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断层类型及特征-工程地质与水文地质

时间:2023-10-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:破碎带是指两侧为断层面所限制的岩石强烈破坏部分,常由断层角砾岩、糜棱岩、断层泥等动力变质岩组成。(二)断层的基本类型根据断层两盘相对位移情况,断层可分为正断层、逆断层和平移断层三种基本类型。逆断层一般发育在强烈地壳运动的地区,由挤压力作用而形成,上盘岩块被挤压上升重叠在下盘岩层之上。否则,会把地层的不整合接触、岩层的自然尖灭等现象误认为是断层。

断层类型及特征-工程地质与水文地质

(一)断层要素

断层的组成部分叫断层要素(图2-16)。一般断层的基本要素有断层面、断层线、断层带、断盘及断距等。

图2-16 断层要素图

ab—断距;e—断层破碎带;f—断层影响带

图2-17 断层带

A—断层影响带碎裂硅质白云岩;B—断层破碎带角砾岩和构造岩;Z—震旦系白云岩;CP—石炭二叠系砂页岩

(1)断层面是岩层断裂错开的面。断层面上常有擦痕,它可以是平面,也可以是弯曲的或波状起伏的面;可以是直立的,但大多是倾斜的。断层面的空间位置用产状要素来表示。

(2)断层线是指断层面与地面的交线。它表示断层在地面的延伸方向。

(3)断层带包括断层破碎带和影响带。较大规模的断层,不是沿着一个简单的破裂面发生,而往往是沿着一个错动带发生,即由几个甚至很多个大致互相平行的破裂面组成,破裂面之间的岩层十分破碎,从而形成具有一定宽度的断层破碎带,其宽度从数厘米到数十米不等。破碎带是指两侧为断层面所限制的岩石强烈破坏部分,常由断层角砾岩、糜棱岩、断层泥等动力变质岩组成。在断层破碎带一侧或两旁的一定宽度范围内,受断层影响裂隙发育或岩层发生牵引弯曲的部分,叫断层影响带,由压碎岩和碎块岩等组成。一般断层面上面这一侧的影响带要宽一些(图2-17)。

(4)断盘是位于断层面两侧的岩块。如果断层面是倾斜的,则位于断层面以上的岩块叫上盘,反之称下盘。如果断层面是直立的,则往往以方向来说明,如断层的东盘或西盘、左盘或右盘等。还可以根据断层面两侧岩块运动方向分为上升盘和下降盘。

(5)断距是断层两盘沿断层面相对错开的距离。在实际位移方向上的距离称总断距,其水平分量为水平断距,垂直分量为垂直断距。

(二)断层的基本类型

根据断层两盘相对位移情况,断层可分为正断层、逆断层和平移断层三种基本类型。

(1)正断层上盘沿断层面相对下降,下盘相对上升,如图2-18(a)。这种断层通常是受到张力或重力作用而形成的,断层面较陡,多在45°以上,断层面很少见到大片擦痕。在断层两盘之间往往是破碎带,由断层角砾岩组成。

图2-18 断层类型示意图

(a)正断层;(b)逆断层;(c)平移断层

图2-19 断层的组合类型

(a)地垒、地堑和阶梯式;(b)叠瓦式

(2)逆断层上盘沿断层面相对上升,下盘相对下降,如图2-18(b)。逆断层一般发育在强烈地壳运动的地区,由挤压力作用而形成,上盘岩块被挤压上升重叠在下盘岩层之上。断层面呈舒缓波状,其上往往有擦痕。由于岩层所受挤压力大,所以破碎带中岩屑较多,岩石破碎成片状,并使一些岩块呈透镜体被包裹在破碎带中。根据断层面的倾角,逆断层可分为三种:断层面倾角大于45°的叫冲断层;在45°~25°之间的叫逆掩断层;小于25°的叫辗掩断层。逆掩断层和辗掩断层常是规模很大的区域性断层。

(3)平移断层两盘沿断层面作相对水平移动。它是在水平挤压力作用下,岩层被剪切破裂而形成的,如图2-18(c)。断层面一般平直光滑,有时好象镜面,并有较多的水平擦痕。破碎带中有大量的由岩石碾磨而成粉末状物质所组成的断层泥。

(三)断层的组合类型

在自然界,断层往往不是单独存在,而是成群出现,许多断层排列在一起形成不同的组合形式,常见的有:

