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图5-2断煤交线示意图
（a）正断层（b）逆断层
1—上盘断煤交线；
2—下盘断煤交线；
3—煤层底板等高线
二、断距
断层两盘同一岩层面相对位移的距离称为断距。
断距可反映断层规模大小，它对煤矿
生产影响极大。
通常，断距是根据不同方向剖面上岩层或煤层被错开的相对位置来确定的。
目前，断距的名称较多，这里只介绍常用的几个断距术语。
在垂直于岩层走向的剖面上可测得的断距有：
地层断距：
指断层两盘上同一岩层面被错开的垂直距离（图5-3中的ho）。
水平地层断距：
指断层两盘上同一岩层面被错开的水平距离（图5-3中的hf）。
铅直地层断距：
指断层两盘上同一岩层面被错开的铅直距离（图5-3中的hg）。
在矿山开采中，为设计竖井和平巷的长度，还常常采用落差和平错这类断距术语。
落差：
指垂直于断层走向的剖面上断层两盘同一煤层或岩层面对应点的标高差（图5-4中的ab）
平错：
指垂直于断层走向的剖面上断层两盘同一煤层或岩层面对应点的水平距离（图5-4中的bc）。
需要指出，同一条断层的断距沿断层的走向和倾斜方向均可能发生变化，要尽可能地在断层的不同部位多测一些数据，以便弄清断距的变化情况。
图5-3断距示意图图5-4断层落差平错示意图
h0—地层断距ab—落差bc—平错
hf—水平地层断距
hg—铅直地层断距
第二节断层的基本类型
断层分类涉及较多因素，如地质背景、运动方式、力学机制和各种几何关系等方面。
因此，有各种不同的断层分类，现仅对目前常用的分类加以介绍。
一、按断层与有关构造的几何关系分类
（一）根据断层走向与岩层走向的关系划分（图5-5）
（1）走向断层。
断层走向与岩层走向基本一致。
（2）倾向断层。
断层走向与岩层走向基本垂直。
（3）斜向断层。
断层走向与岩层走向斜交。
（二）根据断层走向与褶皱轴向之间的几何关系划分（图5-6）
（1）纵断层。
断层走向与褶皱轴向基本一致。
（2）横断层。
断层走向与褶皱轴向基本垂直。
（3）斜断层。
断层走向与褶皱轴向斜交。
二、按断层两盘相对运动方式分类
根据断层两盘的相对运动，可将断层分为正断层、逆断层和平移断层（图5-7）。
（一）正断层
正断层的上盘沿断层面相对向下滑动，下盘相对向上滑动（图5-7a），正断层倾角一般较陡，大多在45°
以上，常大于60°
。
近年研究发现，也有一些正断层的倾角很低缓（图5-8）。
有些大型正断层陡直的断层面，向地下深处常常变缓。
在伸展地区浅部的高角度正断层，向深处变缓呈铲形，若干个高角度正断层联合成一个较大规模的低角度正断层，这类断层称为剥离断层。
剥离断层常造成浅层次年轻地层直接覆盖在深层次的老地层之上（图5-9）。
通常中小型正断层带内岩石破碎相对不太强烈，角砾岩中之角砾多带棱角，超碎裂岩较不发育，一般没有强烈挤压形成的复杂小褶皱。
图5-7常见断层立体示意图
（a）正断层（b）逆断层（c）平移断层
图5-9伸展构造及相伴产生的正断层（据马杏垣，1984）
（二）逆断层
逆断层的上盘沿断层面相对向上滑动，下盘相对向下滑动（图5-7b）。
根据断层面倾角大小，可分为高角度逆断层和低角度逆断层。
高角度逆断层面倾斜陡峻，倾角大于45°
；
倾角小于45°
（一般多在30~左右或更小）的逆断层，称为低角度逆断层（图5-10）。
逆冲断层是位移量很大的低角度逆断层，倾角一般在30°
左右或更小，位移量一般在数公里以上。
