第六章 断层

2024年2月21日发(作者：春节的来历)

第六章 断层

1. 什么叫断层、断层面、断层线、断盘?

断层：断层是岩石受力发生破裂，两侧岩石沿破裂面发生明显位移的断裂构造。

断层面：断层的断裂滑动面，断层面可以是一个平面也可以是一个曲面，大型断层的断层面并不是一个单一的断裂面，往往是具有一定宽度的破碎带，简称断层带。

断层线：断层面与地表或地下某层面的交线称为断层线。

断盘是断层面两侧的岩层或岩体。描述方法如：东盘、西盘；上升盘、下降盘。

2. 什么是相当点、相当层?

相当点：是指未断之前的一个点在断层位移后出现在两盘上的两个点。

相当层：指出现在断层两盘的同一地层。

3. 断距和滑距各有哪些类型?各指什么?

两相当点之间的距离是断层的真位移，称为总滑距。总滑距的分量及再分量也都是真位移的分量，均以滑距称之。依据相当层测算的断层位移是视位移，称为断距。

断距类型：

地层断距：指断层两盘相当层层面之间的垂直距离。

铅直地层断距：指两盘相当层层面之间的铅直距离。

水平断距：指两盘相当层层面之间的水平距离。

滑距类型：

水平滑距：总滑距的水平投影。

走向滑距：总滑距在断层面走向线上的分量。

倾斜滑距：总滑距在断层面倾斜线上的投影。

铅直滑距：也称断层落差，是总滑距的铅直分量。

倾向滑距：倾斜滑距的水平投影。

4. 按形态、力学成因和组合关系，断层可分为哪些类型?各有何特征?

1) 按断层与有关构造的几何关系分类

a) 根据断层产状和所在岩层产状的关系分类：

走向断层：断层走向与地层走向相同

倾向断层：断层走向与地层倾向相同

斜向断层：断层走向与地层走向斜交

顺层断层：断层面与地层层面平行

根据断层产状和岩层产状关系的断层分类示意图

a-走向断层；b-倾向断层；c-斜向断层；d-顺层断层

b) 根据断层走向与褶皱轴向的关系分类：

纵断层：断层走向与褶皱轴向平行

横断层：断层走向与褶皱轴向垂直

斜断层：断层走向与褶皱轴向斜交

F1-纵断层；F2-横断层；F3-斜断层

2) 按断层两盘相对运动方向分类

正断层：上盘相对下盘向下滑动的断层。其断层面倾角多在45°~90°之间。根据断层面剖面形态可分为板型和铲形；根据正断层与被断开地层的产状关系，可把正断层分为正向断层、反向断层、屋脊式断层和反屋脊式断层。

a-正向正断层；b-反向正断层 c-屋脊式正断层；d-反屋脊式正断层

逆断层：上盘相对下盘向上滑动的断层。断层面倾角大于45°的逆断层称为高角度逆断层，断层面倾角小于45°的逆断层称为低角度逆断层，也称为逆掩断层。

逆掩断层常呈现出强烈的挤压破碎现象，形成角砾岩、破裂岩等构造岩。顺逆掩断层还常出现劈理化、节理化、剪切带和各种复杂揉皱。

推移距离在10km以上，倾角极其平缓的巨大逆掩断层称为推覆构造，可以看到构造窗和飞来峰等。

平移断层：平移断层是两盘顺断层面走向相对移动的断层。有左旋和右旋之分。当顺断层走向观察时，若右盘向观察者移动，则是右旋；若左盘向观察者移动，则是左旋。

5. 什么是枢纽断层?

枢纽断层(旋转断层)：两盘沿断层而发生旋转，即岩块围绕一根与断面垂直的枢纽线发生转动。旋转方式有两种；其一，枢纽轴位于断层的一端；其二，枢纽轴位于断层的中点。

6. 断层的组合类型

1) 平面组合类型

a-平行式断层；b-雁列式断层；c-帚状断层；d-环状断层；e-放射状断层；f-斜交式断层

a) 平行式断层

平行式断层是由若干条走向大致相同的断层组合而成。组成平行式断层的可以是正断层、逆断层，也可以是平移断层。同一组合内的各条断层的断层面倾向可以是相同，也可以相反，但其性质是相同的，即正断层只能和正断层组合在一起；逆断层只能和逆断层组合在一起；平移断层只能和平移断层组合在一起。平行式组合的断层常具有等规模型和等间距性。

