第六章 斷層

2024年2月21日發(fā)(作者：春節(jié)的來歷)

第六章 斷層

1. 什么叫斷層、斷層面、斷層線、斷盤?

斷層：斷層是巖石受力發(fā)生破裂，兩側(cè)巖石沿破裂面發(fā)生明顯位移的斷裂構(gòu)造。

斷層面：斷層的斷裂滑動(dòng)面，斷層面可以是一個(gè)平面也可以是一個(gè)曲面，大型斷層的斷層面并不是一個(gè)單一的斷裂面，往往是具有一定寬度的破碎帶，簡(jiǎn)稱斷層帶。

斷層線：斷層面與地表或地下某層面的交線稱為斷層線。

斷盤是斷層面兩側(cè)的巖層或巖體。描述方法如：東盤、西盤；上升盤、下降盤。

2. 什么是相當(dāng)點(diǎn)、相當(dāng)層?

相當(dāng)點(diǎn)：是指未斷之前的一個(gè)點(diǎn)在斷層位移后出現(xiàn)在兩盤上的兩個(gè)點(diǎn)。

相當(dāng)層：指出現(xiàn)在斷層兩盤的同一地層。

3. 斷距和滑距各有哪些類型?各指什么?

兩相當(dāng)點(diǎn)之間的距離是斷層的真位移，稱為總滑距。總滑距的分量及再分量也都是真位移的分量，均以滑距稱之。依據(jù)相當(dāng)層測(cè)算的斷層位移是視位移，稱為斷距。

斷距類型：

地層斷距：指斷層兩盤相當(dāng)層層面之間的垂直距離。

鉛直地層斷距：指兩盤相當(dāng)層層面之間的鉛直距離。

水平斷距：指兩盤相當(dāng)層層面之間的水平距離。

滑距類型：

水平滑距：總滑距的水平投影。

走向滑距：總滑距在斷層面走向線上的分量。

傾斜滑距：總滑距在斷層面傾斜線上的投影。

鉛直滑距：也稱斷層落差，是總滑距的鉛直分量。

傾向滑距：傾斜滑距的水平投影。

4. 按形態(tài)、力學(xué)成因和組合關(guān)系，斷層可分為哪些類型?各有何特征?

1) 按斷層與有關(guān)構(gòu)造的幾何關(guān)系分類

a) 根據(jù)斷層產(chǎn)狀和所在巖層產(chǎn)狀的關(guān)系分類：

走向斷層：斷層走向與地層走向相同

傾向斷層：斷層走向與地層傾向相同

斜向斷層：斷層走向與地層走向斜交

順層斷層：斷層面與地層層面平行

根據(jù)斷層產(chǎn)狀和巖層產(chǎn)狀關(guān)系的斷層分類示意圖

a-走向斷層；b-傾向斷層；c-斜向斷層；d-順層斷層

b) 根據(jù)斷層走向與褶皺軸向的關(guān)系分類：

縱斷層：斷層走向與褶皺軸向平行

橫斷層：斷層走向與褶皺軸向垂直

斜斷層：斷層走向與褶皺軸向斜交

F1-縱斷層；F2-橫斷層；F3-斜斷層

2) 按斷層兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向分類

正斷層：上盤相對(duì)下盤向下滑動(dòng)的斷層。其斷層面傾角多在45°~90°之間。根據(jù)斷層面剖面形態(tài)可分為板型和鏟形；根據(jù)正斷層與被斷開地層的產(chǎn)狀關(guān)系，可把正斷層分為正向斷層、反向斷層、屋脊式斷層和反屋脊式斷層。

a-正向正斷層；b-反向正斷層 c-屋脊式正斷層；d-反屋脊式正斷層

逆斷層：上盤相對(duì)下盤向上滑動(dòng)的斷層。斷層面傾角大于45°的逆斷層稱為高角度逆斷層，斷層面傾角小于45°的逆斷層稱為低角度逆斷層，也稱為逆掩斷層。

逆掩斷層常呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的擠壓破碎現(xiàn)象，形成角礫巖、破裂巖等構(gòu)造巖。順逆掩斷層還常出現(xiàn)劈理化、節(jié)理化、剪切帶和各種復(fù)雜揉皺。

推移距離在10km以上，傾角極其平緩的巨大逆掩斷層稱為推覆構(gòu)造，可以看到構(gòu)造窗和飛來峰等。

平移斷層：平移斷層是兩盤順斷層面走向相對(duì)移動(dòng)的斷層。有左旋和右旋之分。當(dāng)順斷層走向觀察時(shí)，若右盤向觀察者移動(dòng)，則是右旋；若左盤向觀察者移動(dòng)，則是左旋。

5. 什么是樞紐斷層?