逆冲断层常常显示出强烈的挤压破碎现象，如断层带常形成角砾岩、碎粒岩和超碎裂岩等断层岩，以及反映强烈挤压的揉皱和劈理化等现象。
大型逆冲断层的上盘因是从远处推移而来的，故称其为外来岩块,下盘则因相对未动而称为原地岩块。
推覆体是指外来岩块，总体呈平板状。
逆冲断层与推覆体共同构成逆冲推覆构造（或称推覆构造）。
逆冲推覆构造形成后，该地区遭受强烈侵蚀切割，将部分外来岩块剥掉而露出下伏原地岩块，表现为在一片外来岩块中露出一小片由断层圈闭的原地岩块，常常是较老地层中出现一小片由断层圈闭的较年轻地层，这种被断层圈闭的地质体为构造窗。
如果剥蚀强烈，在大片原地岩块上地势较高的地方仅残留小片孤零零的外来岩块，表现为在原地岩块中残留一小片由断层圈闭的外来岩块，常常是较年轻的地层中出现一小片由断层圈闭的较老的地层，这种被断层圈闭的地质体为飞来峰（图5-11）。
如图5-12所示，石炭、二叠系组成的飞来峰叠于较新的中生代地层之上。
（三）平移断层
平移断层是断层两盘顺断层面走向相对移动的断层（图5-7c）。
规模巨大的平移断层常称为走向滑动断层（简称走滑断层）。
根据两盘相对滑动的方向，又可进一步命名为右行平移断层和左行平移断层。
左行或右行是指垂直断层走向观察断层时，对盘向右滑动为右行，向左滑动为左行。
平移断层面一般较陡，甚至直立。
断层两盘往往不是完全顺断层面的倾向或走向相对滑动，而是沿斜向滑动，于是断层常具有正、逆与平移的过渡性质。
这类断层一般采用组合命名，称之为平移—正断层；
正—平移断层；
平移—逆断层；
逆—平移断层。
组合命名的后者表示主要运动分量（图5-13）。
正、逆、平移断层的两盘相对运动都是直移运动，事实上有许多断层常常有一定程度的旋转运动。
断盘的旋转有两种情况：
一种是旋转轴位于断层的一端，表现为在横切断层走向的各个剖面上的位移量不等（图5-14a）一种是旋转轴不位于断层的端点，表现为旋转轴两侧的相对位移方向不同，如一侧为上盘上升，另一侧则为上盘下降（图5-14b）。
两种旋转均使两盘中岩层产状不一致。
旋转量比较大的断层，可称为枢纽断层。
图5-14两种旋转的枢纽断层
三、按断层的力学性质分类
根据平面应力场断层所反映的应力作用方式可将断层分为压性断层、张性断层和扭性断层。
（一）压性断层
由压应力作用形成的断层称为压性断层。
压性断层的走向与压应力作用的方向垂直。
在平面或剖面上，断裂面一般呈舒缓波状；
断面上常出现大片擦痕和阶步，擦痕与断裂面的走向垂直；
断裂面附近常形成挤压破碎带，其中劈理、片理和构造透镜体的排列方向与断层走向近于平行。
逆断层一般都属于压性断层。
有的断层面倾向发生变化，不便用两盘运动方式来命名，而用断层反映的力学性质来命名比较恰当，如图5-15中的F1断层。
图5-15湖南衡阳谭子山压性断层
（二）张性断层
由张应力作用形成的断层称为张性断层。
张性断层的走向与张应力作用的方向垂直。
张裂面的形态一般不规则，粗糙不平、连续性差；
剖面上呈楔状，上宽下窄。
倾角较陡；
张裂带内常含有角砾岩，角砾的棱角显著，大小悬殊，胶结疏松，无定向排列。
正断层一般都属于张性断层。
（三）扭性断层
扭性断层又称剪性断层，是由剪应力作用形成的。
扭性断层的走向与剪应力作用的方向平行。
扭性断裂面一般较平直，产状稳定；
断裂面上常见磨光镜面和大量水平擦痕；
扭裂带内的角砾岩，棱角常被搓碎磨圆、大小较均一，平面上呈斜列展节。
平移断层大多属于扭性断层。
第三节断层的组合型式
断层可以单条发育，但在一定范围内和一定地质背景条件下往往成群出现并呈有规律的组合型式，现将各类断层的组合型式概述如下：
一、正断层的组合型式
