二、断层及其几何要素

1. 二、断层及其几何要素 二、断层及其几何要素 岩块沿着破裂面有明显位移的断裂构造称为断层。断层的规模有大有小，所波及的深度有深有浅（深可切穿岩石圈或地壳，浅可切穿盖层或只在地表）；形成的时代有老有新；有的是一次构造运动的结果，有的是多次构造运动的结果；有的已不活动，有的还在继续活动；形成断层的力学性质或张或压或剪，各不相同。

2. 二、断层及其几何要素 断层的几何要素包括断层本身的基本组成部分（图4-67）以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。 （一）断层面 （二）断层线 （三）断盘

3. 二、断层及其几何要素 （四）位移 断层两盘的相对移动统称位移。在实际工作中，经常要推断断层两盘相对位移的方向和测算位移的距离。为此，必须以相当点或相当层为根据。 图4-68显示断层发生前的一个点，在断层发生后变成位于断层面上的两个点，即A和A′。这两个点就是相当点。这两个点的实际距离，表示断层的真位移距离，称为总滑距（AA′）；总滑距在断层面走向方向和倾斜线上的分量，称为走向滑距（BA′）和倾斜滑距（AB）。同时总滑距在铅直方向的分量称为铅直滑距（DA′），在水平面上的投影称为水平滑距（AD）。

4. 二、断层及其几何要素 但在自然界，在断层面上找相当点是困难的，所以在实际工作中（在野外或在地质图上）总是根据相当层被错开的距离来测量位移。同一地层由于断层错动，分别在上下盘出现，好象变成了两个地层，这两个地层就是相当层。因为相当层是具体的看得见的东西，以此为据来计算位移就容易了。通常是在垂直岩层走向的剖面上来测量相当层之间的位移，这样算出来的位移都是视位移，一般称之为断距（以便与滑距相区别）（图4-69）。

5. 二、断层及其几何要素 视断距

6. 三、断层的分类 三、断层的分类 为了认识断层的几何规律和成因，可以从以下几个方面对其进行分类。 1．根据断层走向与两盘岩层产状的关系分类（图4-70） （1）走向断层：断层的走向与岩层的走向一致。 （2）倾向断层：断层的走向与岩层的走向垂直。 （3）斜交断层：断层的走向与岩层的走向斜交。 （4）顺层断层：断层与岩层面大致平行。

7. 三、断层的分类 2．根据断层走向与褶曲轴或区域构造线的关系分类（图4-71）。 （1）纵断层：断层的走向与褶曲的轴向或区域构造线一致。实际上，纵断层基本是走向断层。 （2）横断层：断层的走向与褶曲的轴向或区域构造线直交。实际上，横断层基本是倾向断层。 （3）斜断层：断层的走向与褶曲的轴向或区域构造线斜交。实际上，斜断层基本是斜交断层。

8. 三、断层的分类 3．根据断层两盘相对位移的关系分类 （1）正断层：上盘相对下降，下盘相对上升的断层叫正断层（图4-72）。断层面的倾角一般较陡，多在45˚以上。正断层后相当层间出现拉开的一段水平断距，如图4-72C中的bc一段，说明正断层是在张力或重力作用下形成的。正断层的规模有大有小，断距从小于1m到数百米；断层线从数米到数百千米以上，一般比较平直。

9. 三、断层的分类 （2）逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降的断层叫逆断层（图4-73）。逆断层后相当层间出现一段掩覆现象，即上盘掩盖下盘的现象，如图4-73C中bc一段，说明逆断层主要是在水平挤压力作用下形成的。逆断层又可根据断层面的倾角分为： ①冲断层指高角度的（倾角大于45˚）的逆断层（图4-74），断层线比较平直。 ②逆掩断层指断层面倾角小于45˚的逆断层。 ③推覆构造指规模巨大、断层面倾角平缓（一般小于30˚）并呈波状起伏、上盘沿断层面远距离推移（数千米至数万米）的逆掩断层，又称逆冲推覆构造或辗掩构造。

10. 三、断层的分类 大规模的逆掩断层或推覆构造所表现的突出特征是：老岩层推覆在新岩层之上（图4-75）。这些盖在较新岩层之上的来自远处的老岩层，称为外来岩块或推覆体；相对地停留在原地的岩层岩块，称为原地岩块或下伏岩块。如果在推覆构造的上盘岩块中，由于差异侵蚀局部露出下盘的较新的原地岩块，这种构造称为构造窗。相反，如果由于强烈侵蚀，上盘的外来岩块只局部残留于较新的原地岩块之上，这种构造称为飞来峰。构造窗和飞来峰，在平面图上都表现为和周围的岩层呈断层接触，构造窗表现为新岩层的周围都是老岩层，而飞来峰则是老岩层的周围都是新岩层。

