地质

谢远亮 · 发表于 2011-4-26 12:08

※Sibson 断层双层结构模式:岩石力学性质随地壳深度而变化，同一断层的变形行为在不同深度表现不同，浅部以产生碎裂岩的脆性变形为主，深部以产生糜棱岩的韧性变形为主。浅部脆性与深部韧性变形域间的转换带称作脆－韧性转换带.转换带深度由变形主导矿物决定石英的转换温度为250～350℃，深度大约为10～15km。长石的转换温度大约为450～500℃，深度约20km。

库仑准则：岩石应力摩尔圆与摩尔包络线相切，岩石发生破裂。

   已有的四类经典破裂准则：最大正应力准则、屈特加（Tresca）准则、摩尔－库仑（Mohr-Coulomb）准则、范·米塞斯（von Mises）准则。还有统一破裂准则——椭圆准则（新理论）。脆－韧性变形—最大有效力矩准则：根据安德森模式，正断层是高角度，逆断层是低角度。但自然界大多数大型正断层是低角度。这是目前国际地质学界没有解决的问题。为此郑亚东教授（1999）提出了最大有效力矩准则：在伸展环境下，脆韧性层状岩石将形成伸展褶劈理 (ecc)，该劈理的倾角受最大有效力矩控制，一般为35度左右，这些伸展褶劈理进一步扩展形成低角度正断层。

塑性变形（plastic deformation）

晶内机制：（5）

位错运动：应力作用下位错的运动。应力作用是晶体内产生位错的一种主要因，位错是储存变形能的一种方式。分为滑移、棱位错攀移、螺位错的交滑。
双晶滑动：在变形过程中，通过晶格扭曲形成双晶的过程。多出现在对称性较低或粒内滑移系统较少的矿物中。在较低温度及较快应变速率条件下。
扭折滑动：当晶体受到围限较强时，晶内滑移的滑移面会发生突然扭曲，这种扭曲成为扭折，这种扭曲通常发生在一个带内，称为扭折带。实际上通过扭折接受缩短。一般是位错壁，堆垛断层或晶格不连续。
动态重结晶：变形过程中形成的重结晶作用。变形过程中，应变晶体通过位错移动、边界迁移等形成无位错新晶体的过程。一般使晶粒减小。
亚边界（sub-boundary）：由密集位错形成的矿物晶体内面状边界，其两侧晶格方位发生小于10度的变化。

亚颗粒（subgrain）：由亚边界围绕形成的晶格方位小于10度的微颗粒

扩散蠕变：矿物晶体在非零差应力作用下通过质点或缺陷扩散迁移产生变形的过程。分为晶体内部扩散和晶体边界扩散
晶间机制：（5）

相变：由于围压、温度和流体作用，而使矿物的体积和形态发生变化，甚至影响矿物力学性质。
压溶作用
粒间滑动：应力作用下，矿物颗粒间沿颗粒边界发生相对运动。
边界迁移
微破裂：本质上不属于塑性变形，但在岩石韧性变形时有些颗粒会发生脆性破裂。

面理：在变质、变形过程中形成的具有透入性的状构造。

分为：面理：（6）变质变形岩石中由片、板状和压扁变形矿物及集合体平行排列或成分分异层及粒度层构成的透入性面状构造。属连续面理。

1板劈理 (slaty cleavage)：多发育于板岩中，故名。脆性剪裂与矿物韧性排列共存，脆－韧性转换带。

2片理：由明显的变质矿物如云母、石英等定向排列和定向拉伸形成连续性很强的面理。

3片麻理（gneissic foliation)：由粗大变质矿物定向排列形成的连续性较差的面理。见于片麻岩。

4褶（纹）劈理 (crenulation cleavage)：先存面理发生微小褶皱，褶皱的一翼强烈变形甚至断裂形成的面理。

5分异面理：变形变质过程中成分分异形成的条带状面理。

6糜棱面理（mylonitic foliation)：糜棱岩中矿物通过各种塑性变形机制而定向排列形成面理。

劈理：（3）由于剪切或压溶作用在岩石中形成的一组平行的密集破裂面。属不连续面理。

1轴面劈理：平行于褶皱轴面或呈轴面扇形的劈理。褶皱作用中晚期压扁或压溶作用形成。

2劈理折射：粘性不同的岩层，劈理类型、密度、产状各不相同，形成类似光线折射的现象。强硬岩石劈理密度小、与层面夹角较大；软弱岩层劈理密度大，与层面夹角较小。劈理密度不同是因为岩石的粘性；劈理方向不同是因为褶皱是软弱层的流动。

