学习任务主要断层的成因分析

正断层的成因分析~

(一)区域水平拉伸背景下形成的正断层
(1)侧向水平拉伸导致沉降盆地的形成，盆地边缘造成了正断层所要求的应力条件。断陷盆地边缘的断层就是这样形成的。水平拉伸作用使σ3为水平，沉积荷载使σ1铅直，符合安德生的正断层形成模式。
(2)在板块的分离边缘一裂谷发育过程中，由于板块的背离运动，形成了大规模的区域性水平拉伸的应力条件，因而产生一系列正断层以及它们组成的地堑和地垒(图7－29)。

图7－29 裂谷发育过程中正断层发育示意图

(二)局部拉伸作用下形成的正断层
◎背斜构造上发育的正断层:无论是纵弯作用或横弯作用形成的背斜，在其外弯层必然诱导与背斜枢纽垂直的顺层张应力。而在铅直方向上则由于岩体重力造成直立应力。在这两种应力的作用下可产生两组相向倾斜的正断层，并常组合成背斜顶部的纵向地堑(图7－30)。

图7－30 美国海员山背斜顶部的正断层和小型地堑

在短轴背斜中，沿枢纽方向也可引起局部拉伸，从而形成走向与背斜枢纽垂直的两组倾向相反的横向正断层(图7－31)。

图7－31 短轴背斜中的横断层(据Desitter，1964，简化)

穹隆构造形成过程中的垂直上隆必定产生以穹隆为中心呈辐射状向穹隆外围缓倾的拉伸(σ3)和向穹隆中心陡倾或近直立的挤压(σ1)，从而在穹隆构造顶部形成环状正断层和放射状正断层。
◎海沟外隆处发育的正断层:海洋板块向大陆俯冲时，在海沟外侧发育有略微隆起的海沟外隆构造，与背斜顶部相似，在与外隆垂直(即与海沟方向垂直)的方向上产生侧向拉伸，造成纵向正断层，并组成地堑、地垒构造(图7－32)。

图7－32 海沟外隆上的正断层

(三)区域性的差异升降运动形成的正断层
差异升降运动可以在升降过渡的挠曲地段产生正断层，其产状向下降一侧陡倾。
(四)重力滑动的正断层
这种正断层产生要有足够的重力势能与必要的自由面。在低黏度介质中，重力滑动正断层而很平缓。在浅海或大陆坡的未固结沉积物中常有这类断层发育。

因为岩层经过复杂的构造运动后，然后使该岩层发生断裂或者是结构上的变化，然后经过长年累月的作用，逐渐形成了断层构造，所以断层的形成晚于被断裂的岩层

断层：

一、断层的定义

地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造称断层。地壳中的一个裂口或破裂带，而且沿着它相邻的岩体发生了运动。断层长度变化很大，从几厘米至几百公里不等，两盘之间的位移量也可有这样大的变化。

地壳中岩石的断裂。地壳的挤压力或张力使断裂两侧的岩块发生相对位移。断层的长度可由几公分到数百公里，沿断裂面(断层面)的位移也可由不到1公分到数百公里。位移往往分布在由无数单个断层组成的断层带内，断层带可宽数百分尺。断层分布不均匀，在某些大区域内一个断层也没有；而一些地区则被各样大小的无数断层所切割。断层有直立的、水平的，或向任何角度倾斜的。断层面上部的岩块称为上盘；下部的称为下盘。

二、断层存在的标识

（一）断层的重复与缺失

由于断层作用破坏了地层的正常层序，可以造成地层的重复与缺失。它一般是走向正断层或逆断层造成的（如图1所示）。



（二）构造的不连续

主要表现为岩层、岩脉、矿层、褶曲轴线等在延伸方向上突然中断或错开，这是断层存在的直接标志。

（三）断层面（带）的构造特征

1、擦痕：是断层两侧的岩块相对滑动和摩擦留下的痕迹，是断层运动过程中由被压碎的岩石细颗粒在断层面上碾磨划而成的。

2、破碎带及构造岩：断层破碎带是由于断层两盘岩石的相互挤压、错动中常使断层面附近的岩石被挤压搓碎，形成与断层面平行的破碎带。构造岩又称动力变质岩，他是断裂带原岩在不同性质应力作用下发生破碎、变形和重结晶（有时还伴有新生矿物）而形成的一种岩石。

