学习任务断层概述

一、断层概述

图6-1 断层双层结构的模式

固体岩石在受力超过强度极限时发生断裂，其破裂面两侧的岩块发生明显位移的构造，称为断层。断层具双层结构（图6-1）。断层可分为两大类，即脆性断层和韧性断层（韧性剪切带）。岩石在地壳表层表现为脆性性状，形成的断层多为脆性断层；随深度的增加，围压、温度增高，岩石逐渐由脆性转变为韧性性状，形成韧性断层或称韧性剪切带。本学习情境仅对脆性断层加以阐述和讨论，关于韧性断层、韧性剪切带的内容见学习情境9。

断层是地壳（岩石圈）中广泛发育极其重要的一种构造形迹。断层规模大小不一，小的延伸仅数米至数十米，大的可达数千米甚至上千千米。大的不仅能切割地壳层上部的硅铝层，还能够切穿整个地壳直到上地幔，深达数百千米。延伸长、切割深的巨型断层，称为深断裂，它常和一些大型断层一起构成区域构造格架。

二、断层的研究意义

（一）控制和影响矿产的形成和分布

断层决定矿体形态（内生矿），深大断裂是运矿（导矿）构造，分支断裂是散矿或布矿、容矿、储矿、配矿构造（图6-2）。逆断层缓角处矿体变厚；断层交叉处常形成矿柱等。

图6-2 断裂构造控矿模式

（二）控制和影响地下水的活动与分布

断层控制和影响地下水的活动与分布，断层破碎带具有导水性和富水性。因此，找地下水时要寻找断层破碎带（富水性）的存在，而对已有水资源保护则要避开相关的活动断裂构造。

（三）断层的活动性与破坏性

工程地质首要注意的问题是地基的稳固性和寻找安全岛，而断层的活动性与断层破碎带中的断层泥是工程地质最忌讳之处，也是工程地质稳定的最大隐患。对此工程施工时，要加以防范。

（四）地震的产生与预报

地壳中活动断裂的拐点、端点、交叉点是应力集中的闭锁段，此处极易孕育和发生地震。因此，要密切监视和测量活动断裂的应力变化，为地震预报提供基础分析资料。

三、断层要素

为了描述与研究断层的形态与空间方位，将断层各个组成部分规定的名称统称为断层要素。它有以下组成要素：

（一）断层面和断层破碎带

图6-3 断层要素块段图

①断层面；②断盘；③断层线；④断距

岩石破裂后相邻两侧的岩块沿之滑动的破裂面，称为断层面（图6-3之①）。它是一种面状构造，可以是平直的，也可是弯曲的。真正在野外对一较大断层而言，是由一系列破裂面或次级断层组成的带（域），断裂带或断层域内夹杂伴生错碎的岩块、岩片和各种断层岩，两盘就沿此带错动，该带称为断层破碎带。在野外要对断层面或断层破碎带产状要素进行测定。

（二）断层线

断层面与地面的交线称为断层线。它是重要地质界线，反映了断层在地表的延伸情况。在地形起伏，断面倾斜时，可适用“V”字形法则来绘制其空间分布情况。断层线可为直线（图6-3之③）、曲线，甚至为封闭的曲线。

（三）断盘

断层面两侧的岩块称为断盘（图6-3之②）。描述断盘的方法是：

（1）按断面倾斜上下关系描述：断上盘、断下盘。

（2）按两盘相对运动关系描述：上升盘、下降盘。

（3）若断面直立时，则按地理方位描述：东盘、西盘，或北东盘、北西盘等。

（四）滑距与断距

断层两盘的滑距与断距是断层两盘相对位移的总称。滑距是断层两盘地质体实际的位移距离，是根据地质体错动前的一点和错动后分成两个地质体相当点之间的距离。断距是指被错断地质体在断层两盘上的地质体相当层之间的相对距离。

