文档介绍：构造地质学讲断层
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断层形成的相关因素
断层形成是一个复杂的动力学过程，也是一个复杂的课题，涉及以下有关因素：
破裂发生和断层的形成
断层作用与应力状态
岩石本身的力学性质
断层形成的物理环境
线
不稳定域
稳定域
τ=τ0+μσn
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不同应力状态下的摩尔圆
表示应力的莫尔圆是研究岩石破坏理论各种准则的有价值的形象化手段。
表示三种应力状态：纯张、纯剪和纯压。
表示应力值大小：拉伸时一个主应力为负值，另一个主应力为0；纯剪切时是一对相等的正值和负值；压缩时一个主应力为正值，另一个主应力为0。
圆的直径逐渐增大，表示最大主应力与最小主应力之间的差逐渐增加（⊿σ=σ1-σ3 ），当应力差达到某一特定值时，材料即发生破坏。
纯拉伸莫尔圆直径最小，暗示材料抗拉强度比抗压强度小得多（两者相差10-20倍）。
τ
σ
断裂线（包络线）
纯张
纯剪
纯压
一般压缩
σ1
σ3
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破裂方位与莫尔包络线形状的相互关系
对于图中每一个应力圆来说，预期大致在P平面上发生破裂，包络线斜率为正的，一般角度（σ1与断裂面夹角）小于45º。
P1点：断裂面与σ1呈30º斜交，剪破裂；
P2点：断裂面与σ1呈25º斜交，张剪切破裂；
P3点：张裂面与σ1平行（0º）。
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库伦－纳维叶准则存在问题：
格里菲斯发现：岩石破裂强度远远小于根据分子结构理论计算出来的岩石粘性强度，甚至可以小10-20倍？？？
Griffith理论：Griffith检查库伦－纳维叶准则时发现，在微观尺度上，岩石像玻璃一样，它的破裂受到材料原始先前存在的微观裂缝影响，这种裂隙称为Griffith裂隙。由于在裂隙口的尖端产生应力集中，使岩石对断裂作用的阻力减弱。实验结果的抛物线形包络线与Griffith模式一致。
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方程式：当σ1<-3σ3时，σ3=-T0 (1) 张裂准则，单轴抗张强度
当σ1>-3σ3时，τn2=4T0(T0+σn) （2）单轴压缩下抗压强度
式中，T0为单轴拉张强度值
τn 和σn分别为剪裂面上的剪应力和正应力。
包络线特征：抛物线形包络线。
适用条件：在脆性变形方面迈出了一大步，适用于原始材料具有各向
异性和已存在不同微裂隙条件下。
τn =uσn + 2 T0
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断层方位与应力方向的关系（安德森模式）
提出模式前提：
1）地面与空气之间无剪应力作用；
2）三轴应力状态中一个主应力轴垂直地面；
3）断层面是剪切破裂面。
断层应力状态：
正断层：σ1直立，σ2和σ3水平。
逆断层：σ1和σ2（中间主应力轴）水平，σ3垂直。
平移断层（走滑断层）：σ1和σ3水平，中间轴（σ2）直立。
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正断层形成条件
应力状态：σ1直立，σ2和σ3水平。
断层产状特征：σ2与断层走向一致，上盘顺断层倾向下滑。
正断层形成条件：最大主应力（σ1）在垂直方向上逐渐增大，或者最小主应力（σ3）在水平方向上减小。地壳水平拉伸和垂向上隆是最适合于发生正断层的应力状态。
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逆断层形成条件
应力状态：σ1和σ2（中间主应力轴）水平，σ3垂直。
断层产状特征：σ2平行于断层走向，上盘顺断层倾向向上滑动。
逆断层产生条件：σ1在水平方向上逐渐增大，或者σ3逐渐减小。地壳中水平挤压有利于逆冲断层的发育（例如大陆造山带挤压碰撞带）。
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平移（走滑）断层形成条件
应力状态：σ1和σ3水平，中间轴（σ2）直立。
产状特征：断层面走向在垂直于σ2方向上滑动，两盘顺断层走向滑动。
左旋滑动：逆时针方向滑动。
右旋滑动：顺时针方向活动。
形成条件：滑动方向与σ1、σ3应力大小有关。
安德森模式是解释近地表或地壳浅部脆性断裂的依据。
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沙箱实验－模拟正断层和逆断层的形成
Hubbert（1951）的实验
材料：沙子
实验过程：转动螺杆推动力推动金属隔板。
隔板向右运动，在左间内发育了正断层，它倾角为典型的60º，为沙子内摩擦角的余角。
隔板继续向右运动，当沙子受到压缩形成逆断层，断层倾角约为30º。
动力学分析：
（1）沙子在两室都处于静岩应力状态，各方
向的应力相等。
（2）隔板向右，使左间内水平应力减小，
σ3