斷層

斷層

斷層(英語:fault),是指岩石破裂後,兩側岩石發生顯著的相對位移。斷層大小不等,大的斷層可縱貫整個岩石圈,水平則可綿延幾千公里。斷層是岩層或岩體在受力發生斷裂變形時,斷裂兩側岩塊沿破裂面發生顯著位移的斷裂構造。在地貌上,大的斷層常常形成裂谷和陡崖,如著名的東非大裂谷、中國華山北坡大斷崖。斷層一側上升的岩塊,常成為快狀山地或高地,如中國的華山、廬山、泰山;另一側相對下沉的岩塊,則常形成谷地或低地,如中國的渭河平原、汾河谷地。在斷層構造帶,由於岩石破碎,易受風化侵蝕,常發育成溝谷、河流。

基本信息

概況

斷層斷層
地殼岩層因受力達到一定強度而發生破裂,並沿破裂面有明顯相對移動的構造稱斷層。地殼中的一個裂口或破裂帶,而且沿著它相鄰的岩體發生了運動。斷層長度變化很大,從幾厘米至幾百公里不等,兩盤之間的位移量也可有這樣大的變化。

斷層是構造運動中廣泛發育的構造形態。它大小不一、規模不等,小的不足一米,大到數百、上千千米。但都破壞了岩層的連續性和完整性。在斷層帶上往往岩石破碎,易被風化侵蝕。沿斷層線常常發育為溝谷,有時出現泉或湖泊

什麼力量倒置岩層斷裂錯位呢?原來是地殼運動中產生強大的壓力和張力,超過岩層本身的強度對岩石產生破壞作用而形成的。岩層斷裂錯開的面稱斷層面。兩條斷層中間的岩塊相對上升,兩邊岩塊相對下降時,相對上升的岩塊叫地壘;常常形成塊狀山地,如我國的廬山、泰山等。而兩條斷層中間的岩塊相對下降、兩側岩塊相對上升時,形成地塹,即狹長的凹陷地帶。著名的東非大裂谷和中國的汾河平原渭河谷地都是地塹。

斷層對地球科學家來說特別重要,因為地殼斷塊沿斷層的突然運動是地震發生的主要原因。科學家們相信:他們對斷層機制種類:根據斷層線上原來相鄰接的兩點在斷層運動中的相對運動狀況可以將。

認識標誌

野外認識斷層及其性質的主要標誌是:①地層、岩脈、礦脈等地質體在平面或剖面上突然中斷或錯開。②地層的重複或缺失,這是斷層走向與地層走向大致平行的正斷層或逆斷層常見的一種現象,在斷層傾向與地層傾向相反,或二者傾向相同但斷層傾角小於地層傾角的情況下,地層重複表明為正斷層,地層缺失則為逆斷層。③擦痕,斷層面上兩盤岩石相互摩擦留下的痕跡,可用來鑑別兩盤運動方向進而確定斷層性質。④牽引構造。斷層運動時斷層近旁岩層受到拖曳造成的局部弧形彎曲,其凸出的方向大體指示了所在盤的相對運動方向。⑤由斷層兩盤岩石碎塊構成的斷層角礫岩、斷層運動碾磨成粉末狀斷層泥等的出現表明該處存在斷層。此外還可根據地貌特徵(如錯斷山脊、斷層陡崖、水系突然改向)來識別斷層的存在。

形成時代

斷層斷層
1.角度不整合法
在存在地層角度不整合區,可利用斷層與同期變形的地層、褶皺的相互關係確定斷層形成時期。斷層形成於捲入同期變形地層(下伏地層)中最新地層之上、上覆未捲入同期變形地層中最老地層形成時代之前。
2.穿插法
利用斷層和侵入體(岩體、岩脈)、礦脈穿插關係確定斷層形成時期。若斷層形成於侵入體之前,則可被侵入體穿切;若斷層形成於侵入體之後則可能穿切侵入體。通過確定侵入體和礦脈形成的時間,可以確定斷層是形成於侵入體或礦脈之前或之後。
3.組合
利用斷層和褶皺或者其它地質構造的組合關係確定斷層形成時期。在同一構造應力場控制的構造活動期間所形成的褶皺、斷裂之間存在有規律的幾何關係和成因聯繫。確定了這些構造作用時期也可以推斷斷層的形成時間。

分類

斷層斷層
如果它們的運動只在水平方向上,並且平行於斷層面,那么這斷層叫走向滑動斷層。走向滑動斷層又進一步分為右滑和左滑斷層。

如果一個觀察者站在斷層的一側,面向斷層,另一邊的岩塊向他左方滑動,那它就叫左滑斷層。之所以如此稱呼,因為要追索被移動了的地表特徵時,該人需沿斷層線轉向左邊,才能在那一邊找到與這邊相對應的特徵。這種走向滑動斷層也叫右鏇或左鏇、右行或左行斷層,或統稱走向斷層。加利福尼亞聖安德列斯斷層是一條右鏇