3断层破劈理：断裂带及两盘相邻岩石中发育的各种劈理，它们是在断层形成及两盘相对运动过程中产生的。其产状与断层面斜交或近于平行。劈理常与断层面交成锐角，其尖端指向本盘岩块相对运动的方向。

面理的形成机制（6）

1剪裂作用：破劈理，褶劈理

2压溶作用：破劈理，褶劈理，面理

3机械旋转：褶劈理，面理

4矿物塑性变形

5矿物的定向生长

6层流作用：分异面理

面理的研究意义：应变测量（面理一般代表XY面、线理代表X轴）；运动方向的判别（断层劈理，S-C夹角）;判别地层层序;

小型线状构造（4）

擦痕：断层活动在断层面上形成的摩擦成因的线状构造。A型。分为冷擦痕热擦痕。

矿物线理：（4）岩石中在变形变质过程中由矿物等定向拉伸、生长和排列等形成的具有透入性的小型线状构造。

1拉伸线理：拉长的矿物或矿物集合体等平行排列而形成的透入性线状构造。A型

2矿物生长线理：由针、柱状矿物顺其长轴方向定向生长排列形成的透入性线状构造，是岩石变形变质过程中矿物在拉张方向生长或重结晶的结果。A型。

3压力影构造：生长线理的一种表现，由刚性矿物及两侧纤维状结晶矿物（影区）组成。刚性物体包括黄铁矿、磁铁矿、石榴石等。结晶纤维（影区）是在变形中生长形成的，常由石英、方解石、云母或绿泥石等矿物组成。A型

4碎斑系尾部：重结晶生长和拉伸共同作用

褶纹线理：先存面理微细褶皱枢纽平行排列形成的线理。一般为B型线理，强变形时有时会成为A型线理。

面交线理：两组面理或面理与层理相交形成的线理，一般为B型线理。

大型线状构造（5）

褶皱的枢纽：一般为B型线状构造，韧性剪切带可能为A型。

布丁（石香肠）构造：软硬岩石互层、受垂直或近垂直岩层挤压，软层向两侧塑性流动，硬层被拉伸，以致拉断，形成平行排列的长条状断块，即布丁（石香肠）。被拉断的硬层间隔中，或由软弱层呈褶皱楔入，或由变形过程中分泌出的物质所充填。

窗棂构造：软、硬互层岩石受顺层挤压，厚的强硬层形成一排棂柱状大型线状构造。 B线理。实际上为短波长褶皱

杆状构造：由拉长的矿物集合体形成的细长杆状体。先存的或在变质变形过程新生的长英质矿物集合体，在韧性变形过程中因拉伸或辗滚而形成。多为A型线理。

铅笔构造：由两组劈理或一组劈理和层理，切割形成的长条状线状构造。多为B线理

测量：1）大型线状构造直接或间接测量

2）小型线状构造一般在面理面上测量

意义：1）应变测量的主轴

2）运动学分析

褶皱：岩石中各种面状构造（层理、层面、面理等）发生弯曲形成的变形构造.

