淺談一種常見地質現象—斷層

1、淺談一種常見地質現象斷層論文提要斷層是一種普遍存在的地質現象，對于油氣的運移和聚集起重要的控制作用。它對人類既有利又有害。認識各種斷層，研究它的性質、分布規(guī)律、活動特點和成因，有助于利用它有利于人類的一面，避開它不利于人類的一面。斷層除了找礦物勘探，水文地質、工程地質、地震有密切關系外，和石油地質也有緊密的聯系，它的一方面可以起到聚集油氣的作用，另一方面又會破壞已經形成的油氣藏。野外觀測是研究斷層的主要途徑，它包括發(fā)現和判別斷層存在的標識；確定斷層的性質和類型；測量斷層的產狀要素；查明斷層的發(fā)育和形成時期；研究斷層和礦產的關系等多方面的內容。 正文一、斷層的定義地殼巖層因受力達到一定強度而發(fā)生

2、破裂，并沿破裂面有明顯相對移動的構造稱斷層。地殼中的一個裂口或破裂帶，而且沿著它相鄰的巖體發(fā)生了運動。斷層長度變化很大，從幾厘米至幾百公里不等，兩盤之間的位移量也可有這樣大的變化。地殼中巖石的斷裂。地殼的擠壓力或張力使斷裂兩側的巖塊發(fā)生相對位移。斷層的長度可由幾公分到數百公里，沿斷裂面(斷層面)的位移也可由不到1公分到數百公里。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(qū)域內一個斷層也沒有；而一些地區(qū)則被各樣大小的無數斷層所切割。斷層有直立的、水平的，或向任何角度傾斜的。斷層面上部的巖塊稱為上盤；下部的稱為下盤。二、斷層存在的標識（一）斷層的重復與

3、缺失由于斷層作用破壞了地層的正常層序，可以造成地層的重復與缺失。它一般是走向正斷層或逆斷層造成的（如圖1所示）。（二）構造的不連續(xù)主要表現為巖層、巖脈、礦層、褶曲軸線等在延伸方向上突然中斷或錯開，這是斷層存在的直接標志。（三）斷層面（帶）的構造特征1、擦痕：是斷層兩側的巖塊相對滑動和摩擦留下的痕跡，是斷層運動過程中由被壓碎的巖石細顆粒在斷層面上碾磨劃而成的。2、破碎帶及構造巖：斷層破碎帶是由于斷層兩盤巖石的相互擠壓、錯動中常使斷層面附近的巖石被擠壓搓碎，形成與斷層面平行的破碎帶。構造巖又稱動力變質巖，他是斷裂帶原巖在不同性質應力作用下發(fā)生破碎、變形和重結晶（有時還伴有新生礦物）而形成的一種巖石

4、。3、牽引構造：是在斷層兩盤相對錯動時，沿斷層面產生摩擦力，使斷層兩側附近的地層受摩擦力的倒拖拉神，從而形成的弧形彎曲現象（亦叫牽引褶曲）。4、斷層的派生現象：主要指斷層兩盤相對錯動時，誘導出的局部應力作用下所產生的剪節(jié)理和張節(jié)理等，它們是斷層的派生產物，不論在平面上的平移斷層，還是剖面上的正或逆斷層兩側都可以出現。5、其他標識：這里主要指地貌、水文方面的間接標識。三、斷層形成時期和多期活動的確定依據 （一）斷層形成相對時期的確定確定斷層形成的相對時期，一般是借助于斷層所影響地層的時代來確定斷層形成相對時期的上限或下限，如為多次活動的斷層，通常指最后一次活動的時期。1、利用區(qū)域性不整合面確定如

5、果斷層切割了一套彼此整合接觸的較老地層，并被一套比較新層以不整合所覆蓋，那么該斷層的形成時間應為該不整合面所代表的構造旋回的時間，即斷層形成于不整合面以下的最新地層之后和不整合面以上的最老地層之前這就是斷層形成時間范圍的下限與上限。一般認為該斷層是與這一區(qū)域不整合構造運動同期形成的。2、利用侵入體或礦體是否被斷層切割來確定（1）斷層切穿（錯動）了侵入體、礦體、巖脈等，該斷層的形成時期一定在侵入體、礦體、巖脈形成之后；（2）如斷層中充填的巖脈、礦脈，沒有任何被錯動的痕跡，就表明該斷層形成于巖脈、礦脈侵入之前（或同期）。3、如果斷層與褶皺有力學成因關系，有規(guī)律分布于某褶曲或褶皺帶中，則斷層火熱褶曲

