岩石变形与地质构造
节理与断层

   节理

一、节理的定义

    节理（joint）为岩石中破裂（不连续变形），但两侧没有明显的位移。节理是断裂（脆性）变形，而褶皱是塑性变形。

    思考：既然节理是断裂变形，褶皱是塑性变形，是否意味着节理总是晚于褶皱出现？

二、节理的基本类型

    自然界有两种节理，即剪（切）节理（shearing joint）和张节理（tensional joint）。

    剪切节理由剪切应力产生，其主要特征有：①产状稳定，沿走向延伸较远；②节理面比较平直光滑，节理面上可见擦痕；③切错砾石。

    张节理由拉张应力产生，其主要特征有：①产状不稳定，沿走向延伸不远，单条节理短而弯曲；②节理面粗糙不平，无擦痕；③绕开砾石；④可由矿脉填充。

    早期剪节理如果后期受到拉张，形成先剪后张节理，并充填各种脉体。

   断层

一、断层的定义

    断层（fault）是岩石中的破裂（不连续变形），两侧有明显的位移。断层是脆性变形，而褶皱是塑性变形。断层又经常称为断裂，两者的含义完全相同，英文都是fault。

    思考1：既然断层是断裂变形，褶皱是塑性变形，是否意味着断层总是晚于褶皱出现？

    思考2：断层沿走向可以延伸很远，但向下能延伸多深？

二、断层的基本要素

1. 断层面

    分割岩块并使其两侧发生滑动的面称为(fault plane)（图）。

2. 断层盘

    断层面两侧的岩块称为断层盘（(fault wall, or fault block)（图）。

    如果断层面是垂直的，称为东盘、西盘，等等。如果断层面是倾斜的，断层面以上的断层盘称为上盘，反之称为下盘。

三、断层的基本类型

1. 正断层

    上盘相对于下盘发生下滑的断层称为正断层(normal fault)（图a）。

2. 逆断层

    上盘相对于下盘发生上升的断层称为逆断层(reverse fault)（图b）。断层面倾角小于45°的逆断层称为逆掩断层或逆冲断层（thrust fault）。逆冲推覆的距离可以很大，经后来的风化剥蚀后，可以出现飞来峰（klippe）和构造窗（window）的构造（图）。

3. 走滑断层

    断层两盘沿断层面发生滑动，但没有相对升降，称为走滑断层或平移断层(strike-slip fault)（图c）。

    走滑断层又分为左旋（右盘相对于左盘向前运动）（left lateral fault, or sinistral fault）和右旋（右盘相对于左盘向后运动）（right lateral fault, or dextral fault）两类。

    自然界中，各种滑动可能兼而有之，例如，正左旋走滑断层，逆右旋走滑断层，或者左旋走滑逆断层，右旋走滑正断层，等等。根据惯例，复合命名中，以后者为主。

四、断层的组合及地貌表现

    地垒 (horst)是断层围限的高地（山岭），一般为正断层（图），但也可以是逆断层（图）。如果仅一侧有断层，称为半地垒（half horst），断层一侧地形上较高（图）。

    地堑（graben）是断层围限的低地（谷地），一般为正断层（图），但也不排除逆断层（图）。如果仅一侧有断层，成称为半地堑（half graben），断层一侧地形较低，构成谷地，如果沉积物厚度大，构成盆地，则称为半地堑（式）盆地（half graben basin）或箕状盆地（dustpan-like basin）。沿走向延伸很长的地堑称为裂谷（rift），地球上有许多裂谷，例如东非大裂谷、莱茵河裂谷、贝加尔裂谷等等。

    地垒和地堑、半地垒和半地堑常常同时出现，代表拉张应力作用（图）。

五、断层的表现

1.断层面上的表现

    断层的强烈错动，会留下擦痕（striation or scratch）、阶步（fault step）、反阶步（?）、镜面（slickenside, or fault polish）等痕迹，有的擦痕规模很大，可称为擦槽（groove）。如果擦痕头粗（深）尾细（浅），代表了逐渐磨损的硬块，由粗深向细浅指示对盘错动方向。阶步是断层面上不对称的小陡坎，陡坡面向断层对盘的运动方向，缓坡面向本盘运动方向。如果陡坎底部张开成与缓坡大致平行的小裂隙，则为反阶步，反阶步指示的运动方向与阶步相反。断层的强烈而快速错动，会使部分矿物（如石英）熔化成覆盖在断层面上的薄膜（断层被摸），断层被摸常表面光滑如镜，称为镜面，镜面上也常常留下擦痕。

2.断层带上的表现

    断层带常发育断层岩（动力变质岩）（fault rock or dynamic metamorphic rock）（或称构造岩，tectonite ），随破碎程度增加，依次为断层角砾岩（fault breccia）、碎裂岩（cataclastic rock, or fault gouge）、糜棱岩（mylonite）等构造岩石，还会出现断层泥（fault clay）（断层强烈运动被碾碎的物质）。糜棱岩中的矿物不仅较为细小，而且细长定向，反映断层带一定程度的韧性变形，是温度压力较高的地壳深处错动的表现。强烈的挤压，还会使断层带中出现透镜状的岩块，称为构造透镜体，它们单个或者密集成群产出，长轴垂直挤压力方向。

