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断层形成的机理
横断层切断并夷平后,平面上两盘轴迹仍连成一线而未错移,则表明断层两盘顺着轴面在 断层面上的迹线滑动,因此既有顺断层面走向滑动的分量又有顺断面倾斜滑动的分量。还 要指出,如果轴面倾角平缓,顺断层面倾斜滑动的分量即使不大也可能引起水平面上轴迹 的较大错开。 总之,褶皱轴迹在两盘中错移距离的大小决定于三个因素,即两盘平移分量的大小和 方向;两盘倾斜滑动分量的大小和褶皱轴面的倾角。这三个变量及其相互关系,决定了褶 皱轴迹是否发生错移,并决定了错移的方向和距离。所以在分析断层时,必须从断层、褶 皱及其相互关系的整体,结合有关构造进行分析。 以上我们讨论了断层活动可能造成的错动假像。由于岩层和断层都不是几何平面,还 要受地形起伏的影响,因此,自然界的实际现象要比上述分析的情况更加复杂。所以在分 析研究断层时决不能只观察一个平面或一个剖面的表像,要从多方面考虑:一定要考虑到 三维空间的立体形像;断层产状和两盘的位移;岩层和褶皱的产状以及其间的相互关系 等;还要考虑到地形的影响。 第五节 断层形成机制 断层形成机制是一个复杂的课题,涉及的问题是多方面的,如破裂的发生和断层的形 成过程;断层作用与应力状态;发生断裂岩石的力学性质;以及断层作用与断层形成环境 的物理状态等问题。下面对这些问题作一概括分析。 当岩石受力超过其强度,即应力差超过其强度时便开始发生破裂。破裂之初,首先出 现微裂隙、微裂隙逐渐发展,相互联合,形成一条明显的破裂面,即断层两盘借以相对滑 动的破裂面。 断层形成之初发生的微裂隙一般成羽状散布排列。对微裂隙的性质,目前尚未取得一 致认识。近年来用扫描电子显微镜的观察,发现大多数微裂隙是张性的。 当断裂面一旦形成而且应力差超过摩擦阻力时,两盘就开始相对滑动,形成断层。随 着应力释放,应力差(f1—J3)逐渐变小,当其趋向于零或小于滑动摩擦阻力时,一次断 层作用即告终止。 · 安德森(E.M.Anderson,1951)等学者分析了形成断层的应力状态,他认为形成断 层的三轴应力状态·中的一个主应力轴趋于垂直水平面。以此为依据提出了形成正断层、逆 冲断层和平移断层的三种应力状态(图6--41)。 安德森模式基本上为地质学家所接受,作为分析解释地表或近地表脆性断裂的依据。 现在一般认为,断层面是一个剪裂面,J1与两剪裂面的锐角分角线一致,口,与两剪裂面 的钝角分角线一致。f1所在盘向锐角角顶方向滑动,就是说断层两盘垂直口2方向滑动。 形成正断层的应力状态是:f1直立;口:和口:水平;口2与断层走向一致,上盘顺断层 倾斜向下滑动。根据形成正断层的应力状态和莫尔圆表明,引起正断层作用的有利条件 是:最大主应力(J1)在铅直方向上逐渐增大;或者是最小主应力(口:)在水平方向上减 小(图6--42)。因此,水平拉伸和铅直上隆是最适于发生正断层作用的应力状态。 形成逆冲断层的应力状态是:最大主应力轴(口1)和中间主应力轴(口:)是水平的; 最小主应力轴(J3)是直立的;f2平行于断层面走向。根据逆冲断层的应力状态和莫尔 - 图6---41 形成断层的三种应力状态 (据E.M.AndeI~on,1951) A——正断层;B一逆冲断层;C一平移断层 (A与B的右图为剖面图,C的右图为平面图) 正断层作用的应力状态莫尔医 (据M.K.Hubbert) 逆冲断层作用 逆冲断层作用的应力状态莫尔圆 (据M.K.Hubbert) 圆表明,适于逆冲断层形成作用的可能情况是:f1在水平方向逐渐增大;或者是最小王 应力(口,)逐渐减少(图6--43)。因此,水平挤压有利于逆冲断层的发育。 形成平移断层的应力状态是:最大主应力轴(f1)和最小主应力轴(J3)是水平的, 中间主应力轴(口:)是直立的;断层面走向垂直于,:,滑动方向也垂直于f2,两盘顺断 层走向滑动。 安德森模式虽然常常作为地质学家分析断层作用的应力状态的基本依据,但自然界的 情况是复杂的,一些学者对复杂的地质条件进行了分析,企图在分析断层作用时加以考 虑。为此,哈弗奈(W.Hafner,1951)分析了地球内部可能存在的各种边界条件所引起 的应力系统。他假定一个标准应力状态并附加以类似实际构造状况的边界条件 出各种边界应力场下势断层的可能产状和性质。 哈弗奈提出的标准状态的边界条件是: 第一,岩块表面为地表,没有剪应力作用,仅受一个大气压的压力; 第二,岩块底部,应力指向上方,等于上覆岩块的重量; 第三,边界上没有剪应力作用。 从而推算 任何处在标准状态下的岩石,如受水平挤压,最简单的情况就是两侧均匀受压(图卜 44上图)。在这种受力
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