断裂与化学元素分配集散的关系颇为显著。在岩层或岩体发生断裂运动过程中，由于两盘错动的应力，以及应力在不同部位或者不同断层之间的差异，都可以引起壁岩物质成分中的元素或沿断层面侵入的矿液中的元素分散、迁移、集中及重分配。
(1)断裂带的压溶作用
董树文(1988)认为，在不同的变形条件下，压溶作用、层状硅酸盐矿物旋转、颗粒边界滑动、粒内滑动和动态重结晶作用起着不同的作用。其中新生面理、特别是无变质或浅变质岩中面理的形成主要机制是压溶作用。这些新生面理是由新生的分异条带或分异层(differential layering)组成，垂直于最大压应力方向产出(平行褶皱轴面)。分异条带是构造应力作用下沿岩层劈理方向，SiO2溶解带出，残余组分形成云母层而成(Zwart，1983)。Gray(1977)指出，滑劈理带中K2O增高，SiO2降低。
(2)断层构造造成物质成分重新分配
断裂作用与化学元素分配集散的关系，首先表现在断裂两壁岩石的物质成分的重新分配方面。当岩层或岩体发生断裂运动时，在断裂两壁相对剪切和挤压的应力强烈作用下，往往沿断裂可发育围岩蚀变。同时，壁岩中的一些与成矿有关的微量元素，特别是活动性大的元素，沿着断裂分散、迁移到某些有利部位，便在某处的断裂壁上或断裂产物(断层泥、断层角砾岩)中相对富集。有些元素可以特别富集形成独立矿物，如Cu、Pb、Zn等重金属硫化物矿物。有时，还可因此而形成矿体，或把原有矿床改造成新的矿床(陈国达，1978)。
董树文指出，断裂带是强烈的、狭窄的应力作用区。带内的物质处在极高的动荡条件下，按动力平衡的规律进行适应性调整，而表现为动力的分异作用，其中有岩相、矿物相的转变，应力矿物出现和元素重新排列。孙岩(1983)认为，在断裂带的动力分异遵守耗散结构理论(dissipative structure)，由带内向带外的顺序是：Si、Fe、Mg、Mn、Al、Ca、Na、K。张治洮(1983)注意到断裂带的垂直动力分异特征，在近地表构造岩成分变化不显著，在少数压(扭)性断裂中有K、Na等淋失；至浅部断层强烈分异，Si相对聚集，而Na明显带出，K则有代入之趋势；在中深部构造岩化学成分变化趋势微弱，Na略有增高；深部构造岩，由于流变特点，岩石化学分异增强，Si、K、Na成为活动组分，在断裂内转移，并可产生混合岩化现象。并指出这些元素显然与决定应变性质，并随深度变化的温度、应力状态条件有关。
董树文认为，发生在剪切或扭动断裂带的动力分异的规律大致是：由强应力区向弱应力区，元素的离子半径逐渐增大，相对密度逐渐减小。
依元素的动力地球化学规律，可用对构造应力最敏感的元素变化作为指示标志来反映古构造应力场特征。尹华红(1984)认为，单矿物内K和Fe元素含量的变化，可定量地圈定成矿期古地应力场。因K在单向压力下比Fe具有更大的活动性。黄路桥(1984)指出，用Fe2+、Ca2+离子比作为构造应力作用的表征，若Fe2+≥Ca2+表示挤压，Fe2+＞Ca2+表示压扭；Fe2+=Ca2+表示拉张。对现代大洋岛弧和岛弧带的岩石化学和地震测深对比研究，证明用拉斑玄武岩和钙碱性岩系的K2O含量和Rb、S含量可以推断地壳厚度和贝尼奥夫带深度(Condir，1973)。太古宙时期的地壳厚度H=18.2K60+0.45(相关系数r=0.67)；贝尼奥夫带深度H=89.3K60—14.3(相关系数r=0.82)。
(3)断裂不同部位应力差异对元素分配集散的影响
