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第第 八八 章章断断 层层 构构 造造断层：岩石沿断裂面有显著位移的破裂构造断层：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、矿产构成与分布，控制区域构造格局和演化、矿产构成与分布，影响工程建立，诱发地震等自然灾祸影响工程建立，诱发地震等自然灾祸断断层层脆性断层〔地壳浅层〕－普通意义上的断层脆性断层〔地壳浅层〕－普通意义上的断层韧性剪切带〔地壳深部〕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 常有檫痕和镜面常有檫痕和镜面断层带：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 糜棱岩断裂带普通宽达数米，甚至几公里断裂带普通宽达数米，甚至几公里一、断层面或断层带一、断层面或断层带第一节第一节 断层要素断层要素断层产状：以断层面的产状表示，包括走向、倾向和倾角。

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：走向表示方法：走向/倾向倾向 倾角，或倾向倾角，或倾向 倾角倾角断层线：断层与地面的交线断层线：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、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 的为下降盘的为下降盘二、断层盘二、断层盘三、断层的位移三、断层的位移1.滑距：断层两盘的位移间隔滑距：断层两盘的位移间隔 总滑距：断层面两侧相邻两点位移后的间隔〔总滑距：断层面两侧相邻两点位移后的间隔〔ab〕〕 走向滑距：总滑距沿断层走向的程度投影〔走向滑距：总滑距沿断层走向的程度投影〔ac〕〕 倾向滑距：总滑距沿断层面倾向的程度投影〔倾向滑距：总滑距沿断层面倾向的程度投影〔cm〕〕 程度滑距：总滑距的程度投影〔程度滑距：总滑距的程度投影〔am〕〕 2.断距：断层面两侧被错断的同一岩层的相对间隔断距：断层面两侧被错断的同一岩层的相对间隔1〕在垂直于被错断地层走向的剖面上：〕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间隔〔地层断距：断层两盘被错断的对应层间的垂直间隔〔ho〕。

〕铅直地层断距：对应层间的铅直间隔〔铅直地层断距：对应层间的铅直间隔〔hg〕程度地层断距：对应层间的程度间隔〔程度地层断距：对应层间的程度间隔〔hf〕2〕在垂直于断层走向的剖面上：〕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间隔〔视地层断距：断层两盘被错断的对应层间的垂直间隔〔ho〕视铅直地层断距：对应层间的铅直间隔〔视铅直地层断距：对应层间的铅直间隔〔hg〕视程度断层断距：对应层间的程度间隔〔视程度断层断距：对应层间的程度间隔〔hf〕断层走向平行于地层走向：断距＝视断距断层走向平行于地层走向：断距＝视断距不平行时：视断距不平行时：视断距>断距断距根据产状求断距根据产状求断距第二节第二节 断层的分类断层的分类一、断层与相关构造的几何关系分类一、断层与相关构造的几何关系分类1. 断层与岩层走向关系断层与岩层走向关系走向断层走向断层倾向断层倾向断层斜向断层斜向断层顺层断层顺层断层2.断层走向与褶皱轴面走向以及区域构造线走向断层走向与褶皱轴面走向以及区域构造线走向纵断层纵断层横断层横断层斜断层斜断层二、断层两盘相对运动分类二、断层两盘相对运动分类1.正断层：断层上盘相对下盘沿断层面向下滑动的断层正断层：断层上盘相对下盘沿断层面向下滑动的断层. 普通为倾角大于普通为倾角大于45度的高角度正断层，但多数向下变缓，度的高角度正断层，但多数向下变缓， 构成铲〔犁〕式断层。

构成铲〔犁〕式断层 倾角在倾角在45度以下的为低角度正断层，规模较大的低角度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正断层称为拆离断层高角度拆离断层2.逆断层：断层上盘相对下盘沿断层面向上滑动的断层逆断层：断层上盘相对下盘沿断层面向上滑动的断层 倾角大于倾角大于45度为高角度逆断层，即通常所指逆断层度为高角度逆断层，即通常所指逆断层 倾角在倾角在45度以下的为低角度逆断层，倾角小于度以下的为低角度逆断层，倾角小于30度度 的大规模逆断层称为逆冲断层的大规模逆断层称为逆冲断层 逆冲断层普通普通也呈铲式逆冲断层普通普通也呈铲式3.3.平移断层〔走滑断层〕：两盘沿断层走向相对运动的断层平移断层〔走滑断层〕：两盘沿断层走向相对运动的断层断层面产状普通陡立断层面产状普通陡立根据运动性质可分为：左行走滑〔平移〕断层和根据运动性质可分为：左行走滑〔平移〕断层和右行走滑〔平移〕断层右行走滑〔平移〕断层4.兼具倾向滑动〔正、逆断兼具倾向滑动〔正、逆断 层运动〕和走滑运动的断层运动〕和走滑运动的断 层。

