学习任务常见断层的识别与分析

如题所述

按断层两盘相对运动划分的正断层、逆断层和平移断层是普遍采用的术语。现对这常见断层的一般特征、组合型式、地质背景等加以叙述。

一、正断层

(一)一般特征

在自然界中,正断层倾角一般较陡(倾角为60°~70°),常见地表陡倾向下会变缓,呈犁状。断层角砾呈棱角状、大小不一、杂乱分布,胶结物为外源物质(铁质、硅质)等(见图6-47)。通常断层旁侧没有小褶皱出现。

(二)组合型式的识别

大型正断层常在盆地边缘,呈单独发育。但在特定的地质背景下(伸展),也可由一系列的正断层构成特定的组合形式。

1.阶梯状断层

由若干条产状基本一致的正断层组成,各条断层的上盘依次朝同一方向向下相对位移,从而构成阶梯状(图6-11A)。阶梯状断层在区域性抬斜过程中,发生旋转形成阶梯状抬斜断块(图6-11B),在地形上常表现为山谷间列的景观。这种构造在我国中新生代盆地中较发育。

图6-11 阶梯状断层及抬斜断块示意图

2.地垒、地堑

由多条走向基本一致的相反而倾的正断层组合,称为地垒。其特点是它们中间有一共同的上升盘(图6-12左)

由多条走向基本一致相向而倾的正断层组合,称为地堑。其特点是它们中间有一共同的下降盘(图6-12右)。

地垒和地堑是地壳表面区域伸展作用而形成的结果,在地形地貌上有明显反应。形成所谓的垒堑构造或盆岭构造。如图6-12是发育在江西庐山-九江长江一线的垒堑构造,又如江西宁都青塘盆地也发育此类构造。

图6-12 江西庐山-长江垒堑构造示意图

3.环状断层和放射状断层

(1)环状断层:由若干条环、半环状断层呈同心圆状排列组合而构成(图6-13)。

图6-13 环状断层示意图

(2)放射状断层:由若干条断层呈放射状排列组合而构成(图6-14)。

图6-14 放射状断层示意图

以上两种构造组合型式与底辟构造有着密切联系。当底辟作用上拱的作用力弱时,则形成环状断层;当底辟作用上拱的作用力强时,则形成放射状断层。

4.雁列式断层

由若干条近平行的正断层呈雁列式排列组合而构成(图6-15)。

单条断层与雁列式断层带(串联线)走向常成30°~45°斜交。则表示是区域扭动(剪切)作用的结果。在我国南方这类断层常控制中小型白垩纪断陷盆地,如江西赣州-大余、宁都-寻乌等地。

图6-15 雁列式断层示意图

5.块断型断层

由两组不同方向的正断层呈相互切割构成菱形断块组合而构成。这类构造型式常控制大、中型断陷盆地。如我国柴达木盆地、塔里木盆地以及江西大余池江盆地。

(三)地质背景的分析

正断层广泛发育在各种不同的地质背景中。如在构造变动轻微的地区(如地台)或褶皱带的盖层中(如地台活化区)。正断层及组合常以主导性产出,它是区域伸展构造作用的具体反映。在构造变动强烈的地带(褶皱带)中,正断层一般不发育,仅作为派生构造出现。

近年来对大陆构造及海洋构造的研究,对伸展构造的重要性认识更深入,它具有多级别、多层次、多样式的特点。

二、逆断层

逆断层和由逆冲断层构成的推覆构造,是地壳中最常见的断裂构造之一,推覆构造也是当今构造地质学研究最热门的课题之一。

(一)一般特征

逆断层常常显示出剧烈的挤压破碎现象,形成挤压角砾岩,并伴有劈理、复杂揉皱等地质现象,是一个构造强化地段。而对位移量很大的低角度逆断层,其倾角一般在30°左右或更缓。且推移的距离在数千米以上的大型逆冲断层称为推覆构造,其断上盘的岩块称推覆体或逆冲岩席(呈平板状)。推覆构造的上盘是从远处移来,称为外来岩块、异地系统,断下盘为原地系统。研究推覆构造要极力寻找飞来峰和构造窗的位置。

1.飞来峰构造

系指在主推覆断层的前方,由断层围绕的外来岩块孤零零的分布在地势较高处,这种构造称为飞来峰构造(图6-16)。

2.构造窗

系指在主推覆断层的后方,由断层围绕的原地系统分布在地势低洼处,这种构造称为构造窗(图6-16)。

图6-16 推覆构造发育过程示意图(A→B)及平面图(C)

(据M.Mattauer,1980修改)

飞来峰与构造窗的发育过程(图6-16):是逆掩断层和推覆构造发育地区遭受了强烈侵蚀切割后,出现一种常人难以想象的地质构造现象。

又如图6-17江西宁都赖村推覆构造,该地可见加里东期鹅婆岩体被逆掩到中生代白垩系红层(砂砾岩层)之上,并构成飞来峰构造。

图6-17 江西赖村Ⅷ号推覆断层及飞来峰剖面图

1—上白垩统长石石英砾岩;2—下白垩统复成分砾岩;3—鹅婆岩体上脑单元;4—推覆主断面

(二)逆冲断层几何形态和扩展方式

1.几何形态

逆冲推覆构造的几何形态通常为台阶式,即由长而平缓断坪与短而陡的断坡交替构成(图6-18)。断坪常顺软弱岩层发育,断坡则以高角度断层切过能干岩层,并总体构成上陡下缓的犁式形状。例如,在我国南方发育的大型逆冲推覆构造中,二叠系龙潭煤系等软弱岩层形成断坪,而泥盆系石英砾岩等能干岩层则形成断坡。

