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断层是岩层或岩体顺破裂面发生明显位移的构造,断层在地壳中广泛发育,是地壳的最重要构造之一。在地貌上,大的断层常常形成裂谷和陡崖,如著名的东非大裂谷、中国华山北坡大断崖。

构造形态

断层的形成
断层构造运动中广泛发育的构造形态。它大小不一、规模不等,小的不足一米,大到数百、上千千米。但都破坏了岩层的连续性和完整性。在断层带上往往岩石破碎,易被风化侵蚀。沿断层线常常发育为沟谷,有时出现泉或湖泊
是什么力量导致岩层断裂错位呢?原来是地壳运动中产生强大的压力和张力,超过岩层本身的强度对岩石产生破坏作用而形成的。岩层断裂错开的面称断层面。两条断层中间的岩块相对上升,两边岩块相对下降时,相对上升的岩块叫地垒;常常形成块状山地,如我国的庐山、泰山等。而两条断层中间的岩块相对下降、两侧岩块相对上升时,形成地堑,即狭长的凹陷地带。我国的汾河平原和渭河谷地都是地堑。
断层对地球科学家来说特别重要,因为地壳断块沿断层的突然运动是地震发生的主要原因。科学家们相信:他们对断层机制研究越深入,就能越准确地预报地震,甚至控制地震。

组成要素

特大断层——东非大裂谷
破裂面两侧岩块发生显著相对位移的断裂构造。规模大小不等,大者沿走向延伸数百千米 ,常由许多断层组成,可称为断裂带;小者可见于手标本。几何要素断层由断层面和断盘构成。断层面是岩块沿之发生相对位移的破裂面。断盘指断层面两侧的岩块,位于断层面之上的称为上盘,断层面之下的称为下盘,如断层面直立,则按岩块相对于断层走向的方位来描述。断层两侧错开的距离统称位移。按测量位移的参考物的不同,有真位移和视位移之分,真位移是断层两侧相当点错开的距离,即断层面上错断前的一点,错断后分成的两个对应点之间的距离,称为总滑距;视位移是断层两侧相当层错开的距离,即错动前的某一岩层,错断后分成两对应层之间的距离,统称断距
通常按断层的位移性质分为:①上盘相对下降的正断层。②上盘相对上升的逆断层。断层面倾角小于30°的逆断层又称冲断层。正断层和逆断层的两盘相对运动方向均大致平行于断层面倾斜方向,故又统称为倾向滑动断层。③两盘沿断层走向作相对水平运动的平移断层,又称走向滑动断层(简称走滑断层)。

断层分类

根据断层线上原来相邻接的两点在断层运动中的相对运动状况可以将断层分类。
断层
如果它们的运动只在水平方向上,并且平行于断层面,那么这断层叫走向滑动断层。走向滑动断层又进一步分为右滑和左滑断层。
如果一个观察者站在断层的一侧,面向断层,另一边的岩块向他左方滑动,那它就叫左滑断层。之所以如此称呼,因为要追索被移动了的地表特征时,该人需沿断层线转向左边,才能在那一边找到与这边相对应的特征。这种走向滑动断层也叫右旋或左旋、右行或左行断层,或统称走向断层加利福尼亚圣安德列斯断层是一条右旋断层或滑动断层。
沿断层面作上升下降的相对运动,则是倾向滑动断层。上盘相对下盘向下运动的倾向滑动断层是正断层
当断层面倾角小于或等于45°,上盘相对下盘作向上运动时,叫冲断层,而若断层面倾角大于45°,则称逆断层。
两盘相对运动方向界于走向滑动断层和倾向滑动断层之间的,叫斜向滑动断层
断层两盘之间的相对位移常被叫作断层落差和平错。落差反映垂直位移,而平错反映水平位移。以上所说的断层都有一个共同的运动特点,即在运动中两盘的构造保持着平行。
但也可以有这样的断层,相邻两盘块体之间发生了扭动、转动,这样的断层被称为旋转断层或剪状断层。
上面这张照片里山岳右边的线形结构,就是美国加州著名的圣安地列斯断层,它也是地球表面最长和最活跃的断层之一。
圣安地列斯断层的深度有15公里,存在的时间已经超过2000万年。照片是从奋进号航天飞机拍摄的雷达影像和测地卫星的真色影像所组合出来的。巨大的太平洋板块沿着圣安地列斯断层,相对于北美板块向北漂移,平均每年移动数厘米,按这种移动速率,经过数百万年后,地球表面的陆块分布将会有很大的不同。

