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西南石油构造地质(考研)第五章断层

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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6 断 层( 层及其研究意义►层的几何要素►层分类►层特征(断层各论)►层效应 综合练习 1:读断层地质图、求断距及产状 综合练习 2:分析褶皱断层地质图并作剖面►层形成机制►层的观察和研究►沉积(同生)断层► 断 层( 层及其研究意义►层的几何要素►层分类►层特征(断层各论)►层效应 综合练习 1: 读断层地质图、求断距及产状 综合练习 2: 分析褶皱断层地质图并作剖面►层形成机制►层的观察和研究►沉积(同生)断层►层及其研究意义►1、 断层: 岩体沿破裂面发生明显位移的构造,是地壳中常见的一种构造。►2、断层的研究意义: 1) 区域性断层对各种地质作用(如沉积作用、成矿作用等)都起控制性作用,是影响其他地质作用的主要因素; 2) 对石油、天然气、地下水的分布、聚集、运移有重要作用; 3) 是导致地震作用的主要因素 4) 层的几何要素► 1、断层面(断层带) 断层面:断开岩层或岩块顺着它滑动的破裂面 产状:走向、倾向、倾角► 2、断盘 上盘 :断层面上侧的一盘 下盘:断层面下侧的一盘 上升盘:相对上升的一盘 下降盘:移( 1)滑距指断层两盘实际的位移距离。错动前的一点,错动后分成两个对应点之间的实际距离,两个对应点之真位移为总滑距。1)走向滑距: 总滑距在断层面走向上的分量( 走向滑距与总滑距之间的锐夹角为擦痕的侧伏角。2)倾斜滑距: 总滑距在断层面倾斜线上的分量 (3)水平滑距: 总滑距在水平面上的投影长度 (2)断距指被错断岩层在两盘上的对应层之间的相对距离。1)铅直断距: 断层两盘上对应层之间的铅直距离( 2)地层断距: 断层两盘上对应层之间的垂直距离( 3)水平断距 — 断层两盘上对应层之间的水平距离( 要 ) 若已知岩层倾角,再知上述三种断距之一,即可知另两种断距(见图 3知水平断距( 岩层倾角 α,则地层断距 层分类1、根据断层走向与褶皱轴向或区域构造线之间的几何关系分:( 1)纵断层 — 断层面与褶皱层面的交线同褶皱轴向一致或断层走向与区域构造线基本一致。( 2)横断层 — 断层面与褶皱层面的交线同褶皱轴向直交或与区域构造线基本直交。( 3)斜断层 — 断层面与褶皱层面的交线同褶皱轴向斜交或与区域构造线斜交。据断层走向与所在岩层走向的方位关系分:( 1)走向断层 — 断层走向与岩层走向基本一致,( 2)倾角断层 — 断层走向与岩层走向基本直交,与倾向平行( 3)斜向断层 — 断层走向与岩层走向斜交( 4)顺层断层 — 据断层两盘相对运动分:( 1)正断层 — 上盘相对下盘向下滑动。( 2)逆断层 — 上盘相对下盘向上滑动。1)高角度逆断层( >45° )2)低角度逆断层( 25° )( 3)平移断层 — 断层两盘沿断面走向相对移动。规模巨大的平移断层通常称为走向滑动断层。平移断层正 4) 兼于上述之间的有:平移逆断层,平移正断层,正平移断层,逆平移断层 … ...,通常以后者为主。