第七章断层 本章要点：断层的几何要素、断距、正断层、逆断层及平移断层的特征和组合形式、断 层岩、断层的识别和位移方向的确定。 岩石因受力而破裂，沿破裂面两侧岩块有明显位移的断裂构造叫断层。断层与节理均为 地壳浅层中发有的断裂构造，节理以岩石沿破裂面没有发生明显的相对位移或仅有微量位移 区别于断层。断层和节理就其力学性质而言，并无本质上的差别，断层往往是节理进一步发 展而形成的。 断层在地壳中分布很广泛，但其规模差异很大。大至成百上千公里，小至用显微镜才能 观察研究。在垂向上，往地下深处随若温度、压力的增高，岩石由脆性变为韧性，致使地壳 岩石中的断裂表现出层次性。即浅层次为脆性断裂，形成脆性断层，简称新层：在深层次则 形成韧性断层（或称韧性剪切带）。 第一节断层的几何要素 断层的几何要素：是指断层的组成部分及与阐明断层空间位置和运动性质有关的具有几 何意义的要素。它包括以下几种。 1.断层面 断层面：是将岩体断开，被断岩块沿着它滑动的破裂面。它是一种面状构造。它在局部 地段可以是平面，但在较大范围内通常是不规则的曲面。和岩层产状一样，断层面的产状也 用走向、倾向和倾角来表示。 断层破碎带：规模较大的断层的断层面常由一系列断裂面和次级破裂面组成的断层破碎 带。 断层线：断层面与地面的交线叫断层线，它是断层面在地表的出露线。和岩层的地质界 线一样，断层线的形态受地形、断层面产状的影响，其影响方式完全和“V”字型法则相同。 因此，在大比例尺地质图上，可用“V”字型法则间接测定断层面的产状。 2.断盘 断盘：是在断层面两侧并沿断层面发生明显位移的岩块。 断层的上盘和下盘：如果断层面是倾斜的，则位于断层面上侧的一盘为断层的上盘，位 于断层面下侧的一盘为断层的下盘。如果断层面是直立的，则可按断盘相对于断层线的方位 来描述，如北东盘、南西盘、东盘、西盘等等，并无上、下盘之分。 上升盘和下降盘：根据断层两盘的相对滑动方向，将相对上升的一盘叫上升盘，而相对 下降的一盘叫下降盘 3.位移 断层两盘岩块的相对运动既有直线运动，又有旋转运动。在直线运动中，两盘作相对的 平直滑动而无旋转：在旋转运动中，两盘以断层面的某法线为轴作旋转运动。断层常常作这 两种运动的综合运动，但多数断层都以直线运动为主。断层规模越大，直线运动所占的比例 越大。见图T-1断层位移图
第七章 断层 本章要点：断层的几何要素、断距、正断层、逆断层及平移断层的特征和组合形式、断 层岩、断层的识别和位移方向的确定。 岩石因受力而破裂，沿破裂面两侧岩块有明显位移的断裂构造叫断层。断层与节理均为 地壳浅层中发育的断裂构造，节理以岩石沿破裂面没有发生明显的相对位移或仅有微量位移 区别于断层。断层和节理就其力学性质而言，并无本质上的差别，断层往往是节理进一步发 展而形成的。 断层在地壳中分布很广泛，但其规模差异很大。大至成百上千公里，小至用显微镜才能 观察研究。在垂向上，往地下深处随着温度、压力的增高，岩石由脆性变为韧性，致使地壳 岩石中的断裂表现出层次性。即浅层次为脆性断裂，形成脆性断层，简称断层；在深层次则 形成韧性断层（或称韧性剪切带）。第一节 断层的几何要素 断层的几何要素：是指断层的组成部分及与阐明断层空间位置和运动性质有关的具有几 何意义的要素。它包括以下几种。 1．断层面 断层面：是将岩体断开，被断岩块沿着它滑动的破裂面。它是一种面状构造。它在局部 地段可以是平面，但在较大范围内通常是不规则的曲面。和岩层产状一样，断层面的产状也 用走向、倾向和倾角来表示。 