斷裂帶(英文名稱:斷層 zone),由多個斷裂面構成的帶狀延伸區域,又稱斷層帶。由主斷裂面和兩側斷裂構造巖及次級斷裂共同組成,具一定寬度的帶狀延伸區域。
斷裂帶的斷裂構造巖包括斷層泥、糜棱巖、斷層角礫巖、碎裂巖等,斷裂帶以外為完整巖層或巖石。斷裂帶可以是平直的,也可以是彎曲,甚至是波狀起伏的。變質核雜巖內常發育一種波狀起伏的伸展拆離斷層,稱為波狀構造。斷裂帶按性質可分為正斷層、逆斷層和走滑斷層。是巖石圈變形的應變集中帶,在淺部脆性域呈現為較窄的脆性破碎帶,而在深部韌性域轉變為較寬的韌性剪切帶,顯示隨深度增加影響范圍擴大。斷裂帶寬度以及斷裂構造巖的破碎程度,受斷層規模、活動歷史、活動方式以及力學性質的綜合影響,壓性及壓扭性斷層帶寬度通常大于單純剪切性質斷層帶。在一些大型的斷層帶中,由于被后期不同方向的斷層切錯,和夾有一些未破碎的大型巖塊,會使斷層帶的結構趨于復雜化,從而在近代的斷層活動中容易形成運動的阻抗,成為應力易于積累和發生地震的場所。即便在同一條斷裂帶上,斷裂帶寬度和斷裂構造巖類型及其組合特征也有懸殊變化。如,怒江斷裂帶、郯廬斷裂帶、紅河斷裂帶、臺灣縱谷斷裂帶、圣安德烈斯斷裂帶等。地球最外層是巖石圈,但巖石圈并不是渾然一體的,而是“碎成”了七大板塊,板塊間的邊界就是大型斷裂帶。天然地震發生在斷裂帶上,斷裂帶容易引起地震。
國際上有研究斷裂帶的合作交流,1981年美國地質調查所板塊代表團率研究小組同中國國家地震局等合作,在紅河斷裂帶進行了野外考察,對其地震危險性做出估計,獲取了地震、地質、地貌和年代學等反映該斷裂帶最新活動的相關證據。2002年,由中國云南省科技計劃國際合作項目支持,中國云南省地震局與越南科學院地質研究所合作開展“中越紅河斷裂帶地震活動性與地震構造特征對比研究”,在震源及地殼介質特性、越南境內斷層剖面、新生代地層年代學、斷裂新活動時代、走滑斷層累積位錯量及成果圖編制等方面填補了多項空白。
斷裂帶是應力集中釋放造成的破裂形變,大的斷層延伸數十至數百千米,斷層帶寬達數百米,切穿若干巖層,構成具有特殊意義的水文地質體,可起到貯水空間、集水廊道與導水通道的作用。
形成原理
天然地震發生在斷裂帶上,斷裂帶引起地震。地球最外層是巖石圈,但巖石圈并不是渾然一體的,而是“碎成”了七大板塊,板塊間的邊界就是大型斷裂帶。中國位于世界兩大地震帶——環太平洋地震帶與歐亞地震帶的交匯部位,受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓。在地幔對流和板塊本身的重力作用等因素的驅動下,各板塊一直處在相對運動之中。既然有相對運動,那板塊邊界上就必然免不了摩擦,其結果之一就是地震。這就是20世紀地球科學領域最偉大的成就——板塊構造理論帶來的基本認識。簡而言之,斷裂帶可以看成巖石圈里能有相對位移的大裂隙。板塊邊界上有斷裂帶,地球科學家在板塊內部發現了更為細分的塊體,稱之為地塊。在地塊邊界上,也形成了各種類型的斷裂帶。相比板塊邊界的斷裂帶,板塊內部斷裂帶的規模和相對滑動速率要小一些。但是,這并不代表板塊內部的地震震級或者危害性較小。長時間的應力積累(幾百年甚至上千年),可以使板塊內部發生7級乃至8級以上的大地震。
