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第75章 震积岩(5)

(5)在挤压破碎带中,由于压应力作用,使垂直压应力方向的矿物呈定向排列。

(6)压性断层构造岩中,如果充填了矿脉或岩脉,但其形态变化较大,突然膨大与突然缩小的状况十分明显,在平面或剖面上有“尖灭再现”的现象。

(7)最重要的是破裂压性结构面构造岩有分带性:经过野外观察和室内岩组分析,破裂压性结构面的构造岩在横向上具有明显的分带性,自断层中心向外分为(图1131,图1132):(1)断层泥砾带;(2)挤压片理带;(3)构造透镜体带;(4)密集裂隙带。

(8)在大规模的挤压破碎带中,经常伴有岩块出现,压性结构面(构造岩)有显微组构特征:如定向排列现象等。

一些细碎的角砾岩,有粗略的定向排列,或微有压扁现象。如方解石、石英晶片的定向排列等(朱志澄等,1990)。

沂沭断裂带是我国东部一条重要的地震构造带。新生代以来,断裂带的活动方式经历了由扩张而水平侧向挤压的转换。第四纪初期,沿带及带西的北西向断裂,有多期大量的火山喷发,形成厚层的玄武岩,火山活动北段强于南段,而近期的挤压活动则南部强于北部。例如,沿安丘—莒县断裂出现的临沭—嘉山逆断层(长200km),其近期活动使白垩系的王氏组地层逆冲到上更新统的松散沉积之上,在马陵山表现最明显。在其北东约50km发生了郯庐带有历史记载以来的最大地震(1668年7月25日郯城8.5级地震)(朱光等,2001;高维明,1979)。

(三)张性结构面(构造岩)及其显微组构特征

张性结构面(构造岩)的显微组构特征,有以下几点:

(1)张裂面形态一般是不规则的,比较粗糙,它常常利用岩石中的薄弱面,如追踪早先形成的裂隙,绕过岩石中的砾石、结核、鲕粒,形成粗糙不平的裂面。有时,张裂面是沿着两组扭裂面追踪而成,构成犬牙交错、参差不齐的锯齿状,断裂宽度变化也较大。

(2)平行的张裂面和张性角砾岩常常组成张裂带,但每一条张断裂往往延长不远即告消失。或多呈断续出现,一般很不规整。

(3)一般的张性断裂面上,极少出现大片的摩擦镜面和擦痕,只有规模较大的张性断裂面才会出现擦痕,但擦痕与断层面走向垂直。

(4)在张性断层带中,经常出现断层角砾岩受力破裂而重新堆积的构造角砾岩,其特征是角砾呈棱角状、大小不一、无方向性,常常被钙质、硅质或其他物质所胶结,但胶结疏松。角砾之间常有孔隙,有时又由胶结物包裹形成被壳,被壳多为方解石与石英等;角砾与被壳相互连结,中间常留有孔洞;角砾排列杂乱无章,形态亦不规则,粗细相间的角砾界面多不平行。胶结物多属外源物质,如碳酸盐硅质等,有时染有铁质。

(5)张性破裂面内,构造岩的岩石组构一般呈均质性,组构图形属球状对称。这是由于张应力所引起的松弛作用,使得岩石内组构单元无定向排列。

从对断层混杂岩的研究而言,上述压性和张性断层带中的种种特征较有实际意义,尤其是前者(俞鸿年等,1998;李忠权等,2010)。

三、构造岩组分析

据邓起东等(1966)研究,断层破碎岩是一种次生的岩组,正如此前所述,是由构造运动所形成的断层破碎带(或岩浆岩侵入)所形成的破碎带中的产物,是由机械作用及热动力作用的结果。一般来讲,大多数断层都是剪切作用形成,不管它是平移错动,还是上下剪切滑移,破碎带中就会产生断层泥(构造黏土岩)、糜棱岩、角砾岩、压碎岩、劈理带、褶皱扭曲带以及地下水强烈循环的浸染带等(照片114,照片115;图1133,图1134)。而纯粹的张性断层带,一般为松散角砾岩块及岩粉碎屑。

若张性断层沿已有的剪切断裂追踪发展,或张断层形成后,沿它们发生剪切位移,断层带内仍然有剪切作用形成的一套构造岩(图1131,图1132)。

所有构造岩在形成过程中或形成之后,常为地下水及其他热液所注入,很多构造岩则被浸染、胶结而变成方解石或石英脉网络等。断层构造岩种类繁多,特别是经过多期构造活动之后,形成混杂构造岩(构造混杂岩),更是我们关注的焦点。

