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第六章 断层 构造地质学讲义

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第六 断层 构造 地质学 讲义
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第六章 断层 一、教学要求: 1. 了解断层的几何要素; 2. 掌握断层的分类方法; 3. 了解正断层、逆断层和平移断层的特点和组合型式; 4. 掌握断层效应现象; 5. 掌握断层形成的机制和安德生模式; 6. 学会断层观察研究方法; 7. 了解区域性大断层的特征。 二、重点内容: 1. 断层的位移、滑距和断距的概念; 2. 断层的复合分类方法; 3. 正断层的组合类型和大陆伸展构造; 4. 逆断层的组合类型和逆冲推覆构造; 5. 走滑平移断层和拉分盆地; 6. 断层的安德森模式; 7. 断层效应的识别; 8. 断层的野外识别方法; 9. 断层形成时代的确定。 1 第六章 断层 第一节 断层几何要素 一 、断层面和断层带的概念 断层带:由一系列断层面组成的带。 断层线:断层面与地面的交线。 二、断盘 上、下盘; 上升、下降盘。 三、位移 平移和旋转:二种运动兼备是断层位移最普遍的情况。 (一)滑距:相当点之间的位移距离,反映断层的实际位移矢量。片 6- 1 总、走向、倾斜、水平、倾向滑距。 (二)断距 1. 垂直岩层走向的剖面上可见: 地层断距、铅直地层断距、水平地层断距。 2 2. 垂直断层走向的剖面上可见: 视地层断距、视水平地层断距和铅直(与前相等)地层断距。(视>真) 第二节 断层分类 一、几何学分类 (一)与岩层 走向关系分类 1. 走向断层:断层走向∥地层走向; 2. 倾向断层:断层走向∥倾向; 3. 斜向断层: 4. 顺层断层:断层面∥层面。 (二)与褶皱轴向(或区域构造线走向)关系分类 1. 纵断层 2. 横断层 3. 斜断层 二、运动学分类 复合分类 片 6- 1 3 第三节 断层各论 一、正断层 (一)一般特点 1. 倾角较陡, 60°~ 70°常见; 2. 向下倾角变缓; 3. 破碎带棱角状角砾岩。 (二)组合形式 1. 地堑、地垒; 2. 阶梯状;片 6- 1 3. 萁状半地堑; 4. 环状、放射状;片 6- 2 5. 雁列状。 补充(三)大陆伸展构造 岩 石圈沿水平上伸长变形的结果,以正断层发育为特征。片 6-2 1. 伸展盆地的基本构造样式。片 6- 2 2. 剥离断层与变质核杂岩。片 6- 3 4 3. 伸展构造的模式: ( 1) 纯剪模式 ( 2) 单剪模式 片 6- 3 ( 3) 分层拆离模式 片 6- 4 补充(四)重力滑动构造 1. 基本结构: a. 下伏系统 b. 润滑层 片 6- 4 c. 滑面 d. 滑动系统 2. 分带: a. 后缘拉伸带 b. 中部滑动带 c. 前缘推挤带 片 6- 4 3. 形成条件: a. 一定的坡度; b. 滑动系统要有一定的厚度和重量; c. 应有软弱层和孔隙流体的 参加。 二、逆冲断层 (一)一般特征 5 1. 倾角小,< 30°; 2. 可长距离推覆;片 6- 4(飞来峰构造窗) 3. 破碎带岩石强烈碾碎,透镜状角砾。 (二)几何特征和扩展方式 1. 台阶式结构 片 6- 5 ①上盘断坡与下盘断坡 ②前断坡、斜断坡、侧断坡。片 6- 5 2. 扩展方式:前展式 后展式 片 6- 6 3. 双重逆冲构造:无法鉴别出顶板断层时定为叠互扇。 