斷裂構造
斷層泥
發育在地殼淺層脆性斷層帶中未固結或弱固結的泥狀巖石。斷層泥通常呈各種彩色條帶平行斷層面展布,帶寬由幾毫米至數十米。斷層泥的主要成分是黏土礦物,其次為原巖的碎粉和碎礫,是斷層剪切滑動、碎裂、碾磨和與水密切相關的黏土化作用的產物。斷層泥中的黏土礦物有層狀硅酸鹽(高嶺石、伊來石、綠泥石、蒙脫石等)和層鏈狀硅酸鹽類(海泡石等)。片狀黏土礦物一般具定向排列,并平行或與斷面斜交或環繞碎礫,構成類S-C組構。斷層泥常見與斷層面斜交的葉理,其銳夾角指示斷層泥形成時沿斷層面剪切滑動的指向。由于斷層活動的多期性和復雜性,斷層泥條帶可以發生破碎、混雜、面理彎曲、柔皺等變化。碎礫包括巖石的角礫和單礦物角礫,粒徑小至1毫米以下,形狀主要為棱角狀、透鏡狀、渾圓狀等。角礫的表面常有指示斷層活動性質、構造環境等重要信息的形跡,如斷層運動的擦痕、釘頭痕,標志著斷層長期蠕滑的碾磨紋,地震斷層活動成因的沖擊坑和直擦線等,以及復雜的溶蝕形貌。這種形貌從簡單逐漸向復雜的發育過程與該碎粒的形成時間或與斷層活動的時代有關。
糜棱巖
塑性變形形成的具有糜棱葉理(面理)構造的構造巖。糜棱巖是發育在韌性剪切帶中的高溫、高剪切應變條件下產生的動力變質巖石,由原巖的韌性剪切變形、動態重結晶和新礦物結晶作用形成,與原巖無明顯界限,一般呈逐漸過渡關系。
糜棱巖由基質和變形殘核、殘碎斑晶組成。基質是一些細粒礦物的集合體,主要是韌性變形過程中的動態重結晶作用和新礦物結晶作用使母顆粒細粒化而造成的礦物,通常其粒度大于50微米,也包含部分硬礦物脆性碎裂的細小碎粒。變形殘核是經受韌性變形的礦物細粒化后的殘留部分,常呈透鏡狀,與由同一母顆粒受細粒化而成的新生基質一起被稱為核幔構造,它們在標本上或單偏光顯微鏡下不可區分,兩者共同反映出母顆粒被拉長的外形,其長寬比可達幾十比一,稱為絲帶構造。殘碎斑晶是某些相對強硬礦物脆性碎裂而殘存的相對基質粒度較大的碎粒。殘斑和殘核內部發育有變形紋、波狀消光、扭折帶等晶體塑性變形的光學效應。殘斑和變斑晶呈不對稱的眼球狀被包于韌性基質之中,其不對稱性可指示剪切帶的剪切指向。糜棱巖中發育葉理和拉伸線理,多數存在兩組由礦物定向排列而產生的葉理:平行剪切帶邊界的滑動葉理(C面)和平行壓扁面的葉理(S面),兩者之銳夾角指示剪切帶的剪切指向;在S面上出現的拉伸線理,指示了剪切運動的向量。
糜棱巖系列的巖石可分為兩類:
①糜棱巖類
其基質以韌性變形而細粒化為主,根據巖石中基質的含量(10%~50%、50%~90%和>90%)進一步分為初糜棱巖、糜棱巖和超糜棱巖;主要由層狀硅酸鹽礦物(如絹云母、綠泥石等)組成的糜棱巖稱為千枚狀糜棱巖,簡稱千糜巖。
②變余糜棱巖
以晶粒生長為特征的較為粗粒的韌性變形的巖石,其韌性變形構造已被靜態重結晶的晶粒所取代,粒內的應變效應也因重結晶而消除,但仍可辨認早期韌性變形的痕跡和指示所受剪切運動的方向。
斷層角礫巖