樞紐斷層(旋轉(zhuǎn)斷層)：兩盤沿?cái)鄬佣l(fā)生旋轉(zhuǎn)，即巖塊圍繞一根與斷面垂直的樞紐線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)方式有兩種；其一，樞紐軸位于斷層的一端；其二，樞紐軸位于斷層的中點(diǎn)。

6. 斷層的組合類型

1) 平面組合類型

a-平行式斷層；b-雁列式斷層；c-帚狀斷層；d-環(huán)狀斷層；e-放射狀斷層；f-斜交式斷層

a) 平行式斷層

平行式斷層是由若干條走向大致相同的斷層組合而成。組成平行式斷層的可以是正斷層、逆斷層，也可以是平移斷層。同一組合內(nèi)的各條斷層的斷層面傾向可以是相同，也可以相反，但其性質(zhì)是相同的，即正斷層只能和正斷層組合在一起；逆斷層只能和逆斷層組合在一起；平移斷層只能和平移斷層組合在一起。平行式組合的斷層常具有等規(guī)模型和等間距性。

b) 雁列式斷層

雁列式斷層由性質(zhì)相同的若干條斷層在平面上呈雁列式排列而成，也有等規(guī)模型和等間距性。正斷層、逆斷層、平移斷層均可各自組合呈雁列式。

c) 帚狀斷層

旋扭斷層：也稱帚狀斷層，是多條弧形斷層向一端收斂向另一端撒開的組合形式。在帚狀斷層的旁側(cè)常存在高級(jí)別的主干斷層，正是主干斷層的活動(dòng)導(dǎo)致了帚狀斷層的形成。

a-主干斷層；b-張剪性帚狀斷層；c-壓剪性帚狀斷層

d) 環(huán)狀斷層和放射狀斷層

環(huán)狀斷層是由若干條弧形或半弧形斷層圍繞一個(gè)中心呈同心圓狀排列而成。放射狀斷層由若干條斷層自一個(gè)中心呈輻射狀排列而成。環(huán)狀和放射狀斷層往往是隆拱作用引起平面引張的結(jié)果，是正斷層的組合類型。

e) 斜交式斷層

斜交式斷層是指一條斷層不垂直相交并終止于另外一條斷層之上。在具有共生組合關(guān)系的斜交式斷層中，限制斷層常具有剪切性質(zhì)，被限制斷層可以是正斷層、逆斷層，也可以是平移斷層。

F1-平移斷層；F2-逆斷層；F3-正斷層；U-上升；D-下降

2) 剖面組合類型

常見的斷層剖面組合類型有如下幾種：

a-階梯狀；b-地塹；c-地壘；d-”Y”字型；e-疊瓦狀；f-花狀

a) 階梯狀斷層

階梯狀斷層是由若干條產(chǎn)狀大致相同的正斷層平行排列，在剖面上各個(gè)斷層的上盤呈階梯狀向同一方向按順序依次下降。各斷層面可成板型，也可呈鏟形。階梯狀斷層在斷陷盆地的邊緣較發(fā)育。

呈階梯狀排列的各條斷層向下延伸可交于主干斷層，也可以交于某一水平滑動(dòng)面，后者可被水平滑動(dòng)面相切，也可以呈多米諾式。規(guī)模較小的向下延伸不遠(yuǎn)便自行消失。

a-相交于主干斷層；b-相切于水平滑動(dòng)面；c-多米諾式；d-自行消失

b) 地壘與地塹

地塹由走向大致平行、傾向相反、性質(zhì)相同的的兩條斷層組成，它們共用一個(gè)下降盤。地壘指走向大致平行的兩條斷層的共用上升盤。地壘和地塹一般由正斷層構(gòu)成。

c) Y字形斷層

“Y”字形斷層由主干斷層和與其相交的低級(jí)別斷層組合而成，在剖面上呈“Y”字形狀，是生長(zhǎng)斷層的組合類型。在斷陷盆地中發(fā)育較多。 “Y”字形斷層可分為反向“Y”字形、同向“Y”字形、多級(jí)“Y”字形等。

a-反向“Y”字型；b-同向“Y”字型；c-多級(jí)“Y”字型

d) 疊瓦構(gòu)造

疊瓦構(gòu)造是指一系列產(chǎn)狀大致相同呈平行排列的逆斷層的組合形式，各斷層的上盤巖塊依次逆沖，在剖面上呈屋頂瓦片一樣依次疊覆。疊瓦構(gòu)造中各斷層面傾角