知识分类

自然科学篇>地球科学(地理学家地质学家)
地壳中岩石的断裂。地壳的挤压力或张力使断裂两侧的岩块发生相对位移。断层的长度可由几公分到数百公里,沿断裂面(断层面)的位移也可由不到1公分到数百公里。位移往往分布在由无数单个断层组成的断层带内,断层带可宽数百分尺。断层分布不均匀,在某些大区域内一个断层也没有;而一些地区则被各样大小的无数断层所切割。断层有直立的、水平的,或向任何角度倾斜的。断层面上部的岩块称为上盘;下部的称为下盘。
断层面能被磨得很光滑,留下摩擦的条痕称为断层擦痕;断层面两则岩石可能被压碎成细粒黏土状,称为断层泥;如压碎的岩粒较粗,则称为断层角砾。有时断层邻近的岩层,由于抵抗滑动也会发生褶皱或弯曲。有厚土层的地区断层面通常被覆盖。断层面两侧断块的位移一般根据沉积层或其他标志如矿脉岩墙来测定(相对于某一平面如海平面的绝对位移一般是测不出的)。
沿断层的运动可以是旋转运动,两侧断块彼此相对旋转。断层的视运动可以是与实际运动完全不同的,侵蚀作用把实际运动形迹都消除了。运动可以是持续蠕动,或在数秒内发生几公尺数量级的跃动。大部分地震是沿断层的快速运动引起的。断层可根据其倾角和相对运动以及视运动来分类。正断层或重力断层是由于地壳受竖直挤压拉张而形成的。上盘向下滑动,倾角一般大于45°。这种断层在世界上到处可见到。在美国犹他州和内华达州,断层形成山脉一侧或两侧的边界。断裂时因上盘向下滑动数千公尺变为谷底而相对形成了这些山脉。
逆断层是由于地壳收缩,受水平挤压力造成的。由于向上最易减压,上盘往上移动覆盖在下盘之上,其倾角一般小于45°;大于45°的类似断层,称为冲断层。如逆断层的倾角很小,而位移总量却很大时,称为逆掩断层。大型逆断层是维吉尼亚州和田纳西州岭谷地区中阿帕拉契区域的特色。走向滑断层(或称平移断层)大体上也因水平挤压形成。其差别只在于,最易减压的是几乎平行于挤压力的水平方向。断层面基本上是直立的,沿侧向运动。这种断层分布广泛,往往导致大洋中脊发生断错。圣安德烈亚斯断层是这种类型断层著名的陆上例子,1906年旧金山大地震时其最大位移有6公尺(20呎)。

认识标志

野外认识断层及其性质的主要标志是:①地层、岩脉矿脉地质体在平面或剖面上突然中断或错开。②地层的重复或缺失,这是断层走向与地层走向大致平行的正断层或逆断层常见的一种现象,在断层倾向与地层倾向相反,或二者倾向相同但断层倾角小于地层倾角的情况下,地层重复表明为正断层,地层缺失则为逆断层。③擦痕,断层面上两盘岩石相互摩擦留下的痕迹,可用来鉴别两盘运动方向进而确定断层性质。④牵引构造。断层运动时断层近旁岩层受到拖曳造成的局部弧形弯曲,其凸出的方向大体指示了所在盘的相对运动方向。⑤由断层两盘岩石碎块构成的断层角砾岩、断层运动碾磨成粉末状断层泥等的出现表明该处存在断层。此外还可根据地貌特征(如错断山脊、断层陡崖、水系突然改向)来识别断层的存在。