原巖在淺層次脆性-脆韌性斷裂帶中經破碎、磨蝕、細化的構造巖。斷層角礫巖由斷層角礫和膠結物組成。斷層角礫占主要成分,且成分與原巖無大的差別(結構、構造清楚),直徑在2毫米以上,其大小、形態不一,轉動、位移、搓磨明顯,角礫之間已不能拼合。膠結物為磨碎的巖粉和不溶的殘余物(如黏土和碳質)以及外源膠體沉積。根據角礫的粗細構造角礫巖類可進一步劃分為粗、中、細構造角礫巖。
碎裂巖
碎裂巖系列是斷層構造巖的一種。碎裂巖由碎斑和基質組成。碎斑是原巖碎裂的角礫或礦物的碎粒;基質主要是原巖的微細碎礫,又稱碎基,其粒徑小于2毫米。根據其碎裂化顆粒的大小,碎裂巖系列可進一步分為:
①斷層角礫巖
由仍保持原巖特點的巖石碎塊組成,角礫直徑一般在2毫米以上,膠結物為磨碎的巖粉和不溶的殘余物(如黏土和碳質)以及外源膠體沉積。
②碎裂巖
碎裂化的原巖碎粒的粒徑在0.01~2毫米,如果殘留一些較大的顆粒,稱為碎斑巖。
③超碎裂巖
是被碾磨得很細、粒度較均勻的巖石,粒徑一般在0.01毫米以下。
④斷層泥
未固結或弱固結的泥狀物質。不同的斷層帶中產出的碎裂巖表現出不同的特點。一般來說,張性斷層帶中,碎斑多呈棱角狀;壓性斷層帶中,碎斑多為透鏡狀,也可能有不同程度的圓化。
主要特征
斷裂帶區域內或由被斷裂作用產生的構造巖所占據,或由許多近于平行的或互相交織的斷裂及其分隔的巖塊所組成。斷裂帶有時可由兩側或一側發育的主干斷層構成明顯的邊界,有時則沒有明顯邊界。在靠近主斷層面附近發育有斷層構造巖,以主斷層面附近為軸線向兩側擴散,一般依次出現斷層泥或糜棱巖、斷層角礫巖、碎裂巖等,再向外即過渡為斷層帶以外的完整巖石。斷裂帶寬幾米至數百米,大型斷裂帶寬可達數十千米。斷裂帶長度,短者以米計,長者以千米計,最長可達數千千米,一般與斷距成正比。斷裂帶兩側的巖層或巖體,一般都發生一定程度的相對位移,位移量有大有小,小者僅幾至幾十厘米,大者可達數十千米,甚至累計以百千米計。斷裂帶可以是平直的,也可以是彎曲,甚至是波狀起伏的。
理論類型及分布
從流變力學角度看,地殼斷裂帶的空間分布存在最可能的4 種理論類型。
平行于緯度的斷裂帶
這是由于地球自轉所引起的平行緯度的剪切運動。這種不同緯度的剪切運動,受不同緯度的線速度和溫度的影響,加劇了不同剪切層之間巖熔相的分離和凝聚作用,容易形成平行于緯度的斷裂帶。在中國大陸上比較明顯的有陰山山脈天山構造帶、秦嶺昆構造帶、南嶺構造帶、海南省構造帶、黑龍江省構造帶等。
平行于經度的斷裂帶
由于地球大陸表層的冷卻收縮,首先沿著經度方向引起表層的縱向裂隙,從而為南北方向的斷裂過程創造了條件。在中國一些地區的斷裂帶具有經向南北構造體系,例如最顯著的中國四川大部和云南省中部,稱為川滇南北向構造帶,還有分布于貴州省東部、湖南省東部、江西省南部以及福建省境內。在中國北方有賀蘭山南北向構造帶等。在世界范圍內也有不少這種南北向構造帶,南北美洲西部邊緣的科迪勒拉山、落基山脈和安第斯山脈、東非和歐洲的萊茵河流域的南北向斷裂帶非洲東部的大裂谷等。
相對集中于北半球的斷裂帶
從世界范圍來看,地殼受巴拉斯效應的影響,多數大陸塊分布于赤道北面,最典型的是印度大陸向中國青藏地區的向上擠壓作用,從總體上看,在南半球經緯向斷裂帶相對較少。