11. 三、断层的分类 构造窗可以暴露下伏岩块的信息，可提供探矿和开采的有利条件。飞来峰则常形成老岩层压在新岩层之上的孤立或峻拔山峰，如河北下花园鸡鸣山海拔1200多米，就是中元古界白云质灰岩推覆在中生代侏罗纪煤系地层之上的一个飞来峰。河南登封石门村附近也有一个飞来峰构造（图4-76，图4-77）。

12. 三、断层的分类 逆断层特别是逆掩断层及推覆构造，其形成与强烈的水平挤压作用有关。这种断层的特点是：断层常与倒转褶皱、平卧褶皱等伴生；岩层受水平压力褶皱，由倾斜、倒转、平卧到翼部（倒转翼）变薄而断裂，断层一般发生在倒转翼上；推覆体盖在新岩层上，上下盘的相当层有很长一段距离的掩覆（图4-78）。如果在平面图上看，断层线与褶曲轴的走向大体一致，故多为纵断层或走向断层。由于推覆构造是因褶皱受侧压发展而来，故又称褶皱推覆构造。近年对于推覆构造的成因，又提出另外新的认识，后面还要讲到。

13. 三、断层的分类 （3）平推断层：指断层两盘沿着断层面在水平方向发生相对位移的断层，又叫平移断层（图4-79）。实际上无论是正断层或逆断层，很多是斜向滑动的。如果其走向断距大于倾斜断距，皆可归入平推断层一类。平推断层往往是在褶曲形成过程中在水平剪切应力作用下产生的，断层走向常与褶曲轴垂直或斜交，断层面多近于直立。

14. 三、断层的分类 （4）枢纽断层：前述各种断层，其两盘位移都是直线运动的，但有些断层运动具有旋转性质，好像上盘围绕着一个轴作旋转运动，这样的断层叫枢纽断层或旋转断层。两盘运动方式有2种情况，一种如图4-80A和图4-81所示：旋转轴位于断层的一端，其特点是在同一条断层的不同地段其位移量不等；另一种如同图4-80B所示：旋转轴位于断层的中间，其特点是除了位移量随断层不同地段而变化外，还表现为在旋转轴的两侧，一侧为正断层，一侧为逆断层。在自然界这种带有枢纽旋转性质的断层是屡见不鲜的。

15. 三、断层的分类 4．根据断层的力学性质分类 断层是在一定的地应力作用下产生的，而地壳内岩石所受的力不外是张应力、压应力和扭（剪切）应力，但更多的时候是张应力兼扭应力和压应力兼扭应力。因此，可以把断层分为张性、压性、扭性、张性兼扭性（张扭）、压性兼扭性（压扭）等5种（最后2种也可以是扭张或扭压）。

16. 三、断层的分类 根据李四光的地质力学理论，把在野外经常见到的岩层褶皱、节理、断层等地质构造现象，都叫作构造形迹。任何构造形迹在空间上的方位都可以用平面或曲面来表示，这些面称为结构面。有些结构面，如褶曲轴面实际并不存在，是一种标志性结构面；另有些结构面，如破裂形成的不连续界面，如断层面、节理面等，是实际存在的，是一种分划性结构面。结构面与地表的交线叫构造线。

17. 三、断层的分类 （1）张性断层：断层面一般较粗糙；断层带较宽或宽窄变化悬殊，其中常填充构造角砾岩，如尚未完全胶结，常形成地下水的通道；沿着断层裂缝常有岩脉、矿脉填充。正断层多属于张性断层。 （2）压性断层：断层面的产状沿走向、倾向常有较大变化，呈波状起伏；断层带中破碎物质常有挤压现象，出现片理、拉长、透镜体等现象；断层两侧岩石常形成挤压破碎带，为地下水运移和储集提供了有利条件，而断层带本身由于挤压密实，反倒形成隔水层；断层两盘或一盘岩层常直立、或呈倒转褶皱、牵引褶皱；断层带内常产生一些应变矿物（受压受热重结晶）如云母、滑石、绿泥石、绿帘石等，并多定向排列。逆断层多属于压性断层。