層或滑動斷層。沿斷層面作上升下降的相對運動,則是傾向滑動斷層。上盤相對下盤向下運動的傾向滑動斷層是正斷層。當斷層面傾角小於或等於45°,上盤相對下盤作向上運動時,叫沖斷層,而若斷層面傾角大於45°,則稱逆斷層。

兩盤相對運動方向界於走向滑動斷層和傾向滑動斷層之間的,叫斜向滑動斷層。斷層兩盤之間的相對位移常被叫作斷層落差和平錯。落差反映垂直位移,而平錯反映水平位移。以上所說的斷層都有一個共同的運動特點,即在運動中兩盤的構造保持著平行

但也可以有這樣的斷層,相鄰兩盤塊體之間發生了扭動、轉動,這樣的斷層被稱為鏇轉斷層或剪狀斷層.上面這張照片裡山嶽右邊的線形結構,就是美國加州著名的聖安地列斯斷層,它也是地球表面最長和最活躍的斷層之一。

聖安地列斯斷層的深度有15公里,存在的時間已經超過2000萬年。照片是從奮進號太空梭拍攝的雷達影像和測地衛星的真色影像所組合出來的。巨大的太平洋板塊沿著聖安地列斯斷層,相對於北美板塊向北漂移,平均每年移動數厘米,按這種移動速率,經過數百萬年後,地球表面的陸塊分布和現在比起來,將會有很大的不同。研究越深入,就能越準確地預報地震,甚至控制地震。斷層是指,由地表狹長地帶所形成的界線的兩側地盤運動有不連續的現象,此種不連續面稱為斷層。

斷層之種類通常根據兩斷層面相對移動的關係而分有正斷層(Normal Fault)、逆斷層(Thrust Fault)及滑向斷層(Strike-slip Fault)三種。

正斷層 上盤對下盤形成相對地向下移動者,其兩層互相分開,表示地受到張力後沿著斷面向兩側拉裂所造成的斷面,亦表示地殼在伸展,或是地殼由下向上升起所形成,故亦稱為重力斷層或張力斷層 (Gravity or Tension Fault),所示者。在發生正 斷層運動後,往往生明顯的斷崖(Fault scarp)。正斷層的斷層面傾角多在65~90度之間 。在同一地區內,正斷層多呈一群約相互平行的斷層出現。很少單獨出現。
(2). 逆斷層 上盤對下盤形成相對地向上推移者,其兩層互相掩蔽,表示地殼受到兩側壓力推擠緊縮所造成的,亦表示地殼在收縮,故亦稱為壓力斷層(Compression Fault),所示者。逆斷層常褶曲帶出現。斷層面的傾角大於45度之逆斷層,則稱為反斷層(Reverse Fault)。
(3). 平行斷層 上下盤在水平面上相對之位移,而無上下垂直移動,此位移方向平行或近乎平行斷層之走向者,亦稱為扭轉斷層(Wrench Fault),所示者。

滑向斷層之 斷層面多呈近似垂直面,但由於斷層面之水平方向移動,沒有明顯的斷崖,在地面上所看到的往往是一條斷層直線。

斷層大多數隱藏在地下無法看到,只有少數淺發地震所形成的斷層才會留下可供辦認的痕跡。此外,也有許多斷層並非只具單一基本型態,而是兼具二種或三種基本型態的複合斷層。 下可供辨認的痕跡。此外,也有許多斷層並非只具單一基本型態,而是兼具二種或三種基本形態的複合層。

根據斷層線上原來相鄰接的兩點在斷層運動中的相對運動狀況可以將斷層分類:

如果它們的運動只在水平方向上,並且平行於斷層面,那么這斷層叫走向滑動斷層。走向滑動斷層又進一步分為右滑和左滑斷層。
如果一個觀察者站在斷層的一側,面向斷層,另一邊的岩塊向他左方滑動,那它就叫左滑斷層。之所以如此稱呼,因為要追索被移動了的地表特徵時,該人需沿斷層線轉向左邊,才能在那一邊找到與這邊相對應的特徵。這種走向滑動斷層也叫右鏇或左鏇、右行或左行斷層,或統稱走向斷層。加利福尼亞聖安德列斯斷層是一條右鏇斷層或滑動斷層。
沿斷層面作上升下降的相對運動,則是傾向滑動斷層。上盤相對下盤向下運動的傾向滑動斷層是正斷層。
當斷層面傾角小於或等於45°,上盤相對下盤作向上運動時,叫沖斷層,而若斷層面傾角大於45°,則稱逆斷層。
兩盤相對運動方向界於走向滑動斷層和傾向滑動斷層之間的,叫斜向滑動斷層。
斷層兩盤之間的相對位移常被叫作斷層落差和平錯。落差反映垂直位移,而平錯反映水平位移。以上所說的斷層都有一個共同的運動特點,即在運動中兩盤的構造保持著平行。