(1)断层泥,为构造作用下形成的、由微细颗粒组成的黏土岩。有的呈层状分布,遇水后泥化为断层泥。其黏土矿物极为复杂,有白色高岭土、绢云母、滑石类的黏土岩等,颜色也多变(照片1113);构成这些黏土岩的矿物颗粒极细,隔水性能极强,厚度变化很大,从数厘米到数十厘米不等,有的可以达到1—2m。黏土岩紧贴断层主滑移面,在规模巨大的断裂破碎带中,常有多个断层面组合,每个断层面上都有这样的物质,遇水后首先软化,有些则遇水膨胀,容易出现严重的工程地质事故。

(2)糜棱岩,是由断层破碎带中受到挤压研磨最为强烈的、粉状微粒和重结晶微粒组成的构造岩。也是断层混杂岩中最具代表性的岩类。其内部有时显示出条带构造,镜下观察的原岩矿物,多呈显微细粒,含少量碎斑,具定向性,构成糜棱结构,残留碎斑偶尔被压扁成为眼球状;在糜棱岩中,由于重结晶作用,可以出现低温变质矿物,如绿泥石、绿帘石、方解石、绢云母等,并略作定向排列,形成纹理,并与剪切破裂方向一致。

结晶岩中的断层糜棱岩带中石英呈波状消光,再生条带石英和晶簇,以及再结晶石英环绕老的晶体而存在,其石英条带有不同类型(图1133)。其糜棱岩一般胶结致密而牢固,胶结物质大都是被研磨的碎屑、岩粉以及微小的岩脉。这种岩石的强度极高,每平方厘米面积可以承受数十千克甚至是数百千克的压力。由于质地坚硬,经风化后的糜棱岩,往往形成正地形——山体突出的脊梁。

(3)角砾岩,由多棱角的岩块及半浑圆形的岩块所构成。其块体大小不一,几何形态有别,有的角砾常呈定向排列,有时呈雁行式(分为左行与右行)。角砾长轴与断层面常常接近于平行或以小角度相交(照片119,照片1110),所交锐角指示对盘图1133石英糜棱岩中的不同类型条带石英(Turneretal,1978)1.颗粒大小不等的变形石英组合;2.颗粒相等的镶嵌组合;3.矩形颗粒组合;4.不规则矩形颗粒组合。

白色条带示石英条带,其中的不连续线为石英的亚构造,条带周围的点子区为条带间的基质运动方向。其物质成分则视断层之围岩而定,一般都是比较坚硬的岩石,这些岩块全部遭受挤压而破碎,并有一定的转动。角砾岩有的胶结紧密,有的则比较松散。角砾胶结物为磨碎的岩屑、岩粉以及岩石的压溶物质与外源物质。胶结的角砾岩,其胶结程度因胶结物性质不同而有所区别,硅质、钙质、铁质等种物质的胶结就非常牢固。另外,有的角砾岩为泥夹块石,即坚硬的岩块被柔软的泥质物所包裹,其特性则取决于泥质物的力学性质,此种角砾岩,是工程地质学在工程设计前应当查明的重要条件(图1135)。

(4)碎裂岩,这是受到断层两盘互相研磨而产生的、颗粒细小的构造岩。其物源大多是原岩岩粉或矿物细粒,具有压碎结构。但是,在碎裂岩中,如果残留有较大的矿物颗粒,则会构成碎斑结构,这种构造岩则称之为碎斑岩。如果岩石碎裂均匀,无较大残留矿物散布,则命之为碎粒岩。

(5)压碎岩,是构造岩的一个种类,多发生在坚硬的岩组中,如石英岩、硅质岩、硅质灰岩以及各种致密的火成岩,如玄武岩、流纹岩等(照片119,照片1110)。

在构造作用下,这种岩组节理分散指数高,节理密度大,彼此互相穿插,把岩石切成有棱有角的岩块,而这些岩块都很少发生位移转动而在原地破裂。由于节理方位多,岩块彼此镶嵌咬合甚牢,这种构造岩从整体上已经失去了完整性,特别是在压碎岩中有柔软的泥化结构面存在时。