6、或褶皺是同一時期構造運動形成的。4、同生斷層：由于斷層邊活動邊沉積，造成兩盤沉積物巖性及厚度等的差異，這些差異與鄰近地區(qū)同時代的巖層反復進行比較，從中找出差別，那么這段有較大差異的巖層形成中跨越的時間，就是斷層形成的時期。（二）斷層多次活動的確定斷層形成后，可以在不同的地質時期中多次活動，這種斷層叫多期活動斷層。斷層的多期活動有兩種情況：一種是斷層類型不發(fā)生變化，一種是斷層類型發(fā)生變化。斷層類型不發(fā)生變化改變并具有長期活動的斷層，往往規(guī)模較大，并控制斷層兩側沉積地層的發(fā)育情況。另一類多期活動的斷層在不同的地質時期斷層類型也發(fā)生變化。這種多次活動的斷層，有可能在斷層面上明顯的見到不同方向的擦痕和

7、階步，它們彼此穿切。（三）活斷層的認識活斷層（活動斷層）通常是指第四紀以來至今仍在活動的斷層。它的活動可以是斷斷續(xù)續(xù)的，常與地震有密切的聯系。斷層的這種活動性，對地面、地下各種工程建筑常造成嚴重的危害?；顢鄬又饕獦俗R：1、人工建筑、工程被斷層切錯。2、斷層切穿第四紀堆積物有時基巖覆蓋在第四系之上（如圖2所示）。3、山區(qū)不斷上升被剝蝕，相鄰的平原不斷堆積巨厚的第四紀沉積物時，這種平原和山區(qū)的交界地帶，很有可能存在著活動斷層。4、山脊、水系、階地等被錯斷，河流兩側階地高度不同；水系突然轉變方向或被錯動；沖擊扇呈線性排列或被錯開等。5、第四紀火山巖、地熱點、泉水呈線狀分布。6、近代有地震活動的地帶。

8、7、未膠結的斷層泥或斷層破碎帶。8、布設在斷裂帶上的斷層位移測量，數值有變化。此外，斷層帶上植物突然枯死或生長特殊的罕見植物；沿斷裂帶溫泉水及礦化度偏高；沿斷裂帶地熱數值較高，地電、地磁或各種氣體數值偏高等都是活動斷層的標識。四、斷層的類型 （一）根據斷層兩盤相對運動方向的分類1、正斷層：上盤沿斷層面傾斜線相對下降的斷層。斷層面一般很陡，大多數傾角在7080°2、逆斷層：上盤沿斷層面傾斜線相對上升的斷層。3、平移斷層：兩盤沿斷層而走向相對移動的斷層。段層面傾角很陡，近于直立，走向穩(wěn)定。4、樞紐斷層：斷層兩盤作相對旋轉移動的斷層。（二）根據斷層走向與巖層走向的關系分類1、走向斷層：斷層

9、走向與巖層走向大致一致，斷層傾向與巖層傾向關系多樣。2、傾向斷層：斷層走向與巖層走向垂直而平行與巖層傾向。3、斜向斷層：斷層走向與巖層走向斜交。（三）根據斷層走向與褶曲軸向關系分類1、縱斷層：斷層走向平行于褶曲軸向。2、橫斷層：斷層走向與褶曲軸向大致垂直。3、斜斷層：斷層走向與褶曲軸向斜交。（四）根據斷裂帶切割深度分類1、巖石圈斷裂：切割巖石圈，達到軟流層。沿斷層帶有超基性與基性巖帶分布，可出現中深和深源地震。2、地殼斷裂：切穿地殼，達到莫霍面，有中深源地震。3、基底斷裂：切穿地殼上部硅鋁層，有淺源地震。4、蓋層斷裂：切割范圍僅局限于地殼表層的沉積巖曾。五、斷層組合的一般規(guī)律 （一）在自然界中

