顺着断层带敲一块岩石,有的地方满手棱角碎块,有的地方一捏就成粉。两者产在同一条断面上,记录的却是断层活动的不同深度与不同机制。用肉眼分开它们,靠的是碎块粒径这条硬线。
先量碎块:2 毫米上下分成两类
断层角砾岩的碎块粒径大于 2 毫米,多数落在 2–50 厘米之间,棱角尖锐,几乎未经磨圆。碎块成分与两侧围岩相同,说明它们只是被就地打碎、略有转动,没有经过长途搬运。
断层泥是粒径小于 0.1 毫米的部分,手捏成粉,潮湿时可塑,干燥后开裂。介于两者之间的叫碎裂岩,碎块 0.1–2 毫米,肉眼看去像粗砂糖,断面粗糙但摸不出明显颗粒。
再看基质占比:三级的界线在 30% 和 50%
按基质含量可分三级:基质小于三成是断层角砾岩,三成到五成是碎裂岩,超过五成是超碎裂岩。野外估占比的办法是选一块手掌大小的断面,看细粒部分遮住了多少面积。
脆性破碎的产物没有定向组构,碎块随机排列。若碎块被压扁、拉长,长轴沿同一方向排列,说明经历了塑性流变,这时该叫糜棱岩。有定向的是糜棱岩,无定向的是碎裂岩系列,两者不能混称。
断层泥的厚度和颜色在替断层说话
断层泥带厚度从几毫米到几十厘米。厚带常对应长期活动的主断面,薄带多为一次性破裂。颜色可以提示物质来源:灰绿色多来自泥岩或绿泥石化岩石,红褐色多来自含铁砂岩或氧化环境。
断层泥里常包着磨圆的碎块,粒径几毫米,表面有镜面光泽,那是摩擦熔融或高压溶蚀留下的。把它当成沉积砾石,会误判地层年代,实际上它的年龄只反映断层活动的时间。
假玄武玻璃和断层泥是两回事
高速滑动时摩擦生热,岩石局部熔融后急冷,形成厚一两厘米的黑色玻璃质薄层,叫假玄武玻璃。它常夹在断层泥带里,性脆,贝壳状断口,肉眼与黑曜岩相似,产状却完全不同。
假玄武玻璃出现,意味着曾经有过快速滑动,速率可达每秒数厘米以上。本文判断:在断层泥带里看到黑色玻璃薄层,比量厚度更能说明这条断层有过地震性活动。
关键数据
下列数值按粒径与基质占比划分,取的是野外可操作的界线。测量时以碎块长轴为准,随机挑十块取中位数,比专门挑最大的一块更接近真实。带内不同部位差别很大,一处角砾、一处泥,属正常现象。
- 断层角砾粒径大于 2 毫米,常见 2–50 厘米,棱角状。
- 碎裂岩碎块 0.1–2 毫米,肉眼如粗砂糖。
- 断层泥粒径小于 0.1 毫米,潮湿时可塑。
- 基质占比小于 30% 为角砾岩,30%–50% 为碎裂岩,超过 50% 为超碎裂岩。
- 断层泥带厚几毫米至几十厘米,主断面处最厚。
- 假玄武玻璃厚 1–20 毫米,黑色玻璃质,贝壳状断口。
- 糜棱岩具定向组构,形成于塑性流变条件。
边界
碳酸盐岩区的角砾容易被溶蚀改造。地下水沿碎块间隙溶解,棱角变圆,还长出方解石胶结,看起来像沉积砾岩。判断要看填隙物是否与围岩同成分,以及层理是否被碎块切断。胶结物若是外来钙质,棱角再圆也不算沉积成因。
风化作用也会造出类似产物。地表冻融形成的碎石棱角分明、粒径均匀,但只出现在地表以下几米内,向下迅速消失。断层角砾岩则沿一个面延伸,方向固定,可以追出几十米到几公里。
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. —— 断层岩分类。
- Sibson R H. Fault rocks and fault mechanisms. Journal of the Geological Society, 1977, 133: 191–213.
- Fossen H. Structural Geology. Cambridge University Press, 2010. —— 碎裂岩与糜棱岩系列。