18. 三、断层的分类 （3）扭性断层：断层面产状较稳定；断层面平直光滑，犹如刀切，有时甚至出现光滑的镜面；断层面上常出现大量擦痕、擦沟等；断裂面可以切穿岩层中的坚硬砾石和矿物；断裂带中的破碎岩石常辗压成细粉，出现糜棱岩，有时也出现一些应变矿物如绿泥石、绿帘石等。平推断层多属于扭性断层。 对于扭性断层相对扭动方向，常用左行、右行或反扭、顺扭等术语来表示（图4-82）。判别的方法是：观察者面朝所在断盘移动方向，对盘在自己左侧向身后方向移动就叫左行或叫反扭（反时针）；如对盘在自己右侧向身后方向移动就叫右行或叫顺扭（顺时针）。

19. 三、断层的分类 （4）张扭性断层：自然界纯张纯压的断层，事实上并不多见，而是多少带一些扭动。如某些上盘沿着断层面斜向往下滑动的正断层，即带有张扭性质。如果走向断距大于倾向断距，那就向真正的扭断层过渡了。这种断层具有张性和扭性断层的特点，断层面上常显示上盘斜向滑动的擦痕，断裂有时呈雁行状排列。

20. 三、断层的分类 （5）压扭性断层：上盘沿着断层面斜向往上推动的逆断层，带有压扭性质。如果走向断距大于倾向断距，便向着扭断层过渡。这种断层具有压性和扭性断层的特点，断层面小范围内显示光滑平直，大范围内常呈舒缓波状；断层面上斜冲擦痕和小陡坎（阶步）发育；其它特点多与压性断层相似或相同。

21. 四、断层的组合类型 四、断层的组合类型 在自然界，常见许多断层以一定组合形式出现。从平面上看，断层排列有平行状（图4-83）、雁行状、环状和放射状等。从剖面上看，有阶梯状、叠瓦状、地堑和地垒等。

22. 四、断层的组合类型 （一）阶梯状断层 两条以上的倾向相同而又互相平行的正断层，其上盘依次下降，这样的断层组合称为阶梯状断层（图4-84）。它在地形上常表现为阶梯状下降或阶梯状上升的块状山地。

23. 四、断层的组合类型 （二）叠瓦状断层 两条以上的倾向相同而又互相平行的逆断层，其上盘依次向上推移，形如叠瓦，这样的组合称为叠瓦状断层，又称叠瓦状构造（图4-85）。这种断层组合常常和一系列倒转褶皱相伴生，其断层面的倾向和褶曲轴面的倾向大体一致，断层线的走向和褶曲轴的走向大致平行，相当于一系列平行的纵断层。

24. 四、断层的组合类型 （三）地堑 两条或两组大致平行的断层，其中间岩块为共同的下降盘，两侧为上升盘，这样的断层组合叫地堑 （图4-86）。组成地堑的断层在地表一般表现为正断层。但也有地堑在地下一定深度，正断层为倾向相反的逆断层所代替。

25. 四、断层的组合类型 在地形上地堑常形成狭长的凹陷地带，如欧洲的莱茵河谷（图4-87）、中国的汾河河谷、渭河河谷等都是有名的地堑构造。地堑还常控制着后来盆地的发育，如中国华南的一些古近纪、新近纪红色盆地。在南美洲沿着安第斯山山脉，断续分布着长达数千千米的中央地堑构造（图4-88）。按照板块理论，巨型地堑（又称为大裂谷）是开始分离的两个岩石圈板块之间的扩张构造，也是地下岩浆涌出的通道，所以多火山喷发活动。著名的长达6 500km的东非大裂谷（图4-89）就是一个巨型地堑。

26. 四、断层的组合类型 （四）地垒 两条或两组大致平行的断层，其中间岩块为共同的上升盘，两侧为下降盘，这样的断层组合叫地垒（图4-90）。造成地垒的断层一般是正断层，但也可能是逆断层。地垒构造往往形成块状山地。

27. 四、断层的组合类型 无论是地堑和地垒，其两侧断层可能是一条，也可能是由若干条断层组成的阶梯状断层。 地堑和地垒常常共生，两个地堑之间形成一个地垒，两个地垒之间形成一个地堑。在古老的硬性地块地区，由于区域性的构造运动，常常导致岩块的断裂，形成块状山地。在许多大平原下边的基岩，也多为断裂所分割，潜伏着隆起和凹陷，实际上是埋藏于松散岩层之下的地堑和地垒构造。它们不仅控制着沉积盆地的发育，而且在凹陷盆地中还控制着石油的形成和富集。

