两侧山坡陡立,中间是一马平川的谷地,谷底沉积物松软。多数人第一反应是河流切出来的。可谷底没有持续下切的水系,两侧山脚却各有一条笔直的坡折线,那是两条断层的痕迹。
看两侧断层的倾向:相向为地堑,相背为地垒
地堑由两条或更多正断层夹持,断层面倾向相对,中间块体沿断层下降。地垒相反,断层面倾向相背,中间块体上升、两侧下降。这一条是几何定义,与规模大小无关。
站在谷底看两侧山脚:断层三角面朝谷底的是地堑边界,朝山外的是地垒边界。断层三角面是断层崖被侵蚀后留下的三角形陡面,底边平直,高 30–300 米,一串三角面常连成直线。
阶梯状断层组合比单条更常见
地堑边缘很少只有一条断层。常见 3–5 条平行正断层依次下掉,形成阶梯,每级落差 5–200 米,整条边界累计落差可达 500–3000 米,单条断层只占其中一部分。
半地堑是另一种常见形态:一侧是陡的主边界断层,另一侧是缓的掀斜斜坡,盆地向主断层一侧倾斜加厚。用对称地堑去套半地堑,会把沉降中心找错位置,也会把钻孔布到浅处。
沉积厚度和沉积相是独立证据
同沉积断层控制地层厚度。靠近主断层的部位沉降快,沉积厚、颗粒粗;远离断层的部位薄而细。同一个层位在盆内与盆缘厚度可相差 3–10 倍,这条差别比地貌形态可靠。
识别同沉积断层要找生长指数:上盘某层厚度除以下盘同层厚度,大于 1 就说明断层在沉积期间活动。生长指数大于 1.5 的层段,断层活动最强烈的时期就落在这里。
谷地不等于地堑,先排除河流与溶蚀
河谷底也有平坦的沉积面,但谷底沉积物呈透镜状,向两侧迅速变薄尖灭,谷坡上没有笔直的断层三角面。地堑充填体则是楔状,向边界断层方向加厚,这是两者最实在的差别。
碳酸盐岩区的溶蚀谷地更像,宽度可达 2–5 公里,但两侧是溶蚀陡崖,崖面有溶痕与洞穴,没有断层破碎带。本文判断:在谷底找一块新鲜基岩,看有无角砾岩和擦痕,比看地形快得多。
关键数据
下列数值为典型实例的规模范围。同一盆地不同段落差别很大,记录时要写明测量位置与所依据的剖面,只给一个最大深度,说明不了构造样式。
- 地堑两侧断层面倾向相对,地垒两侧倾向相背。
- 单级阶梯断层落差几米至上百米,整条边界累计可达数千米。
- 断层三角面高几十米至几百米,底边平直。
- 生长指数大于 1 指示断层在同沉积期活动。
- 同一层位在盆内与盆缘厚度可相差 3–10 倍。
- 贝加尔湖最大水深约 1642 米,是典型的地堑盆地。
边界
老地堑常被后期沉积填平,地表看不出地形反差。此时只能靠钻孔与剖面:边界断层向下切穿上部覆盖层,而覆盖层本身未被错断,说明断层已经停止活动,与地形无关。
挤压区也能出现类似地形的断陷,但边界断层是逆冲性质,两盘缩短而非伸展。判断要回到断层性质本身,先定正逆,再谈地堑地垒,顺序颠倒会把挤压盆地当成伸展盆地。
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. —— 伸展构造与断陷盆地。
- 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. —— 正断层组合与半地堑。