1. 核部（core）：褶皱的中心部分。

2. 翼部（limb）：褶皱中心两侧平滑弧状部分。

3. 枢纽（hinge line）:
单一褶皱面上曲率最大点的连线。

4. 轴面（axial plane）：各相邻褶皱面的枢纽连成的面。

5. 转折端（hinge zone）：褶皱从一翼到另一翼的弯曲部分。

翼间角（interlimb angle）：两翼夹角。
拐点（inflecion point (line)）：相邻向、背形共用翼上曲率等于零的部分。
脊线和槽线：同一褶皱面上背形最高点连线为脊线（crest
or culmination），向形最低点连线为槽线（trough or depression）。
9. 轴迹（trace of axial plane）：褶皱轴面在地表的出露痕迹，即各褶皱面最大弯曲点在地表出露点的连线

褶皱分类就不写了。老师自己都说这个太抽象太虚幻……估计不会考。

褶皱的组合类型（5）

阿尔卑斯式褶皱1.线状褶皱，带状分布，走向平行于构造带；2.背、向斜同等发育，呈连续波状布满全区；3.构成巨大的复背斜和复向斜并伴有叠瓦状断层。4.为造山带主体内最常见构造形式。

复式褶皱：两翼由次级褶皱组成的复杂的大型褶皱。次级褶皱包络线形态决定了整个褶皱的形态，即确定其为复背斜或复向斜。

雁列褶皱：一系列呈雁行状排列的褶皱，一般为短轴褶皱，而且多为背斜

侏罗山式褶皱：背、向斜发育强度不同而形成隔挡、隔槽（梳状、箱状）。隔挡式褶皱：由一系列平行排列的紧闭背斜及其间平缓开阔的向斜组成的褶皱组合。隔槽相反。

日尔曼式褶皱：又称断续褶皱，由等轴或短轴褶皱组成的构造组合，主要发育于构造变形十分轻微的地台盖层中。

纵弯褶皱作用（3）：岩层在总体平行层理方向受到挤压而发生褶皱的过程

纵弯屈曲作用：单层或互层中较稀疏且粘度比很高的能干层。（能干层－非能干层）平行褶皱－顶厚褶皱

弯滑褶皱作用：强硬岩层相邻；通过层间相互滑动形成褶皱。平行褶皱。

弯流褶皱作用：软、硬互层；软弱层顺层剪切流动形成褶皱。相似或顶厚褶皱。

控制褶皱形态的影响因素：各层的能干性。相邻层互相影响（强层间的距离）

纵弯褶皱的压扁作用：对应变分布的影响（中和面消失，全部变为压扁）；布丁化和无根钩褶皱。

膝折作用：薄层岩石在应力作用下，在最大有效力矩方向上发生旋转弯曲形成的构造。

横弯褶皱作用：岩层在垂直层面不均匀力的作用下发生的弯曲作用。一般由基底的垂向运动、岩浆和其他韧性物质底劈作用在盖层中形成褶皱。特点（4）：整体拉伸、无中和面；基底上升和底劈时，形成顶薄褶皱，脆性条件下形成放射状或环状正断层。基底下降时形成顶厚褶皱（同沉积褶皱）。翼部形成指示下滑的小褶皱

底辟作用:岩浆、低密度低粘性岩石在浮力作用下向上运动，刺穿或部分刺穿上覆岩层，并使其发生拱起破裂。

剪切褶皱作用:岩层沿一系列与层面相交的密集面发生不均一剪切形成相似褶皱。

柔流褶皱作用：高温、低粘度岩石在变形过程中发生粘性流动形成的褶皱，一般形成于高级变质岩或韧性剪切带中，是高温变形产物。特征：流动状态，不规则、厚度变化大。

裂隙(6)：破裂面两侧无明显位移的破裂

剪裂隙，特点（5）：1产状稳定，延伸较远。2裂隙壁平直光滑，具错动擦痕，如被充填，脉体均匀平直。3发育于砂、砾岩时，一般穿切碎屑和胶结物。4常常组成共轭“X”型共轭裂隙，锐角中分线指示主压应力方向。5主剪裂面由羽状微裂面组成。

张裂隙，特点（5）：1节理短而弯曲。2裂隙面粗糙不平，无擦痕。3在碎屑岩中常绕砾石而过。4一般被矿脉充填，脉体不规则。5张裂隙分布呈各种不规则网络状，或追踪张裂隙：追踪“X”型共轭剪裂隙形成锯齿状张节理，或雁列式张理。