形成时代

1.角度不整合法
在存在地层角度不整合区,可利用断层与同期变形的地层、褶皱的相互关系确定断层形成时期。断层形成于卷入同期变形地层(下伏地层)中最新地层之上、上覆未卷入同期变形地层中最老地层形成时代之前。
2.穿插法
利用断层和侵入体(岩体、岩脉)、矿脉穿插关系确定断层形成时期。若断层形成于侵入体之前,则可被侵入体穿切;若断层形成于侵入体之后则可能穿切侵入体。通过确定侵入体和矿脉形成的时间,可以确定断层是形成于侵入体或矿脉之前或之后。
3.组合法
利用断层和褶皱或者其它地质构造的组合关系确定断层形成时期。在同一构造应力场控制的构造活动期间所形成的褶皱、断裂之间存在有规律的几何关系和成因联系。确定了这些构造作用时期也可以推断断层的形成时间。

类型危害

根据断层面(即岩石的裂缝和两块岩石运动过程中产生的裂缝)位置的不同特征,科学家将断层分为三种类型:
正断层
正断层:在正断层中(查看下面的动画),断层面几乎是垂直的。上盘(位于平面上方的岩石块)推动下盘(位于平面下方的岩石块),使之向上移动。反过来,下盘推动上盘使之向下移动。由于分离板块边界的拉力,地壳被分成两半,从而产生断层。
逆断层:逆断层的断层面也几乎垂直,但上盘向上移动,而下盘向下移动。这种类型的断层是由于板块挤压形成的。 冲断层与逆断层的移动方式相同,但断层带几乎是水平的。在这类同样是由挤压形成的断层中,
正断层
上盘的岩石实际被向上推移至下盘的顶部。这是在聚合板块边界中产生的断层类型。
平移断层:在平移断层中,岩石块沿相反的水平方向移动。正如转换板块
逆断层
边界中所述,地壳块相互滑动时形成这些断层。在所有类型的断层中,不同的岩石块紧密地相互挤压,在移
平移断层(走滑断层)
动过程中形成很大摩擦力。如果这种摩擦足够大,这两块岩石将咬合,因为摩擦力使它们无法相互滑动。在这种情况下,来自板块的力量继续推动岩石,从而增大施加在断层上的压力。
如果这种压力大到可以克服摩擦力,岩石块将突然向前运动。换句话说,当构造作用力推动“咬合”岩石块移动时,积聚了潜在的能量。在这些板块最终移动时,这些积聚起来的能量变成了动能。一些断层的变动在地球表面形成了明显变化,但也有一些岩石的变动发生在地表以下的岩石中,因此无法形成地表断裂。
产生断层的最初震动,以及沿已经形成的断层产生的突如其来的剧烈变动称为主要震源。多数地震发生在板块边界,因为这是板块运动张力最强的部分。地震会形成断层带,即相互交织的断层组。在断层带,由一个断层释放的动能可以增大周边断层的压力(潜在能量),导致发生其他地震。这就是短时间内一个区域可能发生多次地震的原因之一。
地震也常常发生在板块中央。事实上,美国有记载的一系列强力地震就发生在北美大陆板块的中央。1811年和1812年这些地震袭击了几个州,其震源位于密苏里州。在二十世纪七十年代,科学家发现了该地震的可能来源:一条深藏于多层岩石层下面的断层带,它已经存在了6亿年之久。

实践意义

沿断裂面往往发育成泉水湖泊。断层处不宜兴建大坝等大型工程,易诱发滑坡等地质灾害。
地震是地球内部物质运动的结果。这种运动反映在地壳上,使得地壳产生破裂,促成了断层的生成、发育和活动。“ 有地震必有断层,有断层必有地震”,断层活动诱发了地震,地震发生又促成了断层的生成与发育,因此地震与断层有密切联 系。
地壳中的断层密如织网。断层从较小的破裂一直到上千公里的断裂带,有各种不同的尺度和深度,断裂带是多条断层 的聚合带。
与地震有联系的断层是活动断层,过去虽运动但如今稳定的断层叫休眠断层,或称为“死”断层