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构造地质学-04章-褶皱

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构造地质学
第四章 褶 皱

第4章 褶皱
内容: 要点: 1.褶皱的几何要素。 1. 褶皱和褶皱要素 2.褶皱轴面和枢纽产状的赤 2. 褶皱的几何形态及褶皱的描述 平投影方法求取 3. 褶皱的类型及褶皱的组合型式 3.褶皱几何形态的兰姆赛分 类 4. 褶皱的形成机制 4.褶皱产状的里卡德分类 5.褶皱的纵弯和横弯形成机 5. 褶皱构造的观察和研究 制 6.褶皱形成时代的确定

第4章 褶皱
内容: 要点: 1.褶皱的几何要素。 1. 褶皱和褶皱要素 2.褶皱轴面和枢纽产状的赤 2. 褶皱的几何形态及褶皱的描述 平投影方法求取 3. 褶皱的类型及褶皱的组合型式 3.褶皱几何形态的兰姆赛分 类 4. 褶皱的形成机制 4.褶皱产状的里卡德分类 5.褶皱的纵弯和横弯形成机 5. 褶皱构造的观察和研究 制 6.褶皱形成时代的确定

概念回顾
? 向斜(形)、背斜(形)

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卫星照片上的褶皱

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航空照片上的褶皱

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露头照片上的褶皱

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地震剖面上的褶皱

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显微镜下的褶皱

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研究褶皱的意义
研究褶皱构造的形态、规模、分布、组合特征以
及褶皱构造的形成方式和时代, 对揭示一个地区地质构 造的形成规律和发展历史具有重要意义, 许多矿产在成 因上与褶皱有关, 矿体的产状和空间分布也与褶皱构造 密切相关, 有的矿体本身就是褶皱层。褶皱构造还对工

程地质和水文地质有着不同程度地影响。因此, 研究褶
皱构造具有重要的理论意义和实践意义。

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第4章 褶皱
内容: 要点: 1. 褶皱的几何要素 1. 褶皱和褶皱要素 2.褶皱轴面和枢纽产状的 2. 褶皱的几何形态及褶皱的描述 赤平投影方法求取 3. 褶皱的类型及褶皱的组合型式 3.褶皱几何形态的兰姆赛 分类 4. 褶皱的形成机制 4.褶皱产状的里卡德分类 5. 褶皱构造的观察和研究 5.褶皱的纵弯和横弯形成 机制 6.褶皱形成时代的确定

褶皱形态的基本形式: 褶皱的形态多种多样, 但主要的基本形式为背斜 和向斜, 另外还有其它形态的一些褶皱: 1. 背斜: 岩层变形向上弯曲, 其核心部位的岩层 时代较老, 两侧岩层的时代依次变新。 2. 向斜: 岩层变形向下弯曲, 其核心部位的岩层 时代较新, 两侧岩层时代依次变老。

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背斜
向斜
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向斜
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背斜
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背斜

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向斜

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3.背形: 岩层变形向上弯曲,但是岩层的新老层序不明

或者褶皱的面不是沉积岩岩层面而是其它的构造面。
4.向形: 岩层变形向下弯曲,但是岩层的新老层序不明,

或者褶皱的面不是沉积岩岩层面而是其它的构造面

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一、褶皱几何要素
1.核部-指褶皱中心部

位的岩层,简称核
2.翼部-指褶皱核部两

侧的地层,简称翼
3.枢纽-褶皱的横剖面

上同一层面上最大
弯曲点的连线。
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轴面

轴迹

翼 核部 翼

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一、褶皱几何要素
4.轴面: 一个褶皱内各相邻 褶皱面上的枢纽连成的面, 它是大致平分褶皱两翼的 对称面。轴面是一个假象 的面, 它可以是平面, 也可

是曲面; 轴面属于面状构造
要素, 可用走向、倾向、倾 角来确定

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轴面

翼 核



轴面

枢纽

岩层面
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一、褶皱几何要素
5. 轴迹: 褶皱轴面与地面的交线
6.转折端: 褶皱一翼向另一翼过渡 的部分 7.脊、脊线、脊面: 背斜或背形的 同一褶皱面的各横剖面上的最高

点称为脊; 它们地连线称为脊线;
若干相邻褶皱面上地脊线联成的

面称为脊面。

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一、褶皱几何要素
8. 槽、槽线、槽面-向斜或向形的
同一褶皱面的各横剖面上的最低点 称为槽; 它们地连线称为槽线; 若干

相邻褶皱面上地槽线联成的面称为
槽面。 9.脊迹和槽迹-脊面和槽面与地面 的交线

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二、褶皱轴面和枢纽产状的测定
? 1. 小型褶皱:可在野外露头上直接测量。
? 2. 大型褶皱:间接测量结合赤平投影方法求解。