雁列裂隙:由一组呈雁行状斜列裂隙形成的构造，常被脉体填充而形成雁列脉，实质是沿剪裂方向发育的一组张裂隙

张剪性裂隙:兼具张、剪裂隙的特征

压剪性裂隙:特征和剪裂隙一样

压性裂隙：与主压应力垂直。一般出现压溶－缝合线构造

脉体的充填方式：扩张性脉、非扩张性脉、破裂－愈合脉。

节理：岩石中有一定排列规律的无明显位移的裂隙。其中原生节理分为侵入岩节理和火山岩节理（柱状节理）

断层：岩石中的一种破裂构造，破裂面两侧岩石沿断裂面有明显相对位移。

断层带（fault zone）：大型断层一般由一系列近平行的断层面或由较宽的变形带组成。带内岩石或破碎形成断层角砾岩等断层碎裂岩系，或经韧性变形形成糜棱岩。一般宽达数米甚至几公里，因其有一定宽度，故此称为断层带。

滑距：断层两盘的位移距离。

断距：断层面两侧被错断的同一岩层的相对距离

断层的运动学分类：

倾滑断层：分为正断层、逆断层

走滑（平移）断层：两盘沿断层走向相对运动的断层，断层面产状一般陡立。

   兼具倾滑（正、逆断层运动）和走滑运动的断层

   枢纽断层：两盘绕一垂直于断层面的轴旋转形成的断层

※安德森断裂模式（安德森断层分类）

1）断层面为遵循库仑破裂准则的剪裂面，两剪裂面的锐、钝角分线分别与σ1、σ3一致。σ1所在盘向锐角角顶方向滑动，滑动方向垂直于σ2。

2) 因地面与空气间无剪应力，所以地面是一个主平面，形成断层的三轴应力中的一主应力轴与地平面垂直。

3) 不同的应力状态形成不同运动性质的断层,以此为依据将断层分为正断层、逆断层和平移断层三种基本类型.

正断层：上盘顺断层倾斜向下滑动。应力状态：σ1直立、σ2和σ3水平，σ2与断层走向一致。逆断层：上盘顺断层面倾斜向上滑动。应力状态：σ1、σ2水平，σ3直立，σ2与断层走向一致。平移断层：两盘顺断层走向滑动。应力状态：σ1、σ3水平，σ2直立，

断层的识别（5）

   地貌标志（6）：1线状地貌单元突变，线状低地形、谷地等；2错断山脉；3水系的变化：河流方向及河流形态；4串珠、带状分布的湖泊和泉水；5断层崖，断层阶地；6断层三角面

   构造标志（4）：1构造不连续性；2断层面的存在；3强变形带的出现；4断层构造岩的出现；

   地层标志：地层的重复与缺失

小型岩体、矿化和热液蚀变成带分布

同一岩层岩相和厚度的急剧变化

断层构造岩（6）：断层带内或断层面附近，两盘岩石在断层活动中被改造形成的变形岩石。

   断层角砾：由松散未固结的两盘岩石碎块组成

   断层泥：岩石研磨后经水化作用形成的一种主要由粘土矿物（如伊利石、高岭石和蒙托石）组成的未固结的断层岩，一般平行于断层面呈不同颜色的条带。

   断层角砾岩：由基本保持原岩特点的岩石碎块组成，碎裂基质很少。

   断层碎裂岩：根据被碎裂的原岩称为碎裂某岩，如碎裂花岗岩等

   超碎裂岩：由断层活动研磨成的极细构造岩，一般看不到角砾，并具有硅质岩的致密构造。往往在断层面上形成板状薄层。

   假熔岩（玻化岩）：断层快速滑动产生极度研磨并因摩擦热产生熔融，冷凝后形成外貌类似熔岩玻璃的一种断层构造岩。一般呈脉状或角砾状。

断层运动性质的判别（6）：1地层关系；2标志物的错断：包括岩层、岩脉、不整合面、先期断层和侵入体边界等；3牵引构造；4擦痕：断层两盘相对运动时在断层面上划下的刻痕。反映断层两盘的真实运动轨迹；5阶步：断层活动在断层面形成的与断层运动方向垂直的微小陡坎，在陡坎处常发育与擦痕平行的矿物生长纤维。6断层带张裂隙、透镜体排列和劈理的取向、褶皱的倒向。