1滑距

（1）总滑距（又称真断距）：指两个相当点之间的真正位移的距离（图6-4A之ab）。

图6-4 断层滑距和断距

（据孙超，1993）

ab—总滑距；ac—走向滑距；cb—倾斜滑距；am—水平滑距；ho—地层断距；h′o′—视地层断距；

hg＝h′g′—铅直地层断距；hf—水平地层断距；h′f′—视水平地层断距；α—岩层倾角；ω—岩层视倾角

（2）走向滑距：指总滑距在断层面走向线上的分量（图6-4A之ac）。走向滑距与总滑距之间的夹角（图6-4A之∠cab）就是总滑距或断层擦痕线的侧伏角。

（3）倾斜滑距：指总滑距在断层面倾斜线上的分量（图6-4A中之bc）。

（4）水平滑距：指总滑距在水平面上的投影（图6-4A中之am）。

总滑距、走向滑距、倾斜滑距在断层面上构成一直角三角形。在实际工作中，难于确定以相当点测量的滑距，故此法很少采用。

2断距

在不同方位的铅直剖面上，以断层两盘地质体的相当层为准，可测如下断距：

（1）垂直于被错断的岩层走向的铅直剖面上测算的断距（图6-4B）

1）地层断距（ho）：断层两盘地质体相当层之间的垂直距离（最短距离）。

2）铅直地层断距（hg）：断层两盘地质体相当层之间的铅直距离。

3）水平地层断距（hf）：断层两盘地质体相当层之间的水平距离。

根据岩层倾角和上述三种任一断距便可求出其他断距，其计算公式：

ho＝hg·cosα，hg＝hf·tanα，ho＝hf·sinα，hf＝hg·ctanα

（2）在垂直断层走向的剖面上测算的断距（图6-4C）

值得提出的是，由于被错断的地层走向与断层走向不平行，故除铅直地层断距不随剖面方向的不同是恒定的以外，其他的地层断距与水平地层断距都相应的增大（因为剖面点上岩层倾角变为视倾角之故），分别称为视地层断距（h′o′）和视水平地层断距（h′f′）。

在矿山开采方案中，为设计竖井和平巷的长度，常采用平错和落差一类的术语。如图6-5分别是正断层、逆断层在垂直断层走向的剖面上，表现出来的平错（YZ）与落差（XY）。

图6-5 断层平错（YZ）和落差（XY）

断层分为以下几个级别：

一级断裂，控制盆地沉积，断穿基底，在剖面上上下盘断距非常大，断层可能从深层一直断到浅层，平面上延伸很长，规模较大，从浅到深都会存在；

二级断裂，控制构造带，是构造带的分界线，剖面特征也很明显，断距比较大平面延伸较长；

三级断裂，控制局部构造，如形成鼻状构造的两翼断层，剖面特征上断距不是很大，延伸较短；

四级断裂，也就是那些伴生断层、小断层等。

10~30米，中型断层是指落差为10~30米的断层。

目前对断层规模等级的划分标准尚不统一。根据煤矿工作实践，建议采用下列划分标准：落差大于50m为特大型断层，落差50--20m为大型断层，落差20--5m为中型断层，落差小于5m为小型断层。

正断层，走向北东东，倾向北，倾角78°,落差0~26m,延展长度3542m。依据钻孔资料，17煤至奥灰顶界面平均垂距约70m。

分类：

1、总断距（H总）。

指断层两盘相对错开的真正距离。

2、地层断距（Ho）。

是指在与岩层走向垂直的剖面上，断层两盘同一岩层或矿层错开的垂直距离。

3、铅直地层断距（Hg）。

是指在与岩层走向垂直的剖面上，断层两盘同一岩层或矿层错开的铅直距离。

4、水平断距（Hf）。

是指在与岩层走向垂直的剖面上，断层两盘同一岩层或矿层错开的水平距离。

一、实习目的

了解断层在地质图上的表现特征及出露形态。

二、实习要求

1) 学会在地质图上分析断层。

2) 在地质图上求断层产状及断距。

三、实习内容

(一) 断层发育区地质特征的概略分析

分析某区出露的地层，建立地层层序; 判定不整合的时代; 研究新老地层分布及产状; 确定区内褶皱形态及轴向以及断层的发育状况。

(二) 断层性质的分析

1 断层面产状的判定

断层线是断层面在地面的出露线，它和倾斜岩层的露头线一样，可根据其在地形地质图上的 “V”字形，用作图法求出断层面的产状。图1 中断层线在河谷中成指向下游的“V”字形，说明断层倾向南西，通过作图求得断层产状是 SW230°∠40°。

