哈爾濱師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院2011屆地質(zhì)學(xué)專業(yè)學(xué)士學(xué)位論文

1、<p>　　說 明</p><p>　　本表需在指導(dǎo)教師和有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)審查批準(zhǔn)的情況下，要求學(xué)生認(rèn)真填寫。</p><p>　　說明課題的來源（自擬題目或指導(dǎo)教師承擔(dān)的科研任務(wù)）、課題研究的目的和意義、課題在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　若課題因故變動(dòng)時(shí)，應(yīng)向指導(dǎo)教師提出申請(qǐng)，提交題目變動(dòng)論證報(bào)告。</p><

2、;p>　　學(xué) 士 學(xué) 位 論 文</p><p>　　題 目 斷層相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的判別方法</p><p>　　學(xué) 生 </p><p><b>　　指導(dǎo)教師 </b></p><p>　　年 級(jí) </p><p>　　專 業(yè) 地質(zhì)學(xué)<

3、;/p><p>　　系 別 地理系</p><p>　　學(xué) 院 地理科學(xué)學(xué)院</p><p><b>　　哈爾濱師范大學(xué)</b></p><p>　　2011年4月 斷層相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的判別方法</p><p>　　摘 要：斷層廣泛的發(fā)育于不同的構(gòu)造環(huán)境中，類型很多，形成機(jī)制

4、各異，大小差別極大，因此，研究的內(nèi)容、方法和手段各不相同，其中首要的環(huán)節(jié)就是識(shí)別、判斷斷層的存在并且給斷層分類。其中斷層相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的判別又是重中之重。</p><p>　　關(guān)鍵字：斷層位移 相對(duì)運(yùn)動(dòng) 斷層面 對(duì)盤 陡坎</p><p><b>　　一、斷層的相關(guān)概念</b></p><p>　　巖層受地應(yīng)力作用后發(fā)生破裂，在力的繼續(xù)作用下沿破

5、裂面兩側(cè)巖塊發(fā)生顯著相對(duì)位移的斷裂構(gòu)造，稱為斷層。它是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中廣泛發(fā)育的構(gòu)造形態(tài)。它大小不一、規(guī)模不等，小的不足一米，大到數(shù)百、上千千米。但都破壞了巖層的連續(xù)性和完整性。在斷層帶上往往巖石破碎，易被風(fēng)化侵蝕。沿?cái)鄬泳€常常發(fā)育為溝谷，有時(shí)出現(xiàn)泉或湖泊。</p><p>　　斷層由斷層面和斷盤構(gòu)成：</p><p>　　斷層面是巖塊沿之發(fā)生相對(duì)位移的破裂面。</p><p

6、>　　斷盤指斷層面兩側(cè)的巖塊，位于斷層面之上的稱為上盤，斷層面之下的稱為下盤，如斷層面直立，則按巖塊相對(duì)于斷層走向的方位來描述。</p><p>　　斷層兩側(cè)錯(cuò)開的距離統(tǒng)稱位移。按參考物的不同，有真位移和視位移之分，真位移是指斷層兩側(cè)相當(dāng)點(diǎn)錯(cuò)開的距離，即斷層面上錯(cuò)斷前的一點(diǎn)，錯(cuò)斷后分成的兩個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離，稱為總滑距；視位移是斷層兩側(cè)相當(dāng)層錯(cuò)開的距離，即錯(cuò)動(dòng)前的某一巖層，錯(cuò)斷后分成兩對(duì)應(yīng)層之間的距離，統(tǒng)稱

7、斷距。</p><p><b>　　二、斷層的分類</b></p><p>　　通常按斷層的兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為：</p><p>　　正斷層，是斷層上盤相對(duì)下盤沿?cái)鄬用嫦蛳禄瑒?dòng)的斷層。</p><p>　　上盤相對(duì)上升的稱為逆斷層。根據(jù)斷層傾角大小進(jìn)而分為高角度逆斷層和低角度逆斷層，他們之間以45°角為分界。&l

