揭秘断层两盘相对运动方向的判定方法

断层运动是复杂的，一定规模的断层常常经历了多次脉冲式滑动。例如一条正断层在各次微量滑动中，虽然上盘以沿倾斜下滑为主，但是也包含多次斜向滑动甚至向上的滑动。对一些现代活动断层的观测已经可以初步绘出两盘相对滑动的曲线。因此，在分析并确定两盘相对运动时，应充分考虑其复杂多变性。不过，一条断层的活动性质或一定阶段的活动性质常常又具有相对稳定性，如上盘顺倾斜下滑或斜滑下降。这种运动总会在断层面上或其两盘留下一定的痕迹(如擦痕等)。这些痕迹或伴生现象是分析判断断层两盘相对运动的主要依据。

1.两盘地层的新老关系

断层两盘地层的新老关系是判断断层相对升降的重要依据，对于走向断层，老岩层出露盘常为上升盘(图6-78A、B、D、E)。但应注意，如果地层倒转，或断层倾角小于岩层倾角时，则老岩层出露盘是下降盘(图6-78C、F)。如果两盘中地层变形复杂，为一套强烈压紧的褶皱，那么就不能简单地根据两盘直接接触的地层新老而判定其相对运动。如果横断层切过褶皱，对背斜来说，上升盘核部变宽，下降盘核部变窄，对于向斜，情况则刚好相反(图6-55)。

2.牵引构造

断层两盘紧邻断层的岩层，常常发生明显的弧形弯曲，这种弯曲叫做牵引褶皱。一般认为这是两盘相对错动对岩层拖曳的结果，并且以褶皱的弧形弯曲的突出方向指示本盘的运动方向(图6-82)。但是，如果“牵引”褶皱是两盘相对运动引起的，则意味着断层发生时的脆性变形过程在先而塑性弯曲在后，这与一般变形发育的过程是矛盾的，所以提出可能是先挠曲而后发生断裂，牵引褶皱是早期的塑性弯曲，在断裂发生后保留了其弯曲形态并进一步发育而形成的。此外，牵引褶皱的弯曲方位，不仅决定于两盘相对运动的方向，而且还决定于断层产状与两盘标志层的产状以及不同剖面或平面上的表现。一般说来变形越强烈，牵引褶皱愈紧闭。为了准确利用“牵引”褶皱，应该在平面上和剖面上同时进行观察。还要结合断层两盘相对运动的其他特征，以作出断层两盘相对动向的适当结论。

除正常牵引构造外，还有一种逆牵引构造(或称为反牵引构造)。这种逆牵引的弯曲形态与牵引构造的弯曲形态相反，即弧形弯曲突出方向指示对盘运动方向。关于逆牵引构造，下面还要进一步讨论。

3.擦痕和阶步

擦痕和阶步是断层两盘相对错动时在断层面上留下的痕迹，擦痕表现为一组比较均匀的平行细纹;阶步则表现为一组与擦痕大致垂直的阶坎。在硬而脆的岩石中，擦面常被磨光，有时附以铁质、硅质或碳酸盐质薄膜，形成光滑如镜的面，称为摩擦镜面。

擦痕是两盘岩石以及被磨碎的岩屑和岩粉在断层面上刻划的结果，也可以出现在两盘错动时定向生长的纤维状矿物中(图6-83)。擦痕有时表现为一端粗而深，一端细而浅的“T”字形。其细而浅端一般指示对盘运动方向。如用手指顺擦痕轻轻抚摸，可以感觉到顺一个方向比较光滑，相反方向比较粗糙，感觉光滑的方向指示对盘运动方向。