3、牵引构造：是在断层两盘相对错动时，沿断层面产生摩擦力，使断层两

侧附近的地层受摩擦力的倒拖拉神，从而形成的弧形弯曲现象（亦叫牵引褶曲）。

4、断层的派生现象：主要指断层两盘相对错动时，诱导出的局部应力作用

下所产生的剪节理和张节理等，它们是断层的派生产物，不论在平面上的平移断层，还是剖面上的正或逆断层两侧都可以出现。

5、其他标识：这里主要指地貌、水文方面的间接标识。



三、断层形成时期和多期活动的确定依据

（一）断层形成相对时期的确定

确定断层形成的相对时期，一般是借助于断层所影响地层的时代来确定断层形成相对时期的上限或下限，如为多次活动的断层，通常指最后一次活动的时期。

1、利用区域性不整合面确定

如果断层切割了一套彼此整合接触的较老地层，并被一套比较新层以不整合所覆盖，那么该断层的形成时间应为该不整合面所代表的构造旋回的时间，即断层形成于不整合面以下的最新地层之后和不整合面以上的最老地层之前这就是断层形成时间范围的下限与上限。一般认为该断层是与这一区域不整合构造运动同期形成的。

2、利用侵入体或矿体是否被断层切割来确定

（1）断层切穿（错动）了侵入体、矿体、岩脉等，该断层的形成时期一定在侵入体、矿体、岩脉形成之后；

（2）如断层中充填的岩脉、矿脉，没有任何被错动的痕迹，就表明该断层形成于岩脉、矿脉侵入之前（或同期）。

3、如果断层与褶皱有力学成因关系，有规律分布于某褶曲或褶皱带中，则断层火热褶曲或褶皱是同一时期构造运动形成的。

4、同生断层：由于断层边活动边沉积，造成两盘沉积物岩性及厚度等的差异，这些差异与邻近地区同时代的岩层反复进行比较，从中找出差别，那么这段有较大差异的岩层形成中跨越的时间，就是断层形成的时期。

（二）断层多次活动的确定

断层形成后，可以在不同的地质时期中多次活动，这种断层叫多期活动断层。断层的多期活动有两种情况：一种是断层类型不发生变化，一种是断层类型发生变化。断层类型不发生变化改变并具有长期活动的断层，往往规模较大，并控制断层两侧沉积地层的发育情况。另一类多期活动的断层在不同的地质时期断层类型也发生变化。这种多次活动的断层，有可能在断层面上明显的见到不同方向的擦痕和阶步，它们彼此穿切。

（三）活断层的认识

活断层（活动断层）通常是指第四纪以来至今仍在活动的断层。它的活动可以是断断续续的，常与地震有密切的联系。断层的这种活动性，对地面、地下各种工程建筑常造成严重的危害。