层 左行正断层、左行逆断层、左行正断层、左行逆断层、 右行正断层、右行逆断层、右行正断层、右行逆断层、 正断右行走滑断层、正断右行走滑断层、 正断左行走滑断层、正断左行走滑断层、 逆断右行走滑断层、逆断右行走滑断层、 逆断左行走滑断层逆断左行走滑断层 命名中后者为主要运命名中后者为主要运 动性质动性质5.枢纽断层：断层两环绕一垂直于断层面的轴旋转构成的断层枢纽断层：断层两环绕一垂直于断层面的轴旋转构成的断层第三节第三节 断层的构成机制断层的构成机制 当岩石受力超越其强度，即应力差超越其强度便开场当岩石受力超越其强度，即应力差超越其强度便开场破裂破裂之初，出现微裂隙，微破裂尖端因应力集中而破裂破裂之初，出现微裂隙，微破裂尖端因应力集中而逐渐扩展，相互结合，构成一条明显的破裂面，即断层两逐渐扩展，相互结合，构成一条明显的破裂面，即断层两盘借以相对滑动的断裂面盘借以相对滑动的断裂面 一、安德森断裂方式〔安德森断层分类〕：一、安德森断裂方式〔安德森断层分类〕： 不同的应力形状构成不同运动性质的断层该不同的应力形状构成不同运动性质的断层。

该方式以为由于地面与空气间无剪应力作用，所以构方式以为由于地面与空气间无剪应力作用，所以构成断层的三轴应力形状中的一个主应力轴趋于垂直成断层的三轴应力形状中的一个主应力轴趋于垂直地平面以此为根据将断层分为正断层、逆地平面以此为根据将断层分为正断层、逆(冲冲)断断层和平移断层三种根本类型，并提出了构成三种断层和平移断层三种根本类型，并提出了构成三种断层的应力形状层的应力形状 断断层面是一个剪裂面，面是一个剪裂面，σ1〔主〔主压应力〕与两剪裂面的力〕与两剪裂面的锐角角分角分角线一致，一致，σ3〔最小〔最小压应力或最大拉力或最大拉应力〕与两剪裂面的力〕与两剪裂面的钝角分角角分角线一致σ1所在所在盘向向锐角角角角顶方向滑方向滑动，断，断层两两盘垂直垂直于于σ2 〔中〔中间应力〕方向滑力〕方向滑动〔应力以力以压应力力为正正值，，所以所以应力增大力增大为压应力力值增大，增大，应力减小力减小为拉拉应力增大〕力增大〕 构成正断构成正断层的的应力形状是：力形状是：σ1直立、直立、σ2和和σ3程度，程度，σ2与断与断层走向一致，上走向一致，上盘顺断断层倾斜向下滑斜向下滑动。

根据构成正断根据构成正断层的的应力形状和莫力形状和莫尔圆，，引起正断引起正断层作用的有利条件是：最大主作用的有利条件是：最大主应力力(σ1)在在铅直方向上逐直方向上逐渐增大，或者是最小主增大，或者是最小主应力力(σ3)在程度方向上减小在程度方向上减小 因此，程度拉伸和因此，程度拉伸和铅直上隆是最适宜于直上隆是最适宜于发生正断生正断层作用的作用的应力形状σ3σ3σ1σ1σ3σ3σ1σ1σ3σ3σ1σ1 构成逆构成逆(冲冲)断断层的的应力形状是：最大主力形状是：最大主应力力轴(σ1)和中和中间主主应力力轴(σ2)是程度的，最小主是程度的，最小主应力力轴(σ3)是直立的，是直立的，σ2平行平行于断于断层面走向 逆冲断逆冲断层的的应力形状和莫力形状和莫尔圆阐明，适于逆冲断明，适于逆冲断层构成作用的可构成作用的可能情况是：能情况是：σ1在程度方向逐在程度方向逐渐增增大，或者是最小主大，或者是最小主应力力(σ3)逐逐渐减减小因此，程度小因此，程度挤压有利于逆冲断有利于逆冲断层的的发育  构成平移断构成平移断层的的应力形状是：最大主力形状是：最大主应力力轴(σ1)和最小主和最小主应力力轴(σ3)是程度的，中是程度的，中间主主应力力轴(σ2)是直立的，断是直立的，断层面走面走向垂直于向垂直于σ2，滑，滑动方向也垂直于方向也垂直于σ2，两，两盘顺断断层走向滑走向滑动。