1．阶梯状断层
阶梯状断层是由若干条产状基本一致的正断层组成，各条断层上盘依次向同一方向下降，构成阶梯状（图5-16）。
图5-16阶梯状断层示意图
（a）阶梯状断层（b）抬斜断块
阶梯状断层在区域性抬斜过程中，断盘常沿弧形的断层面发生一定的旋转而构成阶梯状抬斜断块（图5-16b）。
在地形上表现为单面山或山谷间列的景观。
一些在地质历史中发育的阶梯状抬斜断块，在地形上已不明显，反映在断陷沉积上为一系列平行的箕状构造（图5-17）。
这类箕状构造在我国东部中、新生代盆地中十分发育。
图5-17山东济阳断坳中的箕状构造
（a）箕状断陷构造结构示意图，其中I为断阶带，Ⅱ为深凹带，Ш为斜坡带，
（b）山东济阳断坳中的箕状断陷构造
（据石油工业部，1980）
2．地堑和地垒
地堑主要由两条走向基本一致、相向倾斜的正断层组成，两条正断层之间有一个共同的下降盘（图5-18a）。
地垒由两条走向基本一致、倾斜方向相反的正断层构成，两条正断层之间有一个共同的上升盘（图5-18b）。
组成地堑和地垒两侧的正断层可以两条产出，也可由数条产状相近的正断层组成，形成两个依次降落的阶梯状断层带。
从区域地质构造看，地堑比地垒发育更广泛，具有更重要的地质意义。
图5-13地堑和地垒示意图
（a）地堑（b）地垒
3．环状断层和放射状断层
若干条弧形或半环状断层围绕着一个中心成同心圆状排列，称环状断层。
若干条断层自一个中心成辐射状排列，即构成放射状断层。
两者可以在同一构造上产出，也可以单独发育（图5-19）。
图5-19环状和放射状断层示意图
（a）环状断层（b）放射状断层
二、逆断层的组合型式
1．叠瓦式逆冲断层
这是逆冲断层最主要、最常见的组合型式。
由一系列产状相近的逆冲断层上盘依次向上逆冲组成，在剖面上构成叠瓦状（图5-20）。
叠瓦状构造常表现为前（上）陡后（下）缓，成凹向上方的弧形。
叠瓦式逆冲断层的各条断层向下常汇拢成一条主干断层，其总体呈帚状。
图5-20叠瓦状构造示意图
2．对冲式断层和背冲式断层
对冲式断层是由两条倾斜相反、相对逆冲的逆断层组成。
小型对冲式断层常与背斜构造伴生（图5-21），大型对冲式断层则产出于拗陷带边缘，自两侧隆起分别向拗陷带内逆冲。
背冲式逆断层是由两条或两组相向倾斜的逆断层组成，自一个中心分别向两个相反方向逆冲，一般自背斜核部向外撒开逆冲（图5-22）。
图5-21四川广元月明峡背斜对冲式断层（四川第二区测队，1979）
图5-22背冲式逆断层
第四节断层的标志
一、地貌及水文标志
断层活动及其存在常常在地貌上有明显的表现，这些由断层引起的地貌现象是识别断层的直接标志。
1．断层崖和断层三角面
由于正断层两盘的相对滑动，特别是在差异性升降变动中，上升盘的断层面在地貌上常形成陡立的峭壁，称之为断层崖。
断层崖受到与崖面垂直方向的水流侵蚀、切割被改造成沿断层走向分布的一系列三角形陡崖，这种三角形陡崖即为断层三角面（图5-23）。
图5-23河南偃师五佛山断层形成的断层三角面（据马杏垣等，1980）
2．山脊错断和水系改向
错断的山脊往往是断层两盘相对位移所致。
横切山岭走向的平原与山岭的接触带往往是一条较大的断层。
断层的存在常常影响水系的发育，引起河流遇断层急剧转向，甚至河谷错断。
3．串珠状湖泊和洼地与带状分布的泉水
由断层活动引起的断陷常形成串珠状的湖泊和洼地，如云南沿小江断裂带形成一系列呈南北向串珠状展布的湖泊和盆地。
泉水呈带状分布亦为断层存在的标志，沿现代活动断层还会分布一系列温泉。
二、构造标志
断层活动引起的构造现象是断层存在的重要依据。
