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断层的识别


断层的识别

断层类型很多,规模差别极大,形成机制和构造背景各异,因此,研究的内容、方法和手段 各不相同。 但是断层研究的首要环节是要识别断层和确定断层的存在。 虽然断层可以通过分 析和解译航卫片、物探图、地质图和有关资料得以确定或推定。但识别和确定断层存在的主 要方式是进行野外观测。 断层活动总会在产出地段的有关地层、构造、岩石或地貌等方面反映出来,形成了所谓 的断层标志,这些标志是识别断层的主要依据。 地貌标志(1) 断层崖 由于断层两盘的相对滑动, 断层的上升盘常常形成陡崖, 这种陡崖称为断层崖。 盆地与山脉间列的盆岭地貌是断层造成一系列陡崖的典型实例。 断层三角面 断层崖受到与崖面垂直方向水流的侵蚀切割, 乃形成沿断层走向分布的一系列 三角形陡崖,即断层三角面。

1.jpg 地貌标志(2) 错断的山脊 往往是断层两盘相对平移的结果。 横切山岭走向的平原与山岭的接触带 往往是规模较大的断裂。

串珠状湖泊洼地 往往是大断层存在的标志。 这些湖泊洼地主要是由断层引起的断陷形 成的。 泉水的带状分布 往往也是断层存在的标志。 念青唐古拉南麓从黑河到当雄一带散布着 一串高温温泉(右图),是现代活动断层直接控制的结果。 水系特点 断层的存在常常影响水系的发育,引起河流的急剧转向,甚至错断河谷。

构造标志

如果线状或面状地质体在平面上或剖面上突然中断、 错开, 不再连续, 说明有断层存在。 右下图示断层造成的构造线不连续现象。 为了确定断层的存在和测定错开的距离, 在野外应 尽可能查明错断的对应部分。 构造强化是断层可能存在的重要依据。构造强化现象包括有:岩层产状的急变和变陡;突然 出现狭窄的节理化、劈理化带;小褶皱剧增以及挤压破碎和各种擦痕等现象。 构造透镜体是断层作用引起构造强化的一种现象。 断层带内或断层面两侧岩石碎裂成大 小不一的透镜状角砾块体,长径一般为数十厘米至二、三米。构造透镜体有时单个出现,有 时成群产出。构造透镜体一般是挤压作用产出的两组共轭剪节理把岩石切割成菱形块体后,

其楞角又被磨去形成的。包含透镜体长轴和中轴的平面,或与断层面平行,或与断层面成小 角度相交。 在断层带中或断层两侧, 有时见到一系列复杂紧闭的等斜小褶皱组成的揉褶带。 揉褶带 一般产于较弱薄层中,小褶皱轴面有时向一方倾斜,有时陡立,但总的产状常常与断层面斜 交,所交锐角一般指示对盘运动方向。 断层岩的发育和较广泛产出也是断层存在的良好判据。

地层标志 地层的重复和缺失是识别断层的主要依据。 岩浆活动和矿化作用标志 大断层尤其是切割很深的大断裂常常是岩浆和热液运移的通道和储聚场所, 因此, 如果 岩体、 矿化带或硅化等热液蚀变带沿一条线或带断续分布, 常常指示有大断层或断裂带存在。 一些放射状或环状岩墙也指示放射状断裂或环状断裂的存在。 岩相和厚度标志 如果一个地区的沉积岩相和厚度沿一条线发生急剧变化, 可能是断层活动的结果。 断层 引起岩相和厚度的急变有两种情况: 一种情况是控制沉积盆地和沉积作用的同沉积断层的活 动,引起沉积环境沿着断层发生明显变化,岩相和厚度因而发生显著差异;另一种情况是, 断层的远距离推移,使相隔甚远的岩相带直接接触。 查明和确定断层是研究断层的基础和 前提。在地质调查中,应注意观察、发现和收集指示断层存在的各种标志和迹象,同时结合 其他地质条件和背景加以综合分析。

断层的观测

测定断层面产状和两盘相对运动以便确定断层性质,进而测定或分析断层规模和组合关系是断层研究 的重要方面。 (一)断层面产状的测定 如果断层面比较平直,地形切割强烈而且断层线出露良好,可根据断层线的“V”字形法则来判定断层面 的产状。 隐伏断层的产状主要根据钻孔资料用几何作图方法予以测定。物探资料也可帮助判定断层面产状。 断层伴生和派生的小构造也有助于判定断层产状。如断层伴生的剪节理带和劈理带,一般与断层面近一致。 断层派生的同斜紧闭揉褶带、片理化构造岩的面理,以及定向排列的构造透镜体带等,常与断层面成小角 度相交。这些小构造变形愈强烈,愈压紧,与断层面也愈接近。需要指出,这些小构造的产状常常是易变 且急变的,应大量测量并进行统计分析以确定代表性的产状。 在确定断层面产状时,要充分考虑断层产状沿走向和沿倾向可能发生的变化。许多断层尤其是逆冲断 层的断层面,常成波状起伏或台阶式。对于这种波状性的原因有多种不同解释。一种解释是,大断层形成 之前的初始子断裂是各自分散的,而后逐渐联合形成大断层,由于联合的方式不同,可以有折线状、正弦 曲线状或花冠状等。格佐夫斯基(1975)认为,在断裂形成后原应力场的正应力和剪应力轨迹将发生偏转, 引起断裂线向另一方向偏转,最后形成弧形面。至于台阶式,主要是逆冲断层中断坪与断坡交替变化的结 果。此外,各套岩系的岩性差异、不同深度物理条件对断裂的影响以及多期变形等等,也都影响断层产状 及其产状的变化。 较大规模的断层产状和形态总是变化的,一定不要用局部产状作为断层的总体产状。例如隆起边缘的 大断层,地表常为低角度逆冲断层,向深处倾角可以逐渐变大,甚至直立。伸展区大型正断层,也常呈上 陡下缓的铲状。