图6-18 台阶式逆冲推覆构造几何特征示意图

2.扩展方式

逆冲推覆构造多数为叠瓦式,而它的扩展方式有前展式和后展式两种。

(1)前展式是每一新的逆冲岩体(席)发育在老逆冲岩体(席)的下面,各逆冲岩体(席)依次向逆冲方向扩展,新的逆冲岩体增生在前进中的推覆体前锋。前展式是自然界中最常见的逆冲扩展方式(图6-19)。

(2)后展式是每一新逆冲岩体(席)发育在老逆冲岩体(席)的上面,各逆冲岩体(席)依次向逆冲来源方向或腹地扩展,新的逆冲岩体(席)增生在推覆的后缘(图6-20)。

由前展式形成的一套叠瓦式逆冲断层,可以在高部位上逐渐趋近而重新结合在一起。其中一个个被断层围限的岩块称为断夹块。一系列断夹块同围限它们的逆冲断层,称为双重逆冲构造。双重逆冲构造最高的共同逆冲构造面,称顶板逆冲构造,最低的共同逆冲构造面,称底板逆冲构造。顶板逆冲构造和底板逆冲构造会在双重逆冲构造的前锋和后缘汇合。要确定一个双重逆冲构造,必须鉴别出顶板逆冲构造和底板逆冲构造,如果不能鉴别出顶板逆冲构造和底板逆冲构造,这种构造应命名为叠瓦扇或叠瓦束。例如,我国南方红盆地中的楔状冲断体,就是这种双重逆冲构造的良好实例。

图6-19 前展式逆冲断层发育顺序

1~3为发育顺序;箭头示扩展方向

图6-20 后展式逆冲断层发育顺序

1~3为发育顺序;箭头示扩展方向

图6-21 双重逆冲构造

(据徐开礼等,1989)

(三)组合型式的识别

1.叠瓦式逆断层

由一系列产状相近的逆断层的断上盘依次向上逆冲,剖面上构成典型的叠瓦状。它是地壳中最常见的组合型式(图6-22)。此外,叠瓦状逆断层也可表现为前(上)陡后(下)缓,各条断层向下常汇集成一条主断层。叠瓦式逆断层常在一构造单元内或一侧产出,其逆断层总的走向与区域构造线方向一致。如四川龙门山叠瓦式逆冲断层由龙门山褶皱带东翼向四川盆地逆掩,又如我国台湾地区也发育此类构造。

图6-22 江苏茅山南段花山一带叠瓦式逆冲断层剖面图

2.对冲式逆断层

由两条以上相背而倾对冲的逆断层组成。其特征为两条断层有一共同的下(降)盘。小型对冲式断层常与背斜构造相伴(图6-23);大型的对冲式逆断层常发育于造山带两边缘,如武夷山东、西两麓地带。

图6-23 对冲式逆断层剖面图

(据四川区调二队)

3.背冲式逆断层

由两条以上相向而倾的逆冲断层组成。其特征为两条断层有一共同的上(升)盘。背冲式断层常与复式褶皱相伴,总体构成正扇形。例如,在我国祁连山地区背冲式逆断层构造极为发育(图6-24)。

图6-24 背冲式逆断层剖面示意图

(四)逆冲推覆构造分带的识别

逆冲推覆构造依据变形程度的不同,可分为根带、中带和锋带三个主带以及相关的后缘带和外缘带(表6-1)。后缘带和外缘带虽不是逆冲推覆构造的主体,但也受到逆冲推覆作用的影响。后缘带位于根带的后侧,以拉伸的方式形成地堑式正断层和张节理为主;外缘带位于锋带的前侧,以弱挤压的方式形成宽阔的褶皱。

表6 -1 逆冲推覆构造各带变形特征表

(据朱志澄,1999)

(1)根带:是逆冲推覆作用开始发育部位,一般表现为强烈的挤压;褶皱、断层、劈理等构造产状陡立,劈理以流劈理和滑劈理为主;结构上表现为陡峻菱形块体与挤压带构成网结状构造。

(2)中带:断层面低缓,断层常常分叉构成叠瓦扇和双冲构造,以单剪切变形为主,次级断层和褶皱轴产状相对稳定,倾向根部;整个中带内、近根带变形相对强烈,中部变形稍弱,中带内劈理、旋卷构造、小褶皱、膝折和双冲构造发育。