同一条断裂不同部位其应力有差异，从而影响元素分配集散。足以导致断裂不同部位之间应力差异的因素中最明显的是断层面产状的变化——在走向上的偏转或在倾角上的偏大偏小。由于这些变化所形成的断层面的屈折，当断层两盘相对运动时，在不同部位或地段的应力分布情况便发生差别，这是因为受力物体内任一斜截面上正应力σα和τα为
构造应力场控岩控矿
式中：σx、σy分别为x、y方向应力；τxy为剪应力；α为斜截面外法线与受力物体参考面外法线的夹角。
由公式和应力圆可得知断面不同地段受力情况。正断层产状变陡的地段受张力和剪应力作用，缓倾地段只有剪应力[图6.34(a)]，故陡倾地段利于成矿。逆断层情况刚好相反，陡倾段只有剪应力作用，而缓倾段同时有张应力和剪应力作用，故缓倾地段利于成矿[图6.34(b)]。平移断层走向发生偏转的地段对成矿有利[图6.34(c)]。因此，岩层在遭受剪应力作用时，其内部不同切面上所处应力状态不同，与外力平行的切面上只有剪应力而无正应力，与外力呈一定角度切面上既有剪应力也有张应力。
这种差别往往可以一方面引起断层两壁岩石中的物质成分或沿断裂面侵入的含矿物质组分的分散、迁移；另一方面又可促使这些成分移向一定有利部位并在那里富集、重新分配，形成矿床、矿柱。
其次，在矿化过程中，有些在较大压力下产生的矿物，往往多集中或仅见于断层的摩擦面地段，而在隐藏面地段则罕见甚至缺乏存在。在安徽某铜矿田的矽卡岩型矿床中，逆断层倾角变缓部位矿体增厚，而缺乏蛇纹石、滑石；但在断面变陡部位，则矿体变薄，而蛇纹石—滑石很发育。因为矿田内黄龙组白云质灰岩含镁高，当压性断层运动时，摩擦面上的白云质灰岩受强大压力发生“断裂变质作用”，其中，白云石遂先变为滑石再变为蛇纹石。据F.J.台尔钠(1965)计算，白云石的矿物分子体积为65.6cm3，滑石为140cm3，蛇纹石为110cm3。但要变成一个滑石或蛇纹石的矿物分子，需2.15个白云石矿物分子，其体积共计为65.6×2.15=141cm3。所以，由前者变为后者，应是在压力增大的情况下进行的，因为可使分子逐步缩小来建立。这样，在逆断层产状变陡的地段，摩擦面上由于压力强烈，蛇纹石、滑石十分发育是有道理的。
图6.34 不同力学性质断层局部应力场分析
(a)张性断层；(b)压性断层；(c)扭性断层
(4)断裂性质与pH、Eh的关系
不同性质的断层、裂隙，或者是同一条断层的不同部位，因应力状态不同，pH、Eh不同，从而影响矿质的沉淀。压性断裂为封闭系统，处于还原环境，利于硫化物、碳酸盐矿物沉淀；张性断裂为开放系统，处于氧化环境，利于氧化矿物沉淀；剪性断层可为还原环境，也可为氧化环境。
就氧化物矿矿床来说，还有一个氧的供给问题。这是一个重要的地球化学因素。图6.35是宁芜地区火山岩型铁矿区(宁芜式)。在该区内一条北东延伸的方山小丹阳纵向深断层的北西侧，有一系列北西向张裂横断裂，它们是梅山、吉山等矿床。这些断裂既提供了有利的空间，同时也可有较充足的氧，遂成为一种良好的容矿构造。依此推论，邻侧类似性质的横断层或斜交断层，也有较大的成矿远景(陈国达，1978)。
断裂性质和活动方式是控制氧化还原环境的一个重要因素。换言之，pH和Eh值常受构造条件的控制。张性断裂易造成开放的氧化环境；压性断裂则可造成封闭的还原系统；剪切断裂既可造成氧化环境又可造成还原环境。