–1)轴面产状的赤平投影方法的确定:
?对称褶皱:两翼产状的平分面。 ?非对称褶皱:两个互不平行露头面上轴迹构 成的平面。

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枢纽产状的赤平投影方法确定

两翼岩层面的

交线
β圆法 π圆法

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线状构造的产状要素
褶皱枢纽是一条线属于线状构造,在构造地质 学中线状构造统称为线理。面状构造有其产状要素 即走向、倾向、倾角;线状构造也有其产状要素; 线状构造的产状包括线理的倾伏产状和线理的侧伏 产状。 线状构造的研究和测量总是与面状构造密切相关 的, 例如, 褶皱枢纽就是同一褶皱面上最大弯曲点的 连线, 在构造地质学中线理多是在面状构造上进行定 义和测量的。
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线状构造的产状要素:

侧伏向

侧伏产状
侧伏角

线理产状要素
倾伏向 倾伏产状 倾伏角

线状构造的产状要素
倾 角-α

倾伏角-γ
倾伏向-BF’ 侧伏角-θ 侧伏向-BA sinγ=sinθsinα

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倾伏向、倾伏角(γ)、侧伏角(θ)

65°(SE)

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三、褶皱的波长、波幅
横截面(正交剖面) :垂 直于枢纽的截面 以下涉及褶皱的剖 面形态皆指在该截 面上。

直立剖面 正交剖面(垂直枢纽 方向)
水平剖面

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波长:相间拐点之间的距离(W)。 波幅:包络面之间垂直距离的一半(A)。 褶皱不对称时,还可以在垂直轴面方向上取波长 Wa和在平行轴面方向上取波幅Aa。

褶皱的波长和波幅是量度褶皱大小的要素
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第4章 褶皱
内容: 要点: 1.褶皱的几何要素 1. 褶皱和褶皱要素 2.褶皱轴面和枢纽产状的赤 2. 褶皱的几何形态及褶皱的描述 平投影方法求取 3. 褶皱的类型及褶皱的组合型式 3.褶皱几何形态的兰姆赛分 类 4. 褶皱的形成机制 4.褶皱产状的里卡德分类 5.褶皱的纵弯和横弯形成机 5. 褶皱构造的观察和研究 制 6.褶皱形成时代的确定

一、圆柱状褶皱和非圆柱状褶皱
? 圆柱状褶轴:褶皱面可由一条直线-褶轴的平动描绘
通常把非圆柱状褶皱分割成若干段,按照圆柱状褶皱处理

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? 非圆柱状褶皱:褶皱轴线和枢纽不平行且呈非直线延伸

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严格来讲,地壳中的褶皱都是非圆柱状褶皱, 因为褶皱在延伸一定的距离后终究会消失,也可能

会发生形态和方位的变化,这些变化都会引起轴线
和枢纽的不平行和弯曲。但为了研究褶皱,可以将

一个有一定延伸长度的非圆柱状褶皱分解成若干段,
每个分段中,褶皱具有相同的形态,在某些区段内, 褶皱可能显示为圆柱状褶皱,而另外一些区段内则 为非圆柱状褶皱形态。

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二、褶皱形态的描述
? 1. 横剖面上的描述 根据轴面和两翼岩层产状:

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1.根据褶皱的轴面产状和两 翼岩层产状, 将褶皱描述为: 直立褶皱:褶皱轴面直立或近 于直立,两翼岩层产状倾向 相反,倾角相等或近于相等。
直立褶皱

斜歪褶皱

斜歪褶皱: 褶皱轴面倾斜,
两翼岩层倾向相反但倾角不

等,一翼稍陡,另一翼稍缓。

倒转褶皱: 褶皱轴面倾斜,
两翼岩层向同一方向倾斜,

直立褶皱

一翼岩层正常,另一翼岩层
倒转。 平卧褶皱:褶皱轴面水平或 近于水平,一翼岩层正常,另 一翼岩层倒转。
倒转褶皱 斜歪褶皱

翻卷褶皱: 轴面弯曲的平卧
褶皱。
平卧褶皱

4.2 褶皱的几何形态及褶皱的描述 4.2.2 褶皱形态的描述:
4.2.2.1 横剖面上褶皱形态的描述: 1. 根据褶皱的轴面产状和两翼岩层产状, 褶皱可以描述
为:

直立褶皱

斜歪褶皱
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倒转褶皱

平卧褶皱

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Recumbent fold

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2.根据对称性 对称:轴面与包络面垂直,两翼长度和厚度基本相等

不对称:轴面与包络面斜交,两翼长度和厚度不相等

?注意:二者区分不可仅依据个别露头面!
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3.根据翼间角: 翼间角的概念: 构成褶皱两翼的同一褶皱面的拐点的
切线的夹角称为翼间角。 根据褶皱翼间角的大小不同, 可将褶皱描述为: 平缓褶皱: 翼间角>120° 开阔褶皱: 翼间角70°~120° 闭合褶皱:翼间角30°~70° 紧闭褶皱:翼间角0°~30°

等斜褶皱:翼间角近于0°两翼岩层产状近于平行
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褶皱的翼间角
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平缓褶皱(背斜)

平缓褶皱(背斜)

