构造地质学教案

《构造地质学》教案第七章断层（10-14）一、本章安排共授课5次，计10学时。分别为：断层概论、伸展构造、逆冲推覆构造、平移断层、韧性断层实习课每堂课首先讨论、复习前面已经涉及的与应力、应变、变形有关的概念；然后作本节课程主要内容介绍，最后小结并布置思考讨论题二、本章主要内容、要点1、主要内容断层的形成机制//断层岩//断层识别//伸展构造及重力滑动构造//剥离断层与变质核杂岩体//逆冲推覆构造//推覆与滑覆的对比和鉴别//走滑断层//拉分盆地//花状构造//韧性剪切带及剪切动向的判别2、本章要点断层的形成机制（Anderson模式,Hafner模式）断层的识别标志伸展构造的概念和伸展构造的类型剥离断层、变质核杂岩、重力滑动构造的构造特征和构造组合逆冲推覆构造的几何结构：相关名词及几何图形推覆构造与滑覆构造的对比和鉴别走向滑动断层的内部应力状态（外部作用力和内部应力状态的关系和区别）走向滑动断层的伴生褶皱和相关构造拉分盆地、花状构造的基本概念韧性剪切带的几何特征和构造特征糜棱岩的形成机制、糜棱岩系列及其分类、糜棱岩的识别三、授课内容第一节断层概论（一）概述断层的定义研究断层的意义几何要素和位移断层几何要素断层面／带／线（形态）断盘位移直移／旋转滑距（在断层面上，实际滑移距离）总滑距走向滑距倾斜滑距水平滑距－总滑距在水平面投影断距断层分类方案涉及到：①地质背景②运动方式③力学机制④各种几何关系与有关构造几何关系与岩层走向的关系１．走向断层、２．倾向断层、３．斜向断层、４．顺层断层与褶轴／区域构造线关系１．纵、２．横、３．斜两盘相对运动正逆——逆冲，３０°，５ＫＭ构造窗／飞来峰（１２－５）平移组合命名：平移－正断层；逆－平移断层枢纽断层（１２－６）（二）断层形成机制断层形成机制涉及到：①破裂的发生和断层的形成②断层作用与应力状态③岩石力性④断层作用与形成环境的物理状态断层的形成作用据电镜观察，羽状微裂隙多为张性。——联合成断面，当σ１－σ３阻力时发生宏观滑动扩容试验ＳanAddressFt.应力释放与地震断层形成的应力状态AndersonmodelHafnermodel浅层非均质，先存软弱面（三）断层岩碎裂岩断层角砾岩2mm；注意与其它角砾岩的区分碎粒岩0.1-2mm碎粉岩0.1mm玻化岩断层泥（Tab.12－１）摩棱岩基本特征粒度变小Enhancedfoliation&lineation在强应变带内产出塑性流变现象：Ｑ－ribbon，矩形晶、锯齿状亚晶、动态重晶粒、核幔结构残斑（Ｐl）——碎裂或波状消光，机械双晶摩棱岩类型（Tab１６－１）（四）断层效应（简述）仅讨论地层关系变化和视错动1、走向断层引起的缺失、重复正断层逆断层（Tab１２－２），由二个变量可确定第三个2、横向断层引起的效应（五）断层的识别1、地貌标志断层//三角面（１２－２３）//山脊错断//盆岭边界－切局部山脉走向//串珠湖泊洼地（１２－２４）//带状泉水//水系－河流急转2、构造标志地质界线中断（１２－２５）构造强化：产状突变（吴家坪）//节理带//劈理带//小褶皱//挤压破碎//擦痕//构造透镜体（张口子）断层岩3、地层标志重复／缺失——见“效应”一节4、岩浆、矿化沙沟花岗岩和矿化、（卡林型）金矿——双王、马鞍桥、于坪硅化、蚀变、热液活动放射／环状岩墙5、岩相和厚度标志（六）断层的观测产状、相对运动、性质、规模、组合1、产状确定“Ｖ”字型、三点法利用伴生／派生小构造剪节理、劈理带、揉皱、构造岩面理、构造透镜体注意产状变化2、二盘动向脉动性、反复活动、反向运动——现代活动断层在一定时期内相对稳定。