28. 四、断层的组合类型 （五）环状断层与放射状断层 在穹窿构造等地区，常出现在平面上呈环状或放射状的断层。断层产状各不同，环形断裂断续相连，而断层的性质一般以正断层为主。

29. 五、怎样识别断层 五、怎样识别断层 在野外有时在剖面上可以一眼看到断层，有时断层却比较隐蔽，特别是地面覆盖物较多时，更不易发现。有时虽然在一个点或一个剖面发现有断层存在，但要确定整个断层的面貌也不是容易的事。研究断层首先要判断是否有断层存在；第二要判断断层的性质、成因；第三要判断断层的时代。

30. 五、怎样识别断层 （一）断层存在的标志 1．断层面和断层带上的标志 断层面和断层带是断层存在的直接证据。断层面（带）上遗留的断层擦痕、断层滑面（镜面）、阶步、断层构造岩、构造透镜体等痕迹是判别断层的标志。

31. 五、怎样识别断层 （1）断层擦痕是断层两盘相对错动：在断层面上留下的平行细密而均匀的摩擦痕迹（图4-91），有时形成相间平行排列的擦脊和擦槽。这些擦痕有时呈一头粗深一头细浅的“丁”字形，由粗向细的方向代表对盘运动的方向。用手抚摸擦痕，不同方向滑涩感不同，光滑方向代表对盘移动方向。

32. 五、怎样识别断层 （2）断层滑面（镜面）：断层两盘相对错动引起断层面上的温度升高，使一些铁、锰、钙、硅等成分的物质粉末重熔，敷在断层面上形成的一层光滑的薄膜。在扭性、压扭性断层面上更容易出现断层滑面。

33. 五、怎样识别断层 （3）阶步：断层两盘相对错动，在断层面上所形成的小陡坎（台阶）（图4-91）。阶步常垂直擦痕方向延伸，但延伸一般不远，阶步间彼此平行排列。阶步陡坎方向指示对盘运动方向。

34. 五、怎样识别断层 （4）断层构造岩：断层作用在断层带形成各种岩石。最常见的构造岩有断层角砾岩（图4-92），其中的角砾棱角显著，大小不一，一般无定向排列，角砾的成分与断层两盘的成分相同。断层角砾常被钙、硅、铁、黏土等物质胶结。典型的断层角砾岩常见于正断层（或张性断层）。 如果断层两盘剧烈错动，破碎岩石常被辗磨成细小的碎屑和粉末，呈鳞片状或小透镜体状（肉眼不易分辨），定向排列显著。若松软未胶结，称断层泥；若胶结起来，致密坚硬，称糜棱岩。在逆断层、平推断层中常见此种构造岩。

35. 五、怎样识别断层 （5）构造透镜体：常形成于压性、压扭性断层带中。两组共轭节理，把岩石切成菱形方块，然后又沿节理面滑动，使棱角部分大多消失，呈透镜体状，叫构造透镜体。在透镜体周围往往环绕着片状矿物，形成片理（图4-93，7-94）。

36. 五、怎样识别断层 2．岩层上的标志 断层活动常常导致岩层的错断，造成岩层的不连续、重复或缺失、加厚或变薄，还可以造成岩层产状的变化。这些现象可以指示断层的存在。

37. 五、怎样识别断层 （1）岩层的不连续：断层常把原来连续的地层、矿脉、岩脉、变质带以及各种构造线错开，使它们发生不连续或中断现象，特别是横断层、倾向断层和平推横断层，这种现象非常明显。图4-95为一倾向断层，断层把岩层错开，侵蚀后形成的山脉也错开。图4-96是平推横断层，断层后也发生同样现象。

38. 五、怎样识别断层 应该指出，岩层和构造的错开中断，也可因岩层尖灭和岩层的角度不整合接触等而形成，图4-97是断层接触和角度不整合接触所形成的岩层中断现象比较图。 二者最主要区别是，断层所形成的岩层中断是上盘岩层界线与断层线斜交（左图），而不整合所形成的岩层中断，是不整合面上的岩层界线与不整合线平行。

39. 五、怎样识别断层 （2）岩层的重复或缺失：走向断层或纵断层（无论是正断层或逆断层）必然会产生岩层重复或缺失、加厚或变薄的现象（图4-98）。岩层重复或缺失决定于断层性质、断层产状和被切断岩层的产状三者之间的关系（表4-2）。褶曲和不整合也可造成岩层的重复或缺失，但它们是有区别的（表4-3）。