綜合作用下的多向斷分布
地殼上每一個地塊同時受到沿緯度的剪切應力(z)和沿經度的巴拉斯效應的法向應力(o)作用,必然使一些裂塊受到這兩個應力的合力的作用,致使一些地方扭轉,向左或向右。這樣在大陸上的一些斷裂塊朝向東北或西北方向扭動,從而為形成各種扭動斷裂帶創造了條件從扭動的形態來看,有直線扭動和曲線扭動。于是地質學中分出了“多”字型構造,“山”字型構造,“旋鈕”型構造,“人”字型構造等。
斷裂帶分布
中國斷裂帶分布
要了解地震災害的分布規律,就必須弄清楚斷裂帶的分布。下圖顯示是中國主要斷裂帶的分布。在中國東部地區,最明顯的是連綿超過2000公里的郯廬斷裂帶(北段稱依蘭伊通斷裂帶),是東部地區最主要的地震威脅來源。華北地區包含多個省份,歷史記載發生8級地震5次、7級以上地震18次。國際上公認被成功預測的1975年海城地震即發生在郯廬斷裂帶上。中段曾發生1668年莒縣-郯城8.5級地震及多次7級以上強震。在華北地區有一條與郯廬斷裂帶垂直的斷裂帶,稱為張家口市渤海斷裂,是唐山地震的罪魁禍首。北部的阿爾金斷裂和海原斷裂(發生過1920年海原8級大地震)到南部的小江斷裂和紅河斷裂,給西藏自治區和青海省以及周邊的四川省、云南省、甘肅省、新疆等省份帶來了嚴重的地震災害。為什么青藏高原和周邊的地震活動會如此劇烈?主要源動力是來自印度洋板塊對歐亞板塊的擠壓,一方面造成了青藏高原的隆起,一方面給青藏高原內部和周邊地塊帶來了巨大的壓力。當斷層上的摩擦力承受不住壓力的時候,就會發生錯動,造成地震。21世紀以來,中國共發生6級以上地震近800次,遍布除貴州、浙江兩省以外所有的省、自治區、直轄市。
怒江斷裂帶
總體南北走向,長逾600千米。北起中國貢山獨龍族怒族自治縣丙中洛,向南經貢山縣城,沿怒江傈僳族自治州西岸延伸,至瀘水市分東、西兩支。東支沿怒江西岸延伸至龍陵罕拐附近,被勐波羅河斷裂切斷(可能西移到緬甸境內);西支沿高黎貢山東麓延伸,到道街壩西穿越高黎貢山達龍陵縣附近,與龍陵—瑞麗市斷裂相接。怒江斷裂帶直接控制高黎貢山變質巖帶和巖漿巖帶的東界。北段貢山臘早以北,東側出露上古生界淺變質巖系。中段臘早至碧江附近,高黎貢山變質巖帶與崇山變質巖帶緊密靠攏,其間夾持很窄的上古生界淺變質巖擠壓褶皺帶。南段碧江以南,高黎貢山巖群與發育完整的古生界直接接觸,斷裂帶附近古生界有強烈擠壓褶皺及輕微變質現象。斷裂面向西陡傾,顯示逆沖—推覆特征;從北向南,斷裂帶寬度從100米左右增加到500~600米,斷裂面形態、斷裂巖類型和結構由簡單變復雜,糜棱巖帶規模由小變大。南段東支發育在古生界內部,斷裂規模不大;西支到龍陵縣附近被龍陵—瑞麗市斷裂所切,南延情況不清。怒江斷裂帶深及地殼底界已得到地震測深剖面資料支持。在1∶400萬中國大地構造圖上,1980年,大地構造學者黃汲清、地質學者任紀舜等將云南省境內的怒江斷裂帶與西藏班公湖—怒江斷裂帶一起劃為班公湖—怒江深斷裂帶。由于云南怒江斷裂帶中未見代表洋殼的蛇綠巖套和侏羅紀、白堊紀活動帶型沉積,缺少斷裂深達巖石圈之下的有力證據,該斷裂是否與西藏班公湖—怒江斷裂帶屬于同一條斷裂,依現有證據尚難定論。