片 6- 6 (三)组合型式 1. 叠互式逆冲断层 片 6- 6 2. 对冲式逆冲断层 片 6- 7 3. 背冲式逆冲断层――冲起构造与三角带 片 6- 7 4. 楔冲式断层 片 6- 7 (四)与逆冲有关的褶 皱作用 1. 断弯 2. 断层 片 6- 8 3. 断滑 (五)逆冲推覆构造的成因机制解释(接下页) 有不同的认识,介绍以下四方面: 1. 早期认为是水平后推力作用来解释: 问题:①挤压作用力与岩石强度的矛盾; ②难以解释有些无强烈褶皱推覆体的形成。 2. 重力滑动说:用于对水平后推作用的解释。 问题:①有些坡度很小情况下,不足以克服前缘坡度阻力;②对于基底面无坡度的情况不好解释。 3. 孔隙压力说:比较好地解释了一些现象。 4. 板块俯冲的传递带说:作用力均匀地施加在运动岩体底面。 三、平移断层 (一)一般特征 6 1. 倾角近直立, 走向比较稳定; 2. 破碎带岩石强烈破碎。 (二)几何样式 1. 单条式:以一条为主,加上一些次级断层。 2. 平行线式:二条以上主干断裂近平行排列。 3. 雁列式:片 6- 8 (左)右阶、(左)右行(旋)的概念。 4. 菱格式 (三)形成方式与褶皱伴生 1. 与褶皱伴生 片 6- 8 2. 地块相对运动边界 (四)与走滑平移断层有关的构造现象 1. 与走滑断层有关的应力应变场 片 6- 8 2. 走滑断层弯曲引起的应力应变场变化 片 6- 9 ①收敛性挤压区和②离散性拉张区 3. 走滑断层交切引起的挤压和拉伸 片 6- 9 4. 与走滑伴生的褶皱 片 6- 9 5. 走 滑引起的拉分盆地 片 6- 10 (五)平移断层的剖面构造特征 1. 花状构造 ①正:逆断层为特征; ②负:正断层为特征。 片 6- 10 2. 海豚效应:上升盘和下降盘交替变化。 3. 丝状效应:断层正、逆性质交替变化。片 6- 11 (六)特殊的平移断层――转换断层 片 6- 11 四、顺层断层 通常是伸展或挤压断层在深部的表现,不构成单独的断层类型。 (自学,一般了解) 第四节 断层效应 主要指断层引起标志层的视错动现象。 *重要更正 、走向断层引起的断层效应 六种情况 正断层: 3 种 逆断层: 3 种 片 6- 12 二、横向断层引起的断层效应 片 6- 12,不能从单一剖面上确定断层性质。 (一)平移断层的效应 横剖面逆断层假象。片 6- 12 (右行情况相反) 7 (二)正(或)逆断层的效应 平面上平移断层假象。片 6- 12 (三)斜向滑动断层的效应 三种情况。片 6- 13 (四)横断层错断褶皱引起的效应 背斜:上升盘变宽 向斜:上升盘变窄 片 6- 13 *被正断层错断的直立褶皱,两盘轴迹仍连一线。 片 6- 13 以上均为特例,实际情况更为复杂,如斜向断层。 第五节 断层形成机制 断层是由岩石的微破裂面进一步发育而成。 一、安德森( 951)模式 解释正断层、逆断层和平移断层的形成与主应力方位关系。片 6-14 二、哈弗奈( 951)模式 标准状态: 片 6- 14 1. 受力岩块顶面平坦,仅受 1 个大气压的正应力; 2. 岩块底部应力指向上方,等于岩块的压力; 3. 边界上没有剪应力。 1. 第一种附加应力状态:①水平挤压力左侧>右侧;②水平挤压力向下增大。片 6- 14 2. 第二种附加应力状态:水平挤压力在水平方向上自左向右指数递减。片 6- 14 3. 第三种附加应力状态:①岩块底面呈正弦曲线分布的垂向力;②沿底面分别向两侧的水 平剪应力。片 6- 14 第六节 断层的观察和研究 一、断层的识别 (一)地貌标志 1. 