要點

沿破裂面兩側岩塊發生顯著相對位移的斷裂構造。規模大小不等 ,大者沿走向延伸數百千米 ,常由許多斷層組成,可稱為斷裂帶;小者可見於手標本。

組成要素

斷層斷層
斷層由斷層面和斷盤構成。斷層面是岩塊沿之發生相對位移的破裂面。斷盤指斷層面兩側的岩塊,位於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,則按岩塊相對於斷層走向的方位來描述。斷層兩側錯開的距離統稱位移。按測量位移的參考物的不同,有真位移和視位移之分,真位移是斷層兩側相當點錯開的距離,即斷層面上錯斷前的一點,錯斷後分成的兩個對應點之間的距離,稱為總滑距;視位移是斷層兩側相當層錯開的距離,即錯動前的某一岩層,錯斷後分成兩對應層之間的距離,統稱斷距。

通常按斷層的位移性質分為:①上盤相對下降的正斷層。②上盤相對上升的逆斷層。斷層面傾角小於30°的逆斷層又稱沖斷層。正斷層和逆斷層的兩盤相對運動方向均大致平行於斷層面傾斜方向,故又統稱為傾向滑動斷層。③兩盤沿斷層走向作相對水平運動的平移斷層,又稱走向滑動斷層(簡稱走滑斷層)。
野外認識斷層及其性質的主要標誌是:① 地層岩脈礦脈等地質體在平面或剖面上突然中斷或錯開。②地層的重複或缺失,這是斷層走向與地層走向大致平行的正斷層或逆斷層常見的一種現象,在斷層傾向與地層傾向相反,或二者傾向相同但斷層傾角小於地層傾角的情況下,地層重複表明為正斷層,地層缺失則為逆斷層。③擦痕,斷層面上兩盤岩石相互摩擦留下的痕跡,可用來鑑別兩盤運動方向進而確定斷層性質。④牽引構造。斷層運動時斷層近旁岩層受到拖曳造成的局部弧形彎曲,其凸出的方向大體指示了所在盤的相對運動方向。⑤由斷層兩盤岩石碎塊構成的斷層角礫岩、斷層運動碾磨成粉末狀斷層泥等的出現表明該處存在斷層。此外還可根據地貌特徵(如錯斷山脊、斷層陡崖、水系突然改向)來識別斷層的存在。

斷層是常見的斷裂構造 ,在尋找固體礦床,分析石油、天然氣和地下水的運移和儲集,評價大型工程地基穩定性以及監測和分析預報地震等方面,斷層的研究具有重要的實際意義。

危害

根據斷層面(即岩石的裂縫和兩塊岩石運動過程中產生的裂縫)位置的不同特徵,科學家將斷層分為四種類型:
在正斷層中(查看下面的動畫),斷層面幾乎是垂直的。上盤(位於平面上方的岩石塊)推動下盤(位於平面下方的岩石塊),使之向下移動。反過來,下盤推動上盤使之向上移動。由於分離板塊邊界的拉力,地殼被分成兩半,從而產生斷層。

正斷層:逆斷層的斷層面也幾乎垂直,但上盤向上移動,而下盤向下移動。這種類型的斷層是由於板塊擠壓形成的。 沖斷層與逆斷層的移動方式相同,但斷層帶幾乎是水平的。在這類同樣是由擠壓形成的斷層中,上盤的岩石實際被向上推移至下盤的頂部。這是在聚合板塊邊界中產生的斷層類型。

逆斷層:在平移斷層中,岩石塊沿相反的水平方向移動。正如轉換板塊邊界中所述,地殼塊相互滑動時形成這些斷層。

平移斷層:在所有類型的斷層中,不同的岩石塊緊密地相互擠壓,在移動過程中形成很大摩擦力。如果這種摩擦足夠大,這兩塊岩石將咬合,因為摩擦力使它們無法相互滑動。在這種情況下,來自板塊的力量繼續推動岩石,從而增大施加在斷層上的壓力

如果這種壓力大到可以克服摩擦力,岩石塊將突然向前運動t。換句話說,當構造作用力推動“咬合”岩石塊移動時,積聚了潛在的能量。在這些板塊最終移動時,這些積聚起來的能量變成了動能。一些斷層的變動在地球表面形成了明顯變化,但也有一些岩石的變動發生在地表以下的岩石中,因此無法形成地表斷裂。

產生斷層的最初震動,以及沿已經形成的斷層產生的突如其來的劇烈變動稱為主要震源。多數地震發生在板塊邊界,因為這是板塊運動張力最強的部分。地震會形成斷層帶,即相互交織的斷層組。在斷層帶,由一個斷層釋放的動能可以增大周邊斷層的壓力(潛在能量),導致發生其他地震。這就是短時間內一個區域可能發生多次地震的原因之一。

地震也常常發生在板塊中央。事實上,美國有記載的一系列強力地震就發生在北美大陸板塊的中央。1811年和1812年這些地震襲擊了幾個州,其震源位於密蘇里州。在二十世紀七十年代,科學家發現了該地震的可能來源:一條深藏於多層岩石層下面的斷層帶,它已經存在了6億年之久。

研究學者

馬瑾;馬勝利;鄭小平;李振平;薄萬舉;劉曉紅;王政;耿乃光董秀珍付峰

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