断层典型组合类型

断层典型组合类型
在地壳浅部构造层次里，发育着类型不同、样式各异的断裂构造，它们在空间组合成各种几何形态。

产生这种情况的原因是多方面的，其中有些可能与岩石流变学和断裂形成时所处应力状态有关，有些则与断裂运动有关。

图2-4-11 按断层两盘相对运动划分的断层和组合性断层
Fig. 2-4-11 Classification of fault based on the relative movements of the two walls a-正断层 b-逆断层 c-平移断层d-逆-平移断层e-正-平移断层
1．各类断层基本组合形态
断层的组合方式可分为对称式和非对称式，主要取决于一对共轭断层是否以同等程度发育。

两组断层以同等程度发育时构成对称式，一组断层优先发育时构成非对称式。

正断层、逆断层和平移断层及其各自的构造样式也千差万别。

然而归根结底，都是由于单个断层面的产状形态差异和断层组合方式的不同而互为区分的（表2-4-1，图2-4-12）。

正断层、逆断层和走滑断层的对称组合形态分别为地堑-地垒式、背冲式-对冲式和共轭走滑系。

在理想情况下，表现为地堑-地垒，背冲-对冲和两组共轭断裂各自大体上以等间距交替出现，这显然是由于两组共轭断层以同等程度发育所引起的。

但是，这样的理想情形并不常见。

正、逆和走滑断层的非对称式组合形态，平面状断层面组合分别为阶梯式、半地堑式及书斜式（正）、单冲式（逆）和平行式、羽状及雁行式（走滑）；具曲面状断层面时分别为叠瓦式（正和逆）和正或负花状构造（走滑）。

一般情况下，在正、逆断层的非对称式组合里每种构造样式中的所有断层面倾向与同名断盘（意指或均为上盘或均为下盘）运移方向，或者共具相同优势方向（例如书斜式或叠瓦式的正断面倾向与上盘滑向共具相同优势方向），或者各具相反优势方向（例如单冲式或叠瓦式的逆断面倾向与上盘滑向各具相反优势方向）。

至于走滑断层的非对称式组合，其断层走向和滑移方向也具优势方向。

这显然都是由于一对共轭断层中只有一组断层优先发育所造成的。

图
2-4-12 对称式和非对称式断层组合综合剖面图-以正断层为例（据Twiss和Moores, 1992）Fig. 2-4-12 Synthetic cross-section of symmetrical and asymmetrical fault associations for normal faults (from Twiss and Moores, 1992)
对称式：1.地堑，2.地垒；非对称式：3.具书斜式的半地堑，4具叠瓦式的半地堑，5.主断层，6.同向断层，7.反向断层，8.拆离断层，9.铲式断层，10.共轭断层
2．双重构造
双重构造不仅常见于逆冲推覆构造中，也屡见于伸展断层系和走滑断层系中。

逆冲双重构造和伸展双重构造多发育在各自主断层的断坡附近，走滑双重构造往往发育在走滑断层末端、断层错开处、弯曲段或平直段上非连续破裂部位，这些足以说明，主断层的几何形态对双重构造的形成具有直接控制作用。

Dalstrom于1970年提出的逆冲双重构造和Wernicke于1981年描绘的拉张（伸展）双重构造都包含下述部分：顶板（逆/正）断层及底板（逆/正）断层；和夹于二者之间的一套次级叠瓦式（逆/正）断层及它们围限的断夹块（图2-4-13）。

顶板和底板断层由双重构造中次级叠瓦式断层分别向上和向下相互趋近并相连而成，二者在前峰和后缘汇合，构成一个封闭体系，从而有别于叠瓦扇（叠瓦扇缺少顶板断层）。

图2-4-13南昌-宜丰双重逆冲推覆系结构示意图（据朱志澄，1991）
Fig. 2-4-13 Structural pattern of a thrust duplex from Yifeng, Nanchang (from Zhu, 1991)
表2-4-1不同类型断层基本组合形态（据庄培仁、常志忠，1996）
Table 2-4-1 Principal fault associations （from Zhuang & Chang, 1996）
伸展双重构造在几何学和运动学都类似于逆冲双重构造。

在正断层具有断坡-断坪形态的情形下，随着断层作用进行，断层依次切入下盘或上盘。

当同一伸展幕期间，有时较晚的正断层可能截切较早的正断层，由此逐步形成伸展双重构造，图2-4-14为伸展双重构造扩展模式。

图2-4-14a表示铲式正断层及发育在其上盘中的滚动背斜和断坡向斜；图2-4-14b中
表示随着断层作用进行，正断层依次切入下盘，形成断坡及其围限的断夹块，在近地表处形成叠瓦扇，它与相邻的共轭断层组一起构成地堑，在深部则形成双重构造；图2-4-14c表示最终形成共轭叠瓦扇以调节上盘变形。