40. 五、怎样识别断层 （3）岩层产状的变化：枢纽（旋转）断层形成时，断层线两侧的岩层产状发生很大变化（图4-99），上图为旋转断层，下图表示侵蚀后在地表能见到断层一侧为石灰岩，另一侧为石灰岩及其他岩石，而且岩层的产状发生重大变化（无论是走向、倾向或倾角）。

41. 五、怎样识别断层 3．断层两侧的伴生构造标志 在断层面的一侧或两侧，常形成一些伴生的褶皱、节理等构造，作为断层存在的证据，并可用以判别断层的力学性质和两盘的移动方向。

42. 五、怎样识别断层 （1）拖拉褶皱：又名牵引褶皱（图4-100）。当柔性较大的岩层断开时，断层面一侧或两侧常发生一些拖拉而成的小褶皱，这种小褶皱的特点是： a. 多为倾斜或倒转褶皱； b. 离开褶皱面一定距离，这种小褶皱即渐消失； c. 图4-100表示了拖拉褶皱的形成过程，正断层和逆断层的拖拉褶皱形态不同。根据拖拉褶皱的形态可判断两盘的运动方向，从而进一步确定断层的性质。其方法是：拖拉褶皱的弧顶所指的方向指示其所在盘的移动方向。

43. 五、怎样识别断层 （2）伴生节理：即在断层面的一侧或两侧，因上下盘错动产生的若干组有规律的节理。

44. 五、怎样识别断层 4．断层的间接标志 由于断层活动改变了近地表岩层的状况，从而影响的断层所在区域的地貌、水文、植被等自然条件，因此可以利用这些特征间接判断断层的存在。

45. 五、怎样识别断层 （1）断层崖和断层三角面：断层面（一般是上升盘）露出地表形成的悬崖，叫断层崖（图4-101），是断层活动形成的构造地貌。有时沿着断层线，由于两侧岩石性质不同，在差异侵蚀作用下亦可形成陡坡或悬崖，叫断层线崖。多数断层崖形成后，受到流水的侵蚀切割，形成V形谷，谷与谷之间形成一系列三角形面，称断层三角面（图4-101）。这种面有时也可呈梯形面。山西太谷、内蒙古大青山南麓、关中华山北麓等都有明显的断层崖或三角面。但必须注意，三角面、悬崖等并不完全与断层有关。

46. 五、怎样识别断层 （2）山脉错开或中断：断层引起地层的错开，在地貌上有时会表现为山脉的错开或中断。山脉的山脊或山峰一般顺着岩层的走向延伸，如果突然错开（图4-102）、中断或呈大角度拐弯，或截然与平原相接触，则可考虑有断层的可能性。

47. 五、怎样识别断层 （3）断层谷、断陷湖、断层泉：断层在平面上呈线性展布，常成为控制地貌发育的构造线，沿断层线或地堑常形成断层谷，或形成一系列断陷湖盆。有时沿断层线出现一系列泉水。如内蒙古凉城县岱海，就是一个断陷湖。如果水系突然呈直角转折，也可能与断层（或节理）有关。

48. 五、怎样识别断层 （4）火山分布：第四纪火山锥常沿着断层线或断层的交叉点分布，因此有规律分布的火山锥或侵入体，可能与断层有关。 （5）植被变化：断层线两侧因岩性不同、土壤性质不同，可以有规律地生长着各异的植被；有时断层带为地下水富水带，生长着茂盛的或喜湿的植被。

49. 五、怎样识别断层 （二）怎样确定断层的性质 在可能条件下，首先应该测量断层面的产状（走向，倾向，倾角）。其次，要确定断层两盘相对位移的方向。如是，断层的性质（正、逆、扭等）便可判断了。确定两盘相对位移方向的方法主要如下： （1）根据断层面上的擦痕、阶步和断层两侧的拖拉褶皱判断（前已述及）。

50. 五、怎样识别断层 （2）根据断层两盘岩层的新老对比判断：对于走向断层或纵断层来说，在断层线上同一点，其较老岩层一侧为上升盘，较新岩层一侧为下降盘（图4-98A，B，D，E）。但当断层面倾向与岩层倾向一致，而断层面倾角小于岩层倾角时，则较老岩层一侧为下降盘，较新岩层一侧为上升盘（图4-98C，F）。对于倾向断层或等斜褶曲中的横断层来说，不论是在平面或剖面上，都不易判断升降盘，必须借助其他小构造等来判断。