紧 闭 褶 皱

4.根据褶皱面弯曲形态: 圆弧褶皱: 褶皱面呈圆弧形弯曲。 尖棱褶皱: 两翼褶皱面平直相交, 转折端呈尖角状, 且两翼等长; 两翼不等长的尖棱褶皱叫膝褶褶皱。 箱状褶皱:褶皱两翼陡, 转折端平直, 呈箱状, 常具一 对共轭轴面。

扇状褶皱:两翼岩层均倒转,褶皱面呈扇状弯曲。
挠曲: 缓倾斜岩层中一段突然变陡, 呈台阶状弯曲。

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4.根据褶皱面弯曲形态:

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4.根据褶皱面弯曲形态:

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4.根据褶皱面弯曲形态:

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4.根据褶皱面弯曲形态:

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Box fold
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Step fold

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5.根据褶皱中各层弯曲形态的相互关系 协调褶皱: 褶皱中各岩层弯曲形态保持一致或作有规 律的渐变过渡关系。

不协调褶皱: 褶皱各岩层弯曲的形态明显不同, 呈现褶
皱大小、形态各异, 致使各层的褶皱型式

出现突变或不具几何规律。
若岩层之间岩石力学性质相差较大, 或是褶皱变形特别强烈的地 区或变质岩地区比较容易形成不协调褶皱

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5.根据褶皱中各层弯曲形态的相互关系

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5.根据褶皱中各层弯曲形态的相互关系

Harmonic Folds

Disharmonic Folds

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协调褶皱

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不协调褶皱

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平面上褶皱形态的描述:
根据褶皱的某一岩层面在平面上出露的纵向长度 和横向长度之比,将褶皱描述为: 线状褶皱: 褶皱的纵向和横向长度之比为10:1, 这是 一种狭长形的褶皱。 短轴褶皱: 褶皱的纵横长度之比在3:1-10:1之间。 穹隆构造: 背斜构造的纵向和横向长度之比小于3:1。

构造盆地: 向斜构造的纵向和横向长度之比小于3:1,
褶皱面从四周向中心倾斜。
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卫星照片拍摄的线状褶皱

卫星照片拍摄到 的穹隆构造

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第4章 褶皱
内容: 要点: 1.褶皱的几何要素 1. 褶皱和褶皱要素 2.褶皱轴面和枢纽产状的赤 2. 褶皱的几何形态及褶皱的描述 平投影方法求取 3. 褶皱的类型及褶皱的组合型式 3.褶皱几何形态的兰姆赛分 类 4. 褶皱的形成机制 4.褶皱产状的里卡德分类 5.褶皱的纵弯和横弯形成机 5. 褶皱构造的观察和研究 制 6.褶皱形成时代的确定

一、褶皱的产状类型
? 1. 根据褶皱轴面产状,结合两翼产状特点: a 直立褶皱:轴面近于直立,两翼倾向相反,倾 角近于相等 b 斜歪褶皱:轴面倾斜,两翼倾向相反,倾角不等 c 倒转褶皱:轴面倾斜,两翼倾向相同,一翼地层 层序倒转 d 平卧褶皱:轴面近于水平,一翼地层正常,一翼 地层层序倒转 e 翻卷褶皱:轴面弯曲的平卧褶皱
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? 2. 根据褶皱枢纽产状: a 水平褶皱:枢纽近于水平,两翼走向基本平行 b 倾伏褶皱:枢纽倾伏(倾伏角介于10-80°之间)

两翼走向不平行
c 倾竖褶皱:轴面近于直立

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? 3. 里卡德分类
– 按轴面倾角 枢纽侧伏角 枢纽倾伏角

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(一) 褶皱的产状类型:
三角网图的AB边与BC边等度数相连的线代表轴面等倾角线; AC边各度数与B点的连线为枢纽在轴面上的等侧伏角线; AC边与BC边等度数相连的曲线代表枢纽的等倾伏角线。
C

A

B

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C

A

B

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分类实例: 轴面136°∠30° 枢纽侧伏角40°(E)

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根据轴面产状和枢纽产状,褶皱可以分为七种类型 :
1.直立水平褶皱(I): 轴面近于直立(80-90°), 枢纽近于水平(0-10°) 。 2.直立倾伏褶皱(II): 轴面近于直立(80-90°), 枢纽倾伏角为10-80°。

3.倾竖褶皱(III): 轴面近于直立(80-90°),
枢纽倾伏角(80-90°), 。

4.斜歪水平褶皱(IV): 轴面倾斜(10-80°),
枢纽近于水平(0-10°) 。
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根据轴面产状和枢纽产状,褶皱可以分为七种类型 :
5.平卧褶皱(V): 轴面近于水平(0-10°), 枢纽倾伏角为(0-10°)。

6.斜歪倾伏褶皱(VI): 轴面倾斜(10-80°),
枢纽也倾伏(倾伏角10-80°)

