩块(体)或逆冲岩席；而断层的下盘相对未动称为原地岩块(体)。当断层上盘的外来岩块或逆冲岩席遭受强烈侵蚀切割，而露出下伏原地岩块时，表现为两种常见特征构造形式：构造窗：构造窗：一大片外来岩块中露出一小片由断层圈闭的原地岩块；飞来峰：飞来峰：一大片被强烈剥蚀出来的原地岩块中残留一小片由断层圈闭的外来岩块；2.逆断层组合型式逆断层组合型式叠瓦叠瓦(叠冲叠冲)式逆冲断层：式逆冲断层：由若干条产状基本一致的逆冲断层组成，各条断层的上
16、盘依次向同一方向逆冲上升，平面上构成叠瓦状。台中地区叠瓦断层带台中地区叠瓦断层带叠瓦叠瓦(叠冲叠冲)式逆冲式逆冲断层：断层：叠瓦状构造常表现为上陡下缓，各条断层向下常汇集成一条主断层。对冲式对冲式逆冲逆冲断层：断层：由两条或多条倾向相背相对逆冲的断层组成，其间有一共同下(降)盘。小型的对冲式断层常与背斜伴生，而大型对冲式断层常控制前陆凹陷和断陷盆地边界。3.逆冲推覆构造逆冲推覆构造 逆冲推覆构造逆冲推覆构造指由逆冲断层及其上盘推覆体或逆冲岩席组合而成的大型-巨大型构造。这类构造广泛产于各种造山带和前陆凹陷带，由于对矿产、油气赋存有着密切的关系，成为近十几年地学理论和应用研究领域中的一大热点，并
17、取得较大的进展。逆冲推覆构造与逆冲断层的区别在于：逆冲推覆构造与逆冲断层的区别在于：前者规模大、水平位移(推覆距离)大；后者规模较小，水平断距有限。由于两者只是规模大小的差异，因此逆冲推覆构造的组合型式也有与逆冲或逆掩断层类似的组合型式如叠瓦式、对冲式、背冲式和楔冲式等。双重逆冲构造：双重逆冲构造：由顶板逆冲断层与底板逆冲断层以及夹于其中的一套叠瓦式逆冲断层和断层夹块(片)组合而成的构造。其特点是：双重逆冲构造中的各次级叠瓦状逆冲断层向上逆冲相互趋近连接共同构成顶板逆冲断层；各次级叠瓦状逆冲断层向下也相互趋近连接共同构成底板逆冲断层；由次级逆冲断层围限的岩块称为断夹块（断夹块（Horse）。如
18、果叠瓦状逆冲断层向上没有连接成顶板逆冲断层，这种叠瓦状逆冲断层称为叠瓦扇叠瓦扇。反冲断层（反冲断层（Back thrust）：）：在逆冲断层系中出现的与总体逆冲方向相反的逆冲断层。反冲断层主要出现在逆冲断层系的前锋部位和断坡后侧，它是由逆冲滑动中受断坡或锋缘前侧受阻抗而发生反冲作用形成的。前展式或背驮式前展式或背驮式(Piggyback propagation)：新产生的逆冲断层发育在已经存在的老的逆冲断层之下或下盘，而各逆冲岩席依次向逆冲前进的方向（如前陆盆地）扩展，并增生在前进逆冲岩席的前锋。逆冲推覆构造扩展的两种基本形式逆冲推覆构造扩展的两种基本形式（1）前展式或背驮式；（2）后展式或上
19、叠式后展式或上叠式后展式或上叠式(Overstep propagation)：每一新产生的逆冲断层发育在已经存在的老逆冲断层的上盘或之上，各逆冲岩席依次向逆冲来源方向（如腹陆）扩展，并增生在前进逆冲岩席的后缘。断展褶皱作用（断展褶皱作用（Fault-propagation folding）：）：逆冲岩席在逆冲爬升过程中发生褶皱作用，在逆冲断层的终端或前端形成褶皱，而且褶皱与断坡形成同时。4.重力滑动或滑重力滑动或滑覆构造覆构造n重力滑动或滑覆构造：是指岩层在重力作用或重力势能的控制影响下，向下滑动形成的构造。n构造样式：滑动岩片、滑动褶皱和滑动岩块n形成条件：（1）合适的坡度和接纳滑动系统的盆
20、地；（如河南嵩山、鄂东大冶地区）（2）滑动系岩层有足够厚度和重量；（3）应有润滑层和一定孔隙压力；重力滑动或滑覆构造的结构要素重力滑动或滑覆构造的结构要素1-原地下伏系统 2-润滑层 3-滑面 4-滑动系统 5-前缘滑覆推挤逆冲带（据马杏垣、索书田等，1981）5.逆断层形成地质背逆断层形成地质背景景l逆断层可以发育在不同地质构造背景，但大部分逆冲断层主要发育在大陆碰撞挤压造山带和洋陆碰撞边界。l低角度逆掩推覆断层往往与高流体孔隙压力发育的挤压带有关。台中地区叠瓦断层带台中地区叠瓦断层带（三）平移断层（三）平移断层1.一般特点一般特点 平移断层是断层两盘断层面相对沿水平方向滑动，而无垂直方向运
21、动的断层，倾角较陡，普遍60(70 80为主)。根据断层两盘的相对滑动方向，可进一步命名为：左行左行(左旋、反扭左旋、反扭)平移断层：平移断层：垂直断层走向观察，对盘向左方滑动；右行右行(右旋、顺扭右旋、顺扭)平移断层：平移断层：垂直断层走向观察，对盘向右方滑动；平移断层的发育可以分为两类：平移断层的发育可以分为两类：一类是与褶皱、大型逆掩推覆断层等构造相伴一类是与褶皱、大型逆掩推覆断层等构造相伴生的平移断层，生的平移断层，这类平移断层规模不大。属于形成褶皱或逆掩推覆断层的统一构造应力场控制下的配套成分，因此平移断层与构造线(褶皱轴、逆掩断层线)常斜交。另一类是区域性的平移断层（常称之为走滑断
22、另一类是区域性的平移断层（常称之为走滑断层）。层）。它是某一地区的主干控制性构造，因而其规模巨大，形成于区域性剪切构造应力场。2.平移断层的派生构造作用平移断层的派生构造作用 走滑拉分构造走滑拉分构造：在平移断层的活动中，断层走向的局部弯转，次级断层的切割，在断块的一端引起岩块的拉开、陷落形成盆地、拗陷；在另一端引起重叠、挤压形成褶皱或逆冲断层。走滑挤压构造：走滑挤压构造：旁侧或间夹的派生斜列构造或雁列构造（大多为褶皱）产出于一条平移断层的两侧或两条平移断层之间的岩层中，不穿越主干平移断层。隐伏平移断层上覆隐伏平移断层上覆层斜列构造层斜列构造：平移断层未出露地表，下伏平移断层的相对运动导致上伏岩层形成一系列派生构造。派生构造以褶皱为主，但常伴生横切派生褶皱的派生高角度正断层或张节理。3.平移断层形成的地质背景平移断层形成的地质背景 巨型平移断层主要以全球性的转换断层形式，或大型区域走滑断层的形式出现。在小区域的局部应力场作用下也可以出现不同规模的平移断层。转换断层转换断层巨型平移断层的实例巨型平移断层的实例断层形成的区域地质背景断层形成的区域地质背景断层的控矿意义断层的控矿意义全球板块构造边界发生的地震活动The end