(6)劈理带破碎岩,多产生在脆硬的岩体之中,除一组突出而明显的裂隙带外,尚有一些不怎么发育的裂隙组存在;裂隙密度极大,裂隙间距1—5cm,基本上是原地破裂的。这种破碎岩石较之压碎岩要完整些,但具有明显的方向性(照片1111,照片1112)。

(7)褶皱、扭曲带破碎岩,多发生在软弱柔韧的薄层岩层中,如片岩及页岩。它与构造破碎带紧密相连,受断层拖拉影响,亦可与其他构造岩同时卷入破碎带里,伴生一系列小的断层,使岩石扭曲破碎,并有泥质条带产生(图1131)。

(8)地下水浸染岩石带,指构造破碎带的节理密集带,此带不仅节理分散指数极高,节理密度亦大,这样的构造带,基本上属于镶嵌结构类型。

上述的各种构造岩带,都是断层破碎带的产物,大都发生有岩块的混合变形作用,但有些产物也显示出原地成分,混杂作用不明显,呈现一种断层混杂岩的过渡类型,如碎裂岩、碎斑岩等。

由于断层的性质不同、构造作用力的差别,上述所有的构造岩带不可能同时出现。

每一条断层破碎带,可能是单一的构造岩或岩带,也可能是几种构造岩或岩带的共同组合。若断层规模巨大,各种构造岩或岩带就可能重复出现,组成断层混杂岩(或构造岩)的带状组合(相组)。它们的排列顺序也是不一致的,但主断层可能对称并存,往往在一侧有顺序出现(照片1113)。如果有与主干断层平行或交叉的小断层出现时,构造岩分带就更不规则了。当两个主断裂面交汇时,不但破碎严重,破碎带的厚度也成倍地增加,往往还伴有岩脉的侵入与穿插,多期活动的构造破裂带产生的构造岩,其特点就更加显著了(俞鸿年等,1998)。

四、第四纪地层中活动断裂破碎带的构造特征

此类构造特征有下述三个方面。

(一)压性及压扭性断裂破碎带构造特征

(1)挤压磨光面。其特点是平整而光滑,出露区面积较大。这是由于断裂两盘相对挤压滑动时,摩擦所产生的普遍特征(照片118)。

(2)摩擦镜面。它的形成原因与挤压磨光面相同,但比前者更加平整而光滑,出露面积很小,呈星点状散布。

(3)擦痕。由于两盘岩石相对挤压滑动产生摩擦,因此就留下大片彼此平行的、细微的槽棱相间的刻痕,其延长方向表示滑动方向,见照片1113a、b。

(4)微阶步,由断裂两盘相对滑动时形成。

(5)串珠状或蝌蚪状连续小凹坑、小孔洞或小凸瘤。由于第四纪地层之中的黏土成分与粒径粗细不同,粗砂粒就在两盘剪切挤压、滑动摩擦过程中,使断面产生与粒度不相上下的小凹坑或小凸瘤。其特征是连续出现、首尾衔接而呈串珠状或蝌蚪状。

(6)不连续弧形张裂隙。因为断裂两盘相对滑动,在靠近垂直滑动方向上,由于相对剪切滑动而产生的张力,使岩土结构面上出现一系列弧形张裂隙,而弧形突出方向指示对盘运动方向。

(二)张扭性断裂结构面的构造特征(1)结构面在靠近垂直滑动方向上,有一系列张裂隙,断续延伸,略呈弧形、锯齿状,且疏密相间。

(2)与压性或压扭性相比,结构面的表面不太平坦光滑,较为粗糙,由于带有扭性,因而可能见到擦痕。

(三)第四纪松散层,活动断裂的表现形式与识别特征近来,对活动断裂的表现形式和构造特征的研究,已经十分深入而全面,主要就在于对断裂的表现形式、运动方式的研究上。如对黏土矿物断层泥的显微构造及其活动方式的研究(张秉良等,1992),断层崩积物的研究以及“隐性”断裂特征的研究等。

在松散层中,断层面上常见石块沿断层面呈线状排列,台湾东海岸矶衞舞鹤台地秀山大桥南岸有砾石层和高角度砾石定向排列,是断层扰动、挤压的结果(李思根等,1995)。作者在江西庐山看到鄱阳湖畔断层糜棱岩带,当它延伸到砾石层时,该砾石层中一系列砾石均以a轴平行断层面排列,形成定向结构。这些都是压性断层带上原砾石层受挤压而重新沿断层排列的结果。