郯廬斷裂帶
廬斷裂帶南起中國長江北岸湖北廣濟,經廬江縣、宿遷市、山東郯城和渤海,主體呈北北東向延伸,總長度達3500千米以上,在中國境內延伸2400千米,切穿中國東部不同大地構造單元。郯廬斷裂帶既是東西兩側具有不同結構的塊體分界帶,又是地球物理場異常帶和深源巖漿活動帶,還是小行星3789東部最大的近代地震活動帶。沿斷裂帶發育了一系列重要的內生金屬礦床,因而又是一條內生金屬成礦帶。在山東省境內,郯廬斷裂帶主要由昌邑-大店斷層、安丘-苔縣斷層、沂水-湯頭斷層、惠邵-葛溝斷層組成,構成“兩塹一壘”的格局。過沈陽市后分為西支的依蘭伊通滿族自治縣斷裂和東支的密山-撫順市斷裂。渤海地區的郯廬斷裂帶被萊州灣渤中-遼東灣盆地所覆蓋。密山-撫順斷裂帶構成了興凱地塊與張廣才嶺地塊、佳木斯市地塊和完達山地塊之間的邊界。斷裂帶南部將大別造山帶與蘇魯造山帶左行錯開達550千米,其間牽引殘留的北北東向造山帶部分為張八嶺隆起,并構成了華北板塊與揚子板塊的邊界。
該斷裂帶起因于以揚子陸塊與華北地塊之間的拼合和碰撞造山作用,主要經歷了5個演化階段:①轉換走滑(距今2.4億~2.2億年);②左行平移走滑(距今2.2億~1.9億年);③中侏羅—早白堊世早期擠壓兼左行走滑;④晚白堊世—古近紀地殼伸展和斷陷;⑤新近紀擠壓兼右行走滑。
紅河斷裂帶
南上揚子—華南陸塊與“三江”造山系間的邊界構造帶。又稱哀牢山—紅河哈尼族彝族自治州構造帶。主干斷裂北西端起于洱海東南,向南東經鳳儀壩子、彌渡壩子至苴力后,基本沿禮社江、元江、紅河河谷而下,于河口瑤族自治縣附近入越南,東南端達鶯歌海鎮盆地邊緣,總體走向北西,向北東陡傾,轉軸傾角70°~80°。斷裂帶南段西側為下元古界哀牢山巖群,向北至南澗密滴以北被紅河斷裂帶斜切而尖滅;東側為大面積中生界覆蓋,零星出露下元節古界大紅山巖群。苴力附近的晚二疊世玄武巖和煤系地層與侏羅系、白堊系斷層接觸;定西嶺丫口一帶直接出露斷裂面和破碎帶,泥盆紀、奧陶系與白堊系斷層接觸。斷裂擠壓破碎帶內糜棱巖、碎裂巖和斷層泥發育,局部有鎂鐵巖巖脈貫入,邊緣為哀牢山構造—巖漿—變質巖帶。據對大理海東和金平地區古生代及三疊紀早期地層巖相的分析,表明二者可能曾經處于同一片海域,現在兩地相距350千米,推測系紅河斷裂帶在印支期大規模左行錯移所致。通過衛星影像可知,沿斷裂帶分布串珠狀古近紀—第四紀沉積盆地,紅河河谷兩側羽狀支流和羽狀山脊被右旋扭錯,估算第四紀錯移量達百米至數千米量級。綜合已有研究資料,古近紀至新近紀初—中期,印度次大陸與亞歐大陸碰撞導致印支地塊向東南擠出,在其東北部邊界形成規模巨大的哀牢山—紅河哈尼族彝族自治州左行韌性剪切構造帶;新近紀晚期,運動方式發生轉變,于哀牢山東側形成右行兼正斷的脆性斷層,即狹義的紅河斷裂。
阿爾金斷裂帶