活断层主要标识：

1、人工建筑、工程被断层切错。

2、断层切穿第四纪堆积物有时基岩覆盖在第四系之上（如图2所示）。



3、山区不断上升被剥蚀，相邻的平原不断堆积巨厚的第四纪沉积物时，这种平原和山区的交界地带，很有可能存在着活动断层。

4、山脊、水系、阶地等被错断，河流两侧阶地高度不同；水系突然转变方向或被错动；冲击扇呈线性排列或被错开等。

5、第四纪火山岩、地热点、泉水呈线状分布。

6、近代有地震活动的地带。

7、未胶结的断层泥或断层破碎带。

8、布设在断裂带上的断层位移测量，数值有变化。

此外，断层带上植物突然枯死或生长特殊的罕见植物；沿断裂带温泉水及矿化度偏高；沿断裂带地热数值较高，地电、地磁或各种气体数值偏高等都是活动断层的标识。

四、断层的类型

（一）根据断层两盘相对运动方向的分类

1、正断层：上盘沿断层面倾斜线相对下降的断层。断层面一般很陡，大多数倾角在70～80°

2、逆断层：上盘沿断层面倾斜线相对上升的断层。

3、平移断层：两盘沿断层而走向相对移动的断层。段层面倾角很陡，近于直立，走向稳定。

4、枢纽断层：断层两盘作相对旋转移动的断层。

（二）根据断层走向与岩层走向的关系分类

1、走向断层：断层走向与岩层走向大致一致，断层倾向与岩层倾向关系多样。

2、倾向断层：断层走向与岩层走向垂直而平行与岩层倾向。

3、斜向断层：断层走向与岩层走向斜交。

（三）根据断层走向与褶曲轴向关系分类

1、纵断层：断层走向平行于褶曲轴向。

2、横断层：断层走向与褶曲轴向大致垂直。

3、斜断层：断层走向与褶曲轴向斜交。

（四）根据断裂带切割深度分类

1、岩石圈断裂：切割岩石圈，达到软流层。沿断层带有超基性与基性岩带分布，可出现中深和深源地震。

2、地壳断裂：切穿地壳，达到莫霍面，有中深源地震。

3、基底断裂：切穿地壳上部硅铝层，有浅源地震。

4、盖层断裂：切割范围仅局限于地壳表层的沉积岩曾。

五、断层组合的一般规律

（一）在自然界中，断层往往是成群出现，并且相互结合在一起，构成有一定规律的组合形态。

1、断层的剖面组合类型

（1）阶梯状正断层：是又许多大致平行的正断层沿着一个方向阶梯状向下滑动所形成的正断层的组合。

（2）地堑和地垒：地堑和地垒是由二条或二条以上的大致平行的断层组成的断层组。剖面上，地堑的中间部分为共同的下降盘；地垒的中间部分则为相同的上升盘。组成这类够早的一般是正断层，但也可以是逆断层，（如图3所示）。



（3）迭瓦状断层：有一系列平行或是近于平行的逆断层向同一方向逆冲形成迭瓦状断层。它常与强烈的歪斜或倒转褶皱有关，断层面与褶皱面的倾向一致。

2、断层在平行上的断层组合类型

（1）平行式排列：一组断层走向大致平行，断层性质都为正断层或都为是逆断层，断层间隔大致相等，断层走向与整体排列方向垂直。

（2）雁形状排列：一组断层走向大致平行，一条断层与相邻断层位置有规律地错开斜列，即单个断层走向与整体排列方向为斜交关系。

（3）同心状与放射状排列：在穹窿构造，短轴背斜的顶部，由于各个方向都受到张力作用，可形成同心状与放射状排列的断层，一般都与正断层组成。

（4）帚状排列：一组断层围绕一旋转中心分布，向旋转中心一端集中收敛，向另一端分散撒开。

（5）弧形排列：一组断层大致平行，单个断层线为弧形，整体排列方向也弧形。

（6）S型和反S型排列：比较复杂的雁行排列，整体构成S形反S形。

（二）断点的组合应符合地质规律，一般来说，在区域拉张应力条件下不可能出现逆断层；在挤压应力条件下，以逆冲或逆断层为主，但也发育有正断层；在剪切应力作用下，既可能出现逆断层，又可能出现正断层和平移断层。断层的这些规律性要参考构造地质学等有关文献。下面仅讨论在时间剖面上的一些规律 。

1、先主后次： 断点组合应先组合断裂特征明显，断层规模较大的区域大断层或者二级断层。区域大断层一般平行区域构造走向，断层两侧波组有明显差异，对盆地和陷具有明显的控制作用。

2、先简单后复杂；断点组合应先从上而下进行，其理由是：

（1）上部地震剖面特征明显、断点较落实；

（2）受构造运动影响较少，断裂系统较中下部地层简单，便于组合。

3、.同一断层在平行的时间剖面上性质相同；断层面，断盘产状相似，断开的地层层位一致，或有规律地变化；靠近所确定的断点位置，相邻剖面断距相近，或沿断层走向有规律地增加或减少。