最大有效能矩准那么最大有效能矩准那么根据安德森方式，正断层应高角度，逆断层才是低根据安德森方式，正断层应高角度，逆断层才是低角度但实践上自然界大多数大规模正断层是低角角度但实践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处理的问题这是目前国际地质学界没有处理的问题为此郑亚东教授〔此郑亚东教授〔1999〕提出了最大有效能矩准那么：〕提出了最大有效能矩准那么： 在伸展环境下，脆韧性层状岩石将构成伸展褶劈理在伸展环境下，脆韧性层状岩石将构成伸展褶劈理 (ecc)，该劈理的倾角受最大有效能矩控制，普通为，该劈理的倾角受最大有效能矩控制，普通为35度左右，这些伸展褶劈理进一步扩展构成低角度度左右，这些伸展褶劈理进一步扩展构成低角度正断层Anderson modelMaximum effectivemoment criteria第四节第四节 断层的识别断层的识别一、地貌标志一、地貌标志3.错断山脉错断山脉4.串珠、带状分布的湖泊和泉水串珠、带状分布的湖泊和泉水5.水系的变化水系的变化 1. 断层崖断层崖2.断层三角面断层三角面二、构造标志二、构造标志1.构造不延续性构造不延续性2.断层面的存在断层面的存在3.强变形带的出现强变形带的出现 如剧烈劈理化带如剧烈劈理化带 和剧烈碎裂带和剧烈碎裂带4.断层构造岩断层构造岩断层两盘岩石在断层活动中被改造构成的变形岩石断层两盘岩石在断层活动中被改造构成的变形岩石地壳浅部－脆性断层－脆性断层构造岩地壳浅部－脆性断层－脆性断层构造岩地壳深部－韧性剪切带－糜棱岩地壳深部－韧性剪切带－糜棱岩1〕断层碎裂岩〔原教科书称为断层角砾岩〕：〕断层碎裂岩〔原教科书称为断层角砾岩〕： 由仍坚持原岩特点的岩石碎块组成的断层构造岩，由仍坚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。

称为碎裂某某岩3)超碎裂岩〔微角砾岩〕：超碎裂岩〔微角砾岩〕： 由断层活动研磨成的极细由断层活动研磨成的极细 的构造岩，普通看不到角的构造岩，普通看不到角 砾，并具有像硅质岩的致砾，并具有像硅质岩的致 密构造普通在断层面上密构造普通在断层面上 构成板状薄层构成板状薄层2)断层角砾岩〔原教科书称为断层碎裂岩〕：断层角砾岩〔原教科书称为断层碎裂岩〕： 经过断层滑动研磨构成的较细的具有砾岩构造的断层岩，经过断层滑动研磨构成的较细的具有砾岩构造的断层岩， 由角砾和基质组成由角砾和基质组成4)玻化岩〔假熔岩〕：断层快速滑动产生极度研磨并经玻化岩〔假熔岩〕：断层快速滑动产生极度研磨并经过摩擦热产生熔融，冷凝后构成的外貌类似熔岩玻璃的过摩擦热产生熔融，冷凝后构成的外貌类似熔岩玻璃的一种断层构造岩普通呈脉状或角砾状一种断层构造岩普通呈脉状或角砾状5)断层泥：岩石研磨后经水化作用构成的一种主要由断层泥：岩石研磨后经水化作用构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，普通平行于断层面呈不同颜色的条带。