逆冲断层(thrust)：低倾角大规模逆断层。逆冲断层是造山带最主要的构造样式。

推覆体（nappe）：经远距离位移的规模巨大的近水平或平卧褶皱岩席，也称外来体或逆冲席体。逆冲断层的上盘。原地体反之。

厚皮构造（thick-skin）：深层高角度并进入基底的逆冲断层。倾角一般高于45°，一般出现在造山带的内部。

薄皮构造（thin-skin）：浅层低角度只涉及盖层而不影响基底的逆冲断，产状一般低于45°。一般出现在造山带的前沿，称为前陆褶皱冲断带。

底部拆离断层(滑脱面)：逆冲断层活动时常沿前陆盆地中的软弱岩层、特别是盖层－基底界面滑动，形成的逆冲推覆体系的底部主断层面，之上发育众多叠瓦状断层，称为分支断层

断坪－断坡构造：断坪是断层面与岩层面大致平行的部分；断坡是断层切断岩层面的部分。

盲断层：未出露原地表的断层，位移消失在地下。

端线：盲断层位移等于零的边界。

断弯褶皱：逆冲席体沿阶梯状断层弯曲部位被迫发生弯曲形成的褶皱。形态反映断层形态，褶皱翼部位于上、下盘断坡之上，转折端位于断坪之上，常形成平顶背斜或箱状褶皱，称为褶隆。

断层传播褶皱基本特征(4):1前、后翼不对称，前翼陡窄，后翼宽缓；2向斜位于断层端点上方；3宽度向下变窄；4下伏断层的滑移量向上减小。

滑脱褶皱：直接位于滑脱面（断坪）上的褶皱，主要特征是两翼陡立，平顶或尖顶，核部为软弱层。褶皱形成需要有软弱的滑离层，如膏盐层等，受纵弯褶皱作用，核部发生软弱层的加厚而形成隆起，两翼旋转变陡立。

特点（3）：1直接位于近水平滑脱面上，软弱的滑离层，如膏盐层等。2褶皱两翼陡立，核部发生泥岩或膏泥岩加厚，形成隆起。3滑脱褶皱变形机理以翼部岩层旋转为主，可能有少量膝折带迁移。

逆冲序列：分支断层形成的先后顺序。分为1.背驮式或前展式、 2.后展或上叠式。

逆冲断层系（4）：由底部拆离断层、分支断层及推覆体形成逆冲断层构造体系。

   叠瓦状构造：由一个底部拆离断层及其分支断层形成不对称扇形构造。分为前展和后展

反冲断层（backthrust）：与总体逆冲方向相反的分支逆冲断层。在较大侧向压力作用下形成的与断坡共轭的断层。

冲起构造（pop-up）：反冲断层与前断坡所围限的部位，强烈挤压上冲，形成隆起构造，表现为背斜形式。

构造三角带（triangle zone）：反冲断层与其后侧逆冲分支断层及和底部拆离断层限定的构造变形强烈部位。

   双重构造：由底部主断层分出若干分支断层形成叠瓦状断层，分支断层向上再次合并于一个主断层；底部主断层称为底板断层，上部主断层称为顶板断层，这种由顶、底板及其间叠瓦状分支断层形成的构造称为双重构造。