伸展双重构造底板断层是活动断层，而顶板断层则终止活动。

图2-4-14伸展双重构造扩展模式（据Twiss和Moores1992）
Fig. 2-4-14 Extensional duplex model (from Twiss and Moores, 1992)
a. 具断坡断坪结构的铲式正断层；
b. 断层渐进扩展形成叠瓦扇和双重构造；
c. 最终形成共轭叠瓦扇；1-5代表由早至晚形成的断夹块。

F.断坪；R.断坡；IF叠瓦扇；ED.伸展双重构造；CF.共轭叠瓦扇；RF.顶板断层；FF.底板断层；H.断夹块；CH.中央高地
图2-4-15理想的走滑双重构造和叠瓦扇的形成（平面图）（据Woodcock和Fischer，1986）Fig. 2-4-15 Ideal strike-slip duplex and the formation of duplex fans (from Woodcock and Fischer, 1986)
(a) 受阻弯转及断错和释放弯转及断错形成条件；(b) 伸展双重构造的形成；(c) 收缩双重构造的形成
走滑双重构造两侧通常为两个连续的位移较大的主走滑断层带，或者两个带之间，次级雁行断层围限着断夹块，这些断层的位移往往即具有走滑分量又具有正断层或逆断层分量。

每个断夹块的长度大约相当于围限双重构造的主断层间距的一半到两倍。

在理想情形下，走滑断层当沿其走向出现弯曲和错开时，沿其平直段上的纯走滑位移必
然引起弯曲和错开处的重叠或松开（图2-4-15 a）。

在受阻弯转处可能形成收缩双重构造（图2-4-15c），在释放弯转处可能形成伸展双重构造（图2-4-15b）。

当走滑断层末端出现弯曲时，可能形成收缩叠瓦扇和伸展叠瓦扇（图2-4-15b和c）。

按照位于扇侧翼的位移较大的主断层所取指向，可以分出前缘和后缘叠瓦扇。

（四）断层形成机制
断层形成机制包括断层破裂的发生和断层的形成、断层作用过程与应力状态、岩石力学性质，以及断层作用与断层形成环境的物理状态等问题。

从断层破裂的微观机制考虑，当岩石受力超过岩石的强度极限，即差应力超过其强度极限时开始破裂。

破裂首先从微裂隙开始，微裂隙逐渐发展，相互联合和扩展，形成明显的破裂面，即断层两盘借以相对滑动的破裂面。

断裂开始出现时的微裂隙一般呈羽状散布排列。

微裂隙或者属于剪裂，或属张裂性质。

扫描电子显微镜观察揭示出大多数微裂隙具张裂性。

当断裂面一旦形成而且差应力超过摩擦阻力时，两盘就开始相对滑动，形成断层。

随着应力释放或差应力趋向于零，一次断层作用即告终止。

Anderson等从断层形成的应力状态分析了断层的成因，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、逆断层和平移断层的三种应力状态（图2-4-17）。

Anderson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。

一般认为，断层面是一个剪裂面，σ1与两剪裂面的锐角等分线一致，σ3与两个剪裂面的钝角等分线一致。

σ1所在盘向锐角角顶方向滑动，就是说断层两盘垂直σ2方向滑动。

图2-4-16形成三类断层的三种应力状态及其表现型式（据Anderson补充）
Fig. 2-4-16 Stress states of faulting (Anderson, 1951)
a-正断层 b-逆冲断层 c-平移断层
形成正断层或重力断层的应力状态是：σ1直立，σ2和σ3水平，σ2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（σ1 ）在铅直方向上逐渐增大，
或者是最小主应力（σ3）在水平方向上减小（图2-4-16）。

因此水平拉伸和垂直上隆是最适于发生正断层作用的应力状态。

形成低角度逆断层或逆掩断层（冲断层）的应力状态是：最大主应力轴（σ1 ）和中间主应力轴（σ2）水平，最小主应力轴（σ3）直立。

（σ2）平行于断面走向。

根据逆掩断层的应力状态和莫尔圆表明，适于逆掩断层形成的可能情况是：σ1在水平方向逐渐增大，或者是最小应力（σ3）逐渐减小。

因此水平挤压有利于逆掩断层的发育。

形成平移断层的应力状态是：最大主应力轴（σ1 ）和最小主应力轴（σ3）是水平的，中间主应力轴（σ2）是直立的，断层面走向垂直于σ2，滑动方向也垂直于σ2，两盘顺层走向滑动。

Anderson模式虽然经常作为地质学家分析断层作用的应力状态的基本依据，但该模型对自然界复杂的条件考虑不够。

为此，一些学者分别考虑了某些特定的边界条件，提出了许多不同的断层带成因模式（如W.Haffner，1951模式等，参见有关论著与教科书，在此不做详述）。