1．构造线和地质体的不连续
地层、矿层、岩脉、岩体、不整合面、片理或相带、岩体与围岩的接触带、在平面或剖面上褶皱的轴迹等突然中断或被错开，是断层存在的直接标志（图5-5、5-6）。
2．构造强化带
构造强化现象包括岩层产状急剧变化、节理化带、劈理化带的突然出现，小褶皱急剧增加以及岩石挤压破碎、构造透镜体和各种擦痕等（图5-24）。
图5-24西藏雅鲁藏布江断裂带内透镜化和片理化岩石
（据宋鸿林摄，范崇彦素描，1978）
1—石英绿泥石片岩，2—绿泥石片岩，3—透镜体化石英脉
三、地层标志
一套顺序排列的地层，由于走向断层的影响，常常造成一层或部分地层的重复或缺失，即当断层走向和岩层走向一致，且经剥蚀夷平作用使两盘地层处于同一水平地面上时，会使原来顺序排列的地层部分或全部重复如图5-25（a、c、e）所示，在另一些情况下则会造成一层或数层地层缺失如图5-25（b、d、f）所示。
由于断层性质不同，断层与岩层的倾向、倾角不同，会造成六种基本的重复和缺失情况（图5-25与表5-1是相互对应的）。
图5-25走向断层造成的地层重复和缺失
表5-1走向断层造成的重复和缺失
断层倾向与岩层倾向的关系
断层位移类型
二者倾向相反
二者倾向相同
断层倾角大于岩层倾角
断层倾角小于岩层倾角
地面上
上盘直孔剖面
正断层
重复a
缺失a
缺失b
重复c
逆断层
缺失d
重复d
重复e
缺失f
四、岩相变化和矿化标志
当某一地区沉积岩相和厚度沿一条线发生急剧的变化时，即可能是断层活动的结果。
或是由于断层远距离的推移，使岩相和厚度相差甚远的同时代地层相接触；
或是由于同沉积断层的活动使断层两盘因断层活动控制了沉积作用，使同时代地层的岩相和厚度在断层两盘发生显著差异。
大断层常常是岩浆和热液运移的通道和储集场所，常造成沿一条线断续分布的矿化带、硅化带或热液蚀变带等。
这类现象常指示大断层或断裂带的存在。
放射状、环状岩墙群也指示断裂的存在。
五、断层岩标志
断层岩是断层带中或断层两盘岩石在断层作用中被改造形成的，是具有特征性结构、构造和矿物成分的岩石，断层岩是断层存在的良好标志。
断层从产出的构造层次上分为脆性断层和韧性断层，断层岩也相应地分为与浅层次脆性断层伴生的碎裂岩系列及与深层次或者中深层次韧性断层伴生的糜棱岩系列。
对于长英质岩石，糜棱岩形成深度为10—15km，相当于低级绿片岩相的温、压条件。
断层岩的研究可以提供有关断层的大量信息。
近年来，随着断层研究的深入，对断层岩的研究，尤其是糜棱岩的研究，已成为当前构造地质学领域中一个引人注目的课题。
断层岩的属性（是碎裂岩系还是糜棱岩系）可以指示断层的属性（是脆性断层还是韧性断层）；
利用断层岩可以测定断层形成时的温度和压力条件，为分析断层形成深度和形成环境的温、压状态提供基本依据；
断层岩发育程度和展布状况以及各类断层岩的交织叠加和改造情况可以提供有关断层规模、活动史、活动深度的变化等有关信息；
断层岩的结构可以为分析研究断层两盘的相对运动方向提供依据。
近年来，断层岩研究的重要进展是将断层岩划分为两大系列。
过去把断层岩均作为岩石在脆性状态下断层两盘挫动研磨的结果，其随着研磨作用的增强而细粒化，进而根据碎块颗粒的大小分为断层角砾岩、碎裂岩、糜棱岩、片理化岩等。
现在已经确证，对于碎裂岩系列，细粒化程度决定于脆性变形下岩石破碎的程度，对于糜棱岩系列，细粒化取决于塑性变形状态和重结晶程度。
碎裂岩系列一般包括断层角砾岩、碎粒岩或碎斑岩、碎粉岩、假玄武玻璃和断层泥等。
1．断层角砾岩
断层角砾岩是由保持原岩特点的岩石碎块组成。