常向下變緩，在深處有時(shí)收斂成一主干大斷層。

e) 花狀構(gòu)造

剪切斷裂帶在淺部常表現(xiàn)為向上分叉、散開的斷層組合，在剖面上形似花朵，稱為花狀構(gòu)造。花狀構(gòu)造也稱棕櫚樹狀構(gòu)造，組成花狀構(gòu)造的斷層可具有張剪性質(zhì)或壓剪性質(zhì)，據(jù)其可將花狀構(gòu)造分為負(fù)花狀構(gòu)造和正花狀構(gòu)造。

正花構(gòu)造是在壓剪性應(yīng)力場(chǎng)情況下形成的，其主要特征是扭動(dòng)帶內(nèi)斷片向上散開，向深處收斂變窄變陡，主斷層及分支斷層多具逆滑距，撒開的斷層間具地壘斷片，地層表現(xiàn)為背形。

負(fù)花構(gòu)造是在張剪性應(yīng)力場(chǎng)條件下產(chǎn)生，斷層向上分枝并構(gòu)成向形構(gòu)造，主斷層及分支斷層多具正滑距，撒開的斷層間具地塹斷片。

7. 正斷層的成因分析（課本142頁）

8. 逆斷層的成因分析（課本144頁）

9. 平移斷層的成因分析（課本145頁）

10. 斷層的標(biāo)志

1) 構(gòu)造線不連續(xù)

2) 擦痕、階步和纖維狀晶體

擦痕

擦痕是斷層兩盤相對(duì)錯(cuò)動(dòng)在斷層面上留下的摩擦痕跡，表現(xiàn)為一組比較均勻的細(xì)紋。擦痕有時(shí)表現(xiàn)為一端粗而深，一端細(xì)而淺，由粗而深端向細(xì)而淺端一般指示對(duì)盤運(yùn)動(dòng)方向。有手順擦痕方向輕輕撫摸，感覺光滑的方向指示對(duì)盤的運(yùn)動(dòng)方向。

纖維狀晶體

纖維狀晶體的延伸方向指示了斷層兩盤的相對(duì)位移方向。

階步和反階步

階步是發(fā)育在斷層面上或纖維狀晶體中一種小陡坎，其高度一般不超過數(shù)毫米，延伸方向大致與擦痕或纖維狀晶體的延伸方向垂直。小陡坎是背著斷層兩盤相對(duì)位移的方向而被保留下來，它的傾向指向斷層對(duì)盤相對(duì)位移方向。

反階步與階步形態(tài)十分相似，所不同的是在小陡坎的根部有切入巖石的小裂縫。小陡坎的傾向指向本盤相對(duì)位移方向。

3) 斷層破碎帶和構(gòu)造帶

斷層破碎帶

斷層兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)，互相擠壓，使附近的巖石破裂，形成于斷層面大致平行的破碎帶，稱為斷層破碎帶，簡(jiǎn)稱斷裂帶。在壓性和剪性斷層的破裂帶中，經(jīng)常可以看到透鏡狀的巖石碎塊，稱為構(gòu)造透鏡體。構(gòu)造透鏡體的長(zhǎng)軸和中間軸組成的平面往往與斷層面斜交，銳夾角指示同側(cè)盤的運(yùn)動(dòng)方向。

構(gòu)造巖

斷層構(gòu)造巖是斷層帶上的巖石在斷層作用中被搓碎、研磨，甚至重結(jié)晶、再定向又固結(jié)的巖石。根據(jù)斷層構(gòu)造巖研磨破碎的程度以及重結(jié)晶和定向性，將構(gòu)造巖分為以下幾類：斷層角礫巖、碎裂巖、糜棱巖和片理化巖（詳見課本150頁）。從角礫巖→破裂巖→糜棱巖以至玻化巖和片理巖，在一定程度上可以看作是一個(gè)動(dòng)力變質(zhì)強(qiáng)化系列。

4) 地層的重復(fù)和缺失

走向斷層造成的地層重復(fù)與缺失

a-平面重復(fù)、垂向缺失；b-平面缺失、垂向缺失；c-平面重復(fù)、垂向重復(fù)；

d-平面缺失、垂向重復(fù)；e-平面重復(fù)、垂向重復(fù)；f-平面缺失、垂向缺失

5) 牽引構(gòu)造和你牽引構(gòu)造

斷層一盤或兩盤緊鄰斷層的巖層，常發(fā)生明顯的弧形彎曲，這種彎曲叫做牽引褶皺。牽引褶皺的樞紐平行于斷層面，彎曲凸出的方向指示本盤位移方向。

牽引褶皺及其指示的兩盤位移方向

在正斷層的上盤常發(fā)育逆牽引褶皺它是由于重力作用使地層發(fā)生彎曲，彎曲凸出方向與本盤位移方向相反。

6) 派生構(gòu)造

7) 地貌標(biāo)志

斷層崖

由于斷層兩盤的相對(duì)滑動(dòng)和差異剝蝕作用，常使斷層面裸露地表，形成陡崖，這種陡崖通常稱為斷層崖。

斷層三角面

斷層崖受到與崖面垂直方向的水流侵蝕切割，形成沿?cái)鄬幼呦蚍植嫉囊幌盗腥切味秆拢磾鄬尤敲妗?

