广义断层模式.PDFVIP

第 61 卷 增刊 地 质 论 评 GEOLOGICAL REVIEW Vol. 61 Supp. 2015 年 4 月 Apr., 2015 广义断层模式* 童亨茂1,2) 1) 中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京，102249； 2) 中国石油大学（北京）地球科学学院，北京，102249 断层是岩石圈的最基本的构造要素之一（Twiss 1 断层作用的物理本质与广义剪切 Moores，1992）。地球上几乎所有的内动力地质 破裂准则 作用和大部分外动力地质作用都与断层有关，同时 矿产资源（如石油和天然气）和地质灾害（如地震、 断层是岩石发生剪切破裂作用的结果，岩石发 火山、山体滑坡等）都直接或间接地与断层相关（徐 生剪切破裂的经典准则是 Coulomb-Mohr 准则 开礼，朱志澄，1998）。鉴于断层研究的重大科学 （Twiss Moores，1992）。Coulomb-Mohr 剪破裂 意义和重要现实应用价值，断层一直是地球科学界 准则认为：岩石发生剪切破坏不仅与作用在截面上 极其重要的研究对象。断层研究涉及面很广，其中， 的剪应力有关，而且还与作用在该截面上的正应力 断层作用的力学机理研究是断层研究领域的基础 有关，可以用下式表示（式 1）（Twiss Moores， 和关键，是构造地质学中的几个核心基础理论问题 1992）： 之一（Twiss Moores，1992），而Anderson 断层 τ C +μσn （1） 模式（Anderson ，1905）是其中的经典理论。 其中 τ为临界剪应力，σn 为该截面上的正应力， 然而，Anderson 模式基于 Coulomb 准则，只适 μ 为介质的内摩擦系数（常数）。 用于均匀介质（Tong，et al.，2010 ；童亨茂，2013 ）。 然而，Coulomb-Mohr 准则只适用于均匀介质， Anderson 模式被广泛、深入应用后，发现有很多实 产生的断层是方位优选的。为了克服均匀介质的限 际地质现象无法用Anderson 模式来解释，具有显著 制，先后提出了沿先存构造面滑动的摩擦滑动定律 的局限性。 （Bott ，1959；Byerlee ，1978；Jaeger and Cook ， 本文在对自然界断层作用长期探索的基础上， 1979）和滑动趋势分析理论（Morris ，1996），但这 应 用 先 存 构 造 活 动 性 准 则 （ Criterion of 些理论依然没有能很好地解决自然界断层的力学 pre-existing weakness activation ，Tong et al.，2010 ） 机理问题。 和 先 存 构 造 活 动 趋 势 分 析 理 论 （ Activation 分析 Coulomb-Mohr 准则和 Byerlee 律可以看 tendency ，Tong Yin，2011 ），提出了新的断层理 出，不论是均匀介质还是非均匀介质，产生断层作 论——广义断层模式。该断层模式把 Anderson 断层 用的物理本质是共同的，即只要克服介质潜在剪破 模式，从①均匀介质扩展到有先存构造的非均匀介 裂面上的内聚力和内摩擦力（介质内部的潜在面） 质；②Anderson 应力状态（主应力直立或水平）扩 或摩擦力（先存破