平移断层 — 侧伏角 地 层 倾角 断层倾角 < 地 层 倾角 地面横剖面 重复( a ) 缺失( b ) 重复( c ) 正断层 铅直剖面 缺失 缺失 重复 地面横剖面 缺失( d ) 重复( e ) 缺失( f ) 逆断层 铅直剖面 重复 重复 缺失 断层两盘的相对运动方向 新地层出现在下降盘 新地层出现在 下降盘 新地层出现在 上升盘 :读断层地质图,求断距►1)地质特征概要分析:►2)断层性质分析: 断面产状判断 两盘相对位移判断(断层效应应用)►走向断层►横向断层►倾向断层►3)断距测定 铅直断距 水平断距 地层断距(计算)的要求1.在地质图上分析断层。2.分析逆冲断层发育地区地质图。二、说明(一 )断层发育区地质特征的概略分析分析该区出露的地层,建立地层层序;判定不整合的时代;研究新老地层分布及产状;确定区内褶皱形态及轴向以及断层发育状况。 )断层性质的分析1.断层面产状的判定 断层线是断层面在地面的出露线。因此,它和倾斜岩层的露头线一样,可根据其在地形地质图上的 “ V”字形,用作图法求出断层面的产状。下图中断层线在河谷中成指向下游的 “ V”字形,说明断层倾向南西,通过作图求得断层产状是 ∠ 40° 。盘相对位移的判定断层两盘相对升降、平移并经侵蚀夷平后,如两盘处于等高平面上,则露头和地质图上一般表现出以下规律:(1)走向断层或纵断层,一般是地层较老的一边为上升盘。但当断层倾向与岩层倾向一致,且断层倾角小于岩层倾角,或地层倒转时,则上升盘是新地层。(2)横向或倾向正 (或逆 )断层切过褶皱时,背斜核部变宽或向斜核部变窄的一边为升盘;如为平移断层,则两盘核部宽窄基本不变。)倾斜岩层或斜歪褶皱被横断层切断时,如果地质图上地层界线或褶皱轴线发生错动,它既可以是正 (或逆 )断层造成,也可以是平移断层造成,这时应参考其它特征来确定其相对位移方向。若是由正 (或逆 )断层造成的地质界线错移,则岩层界线向该岩层倾向方向移动的一盘为相对上升盘。若是褶皱,则向轴面倾斜方向移动的一盘为上升盘。确定了断层面产状和断层相对位移方向,就可确定断层的性质。如上图,断层面倾向西南,西南盘 (上盘 )地层相对较新,为下降盘,所以是一条上盘下降的正断层。)断距测定在大比例尺地形地质图上,如果两盘岩层产状稳定,在垂直岩层走向方向上可以求出以下各种断距。直地层断距的测定( 1)概念:断层两盘同一层面的铅直距离。( 2)方法在断层任一盘上,作某一层面某一高层的走向线,延长穿过断层线与另一盘的同一层面相交,此交点标高与走向线之间的标高差,即为铅直地层断距。 平地层断距( 1)概念:在垂直岩层走向的剖面上,过断层两盘同一层面上等高程两点间的水平距离。( 2)方法在地质图的断层两盘,绘出同一层面的等高的走向线,两走向线之间的垂直距离,即水平断距。 F× 层断距( 1)概念: 断层两盘上对应层之间的垂直距离。( 2)方法:c go hhs fo )断层时代的确定1.根据角度不整合 断层一般发生在被其错断的最新地层之后,而在未被错断的上覆下整合面以上的最老地层之前。2.根据与岩体或其它构造的相互切割关系:被切割者的时代相对较老。 ) 断层的描述一条断层的描述内容一般包括:断层名称(地名 +断层类型,或用断层编号 )、位置、延伸方向、通过主要地点、延伸长度;断层面产状;两盘出露地层及产状:地层重复、缺失及地质界线错开等特征;两盘相对位移方向;断距大小;断层与其它构造的关系;断层形成时代及力学成因等。 )逆冲断层发育区地质图特点逆冲断层是压缩下形成的位移量很大的逆断层,常成叠瓦状产出,并与强烈褶皱伴生。在阅读逆冲断层发育区地质图时,应注意分析以下几个方面:(1)逆冲断层的产状及其顺走向和倾向的变化;(2)逆冲断层的组合型式;(3)逆冲断层侵蚀形成的飞来峰和构造窗等构造;)与逆冲断层伴生的褶皱的形态、产状、轴面倒向;(5)根据逆冲断层面的产状、伴生褶皱的轴面倒向、飞来峰和构造窗的产出部位及共他伴生构造,确定逆冲运移方向;(6)根据被错断地层估算运移距离;(7)确定断层发生的时代。