另外，山脊被錯(cuò)斷、河流折線式改變方向、湖泊洼地的串珠狀分布、泉水的帶狀分布等通常是斷層活動(dòng)造成的。

8) 地震時(shí)間剖面上的標(biāo)志

斷層在地震時(shí)間剖面上的主要標(biāo)志可歸結(jié)為：

a) 反射波同向軸錯(cuò)斷；

b) 反射同相軸數(shù)目突然增減或消失，波組間隔突然變化；

c) 反射波同向軸形狀突變，反射零亂或出現(xiàn)空白帶；

d) 標(biāo)準(zhǔn)反射波同向軸發(fā)生分叉、合并、扭曲、強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象；

e) 異常波的出現(xiàn)。（詳見課本153頁）

9) 布格重力異常平面圖上的標(biāo)志

在布格重力異常平面圖上，下列部位常存在斷層：

a) 線性重力高與重力低之間的過渡地帶；（右圖a）

b) 異常軸線明顯錯(cuò)動(dòng)的部位；（右圖b）

c) 串珠狀異常的兩側(cè)或軸部所在部位；（右圖c）

d) 兩側(cè)異常特征明顯不同的分界線；（右圖d）

e) 封閉異常等值線突然變寬、變窄的部位；（右圖e）

f) 等值線同形扭曲部位。（右圖f）

10) 磁異常圖上的標(biāo)志

11) 測(cè)井資料上的標(biāo)志

11. 生長(zhǎng)斷層

一邊發(fā)生斷裂運(yùn)動(dòng)，一邊發(fā)生沉積作用的斷層稱為生長(zhǎng)斷層，也稱為同生斷層、同沉積斷層、同期斷層、累進(jìn)斷層等。

生長(zhǎng)斷層的基本特征：（課本163頁）

布格重力異常圖

1) 斷層性質(zhì)：主要為張性和張扭性斷層，在我國(guó)西部也有生長(zhǎng)性逆斷層發(fā)育；

2) 形成的長(zhǎng)期性和間斷性：主要特征是邊斷邊沉積，長(zhǎng)期發(fā)育而成；

3) 落差隨深度增大而增大：生長(zhǎng)斷層由于長(zhǎng)期發(fā)育，上部的年輕地層沉積時(shí)發(fā)生的斷裂活動(dòng)產(chǎn)生的落差必定累積疊加到下部較老地層中的落差上。所以層位越老越深，落差越大。

4) 延伸遠(yuǎn)和線性特征：生長(zhǎng)斷層的方向一般代表區(qū)域構(gòu)造線的方向。

5) 旋回性：生長(zhǎng)斷層的形成可分為三個(gè)階段：初期發(fā)育階段、中期活躍階段、末期收斂

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階段，三個(gè)階段由始而終構(gòu)成一個(gè)完整的斷裂運(yùn)動(dòng)旋回。旋回與旋回之間的平靜時(shí)期稱為休眠期。旋回中強(qiáng)度最強(qiáng)的稱為主旋回。

區(qū)域性：生長(zhǎng)斷層的性質(zhì)是受區(qū)域總應(yīng)力場(chǎng)控制。我國(guó)西部主要是生長(zhǎng)逆斷層，東部主要是生長(zhǎng)正斷層。

等距性：相鄰生長(zhǎng)斷層的間距在一定的地區(qū)內(nèi)呈等距性。生長(zhǎng)斷層間距和沉積速度與沉降速度的比值之間有一個(gè)函數(shù)關(guān)系。

沉積滑動(dòng)構(gòu)造：生長(zhǎng)斷層活動(dòng)期間，由于巖層尚未固結(jié)成巖，受到擾動(dòng)或其他應(yīng)力而發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生沉積滑動(dòng)構(gòu)造，其主要形態(tài)為塑性—半塑性的滑塌構(gòu)造、流動(dòng)構(gòu)造、砂礫巖、微型沉積間斷和攪混構(gòu)造等。這些構(gòu)造常作為生長(zhǎng)斷層附近巖層結(jié)構(gòu)的一種標(biāo)志性特征。

巖性控制的局限性：生長(zhǎng)斷層與巖性關(guān)系十分密切，主要發(fā)育在三角洲前緣。