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边缘断层
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边缘断层
破裂首先从微裂隙开始
作者:admin ?? 发布于:2019-07-16 13:13 ?? 文字:【】【】【

  断层典型组合类型 在地壳浅部构造层次里,发育着类型不同、样式各异的断裂构造,它 们在空间组合成各种几何形态。产生这种情况的原因是多方面的,其中有些可能 与岩石流变学和断裂形成时所处应力状态有关,有些则与断裂运动有关。 图 2-4-11 按断层两盘相对运动划分的断层和组合性断层 Fig. 2-4-11 Classification of fault based on the relative movements of the two walls a-正断层 b-逆断层 c-平移断层 d-逆-平移断层 e-正-平移断层 1.各类断层基本组合形态 断层的组合方式可分为对称式和非对称式, 主要取决于一对共轭断层是否以同等程度发 育。两组断层以同等程度发育时构成对称式,一组断层优先发育时构成非对称式。正断层、 逆断层和平移断层及其各自的构造样式也千差万别。 然而归根结底, 都是由于单个断层面的 产状形态差异和断层组合方式的不同而互为区分的(表 2-4-1,图 2-4-12)。 正断层、 逆断层和走滑断层的对称组合形态分别为地堑-地垒式、 背冲式-对冲式和共轭 走滑系。在理想情况下,表现为地堑-地垒,背冲-对冲和两组共轭断裂各自大体上以等间距 交替出现,这显然是由于两组共轭断层以同等程度发育所引起的。但是,这样的理想情形并 不常见。正、逆和走滑断层的非对称式组合形态,平面状断层面组合分别为阶梯式、半地堑 式及书斜式(正)、单冲式(逆)和平行式、羽状及雁行式(走滑);具曲面状断层面时分 别为叠瓦式(正和逆)和正或负花状构造(走滑)。 一般情况下,在正、逆断层的非对称式组合里每种构造样式中的所有断层面倾向与同 名断盘(意指或均为上盘或均为下盘)运移方向,或者共具相同优势方向(例如书斜式或叠 瓦式的正断面倾向与上盘滑向共具相同优势方向),或者各具相反优势方向(例如单冲式或 叠瓦式的逆断面倾向与上盘滑向各具相反优势方向)。至于走滑断层的非对称式组合,其断 层走向和滑移方向也具优势方向。 这显然都是由于一对共轭断层中只有一组断层优先发育所 造成的。 图 2-4-12 对称式和非对称式断层组合综合剖面图-以正断层为例(据 Twiss 和 Moores, 1992) Fig. 2-4-12 Synthetic cross-section of symmetrical and asymmetrical fault associations for normal faults (from Twiss and Moores, 1992) 对称式:1.地堑,2.地垒;非对称式:3.具书斜式的半地堑,4 具叠瓦式的半地堑,5.主断 层,6.同向断层,7.反向断层,8.拆离断层,9.铲式断层,10.共轭断层 2.双重构造 双重构造不仅常见于逆冲推覆构造中, 也屡见于伸展断层系和走滑断层系中。 逆冲双重 构造和伸展双重构造多发育在各自主断层的断坡附近, 走滑双重构造往往发育在走滑断层末 端、断层错开处、弯曲段或平直段上非连续破裂部位,这些足以说明,主断层的几何形态对 双重构造的形成具有直接控制作用。 Dalstrom 于 1970 年提出的逆冲双重构造和 Wernicke 于 1981 年描绘的拉张(伸展)双 重构造都包含下述部分:顶板(逆/正)断层及底板(逆/正)断层;和夹于二者之间的一套 次级叠瓦式(逆/正)断层及它们围限的断夹块(图 2-4-13)。顶板和底板断层由双重构造 中次级叠瓦式断层分别向上和向下相互趋近并相连而成, 二者在前峰和后缘汇合, 构成一个 封闭体系,从而有别于叠瓦扇(叠瓦扇缺少顶板断层)。 图 2-4-13 南昌-宜丰双重逆冲推覆系结构示意图(据朱志澄,1991) Fig. 2-4-13 Structural pattern of a thrust duplex from Yifeng, Nanchang (from Zhu, 1991) 表 2-4-1 不同类型断层基本组合形态 (据庄培仁、常志忠,1996) Table 2-4-1 Principal fault associations (from Zhuang & Chang, 1996) 伸展双重构造在几何学和运动学都类似于逆冲双重构造。在正断层具有断坡 -断坪形态的情形下,随着断层作用进行,断层依次切入下盘或上盘。当同一伸 展幕期间,有时较晚的正断层可能截切较早的正断层,由此逐步形成伸展双重构 造,图 2-4-14 为伸展双重构造扩展模式。 图 2-4-14a 表示铲式正断层及发育在其上盘中的滚动背斜和断坡向斜;图 2-4-14b 中 表示随着断层作用进行,正断层依次切入下盘,形成断坡及其围限的断夹块,在近地表处形 成叠瓦扇,它与相邻的共轭断层组一起构成地堑,在深部则形成双重构造;图 2-4-14c 表示 最终形成共轭叠瓦扇以调节上盘变形。 