浅谈一种常见地质现象—断层

1浅谈一种常见地质现象—断层论文提要断层是一种普遍存在的地质现象，对于油气的运移和聚集起重要的控制作用。它对人类既有利又有害。认识各种断层，研究它的性质、分布规律、活动特点和成因，有助于利用它有利于人类的一面，避开它不利于人类的一面。断层除了找矿物勘探，水文地质、工程地质、地震有密切关系外，和石油地质也有紧密的联系，它的一方面可以起到聚集油气的作用，另一方面又会破坏已经形成的油气藏。野外观测是研究断层的主要途径，它包括发现和判别断层存在的标识；确定断层的性质和类型；测量断层的产状要素；查明断层的发育和形成时期；研究断层和矿产的关系等多方面的内容。正文一、断层的定义地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造称断层。地壳中的一个裂口或破裂带，而且沿着它相邻的岩体发生了运动。断层长度变化很大，从几厘米至几百公里不等，两盘之间的位移量也可有这样大的变化。地壳中岩石的断裂。地壳的挤压力或张力使断裂两侧的岩块发生相对位移。断层的长度可由几公分到数百公里，沿断裂面(断层面)的位移也可由不到1公分到数百公里。位移往往分布在由无数单个断层组成的断层带内，断层带可宽数百分尺。断层分布不均匀，在某些大区域内一个断层也没有；而一些地区则被各样大小的无数断层所切割。断层有直立的、水平的，或向任何角度倾斜的。断层面上部的岩块称为上盘；下部的称为下盘。二、断层存在的标识（一）断层的重复与缺失由于断层作用破坏了地层的正常层序，可以造成地层的重复与缺失。它一般是走向正断层或逆断层造成的（如图1所示）。2（二）构造的不连续主要表现为岩层、岩脉、矿层、褶曲轴线等在延伸方向上突然中断或错开，这是断层存在的直接标志。（三）断层面（带）的构造特征1、擦痕：是断层两侧的岩块相对滑动和摩擦留下的痕迹，是断层运动过程中由被压碎的岩石细颗粒在断层面上碾磨划而成的。2、破碎带及构造岩：断层破碎带是由于断层两盘岩石的相互挤压、错动中常使断层面附近的岩石被挤压搓碎，形成与断层面平行的破碎带。构造岩又称动力变质岩，他是断裂带原岩在不同性质应力作用下发生破碎、变形和重结晶（有时还伴有新生矿物）而形成的一种岩石。3、牵引构造：是在断层两盘相对错动时，沿断层面产生摩擦力，使断层两侧附近的地层受摩擦力的倒拖拉神，从而形成的弧形弯曲现象（亦叫牵引褶曲）。4、断层的派生现象：主要指断层两盘相对错动时，诱导出的局部应力作用下所产生的剪节理和张节理等，它们是断层的派生产物，不论在平面上的平移断层，还是剖面上的正或逆断层两侧都可以出现。5、其他标识：这里主要指地貌、水文方面的间接标识。3三、断层形成时期和多期活动的确定依据（一）断层形成相对时期的确定确定断层形成的相对时期，一般是借助于断层所影响地层的时代来确定断层形成相对时期的上限或下限，如为多次活动的断层，通常指最后一次活动的时期。1、利用区域性不整合面确定如果断层切割了一套彼此整合接触的较老地层，并被一套比较新层以不整合所覆盖，那么该断层的形成时间应为该不整合面所代表的构造旋回的时间，即断层形成于不整合面以下的最新地层之后和不整合面以上的最老地层之前这就是断层形成时间范围的下限与上限。一般认为该断层是与这一区域不整合构造运动同期形成的。2、利用侵入体或矿体是否被断层切割来确定（1）断层切穿（错动）了侵入体、矿体、岩脉等，该断层的形成时期一定在侵入体、矿体、岩脉形成之后；（2）如断层中充填的岩脉、矿脉，没有任何被错动的痕迹，就表明该断层形成于岩脉、矿脉侵入之前（或同期）。3、如果断层与褶皱有力学成因关系，有规律分布于某褶曲或褶皱带中，则断层火热褶曲或褶皱是同一时期构造运动形成的。4、同生断层：由于断层边活动边沉积，造成两盘沉积物岩性及厚度等的差异，这些差异与邻近地区同时代的岩层反复进行比较，从中找出差别，那么这段有较大差异的岩层形成中跨越的时间，就是断层形成的时期。（二）断层多次活动的确定断层形成后，可以在不同的地质时期中多次活动，这种断层叫多期活动断层。