(1)地垒由两条正断层组合而成,中间岩块上升,两边岩块相对下降,如图2-19(a)。

(2)地堑由两条正断层组合而成,中间岩块下降,两边岩块相对上升,如图2-19(a)。

(3)阶梯式断层由两条或两条以上倾向相同,而又互相平行的正断层组合而成,其上盘岩块依次下降呈阶梯状,如图2-19 (a)。

(4)叠瓦式构造由一系列大致平行,且倾斜相似的逆断层组合而成,其上盘岩块依次向上冲掩,呈叠瓦式排列,如图2-19 (b)。(www.xing528.com)

地垒和地堑常常共生,两个地堑之间一定是地垒;在两个地垒之间就是地堑。大规模地垒和地堑的形成,往往与区域性地壳的隆起和陷落有关。在地形上,地堑常造成狭长的凹陷地带,如我国山西汾河与陕西渭河河谷就是地堑构造;而地垒多构成块状山地,如天山、阿尔泰山等都有地垒式构造。

(四)断层的野外识别

岩层发生断裂以后,不仅改变了原有地层的分布规律,还常在断层带形成各种伴生构造,而且影响了地形地貌。因此,在野外可以根据这些标志来识别断层。

1.地层特征

地层的缺失、重复和中断是判别断层存在的可靠证据之一。

(1)地层的重复和缺失当断层走向大致平行地层走向时,由于断层两盘的相对升降,可造成地层缺失及变窄,或造成地层不对称重复出现及变宽。它取决于断层两盘的相对运动关系及断层面和岩层产状的相互关系,如图2-20 所示。

图2-20 断层造成的地层重复、缺失

(a)地层缺失(正断层);(b)地层重复(逆断层)

图2-21 断层造成地层中断、缺失和重复出露现象

(a)平面图;(b)剖面图

(2)地层的中断当断层走向与地层走向垂直或斜交时,无论是正断层、逆断层,还是平移断层,在野外追索某一地层都会出现突然中断,使不同时代或不同岩性的地层顺走向突然接触,而且在剖面图上也都可表现为地层的相对升降和错开,如图2-21 所示。

应用上述地层标志识别断层时,要注意与岩层的不整合接触而造成的地层缺失和由褶皱所造成的地层对称重复现象区别开来。否则,会把地层的不整合接触、岩层的自然尖灭等现象误认为是断层。

2.伴生构造现象

断层的伴生构造是断层在发生、发展过程中所留下的形迹,常见的有断层面上的擦痕、岩层的牵引褶曲和断层带的构造岩等,它们是识别断层的又一重要标志。

(1)断层面上的擦痕由于断层两盘的相对移动和摩擦作用,在滑移面上产生一条条彼此平行密集的微细刻槽,这些刻槽称为擦痕(图2-22)。顺擦痕方向用手抚摸,感到光滑的方向即为擦痕对盘岩块的移动方向。另外,在擦痕的一端常有与滑动方向垂直的小阶梯称为阶步,它是两盘错动时被拉断而形成的,其阶面所对的方向即为对盘的移动方向。

(2)岩层的牵引褶曲是指断层两盘在相互移动时,断层带两侧的岩层因受其影响而形成的小弯曲(图2-23)。一般情况下,牵引褶曲在柔性岩层和薄层岩石中易于形成,厚层岩石中则少见。根据牵引褶曲的弯曲方向,可以判断两盘相对位移的方向。

图2-22 南京幕府山断层擦痕

图2-23 断层两侧的牵引弯曲现象

图2-24 西岳华山北侧的断层三角面

(3)断层带的构造岩在断层带(包括破碎带和影响带)内因受构造作用所产生的动力变质岩,统称构造岩。除断层角砾岩外,它还包括断层泥、糜棱岩、压碎岩、片状岩等。

3.地形、水文和植被上的标志

大的断层可使地形地貌形态发生突然变化,如高山突然变为平原,连续的山脊突然中断或错开位置,山脊垭口的出现,大冲沟的形成等。此外,断层的上升盘可以突出地表形成悬崖,叫做断层崖。断层崖因受垂直于断层面的流水侵蚀而形成V型谷,谷与谷之间形成的三角面,叫断层三角面(图2-24)。假如山前有一系列三角面存在,则很可能有断层存在。

断层还可以影响地表水和地下水的分布和流动方向。如河流突然改变方向,支流以直角注入干流,成线状分布的一系列湖泊泉水等。著名的北京玉泉山泉水就是出现在石炭二叠系煤系地层与奥陶系石灰岩接触的断层线上。云南东部的草海、阳宗海、滇池、抚仙湖等大小几十个湖泊,都是沿着滇东大断裂分布的。

植物分布的特点,有时也可以作为分析断层存在的一种标志。如有时沿断裂带两侧因岩性不同而生长着不同的植物群落,有时在断层带内因水分较充足,生长着喜湿的高大植物等等。

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