伸展双重构造底板断层是活动断层, 而顶板断层则终 止活动。 图 2-4-14 伸展双重构造扩展模式(据 Twiss 和 Moores1992) Fig. 2-4-14 Extensional duplex model (from Twiss and Moores, 1992) a. 具断坡断坪结构的铲式正断层;b. 断层渐进扩展形成叠瓦扇和双重构造;c. 最终形成 共轭叠瓦扇 ;1-5 代表由早至晚形成的断夹块。F.断坪;R.断坡;IF 叠瓦扇;ED.伸展双重 构造;CF.共轭叠瓦扇;RF.顶板断层;FF.底板断层;H.断夹块;CH.中央高地 图 2-4-15 理想的走滑双重构造和叠瓦扇的形成 (平面图) (据 Woodcock 和 Fischer, 1986) Fig. 2-4-15 Ideal strike-slip duplex and the formation of duplex fans (from Woodcock and Fischer, 1986) (a) 受阻弯转及断错和释放弯转及断错形成条件; (b) 伸展双重构造的形成; (c) 收缩双重 构造的形成 走滑双重构造两侧通常为两个连续的位移较大的主走滑断层带,或者两个带 之间,次级雁行断层围限着断夹块,这些断层的位移往往即具有走滑分量又具有 正断层或逆断层分量。 每个断夹块的长度大约相当于围限双重构造的主断层间距 的一半到两倍。 在理想情形下, 走滑断层当沿其走向出现弯曲和错开时, 沿其平直段上的纯走滑位移必 然引起弯曲和错开处的重叠或松开(图 2-4-15 a)。在受阻弯转处可能形成收缩双重构造 (图 2-4-15c),在释放弯转处可能形成伸展双重构造(图 2-4-15b)。当走滑断层末端出 现弯曲时,可能形成收缩叠瓦扇和伸展叠瓦扇(图 2-4-15b 和 c)。按照位于扇侧翼的位移 较大的主断层所取指向,可以分出前缘和后缘叠瓦扇。 (四)断层形成机制 断层形成机制包括断层破裂的发生和断层的形成、 断层作用过程与应力状态、 岩石力学 性质,以及断层作用与断层形成环境的物理状态等问题。 从断层破裂的微观机制考虑, 当岩石受力超过岩石的强度极限, 即差应力超过其强度极 限时开始破裂。破裂首先从微裂隙开始,微裂隙逐渐发展,相互联合和扩展,形成明显的破 裂面,即断层两盘借以相对滑动的破裂面。断裂开始出现时的微裂隙一般呈羽状散布排列。 微裂隙或者属于剪裂,或属张裂性质。扫描电子显微镜观察揭示出大多数微裂隙具张裂性。 当断裂面一旦形成而且差应力超过摩擦阻力时,两盘就开始相对滑动,形成断层。随着应力 释放或差应力趋向于零,一次断层作用即告终止。 Anderson 等从断层形成的应力状态分析了断层的成因,他认为形成断层的三轴应力状 态中的一个主应力轴趋于垂直水平面。 以此为依据提出了形成正断层、 逆断层和平移断层的 三种应力状态(图 2-4-17)。 Anderson 模式基本上为地质学家所接受,作为分析解释地表 或近地表脆性断裂的依据。一般认为,断层面是一个剪裂面,σ1 与两剪裂面的锐角等分线 与两个剪裂面的钝角等分线 所在盘向锐角角顶方向滑动,就是说断层 两盘垂直 σ2 方向滑动。 图 2-4-16 形成三类断层的三种应力状态及其表现型式(据 Anderson 补充) Fig. 2-4-16 Stress states of faulting (Anderson, 1951) a-正断层 b-逆冲断层 c-平移断层 形成正断层或重力断层的应力状态是:σ1 直立,σ2 和σ3 水平,σ2 与断 层走向一致,上盘顺断层倾斜向下滑动,根据形成正断层的应力状态和莫尔圆表 明, 引起正断层作用的有利条件是: 最大主应力 (σ1 ) 在铅直方向上逐渐增大, 或者是最小主应力(σ3)在水平方向上减小(图 2-4-16)。因此水平拉伸和垂 直上隆是最适于发生正断层作用的应力状态。 形成低角度逆断层或逆掩断层(冲断层)的应力状态是:最大主应力轴(σ1 )和中间 主应力轴(σ2)水平,最小主应力轴(σ3)直立。(σ2)平行于断面走向。根据逆掩断 层的应力状态和莫尔圆表明,适于逆掩断层形成的可能情况是:σ1 在水平方向逐渐增大, 或者是最小应力(σ3)逐渐减小。因此水平挤压有利于逆掩断层的发育。 形成平移断层的应力状态是:最大主应力轴(σ1 )和最小主应力轴(σ3)是水平的, 中间主应力轴(σ2)是直立的,断层面走向垂直于 σ2,滑动方向也垂直于 σ2,两盘顺层 走向滑动。 Anderson 模式虽然经常作为地质学家分析断层作用的应力状态的基本依据,但该模型 对自然界复杂的条件考虑不够。为此,一些学者分别考虑了某些特定的边界条件,提出了许 多不同的断层带成因模式(如 W.Haffner,1951 模式等,参见有关论著与教科书,在此不做 详述)。

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