图1 求解断层面产状

2 两盘相对位移的判定

断层两盘相对升降、平移并经侵蚀夷平后，如两盘处于等高平面上，则露头和地质上一般表现出以下规律:

1) 走向断层或纵断层，一般是地层较老的一盘为上升盘。但当断层倾向与岩层倾向一致，且断层倾角小于岩层倾角，或地层倒转时，则上升盘是新地层。

2) 横向正 (或逆) 断层切过褶皱时，背斜核部变宽或向斜核部变窄的一盘为上升盘; 如为平移断层，则两盘核部宽窄基本不变。

3) 倾斜岩层或斜歪褶皱被横断层切断时，如果地质图上地层界线或褶皱轴线发生错动，它既可以是正 (或逆) 断层造成，也可以是平移断层造成，这时应参考其他特征来确定其相对位移方向。若是由正 (或逆) 断层造成的地质界线错移，则岩层界线向该岩层倾向方向移动的一盘为相对上升盘。若是褶皱，则向轴倾斜方向移动的一盘为上升盘。

确定了断层面产状和断层相对位移方向，就可确定断层的性质。如图1 中，断层面倾向南西，南西盘 (上盘) 地层相对较新，为下降盘，所以是一条正断层。

(三) 断距的测定

在大比例尺地形地质图上，如果两盘岩层产状稳定，在垂直岩层走向方向上可以求出以下各种断距。

1 铅直地层断层的测定

断层两盘同一层面的铅直距离，即是铅直地层断距 (图2) 。在地质图上求铅直地层断距 (图2 中 hg) 时，只要在断层任一盘上，作某一层面某一高程的走向线，延长穿过断层线与另一盘的同一层面相交，此交点的标高与走向线之间的标高差即是铅直地层断距。

图2 垂直地层走向剖面图

2 水平地层断距的测定

如图2，在垂直岩层走向的剖面上，过断层两盘同一层面上等高 h、f 两点间的水平距离 hf，即水平地层断距。在地质图的断层两盘，绘出同一层面的等高的走向线，两走向线间的垂直距离，即水平断距 (hf) 。

3 求地层断距

如图2，地层断距 ho = hg·cosα 或 ho = hf·sinα，用作图法求得 hg 和 hf 之后，可按上式计算，求出地层断距。

上述断距的测定，是以岩层被错断后两盘岩层产状未变为前提，即沿断层面没有发生旋转。

(四) 断层时代的确定

1 根据角度不整合确定

断层一般发生在被其错断的最新地层之后，而在未被错断的上覆不整合面以上的最老地层之前。

2 根据与岩体或其他构造的相互切割关系判断

被切割者的时代相对较老。

(五) 断层的描述

一条断层的描述内容一般包括断层名称 (地名 + 断层类型，或用断层编号) 、位置、延伸方向、通过的主要地点、延伸长度、断层面产状、断层两盘出露的地层及其产状，以及地层重复、缺失和地质界线错开等特征，还包括两盘相对位移方向和断距的大小、断层与其他构造的关系、断层的形成时代及力学成因等。

举例描述 (金山镇地区地质图西部的纵断层) 如下:

“奇峰-雨峰纵向逆冲断层: 位于奇峰和雨峰之东侧近山脊处，断层走向北东-南西，两端分别延出图外，图内全长约 18 km。断层面倾向北西，倾角 20°～30°。上盘 (即上升盘) 为组成奇峰和雨峰的石炭系各统; 下盘 (即下降盘) 为下二叠统和上石炭统。构成不完整向斜上升盘的石炭系各统岩层逆冲于下二叠统和上石炭统之上。地层断距约 800 m。断层走向与褶皱轴向一致，为一纵向断层。断层中部为两个较晚期的横断层所错断。断层形成时代与同方向、同性质的桑园-五里河逆冲断层相同，即中三叠世 (T2) 之后、早白垩世 (K1) 之前。两条断层成构造叠瓦式。”