在断层滑动面上常有与擦痕呈直交的微细陡坎，这种微细陡坎称为阶步(图6-84A)阶步的陡坎一般面(倾)向对盘的运动方向。在断层滑动面上有时可看到一片片纤维状矿物晶体，如纤维状石英、纤维状方解石以及绿帘石、叶蜡石等。它们是在两盘错动过程中，在相邻两盘逐渐分开时生长的纤维状晶体，这类纤维状结品称为擦抹晶体，品体表面有擦痕和摩擦镜面。实质上很多擦痕就是十分细微的擦抹晶体。当断层面暴露时，各纤维品体常被横张裂隙断开而形成一系列微小阶梯状断口，陡坎指示对盘运动方向(图6-85)。

多年来阶步一直作为判断断层两盘运动的标志，并在实际运用中取得了良好的效果。可是 1958 年帕特森(Paterson)对这一问题提出了异议，他用一系列实验证明，某些断层面上的小陡坎并不面向对盘运动方向，而是指示本盘运动方向，即与阶步指示的位移方向相反。这样的小陡坎称之为反阶步。反阶步是微剪切羽列横断的结果(图6-84B，图6-86)。可是为什么野外观察的阶步大都是正阶步，而实验做出的断层面上的小陡坎却是反阶步呢?植村武认为，在断层面形成初期形成的一系列小陡坎(都属于反阶步)随着断层两盘的相对错动，大都被磨失，保留在断层面上的陡坎主要是断层发育晚期形成的正阶步。

一般说，在野外区分正阶步和反阶步可依据以下两点判别:

(1)正阶步的眉锋常常呈弧形弯转，而反阶步的眉锋常常呈棱角状直切;

(2)如果阶步有擦抹矿物或在眉锋部位有压碎现象则常是正阶步。

还要指出，断层运动常常是长期多次活动的，即使一次活动中，两盘运动也不一定保持稳定方位和方向。而晚期运动的擦痕常将早期擦痕抹去或掩盖，保留在断层面上的往往是最后一次运动造成的擦痕。所以不能仅仅以擦痕指示的方向代表总的运动方向，也不能根据断层面上有不同方向的擦痕就轻易作出发生了两次或多次运动的结论。

4.羽状节理

在断层两盘相对运动过程中，在断层盘或两盘的岩石中常常产生羽状排列的张节理和剪节理。这些派生节理与主断层斜交，其交角的大小因派生节理的力学性质不同而异。羽状张节理与主断层常成45°相交，羽状张节理与主断层所交锐角指示节理所在盘的运动方向(图6-87T，图6-88)。

断层派生的节理除羽状张节理外，还可能有两组剪节理(图6-87S1,和 S2)，一组(S1)与断层面是小角度相交，其交角一般在 15°以下，相当于内摩擦角的一半，与断层所交锐角指示本盘运动方向;另一组(S2)往往与断层呈大角度相交或近于直交，其与断层所交锐角也指示本盘运动方向，但随递进变形产生，该组节理与断层相交角度也会随之发生变化，与断层所交锐角也改变为指示对盘运动方向。断层派生的两组剪节理(尤其后者S2)产状不太稳定，常被两盘的相对错动破坏，所以用来判断两盘的相对运动方向尤其应当注意。

5.断层两侧小褶皱--派生褶皱

由于断层两盘的相对错动，断层两侧岩层有时形成复杂的紧闭小褶皱。这些小褶皱轴面与断层常呈小角度相交，其所交锐角指示对盘运动方向(图6-87D)。

6.断层角砾岩

如果断层切断并错碎某一标志性岩层或矿层，根据该层角砾在断层面(带)上的分布可以推断两盘相对位移方向，图6-89指示上盘上升。

有时断层角砾呈规律性排列，这些角砾变形 AB 面与断层所夹锐角指示对盘运动方向。

以上讨论了判断断层两盘相对运动的各种标志。需要指出的是，断层运动是复杂多变的，常常是多期多次的，先期活动留下的各种现象，常被后期活动所磨失、破坏、叠加和改造，最后留下的只是改造变动过的或最后一次活动的遗迹。因此，利用上述标志时，要进行统计分析并互相印证。