断层破碎带：规模较大的断层的断层面常由一系列断裂面和次级破裂面组成的断层破碎 带。 断层线：断层面与地面的交线叫断层线，它是断层面在地表的出露线。和岩层的地质界 线一样，断层线的形态受地形、断层面产状的影响，其影响方式完全和“v”字型法则相同。 因此，在大比例尺地质图上，可用“V”字型法则间接测定断层面的产状。 2．断盘 断盘：是在断层面两侧并沿断层面发生明显位移的岩块。 断层的上盘和下盘：如果断层面是倾斜的，则位于断层面上侧的一盘为断层的上盘，位 于断层面下侧的一盘为断层的下盘。如果断层面是直立的，则可按断盘相对于断层线的方位 来描述，如北东盘、南西盘、东盘、西盘等等，并无上、下盘之分。 上升盘和下降盘：根据断层两盘的相对滑动方向，将相对上升的一盘叫上升盘，而相对 下降的一盘叫下降盘。 3．位移 断层两盘岩块的相对运动既有直线运动，又有旋转运动。在直线运动中，两盘作相对的 平直滑动而无旋转；在旋转运动中，两盘以断层面的某法线为轴作旋转运动。断层常常作这 两种运动的综合运动，但多数断层都以直线运动为主。断层规模越大，直线运动所占的比例 越大。见图 7-1 断层位移图
图7一1断层位移图 (据M.P.Billings) ()断层位移立体图：(B)垂直于被错断岩层走向的部面图：(C)垂直于断层走向的剂面图 ab一总滑距，c一走向滑距，cb一倾斜滑距，am一水平滑距；hb0、h'。‘一地层断距： g、h‘g一铅直地层断距：hr、h‘T'一水平地层断距：Q一地层真领角：w一地层视倾角 4.滑距（总滑距）：断层两盘的实际位移距离叫滑距。 从理论上讲，它是指在断层错动前的某一点，错动后分成的两个点（即相当点）之间的 实际距离（图7一1中b),又称总滑距。 走向滑距：总滑距在断层走向线上的分量叫走向滑距。（图7一1中aC) 倾斜滑距：总滑距在断层倾斜线上的分量叫倾斜滑距（图7一1中cb)。 但在实际工作中，很难找到真正的相当点，因此，一般采用寻找相当层来近似测算断层 的位移。 相当层：断层错动前的同一岩层，错动后被分为两个对应层，这种在断层两盘上的对应 层叫相当层。 5.断距：相当层之间的距离称断距。不同方位剖面上的断距值不同。 (1)在垂直于被错断岩层走向的剖面上（图7一1B),可测得以下三种撕距 地层断距：断层两盘对应层之间的垂直距离（图7一1B之ho)。 铅直地层断距：断层两盘对应层之间的铅直距离（图7一1B之g)。在石油钻探中，当 直井穿过逆断层时，在断层面上、下两个对应的岩层面之间的进尺数之差，就是铅直地层断 距，现场工作中称为“落差”。 水平地层断距：断层两盘相当层之间的水平距离（图7一1B之hf),又称水平错开。 以上三种断距构成一定直角三角形关系，即图7一1B之△hof,其中a为岩层倾角。若
图 7—1 断层位移图 （据 M.P.Billings） (A) 断层位移立体图；(B)垂直于被错断岩层走向的剖面图； (C)垂直于断层走向的剖面图 ab—总滑距; ac—走向滑距; cb—倾斜滑距; am—水平滑距; ho、hˊoˊ—地层断距; hg、hˊgˊ—铅直地层断距; hf、hˊfˊ—水平地层断距; α—地层真倾角; ω—地层视倾角 4．滑距（总滑距）：断层两盘的实际位移距离叫滑距。 从理论上讲，它是指在断层错动前的某一点，错动后分成的两个点（即相当点）之间的 实际距离（图 7－1 中 ab），又称总滑距。 走向滑距：总滑距在断层走向线上的分量叫走向滑距。(图 7—1 中 ac) 倾斜滑距：总滑距在断层倾斜线上的分量叫倾斜滑距（图 7－1 中 cb）。 