阿爾金斷裂帶地處西藏自治區、新疆、青海省、甘肅省交界的阿爾金山脈地區,西起新疆與西藏交界的拉竹龍,向北東東方向斜切昆侖山脈及祁連山脈,東端隱沒于巴丹吉林沙漠之下,全長達1600千米以上。它由阿爾金南緣斷裂、阿爾金北緣斷裂、米蘭-紅柳園斷裂、且末-黑尖山斷裂和羅布莊-星星峽斷裂等五條長達數百千米的斷裂組合而成,總體呈北東70°方向直線狀延伸,斷層面轉軸傾角70°以上。阿爾金斷裂帶中發育大量早古生代蛇綠巖和高壓-超高壓變質巖石,表明它曾是原特提斯洋關閉的縫合帶。其后由于古特提斯、新特提斯構造影響,尤其是印度-歐亞大陸碰撞、青藏高原隆升,沿阿爾金斷裂帶發生了多次強烈的左行走滑作用,主要的走滑活動發生在:距今2.45億~2.2億年,1.8億~1.4億年,1.2億~1億年,0.90億年~0.80億年,0.60億年~0.45億年,漸新—中新世,上新—更新世,全新世。累積走滑位移量可達800千米左右。
臺灣縱谷斷裂帶
臺灣縱谷斷裂帶整體呈北北東向延展,沿斷裂發育古生代-中生代的大南澳島變質雜巖、混雜巖和藍閃石片巖等巖石組合,被認為代表了菲律賓海板塊和歐亞大陸弧-陸碰撞的縫合邊界。
國外典型斷裂帶
北安納托利亞活動斷裂帶
北安納托利亞活動斷裂帶(North Anatolian Fault)位于土耳其北部,總體走向東西向其東段近于 NWW 向,西段近 NEE 向,大致呈寬緩的向北突出的弧形。從卡爾勒奧爾起至馬爾馬拉海,沿大體與黑海海岸線平行的方向橫貫土耳其北部,長約1 200km。它是世界上最著名的右旋走滑斷層之一,與美國的圣安德烈斯斷裂號稱“姊妹斷裂”。土耳其及其周邊地區處于一個復雜的板塊構造地帶,該地帶位于喜馬拉雅-阿爾卑斯新生代造山帶的東地中海段,幾大板塊在該地區匯聚,并相互作用。北面有歐亞板塊,南面是向北方向運動的非洲板塊,東南面是向北方向運動阿拉伯板塊,北安納托利亞斷裂以南的大部分土耳其國土位于土耳其-愛琴次級板塊上。阿拉伯板塊向北方向的運動是北安納托利亞右旋走滑斷裂的重要成因,也是土耳其現代構造運動主要動因之一。
北安納托利亞斷裂為安納托利亞板塊和黑海板塊的交界,屬于歐亞板塊的黑海板塊位于它的北側,南側是安納托利亞塊體。但是,北安納托利亞斷裂演化的歷史并不是很長只有到了中新世中晚期,作為特提斯海南支的一部分的比特里斯海封閉后,阿拉伯板塊和安納托利亞塊體發生碰撞,北安納托利亞斷裂才以一條比較寬的右旋剪切帶出現。在晚第三紀晚期的上新世,北安納托利亞斷裂開始表現為一條和現今結構類似的斷裂帶由于安納托利亞塊體受歐亞板塊的阻擋,在南北向擠壓力作用下,安納托利亞只能選擇向西逃逸的運動方式。為了給安納托利亞塊體西行提供通道,北安納托利亞斷裂開始發育,隨著阿拉伯板塊向西推擠,北安納托利亞斷裂也經歷了一個由東向西逐漸發展的過程。由于安納托利亞塊體在向西逃逸過程中同時伴有逆時針轉動的特點,使得北安納托利亞斷裂在幾何結構上呈現向北突出的弧形,以弧頂為界,北安納托利亞斷裂分為東西兩支,東支走向 110°,西支走向 75°左右。晚第三紀以來,東支斷裂的平均水平位錯為 35~45 km,而西支斷裂為20~30 km,表現出由東向西遞減的特點。