10、，斷層往往是成群出現，并且相互結合在一起，構成有一定規(guī)律的組合形態(tài)。1、斷層的剖面組合類型（1）階梯狀正斷層：是又許多大致平行的正斷層沿著一個方向階梯狀向下滑動所形成的正斷層的組合。（2）地塹和地壘：地塹和地壘是由二條或二條以上的大致平行的斷層組成的斷層組。剖面上，地塹的中間部分為共同的下降盤；地壘的中間部分則為相同的上升盤。組成這類夠早的一般是正斷層，但也可以是逆斷層，（如圖3所示）。（3）迭瓦狀斷層：有一系列平行或是近于平行的逆斷層向同一方向逆沖形成迭瓦狀斷層。它常與強烈的歪斜或倒轉褶皺有關，斷層面與褶皺面的傾向一致。2、斷層在平行上的斷層組合類型（1）平行式排列：一組斷層走向大致平行，斷

11、層性質都為正斷層或都為是逆斷層，斷層間隔大致相等，斷層走向與整體排列方向垂直。（2）雁形狀排列：一組斷層走向大致平行，一條斷層與相鄰斷層位置有規(guī)律地錯開斜列，即單個斷層走向與整體排列方向為斜交關系。（3）同心狀與放射狀排列：在穹窿構造，短軸背斜的頂部，由于各個方向都受到張力作用，可形成同心狀與放射狀排列的斷層，一般都與正斷層組成。（4）帚狀排列：一組斷層圍繞一旋轉中心分布，向旋轉中心一端集中收斂，向另一端分散撒開。（5）弧形排列：一組斷層大致平行，單個斷層線為弧形，整體排列方向也弧形。（6）S型和反S型排列：比較復雜的雁行排列，整體構成S形反S形。（二）斷點的組合應符合地質規(guī)律，一般來說，在區(qū)

12、域拉張應力條件下不可能出現逆斷層；在擠壓應力條件下，以逆沖或逆斷層為主，但也發(fā)育有正斷層；在剪切應力作用下，既可能出現逆斷層，又可能出現正斷層和平移斷層。斷層的這些規(guī)律性要參考構造地質學等有關文獻。下面僅討論在時間剖面上的一些規(guī)律 。1、先主后次： 斷點組合應先組合斷裂特征明顯，斷層規(guī)模較大的區(qū)域大斷層或者二級斷層。區(qū)域大斷層一般平行區(qū)域構造走向，斷層兩側波組有明顯差異，對盆地和陷具有明顯的控制作用。2、先簡單后復雜；斷點組合應先從上而下進行，其理由是：（1）上部地震剖面特征明顯、斷點較落實；（2）受構造運動影響較少，斷裂系統較中下部地層簡單，便于組合。 3、.同一斷層在平行的時間剖

13、面上性質相同；斷層面，斷盤產狀相似，斷開的地層層位一致，或有規(guī)律地變化；靠近所確定的斷點位置，相鄰剖面斷距相近，或沿斷層走向有規(guī)律地增加或減少。4、同一斷塊內，地層產狀的變化應有規(guī)律。5、斷層兩側波組具明顯特征，且在平地測線方向數十公里范圍內特點相似。 6、.斷點組合要遵循斷裂力學機制的規(guī)律，對巖石的力學性質，受力方式以及不同的受力方式所產生的斷裂系統要充分了解。例如，在水平擠壓應力條件下的縱彎褶皺可能在背斜頂部出現平行構造軸向的縱張斷裂和次一級的橫張斷裂，翼部則可能出現與地層產狀斜交的追蹤張性斷層和次級平移斷層 。 7、要盡可能弄清控制斷層的構造性質和其成因類型。不同成因烴型的構造其產生的斷

14、裂系統變化是很大的。斷塊構造一般以鋸齒型短的張性斷層為主，擠壓褶皺一般以延伸較長的線狀斷層為主，平移褶皺一般具雁行排列的斷裂系統；在張性環(huán)境下的次級斷塊和斷階一般發(fā)育弧形斷層，放射性斷層系，等等。8、.斷點的組合有認識修改再認識的過程。地質歷史中斷層的形成是復雜過程，是多種因素綜合作用的產物，人們不可能在勘探初期把這樣復雜的問題一次弄清楚。隨著勘探程度的深入，資料的積累，以往所建立的斷裂系統要不斷修改，以致于初期所編繪的斷裂系統可能與后期所確定的斷裂系統相差很大，甚至完全改變。六、研究斷層構造的實際意義 （一）斷層與油氣藏形成的關系對石油和天然氣藏來講，斷層具有兩重性，既有助于油、氣向油、氣藏