但在实际工作中，很难找到真正的相当点，因此，一般采用寻找相当层来近似测算断层 的位移。 相当层：断层错动前的同一岩层，错动后被分为两个对应层，这种在断层两盘上的对应 层叫相当层。 5．断距：相当层之间的距离称断距。不同方位剖面上的断距值不同。 （1）在垂直于被错断岩层走向的剖面上（图 7—1B），可测得以下三种断距： 地层断距：断层两盘对应层之间的垂直距离（图 7—1B 之 ho）。 铅直地层断距；断层两盘对应层之间的铅直距离（图 7—1B 之 hg）。在石油钻探中，当 直井穿过逆断层时，在断层面上、下两个对应的岩层面之间的进尺数之差，就是铅直地层断 距，现场工作中称为“落差”。 水平地层断距：断层两盘相当层之间的水平距离（图 7—1B 之 hf），又称水平错开。 以上三种断距构成一定直角三角形关系，即图 7—1B 之Δhof，其中α为岩层倾角。若
己知岩层倾角和上述三种断距中的任一种断距，即可求出其它两种断距。 平错和落差：是在矿山开采的实际工作中，为便于设计竖井和水平巷的长度，在垂直于 岩层走向的剖面上常常采用的断距术语。如图7一2 (A) B 图7一2断层的平错和落差（垂直于岩层走向剂面） Q为岩层倾角 (2)在垂直于断层走向的剖面上（图7一1C),可测得与垂直于岩层走向剖面上相当的 各种断距，即h'。'、h‘g'、h‘f 同一岩层，当岩层走向与断层走向一致时，这三种断距值在两种剖面上均相等：当岩层 走向与断层走向不一致时，除铅直地层断距在两个剖面上相等外，其余断距值不相等。即图 7-1(B)中的ho、hg、hf都小于在图7-1(C)中测得的数值h‘。'、h'g'、h'f'.因 为a(地层真倾角)>(地层视倾角)，故在△hog、△hof与△h''g'、△h''f 中，仅hg=h'g',而ho<h‘o(视地层断距)，hf<h'f(视水平断距)。 第二节断层的分类 断层的分类是一个涉及因素较多的问题，比如断层与地层产状之间的关系、断层两盘相 对运动方向、断层本身产状特征等，目前广泛使用的是几何分类和成因分类。现仅就常用的 几何分类加以介绍： 一、断层的几何关系分类 (一)据断层走向与所在岩层走向的关系划分： 1.走向断层：断层走向和岩层走向基本一致。 2.倾向断层：断层走向和岩层走向基本垂直 3.斜向断层：断层走向和岩层走向斜交。 4.顺层断层：断层面与岩层层面基本一致。 (二)根据断层走向和韬皱轴向（或区域构造线）的关系划分（图7一3）：
已知岩层倾角和上述三种断距中的任一种断距，即可求出其它两种断距。 平错和落差：是在矿山开采的实际工作中，为便于设计竖井和水平巷的长度，在垂直于 岩层走向的剖面上常常采用的断距术语。如图 7—2 图 7—2 断层的平错和落差（垂直于岩层走向剖面） α为岩层倾角 （2）在垂直于断层走向的剖面上（图 7—1C），可测得与垂直于岩层走向剖面上相当的 各种断距，即 hˊoˊ、hˊgˊ、hˊfˊ。 同一岩层，当岩层走向与断层走向一致时，这三种断距值在两种剖面上均相等；当岩层 走向与断层走向不一致时，除铅直地层断距在两个剖面上相等外，其余断距值不相等。即图 7—1（B）中的 ho、hg、hf 都小于在图 7—1（C）中测得的数值 hˊoˊ、hˊgˊ、hˊfˊ。因 为α（地层真倾角）>ω（地层视倾角），故在△hog、△hof 与 △h′o′g′、△h′o′f′ 中,仅 hg = h′g′,而 ho < hˊoˊ（视地层断距）,hf < hˊfˊ（视水平断距）。 