由断裂活动所产生的凹陷区往往为还原环境，而隆起区则为氧化环境。因而先沉降后隆升的拉张构造运动有利于氧化矿(例如，铁矿)的富集。先隆升后沉降的挤压构造运动则常有利于硫化物矿(如铜、铅、锌矿)的富集。长江中下游地区著名的铁铜矿带在鄂东、大冶一带为拉张区，由燕山晚期的大型闪长岩类岩体侵入，主要发育矽卡岩型铁矿，矿床主要在坳陷带内的断块隆起拉张地段。阳新、瑞昌至安徽铜官山城门山一带为剪切区，产出与中酸性小侵入体有关的斑岩型铜矿或斑岩型矽卡岩型铜、铜—钼和铜—硫矿床，分布于隆起与盆地之间的剪切过渡带；宁芜地区为长江中下游拉张断裂带，在断陷火山盆地内有一中基性火山岩—次火山岩发育产出著名的宁芜铁矿(陈国达，1978)。
图6.35 宁芜地区火山岩型铁矿成矿构造及其应力分析
(据陈国达，1978)
1—黄马青组；2—象山群；3—下白垩统；4—娘娘山组；5—新近系；6—断层；7—构造岩浆成矿带
沿水平方向，一条断裂的不同地段应力状态可以发生变化，同样的原则也适用于垂直方向，即在不同深度、同一条断裂的应力状态可以不同。
所以，沿同一条断裂不同地段(包括水平方向和垂直方向)pH、Eh不同。
(5)断裂的发展与局部应力场控矿
构造活动是具有阶段性的，当岩石在应力作用下破碎时，应变能和应力释放，原来处于高应变能的断裂带就变成低应变能、低应力部位，断裂两侧则变为高应力、高应变能部位，矿液由两侧向断裂带汇集，断裂环境便趋于稳定，利于矿质聚积沉淀成矿。
断裂形成时，应力场的另一主要变化是派生应力场和次级断裂的形成(万天丰，1996)。在平移断裂形成过程中，由于第一级共轭平面剪切断裂形成后，由于断层平移活动的体力，使第一级断层受到局部压应力作用，导致第二级平移断层的形成，依次类推(Mckinscrg，1953；Moody＆Hill，1955)。
大陆块内部应力状态随时间变化，在地质不同历史时期，一些古断裂应力状态有很大变化。如我国东部著名的郯庐断裂，大约形成于太古宙末期，在元古宙与古生代，作为一条重要的剪切—拉张和剪切—挤压断裂，曾多次变换其剪切平移方向，并出现拉张与挤压，隆起与凹陷多次交替活动。据张文佑推测，前古生代为拉张，古生代为挤压，中生代侏罗纪、白垩纪和新生代至古近纪、新近纪时则又变成以拉张为主，而古近纪、新近纪以来，又转为挤压并右行剪切。
关于在构造应力场作用下断裂的形成以及断裂与主应力方向之间的关系，在前面有关章节已经进行了较详细的讨论，这里着重讨论断裂形成张应力场的变化及成矿作用。
马谨认为，在岩石中产生了一个裂纹雏形之后如何扩展，取决于裂纹在应力场中的相对方位。理论和实验(叶洪等，1973)研究表明，只有在断层面与应力轴夹角为45°时，最大剪应力迹线和应力集中区与裂纹方向一致，因此，裂纹才能大致沿直线扩展。在夹角为30°和60°时，剪应力集中区分别位于裂纹端点的右侧和左侧，因此，扩展的剪裂纹分别形成右阶步和左阶步，形成不同方式排列的羽列式剪裂。当主应力与裂纹方向平行时，在裂纹端点的两侧对称地形成一对剪应力集中区，这时，裂纹会扩展成分叉的剪裂纹，形成分叉矿脉。与此同时，张应力最大的位置往往位于裂纹端点的另一侧，并且随着与端点距离的增大逐渐转向与σ1轴平行(Brace，1972；丁文镜，1978)。
一条规模较大的断裂并不一定是由一条断裂扩展而成的，而是由先存多点出现的裂纹扩展连接形成，因而在一定条件下，裂纹连接所需能量比孤立裂纹扩展所需能量多得多。裂纹连接的形式包括接近、尖端弯曲、切穿、合并(Ramsay，1980)。
杜异军等认为，雁列裂纹是由平行非共线裂纹系组成的，并用有限单元法计算了错列区的主应力、最大剪应力和应变能密度等在空间上的变化。应变能密度为
构造应力场控岩控矿
若断裂错动方式和排列方式一致时，错列区应变能密度减小，增加了张裂隙和失稳的可能性。而断裂错动方式和排列方式不一致时，错列区应变能密度增加，张破裂难以发展，减小了失稳的可能性。