8、t;/p><p>　　兩盤沿?cái)鄬幼呦蜃飨鄬?duì)水平運(yùn)動(dòng)的是平移斷層，又稱走向滑動(dòng)斷層（簡(jiǎn)稱走滑斷層）。</p><p>　　另外還有如下的兩種常見分類方式：</p><p>　　按照斷層走向與所切巖層的走向方位的關(guān)系，斷層可分為：走向斷層、傾向斷層、斜向斷層、順層斷層。</p><p>　　依據(jù)斷層走向與褶皺軸向或區(qū)域構(gòu)造線之間的幾何關(guān)系[1]，斷層

9、可分為：縱斷層、橫斷層、斜斷層。</p><p><b>　　三、斷層的識(shí)別</b></p><p>　　地貌標(biāo)志：斷層活動(dòng)及其存在，通常在地貌上有明顯的表現(xiàn)，這些由斷層引起的地貌現(xiàn)象就成為了識(shí)別斷層的各種直接標(biāo)志。例如，斷層崖、斷層三角面、錯(cuò)斷的山脊、串胡狀湖泊洼地、泉水的帶狀分布、水系特點(diǎn)。</p><p>　　構(gòu)造標(biāo)志：任何線狀或面狀地質(zhì)

10、體，如地層和礦層等均順其走向延伸。如果這些線狀或面狀地質(zhì)體在平面或剖面上突然中斷、錯(cuò)開，不再連續(xù)，則說明了又?jǐn)鄬拥拇嬖?。?gòu)造活動(dòng)引起的構(gòu)造強(qiáng)化是斷層可能存在的重要依據(jù)，構(gòu)造強(qiáng)化有：①巖層產(chǎn)狀的急變和變陡；②節(jié)理化和劈理化窄帶的突然出現(xiàn)；③小褶皺的數(shù)目大幅增加，以及擠壓破碎和各種擦橫等現(xiàn)象。</p><p>　　巖漿活動(dòng)和礦化作用標(biāo)志：大斷層尤其是切割深度較大的大斷裂常常是熱液和巖漿運(yùn)移的通道和聚集場(chǎng)所，因此，如果

11、巖體礦化或者硅化等熱液蝕變帶沿一條線斷續(xù)分布，則常指示了大斷層或者大斷裂的存在。</p><p>　　地層標(biāo)志：地層標(biāo)志主要體現(xiàn)為地層的重復(fù)和缺失。</p><p>　　巖相和厚度標(biāo)志：某一地區(qū)的沉積層和厚度沿一條線兩側(cè)發(fā)生急劇變化，可能是斷層活動(dòng)的結(jié)果。</p><p>　　四、斷層相對(duì)位移方向的確定</p><p>　　斷層位移是斷層多次

12、滑動(dòng)的累積產(chǎn)物，包括著斷層成核、擴(kuò)展和連接的信息[2],因此，在分析并確定斷層兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)充分考慮其多變性。不過一條斷層的活動(dòng)性質(zhì)或一定階段的活動(dòng)性質(zhì)常常又具有穩(wěn)定性。這些運(yùn)動(dòng)總會(huì)在斷層面上或其兩盤留下一定的痕跡，如擦痕等。這些擦痕或伴生現(xiàn)象又成為分析判斷斷層兩盤運(yùn)動(dòng)的主要依據(jù)。</p><p><b>　　</b></p><p>　　常見的用于判別斷層兩盤

13、相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的方法有：</p><p>　　根據(jù)兩盤地層的新老關(guān)系</p><p>　　分析兩盤中地層的相對(duì)新老，有助于判斷兩盤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如圖所示：</p><p>　　圖1 走向斷層造成的地層重復(fù)和缺失圖示</p><p>　　對(duì)于走向斷層，上升盤一般出露老巖層，或老巖層出露盤為上升盤[圖1—（A）、（B）、（D）、（E）]。但，如果地層

