学习任务断层现象的识别与分析

断层现象野外识别是断层分析的基础。断层现象的识别与分析的主要内容包括：断层现象的识别（确定断层的存在）、产状的测定、断层类型（性质）和断层形成时期的分析等。

一、断层现象的识别

（一）地貌、水文标志

断层在运动过程中会留下许多地貌、水文方面的遗迹，它们是判断断层存在的重要间接依据，现简述如下：

（1）断层崖：挽近时期活动的断层由于断层两盘位移和断层破碎带的存在，在两盘之间形成的陡崖。如华北平原与太行山麓间的山前断裂带就常表现为断层崖，又如华山断崖、昆明龙门断崖。

（2）断层三角面：断层崖受水流侵蚀切割，在盆缘或平原与山脉接壤处形成一系列断层三角面（图6-42A）。

（3）错断的山脊：错断的山脊往往是断层两盘相对平移运动的结果（图6-42B）。

（4）山岭和平原的突变：横切山岭走向的平原与山岭的接触处往往是一条较大断裂。如我国南阳盆地就是横切秦岭山脉和桐柏山脉两条断裂带所铸成。

（5）串珠状湖泊洼地：它是大断层存在的标志，是由断层引起的断陷或破碎形成的洼地（图6-42C）。

（6）泉水呈带状、串珠状分布：它是现代活动断层造成的结果。

（7）水系特点：水系是断层最灵敏的反映剂。在自然界中，断层会引起河流的急剧转弯，甚至多条河流同步弯转（图6-42D）。

（8）断谷（沟）：断层形成的破碎带遭风化剥蚀后常形成地势低洼的地形。所以构造上流传的口头禅“逢沟必断”有一定的道理。值得指出的是，此沟是指直沟（谷）、深沟（谷）、长沟（谷），如江西青塘实训基地的断裂构造几乎是逢沟必断，并形成众多的垒堑构造。图6-42D是美国加州地区一幅遥感影像图，反映为平移直谷（沟）。

图6-42 断层表现地貌标志实景

（二）构造标志

断层在运动过程中会留下许多构造标志，这些“蛛丝马迹”是判断断层最重要的直接标志。

1.岩层和构造的不连续

岩层和构造的不连续现象可形象地表述为“拦腰截断”。如线状要素（岩层走向、墙状岩脉、矿脉等）错开和前已叙述的横断层造成的效应等。

野外工作中应注意，不要将由断层造成的岩层和构造不连续与岩层之间的角度不整合、岩浆岩与围岩侵入接触等相混淆。

2.构造强化地段

在野外见有构造强化地段都说明有断层的存在，构造强化地段常表现地层产状急变、揉褶、密集的节理（岩石破碎）、劈理带等（图6-43）、构造透镜体（图6-44）、挤压作用产生的两组共轭剪节理切割岩石形成的菱形块体等构造形迹。

图6-43 断层引起的产状急变与揉褶现象

图6-44 江西赣州石灰上村逆冲断层中的构造透镜体实景

（据俞鸿年，1986）

3.擦痕、阶步、擦抹晶体

由于断层沿着断层的错动会在断面上留下擦痕、阶步、擦抹晶体，“三位一体”组合是野外判断断层的直接标志。

（1）擦痕是断层面上因摩擦刻划形成大致平行的细小线状沟槽，通常表现为一端粗而深，另一端细而浅。一般来说，擦槽由深变浅或由粗变细的方向指示断层对盘的运动方向。

（2）阶步是指一组垂直断层滑动方向的微细陡坎。其陡坎一般面向对盘的运动方向，阶步分为正、反阶步。反阶步是微剪切羽列横断的结果，野外区分正阶步和反阶步的依据（图6-45）：正阶步的眉锋常呈弧形弯转，而反阶步的眉锋常呈棱角状直切；如果阶步有擦抹晶体矿物或在眉锋部位有压碎现象则常是正阶步。野外实践证明，正阶步都是逆断层所为，而反阶步一般为正断层造成。