15、內的運移聚集，又可把已形成的油、氣藏破壞掉。斷層是重要的油氣運移通道，通過短期流動，油氣直接向觀測的淺層油層運移，例如，在一套單斜巖層中夾有厚層多空隙含油氣砂巖，油氣可以通過地表逸散；若其中有斷層存在，含油氣層被錯斷，不能直接通到地表，使油氣保存下來，從而構成儲油氣的有利條件。所以斷層常常是石油地質學家研究的重要對象。斷層往往在儲油層形成時引起遮擋，形成很好的斷層圈閉，有油氣供給時可形成斷層油氣藏。油氣在橫向上可以穿斷層運移,斷層在上傾方向上有非滲透遮擋層的條件下可以形成斷層油氣藏。早期斷層對圈閉的支解、分割作用,導致油氣分布的復雜性、不連續(xù)性.晚期活動的早期斷層和晚期斷層活動時是油氣的縱向運

16、移通道,同時使深層的原生油氣藏遭到破環(huán)、變?yōu)闅堄嘤蜌獠?并在淺層形成次生油氣藏。（二）斷層與礦產的關系 1、成礦前、成礦期斷層對礦產形成和分布的作用據斷層構造的形成與成礦期先后的關系，斷層可分為成礦前、成礦期以及成礦后三種。成礦前和成礦期的斷層，對礦產的形成和分布往往起控制作用。斷層不僅使地殼巖石發(fā)生破裂和相對位移，而且為地下深部的成礦物質提供了運移的通道和良好的聚集場所，是成礦的有利條件。斷層還常?？刂浦练e盆地的邊界，并控制著沉積盆地的形成和延伸方向。因而就控制著沉積床分布的范圍。2、成礦后斷層對礦體的破壞和改造成礦后的斷層對礦體主要起破壞和改造作用，前者如使礦體錯失到 或斷層使水文地質條

17、件變得復雜而無法開采；也可使礦體暴露地表侵蝕殆盡或使礦體支離破碎，增加開采難度。后者主要是礦體變得對人們有利，可使礦體重復加厚或將深部礦體推至淺部便于開采利用。因此，在勘探中詳細的查清斷層對礦體的影響，也是勘探工作的重要內容。（三）斷層與水文地質、工程地質的關系1、斷層與水文地質的關系水文地質學是研究地下水起源、形成、分布、埋藏、運動規(guī)律的學科。斷層與水文地質的關系，主要在于不同類型的斷層，對地下水有不同的控制作用。由于斷層的性質不同，斷層破碎帶也有很大的差異。因而對地下水的控制也不相同。一般來說：正斷層，主要受拉伸作用形成，其拉伸程度大，段層面粗糙不平，構造巖主要為張裂角礫巖，角礫大小不一，

18、無定向排列，膠結較差，空隙較大，可成為地下水的良好通道。因此，在正斷層破碎帶或其影響帶內布置鉆孔，可得到豐富的地下水。在斷層破碎帶寬、斷層密度大或斷層相互交切的地帶，更利于地下水的富集、流通。逆斷層，主要受擠壓作用形成，其斷層破碎帶中巖石往往擠壓破碎后被膠結。構造巖多為壓碎角礫巖、破裂巖、糜棱巖和斷層泥等，結構緊密，空隙小，故含水性、透水性均較弱，因此，其斷裂帶內富水性較差，常常起隔水作用。但在逆斷層附近的影響帶中，特別在斷層的上盤，由于逆斷層破碎帶的阻水作用，在影響帶有利于地下水的匯集和賦存。平移斷層的影響帶的伴生裂隙密集、有利于富水，因此，富水性強的地帶實在平移斷層的影響帶。斷層的導水性和富水性還受其他一些因素的影響，總的來說，斷層長期活動、斷層形成較新、斷層規(guī)模大，其富水性和導水性能就好。2、斷層與工程地