但二者倾向和倾角均不一致。
7.斜卧褶皱(VII):轴面倾角和枢纽倾伏角均为10-80° 而且二者倾斜基本一致倾斜角度也大致相等。

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直立水平褶皱

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直立倾伏褶皱

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斜歪水平褶皱

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斜卧褶皱

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平卧褶皱

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倾竖褶皱

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斜歪倾伏褶皱

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2.里卡德分类优点 ①属于三维空间分 类,避免二维空间分

类的片面性,如:
Ⅶ类斜卧褶皱,在

剖面上有时误认为
平卧褶皱。

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②反映了褶皱的七种
类型的产状变化范围,

并以各类褶皱在图中
的范围大小表示该类

褶皱在自然界出现的
机率大小。

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③可作为褶皱统计 的图解,表达褶皱 的特征分布。

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④用图解可清楚反 映一个地区褶皱的 产状类及其变化规 律。

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二、褶皱横截面的几何类型
?1. 平行褶皱和相似褶皱 平行褶皱:平行褶皱又称同心褶皱, 其特点为:

①褶皱中各岩层成平行弯曲, 同一岩层垂直其层 面量度的厚度在褶皱的各个部位是基本一致的。
②具有一个共同的曲率中心, 向外弧方向曲率变 小, 褶皱逐渐变平缓,; 向内弧方向曲率逐渐变大, 褶皱岩层变得紧闭或成尖棱褶皱。

③这类褶皱多发育于岩石力学性质较为一致的强 硬岩层和地壳较浅部的构造层次中。
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二、褶皱横截面的几何类型
?1. 平行褶皱和相似褶皱 相似褶皱的特点为:

①褶皱中各岩层弯曲的形态相似, 各岩层的曲率 基本不变。
②褶皱没有共同的曲率中心。 ③同一岩层的真厚度在翼部变薄,在转折端变厚; 在平行褶皱轴面量度的岩层厚度在褶皱各部位大致 相等。 ④这类褶皱多发育于软弱岩层中, 出现在地壳中 部和深部构造层次中。
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? 2. 兰姆赛的褶皱几何分类 兰姆赛根据褶皱层的相对曲率, 提出一套形态分类。

(1) 分类依据: 该分类是依据褶皱横截面(垂直于
枢纽的褶皱剖面)上褶皱层的等倾斜线型式和厚

度变化参数所反映的相邻褶皱面的起来关系。
(2) 等倾斜线的概念: 是指褶皱层的上、下褶皱面 倾角相等的切点的连线,就是等倾斜线。 (3) 等倾斜线的作法:

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等倾斜线
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★ 在垂直于褶皱枢纽的照片上或褶皱的横截面 剖面图上, 用透明纸描绘出各褶皱面的弯曲形 态, 并准确的画出轴面和实地的水平线。 ★ 在绘好的褶皱横截面图上, 以标出的水平线 为基准, 按每隔一定的角度(例如以0° 10 ° 20 °…) 的倾角在褶皱层上、下层面上各作一 系列倾角值的点的切线。 ★ 用直线将上、下层面上等倾角的切点连接起 来, 就是等倾斜线。

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兰姆赛根据上述原则将褶皱分为三类五型:
I类: 这类褶皱的等倾斜线向内弧呈收敛状, 内弧曲 率总是比外弧大, 故外弧倾斜度也总是小于内弧,根 据等倾斜线的收敛程度, 可细分为三个亚型: I A型 : 等倾斜线向内弧呈强烈收敛, 各线长短差别

极大, 内弧曲率远比外弧大, 属于典型的顶薄褶皱。

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兰姆赛根据上述原则将褶皱分为三类五型:
IB型: 等倾斜线也向内弧收敛, 并与褶皱面垂直, 各 线长短大致相等, 褶皱层真厚度不变, 内弧曲率仍 大于外弧, 为典型的平行褶皱。 IC型: 等倾斜线向内弧轻微收敛, 转折端等倾斜线比

两翼附近的略长, 反映两翼厚度有变薄的趋势, 内
弧曲率略大于外弧, 这是平行褶皱向II类相似褶皱

过渡的型式。

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IB型

IC型

IA型

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II类: 等倾斜线互相平行且等长, 褶皱层的内

弧和外弧的曲率相等, 即相邻褶皱面倾斜度基
本一致, 为典型的相似褶皱。

III类:

等倾斜线向外弧收敛, 向内弧撒开呈

倒扇状, 即外弧曲率大于内弧, 为典型的顶厚 褶皱。

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II类

III类

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三类五型

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褶皱的等倾斜线分类简表
类型
Ⅰ A类 Ⅰ B类 Ⅰ C类 Ⅱ类 Ⅲ类

等倾斜线形态
向内弧强烈收敛 向内弧收敛 向内弧轻微收敛 平行褶皱轴面 向外弧收敛

等倾斜线长度
翼部大,顶部短 垂直层面等长 翼部短顶部长 平行轴面等长 翼部短,顶部长

代表性褶皱
顶薄褶皱 平行褶皱 过渡褶皱 相似褶皱 顶厚褶皱

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平行褶皱

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平行褶皱与相似褶皱

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相似褶皱

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相似褶皱

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三、同沉积积褶皱和底辟构造
? 同沉积褶皱(syndepositional folds)
绝大多数褶皱是在岩层形成后受力变形而形 成的。但是, 也有一些褶皱是在岩层沉积的 同时受力逐渐变形而形成的, 这类褶皱称为 同沉积褶皱。