4、同一断块内，地层产状的变化应有规律。

5、断层两侧波组具明显特征，且在平地测线方向数十公里范围内特点相似。

6、.断点组合要遵循断裂力学机制的规律，对岩石的力学性质，受力方式以及不同的受力方式所产生的断裂系统要充分了解。例如，在水平挤压应力条件下的纵弯褶皱可能在背斜顶部出现平行构造轴向的纵张断裂和次一级的横张断裂，翼部则可能出现与地层产状斜交的追踪张性断层和次级平移断层。

7、要尽可能弄清控制断层的构造性质和其成因类型。不同成因烃型的构造其产生的断裂系统变化是很大的。断块构造一般以锯齿型短的张性断层为主，挤压褶皱一般以延伸较长的线状断层为主，平移褶皱一般具雁行排列的断裂系统；在张性环境下的次级断块和断阶一般发育弧形断层，放射性断层系，等等。

8、.断点的组合有认识－修改－再认识的过程。地质历史中断层的形成是复杂过程，是多种因素综合作用的产物，人们不可能在勘探初期把这样复杂的问题一次弄清楚。随着勘探程度的深入，资料的积累，以往所建立的断裂系统要不断修改，以致于初期所编绘的断裂系统可能与后期所确定的断裂系统相差很大，甚至完全改变。

六、研究断层构造的实际意义

（一）断层与油气藏形成的关系

对石油和天然气藏来讲，断层具有两重性，既有助于油、气向油、气藏内的运移聚集，又可把已形成的油、气藏破坏掉。断层是重要的油气运移通道，通过短期流动，油气直接向观测的浅层油层运移，例如，在一套单斜岩层中夹有厚层多空隙含油气砂岩，油气可以通过地表逸散；若其中有断层存在，含油气层被错断，不能直接通到地表，使油气保存下来，从而构成储油气的有利条件。所以断层常常是石油地质学家研究的重要对象。断层往往在储油层形成时引起遮挡，形成很好的断层圈闭，有油气供给时可形成断层油气藏。

油气在横向上可以穿断层运移,断层在上倾方向上有非渗透遮挡层的条件下可以形成断层油气藏。早期断层对圈闭的支解、分割作用,导致油气分布的复杂性、不连续性.晚期活动的早期断层和晚期断层活动时是油气的纵向运移通道,同时使深层的原生油气藏遭到破环、变为残余油气藏,并在浅层形成次生油气藏。

（二）断层与矿产的关系

1、成矿前、成矿期断层对矿产形成和分布的作用

据断层构造的形成与成矿期先后的关系，断层可分为成矿前、成矿期以及成矿后三种。成矿前和成矿期的断层，对矿产的形成和分布往往起控制作用。断层不仅使地壳岩石发生破裂和相对位移，而且为地下深部的成矿物质提供了运移的通道和良好的聚集场所，是成矿的有利条件。断层还常常控制着沉积盆地的边界，并控制着沉积盆地的形成和延伸方向。因而就控制着沉积床分布的范围。

2、成矿后断层对矿体的破坏和改造

成矿后的断层对矿体主要起破坏和改造作用，前者如使矿体错失到 或断层使水文地质条件变得复杂而无法开采；也可使矿体暴露地表侵蚀殆尽或使矿体支离破碎，增加开采难度。后者主要是矿体变得对人们有利，可使矿体重复加厚或将深部矿体推至浅部便于开采利用。因此，在勘探中详细的查清断层对矿体的影响，也是勘探工作的重要内容。

（三）断层与水文地质、工程地质的关系

1、断层与水文地质的关系

水文地质学是研究地下水起源、形成、分布、埋藏、运动规律的学科。断层与水文地质的关系，主要在于不同类型的断层，对地下水有不同的控制作用。由于断层的性质不同，断层破碎带也有很大的差异。因而对地下水的控制也不相同。

