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第九章断---层---构----造

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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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、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( 向滑距:总滑距沿断层走向的水平投影( 向滑距:总滑距沿断层面倾向的水平投影( 平滑距:总滑距的水平投影( 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( 铅直地层断距:对应层间的铅直距离( 水平地层断距:对应层间的水平距离( 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( 视铅直地层断距:对应层间的铅直距离( 视水平断层断距:对应层间的水平距离( 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 层上盘相对下盘沿断层面向下滑动的断层 5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。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。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)、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。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, σ 1(主压应力)与两剪裂面的锐角分角线一致, σ 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。σ 1所在盘向锐角角顶方向滑动,断层两盘垂直于 σ 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 σ 1直立、 σ 2和 σ 3水平,σ 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(σ 1)在铅直方向上逐渐增大,或者是最小主应力 (σ 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。σ 3 σ 1σ 3 σ 1σ 3 σ 1形成逆 (冲 )断层的应力状态是:最大主应力轴 (σ 1)和中间主应力轴 (σ 2)是水平的,最小主应力轴 (σ 3)是直立的,σ 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: σ 1在水平方向逐渐增大,或者是最小主应力 (σ 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 (σ 1)和最小主应力轴 (σ 3)是水平的,中间主应力轴 (σ 2)是直立的,断层面走向垂直于 σ 2,滑动方向也垂直于 σ 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 (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。. . . . (. . . . . . . . . .s 2/1)4(. . . . . . . . . .s o 1122 2),( P)5. . . . (. . . . . . . . . .s 2/1)4(. . . . . . . . . .s o ')(2/1s i n)(2/1231231层的识别一 、 断层崖 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30% of 0.5 (0.1 0.5 (0.1 of 0%10~50%50~90%90~100%in 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、 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。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 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、. 两组断层产状分别为:2° ∠ 40° 和 222° ∠ 82°求主应力(三轴)方向。痕方向和断层运动性质练习 0° ∠ 80°和 334° ∠ 19° ,断层性质为右行,求主应力方向。(假设共轭角为 60° ))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。
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