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三、同沉积积褶皱和底辟构造
同沉积褶皱的特点 1. 褶皱两翼的的倾角一般是上部平缓, 往下逐渐 变陡, 褶皱总的形态多为开阔褶皱。

2. 在背斜顶部岩层变薄(有的层位甚至缺失), 而两 翼岩层厚度却有逐渐加大的趋势; 如果是向斜, 其中心部位的岩层厚度往往最大
3. 岩层的要素结构构造明显受褶皱构造控制, 背 斜顶部常沉积浅水的粗粒物质, 而向斜的中心 则沉积细粒位臵。
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停止隆起后的沉积

隆起时的沉积 隆起前的沉积

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? 底辟构造和盐丘
–由地下低密度高塑性岩层(如岩盐、石膏、泥岩、 岩浆等)在差异力或差异压力下向上运动所产生 的构造。 –组成: a. 底辟核:高塑性岩石组成。 b. 核上构造:核上拱引起的变形构造(复杂) c. 核下构造:核下部与底辟作用相关的构造 (简单)。

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当岩浆上升, 侵入围岩, 使上覆岩层发生拱曲时, 则可形成岩浆底辟。

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盐丘是由于岩盐和石膏向上流动并挤入围岩,

使上覆岩层发生拱曲隆起而形成的一种构造。盐
丘构造是一种具有重要意义的底辟构造, 岩核内岩 盐变形为复杂多样、大小各异的褶皱, 其中多为倾 竖褶皱或叠加褶皱, 这与岩盐多次上升流动有关; 盐核之上的上覆岩层往往形成穹隆或短轴背斜, 盐

核与围压常为陡倾的断层接触, 围压倾角也变陡。

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盐丘构造具有重要的 经济价值, 盐核常形 成重要的盐类或硫磺 矿床, 盐核上部及其 周缘围岩中常常富含 石油或天然气。

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盐底辟构造―盐丘

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四、褶皱的组合型式及其分布
在地壳的一定范围内, 褶皱都不是孤立存在的, 它们 多是以不同形态、不同规模、不同级次以一定的组合 型式展布。在成因上有联系的一系列背斜和向斜组成 的具有一定几何规律的褶皱的总体样式, 称为褶皱的 组合型式。研究褶皱的组合型式对探讨和研究褶皱发 育地壳的大地构造属性、褶皱的形成机制、区域应变 状况、地壳运动性质具有重要意义。根据褶皱的组合 样式可分为: 日尔曼式褶皱(German-type folds)、 侏罗山式褶皱(Jura-type folds)、 阿尔卑斯型褶皱 (Alpino-type folds):
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1.日尔曼式褶皱(German-type folds): 在这一类的褶皱中, 有的以短轴状的背斜和向斜的 型式出现, 并以一定的方式和方向有规律的定向排

列,其中较为典型的是雁列状展布的褶皱群, 这些
褶皱呈首尾错落重叠的雁行定向排列。

雁行状排列的短轴褶皱

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雁行褶皱可能成因:受水平力偶作用引起。

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2. 侏罗山式褶皱(Jura-type folds):
又称过渡型褶皱;侏罗山式褶皱的代表性构造是隔档 式褶皱和隔槽式褶皱。 隔档式褶皱又称梳状褶皱, 由一系列平行排列的背 斜和向斜构造组成, 其特征是背斜窄而紧闭, 发育完

整,在平面上呈线状延伸; 而两个背斜之间的向斜则
平缓开阔;中国四川东部的的北北东向褶皱就是这类 褶皱的典型实例。

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2. 侏罗山式褶皱(Jura-type folds): 隔槽式褶皱由一系列平行排列的背斜和向斜构 造组成, 其特征是与隔档式褶皱相反,向斜窄而

紧闭, 发育完整,在平面上呈线状延伸; 而两个向
斜之间的背斜则平缓开阔, 剖面形态常呈箱状,

中国黔北-湘西一带的北北东向褶皱就是这类
褶皱的典型实例。

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《构造地质学》-李强

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隔档式和隔槽式这两类组合型式的褶皱的共同特 点是,背斜和向斜的变形强度不同,较紧闭的褶 皱和较开阔的褶皱相间平行排列。这种类型的褶 皱因其在欧洲的侏罗山发育完美而称其侏罗山式 褶皱。其成因是沉积盖层沿刚性的基底上底软弱 层滑脱变形而形成的。

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侏罗山式褶皱可能成因:顺塑性层挤压滑脱变形的结果。 注:教材中图4-24有误,剖面与平面不一致

