斷層

斷層

斷層是岩層或岩體順破裂面發生明顯位移的構造,斷層在地殼中廣泛發育,是地殼的最重要構造之一。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。

  • 中文名稱
    斷層
  • 外文名稱
    slicle

構造形態

斷層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。

斷層的形成斷層的形成

是什麽力量導致岩層斷裂錯位呢?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。我國的汾河平原和渭河谷地都是地塹。

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:他們對斷層機製研究越深入,就能越準確地預報地震,甚至控製地震。

組成要素

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;小者可見于手標本。幾何要素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,位于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,則按岩塊相對于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

特大斷層--東非大裂谷特大斷層--東非大裂谷

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。斷層面傾角小于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于斷層面傾斜方向,故又統稱為傾向滑動斷層。③兩盤沿斷層走向作相對水準運動的平移斷層,又稱走向滑動斷層(簡稱走滑斷層)。

斷層分類

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斷層分類。

如果它們的運動隻在水準方向上,並且平行于斷層面,那麽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。

斷層斷層

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征時,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征。這種走向滑動斷層也叫右旋或左旋、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旋斷層或滑動斷層。

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

當斷層面傾角小于或等于45°,上盤相對下盤作向上運動時,叫沖斷層,而若斷層面傾角大于45°,則稱逆斷層。

兩盤相對運動方向界于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,而平錯反映水準位移。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,這樣的斷層被稱為旋轉斷層或剪狀斷層。

上面這張照片裏山岳右邊的線形結構,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公裏,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,相對于北美板塊向北漂移,平均每年移動數釐米,按這種移動速率,經過數百萬年後,地球表面的陸塊分布將會有很大的不同。

知識分類

自然科學篇>地球科學(地理學家、地質學家)

地殼中岩石的斷裂。地殼的擠壓力或張力使斷裂兩側的岩塊發生相對位移。斷層的長度可由幾公分到數百公裏,沿斷裂面(斷層面)的位移也可由不到1公分到數百公裏。位移往往分布在由無數單個斷層組成的斷層帶內,斷層帶可寬數百分尺。斷層分布不均勻,在某些大區域內一個斷層也沒有;而一些地區則被各樣大小的無數斷層所切割。斷層有直立的、水準的,或向任何角度傾斜的。斷層面上部的岩塊稱為上盤;下部的稱為下盤。

斷層面能被磨得很光滑,留下摩擦的條痕稱為斷層擦痕;斷層面兩則岩石可能被壓碎成細粒黏土狀,稱為斷層泥;如壓碎的岩粒較粗,則稱為斷層角礫。有時斷層鄰近的岩層,由于抵抗滑動也會發生褶皺或彎曲。有厚土層的地區斷層面通常被覆蓋。斷層面兩側斷塊的位移一般根據沉積層或其他標志如礦脈和岩牆來測定(相對于某一平面如海平面的絕對位移一般是測不出的)。

沿斷層的運動可以是旋轉運動,兩側斷塊彼此相對旋轉。斷層的視運動可以是與實際運動完全不同的,侵蝕作用把實際運動形跡都消除了。運動可以是持續蠕動,或在數秒內發生幾公尺數量級的躍動。大部分地震是沿斷層的快速運動引起的。斷層可根據其傾角和相對運動以及視運動來分類。正斷層或重力斷層是由于地殼受豎直擠壓拉張而形成的。上盤向下滑動,傾角一般大于45°。這種斷層在世界上到處可見到。在美國猶他州和內華達州,斷層形成山脈一側或兩側的邊界。斷裂時因上盤向下滑動數千公尺變為谷底而相對形成了這些山脈。

逆斷層是由于地殼收縮,受水準擠壓力造成的。由于向上最易減壓,上盤往上移動覆蓋在下盤之上,其傾角一般小于45°;大于45°的類似斷層,稱為沖斷層。如逆斷層的傾角很小,而位移總量卻很大時,稱為逆掩斷層。大型逆斷層是維吉尼亞州和田納西州嶺谷地區中阿帕拉契區域的特色。走向滑斷層(或稱平移斷層)大體上也因水準擠壓形成。其差別隻在于,最易減壓的是幾乎平行于擠壓力的水準方向。斷層面基本上是直立的,沿側向運動。這種斷層分布廣泛,往往導致大洋中脊發生斷錯。聖安德烈亞斯斷層是這種類型斷層著名的陸上例子,1906年舊金山大地震時其最大位移有6公尺(20呎)。

認識標志

野外認識斷層及其性質的主要標志是: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地層的重復或缺失,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于地層傾角的情況下,地層重復表明為正斷層,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,可用來鑒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征(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

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、褶皺的相互關系確定斷層形成時期。斷層形成于卷入同期變形地層(下伏地層)中最新地層之上、上覆未卷入同期變形地層中最老地層形成時代之前。

穿插法

利用斷層和侵入體(岩體、岩脈)、礦脈穿插關系確定斷層形成時期。若斷層形成于侵入體之前,則可被侵入體穿切;若斷層形成于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于侵入體或礦脈之前或之後。

組合法

利用斷層和褶皺或者其它地質構造的組合關系確定斷層形成時期。在同一構造應力場控製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系和成因聯系。確定了這些構造作用時期也可以推斷斷層的形成時間。

類型危害

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)位置的不同特征,科學家將斷層分為三種類型:

正斷層:在正斷層中(查看下面的動畫),斷層面幾乎是垂直的。上盤(位于平面上方的岩石塊)推動下盤(位于平面下方的岩石塊),使之向上移動。反過來,下盤推動上盤使之向下移動。由于分離板塊邊界的拉力,地殼被分成兩半,從而產生斷層。

正斷層正斷層

逆斷層: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于板塊擠壓形成的。 沖斷層與逆斷層的移動方式相同,但斷層帶幾乎是水準的。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。

正斷層正斷層

平移斷層:在平移斷層中,岩石塊沿相反的水準方向移動。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。在所有類型的斷層中,不同的岩石塊緊密地相互擠壓,在移

逆斷層逆斷層

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。

平移斷層(走滑斷層)平移斷層(走滑斷層)

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。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,其震源位于密蘇裏州。在二十世紀七十年代,科學家發現了該地震的可能來源:一條深藏于多層岩石層下面的斷層帶,它已經存在了6億年之久。

實踐意義

沿斷裂面往往發育成泉水湖泊。斷層處不宜興建大壩等大型工程,易誘發滑坡等地質災害。

地震是地球內部物質運動的結果。這種運動反映在地殼上,使得地殼產生破裂,促成了斷層的生成、發育和活動。" 有地震必有斷層,有斷層必有地震",斷層活動誘發了地震,地震發生又促成了斷層的生成與發育,因此地震與斷層有密切聯 系。

地殼中的斷層密如織網。斷層從較小的破裂一直到上千公裏的斷裂帶,有各種不同的尺度和深度,斷裂帶是多條斷層 的聚合帶。

與地震有聯系的斷層是活動斷層,過去雖運動但如今穩定的斷層叫休眠斷層,或稱為"死"斷層。

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