结的断层岩，普通平行于断层面呈不同颜色的条带大型断层：正断层－地层缺失，逆断层－地层反复大型断层：正断层－地层缺失，逆断层－地层反复三、地层标志〔地层的反复与缺失〕三、地层标志〔地层的反复与缺失〕四、小型岩体、矿化和热液蚀变成带分布四、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五、同一岩层岩相和厚度的急剧变化大型断层：正断层－地层缺失，逆断层－地层反复大型断层：正断层－地层缺失，逆断层－地层反复一、地层关系一、地层关系第五节第五节 断层运动性质的判别断层运动性质的判别二、二、. .标志物的错断：标志物的错断：包括岩层、岩脉、包括岩层、岩脉、不整合面、先期断不整合面、先期断层和侵入体边境等层和侵入体边境等三、牵引构造三、牵引构造 牵引褶皱：断层两盘紧邻断层面的岩层因断牵引褶皱：断层两盘紧邻断层面的岩层因断层运动拖曳发生弯曲构成的褶皱，也称拖曳褶皱层运动拖曳发生弯曲构成的褶皱，也称拖曳褶皱反牵引褶皱：铲式正断层构成的一种牵引褶皱反牵引褶皱：铲式正断层构成的一种牵引褶皱四、擦四、擦 痕痕 断层两盘相对运动时在断层面上划下的刻痕。

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构成的擦痕，钉头痕：由大而深的一端和小而浅的一端构成的擦痕， 断层对盘由深的一端向浅的一端运动断层对盘由深的一端向浅的一端运动 五、阶步五、阶步断层活动中在断层面构成的与断断层活动中在断层面构成的与断层运动方向垂直的微小陡坎，在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陡坎处常发育与擦痕平行的矿物生长纤维生长纤维正阶步反阶步正阶步与反阶步的区别：正阶步与反阶步的区别： 1〕正阶步陡坎比反阶步缓；〕正阶步陡坎比反阶步缓；2〕正阶步有生长矿物纤维；〕正阶步有生长矿物纤维；反阶步无；反阶步无；3〕反阶步普通为鳞片状，可剥落〕反阶步普通为鳞片状，可剥落张裂隙张裂隙透镜体、面理取向透镜体、面理取向褶皱的倒向褶皱的倒向六、断层带张裂隙、透镜体陈列和劈理的取向、褶皱的倒向六、断层带张裂隙、透镜体陈列和劈理的取向、褶皱的倒向 由于张裂隙平行于最大主由于张裂隙平行于最大主应力方向，透镜体的扁平面、应力方向，透镜体的扁平面、劈理面平行或近平行于应变椭劈理面平行或近平行于应变椭球体的球体的XYXY面，因此可据以下准面，因此可据以下准那么确定运动方式：张裂隙与那么确定运动方式：张裂隙与断断层面所交锐角指示本盘的运动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方向；劈理面与断层所交锐角指示对盘的运动方向。

指示对盘的运动方向实习实习10、断层运动学和力学机制造图法、断层运动学和力学机制造图法1.根据共轭断层求主应力方向根据共轭断层求主应力方向练习1. 两两组断断层产状分状分别为：：2°∠∠40°和和 222°∠∠82°求主求主应力〔三力〔三轴〕方向2.利用单个断层判别主应力方向知断层面产状、擦痕方向和利用单个断层判别主应力方向知断层面产状、擦痕方向和 断层运动性质断层运动性质练习2.知断知断层及擦痕及擦痕产状分状分别为60°∠∠80°和和 334°∠∠19°，断，断层性性质为右行，求主右行，求主应力方向〔假〔假设共共轭角角为60°〕〕3.滑移线图滑移线图步骤：步骤：1)投出断层面极点投出断层面极点2)投出擦痕产状投出擦痕产状3)确定运动平面大圆确定运动平面大圆4)在断层面极点处在断层面极点处沿运动面大圆取一小沿运动面大圆取一小线段，用箭头指示其线段，用箭头指示其运动方向：运动方向：正断层箭头自极点向正断层箭头自极点向擦痕方向；擦痕方向；逆断层相反；逆断层相反；走滑断层不示箭头走滑断层不示箭头普通情况：普通情况：正断层箭头向内正断层箭头向内逆断层向外逆断层向外练习练习3. 编制滑移线图。