贵 州 正 安 一 带 隔 槽 式 褶 皱
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3. 阿尔卑斯型褶皱: 又称全形褶皱;其基本特点是,一系列线状褶皱成 带状展布,所有褶皱的走向基本上与构造带的延伸 方向一致,在整个带内,背斜和向斜呈连续波状, 同等发育,布满全区,不同级别的褶皱往往组合成 巨大的复背斜和复向斜。

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组成复背斜和复向斜的次级褶皱大多是较紧闭的,
从复背斜核部到两翼,常由直立褶皱变为斜歪褶皱 倒转褶皱、甚至成平卧褶皱。所以,次级褶皱的轴 面常常呈有规律的排列;如果复背斜的次级褶皱轴 面向核部收敛,则形成扇形复背斜;复向斜中次级

褶皱的轴面向核部收敛,则形成倒扇形,向槽部收
敛则形成扇形。

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《构造地质学》-李强

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这一类型的褶皱多形成于沉积岩层巨厚的地区,后 遭地壳运动强烈水平挤压,岩层褶皱断裂,隆升造 山,形成一系列复式褶皱。
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复背斜和复向斜-造山带中常见的褶皱类型。 识别标志: 复向斜:次级褶皱的核部地层,中间新两侧老 复背斜:次级褶皱的核部地层,中间老两侧新

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穹窿和构造盆地 可能成因: ? a. 同沉积褶皱和底辟构造有关; ? b. 基底原始起伏; ? c. 基底构造活动。

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第4章 褶皱
内容:

要点: 1.褶皱的几何要素 1. 褶皱和褶皱要素 2.褶皱轴面和枢纽产状的赤 2. 褶皱的几何形态及褶皱的描述 平投影方法求取 3. 褶皱的类型及褶皱的组合型式 3.褶皱几何形态的兰姆赛分 类 4. 褶皱的形成机制 4.褶皱产状的里卡德分类 5.褶皱的纵弯和横弯形成机 5. 褶皱构造的观察和研究 制 6.褶皱形成时代的确定

褶皱形成机制的基本类型★
褶皱的形成经历了漫长、复杂的变形过程,它们 的形成与多种内在的和外在的因素有关;褶皱的形成 方式与受力状态、变形环境、以及岩层的岩石力学性 质有着密切的关系。在不同的条件和环境下,形成的 褶皱的类型、形态、样式是不同的。根据褶皱的形成 条件、褶皱类型及形态,可将褶皱的形成机制分为: 纵弯褶皱作用、横弯褶皱作用、剪切褶皱作用、柔流 褶皱作用、膝褶作用。

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《构造地质学》-李强

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?纵弯褶皱作用
1.纵弯褶皱作用的概念: 原始水平状态的岩层, 在受到侧向的顺层挤压力的 作用后发生褶皱弯曲叫做纵弯褶皱作用。

2. 单层岩层的纵弯褶皱作用: 在结构均一的单层板状材料面画上几排小圆,侧向 挤压使板状材料褶皱弯曲, 其面的小圆有以下情况:

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纵弯褶皱作用的特征 (1)弯曲层外凸的一侧受到平行于弯曲面的引张而拉伸 (2)弯曲层内凹的一侧受到挤压而压缩。 (3)二者之间的一排小圆表现为既无拉伸又无压缩, 为 一中和面。 (4)中和面以上的张应力呈水平方向分布。 (5)中和面以下的压应力也呈水平方向分布。
2008-4-3 《构造地质学》-李强 143

3.单层岩层纵弯褶皱中形成的小构造:

在单一岩层受侧向挤压形成纵弯褶皱时,在岩层
的不同部位可形成一系列有规律分布的小构造。如果

岩层韧性较高, 岩层外凸侧因拉伸而变薄, 内凹侧因
挤压压缩而变厚; 如果是较脆性的岩层,在褶皱岩层外 凸侧常形成与层面垂直呈扇形排列的楔形张节理或小 型正断层; 而在褶皱岩层的内凹侧因压缩而形成逆断 层; 若内凹侧微层理发育, 还可形成一系列小型褶皱。

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? 弯滑作用:

沉积岩层是由许多单一岩层 叠臵组合而成的,当一套层状岩 层受到侧向挤压而发生纵弯褶皱 时,层面在形成褶皱的过程中起 着重要的作用,并以弯滑作用方 式、弯流作用方式形成纵弯褶皱。 弯滑作用指一系列岩层在侧 向挤压作用中通过层间滑动而发 生弯曲成为褶皱的作用。
2008-4-3 《构造地质学》-李强 146

?弯滑作用的特点
(1) 在发生纵弯褶皱的一 套岩层中, 各单层有各自 的中和面, 而整个褶皱没 有中和面。各相邻褶皱面 保持平行关系, 各单层的 真厚度在褶皱的各部位基 本一致。因而纵弯引起的 弯滑作用往往形成平行褶 皱, 也即IB型褶皱。
2008-4-3 《构造地质学》-李强 147

(2) 纵弯褶皱作用引起的层间滑动是有 规律的, 背斜中各相邻的上层向背斜转 折端滑动, 而各相邻的下层则向相反方 向-即向相邻的向斜的转折端滑动。由 于层间的这种差异剪切滑动作用,在强

