构造地质学课件 第二篇成因构造地质学 第七章断层成因分析.ppt

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1、第七章断层成因分析第一节断层发育的应力状态当岩石受力超过其强度极限，便开始破裂。起初形成微裂隙，并常呈羽状排列。当断层面一旦形成，应力继续作用并超过其磨擦阻力时，两盘开始滑动，断层形成。随着断层活动，应力也逐渐释放，并趋向于零，断层活动趋终止。在近地表状态，一般情况下：正断层倾角较陡；逆断层倾角较缓；平移断层多近于直立。假设某岩层的内摩擦角为30°，应力在垂直和水平方向上均无变化，那么：若σ1直立，σ2和σ3水平，产生正断层，断层倾角60°，σ2与断层走向一致；若σ3直立，σ1和σ2水平，产生逆断层，断层倾角30°

2、，σ2与断层走向一致，；若σ2直立，σ1和σ3水平，产生与σ1呈30°交角平移断层，σ2与断层走向垂直。所有断层面均包含或平行于σ2。此即安德森（Anderson，1951）提出的正、逆、平移断层的三种应力状态。这一安德森模式长期为地质学家广泛接受。认为，断裂面为一剪面，σ1为两剪面的锐角平分线方向，σ3为两剪裂面钝角平分线方向。安德森模式虽然常常作为地质学家分析断层作用的应力状态的基本依据，但是自然界的情况是复杂的。一些学者对复杂的地质条件进行了分析。哈弗奈（Hafner）分析了地球内部可能存在的各种边界条件所引

3、起的应力系统，他假定一个标准应力状态并附加以类似实际构造状况的边界条件，从而推算出各种边界应力场下势断层的可能产状和性质。势断层—可能发生的断层。哈弗奈提出的标准状态的边界条件是：1、岩块表面为地表，没有剪应力作用，其上各点仅受一个大气压的压力；2、岩块底部，应力指向上方，岩块内任一水平面上各点承受的上覆压力相等，均为上覆岩块的重量；3、边界上没有剪应力作用。任何处在标准条件状态下的岩石，如受水平挤压，最简单的情况就是两侧均匀受压，在这种情况下，可能出现两组共轭X型逆断层。它们的产状在平面或垂直方向均无变化，但此种

4、两侧均匀受压并不常见。而两侧不均匀挤压才是常见的受力状况，因此，哈弗奈提出了三种附加应力状态。三种附加应力状态，均假设中间应力轴水平，剪裂角约60°，含σ1。第一种附加应力状态（教材中第二种）—只有水平线性变化的水平附加应力，水平挤压自上而下增大，并且两端挤压力不等。上图：左端应力大于右端；下图：势断层分布与应力不足以产生断层之空白稳定区。势断层为倾角30°±，倾向相反之逆断层，由于最大主应力轴的倾角各点不一，倾角各点也不同，但断层性质一致。第二种附加应力状态（教材中第三种）—水平挤压应力在水平方向上自左至右呈指数

5、递减，因而稳定区远大于势断层分布区。倾向稳定区的一组断层为陡倾斜逆断层，其倾角自地表向下显著增大，另一组倾角平缓，近地表为低角度逆断层；向下变为缓正断层。第三种附加应力状态（教材中第四种）—附加应力包括两种：1、作用在岩块底面上呈正弦曲线形状的垂向力；2、沿岩块底面作用的水平剪切力。这种应力状态下形成的势断层产状比较复杂。在中央稳定区的上部形成两组高角度正断层，且倾角向深部变陡。自中央向边缘，断层倾角变缓，一侧变成低角度正断层，另一侧变成逆掩断层。哈弗奈以壳下层的物质对流说明这种应力状态的机制。哈弗奈模式有助于查明

6、一定边界的应力系统下侧潜在断层，问题在于很难选择有地质意义的边界条件，但这种模式在分析断层应力场，推测深部断层及其产状的可能变化给我们以深刻的启示。非均匀介质中断层与主应力轴的关系：安德森模式、哈弗奈模式都是在均匀介质为前提分析断层与主应力轴位置关系，但实际上岩体往往是非均质的，还有先存的力学上弱面（层面、老断层、不整合面等），而这些弱面的取向与上述二模式给出的断裂面方位并无固定关系，因此若是沿弱面发展而成的断层，其方位与σ1的夹角并不规则，断层面σ2与不一定平行。第二节断层的成因分析（一）正断层的成因分析一、应力

7、条件正断层（现象）—使岩层宽度在垂直于断层走向的方向上加大。共轭正断层一系列相间发育，使正断层总滑距的水平分量积多，水平基准面拉长；按安德森模式，正断层形成应力条件：σ1直立。可以是岩体重力，也可以是火成岩体、岩丘等引起；σ3水平。与断层走向垂直。正断层面倾角向深部常常变缓。二、正断层形成的构造背景1、背斜造成局部拉伸；2、海沟外隆所产生局部拉伸；3、区域性水平拉伸；a、侧向水平拉伸形成盆地，盆地边缘即有了正断层形成之条件（生长断层）；b、板块分离边界—裂谷发育过程中正断层形成；4、穹窿伴生之正断层；5、区域性差异

8、升降运动形成的正断层；6、重力滑动之正断层，在浅海或大陆坡未固结沉积物中常有（水下滑坡）；（二）逆断层的成因分析一、高角度逆断层的成因1、造山带中与褶皱同时发育的高角度逆断层；倾向与同斜褶皱轴面一致，是造山带物质垂向差异塑性流动的构造表现。2、造山带中与深成岩浆活动有关的高角度逆断层（γ侵入，σ1直立），断层上切到盖层中，断层走向平行于花岗岩平面延伸的方向。