角砾胶结物为磨碎的岩屑、岩粉以及岩石压溶物质和外源物质。
断层角砾岩中角砾的棱角常被磨蚀，因此，角砾多成透镜状、椭圆状。
角砾常具有定向排列，有时排成雁列式（图5-24、5-26b）。
胶结物有时也显示定向排列的特点，围绕角砾排列，甚至发育成劈理（图5-24）。
也有一些断层角砾岩中的角砾是带棱角的，这类角砾岩中的角砾形状多不规则，大小不一，杂乱无章。
角砾岩中的角砾一般在2mm以上（图5-26a）。
图5-26苏州逆冲断层中的断层角砾岩
（据孙岩、韩克从，1982）
（a）角砾呈尖棱角状，排列无序，（b）角砾呈透镜状，定向排列
角砾岩的种类很多，如不整合面上的底砾岩、火山角砾岩、同生角砾岩、膏盐角砾岩、岩溶角砾岩等，在野外工作中应注意区分．
断层角砾岩与其它角砾岩区分的主要标志是看角砾与围岩是否有同源关系，是否顺层发育，是否有磨擦搓碎现象等。
2．碎粒岩或碎斑岩
碎粒岩是被断层两盘研磨得更细的断层岩，碎粒岩是由原岩的岩粉或细粒或原岩的矿物碎粒组成的。
在偏光显微镜下，岩石具有压碎结构。
碎粒岩中如残留一些较大矿物颗粒，则构成碎斑结构，这种岩石可称为碎斑岩。
碎粒岩的颗粒一般在0.1—2mm。
3．碎粉岩
碎粉岩的岩石颗粒被研磨得极细，粒度比较均匀，一般在0.1mm以下，这种岩石也可称为超碎裂岩。
4．玻化岩
如果岩石在强烈研磨和错动过程中局部发生熔融，而后又迅速冷却，会形成外貌似黑色玻璃质的岩石，称为玻化岩。
玻化岩往往成细脉分布于其它断层岩中。
5．断层泥
如果岩石在强烈研磨中成为泥状，单个颗粒一般不易分辨，仅含少量较大碎粒，这种未固结的断层岩称为断层泥。
对比原岩成分与断层泥成分，发现两者不尽相同，这说明断层泥的细粒化不仅有研磨作用，而且有压溶作用等。
第五节断层的成因分析
一、脆性断层
岩石受力超过其强度时，便开始发生破裂。
破裂之初先出现微裂隙，微裂隙逐渐发展，相互联合，形成一条明显的破裂面。
安德森（E．M．Anderson，1951）等学者分析了断层的应力状态，提出了分析地表或近地表的脆性断层的形成模式。
安德森模式认为，形成断层的三轴应力状态中的一个主应力轴趋于垂直水平面，断层面是一对剪裂面，σ1与两剪裂面的锐角分角线一致，σ3与两剪裂面的钝角分角线一致，断层两盘垂直于σ2方向滑动。
断层形成的应力状态为：
若σ1直立，σ2、σ3水平，则产生正断层；
若σ3直立，σ1、σ2水平，则产生逆断层：
若σ2直立，σ1、σ3水平，则产生平移断层（图5-27）。
图5-27形成断层的三种应力状态（据E．M．Anderson，1951）
（a）正断层：
（b）逆断层，（c）平移断层
（一）正断层的成因分析
1．正断层形成的应力条件
正断层是在一定范围内地壳伸长的结果，是在地壳处于与断层走向垂直的方向上水平拉伸状态下产生的，即σ１直立。
它可以是岩体的重力，也可以是岩浆岩体、盐丘或基底断块等向上隆起或上冲引起的。
σ３水平，与断层走向垂直，它可以是较小的压应力，也可以是张应力。
引起正断层的有利条件是最大主应力（σ1）在铅直方向上增大，或是最小主应力（σ3）水平向逐渐增大（图5-27a）。
2．正断层形成的构造背景
（1）背斜形成时，因岩层上拱，导致外弯层产生与背斜枢纽垂直的张应力，加之岩体自重产生的铅直的应力，造成背斜顶部出现纵向地堑（图5-28）。
短轴背斜沿枢纽方向的局部拉伸，也可以形成走向与背斜枢纽垂直的两组倾向相反的横向正断层（图5-29）。
图5-28美国海员山背斜顶部正断层和小型地堑
（据Dc．Sitter，1956）
图5-29短轴背斜中的横断层