硬岩层的翼部可产生旋转剪节理和同心
节理

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《构造地质学》-李强

148

(3) 由于层间滑动产生

的上下岩层之间的摩
擦, 可在层面上形成层

面擦痕,这些线状擦痕
的延伸方向与褶皱的

枢纽延伸方向垂直。

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《构造地质学》-李强

149

(4) 由于两翼岩层的层 间相对滑动, 往往在褶

皱的转折端形成空隙
空间,造成虚脱现象,

这些虚脱空间若后来
被成矿物质充填,则 可以形成鞍状的矿床 或矿体

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《构造地质学》-李强

150

(5) 在两个强硬岩层之间 夹有层理发育的韧性岩层 的条件下, 岩层发生纵弯 褶皱作用时, 则会在层间 滑动的剪切力偶的作用下 在韧性的薄岩层中会产生 层间小褶皱。层间小褶皱 的轴面与它们上、下相邻 的强硬岩层面所夹锐角的 方向, 指示其相邻岩层的 相对滑动方向
2008-4-3 《构造地质学》-李强 151

上述层间滑动规律可用 来判断岩层的顶面和底 面, 确定岩层层序是正

常还是倒转; 还可用来
判断背斜和向斜的位臵。

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《构造地质学》-李强

152

? 弯流作用:
是指纵弯褶皱作用使岩层发生弯曲变形时, 岩层间 不仅发生层间滑动, 而且某些岩层的内部还出现物 质流动现象; 上下岩层面对褶皱层内物质的流动起 着控制作用。纵弯褶皱的弯流作用主要变形特征是:

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《构造地质学》-李强

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?弯流作用的特点
(1)层内物质的流动方向, 是从翼部流向转折端,并 导致在褶皱转折端部位岩 层厚度有不同程度的增加, 而褶皱翼部的岩层厚度则 相对减薄,从而形成II类 的相似褶皱或III类的顶厚 褶皱。

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《构造地质学》-李强

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(2)当软岩层与硬岩层互层,受到顺层挤压时,硬
岩层难以发生流动,仍形成IB型平行褶皱;而软岩 层容易发生流动并去充填由于层间滑动形成的虚脱

空间, 从而形成与硬岩层褶皱形态不同的顶厚褶皱。

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《构造地质学》-李强

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(3)当硬岩层中夹有一大层层理发育并相对容易流

动的韧性岩层时,物质的流动并不顺其微层理发
生层间差异流动,而是在主褶皱的翼部和转折端

形成从属褶皱,这些从属褶皱显示了层内物质向
转折端流动的特征。

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《构造地质学》-李强

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根据层间小褶皱可以恢复褶皱形态

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(4)在侧向挤压力作用下,软岩层发生强烈层内流

动,可产生线理、劈理(兼有变质作用)等小构造;
如果软岩层中夹有脆性的薄层,还可形成构造透 镜体。

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《构造地质学》-李强

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? 横弯褶皱作用 岩层受到与层面垂直的 外力作用而发生弯曲形成的 褶皱叫做横弯褶皱作用。这 类褶皱主要是由于地壳的差 异升降运动、岩浆及岩盐底 辟作用以及同沉积作用所造 成的,与纵弯褶皱作用所形 成的褶皱相比,横弯褶皱作 用所形成的褶皱是次要的。
2008-4-3 《构造地质学》-李强 162

横弯褶皱作用的特点
(1)横弯褶皱的岩层整体处于拉伸状态,一般不存在 中和面,其应力轨迹线图与纵弯褶皱的应力轨迹线 图迥然不同。 (2)横弯褶皱作用往往形成IA型的顶薄褶皱,尤其是 岩浆侵入或高韧性的岩体上拱造成的穹隆构造更是 如此; 在这种情况下, 褶皱顶部岩层不仅拉伸而变薄, 而且还可能造成放射状断层或同心圆状环形断层; 这 些断层若后来被成矿热液充填, 就会形成放射状或同 心圆状矿体。
2008-4-3 《构造地质学》-李强 163

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《构造地质学》-李强

164

(3) 横弯褶皱作用引起的弯流作用是使岩层物质从褶 皱弯曲的顶部向翼部流动, 从而形成顶部岩层薄, 翼 部岩层相对较厚的顶薄褶皱。 (4) 在横弯褶皱作用形成的背斜中,韧性岩层在翼部 由于重力作用或层间差异流动, 在翼部可形成一些层 间褶皱, 这些层间褶皱的轴面与主褶皱的锐夹角方向 指向两翼岩层的倾斜方向, 表明岩层上层面相对于相 邻下层面向背离背斜转折端的方向位移。