(二)断层两盘相对运动方向的确定 但是,一条断层或一定阶段的断层活动性质往往又具有相对稳定性。这种运动总会在断层面上或其两 盘留下一定的痕迹,如擦痕等。这些遗迹或伴生现象成为分析判断断层两盘相对运动的主要依据。

1、根据两盘地层的新老关系 分析两盘中地层的相对新老,有助于判断两盘的相对运动。对于走向断层,上升盘一般出露老岩层(A、

B、D、E)。但如果地层倒转,或断层倾角小于岩层倾角,则老岩层出露盘是下降盘(C、F)。如果两盘中地 层变形复杂,为一套强烈压紧的褶皱,那么,就不能简单地根据两盘直接接触的地层新老而判定相对运动。 如果横断层切过褶皱,对背斜来说,上升盘核部变宽,下降盘核部变窄,对于向斜,情况刚好相反。

2、牵引构造 断层两盘近断层处常常发生明显褶皱,称作牵引褶皱。一般认为是断层错动拖曳的结果,并且以褶皱 的弧形弯曲的突出方向指示本盘的运动方向。近来的研究指出,如果“牵引”褶皱是两盘相对运动引起的, 则意味着于断层发生时的脆性变形在先,塑性弯曲在后,这与一般变形发育的过程相矛盾。可能的情况是 是先发生挠曲,后形成断层。而牵引褶皱是在早期塑性变形弯曲基础上,在断层两盘错动中得到进一步发 展。 牵引褶皱的方位,不仅决定于两盘相对运动,还决定于断层产状与两盘标志层的产状以及不同剖面或 平面上的表现。一般说来,变形越强烈,牵引褶皱愈紧闭。为了准确利用牵引褶皱,应该在平面上和剖面 上同时进行观察。还要结合断层两盘相对运动的其他特征,以对断层两盘相对动向作出准确判断。 除正常牵引构造外,还有一种逆牵引构造,其弯曲形态与正常牵引构造相反,弧形弯曲突出方向指示 对盘运动方向。逆牵引构造主要见于同沉积断层发育区(见褶皱一章中同沉积褶皱和本章同沉积断层一节 的有关内容)。 断层形成时代及活动时间的确定 断层一般是在一定构造运动中形成的。这类断层可以利用断层与同期构造(如褶皱等)的相互关系来 确定其形成时期。如果断层与被其切断的褶皱成有规律的几何关系,则二者很可能是在同一次构造运动中 形成的。查明这次构造作用的时期,也就确定了断层形成时期。如果一条断层切断一套较老的地层,而被 另一套较新的地层以角度不整合所覆盖,可以确定这条断层形成于角度不整合下伏地层中最新地层形成以 后和上覆地层中最老地层沉积之前。 利用放射性同位素法可测定岩体时代,据此可推断断层的形成时代或活动时代。例如,如果断层被岩 墙岩脉充填,而且岩墙岩脉有错断迹象,则岩体侵入于断层形成或活动时期。如果断层被岩体切断,断层 形成显然早于岩体。如果断层切割岩体,则断层活动应晚于岩体。 此外,由重力作用引起的重力滑动断层,可以在沉积时期,成岩时期、构造运动时期或其以后的任一

时期发生。这类断层的形成时期可以根据卷入断层的最新地层和未被切断的上覆最老地层来确定。 总之,断层一般形成于某一构造运动时期,也可以与某一沉积盆地的沉积作用同时活动。而重力滑动断层 可以在地质发展的任一阶段形成和发育。所以对断层形成和发育时期,应对具体断层进行具体分析。 断层长期活动的分析 区域性大断裂往往是长期活动的。这些断裂常常经历了一个以上的构造旋回。即使在一个构造旋回中, 也可有多次的活动。 大断裂的长期多次活动主要表现在断层两盘几个时期的地层的岩相和厚度的显著差异, 可以根据断裂对地层及其厚度和岩相变化的控制作用来进行研究,从而说明这类大断裂活动的历史。 大型走向滑动断层会引起两侧地层对应性水平错开,时代愈老的地层,其错距越大。沉积盆地边缘的 大型正断层,常常与盆地沉降同时活动,即同沉积断层。 长期多次活动的大断裂往往是多期岩浆活动带。 构造-岩浆岩带是分析断裂长期多次活动的重要参考, 出露地表的岩浆岩在一定程度上反映了切割深度。伴随长期多次岩浆活动,会发生多次成矿作用,形成复 杂多金属成矿带。

同沉积断层(1) 同沉积断层又称生长断层,主要发育于沉积盆地边缘,尤其是大中型断陷盆地的边缘。在大盆地内部 也常有次级同沉积断层。 在沉积盆地形成发育的过程中,盆地不断沉降,沉积不断进行、盆地外侧不断隆起,这些作用都是在 控制盆地边缘的断层的不断活动中发生的。

同沉积断层(2):主要特点

1、同沉积断层一般为走向正断层,剖面上常成上陡下缓的凹面向上的铲状。

2、上盘即下降盘地层明显增厚,这是同沉积断层最基本的特征和识别标志。同一地层在下降盘与上升 盘的厚度比称为生长指数,生长指数反映了同沉积断层的活动强度。

3、断距随深度增大,地层时代愈老,断距愈大。

4、常在上盘发育逆牵引构造。因为断距是累积的,所以任一标志层的断距都反映了该层沉积以前断层 活动引起的断距之和。

5、逆牵引构造一般构成背斜,与断层走向一致延伸,背斜顶点向深部逐渐偏移,偏移的轨迹与断层面 大致平行。


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