断层崖和断层三角面 片 6- 15 2. 山脊错断(从航空照片上比较清除) 3. 山岭和平原的突变 片 6- 15 4. 泉水的带状分布 片 6- 15 (二)构造标志 1. 构造线的不连续 片 6- 15 2. 地层的重复与缺失(见断层效应有关内容) 3. 构造透镜体和劈理化带 片 6- 15,片 6- 16 8 4. 断层岩: ( 1)构造角砾岩 片 6- 16 ( 2) 碎裂岩 片 6- 16 ( 3) 摩棱岩 片 6- 16 ( 4) 构造片岩 片 6- 16 (三)岩浆活动和矿化作用标志 主要指大断裂 。 (四)岩 相和厚度的急变 二、断层面产状的确定 (一) 直接测量:野外露头,主要针对中小断层。 *大断层则不易直接测量,可从与其伴生的次级断层推测。 (二) 地质填图:填绘出断层界线,用“ V”字形法则确定。 (三) 钻井资料:如三点法求产状法。 三、断层两盘相对运动方向的确定 (一)两盘地层的新老关系 一般规律:上升盘老,下降盘新。参看片 6- 12 (二)牵引构造 片 6- 17 (三)擦痕和阶步 片 6- 17 反阶步 (四)羽状节理 片 6- 17 包括张节理和剪节理。 (五)断层两侧小褶皱 片 6- 17 (六)断层角砾岩 列方向 参看片 6- 16 片 6- 17 9 四、断层岩 与断层作用有关的岩石,变质变形,其特征与断层活动时的温压条件(深度层次)有关。 分类:三大系列。 浅 低温压 (未固结) 分熔融) (一)碎裂岩系列 (二)糜棱岩系列 2 糜棱岩 深 高温压 (三)构造片岩、片麻岩系列 10 五、断层作用的时间性 (一 )断层活动时间的确定 1. 不整合关系法:断层形成于其切过的最新地层之后,不整合面以上最老地层之前。 2. 与岩脉交切关系法:被断层切割的岩脉形成之后,充填其中的岩脉形成之前(有时同期)。岩脉形成时代可从同位素年代测定获得。 3. 同沉积断层方法:下面专述。 第七节 同沉积断层 同沉积断层(又称生长断层):与沉积作用同步活动的断层,以正断层和平移-正断层为主,少量逆断层。特点:片 6- 18 1. 下降盘地层厚度较大; 2. 断层面向下成铲式; 3. 断距深部大,浅部小; 4. 常发育逆牵引构造。 我国东部裂陷盆地中十分常见。 11 生长指数的概念: θ =上升盘厚度下降盘厚度,表明断层活动速率。片 6- 18 第八节 韧性断层 ――韧性剪切带 岩石在塑性状态下剪切变形带,无宏观的破裂面,片 6- 18,形成于地壳较深层次。片 6- 19 大型断层通常浅部脆性,深部转为韧性。片 6- 19 一、韧性断层的几何特征 (一)先存构造在剪切带中的变形 片 6- 19 (二)韧性剪切带中的新生面理 S- C 面理 二、韧性断层内的变形变质特征 1. a 型线理:与剪切方向平行的线理。片 6- 19 2. 鞘褶皱( a 型褶皱)。 片 6- 20 3. 糜棱岩和石英动态重结晶、核幔构造 。 第九节 区域性大断裂 本节一般了解,大地构造课中专论 一、区域性大断裂和岩石圈的层圈性 延伸数百至数千公理,深切至上地幔(老观点)。 * 应为:活动范围涉及到整合岩石圈,常为岩石圈块体的边界。(不一定表现为切穿) 主要表现: 1. 巨大而复杂的构造变动带,具强烈变质变形作用; 2. 岩浆和成矿作用活跃; 3. 地球物理场异常带或分割带; 4. 现代地震和火山活动带。 二、裂谷 ①东非裂谷。片 6- 20 典型 ②大洋发展的初期阶段。片 6- 20 (板块学说观点)
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