(3)锋带:挤压作用再度增加,包括临近断层面的下伏岩系形成轴面陡立的紧闭小褶皱;岩石破碎,有是形成碎裂岩带;次级断裂发育并强烈变形。

(五)地质背景

逆断层(逆冲断层)的各种组合型式可产在不同的地质环境中,并且以叠瓦式为最普通的型式。逆冲断层一般是由区域性挤压作用而引起整体收缩产生的结果,它常与强烈褶皱伴生,这种由挤压作用所形成的构造为挤压推覆构造,简称推覆构造;而由区域伸展作用或局部重力作用形成的滑动推覆构造,简称滑覆构造。如我国河南嵩山发育重力滑动构造、江西省宁都青塘小型滑覆构造。

三、平移断层

(一)一般特征

平移断层产状陡(直立),构造带中剪裂破碎明显,构造角砾较细,呈次圆状(图6-25)。断面上常发育有水平擦痕。平移断层按照两盘相对运动可分为:左行和右行。左行平移断层是指断层两盘逆时针运动;右行平移断层是指断层两盘顺时针运动。

图6-25 平移断层角砾岩

(二)地质背景分析

1.与褶皱有关的平移断层

与褶皱、大逆掩断层等构造相伴生的平移断层,这类平移断层规模不大,它斜切构造线,遵守“米”字形规则,顺着一对共轭剪裂面发育形成左行或右行平移断层。

2.区域性平移断层(走滑断层)

走滑断层是区域主干分划性构造,规模巨大。它的形成受控于区域剪切应力场。如我国左行走滑郯庐断裂、美国右行走滑断层——圣安德烈斯断层(图6-26)就是由于太平洋板块朝北运动,而两侧的(中国、美国)大陆朝南运动而产生的结果。

(三)与平移断层相关构造的识别

自然界的平移断层在活动中,由于断层走向的局部弯转与次级断层的切割,会引起平移断层(走滑断裂)旁侧的断块一端岩块拉开、陷落形成坳陷盆地(拉分盆地);而另一端则会重叠、挤压形成褶皱或逆冲断层;此外在平移断层旁侧会形成次级褶皱。

图6-26 美国圣安德烈斯右行走滑断层示意图

1.拉分盆地

由两条较长平移走滑断层和两条较短正断层、正-平移断层围限组合而成的盆地,称为拉分盆地。拉分盆地常以菱形断陷形式出现。它从形态上分为S形和Z形,一般说,左行雁列式走滑断层控制下形成的拉分盆地为S形,右行雁列式走滑断层控制所形成的拉分盆地为Z形(图6-27)。其共同特征是盆地的沉积速率大、横向沉积变化亦大,是形成含有重要沉积矿床的良好沉积场所。如江西大余池江盆地就是典型的拉分盆地。

图6-27 拉分盆地示意图

2.次级(雁列式)褶皱

平移断层的主动盘运动,会造成被动盘(对盘)地层发生次级的雁列式褶皱(图6-28)。

若隐伏的基底平移(走滑)断层相对运动则会造成盖层形成一系列雁列式褶皱或雁列式分布的正断层组合的派生构造(图6-28)。

图6-28 隐伏基底平移断层与盖层雁列式构造示意图

四、顺层断层

(一)概述

顺层断层是顺着软弱(不能干)层面、不整合面等先存面滑动的断层。在构造运动中,这些先存的薄弱面就会先遭到构造力的“攻击”而变形。如纵弯褶皱作用中,顺着软弱层产生的层间滑动易形成顺层断层。指得值出的是,一是由于顺层断面与先存面基本一致,很少发生切层且地层重复和缺失现象,易被忽视,这类断层往往难以查明;二是顺层断层表现的形式有逆断层(挤压力)、正断层(重力)类型。

(二)顺层断层的识别

1.顺层展布的断层岩

顺层断层的滑动常引起层间岩层的破碎、研磨,会形成各种顺层展布的断层岩。

2.复杂揉皱和肿缩式构造

顺层断层顺软弱层滑动引起岩层揉皱或肿缩式构造。如湖南邵阳,上二叠统龙潭煤系(P2l)底部不能干的粉砂岩、页岩等岩层,与下伏的下二叠统(P1)顶部能干的厚层硅质岩互相滑动,在不能干岩层中形成复杂揉皱,或聚集为巨大的囊状体或透镜体,构成肿缩式构造(图6-29)。

图6-29 湖南邵阳林拗顺层面滑动引起的肿缩现象

3.碎屑岩墙

在顺层断层活动中,上覆岩层的破碎岩屑贯入到顺层断层裂隙中,形成碎屑岩墙。

4.地层的重复(变厚)与缺失(变薄)

顺层断层若发生切层会造成地层重复(变厚)与缺失(变薄)的现象。如果地层重复或缺失只是一套岩系中的部分地层,则易误判为是地层变厚或变薄。这一点要特别引起重视。

5.基底剪切滑动

隔档式和隔槽式褶皱是一种薄皮构造,系盖层岩系在基底软弱剪切滑动面上顺层滑动引起的变形。如欧洲侏罗山隔档式褶皱就是在海西期褶皱基底上顺着三叠系膏盐层滑动而形成的(图6-30);我国渝北华蓥山-黔北-湘西-鄂西南一带广泛发育此类构造(见图4-16)。

图6-30 基底剪切滑动示意剖面图

顺层剪切滑动与盖层褶皱

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