第二节 断层的分类 断层的分类是一个涉及因素较多的问题，比如断层与地层产状之间的关系、断层两盘相 对运动方向、断层本身产状特征等，目前广泛使用的是几何分类和成因分类。现仅就常用的 几何分类加以介绍： 一、断层的几何关系分类 （一）据断层走向与所在岩层走向的关系划分： 1．走向断层：断层走向和岩层走向基本一致。 2．倾向断层：断层走向和岩层走向基本垂直。 3．斜向断层：断层走向和岩层走向斜交。 4．顺层断层：断层面与岩层层面基本一致。 （二）根据断层走向和褶皱轴向（或区域构造线）的关系划分（图 7—3）：
图7一3根据斯层走向和霜皱轴向（或区域构造线）的关系分类 F一纵断层：F一横断层下一，斜断层 1.纵断层：断层走向和褶皱轴向或区域构造线方向基本一致 2.横断层：断层走向和帮皱轴向或区域构造线方向近于直交。 3.斜断层：断层走向和褶皱轴向或区域构造线方向斜交。 二、根据断层两盘的相对位移关系分类 1.正断层：上盘相对下降，下盘相对上升的断层。图7一4(A) 2.逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降的断层（图7一4(B) 3.平移断层：断层两盘沿断层面走向方向作水平位移，规模巨大的平移断层叫做走向 滑动断层。图7一4(C) 幻 A (B (E 图7一4按断层两盘相对运动划分的断层和组合性金名断层 (A)正断层：(B)逆断层：(C)平移断层： (D逆一平移断层 (E)正一平移断层：断层面上的线条代表滑动方向 许多断层的两盘并不完全顺断层面的走向或领向滑动，而是斜向滑动的，因此兼具有正 (逆)一平移的双重性质。对这类断层采用复合命名法命名，如正一平移断层、逆一平移 断层、平移一逆断层等复合名称，复合名称的后者表示主要运动分量，即复合命名通常是以 后者为主，前者为辅的原则来进行命名的。图7一4(D)(E) 正、逆、平移断层的两盘相对运动都是直移运动，但自然界中还有许多断层常常有一定 程度的旋转运动
图 7—3 根据断层走向和褶皱轴向（或区域构造线）的关系分类 F1—纵断层； F2—横断层 F—3斜断层 1．纵断层：断层走向和褶皱轴向或区域构造线方向基本一致。 2．横断层：断层走向和褶皱轴向或区域构造线方向近于直交。 3．斜断层：断层走向和褶皱轴向或区域构造线方向斜交。 二、根据断层两盘的相对位移关系分类 1．正断层：上盘相对下降，下盘相对上升的断层。图 7—4（A） 2．逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降的断层（图 7—4（B） 3．平移断层：断层两盘沿断层面走向方向作水平位移，规模巨大的平移断层叫做走向 滑动断层。图 7—4（C） 图 7—4 按断层两盘相对运动划分的断层和组合性命名断层 （A） 正断层； （B）逆断层； （C）平移断层； （D）逆—平移断层； （E）正—平移断层；断层面上的线条代表滑动方向 许多断层的两盘并不完全顺断层面的走向或倾向滑动，而是斜向滑动的，因此兼具有正 （逆）—平移的双重性质。对这类断层采用复合命名法命名，如正—平移断层、逆—平移 断层、平移—逆断层等复合名称，复合名称的后者表示主要运动分量，即复合命名通常是以 后者为主，前者为辅的原则来进行命名的。图 7—4 （D）（E） 正、逆、平移断层的两盘相对运动都是直移运动，但自然界中还有许多断层常常有一定 程度的旋转运动