b) 雁列式断层

雁列式断层由性质相同的若干条断层在平面上呈雁列式排列而成，也有等规模型和等间距性。正断层、逆断层、平移断层均可各自组合呈雁列式。

c) 帚状断层

旋扭断层：也称帚状断层，是多条弧形断层向一端收敛向另一端撒开的组合形式。在帚状断层的旁侧常存在高级别的主干断层，正是主干断层的活动导致了帚状断层的形成。

a-主干断层；b-张剪性帚状断层；c-压剪性帚状断层

d) 环状断层和放射状断层

环状断层是由若干条弧形或半弧形断层围绕一个中心呈同心圆状排列而成。放射状断层由若干条断层自一个中心呈辐射状排列而成。环状和放射状断层往往是隆拱作用引起平面引张的结果，是正断层的组合类型。

e) 斜交式断层

斜交式断层是指一条断层不垂直相交并终止于另外一条断层之上。在具有共生组合关系的斜交式断层中，限制断层常具有剪切性质，被限制断层可以是正断层、逆断层，也可以是平移断层。

F1-平移断层；F2-逆断层；F3-正断层；U-上升；D-下降

2) 剖面组合类型

常见的断层剖面组合类型有如下几种：

a-阶梯状；b-地堑；c-地垒；d-”Y”字型；e-叠瓦状；f-花状

a) 阶梯状断层

阶梯状断层是由若干条产状大致相同的正断层平行排列，在剖面上各个断层的上盘呈阶梯状向同一方向按顺序依次下降。各断层面可成板型，也可呈铲形。阶梯状断层在断陷盆地的边缘较发育。

呈阶梯状排列的各条断层向下延伸可交于主干断层，也可以交于某一水平滑动面，后者可被水平滑动面相切，也可以呈多米诺式。规模较小的向下延伸不远便自行消失。

a-相交于主干断层；b-相切于水平滑动面；c-多米诺式；d-自行消失

b) 地垒与地堑

地堑由走向大致平行、倾向相反、性质相同的的两条断层组成，它们共用一个下降盘。地垒指走向大致平行的两条断层的共用上升盘。地垒和地堑一般由正断层构成。

c) Y字形断层

“Y”字形断层由主干断层和与其相交的低级别断层组合而成，在剖面上呈“Y”字形状，是生长断层的组合类型。在断陷盆地中发育较多。 “Y”字形断层可分为反向“Y”字形、同向“Y”字形、多级“Y”字形等。

a-反向“Y”字型；b-同向“Y”字型；c-多级“Y”字型

d) 叠瓦构造

叠瓦构造是指一系列产状大致相同呈平行排列的逆断层的组合形式，各断层的上盘岩块依次逆冲，在剖面上呈屋顶瓦片一样依次叠覆。叠瓦构造中各断层面倾角

常向下变缓，在深处有时收敛成一主干大断层。

e) 花状构造

剪切断裂带在浅部常表现为向上分叉、散开的断层组合，在剖面上形似花朵，称为花状构造。花状构造也称棕榈树状构造，组成花状构造的断层可具有张剪性质或压剪性质，据其可将花状构造分为负花状构造和正花状构造。

正花构造是在压剪性应力场情况下形成的，其主要特征是扭动带内断片向上散开，向深处收敛变窄变陡，主断层及分支断层多具逆滑距，撒开的断层间具地垒断片，地层表现为背形。

负花构造是在张剪性应力场条件下产生，断层向上分枝并构成向形构造，主断层及分支断层多具正滑距，撒开的断层间具地堑断片。

7. 正断层的成因分析（课本142页）

8. 逆断层的成因分析（课本144页）

9. 平移断层的成因分析（课本145页）

10. 断层的标志

1) 构造线不连续

2) 擦痕、阶步和纤维状晶体

擦痕

擦痕是断层两盘相对错动在断层面上留下的摩擦痕迹，表现为一组比较均匀的细纹。擦痕有时表现为一端粗而深，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。有手顺擦痕方向轻轻抚摸，感觉光滑的方向指示对盘的运动方向。

纤维状晶体

纤维状晶体的延伸方向指示了断层两盘的相对位移方向。

阶步和反阶步

阶步是发育在断层面上或纤维状晶体中一种小陡坎，其高度一般不超过数毫米，延伸方向大致与擦痕或纤维状晶体的延伸方向垂直。小陡坎是背着断层两盘相对位移的方向而被保留下来，它的倾向指向断层对盘相对位移方向。

反阶步与阶步形态十分相似，所不同的是在小陡坎的根部有切入岩石的小裂缝。小陡坎的倾向指向本盘相对位移方向。

3) 断层破碎带和构造带

断层破碎带

断层两盘相对运动，互相挤压，使附近的岩石破裂，形成于断层面大致平行的破碎带，称为断层破碎带，简称断裂带。在压性和剪性断层的破裂带中，经常可以看到透镜状的岩石碎块，称为构造透镜体。构造透镜体的长轴和中间轴组成的平面往往与断层面斜交，锐夹角指示同侧盘的运动方向。

