山路边一段岩壁,同一层灰岩在两侧错开了三米,断层面清楚可见。多数人会凭倾角下结论:陡的是正断层,缓的是逆断层。这条判据只在统计上占多数,落到单条断层上经常出错,高角度逆断层并不罕见。定案要看上盘相对下盘往哪个方向动。
先认上下盘:断层面之上的一盘永远叫上盘
断层面倾斜时,位于面上方的一盘是上盘,下方的一盘是下盘。这是几何定义,与谁升谁降无关。正断层是上盘沿断层面倾向向下滑动,逆断层是上盘沿倾向向上滑动。先认盘,再去找标志层。
标志层要选厚度稳定、颜色好认的一层,灰岩、煤层、石英砂岩都合适。在断层面两侧各找到同一层位,比较高程:上盘一侧低了是正断层,上盘一侧高了是逆断层。位移量从几十厘米到数百米不等。
倾角能给概率,不能给结论
统计上正断层倾角多在 60°–70°,逆断层多在 30°–45°,低角度逆冲断层可以缓到 20° 以下。差别来自形成机制:伸展环境里最小主应力近水平,破裂面偏陡;挤压环境里最大主应力近水平,破裂面偏缓。
同一条断层的倾角还随深度变化。正断层在地表可测到 70°,向深部逐渐变缓成铲状;逆断层在浅部也能陡过 60°。倾角只能当辅助线索,单看一个数值,很容易把高角度逆断层认成正断层。
擦痕给方向,阶步给指向
擦痕是两盘相对滑动磨出的线状刻痕,常伴方解石或石英纤维。它只给出滑动线的方向,不给指向——同一条线上,上盘可以向上也可以向下。指向要靠阶步:断面上垂直于擦痕的一组小台阶。
阶步由缓坡和陡坎组成,缓坡一侧指向对盘的运动方向。用手指顺着擦痕摸一遍,感到上坡的那一侧就是对盘来向。灰岩断面上阶步高 1–5 毫米,肉眼可辨;石英砂岩上不明显,得换判据。
断层带里的岩石是佐证,不是主证
正断层带常见较宽的碎裂岩和断层角砾岩,角砾棱角分明,粒径 2–50 厘米,胶结疏松,孔隙多。逆断层挤压强烈,常见定向排列的透镜体、片理化带和更厚的断层泥,单带厚度可达数十厘米。
这套差别只能提示应力性质。浅部脆性域里的角砾岩,向深部进入韧性域就变成糜棱岩,断层性质并未改变。本文判断:断层岩用来佐证,标志层被错断才是定名的主证。
关键数据
下列数值为常见范围,随岩性、深度与活动期次变动。记录时同时写明测点位置、围岩岩性和测量方法,只写一个角度数值,事后无法复核,也无法与邻区对比。
- 正断层倾角常见 60°–70°,铲状正断层向深部可缓至 30° 以下。
- 逆断层倾角常见 30°–45°,逆冲断层可小于 20°。
- 判定性质看的是上盘相对下盘的运动方向,与倾角数值无关。
- 阶步高 1–5 毫米,缓坡一侧指向对盘运动方向。
- 断层角砾粒径 2–50 厘米,断层泥粒径小于 0.1 毫米。
- 断层带宽度从数厘米到数十米,随位移量与围岩岩性变化。
边界
岩层产状平缓时,错断造成的高差会被误读成褶曲。区别在厚度:褶曲两翼同一层的厚度连续,断层两侧常出现厚度突变或层位缺失。沿走向追一层,追丢的位置就是断层面。
多次活动的断层会留下两期擦痕,晚期覆盖早期,阶步互相矛盾。只能取最新一期定产状,再结合区域应力场。风化面上的次生矿物和根系会把阶步磨圆,手感失效,须敲开新鲜面重摸。
参考文献
- 朱志澄 主编.《构造地质学》(第二版). 中国地质大学出版社, 1999. —— 断层几何与运动学。
- 徐开礼, 朱志澄 主编.《构造地质学》. 地质出版社, 1989.
- Fossen H. Structural Geology. Cambridge University Press, 2010. —— 断层岩分类与阶步判据。
- 中国地质调查局.《区域地质调查总则(1:50000)》. 地质出版社.