裂纹之间能否连接，以及以什么形式连接，是与裂纹组合型式有关的，因而裂纹系的稳定性也与裂纹的组合有关。
奇内里(Chinnrey，1966)在研究断裂与应力场关系时注意了断层活动前后其端点附近应力场的变化，计算了最大剪应力迹线的分布(图6.36，图6.37)。在断裂发生位移前，断层位于均匀构造应力场中的一个剪应力迹线上，当断层发生位移后，应力场受扰动，剪应力迹线将垂直分布，导致主震和余震震源机制的不同和成矿物质运移聚集的差异。
断裂形成过程中，应力大小也会发生变化。地震断层形成过程中经常发生应力降，在地震断层发生的瞬间，断层面上的剪应力平均有10%的应力降。
在构造形变过程中，常伴随岩浆活动。岩浆的侵入与喷出，通常都是沿构造断裂而发育的。在岩浆侵入或喷出的过程中又可局部地改变构造应力场。在有隐伏侵入体的地区，常发现侵入体上顶或坍陷作用所造成的最大主压应力迹线为陡倾斜的应力场，把这种局部应力场与区域应力场相区别，对于寻找隐伏的含矿岩体，很有指导意义。
在侵入岩体或火山喷发中心，最大主压应力迹线常呈放射状分布，就是在岩脉或热液矿脉两侧，也会由于热动力作用而出现向两侧扩张的局部压应力方向。这些在构造形变过程中成岩、成矿过程中出现的次级局部构造应力场，对于岩浆或热液矿床的矿田与矿床构造的研究意义极大。
图6.36 裂隙与主应力方向的关系
(据Anderson，1951)
(a)挤压作用下，当cos2Q=(Q—P)/2(Q+P)时，与最大压应力成QC角的断裂最先在椭圆长轴a点附近产生拉张破裂；(b)当椭圆短轴趋于零时，在纯剪切条件下(Q=45°，P=—Q)，裂缝附近的主应力轨迹线图点划线为压应力，虚线为张应力
图6.37 断层端点附近应力场的变化
(据Chinnery，1966)
(a)断层发生位移前的均匀应力场(单向压缩)；(b)断层发生位移后的挠动应力场F为断层；细线均为最大剪应力迹线
用扫描电子显微镜观察，发现大多数微破裂都是张性而不是剪切性质(万天丰，1982)。岩石破坏前，首先出现强烈应变带，应变带中间有很多雁行排列的微张裂[图6.38(a)、(b)]，进一步变形，破裂面上出现台阶式的断面[图6.38(c)]，是在应力作用下发生转动，引起不稳定而导致岩石最后的破坏[图6.38(d)]，形成从张裂开始，发展成剪切破裂，造成由若干细小张性矿脉形成雁行状排列而构成规模较大的矿脉。
另有一些张节理并非初始破裂，而是剪切作用的派生产物，在简单剪切变形时，由于剪切带内部物质的相对位移和方向转动，常出现S型张节理，使之矿脉中部形态复杂，而两端形态较简单，并与扭动方向成45°。
图6.38 岩石破裂过程中的示意图
(转引自万天丰，1982)
图的上下方为最大压缩方向
共轭剪切带中的张节理常构成火炬状(图6.39)。
图6.39 两种共轭剪切带中的张节理
(据万天丰，1982)
(a)火炬形张节理系，沿两组共轭剪切带发育了雁行张节理；(b)发育了一组垂直于层理的张节理及在此基础上发育起来的两组沿共轭剪切带的雁行张节理
如果在两组共轭剪节理基础上进一步发育成锯齿状追踪张节理，这类节理对富矿脉的形成很有意义。火山活动或岩浆侵入常形成放射状张裂，构成放射状岩墙群或矿脉。
(6)起遮挡层作用
由于两盘错动产生断层泥阻碍矿液上升，而使之成矿物质(元素、矿物)富集(图6.40)。例如，浙江建德铜矿西部的F1断层起阻矿作用，使矿体分布在东侧下盘中，西侧上盘则无矿。
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