   背冲式和对冲式断层系

   飞来峰和构造窗：逆冲断层上盘被剥蚀，使下盘岩石出露，如果上盘岩石被剥蚀成孤岛状，则称为飞来峰；如果下盘岩石以天窗式出露，周围被上盘岩石封闭则称为构造窗。

前陆盆地：位于造山带与稳定克拉通之间的狭长型盆地，主要是由于造山带楔体加载导致岩石圈挠曲沉降形成。

平衡剖面：将剖面中的变形构造通过几何原理和方法全部复原的剖面。也就是将变形（褶皱、断层）的剖面恢复到变形前的原始状态。

正断层的一般特征（3）：1断层上盘相对于下盘向下运动；2被断岩石单元产生水平伸长（伸展）效应；3在同一高程剥蚀面上，上下盘的对比性

正断层分类：根据断层面的几何特征以及断层面和被断岩石的旋转性质，正断层可被划分为三种类型：非旋转平面正断层、旋转平面正断层和铲式断层

构造样式（7）

1地堑/地垒：由两组走向近平行且相向倾斜的正断层及其所夹持的下降断块形成的构造——两组相向倾斜的正断层。地垒反之

半地堑/半地垒：单侧由正断层控制的下降断块；或由一组倾向相同的正断层控制的一系列下降断块形成的构造样式。半地垒反之

盆岭构造（rang and basin structures）：由一系列走向近平行的地堑和地垒相间排列形成的构造。因为地堑一般形成盆地而地垒形成山岭，故称为盆岭构造。

2断陷盆地（fault basin）地壳伸展作用形成的以正断层为边界的同构造盆地，如地堑、半地堑等。如果盆地只在一侧发育正断层，则形成不对称箕状盆地，多见于铲式断层和掀斜断层。

3生长断层（同沉积断层）断层活动与沉积作用同时发生而形成的断层。特征（6）：1) 上盘与生长地层厚度明显比下盘大，有时断层切入某一地层而不穿层，使该地层断层两侧的厚度截然不同。2) 地层断距随深度增大而增大。3) 绝大多数生长断层为铲式断层。4) 铲式断层上盘同断层活动沉积地层厚度向断层方向增厚。5) 断层的运动速度会由于沉积的加载而加速，从而沉积中心的地层厚度会向上增大6) 在铲式断层中上盘因为重力作用而产生反牵引现象

4裂谷：伸展作用形成的，由地堑、半地堑及其他与正断层相关构造组成的区域性狭长构造带，一般表现为以断层为边界的狭长谷地。裂谷一般由地幔上涌（地幔柱）或区域性伸展形成，其进一步发展可演化成大洋盆地。

5拗拉谷：与大陆边缘高角度相交，向洋盆方向张开而向大陆方向消亡的裂谷。地幔柱之上形成R-R-R三联点，其两支发展成新洋盆，第三支停止发展而停留于初始的裂谷阶段，所以拗拉谷又称为盲支，和failed rift。

6岩墙群：近平行、放射状或同心状排列的一组岩墙。近平行排列的岩墙群一般发育于裂谷和拗拉谷。

7拆离断层和变质核杂岩：

拆离断层：区域性伸展形成的大规模低角度正断层。将年轻或浅层次岩石直接叠覆于古老或深构造层次的岩石之上。通常，上盘为不变质或极低级变质岩，下盘为具有糜棱岩结构的高级变质岩。特征（4）：1)定义特征，分割基底结晶岩石和低级盖层岩石。2)区域或亚区域规模，至少可达数十公里。3)超过10公里的巨大位移量。4)上盘发育一组或多组脆性正断层，它们向下合并于拆离断层，下盘则很少发育类似的断层。

变质核杂岩：由拆离断层限定的孤立穹隆状地质体，由经历了韧性变形的中－高级变质岩和岩浆侵入体组成，其上被低级变质或不变质、浅构造层次（拆离断层）上盘以构造关系覆盖，并且上盘经历了长距离的位移。特征（6）：1）孤立穹隆状地质体，两翼不对称。2）由中下地壳中－高级古老变质岩及晚期的岩浆岩组成。3）顶部为拆离断层。4）上盘由低级变质或不变质上地壳岩石组成。5）MCC－韧性变形；上盘－脆性正断层。 6）MCC运动学与上盘相同，是同一递进变形产物。

伸展作用的动力学模式（7）：1区域性岩石圈伸展模式；2岩浆作用引起的伸展作用；3拆沉作用；4造山带垮塌；5变形分解；6挤出构造；7走滑作用

走滑断层一般特征（4）：1走滑断层产状一般近直立，断层面较平直，航卫影像上表现为明显的线性构造。2根据断层两盘相对运动方向，分为左行（旋）走滑断层和右行（旋）。3大型走滑断裂是板块间相互运动的一种重要构造方式。4大型走滑断裂是陆内变形的一种重要方式。