图6-45 断层面上的正阶步和反阶步

（3）断层两盘定向错动产生的高温，会在断面上形成团斑状、纤维状矿物（石英、方解石、绿帘石）等，这些团斑状和纤维状晶体就称为擦抹晶体（6-46）。

图6-46 北京西山断层面上的擦痕、正阶步和擦抹晶体素描图

陡坎面向对盘滑动方向

（4）镜面则是断层面因受强力摩擦而成的岩石光滑平面。它常一片一片地散布于断层面上，使断层面光滑的平面，故称为镜面。镜面上常见有铁锰质、硅质、碳酸盐类物质的薄膜。

在野外鉴定断层类型（性质）时，可用手抚摸断层面上这“三位一体”现象，若手抚摸方向感觉光滑顺手，则指示手在盘的断层运动方向，反之，顺手抚摸方向，有粗糙刺掌感，则指示断层本盘运动方向。

4.构造岩的标志

构造岩又称动力变质岩，它是断裂带中原岩在不同性质应力作用下发生破碎、变形和重结晶而形成的一种岩石。它是断层存在的直接标志。根据构造岩的组构特征及断层产出的构造层次，构造岩可分为与脆性断层有关的碎裂岩系列和与韧性断层有关的糜棱岩系列（见学习情境9）。

碎裂岩系列是脆性断层的产物。碎裂岩按碎裂颗粒大小分为：

（1）断层角砾岩：以＞2mm的角砾为主。

（2）碎粒岩：以2～0.1mm的颗粒为主，如含有一些较大角砾者称碎斑岩。

（3）碎粉岩：以＜0.1mm的颗粒为主，又称超碎裂岩。

（4）玻化岩：经强烈研磨局部熔融形成的貌似黑色玻璃质的岩石，又称假玄武玻璃。（5）断层泥：岩石在强烈研磨中成为泥状，单个矿物不易分辨，这种未固结的断层岩称为断层泥。从断层角砾岩至玻化岩、断层泥，反映原岩破碎变形程度不断强化。

各种碎裂岩均可在正断层、逆断层、平移断层等中找到。一般正断层中只能仅见张性角砾岩（图6-47），它常表现为角砾棱角明显、大小混杂、无定向排列的规律，有良好的含水性和透水性。逆断层中的角砾岩的角砾多呈透镜状或椭圆状，定向排列，围绕角砾常有流劈理发育（图6-44）。平移断层中的角砾岩，常具较高程度的破碎、颗粒较小、大小均匀、棱角被磨圆等特征（图6-25）。

图6-47 张性角砾岩素描图

在野外观察时，必须注意断层角砾岩与其他角砾岩（底砾岩、层间砾岩、同生砾岩、岩溶角砾岩、火山角砾岩）的区别。断层角砾岩特有的特征是：组成断层角砾岩的成分主要由两侧岩石组成，砾石上有擦痕，在显微镜下可见有碎裂现象，分布在断层带中。

5.牵引现象

在大级别的断层旁侧，常见构造或地层牵引现象，它的出现亦是识别断层存在的直接标志。所以在野外见到地层“摇头摆尾”的现象时，就要注意去寻找旁侧断裂构造。可以说正是由于断裂构造的影响造成地层的“摇头摆尾”（牵引）现象。

（三）地层的标志

走向断层会使出露于地面的地层造成重复（变厚）或缺失（变薄）。重复是指原来按顺序排列的地层部分或全部在地面上重复出现（或表现为某地层正常厚度的加大）（图6-48A、C、E）。缺失是指原来按顺序排列的地层中的一层或数层在地面上缺失（或表现为某地层正常厚度的变小）的现象，正所谓构造俗语“地层不够断层凑”（图6-48B、D、F）。