地层新老关系纵向断层，横向断层（切背、向斜）牵引（１２－２９），逆牵引（见后述同沉积断层）擦痕,阶步（１２－３０）羽状节理侧旁小褶皱（１２－３３Ｄ）角砾岩（１２－３４）ＸＹ与断层所夹锐角示对盘运动方向（角砾近于构造透镜）3、断层规模长度、深度中小型断层——标志层／作图、定断距大型断层——标志层／平衡剖面，查位移（七）断层作用时间性涉及①形成和活动时间；②长期活动活动时代的确定与褶皱的关系、规律性不整合（地层、岩体）岩墙——同位素年龄（沙沟）同沉积断层、地层（见后）大断层长期活动分析岩相厚度控制不同时代错距不一致（平移）岩浆活动、矿化多期性同沉积断层原合编教材（１２－３５）第二节伸展构造及重力滑动构造重要性“开”与“合”（一）伸展构造类型（1）地堑、地叠（１３－１）（2）①阶梯状断层；②箕状构造；③盆岭构造①（１３－２）一般均有旋转②箕状——半地堑单个或多个，与阶梯状相似，但规模大，主干断层一般为同沉积华东、山东济阳（１３－３）③盆岭——地貌单元不对称纵列单面山（3）大型断陷盆地区域性沉陷，菱列、带状、等轴、华北、松辽、江汉盆地（4）裂谷rift(valley)continentalriftInter-continentriftoceanicriftWilsoncircle裂谷特征：地堑系、隆起轴部、岩石圈伸展沉积作用磨拉石蒸发岩和红层熔岩碎屑岩浅源地震、火山负重力异常，或负背景上的正异常负磁异常边界平行于重力梯度带（及磁异常带）热流高岩浆岩大陆溢流（ＴＨ，碱性玄武岩或双峰系列火山岩；或碱性玄武岩-响岩或粗面岩层）深部结构、幔涌、壳薄、裂谷垫（异常地幔，波速低）（4）剥离断层（第三节专题论述）盖层与基层之间剥离断层上盘位正断层组合（二）伸展构造模式据伸展构造形成时的应力状态纯剪－地堑、裂谷单剪－巨型剥离断层＋上盘阶梯断层据地壳结构的模式三个构造层次表层次：各种正断层组合中层次：韧性带、Ｍy１带、塑性伸展构造－塑性变形为主深层次：地壳深部伸展性塑性流变，常有花岗岩和基性岩墙群伸展构造外来系统（马杏垣）——大型正断层以上部分（据华东中新生代伸展结构）各种正断层（正、反向阶梯状、地堑、地垒）旋转、垂向变薄、横向拉长（13-6），深层次为韧性流动和岩墙群据断层活动方式（动力学机制）分类——沃尼克（Ｂ.Ｗernicke）二类三型模式(Tab１３－１)旋转伸展平面状断层伸展系统，断层、岩层均旋转，断块发生伸展若已知断层和岩层产状，可计算伸展量（Ｆig１３－８，１３－９）伸展百分率（％）＝（x-1）×１００＝［SinSin)(－１］×１００或伸展百分率（％）＝]1)([1SinSini×１００铲状断层，―――无相应计算公式非旋转伸展（13-11）查明断层产状和几何形态（平面状或铲状），岩层产状及变化；旋转或非旋转，在此基础上查明伸展量（三）剥离断层与变质核杂岩剥离断层－Ａrmstrong（1972），北美盆岭区，上部年轻地层直接覆于深变质地层之上。定义：伸展构造区平缓的铲状大型正断层，往往伴以变质核杂岩体。位于基底与盖层间。上剥离盘－浅层次正断层组合下剥离盘－corecomplex核杂岩古老片麻岩，穹隆状，以剥离断层为界，变质变形强烈。顶部为糜棱岩带，厚几十米－数公里，常叠加脆性断层。a线理；鞘褶皱；Ｌ－Ｓ结构（线＋Ｍyl面理）常有侵入体相伴；深部基性岩和岩墙群常见。断层岩序列变化（由下而上）：糜棱岩碎裂岩，绿泥石化糜棱岩掺有糜棱岩碎粒的碎粉岩、碎斑岩角砾岩剥离断层发育时间长，常与区域隆起／伸展同时，且不限于同一层位或接触带剥离断层带宽且厚，断层岩序列可出现穿插，叠覆上剥离盖层中常见顺层滑脱，导致地层减薄，缺失剥离断层和核杂岩确定标志糜棱岩和穹状片麻岩盖层与基底之间滑脱断层现象盖层底部地层缺失及断层岩盖层中的顺层断层表现为地层减薄、缺失、滑动破碎剥离断层与成矿卡林型金、金属矿——内华达、亚到桑那、加州成矿机理：上剥离盘中的氧化环境低温水溶液与下剥离盘中的还原环境高温水溶液，二者在剥离断层附近交汇，促使含矿溶液沉淀。剥离面若破碎强烈，可形成客矿空间。