►分析望洋岗地质图求断层面产状判断断层两盘相对运动方向判断断层性质确定断层形成时间)褶皱分析►2)断层分析:分析断层与褶皱的组合,与褶皱相关的断层主要有: 纵向逆冲断层 横向正断层 斜向平移断层►作业 : 分析金山镇和飞云山地质图,描述其构造发展史 层形成机制►1)断层面是一个剪裂面,最大主应力( 1)与两剪裂面的锐角平分线平行,而最小主应力( 3)与两剪裂面的锐角平分线一致,中间应力( 2)垂直于断层的滑动方向。 2)形成正断层的应力状态: 1直立; 3 和 2水平;中间应力 2与断层走向平行。最适合正断层形成的是水平拉伸和垂直上隆。层形成机制►3)形成逆断层的应力状态: 3直立; 1 和 2水平; 2与断层走向平行。最适合逆断层形成的是水平挤压 。 4)形成平移断层的应力状态: 2直立; 3 和1水平;中间应力 2与断层走向垂直。是自然界的情况是复杂的。一些学者对复杂的地质条件进行了分析。哈弗奈( 析了地球内部可能存在的各种边界条件所引起的应力系统,他假定一个标准应力状态并附加以类似实际构造状况的边界条件,从而推算出各种边界应力场下势断层的可能产状和性质。势断层 — 可能发生的断层。、岩块表面为地表,没有剪应力作用,其上各点仅受一个大气压的压力;2、岩块底部,应力指向上方,岩块内任一水平面上各点承受的上覆压力相等,均为上覆岩块的重量;3、边界上没有剪应力作用。受水平挤压,最简单的情况就是两侧均匀受压,在这种情况下,可能出现两组共轭 此种两侧均匀受压并不常见。而两侧不均匀挤压才是常见的受力状况,因此,哈弗奈提出了三种附加应力状态。三种附加应力状态,均假设中间应力轴水平,剪裂角约 60° ,含 σ 1。— 只有水平线性变化的水平附加应力 , 水平挤压自上而下增大 , 并且两端挤压力不等 。端应力大于右端;下图:势断层分布与应力不足以产生断层之空白稳定区。势断层为倾角 30°± ,倾向相反之逆断层,由于最大主应力轴的倾角各点不一,倾角各点也不同,但断层性质一致。 — 水平挤压应力在水平方向上自左至右呈指数递减,因而稳定区远大于势断层分布区。倾向稳定区的一组断层为陡倾斜逆断层,其倾角自地表向下显著增大,另一组倾角平缓,近地表为低角度逆断层;向下变为缓正断层。 —附加应力包括两种:1、作用在岩块底面上呈正弦曲线形状的垂向力;2、沿岩块底面作用的水平剪切力。这种应力状态下形成的势断层产状比较复杂。在中央稳定区的上部形成两组高角度正断层,且倾角向深部变陡。自中央向边缘,断层倾角变缓,一侧变成低角度正断层,另一侧变成逆掩断层。弗奈模式有助于查明一定边界的应力系统下侧潜在断层,问题在于很难选择有地质意义的边界条件,但这种模式在分析断层应力场,推测深部断层及其产状的可能变化给我们以深刻的启示。德森模式、哈弗奈模式都是在均匀介质为前提分析断层与主应力轴位置关系,但实际上岩体往往是非均质的,还有先存的力学上弱面(层面、老断层、不整合面等),而这些弱面的取向与上述二模式给出的断裂面方位并无固定关系,因此若是沿弱面发展而成的断层,其方位与 σ 1的夹角并不规则,断层面 σ 2与不一定平行。层的观察和研究►层识别 1)地貌标志►断层崖►断层三角面►山脊错开►山脊与平原的突变►串珠状排列的湖泊、盆地►泉水的带状分布►断层相对容易形成,发育于盆地、平原与山地(脉)之间。