图6-48 走向断层造成的地层重复和缺失块段图

（据徐开礼等，1989）

A、C、E—地层重复；B、D、F—地层缺失

值得强调的是，在野外应注意区别褶皱造成的重复、不整合造成的缺失与走向断层造成的地层重复（变厚）或缺失（变薄）的差异。一般说，褶皱的重复是对称重复，断层重复则是不对称的重复且有时会变厚；而对地层的缺失，则要着重观察其接触面是底砾岩还是构造角砾岩，若接触面为底砾岩时为不整合接触，反之则应为走向断层的产物。

值得指出的是，断层类型与断层倾向、地层倾向三者具有一定的依存关系，若知两个因素即可确定另一变量。例如，地表发现地层重复，并知断层产状与岩层产状相反时，则该断层为走向正断层。

分析走向断层造成的地层重复（变厚）、缺失（变薄）的六种表征关系（图6-48；表6-2），要从以下几个因素综合考虑：①二者的产状，②两盘的动向，③上升盘的侵蚀夷平，④平面效应（地表情形），方能得出正确的实际结论。

表6 -2 走向断层造成的地层重复和缺失

（四）岩浆活动和矿化作用

大断层尤其是切割很深的大断裂常常是导矿的通道乃至储聚场所（图6-2）。如果岩体、矿化带或硅化等热液蚀变带沿一条线断续分布，常常指示有大断层或断裂带的存在。一些放射状或环状岩墙也指示放射状断裂或环状断裂的存在。

（五）岩相和厚度的急变

如果一地区的沉积岩相和厚度沿一条线发生急剧变化，可能是断层活动的结果。断层引起岩相和厚度的急变有两种情况：一是控制沉积盆地和沉积作用的同沉积断层的活动，它会引起沉积环境沿断层在其两盘发生明显变化，岩相和厚度因而发生显著差异；二是断层的远距离推移，使相隔甚远的岩相带直接接触。

二、断层面产状的测定

在野外识别和分析各类断层的过程中，一定要想方设法测定断层面的产状要素。

（一）直接测量

若断层面出露在地表时，应用罗盘直接在断面露头上进行产状的测定，并记录。

（二）间接测量

（1）三点法求产状：当断层面隐伏在地下，且断层面产状稳定时，可通过三个钻孔资料，运用三点法来确定断层产状。

（2）走向线平行法求产状：①在大比例尺地形地质图上，运用走向线平行法可求出断层面的产状。②当断层线出露良好或大比例尺地形地质图上，亦可运用“V”字形法则定性估算产状。

（三）利用地形异常标志判断断层产状

可利用断崖面、断层三角面来测断层产状。注意，在断层三角面上测得的产状要比实际的要小，因为断层三角面已遭剥蚀，这一点切记。

（四）利用伴生、派生小构造来判断断层产状

（1）断层伴生的剪节理带和劈理带，一般与断层面一致。测量这些伴生的剪节理与劈理产状，几乎能代表主断层的产状。

（2）断层旁侧派生的同斜紧闭揉褶带、劈理以及断层岩中定向排列的构造透镜体等，常与断层面成小角度相交。这些小构造变形愈强烈、愈压紧，说明其产状与断层面愈接近。

需要强调的是，在野外人们常用大断层旁侧伴生或派生的小节理、劈理等构造现象，来推导断层产状，这已被地质学家采用并行之有效。

三、断层类型（性质）的确定

断层类型（性质）的确定是依据断层两盘相对运动方向来确定的，在野外可通过断层在运动过程中留下的蛛丝马迹来分析。

（一）运用断层两盘地层的新老关系来确定断层类型

断层两盘地层的新老关系是判断断层相对升降的重要依据之一。正常情况下，我们在野外见到一条断层，不管它是走向断层抑或横断层，其两盘出现的地层时代新老不一。一般情况，老岩层出露的断盘为上升盘（图6-48A、B、D、E），如果地层倒转或断层倾角小于岩层倾角时，则老岩层出露盘应是下降盘（图6-48C、F）。在野外一旦确定了上升盘，结合前面测定的产状，就可确定该断层的类型（性质），或者利用“米”字形规则的相关原理来判断断层类型（性质），进而推断的断层倾向。值得强调的是，在野外识别与分析断层时，最好根据断层角砾岩特征来确定断层类型（性质）。