断层的多期活动有两种情况：一种是断层类型不发生变化，一种是断层类型发生变化。断层类型不发生变化改变并具有长期活动的断层，往往规模较大，并控制断层两侧沉积地层的发育情况。另一类多期活动的断层在不同的地质时期断层类型也发生变化。这种多次活动的断层，有可能在断层面上明显的见到不同方向的擦痕和阶步，它们彼此穿切。（三）活断层的认识活断层（活动断层）通常是指第四纪以来至今仍在活动的断层。它的活动可以是断断续续的，常与地震有密切的联系。断层的这种活动性，对地面、地下各种工程建筑常造成严重的危害。活断层主要标识：1、人工建筑、工程被断层切错。2、断层切穿第四纪堆积物有时基岩覆盖在第四系之上（如图2所示）。43、山区不断上升被剥蚀，相邻的平原不断堆积巨厚的第四纪沉积物时，这种平原和山区的交界地带，很有可能存在着活动断层。4、山脊、水系、阶地等被错断，河流两侧阶地高度不同；水系突然转变方向或被错动；冲击扇呈线性排列或被错开等。5、第四纪火山岩、地热点、泉水呈线状分布。6、近代有地震活动的地带。7、未胶结的断层泥或断层破碎带。8、布设在断裂带上的断层位移测量，数值有变化。此外，断层带上植物突然枯死或生长特殊的罕见植物；沿断裂带温泉水及矿化度偏高；沿断裂带地热数值较高，地电、地磁或各种气体数值偏高等都是活动断层的标识。四、断层的类型（一）根据断层两盘相对运动方向的分类1、正断层：上盘沿断层面倾斜线相对下降的断层。断层面一般很陡，大多数倾角在70～80°2、逆断层：上盘沿断层面倾斜线相对上升的断层。3、平移断层：两盘沿断层而走向相对移动的断层。段层面倾角很陡，近于直立，走向稳定。4、枢纽断层：断层两盘作相对旋转移动的断层。（二）根据断层走向与岩层走向的关系分类1、走向断层：断层走向与岩层走向大致一致，断层倾向与岩层倾向关系多样。52、倾向断层：断层走向与岩层走向垂直而平行与岩层倾向。3、斜向断层：断层走向与岩层走向斜交。（三）根据断层走向与褶曲轴向关系分类1、纵断层：断层走向平行于褶曲轴向。2、横断层：断层走向与褶曲轴向大致垂直。3、斜断层：断层走向与褶曲轴向斜交。（四）根据断裂带切割深度分类1、岩石圈断裂：切割岩石圈，达到软流层。沿断层带有超基性与基性岩带分布，可出现中深和深源地震。2、地壳断裂：切穿地壳，达到莫霍面，有中深源地震。3、基底断裂：切穿地壳上部硅铝层，有浅源地震。4、盖层断裂：切割范围仅局限于地壳表层的沉积岩曾。五、断层组合的一般规律（一）在自然界中，断层往往是成群出现，并且相互结合在一起，构成有一定规律的组合形态。1、断层的剖面组合类型（1）阶梯状正断层：是又许多大致平行的正断层沿着一个方向阶梯状向下滑动所形成的正断层的组合。（2）地堑和地垒：地堑和地垒是由二条或二条以上的大致平行的断层组成的断层组。剖面上，地堑的中间部分为共同的下降盘；地垒的中间部分则为相同的上升盘。组成这类够早的一般是正断层，但也可以是逆断层，（如图3所示）。6（3）迭瓦状断层：有一系列平行或是近于平行的逆断层向同一方向逆冲形成迭瓦状断层。它常与强烈的歪斜或倒转褶皱有关，断层面与褶皱面的倾向一致。2、断层在平行上的断层组合类型（1）平行式排列：一组断层走向大致平行，断层性质都为正断层或都为是逆断层，断层间隔大致相等，断层走向与整体排列方向垂直。（2）雁形状排列：一组断层走向大致平行，一条断层与相邻断层位置有规律地错开斜列，即单个断层走向与整体排列方向为斜交关系。（3）同心状与放射状排列：在穹窿构造，短轴背斜的顶部，由于各个方向都受到张力作用，可形成同心状与放射状排列的断层，一般都与正断层组成。（4）帚状排列：一组断层围绕一旋转中心分布，向旋转中心一端集中收敛，向另一端分散撒开。（5）弧形排列：一组断层大致平行，单个断层线为弧形，整体排列方向也弧形。（6）S型和反S型排列：比较复杂的雁行排列，整体构成S形反S形。