层的观察和研究►层识别 2)构造标志►地质界线和构造线不连续►构造强化(产状急变,节理化、劈理化突然出现,小褶皱急剧增加,破碎急剧增加,擦痕等)►构造透镜体►层的观察和研究►层识别 3)断层效应(包括地层重复与缺失) 4)岩浆作用 5)层的观察和研究►层产状的确定 1) 直接测量 2) 利用“ V”字型法则判断 3) 在地形地质图上计算 4) 利用钻探资料测定 5) 利用物探资料判断 6) 层的观察和研究►盘运动方向的确定 1) 利用断层两盘地质界线的新老关系(断层效应)判断 2) 利用 牵引构造 判断 3) 擦痕和阶步 4) 羽状节理 5) 小褶皱 6) 牵引构造 :断层两盘紧邻断层带的岩层在断层两盘相对滑动过程中发生的明显弧形弯曲构造。牵引构造的总体规律是 :① 弧形弯曲的突出方向指示本盘的运动方向;②正断层牵引造成岩层变薄 (岩层在断层面附近最薄,向外逐渐变厚并趋正常 );而逆断层牵引造成岩层变厚 (岩层在断层面附近最厚,向外逐渐变薄并趋正常 )。擦痕和阶步断层两盘相对错动在断层面上因磨擦等作用而留下的痕迹。在坚硬性脆的岩石中,擦面常被磨光和重结晶而在其面上附上铁质、硅质或碳酸盐质等,以至擦面光滑如镜 —— 磨擦镜面。擦痕 —— 两盘岩石被磨碎的岩屑和岩粉在断层面上刻划的一组比较均匀的平行细纹。有时表现为一端粗而深,另一端细而浅。由粗而深端向细而浅端一般指示对盘运动方向。— 断层滑动面上与擦痕直交的微细阶坎。阶坎的陡坎的面向不是指示对盘运动方向而本盘方向。反阶步是次级剪切羽列横断的结果,因此阶步的陡坎与断层面近于直交,甚至内嵌。皱轴面与断层面之交的锐夹角指示对盘运动方向。层的观察和研究►层作用时间 1) 一次性断层活动时间的判断►与断层所在的构造层的形成时间一致,利用角度不整合进行判断►相互切割的断层可利用其切割关系判断►利用充填于断层的岩脉的同位素年龄判断 长期活动性断层活动时间的判断►主要利用岩相和沉积厚度的变化判断(见同沉积断层)沉积(同生)断层►念: 在沉积岩沉积过程中形成的断层。主要发育于沉积盆地的边缘和拉张性沉积盆地内部,以大、中型断层为主。►征: 1) 一般为正断层,剖面上呈上陡下缓、凹面向上的勺状 2) 下降盘(上盘)地层厚度明显大于上升盘 ,生长指数(同时代地层在两盘的厚度比),反映了断层的活动强度。 3) 时代越老的地层,断距越大 4) 常常发育逆 性断层1、概念又称为韧性剪切带,它是岩石在塑性状态下剪切作用形成的强烈变形带。剪切带 — 剪切作用集中地带。其规模大小不一,但均有强烈剪切变形,而剪切带两侧岩石没有变形。剪切带可分脆性剪切带、脆 — 韧性剪切带、韧性剪切带三种。脆性剪切带位于浅部,断层面明显,位移明显。韧性剪切带位于深部,有多个微细滑动面,位移不明显。1) 脆性剪切带 —— 岩石发生脆性变形 , 以一明显的不连续面 ( 断面 ) 作为剪切变形运动面 ,两侧岩石被其错开 。2) 韧性剪切带 —— 岩石发生韧性变形 ,从一侧入剪切带至另一侧 , 岩石被扭曲 , 但无明显断面 , 从整体上看 , 剪切带两侧岩石明显发生位移 , 但两侧却可追示 。正常地温梯度,由脆性到韧性的过渡区温度约 250— 350度。3 )脆 — 韧性剪切带 —— 上述二者之间过渡类型 ,此类可分两个过程:即韧性阶段和脆性阶段 。韧性断层特征:( 1) 应变强度自剪切带边界向中心迅速递增 , 高应变使矿物和捕虏体在大致与断层带平行的方向上明显拉长 。2)韧性断层带内片理构造亦是自边缘向中心渐趋强烈。水平剪切带片理与断层夹角,边缘 45° ,向中心渐趋小,走向呈 型。( 3)韧性断层产生的断层岩为糜棱岩系列岩石,镜下可见波状消光,条形纹及石英碎斑的重结晶细小颗粒。