（２）区域性的水平拉伸造成沉降盆地，在其边缘常形成同沉积断层，这类正断层的下降盘为边下降边沉积，随着沉积物的厚度增大，使其下部位移量大于上部（图5-54）。
（３）穹隆垂直上隆形成穹隆中心直立（或陡倾）的挤压（σ1）以及向穹隆外围缓倾的拉伸（σ３），从而形成环形正断层．此外，差异升降运动也可以产生正断层。
（二）逆断层的成因分析
1．逆断层形成的应力条件
逆断层主要是在压缩条件下形成的。
区域性的水平挤压作用产生水平基准面侧向缩短的断层，又称收缩断层。
这种条件符合安德森逆冲断层应力模式，即σ1水平，σ３直立。
所以，适于逆冲断层形成作用的可能情况是σ１在水平方向逐渐增大，或者是最小主应力σ3逐渐减小。
因而，水平挤压有利于逆冲断层的发育（图5-27b）。
2．逆断层形成的构造背景
（1）早于褶皱形成的逆断层在断层形成前地层未褶皱，水平挤压作用使水平地层产生逆断层。
这类断层的特征是：
其中一段顺层面滑动称断坪；
另一段切层滑动，称为断坡。
断坪的断层标志不太明显（图5-30），断坪与断坡交替，使整个断层构成阶梯状。
图5-31a为早于褶皱产生的沿剪裂面形成的逆断层。
图5-30褶皱前形成的逆断层及其断坪与断坡
（据Preei，1981）
（2）由褶皱进一步发展而成的延伸逆断层（图5-31b）I当水平挤压有一侧减弱时，褶皱倒向水平应力小的一侧，持续变形使倒转翼拉薄，进而断开形成逆断层。
这种断层常发育在造山带边缘强烈不对称褶皱的地带。
（3）与褶皱同时发育的破裂逆断层（图5-31c）：
脆性岩层在水平挤压作用下形成开阔褶皱，同时也很快出现破裂，形成一系列在剖面X剪裂面基础上发育起来的破裂逆断层。
随着破裂逆断层的发展，褶皱进一步加强。
图5-31逆断层与褶皱的关系
（据De．Sitte，，1964）
3．逆冲推覆构造的形成
（1）孔隙液压对逆冲推覆构造形成的作用。
巨大的推覆体之所以能够作长距离的运移，异常孔隙压力起了重要的作用。
当异常孔隙压力接近或等于推覆体总负荷压力时，推覆体即处于漂浮状态，此时很小的推力即可使推覆体产生运移而不破碎。
大陆边缘快速堆积的年青沉积物可产生异常孔隙压力；
巨大推覆体也可使下伏岩层的适当部位产生异常孔隙压力，此外石膏的脱水作用也可以引起异常孔隙压力。
（2）逆冲推覆构造的驱动力。
对这个问题，地质学家有各种不同的假说和观点，早期认为水平挤压作用是逆冲推覆构造的基本驱动力，即水平挤压力推动推覆体的后部使其向前运动。
随着研究的不断深入，又提出作为体力的重力是引起推覆构造的基本驱动力，即在地壳伸张地带见有因重力滑动的推覆作用造成的重力滑覆构造。
重力滑覆构造的特点是，滑覆体的后部被正断层所切，或被底部滑脱面所切（图5-32a）由于重力滑动作用无法解释某些断层面不是向逆冲方向倾斜的情况，所以又有学者提出了重力扩张的观点，并以模拟实验证明。
重力导生出的侧向水平推动力的扩展作用产生逆冲断层，使推覆体的后部被更后面的逆冲断层所切（图5-32b）此外，还有因板块俯冲和碰撞挤压等造成逆冲推覆构造的观点。
图5-32重力滑动（a）与重力扩张（b）形成的推覆构造后部构造形态的差异
（据Coopeh1981）
1—盖层，2—基底，3—逆冲断层
（三）平移断层的成因分析
1．平移断层的形成方式
（1）由于侧向水平挤压，当σ2直立时，顺平面X剪裂面发育而成平移断层，规模可大可小，常为二组共轭发育，一组右行，一组左行，一般与褶皱延伸方向斜交。
（2）不均匀的侧向挤压使不
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