（二）断点的组合应符合地质规律，一般来说，在区域拉张应力条件下不可能出现逆断层；在挤压应力条件下，以逆冲或逆断层为主，但也发育有正断层；在剪切应力作用下，既可能出现逆断层，又可能出现正断层和平移断层。断层的这些规律性要参考构造地质学等有关文献。下面仅讨论在时间剖面上的一些规律。1、先主后次：断点组合应先组合断裂特征明显，断层规模较大的区域大断层或者二级断层。区域大断层一般平行区域构造走向，断层两侧波组有明显差异，对盆地和陷具有明显的控制作用。2、先简单后复杂；断点组合应先从上而下进行，其理由是：（1）上部地震剖面特征明显、断点较落实；（2）受构造运动影响较少，断裂系统较中下部地层简单，便于组合。3、.同一断层在平行的时间剖面上性质相同；断层面，断盘产状相似，断开的地层层位一致，或有规律地变化；靠近所确定的断点位置，相邻剖面断距相近，或沿断层走向有规律地增加或减少。4、同一断块内，地层产状的变化应有规律。5、断层两侧波组具明显特征，且在平地测线方向数十公里范围内特点相似。6、.断点组合要遵循断裂力学机制的规律，对岩石的力学性质，受力方式以及不同的受力方式所产生的断裂系统要充分了解。例如，在水平挤压应力条件下的纵弯褶皱可能在背斜顶部出现平行构造轴向的纵张断裂和次一级的横张断裂，翼部则可能出现与地层产状斜交的追踪张性断层和次级平移断层。7、要尽可能弄清控制断层的构造性质和其成因类型。不同成因烃型的构造其产生的断裂系统变化是很大的。断块构造一般以锯齿型短的张性断层为主，挤压褶皱一般以延伸较长的线状断层为主，平移褶皱一般具雁行排列的断裂系统；在张性环境下的次级7断块和断阶一般发育弧形断层，放射性断层系，等等。8、.断点的组合有认识－修改－再认识的过程。地质历史中断层的形成是复杂过程，是多种因素综合作用的产物，人们不可能在勘探初期把这样复杂的问题一次弄清楚。随着勘探程度的深入，资料的积累，以往所建立的断裂系统要不断修改，以致于初期所编绘的断裂系统可能与后期所确定的断裂系统相差很大，甚至完全改变。六、研究断层构造的实际意义（一）断层与油气藏形成的关系对石油和天然气藏来讲，断层具有两重性，既有助于油、气向油、气藏内的运移聚集，又可把已形成的油、气藏破坏掉。断层是重要的油气运移通道，通过短期流动，油气直接向观测的浅层油层运移，例如，在一套单斜岩层中夹有厚层多空隙含油气砂岩，油气可以通过地表逸散；若其中有断层存在，含油气层被错断，不能直接通到地表，使油气保存下来，从而构成储油气的有利条件。所以断层常常是石油地质学家研究的重要对象。断层往往在储油层形成时引起遮挡，形成很好的断层圈闭，有油气供给时可形成断层油气藏。油气在横向上可以穿断层运移,断层在上倾方向上有非渗透遮挡层的条件下可以形成断层油气藏。早期断层对圈闭的支解、分割作用,导致油气分布的复杂性、不连续性.晚期活动的早期断层和晚期断层活动时是油气的纵向运移通道,同时使深层的原生油气藏遭到破环、变为残余油气藏,并在浅层形成次生油气藏。（二）断层与矿产的关系1、成矿前、成矿期断层对矿产形成和分布的作用据断层构造的形成与成矿期先后的关系，断层可分为成矿前、成矿期以及成矿后三种。成矿前和成矿期的断层，对矿产的形成和分布往往起控制作用。断层不仅使地壳岩石发生破裂和相对位移，而且为地下深部的成矿物质提供了运移的通道和良好的聚集场所，是成矿的有利条件。断层还常常控制着沉积盆地的边界，并控制着沉积盆地的形成和延伸方向。因而就控制着沉积床分布的范围。2、成矿后断层对矿体的破坏和改造成矿后的断层对矿体主要起破坏和改造作用，前者如使矿体错失到或断层使水文地质条件变得复杂而无法开采；也可使矿体暴露地表侵蚀殆尽或使矿体支离破碎，增加开采难度。后者主要是矿体变得对人们有利，可使矿体重复加厚或将深部矿体推至浅部便于开采利用。因此，在勘探中详细的查清断层对矿体的影响，也是勘探工作的重要内容。（三）断层与水文地质、工程地质的关系1、断层与水文地质的关系水文地质学是研究地下水起源、形成、分布、埋藏、运动规律的学科。断层与水文地质的关系，主要在于不同类型的断层，对地下水有不同的控制作用。由于