( 4)韧性断层常见于深埋条件下的块状岩石(侵入岩与变质岩中)。性断层带中的标志构造( 1)鞘褶皱韧性剪切带中的典型构造:其褶皱枢纽平行于拉伸线理方向、形似剑鞘、规模不大。为早期褶皱经强烈剪切作用进一步演化而成。筒状,多数为不对称褶皱,沿剪切方向拉得很长。2)糜棱岩韧性断层岩中的典型断层岩。系指在较高的温度、压力及低应变速率条件下晶体发生塑性变形形成的断层岩。特点:( 1)与原岩相比,粒度明显减小;( 2)具有增强的面理、线理;3)发育于较窄的强应变带内;( 4)颗粒细小、致密坚实,具有纹层状;( 5)镜下可见镶嵌结构,由残斑和基质组成;在长英质糜棱岩中,残斑多为长石和石英,基质以石英为主,表现为明显的塑性变形。性剪切指向判断:( 1) 者锐交角指示邻侧运动方向( a、 b)2)旋转构造中的碎斑形成的拖尾构造( c、 d);3)云母“鱼”中云母解理与鱼尾的拉长,鱼尾尖指示邻侧的动向( e);4)与残斑中微型剪切面的动向相同、与书斜式的正断方式的运动方向相反( f);5)黄铁矿压力影中纤维状晶体的非对称展部,压力影尖端指示邻侧动向( g);6)层内紧闭小褶皱的不对称发育( h);大断裂►1 、区域性深大断裂 ( 1) 概念断层规模很大(延伸数百 ~数千公里)、下切很深(可切至硅镁层、甚至地壳和岩石圈)区域性大断裂。 ( 2) 特点►发展上具有长期性和继承性►延伸极长(数百 ~千公里)►切割很深:达硅镁层、切穿地壳或岩石圈►( 3) 研究方法主要通过区域地质综合分析,结合地球物理资料和遥感资料的解释确定。►区域构造分析:地层、岩相、厚度分析,构造断裂带特征分析►岩浆作用和成矿作用分析►地球物理资料异常分析►地貌和新构造运动分析 ( 4) 分类►正断层型:裂谷,地堑式坳拉槽►逆断层型:逆冲推覆构造,薄皮构造,滑脱构造►平移断层型:大断裂►2、裂谷 ( 1)概念在区域隆升或拉张背景下形成的以断陷为特征的大型复杂地堑系,在地质和地球物理方面都具有一定的特殊性 ( 2)分类►大陆裂谷(如 东非裂谷 、汾渭盆地、郯庐断裂)►大洋裂谷(大西洋中央海岭)►陆间裂谷(如红海裂谷)3) 大陆裂谷特征►由一系列地堑、半地堑组成,表现为断陷谷、断陷盆地和洼地等地貌景观。►裂谷发育有磨拉石沉积,伴随有蒸发岩、火山熔岩和火山碎屑岩。►常常表现为重力和磁力的负异常►浅源地震和火山活动带►深部结构:( 4)裂谷成因地幔穹隆性上隆(表现为区域性隆起和拉伸) ( 5)大洋是裂谷的表现形式之一,其发展可分为 6个阶段,即所谓的 下 表 )例 运动 山脉 沉积物 火成岩 变质程度胚胎期东非裂谷上升断块隆起很少 (顶多有湖底红层拉斑玄武岩 (溢流)碱性玄武岩 (中心)轻 (没有)幼年期红海亚丁海上升和扩展断块隆起狭窄陆棚蒸发岩拉斑玄武岩 (海底)玄武岩 (岛屿)几乎没有成年期大西洋 扩展洋中脊广阔陆棚,冒地槽沉积拉斑玄武岩 (洋底),碱性玄武岩 (岛屿)轻衰退期太平洋 挤压 岛屿岛屿,优地槽沉积 安山质火山岩,花岗闪长岩 - 片麻岩深成岩有些终了期地中海挤压和上升年轻山脉蒸发岩、红层、岩屑岩岩楔安山质火山岩,花岗闪长岩 - 片麻岩深成岩可观地缝合线喜玛拉雅挤压和上升年轻山脉红层 很少 重大的大洋盆地生命周期阶段及其特征( 根据 J. T. ,1973)构造运动时间判断►层接触关系的时间►皱形成时间 一次性活动褶皱 同沉积褶皱►层形成时间 一次性活动断层 com
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