14、倒轉(zhuǎn)，那么老巖層出路盤則是下降盤[圖1—（C）、（F）]。若兩盤中地層形變復(fù)雜，為一套強(qiáng)烈的擠壓褶皺，那么就不能簡(jiǎn)單地根據(jù)兩盤直接接觸的地層新老而判定相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如果橫斷層切過褶皺，對(duì)于背斜，上升盤核部變寬，下降盤核部變窄，對(duì)于向斜則剛好相反。</p><p><b>　　（二）牽引構(gòu)造</b></p><p>　　牽引構(gòu)造是斷層兩盤沿?cái)鄬用孀飨鄬?duì)滑動(dòng)時(shí)，斷層附近的巖層

15、因受斷層面摩擦力拖曳而產(chǎn)生的弧形彎曲現(xiàn)象，又稱為牽引褶皺。通常情況認(rèn)為，這是兩盤相對(duì)錯(cuò)動(dòng)巖層拖曳的結(jié)果，并且以褶皺弧形彎曲的突出方向指示本盤的運(yùn)動(dòng)方向[圖2]。</p><p>　　圖2 斷層帶中的牽引及其指示的兩盤滑動(dòng)方向</p><p>　　近些年來許多學(xué)者對(duì)牽引構(gòu)造詳細(xì)研究后提出，假設(shè)“牽引”褶皺是兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程引起的，則意味著斷層發(fā)生時(shí)的脆性形變過程在先而塑性彎曲在后，這與一般變

16、形發(fā)育的過程是矛盾的。所以有人提出了可能是先繞曲而后發(fā)生斷層的觀點(diǎn)[3]。</p><p>　　一般來說，變形越強(qiáng)烈牽引褶皺愈閉合。為了準(zhǔn)確的利用牽引褶皺，應(yīng)該在平面上和剖面上同時(shí)觀察，并且結(jié)合兩盤運(yùn)動(dòng)的其他特征，以做出斷層兩盤相對(duì)滑動(dòng)的相對(duì)較準(zhǔn)確結(jié)論。</p><p>　　除正常的牽引構(gòu)造以外，還有一種逆牽引構(gòu)造，或稱為反牽引構(gòu)造。這種構(gòu)造牽引的彎曲形態(tài)與正常的恰好相反，即弧形彎曲突出方

17、向指示對(duì)盤方向。</p><p><b>　?。ㄈ┎梁酆碗A步</b></p><p>　　擦痕和階步是斷層兩盤相對(duì)錯(cuò)動(dòng)在斷層面上因摩擦等作用留下的痕跡。擦痕是一組比較均勻的平行細(xì)紋。在硬而脆的巖石中，擦痕面被磨光和重結(jié)晶，有時(shí)候附有硅質(zhì)、鐵質(zhì)或碳酸鹽質(zhì)等薄膜，以至光滑如鏡面而叫做摩擦鏡面。</p><p>　　擦痕 斷層兩盤巖石被磨碎的巖屑

18、和巖粉在斷層面上刻劃的一組比較均勻的平行細(xì)紋。有時(shí)表現(xiàn)為一端粗而深，另一端細(xì)而淺。由粗而深端向細(xì)而淺端一般指示對(duì)盤運(yùn)動(dòng)方向。如果用手指順擦痕輕輕撫摸，可以感覺到順一個(gè)方向比較光滑，反向比較粗糙，感覺光滑的方向指示了對(duì)盤的運(yùn)動(dòng)方向[4]。</p><p>　　階步 在斷層滑動(dòng)面上常有與擦痕直交的微細(xì)陡坎，這種微細(xì)的陡坎稱為階步?？哺卟蛔阋缓撩谆驇缀撩?。階步延長(zhǎng)方向與斷層兩盤相對(duì)錯(cuò)動(dòng)方向垂直，順下坎面方向撫摸，手感