（二）利用牵引现象确定断层相对运动方向

前已叙及的牵引现象是判断断层存在的标志之一，其正牵引弯曲突出的方向示本盘的位移方向（图6-49），同时应指出，在一些中型盆地的盆缘常发育大型正断层。此正断层面上陡、下缓的犁状弯曲时，断层上盘常形成逆牵引现象。此时逆牵引弯曲突出的方向示对盘的位移方向（图6-50）。

图6-49 断层旁侧的正牵引现象与位移方向示意图

图6-50 盆缘断层产生的逆牵引现象及位移方向

（三）利用派生构造来确定断层运动方向

1.派生剪节理

在断层两盘相对运动过程中，在断层一盘的岩石中常产生羽状排列的张节理和剪节理。这些派生节理与主断层斜交，其交角的大小因派生节理的力学性质不同而异，羽状张节理与主断层常成45°左右相交，其所交的锐角指示张节理所在盘的运动方向（图6-51）。而派生的两组剪节理（图6-51之S₁，S₂），一组剪节理（S₁）与断层成大角度相交，它与断层所交锐角尖指示对盘运动方向；另一组一组剪节理（S₂）与断层成15°左右相交，其与断层所交锐角尖指示本盘运动方向。

2.派生小褶皱

在挤压性质的断层两侧的岩（地）层，常形成复杂紧闭小褶皱或前已叙及的牵引现象（褶皱）。这些小褶皱轴面与主断层常成锐角相交，其锐角指尖示断层对盘运动方向（图6-51之D）。

图6-51 主断层派生节理与小褶皱关系示意图

F—主断层；S₁、S₂—剪节理；T—张节理；D—小褶皱轴面

（四）利用断层带中角砾透镜体的排布来确定断层的运动方向

如图6-52，断层切断并错碎某一标志性岩层或矿层，根据该层在断层面上的分布规律，可推断两盘相对位移方向，该断层应为逆断层。又如图6-44构造透镜体的长轴在剖面上与主断面斜交时，其锐角尖指示断层对盘运动方向。值得强调的是，若构造透镜体的长轴在平面上与主断面是平行的，则表明该断层为逆断层；若构造透镜体的长轴在平面上与主断面是斜交的，则该断层为平移逆断层。

图6-52 逆断层带中标志层的破碎角砾分布示意图

四、断层形成时期的分析

（一）角度不整合分析

断层一般都是在一定构造运动中形成的，基于这一特性，我们可以利用断层与同期变形地层和褶皱等相互关系来确定其形成时期。例如，一条断层切断一套较老的褶皱地层，而又被另一套较新的地层以角度不整合所覆盖，则可以确定这条断层形成于角度不整合下伏褶皱地层中的最新地层时代之后为下限和不整合面上覆地层中的最老地层形成时代之前为上限。上、下限之间的时段即为断层的形成时期（参见实训11，图Ⅺ-4及说明）。

（二）地质综合分析

在同一构造应力场下形成的褶皱、断裂等之间存在有规律的几何关系和成因联系。一般来说，在同一构造应力作用下地质体是先褶皱、后断层，再岩浆侵入→变质→成矿作用，若查明了这次构造作用时期，也就确定了断层的形成时间。

（三）同位素测年法分析

在野外采集断层中的角砾岩、断层泥以及充填的岩脉样品，利用同位素测年法来确定该断层的形成时间。

（四）其他佐证法分析

利用断层和侵入体（岩体、岩脉）和矿脉穿插关系确定形成时期，若断层形成于侵入体（矿脉）之前，则侵入体（矿脉）会被充填；若断层形成于侵入体（矿脉）之后，则可能穿切侵入体（矿脉）。通过上述的分析就可大致断层的形成时间。

值得指出的是，地壳上一些区域性大断裂大多是经历过长期或多期活动的，在这些断裂带或断层面上常可见多组方向擦痕、阶步。断层面上最清晰的构造遗迹是最晚断层活动的产物。