一般来说：正断层，主要受拉伸作用形成，其拉伸程度大，段层面粗糙不平，构造岩主要为张裂角砾岩，角砾大小不一，无定向排列，胶结较差，空隙较大，可成为地下水的良好通道。因此，在正断层破碎带或其影响带内布置钻孔，可得到丰富的地下水。在断层破碎带宽、断层密度大或断层相互交切的地带，更利于地下水的富集、流通。逆断层，主要受挤压作用形成，其断层破碎带中岩石往往挤压破碎后被胶结。构造岩多为压碎角砾岩、破裂岩、糜棱岩和断层泥等，结构紧密，空隙小，故含水性、透水性均较弱，因此，其断裂带内富水性较差，常常起隔水作用。但在逆断层附近的影响带中，特别在断层的上盘，由于逆断层破碎带的阻水作用，在影响带有利于地下水的汇集和赋存。平移断层的影响带的伴生裂隙密集、有利于富水，因此，富水性强的地带实在平移断层的影响带。

断层的导水性和富水性还受其他一些因素的影响，总的来说，断层长期活动、断层形成较新、断层规模大，其富水性和导水性能就好。

2、断层与工程地质的关系

研究工程地质的目的，在于结局建筑物地基的稳定性，选择较优质的地质条件，为工程设计提供依据。断层对岩石的坚固性和稳定性总有不同程度的减低，作为地基的岩体，就很容易发生沉陷，因此，在发生断层的区域，是不利于进行重要工程的建筑的。

七、总结

断层是一种普遍存在的地质现象，对于油气的运移和聚集起重要的控制作用。认识各种断层，研究它的性质、分布规律、活动特点和成因，有助于利用它有利于人类的一面，避开它不利于人类的一面。断层石油地质有紧密的联系，它的一方面可以起到聚集油气的作用，另一方面又会破坏已经形成的油气藏。

野外观测是研究断层的主要途径，它包括发现和判别断层存在的标识；确定断层的性质和类型；测量断层的产状要素；查明断层的发育和形成时期；研究断层和矿产的关系等多方面的内容。

研究断层，不仅要解释断层的成因及分布规律，而重点在于运用断层的成因及分布规律来指导找矿勘探。往往就是通过找到一些别人发现不了的小断层，加上精细的解释，找圈闭，找油。因此，研究断层的最终目的，是在勘探中详细的查清断层对矿体的影响，从而分析，找出原油的具体位置，这也是勘探工作的重要内容，对取得良好的地质效果有着重要的意义。

主要断层的形成从表面看是一种地质现象，但就其本质上应属力学现象（即物体破裂），它涉及断层形成时的应力状态、岩石力学性状以及断层作用与形成环境关系等。

当岩石（块）受力超过其强度（即应力差超过其强度）时，便开始发生破裂。破裂之初，先出现微裂隙再该裂隙逐渐联合发展，最后形成一条明显的断裂面。根据自然界中绝大多数断层存在相互滑动这一特征，断层面应属剪切面。它是岩石（块）受力超过其抗剪强度，沿最大剪应力作用面而产生的破裂。那么，自然界中多种断层作用形成的应力状态又如何？解释它们的形成机理不同的学者有不同的见解，下面仅介绍人们最为推崇的安德生模式。

一、正断层成因分析

（1）应力状态：σ₁直立，σ₂、σ₃水平，σ₂与断层走向一致（图6-41A）。

图6-41 主要断层应力状态及断层组合图

（2）表现特征：断层沿最大剪切面发育。断层（剪切面）滑动方向为上盘顺断层倾向向下滑动。在自然界，水平拉伸和铅直上拱最适于发生正断层。

二、逆断层成因分析

（1）应力状态：σ₃直立，σ₂、σ₁水平，σ₂与断层走向一致（图6-41B）。

（2）表现特征：断层沿最大剪切面发育。断层（剪切面）滑动方向为断上盘顺断层倾向向上滑动。在自然界，水平侧压最适于产生逆断层。

三、平移断层成因分析

（1）应力状态：σ₂直立，σ₁、σ₃水平，σ₂与断层走向垂直（图6-41C）。

（2）表现特征：断层沿最大剪切面发育。断层（剪切面）滑动方向为两盘顺断层走向水平滑动。在自然界中水平侧压与主断面呈斜交态（45°）时，或水平力偶力最易导生平移断层的形成。