构造岩

断层构造岩是断层带上的岩石在断层作用中被搓碎、研磨，甚至重结晶、再定向又固结的岩石。根据断层构造岩研磨破碎的程度以及重结晶和定向性，将构造岩分为以下几类：断层角砾岩、碎裂岩、糜棱岩和片理化岩（详见课本150页）。从角砾岩→破裂岩→糜棱岩以至玻化岩和片理岩，在一定程度上可以看作是一个动力变质强化系列。

4) 地层的重复和缺失

走向断层造成的地层重复与缺失

a-平面重复、垂向缺失；b-平面缺失、垂向缺失；c-平面重复、垂向重复；

d-平面缺失、垂向重复；e-平面重复、垂向重复；f-平面缺失、垂向缺失

5) 牵引构造和你牵引构造

断层一盘或两盘紧邻断层的岩层，常发生明显的弧形弯曲，这种弯曲叫做牵引褶皱。牵引褶皱的枢纽平行于断层面，弯曲凸出的方向指示本盘位移方向。

牵引褶皱及其指示的两盘位移方向

在正断层的上盘常发育逆牵引褶皱它是由于重力作用使地层发生弯曲，弯曲凸出方向与本盘位移方向相反。

6) 派生构造

7) 地貌标志

断层崖

由于断层两盘的相对滑动和差异剥蚀作用，常使断层面裸露地表，形成陡崖，这种陡崖通常称为断层崖。

断层三角面

断层崖受到与崖面垂直方向的水流侵蚀切割，形成沿断层走向分布的一系列三角形陡崖，即断层三角面。

另外，山脊被错断、河流折线式改变方向、湖泊洼地的串珠状分布、泉水的带状分布等通常是断层活动造成的。

8) 地震时间剖面上的标志

断层在地震时间剖面上的主要标志可归结为：

a) 反射波同向轴错断；

b) 反射同相轴数目突然增减或消失，波组间隔突然变化；

c) 反射波同向轴形状突变，反射零乱或出现空白带；

d) 标准反射波同向轴发生分叉、合并、扭曲、强相位转换等现象；

e) 异常波的出现。（详见课本153页）

9) 布格重力异常平面图上的标志

在布格重力异常平面图上，下列部位常存在断层：

a) 线性重力高与重力低之间的过渡地带；（右图a）

b) 异常轴线明显错动的部位；（右图b）

c) 串珠状异常的两侧或轴部所在部位；（右图c）

d) 两侧异常特征明显不同的分界线；（右图d）

e) 封闭异常等值线突然变宽、变窄的部位；（右图e）

f) 等值线同形扭曲部位。（右图f）

10) 磁异常图上的标志

11) 测井资料上的标志

11. 生长断层

一边发生断裂运动，一边发生沉积作用的断层称为生长断层，也称为同生断层、同沉积断层、同期断层、累进断层等。

生长断层的基本特征：（课本163页）

布格重力异常图

1) 断层性质：主要为张性和张扭性断层，在我国西部也有生长性逆断层发育；

2) 形成的长期性和间断性：主要特征是边断边沉积，长期发育而成；

3) 落差随深度增大而增大：生长断层由于长期发育，上部的年轻地层沉积时发生的断裂活动产生的落差必定累积叠加到下部较老地层中的落差上。所以层位越老越深，落差越大。

4) 延伸远和线性特征：生长断层的方向一般代表区域构造线的方向。

5) 旋回性：生长断层的形成可分为三个阶段：初期发育阶段、中期活跃阶段、末期收敛

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阶段，三个阶段由始而终构成一个完整的断裂运动旋回。旋回与旋回之间的平静时期称为休眠期。旋回中强度最强的称为主旋回。

区域性：生长断层的性质是受区域总应力场控制。我国西部主要是生长逆断层，东部主要是生长正断层。

等距性：相邻生长断层的间距在一定的地区内呈等距性。生长断层间距和沉积速度与沉降速度的比值之间有一个函数关系。

沉积滑动构造：生长断层活动期间，由于岩层尚未固结成岩，受到扰动或其他应力而发生塑性变形，产生沉积滑动构造，其主要形态为塑性—半塑性的滑塌构造、流动构造、砂砾岩、微型沉积间断和搅混构造等。这些构造常作为生长断层附近岩层结构的一种标志性特征。

岩性控制的局限性：生长断层与岩性关系十分密切，主要发育在三角洲前缘。