3.断层旁侧构造

    断层的错动会使断层两盘地层拖曳牵引，形成拖曳褶皱（或牵引褶皱）（drag fold），或者形成次级节理裂隙。

4.地层的重复或缺失

    断层能破坏地层的层序，破坏地层原始的连续性，造成地层重复出现或者缺失，形成复杂的“断层效应”。

5.地貌上的表现

    断层崖（fault scarp）（断层形成的陡崖）、断层三角面（fault triangular facet）（断层崖把沟谷切割成三角形的陡崖）、串珠状分布的湖泊或温泉、带状分布的泉水等等都是断层存在的地貌。断层的错动还会造成山脊的错断、水系的同步弯曲，等等。

6.其他

    断层还会在地球物理、地球化学上有所表现，形成地电、地磁、重力、地震波等的异常或突变界面，断层活动会使地气（例如氡气、汞气等）出现异常，并有沿断层发生的地震。

六、断层的研究意义

    地球表层被许许多多规模不等、类型各异的断层所切割，仿佛是漫长岁月中留下的道道“伤痕”，成为地质发展过程的“痕迹”。断层既可以形成各种成矿流体、地下流水的通道，又可以构成各种障蔽而成为油气储藏的圈闭，还能使本来简单有序的地层复杂化，使异地与原地岩石地层相互交杂，出现“飞来峰”、“构造窗”等现象。规模巨大的断层还是重要的地质边界，划分了不同历史背景、不同分层结构的地块，分隔着不同地貌景观。作为含水层、软弱带的断层，还会带来诸如突水、漏水、地陷、边坡不稳等各种灾害，对工程建设而言，被看作是令人生畏的“病害”。断层一旦形成，便很难愈合，再受应力，便会复活，“兴风作浪”，引发大小不同的地震。因此，断层的形成、分布、活动规律历来是地球科学的重要研究内容，具有重要的研究意义。

第七节 地层接触关系

    地层层序律描述了地层的本来面目，切割律则是分析地质体后期改造的手段。地层接触关系（contact relationship between strata）的基本内容，实际上就是地层层序律和切割律的具体运用。正确分析地层的接触关系，可以恢复地质发展历史，成为地质科学研究的基本技能。

一、整合

    整合（conformity）就是连续沉积，没有间断，符合地层层序律，代表的地质过程为：
下沉—沉积。

二、不整合

    不整合（unconformity）就是新、老地层之间的沉积间断，间断面称为不整合面，不整合意味着沉积记录缺失，下部较老地层因沉积间断而经受风化剥蚀，可能留下风化剥蚀面和风化剥蚀遗迹，成为不整合面的重要判据。下部较老地层可以看成被风化剥蚀而被切割的地质体，因此，依据切割律，不整合的年龄就是上部新地层的最老年龄和下部老地层的最新年龄的时间间隔，假如上部地层的时代为泥盆纪—三叠纪，下部地层的时代为寒武纪到奥陶纪，那么，不整合的年龄介于奥陶纪和泥盆纪之间，为志留纪。依据上、下地层的产状差别，不整合又进一步分为平行不整合和角度不整合两类。

1. 平行不整合

    上、下两套地层产状平行的不整合称为平行不整合或假整合（disconformity），代表的地质过程为：

    下沉—沉积—整体抬升（造陆运动）（continental making, or epeirogeny）、风化剥蚀—再次下沉—再次沉积。

    平行不整合会造成连续沉积和整合接触关系的假象，但上下古生物群面貌可以差别很大，曾被灾变论者误作为生物突变而非渐变的证据。

2. 角度不整合

    上、下两套地层产状不平行的不整合称为角度不整合或简称不整合（angular unconformity），一般而言，上部较新地层总是与不整合面平行，代表的地质过程为：

    下沉—沉积—褶皱、掀斜或断裂抬升（造山运动）（mountain building, or orogeny）、风化剥蚀—再次下沉—再次沉积。

3. 非整合

    非整合本质上属于角度不整合，但下部不是沉积岩，而是被风化剥蚀的岩浆岩，由于岩浆岩缺乏层理，不能用平行或是不平行来描述，所以称为非整合（nonconformity）。沉积岩与岩浆岩的成非整合，说明两者为不是侵入接触，而是沉积接触关系，反映的过程为：

    下沉—沉积—岩浆侵入—抬升风化剥蚀、侵入岩出露地表—再次下沉—再次沉积。

    虽然岩浆岩与上部较新地层为沉积接触关系，但与下部较老地层仍为侵入接触关系。

三、其他接触关系

    包括岩浆岩的侵入接触关系和断层接触关系（图）中的④和⑤。