学习任务主要断层的成因分析
答：三、平移断层成因分析 （1）应力状态：σ2直立，σ1、σ3水平，σ2与断层走向垂直（图6-41C）。（2）表现特征：断层沿最大剪切面发育。断层（剪切面）滑动方向为两盘顺断层走向水平滑动。在自然界中水平侧压与主断面呈斜交态（45°）时，或水平力偶力最易导生平移断层的形成。

学习任务断层效应的分析
答：一、倾向正断层引起的断层效应分析 当正断层的上盘顺断层倾斜滑动时，其下盘（上升盘）遭受侵蚀夷平后，则地表两盘岩层表现为水平错移，给人以右行平移断层的假象（图6-32）。它实际上是倾向正断层上升盘地层移动方向朝新地层一方移动所致，这一点在野外对我们判断倾向横（正）断层的产状是有很大帮助的...

学习任务断层现象的识别与分析
答：断层现象的识别与分析的主要内容包括:断层现象的识别(确定断层的存在)、产状的测定、断层类型(性质)和断层形成时期的分析等。 一、断层现象的识别 (一)地貌、水文标志 断层在运动过程中会留下许多地貌、水文方面的遗迹,它们是判断断层存在的重要间接依据,现简述如下: (1)断层崖:挽近时期活动的断层由于断层两盘位移...

学习任务断层概述
答：断层主要分为两类：脆性断层和韧性断层（韧性剪切带）。在地壳表层，岩石表现为脆性，因此形成的断层通常是脆性断层；随着深度的增加，围压和温度升高，岩石逐渐由脆性转变为韧性，此时形成的是韧性断层或韧性剪切带。本学习情境主要讨论脆性断层，关于韧性断层和韧性剪切带的内容将在学习情境9中介绍。断层是...

学习任务常见断层的识别与分析
答：(三)地质背景的分析 正断层广泛发育在各种不同的地质背景中。如在构造变动轻微的地区(如地台)或褶皱带的盖层中(如地台活化区)。正断层及组合常以主导性产出,它是区域伸展构造作用的具体反映。在构造变动强烈的地带(褶皱带)中,正断层一般不发育,仅作为派生构造出现。 近年来对大陆构造及海洋构造的研究,对伸展构造...

学习任务断层现象的识别与分析
答：四、断层形成时期的分析 1. 角度不整合分析：利用断层与同期变形地层和褶皱的相互关系来确定断层形成时期。2. 地质综合分析：利用同一构造应力场下形成的褶皱、断裂等之间的几何关系和成因联系来确定断层形成时期。3. 同位素测年法分析：利用同位素测年法来确定断层的形成时间。4. 其他佐证法分析：利用断层...

学习任务断层概述
答：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...

学习任务断层分类
答：（4）枢纽断层：是指以断层面上任意一点为中心做旋转运动（位移）的断层。该断层的特点是断盘上任意点的位移量均是不同的，且与旋转中心距离成正比。当旋转中心（轴）位于断层一端时，表现为横过断层走向的各个剖面的位移量不等（图6-10A）；当旋转中心（轴）位于断层中心时，表现为旋转中心（轴）...

学习任务同沉积断层的识别与分析
答：同沉积断层主要发育在拉伸性断陷盆地边缘，常常继承基底断层发育；也可以出现在挤压性坳陷盆地（前陆盆地）边缘，受造山带逆冲推覆作用控制。同沉积断层与成油关系密切，控制生油层的形成，也是重要的生、储构造。二、同沉积断层特征分析 （1）同沉积断层常为走向正断层，在剖面上呈上陡下缓的凹面向下...

学习任务区域性大断裂的识别与分析
答：学习指导 内生成矿物质均来源于地下深处岩浆，断层是良好导矿、运矿、储矿的构造，断层对深处地下水形成、富集、排泄有着直接控制作用。活动断层对工程地质稳定性有重大影响，它也是孕育地震的场所。断层对矿体存与失、水资源的寻找与保护均是一把“双刃剑”，即它可将矿体推之于地表处，便于人们开采，...