北安納托利亞斷裂內部包含多有條次級斷裂,它們首尾相連,多呈雁列式分布。板塊運動研究表明土耳其周圍地區板塊運動速度為 1.3~2cm/a。這與基于 GPS 觀測給出的穿過伊茲密特(Izmit)和馬爾馬海北部的北安納托利亞斷裂的滑動速率15mm/a 相一致。北安納托利亞斷裂是亞洲大陸內部一條強烈的地震活動帶。在過去的1 000年里,沿北安納托利亞斷裂共有4 次強震活動從集期,分別是967-1030 年、1254 年前后、16661668 年和 1939-1999 年,兩次從集期之間的間隔時間約為 200~300 年。每期強震活動特征,如空間遷移、地點、破裂帶分布范圍等都有所差別。
自1939 年起,北安納托利亞斷裂自東向西發生了一系列地震。1939一1999年的 7次7級強震地表破裂帶在空間上的分布則充分反映了斷裂帶分段活動特點,分段界限區存在明顯的構造標志,主要表現為拉張型階區。不同段落存在相互關聯性,7次強震依次由東向西發展。在各次地震造成破裂終止的地方,應力重新分布,并不斷增加新的應力積累,從而增加了地震危險性。這一遷移式的地震發生現象,給地震遷移理論提供了新的證據。
圣安德烈斯斷裂帶
圣安地列斯斷層帶貫穿加利福尼亞州,長約1287千米,斷裂深度約16千米,是地球表面最長和最活躍的斷層之一,是太平洋板塊和北美板塊的重要界線。斷裂北端在阿雷納角的北邊伸入太平洋,南端延至加利福尼亞灣,整個斷裂將胡安德富卡擴張中心與加利福尼亞擴張中心相連。其主斷裂是轉換斷層,具有明顯的右旋走向滑動性質。是兩側板塊相互剪切滑動形成的平錯型(剪切)邊界,其存在的時間已經超過2000萬年。斷層北部活動始于3000萬年,而南部較晚,始于500萬年。已發生的大的右旋位移達400千米,運動速率為6厘米/年。
學術研究
中美紅河斷裂帶考察
繼1979年10月美國地質調查所板塊代表團訪問中國以后,該團團長C. R.艾倫教授,于1981年2月12日至3月19日,率3人小組來到中國,同中國云南省地震局、中國國家地震局等單位合作,在紅河斷裂帶進行了一個多月的野外考察,對其地震危險性做出估計,獲取了地震、地質、地貌和年代學等反映該斷裂帶最新活動的相關證據。紅河斷裂帶經歷多期的構造變動,成為云南區域的地質、地貌分界線,控制著東西兩側古生代以來不同地質時期的海陸變遷和巖漿活動,以及現代山脈、水系的發育。
滇越紅河斷裂帶研究合作
2002年,由中國云南省科技計劃國際合作項目支持,中國云南省地震局與越南科學院地質研究所合作開展“中越紅河斷裂帶地震活動性與地震構造特征對比研究”。
2003年1月~2006年12月,應用中國和外國外先進的地震活動性與地震構造研究的技術體系,并引入全球定位系統、遙感和地理信息系統(3S)技術,研究中越兩國紅河斷裂帶的斷裂和地震活動性、地震構造、深部構造、震源及地殼介質特性、地殼形變及構造應力場、地球動力學特征等,對斷裂帶活動不均勻性及動力學機制進行探討。發現:紅河斷裂帶主動盤地殼及上地幔結構和介質差異性是其活動時空不均勻性的重要原因之一;斷裂帶西北端的裂陷伸展變形可能與跨小金川斷裂的下地殼“爬坡”、蠕散和地幔熱流的上涌與透入效應有關;斷裂帶分段應注重深部特征以及段間轉換、段間過渡的變形機制;斷裂帶的川滇塊體邊界作用已經弱化。滇越紅河斷裂帶研究合作,在震源及地殼介質特性、越南境內斷層剖面、新生代地層年代學、斷裂新活動時代、走滑斷層累積位錯量及成果圖編制等方面填補了多項空白;在涉及紅河斷裂帶地震學研究的系統性、完整性方面,是權威性的國際研究成果;解決了越南紅河斷裂帶在新生代地層年代學、斷裂及地震活動性、地震構造等方面的難題,為兩國的防震減災工作提供了科學依據。
