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断层

2020-04-09 21:01

沿破裂面两侧岩体(块)发生显著位移的断裂构造。断层(参见彩图ⅩⅥ—8)的规模相差十分悬殊,有的深切地壳、岩石圈,如大裂谷、海沟、转换断层等;有的仅限于地壳表层。延伸长度大的可达数百公里,甚至数千公里,小的仅数米、数厘米。

ⅩⅥ—8 断层

周继颐摄

图1 断层的断距和滑距

(引自:《中国大百科全书·地质学》,宗鸿林、赵中岩撰写的:“断层”)(a)立体图;(b)垂直断层走向的剖面;(c)垂直岩层走向的剖面ab—总滑距;ac—走向滑距;bc—倾斜滑距;ho—地层断距;h′o′—视地层断距;h′g′=hg—铅直地层断距;hf—水平地层断距;α—岩层倾角;α′—岩层视倾角

断层各部分的要素(图1)

①断层面。分割岩体的错动面,可以是平面,也可以是曲面,产状用走向、倾向和倾角表示。②上盘。断层面上侧的块体。③下盘。断层面下侧的块体。④断层线。断层面与地面的交线,亦即断层在地面上的出露线;如断层隐伏在地下未出露,地质图上用虚线表示。⑤断距。又称离距(separation)。即断层两盘同一岩层层面或其他标志面(岩墙、矿脉等)错动的相对距离。又可分为地层断距、铅直地层断距、斜断距、水平错开等。其他构成断层的常见组分还有:断层破碎带(参见彩图ⅩⅥ—9),即由于断层挤压和错动而形成的破碎岩带,包括压碎岩、断层角砾岩、糜棱岩、断层泥等构造岩(参见断裂构造岩);擦痕或镜面,即断层面摩擦形成的痕迹等。

ⅩⅥ—9 断层破碎带

李长辉摄

断层分类

按断层两盘岩体的相对位移可分为3种基本类型:①正断层。上盘相对下降,下盘相对上升的断层,断层倾角一般较大。②逆断层。上盘相对上升,下盘相对下降的断层。断层面倾角小于30°的逆断层,特称为逆掩断层(overthrust);倾角极其平缓的巨大逆掩断层,称为推覆构造或辗掩断层。③平移断层。两盘沿断层面走向作近水平滑动的断层。此外还有过渡类型,如平移正断层或平移逆断层,以及旋转断层等。按断层走向与所切岩层走向的方位关系可分为:①走向断层。断层走向与岩层走向近于一致。②倾向断层。断层走向与岩层走向近于直交。③斜向断层。断层走向与岩层走向斜交。在地质力学中,按断裂形成的力学性质,将断层分为张性、扭(剪)性、压扭性和张扭性4种类型。

由有成因联系的、相距不远的多条断层平行连绵延伸组合形成断裂带,长度可达数百公里乃至上千公里。多条平行的、力学性质相同的断层还可形成如下的组合类型:①叠瓦式构造。由许多大致平行、倾向一致的逆断层或逆掩断层,依次由老地层逆冲覆盖在新地层之上,状如叠瓦。②阶梯状断层。由多条大致平行、倾向一致的正断层组成,呈阶梯状排列。③地堑(graben)和地垒(horst)。由两条或多条正断层组成。当相邻两条正断层倾向相向,中间断块下降,称为地堑;如倾向相背,中间断块上升,称为地垒。中国山西汾河河谷和陕西渭河河谷便是新生代形成的大型地堑;世界著名的大地堑有东非大裂谷、莱茵地堑等;中国江西庐山则是地垒(图2)。

图2 断层组合类型示意图

(a)叠瓦式构造;(b)阶梯状断层;(c)地堑;(d)地垒

断层的野外判别

最主要的标志是沿岩层走向或倾向,地层(包括岩墙、岩脉、矿体等)发生不正常的缺失或重复;断层带存在断层构造岩(角砾岩、断层泥、糜棱岩等);断层面上有擦痕或镜面,在断层两侧存在牵引褶皱,羽状断裂等次一级构造等。当沿盆地或河谷存在断层崖或一系列断层三角面,或山岭与平原呈直线形接触,泉水呈线状排列出露且涌水量大,或相同岩性组成的山脊被横向错断,以及特定部位出现垭口、冲沟等,则是可能存在断层的间接标志,需进一步通过勘察寻找直接标志加以确认。对陆壳深部隐伏断裂的存在与位置,常用地球物理勘探、地球化学勘探和遥感、遥测等多种方法进行研究。

断层是水利工程建设中最常见的地质缺陷,也是引起各类地质灾害的主要地质因素。因此,水利工程地质勘察中对断层的研究,包括它的位置、产状、规模、力学特性、断层带构造岩的类型、性质以及抗渗,抗冲刷性能的研究,是一项十分重要的工作。

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