四、作业

1) 画出图3 中侏罗系 (J) 砂岩层顶面的走向线，计算断层的垂直断距。

2) 图4 中线 F ― F 为一条断层的出露界线，另一条粗线是煤层的露头。测定该断层的各种断距。在图中圏出能够用钻孔打到煤层的区域。判断在哪些区域钻孔能够两次穿过煤层，该断层的性质是什么 最后，作一条从 X 到 Y 的剖面。

图3 求断层断距练习

图4 断层读图并解析

您好，房间隔，室间隔连续性中断，断距分别为36MM和38MM。患者的年龄，目前的诊断结果，考虑一岁以内有自愈的可能性。平时避免感冒和肺炎，冷暖得当，耐心喂养。如有不适症状，及时随诊。

希望我的回答给您带来帮助，祝您健康快乐。

(一)断裂发育特征

松辽盆地坳陷期发育的大量断裂均为正断层,其主要发育特征如下:

以中央坳陷区正断层最为发育,而其他构造单元的坳陷期正断层发育相对较少,断层规模也相对较小(见图4-54)。

断层发育部位与裂谷期构造及盆地基底构造有一定关系,详细分析与对比发现,这些断裂主要发育于3类构造部位:裂谷期断裂特别是继承性基底断裂上方、凸起与凹陷构造的转折部位以及基底凸起上方(图4-55)。

图4-55 松辽盆地坳陷期正断层发育构造位置图

断裂走向总体看主要为近南北向,与裂谷期及盆地基底构造近于平行或锐角相交,断层倾角一般在45°~75°,平均60°左右。

断开T2(相当于青山口组底面)地震反射波组的正断层最发育,断开其他坳陷期地层组合的正断层相对发育较少。

断层的延伸长度随断开的各反射层不同,自下而上减小,断开T4(相当于登娄库组底面)层断层延伸一般在2km~10km,断开T3(相当于泉头组底面)层断层一般为2km~4km,断开T2层断层一般为2km~4km。

各反射层上断距自下而上有减小的趋势,T4层断距在50m~500m,T3与T2层断距一般在30m~60m,T1(相当于嫩江组底面)层断距一般在20m~30m,同一条断层的断距一般上大下小。

(二)断裂构造样式

1正断层几何形态

坳陷期的单条正断层的几何形态一般具有3种样式:①平面状正断层:这类断层横剖面平直,倾角较大,一般大于35°,沿倾向变化不大,坳陷期以这类断层居多,分布最广。②坐椅式正断层:这类断层剖面形态呈上下陡、中间缓的坐椅状,倾角沿倾向变化较大,由于中间一段较缓,在地震剖面解释中常有可能将一条此类断层解释为上、下两条独立的陡断层。③铲状正断层:该类正断层在剖面上呈上陡下缓弯曲的铲状,自上而下断层倾角逐渐变小,这在断层常是一些切割层位较多、规模较大的断层,或是一些基底断层或裂谷期断层的延伸部分(参见图5-55)。

2断层组合样式

坳陷期正断层在剖面上的组合类型主要有4种样式:①地堑式组合:由倾向相对的两条或数条正断层组成,其中往往有一条断层断距和规模较大,可能和裂谷期的断裂或基底断裂持续活动有关。正断层地堑式组合是最发育的组合样式,但以断陷边界主断层附近最多,其他地区相对较少,它们的断距、规模一般也比其他地区较大。②地垒式组合:由两条或数条走向平行、但倾向相反的正断层组成,多在基底隆起上方或凹凸转折带上方发育。③Y型或反Y型组合:倾向相对的两条正断层相交,其中往往有一条规模较大,另一条较小,该组合常发生在裂谷期主断层的延伸线上。④多米诺式组合:由一组走向平行、倾向相同的正断层组成,该类组合在坳陷期地层中也相对较发育(参见图5-55)。