19、光滑，這時(shí)手動(dòng)的方向代表另一巖盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向。在斷層滑動(dòng)面上有時(shí)可以看到一片片纖維狀礦物晶體，如纖維狀石英、纖維狀方解石以及綠簾石、葉臘石等。它們是在兩盤錯(cuò)動(dòng)過程中，在相鄰兩盤逐漸分開時(shí)生長(zhǎng)的纖維狀晶體，這類纖維狀晶體稱為擦抹晶體，許多擦痕實(shí)際上就是十分細(xì)微的擦抹晶體。斷層滑動(dòng)過程中，各種纖維狀晶體通常被橫向張裂隙拉斷而形成一系列微小階梯狀斷口和微細(xì)陡坎（即階步），陡坎指示對(duì)盤運(yùn)動(dòng)方向[圖3—A、3—B]。</p>&

20、lt;p>　　階步一直作為判斷斷層兩盤運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志，在運(yùn)用的這些年中取得了良好的效果。但1958年帕特森（Paterson）提出了異議，他根據(jù)一系列的實(shí)驗(yàn)證明，某些斷層面上的小陡坎并不面向?qū)ΡP運(yùn)動(dòng)方向，而是指示本盤的運(yùn)動(dòng)方向。即與上述的階步指示的位移方向相反，這樣的小陡坎稱其為反階步。反階步是次級(jí)剪切羽列橫斷的結(jié)果[圖3—B、圖4]。進(jìn)一步的研究確認(rèn)，在斷層面形成初期生產(chǎn)的小陡坎都屬于反階步，隨著斷層兩盤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，初始形成<

21、/p><p>　　的反階步大都被磨失了，保留在斷層面上的陡坎主要是斷層發(fā)育晚期形成的正階步。</p><p>　　圖3 斷層面上的階步和反階步</p><p>　?。ˋ）由摩擦形成的正階步 （B）由羽列剪裂隙形成的反階步</p><p><b>　　圖4 反階步</b></p><p>　　河北遵化震

22、旦系白云質(zhì)灰?guī)r斷層面上的小陡坎，陡坎為橫斷的刺激剪切羽列，</p><p>　　陡坎面向本盤滑動(dòng)方向，為反階步</p><p>　　擦痕和階步是判析斷裂兩盤相對(duì)活動(dòng)特這最為直觀的構(gòu)造標(biāo)志，斷裂帶內(nèi)的擦痕和階步往往是復(fù)雜多變的。同一斷裂空間的不同部位，亦或同一部位都會(huì)發(fā)育不同方向的擦痕（甚至是相互疊加、穿切），它們即可是斷裂先后期多次活動(dòng)的產(chǎn)物，也可以是同周期活動(dòng)過程中由斷裂產(chǎn)狀的改變以及局

23、部應(yīng)力—應(yīng)變狀態(tài)的變化等原因?qū)е耓6] [7]。因此，不能僅僅以擦痕指示的方向代表總的運(yùn)動(dòng)方向，也不能根據(jù)斷層面上有不同方向的擦痕，就輕易作出發(fā)生了兩次或者多次運(yùn)動(dòng)的結(jié)論。</p><p><b>　?。ㄋ模┯馉罟?jié)理</b></p><p>　　在斷層兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程中，斷層一盤或兩盤的巖石中常常產(chǎn)生羽狀排列的張節(jié)理和剪節(jié)理。這些與主斷層斜交的派生節(jié)理，交角的大小引

24、派生節(jié)理的力學(xué)性質(zhì)不用而有差異。羽狀張節(jié)理與主斷層常成45°角相交，羽狀張節(jié)理與主斷層所交銳角指示節(jié)理所在盤的運(yùn)動(dòng)方向[圖5]。</p><p>　　斷層派生的節(jié)理除羽狀張節(jié)理外，還可能有兩組剪節(jié)理[圖5中S1、S2]，一組與斷層面成小角度相交，交角一般在15°以下，即為內(nèi)摩擦角的一半；另一組與斷層成大角度相交或直角。小角度相交的一組節(jié)理，與斷層所交銳角指示本盤的運(yùn)動(dòng)方向。斷層派生的兩組剪節(jié)理

25、特別是大角度相交的一組產(chǎn)狀較不穩(wěn)定，發(fā)育不好，不易用來判斷斷層兩盤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。</p><p>　　圖5 斷層及其派生節(jié)理和小褶皺示意圖 圖6 根據(jù)斷層帶中標(biāo)志層角礫的分布推斷</p><p>　　F 主斷層；σ1 派生應(yīng)力場(chǎng)主壓應(yīng)力軸； 斷層兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)示意圖</p><p>　　σ3派生應(yīng)力