4.枢纽断层：断层两盘不是作直线位移，而是具有明显的旋转性，这种断层叫做枢纽 断层。其显著的特点是在同一断层的不同部位的位移量不等。断层的旋转有两种方式：一是 旋转轴位于断层的一端，表现为在横切断层走向的各个剖面上的位移量不等，见图7一5(A): 另一种是旋转轴位于断层的中间，表现为旋转轴两侧的相对位移方向不同，一侧为上盘上升， 另一侧则为上盘下降，图7一5(B)。 图7一5两种旋转的枢纽断层 5.顺层断层：是顺着层面、不整合面等先存面滑动的断层。当层间滑动达到一定的规 模并具有明显的断层特征时，则形成顺层断层。顺层断层一般顺软弱层发有，断层面与原生 面基本一致。 前文提到断层面，尤其是大的断层其新面一般不会是一个平面，与我们在教科书中用块 状图表示的大相径庭，实际往往很复杂。一条断层往深部追索，时而切层，遇到软弱岩层， 有一段顺层，然后又切层下延的情况并不少见。初学者切莫把块状图中的形象看成放之四海 皆准的模型。 三、根据断层面倾角的大小，逆断层还可分为： 1.高角度逆断层：断层面倾角大于45的逆断层。 2.低角度逆断层（逆冲断层）：断层面倾角小于45°（一般为30°）的逆断层。 3.逆掩断层：位移很大的低角度逆断层叫做逆掩断层。 4.推覆构造：断层面十分低缓而推移距离在数公里以上的大型逆掩断层叫做推覆构造。 推覆构造是当今油气勘探的新领域，例如西南油气分公司于2005年5月开始对四川盆地西 北缘的龙门山推覆构造进行油气勘探。因为龙门山推覆构造现今地表露头分布的地层主要为 古生代的地层，是从远处推移而来的外来岩块，其下原地岩块主要是四川油气田的主力油气 层三叠纪的碳酸盐岩，所以勘探前景一定很好。如图7-6四川彭县逆冲推覆构造所示，在较 新的中生代地层之上叠置了二叠系组成的飞来峰
4．枢纽断层：断层两盘不是作直线位移，而是具有明显的旋转性，这种断层叫做枢纽 断层。其显著的特点是在同一断层的不同部位的位移量不等。断层的旋转有两种方式：一是 旋转轴位于断层的一端，表现为在横切断层走向的各个剖面上的位移量不等，见图 7—5（A）； 另一种是旋转轴位于断层的中间，表现为旋转轴两侧的相对位移方向不同，一侧为上盘上升， 另一侧则为上盘下降，图 7—5（B）。 图 7—5 两种旋转的枢纽断层 5．顺层断层：是顺着层面、不整合面等先存面滑动的断层。当层间滑动达到一定的规 模并具有明显的断层特征时，则形成顺层断层。顺层断层一般顺软弱层发育，断层面与原生 面基本一致。 前文提到断层面，尤其是大的断层其断面一般不会是一个平面，与我们在教科书中用块 状图表示的大相径庭，实际往往很复杂。一条断层往深部追索，时而切层，遇到软弱岩层， 有一段顺层，然后又切层下延的情况并不少见。初学者切莫把块状图中的形象看成放之四海 皆准的模型。 三、根据断层面倾角的大小，逆断层还可分为： 1．高角度逆断层：断层面倾角大于 45 的逆断层。 2．低角度逆断层（逆冲断层）：断层面倾角小于 45°（一般为 30°）的逆断层。 3．逆掩断层：位移很大的低角度逆断层叫做逆掩断层。 4．推覆构造：断层面十分低缓而推移距离在数公里以上的大型逆掩断层叫做推覆构造。 推覆构造是当今油气勘探的新领域，例如西南油气分公司于 2005 年 5 月开始对四川盆地西 北缘的龙门山推覆构造进行油气勘探。因为龙门山推覆构造现今地表露头分布的地层主要为 古生代的地层，是从远处推移而来的外来岩块，其下原地岩块主要是四川油气田的主力油气 层三叠纪的碳酸盐岩，所以勘探前景一定很好。如图 7-6 四川彭县逆冲推覆构造所示，在较 新的中生代地层之上叠置了二叠系组成的飞来峰