(三)断层形成时代

在盆地的坳陷期地层中以泉头组内的断层数量最多,断裂走向以近南北、北北东及北北西向占优势,这些断层中的绝大部分向上延伸到青山口组下部,并对青山口组沉积有一定控制作用,因而可以推断它们主要形成于青山口组沉积期。可能是由于盆地沉降而伴生的侧向拉伸作用导致了在已形成的登娄库组和泉头组中产生大量正断层。这些断层的断距一般为10~100余米,最大断距不超过200m。

青山口组一嫩江组地层中,青山组口、姚家组地层中断层数量仅次干泉头组,嫩江组地层内断层相对不发育,这些断层走向以北东、近南北、北北西向为主,从它们切过姚家组向上进入嫩江组底部,可推断其主要形成于嫩江组一、二段沉积时期。

坳陷地层中还存在一定数量的北西向及少量北东向断层,从平面图上分析,这些断层主要集中分布在白垩纪末反转期形成的背斜核部。以大庆长垣较为发育,北西、北东向断裂多相伴出现,且北西向断裂多于北东向断裂。这些断裂与前述断裂不同,属后生断裂,是在盆地反转期挤压背景下派生的构造。

应用区为准噶尔盆地腹部石西-石南-莫北富含油气地区（图41）。该地区与整个盆地构造演化一样，由于受到海西、印支、燕山、喜马拉雅期等多期构造运动的影响，断裂比较发育。断裂在纵向上存在明显的分层性，可以划分为深层和浅层两套断裂系统（图42）。

图41 准噶尔盆地石南-石西-莫北地区位置图

4111 深层断裂系统

深层断裂系统为断开石炭系-三叠系的逆断裂，断层断距大（100～260 m），延伸距离长，为基底卷入型的高角度逆冲断层，形成于海西运动早、中期（图42），如，石西1井南断裂、石西2井北断裂、石003井南断裂、陆南1井断裂莫北断裂、莫索湾断裂等。这些断裂的断距一般较大，平面延伸距离较远，属于盆地内Ⅱ级断裂，其对盆地内次级构造单元、地层沉积和油气分布具有十分重要的控制作用，如，莫北断裂、石西1井南断裂以及陆南1井断裂对于莫北凸起的形成和发育具有重要的控制作用，莫北凸起正好属于中央隆起带的二级构造单元。

4112 浅层断裂系统

浅层断裂系统主要指形成于燕山运动时期，断开层位为三叠系（包括三叠系）以上地层的一系列正断层。浅层断裂系统的规模较深层断裂系统规模较小，断距也小（20～100 m），延伸长度短，浅层断层数量也较深层少，反映出盆地腹部地区从早到晚断裂活动强度有逐渐减弱的趋势。该断裂系统对侏罗系、白垩系构造圈闭形成和油气成藏具有重要控制作用。这些浅层断裂一般切割层位较少，有的仅仅在侏罗系内部发育，对侏罗系油气藏的形成起着重要的控制作用，因而将浅层断裂系统划分为Ⅲ级断裂。

本区深、浅层断裂体系的断裂走向明显受基岩古凸起展布方向所控制，以NNE-NE向为主，其次为NWW-NW向，还发育有少数规模较小的近SN和近EW向断裂。浅层侏罗系正断层倾向和走向均受深层石炭系—二叠系断层的控制，走向与深层断裂基本一致，倾向相反，在剖面上与深层断裂构成“Y”字形断裂组合（图42），或以不整合面相连，断裂具有继承性发育的特征，对油气的运移和聚集起着重要的控制作用，在平面上由于受二叠系以前基底雁列式构造格局继承性活动的影响，断裂分布呈雁列状（图43）。如，莫北地区侏罗系断裂的平面分布反映出该地区在侏罗纪时期，曾受到局部走滑作用力的影响。

图42 准噶尔盆地腹部地区深、浅层断裂系统地震解释剖面图

图43 准噶尔盆地腹部莫北地区浅层断裂系统分布图

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