斷裂帶的水文地質意義
斷裂帶是應力集中釋放造成的破裂形變,大的斷層延伸數十至數百千米,斷層帶寬達數百米,切穿若干巖層,構成具有特殊意義的水文地質體。
斷層兩盤的巖性及斷層的力學性質,控制著斷層的導水和貯水特征。發育于脆性巖層中的張性斷裂,中心部分多為疏松多孔的角礫巖,兩側一定范圍內則為張開度及裂隙率都增大的裂隙增強帶,常具良好的導水能力。發育于含泥質較多的塑性巖層中的張性斷裂構造巖夾有大量泥質,兩側的裂隙增強也不如脆性巖層明顯,往往導水不良,甚至隔水。壓性斷裂的破壞程度最大。在塑性巖層中斷裂中心部分為致密不透水的糜棱巖、斷層泥等,兩側多發育張開性差的扭節理,通常是隔水的。在脆性巖層中,壓性斷裂中心部分的構造巖細碎緊密,透水性很差,但斷層兩側多發育張開性較好的扭張裂隙,成為導水帶尤其當斷層比較平緩時,上盤的張扭裂隙更為發育,導水性好,扭性斷裂的導水性介于張性斷裂與壓性斷裂之間。同一條斷層,由于兩盤巖性以及力學性質的變化,不同部位的導水性可以很不相同。例如,淺部兩盤均為脆性巖層,斷層導水。深部兩盤為柔性巖層,變為隔水。原來導水的斷層帶可因后期的膠結作用而降低導水性,也可由于后期的溶解作用而增強導水性。因此,對于斷層的導水性應結合實際資料具體分析。
導水斷層帶是具有特殊意義的水文地質體,它可以起到貯水空間、集水廊道與導水通道的作用。當圍巖本身裂隙不發育而僅斷層帶局部破碎時,斷層角礫巖(孔隙度可達百分之幾十)及裂隙增強帶 (裂隙率可較圍巖大1~2個數量級,達到百分之幾到百分之幾)構成帶狀導水空間,鉆孔或坑道揭露此類斷層時,初期涌水量及水壓可能較大,但迅即衰減,以致干涸。
發育于透水巖層中的導水斷層,不僅是貯水空間,還兼具集水廊道的功能。鉆孔或坑道揭露斷層帶的某一部位時,水位下降迅速波及導水暢通的整個斷層帶,形成延展相當長的水位低槽,斷層帶就像集水廊道一般,匯集廣大范圍圍巖裂隙中的水,因此涌水量大且穩定。導水斷層溝通若干含水層或(及)地表水體時,斷層帶兼具貯水空間、集水廊道與導水通道的功能。鉆孔或坑道揭露此類斷層時,斷層帶將各個水源的巨大貯存量源源不斷地導人,涌水量極大且保持穩定。1935年3月,淄博市煤田開采石炭系煤層的坑道揭露大斷層,下伏奧陶系大理石中豐富的巖溶水迅速涌入,淹沒全礦。遠在20km以外的巖溶大泉也因其水流轉入礦坑而斷流。
當存在厚層隔水層且斷層斷距較大時,原來連通的含水層可被切割成為相對獨立的塊段。這種含水塊段與外界聯系減弱,甚至斷絕,故有利于排水疏干而不利于供水。正是由于這種作用,大的斷層往往構成含水系統的邊界。
參考資料 >
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