26、場(chǎng)主張應(yīng)力軸；S1、S2 剪節(jié)理；</p><p>　　T 張節(jié)理；D 小褶皺軸面</p><p>　?。ㄎ澹鄬觾蓚?cè)小褶皺</p><p>　　由于斷層兩盤的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，斷層兩側(cè)巖層有時(shí)形成復(fù)雜緊閉的小褶皺。這些小褶皺軸面與主斷層常成小角度相交，所交銳角指示對(duì)盤運(yùn)動(dòng)方向[圖5]。</p><p><b>　?。鄬咏堑[巖<

27、/b></p><p>　　斷層運(yùn)動(dòng)時(shí),使兩盤巖石發(fā)生壓碎、破裂、剪切等變化,產(chǎn)生一類由棱角狀碎屑組成的構(gòu)造角礫巖。根據(jù)它的交切關(guān)系和斷層泥的出現(xiàn)或有擦痕的斷塊等可對(duì)其做出判斷[8]。斷層切割并銼碎某一標(biāo)志性巖層或礦層，根據(jù)該層角礫在斷層帶內(nèi)的分布可以推斷斷層兩盤的相對(duì)位移方向，如圖6所示上盤上升。有時(shí)斷層角礫成規(guī)律排列，這些角礫的XY面與斷層所夾銳角指示對(duì)盤運(yùn)動(dòng)方向。</p><p&g

28、t;　　以上主要討論了斷層兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)的各種標(biāo)志。需要指出的是，斷層運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜多變的，常常是多期次的，先期活動(dòng)留下的各種現(xiàn)象，常被后期活動(dòng)所破壞、疊加、改造、磨失，最后只留下最后一次或改造過的遺跡。因此，在利用以上的各種標(biāo)志對(duì)斷層相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的判</p><p>　　別的時(shí)候，需要進(jìn)行綜合考慮、統(tǒng)計(jì)分析并相互印證從而得出最終結(jié)論。再根據(jù)斷層面產(chǎn)狀和兩盤相對(duì)滑動(dòng)，來確定目標(biāo)斷層是正斷層、逆斷層或是平移斷層。<

29、/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 曾佐勛 樊光明：構(gòu)造地質(zhì)學(xué)（第三版），中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2008年8月第3期。</p><p>　　[2] 單業(yè)華 李志安 何舸：利用斷層位移模式確定斷層發(fā)育史的一種方法，石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，第25卷第1期2003年2月。</p><p>　　[3] Sp

30、encer E W.：地球構(gòu)造導(dǎo)論，朱志澄等譯，北京地質(zhì)出版社，1981。</p><p>　　[4] 鄧錫秧 徐杰：初論斷層擦痕和階步的運(yùn)用，南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1982-01-21。</p><p>　　[5] Billings M P.：構(gòu)造地質(zhì)學(xué)，張炳熹等譯，北京地質(zhì)出版社，1959。</p><p>　　[6] 張壽庭等：論控礦斷裂力學(xué)性質(zhì)判析的若

31、干問題，地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，1997,3（3）：68-73。.</p><p>　　[7] 張壽庭 李忠權(quán) 汪峰：斷裂多期活動(dòng)及其擦痕特征研究，成都理工學(xué)院學(xué)報(bào)，第25卷第3期1998年7月。</p><p>　　[8] 徐世芳 李博：地震學(xué)辭典，地震出版社，2000年08月。</p><p>　　RELATIVE MOTION OF THE FAULT DIRECTIO

32、N DISCRIMINATION METHOD</p><p>　　Abstract: Extensive fault developed in different tectonic environments, many types of formation mechanism and sizes vary widely, so study the contents, methods and means are

33、different, the first part of which is to identify, determine the presence of faults and give Fault classification. Which determine the direction of relative movement of the fault is most important.</p><p>