如胶东片麻岩、花岗岩中的金矿、安庆月山多金属矿剥离断层与不整合产状一致，被强迫，可能为糜棱岩面理e.g.嵩阳界面、周口店侵入体与围岩接触界面（四）重力滑动构造概念：重力作用、影响（1）基本结构下伏系统：变形相对弱，固化程度高，坚实润滑层：软弱层，盐、粘土、煤华南的巨厚志留系砂泥岩－区域性润滑层、岩性差异很重要滑面：断层面，常发育于不整合面、不同岩性之间的界面、塑性界面主滑面、次级滑面、铲状滑动系统－滑面以上、强变形褶皱＋逆断褶皱强度渐增；斜歪→侧转→平卧；逆断发育于倒转翼，断面与轴面平行（2）分带后缘拉伸带：正断、地堑（垒）、张节理、角砾岩中部滑动带：明显定向（褶＋断）、滑面隐伏前（外）缘推挤带、侧转平卧、叠瓦、滑裂岩（似混杂堆积）。重力滑动构造总体结构特点后缘至前缘：拉伸→剪切→挤压平面上，后缘断裂成弧形，弧顶指后方；前缘断裂成弧形，弧顶指前缘不协调：滑动系统与下伏系统之间滑动系统内部次级滑面上下（3）构造样式滑片型－一系列叠置的铲状和叠瓦断层及所夹断片（13-16）滑褶型－一系列复杂褶皱（13-17）滑块型－组合性断层及切割的断块主发育于（似）侏等式褶皱构成的滑动系统中断层组合成对冲式、背冲式、地堑槽式、正一逆槽式、正逆拱式（１３－１８）（4）重力滑动构造的形成条件适宜的坡度。坡陡、速度快，滑动构造复杂滑动系统岩层具一定厚度（重量），厚度大利于滑动形成润滑层、孔隙压第三节逆冲推覆构造19世纪晚期－第一次高潮70’Ｓ中期，ＣＯＣＯＲＰ，南阿巴拉契亚，薄皮、油气、圈层结构（一）基本概念和构造样式（1）基本概念thrust+nappe主产于造山带及前陆，多为挤压、收缩结果褶皱推覆冲断推覆推覆与滑覆（2）构造样式（组合）单冲型、叠瓦状背冲对冲楔冲（二）几何结构（1）台阶式断坪（flat，顺软层）+断坡（Ｒamp，切硬层）交替总体呈铲状——具普遍性岩层处于水平状态时的形成，后期可发生变化图：上盘断坡（ＨＷＲ）hangingwallramp下盘断坡ＦＷＲfootwallramp图14-9：前、侧、斜断坡——据断坡走向与逆冲位移方位关系决定（2）双重逆冲构造－双冲构造Ｃ.Ｄ.Ａ.Ｄalstrom（1970）提出结构顶板叠瓦逆冲断层+断夹块（horse）底板逆冲断层叠瓦扇inbrecatedfan叠瓦构造，无顶板断层与duplex并列，(14-13)断端线或断尖线tipline；分叉thrust前缘常被剥蚀掉断叉线（分叉线）branchline——分支thrust与主干thrust的交线（3）冲断褶隆Culmination顶部宽平的箱状和穹状（4）反冲断层（backthrust）和冲起构造反冲断层：主要见于前锋和断坡后侧，亦见于应变较弱的断坪有些backthrust向下变陡，甚至转为与逆冲方向一致冲起构造（popup）－因强烈挤压上冲、隆起，与底辟或刺穿相似常表现为扭曲的背斜（断层切割）（5）分带性：根、中、锋带、后（外）缘带表现在结构、构造、变形强度上，与变形作用相关。后缘带：根带后侧外缘带：锋带前侧根带：起始发育部位强挤压、面理、轴面、小断层陡－直立、塑性增高，有时为ductilezone，流劈理、褶劈理相对发育陡峻菱形体与挤压面构成网结自根带向中带断层开始分叉，产状变缓。根带的研究对确定逆冲推覆在区域中的地位、活动和运移规模、变形性状和形成作用具重要意义。中带断层分叉，叠瓦扇和双冲单剪为主次级断裂、褶皱产状相对稳定，倾向根带变形强度：强（近根带）→稍弱→强（近锋带）断坡处较断坪处强，复杂。E.g.南昌－宜丰图解：塑性降低劈理化减弱，变稀疏（密集节理）定向性小构造：褶皱式窗棂、膝析、旋卷、透镜体、小型双冲锋带岩层倾角增大陡立紧闭小褶皱（下盘近断层面处）碎裂（带）构造定向性较根带明显次级断层发育，并强烈变形影响锋带变形的影响因素：作用力大小，持续时间作用力停止的快慢岩席的岩石性质，强度差和组