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《构造地质学》-李强

165

?剪切褶皱作用
概念:岩层沿着一系列与岩层不平行的密集劈理面 (破裂面)发生差异滑动而形成褶皱的作用叫做剪切

褶皱作用。剪切褶皱作用又称滑褶皱作用。在这种
褶皱作用中原始的岩层面已经不起控制作用,而只

是作为滑动结果的标志或参照系。

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《构造地质学》-李强

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剪切褶皱作用的特点
(1)在横剖面上平行轴面方
向所量得的褶皱不同部位 的层的“厚度”基本是相 等的,所以剪切褶皱的典型 型式是相似褶皱。

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《构造地质学》-李强

167

(2)剪切褶皱作用所形成 的褶皱并非岩层面真正 发生了弯曲变形,而是 层面沿密集的平行劈理 或片理面发生差异滑动 而显出弯曲的外貌

滑动面
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岩层面
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(3)在变质岩中劈理和片

理特别发育,剪切褶皱
作用多发生在变质岩区。

剪切褶皱作用往往使层
理或前期的劈理、片理

错动成锯齿状或其它形
态的褶皱

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《构造地质学》-李强

169

?柔流褶皱作用: 柔流褶皱作用是指高韧性岩石(如岩盐、石 膏、或煤层等)或者是岩石处于高温高压环境下

变成高韧性体, 受到外力的作用, 发生类似粘稠
的流体那样的流动变形,从而形成形态复杂多变

的褶皱。例如, 盐丘构造的底辟核的膏盐层就是
一种形态复杂的柔流褶皱。

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170

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171

变质岩中长英质脉体的肠状褶皱

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– 煤层中的柔流现象

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?柔流褶皱:主要发生在深变质岩区和高韧性岩石中。
而在脆岩层中,常形成膝折(kink fold)。

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《构造地质学》-李强

175

? 膝褶作用: 这类褶皱主要发生在岩性较均一的脆性薄岩层

或面理化岩石中, 脆性薄岩层在一定围岩的限制下,
受到与层理或面理平行或稍微斜交的压应力作用, 使

岩层发生层间滑动,又受到某种限制, 常使滑动面发
生急剧转折, 即相当于轴面的膝褶面折转而成尖棱褶 皱。

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《构造地质学》-李强

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《构造地质学》-李强

177

膝褶中的滑动褶皱作用常集中发生在不对称膝褶

的短翼部分, 形成剪切带,称为膝褶带; 膝褶带
两侧的界面为膝褶面。两个相邻膝褶带可以互相

平行, 也可呈共轭相交,形成箱状褶皱或称为共
轭褶皱。一系列两翼等长的对称式尖棱褶皱常组 成“人”字型, 或手风琴式褶皱。

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《构造地质学》-李强

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二、褶皱形成中的压扁作用
?高韧性岩层在纵弯褶皱过程中,褶皱岩层内各点应 变状态也随之发生有规律的变化, 例如, 随着纵弯褶 皱作用增强, 压扁作用也随之增强, 褶皱层内各点应 变椭球体的长轴X逐渐旋转到与褶皱轴面平行的方向 上,压扁作用越强烈,应变椭球越扁,整个褶皱就越紧闭。

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《构造地质学》-李强

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? 在褶皱形成过程中, 因压扁作用而使褶皱岩层的 厚度也相应发生变化,表现为翼部岩层变薄,转折

端岩层变厚, 从而使整个褶皱由平行褶皱向相似
褶皱发展。

? 压扁作用也使诸如岩石中的鲕粒、砾石以及具
对称要素的化石(如三叶虫、腕足类、笔石、羊 齿等,或矿物晶体如黄铁矿、石榴子石等发生变 形;对它们变形后的形状与变形前的原始形状进 行对比, 可以推断压扁作用的程度。
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? 在压扁作用下,位于褶皱翼部的脆性薄岩层往
往在垂直压缩方向的拉伸下形成石香肠、构造

透镜体;如若是韧性岩层褶皱并经受强烈压扁
作用,则会形成与褶皱轴面平行的密集的轴面

劈理,当压扁作用不均匀时,则会沿劈理面发生
差异滑动,形成以层面为标志面的剪切褶皱。

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《构造地质学》-李强

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? 当褶皱是由脆性和韧性岩层相间组成时,在经受强
烈持续的压扁作用之后,韧性岩层就会产生劈理,强

硬岩层则会因强烈压扁形成“无根钩状褶皱”, 这
种变形现象在强烈褶皱的变质岩区较为普遍。

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三、影响褶皱形成的主要因素
褶皱的形态、规模和分布特点不仅与

褶皱作用力的方式和方向有密切关系,而且
要受许多其它的因素的影响,例如层理的发

育情况、岩层的厚度、岩石的力学性质岩层
的埋藏深度以及基底构造等等。

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? 层理的作用: 沿层间容易发生滑动,有利于褶皱的形成。 如:页间粘结一起的书,褶皱较为困难。

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? 岩层厚度的影响:
岩层厚度越薄,形成褶皱的波长越小,曲率越 大,褶皱越紧闭。

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? 岩层力学性质的影响:
强弱岩层组合地层的褶皱,强岩层通常呈等厚较 平缓开阔,转折端常见扇状楔形张节理;弱岩层 常为顶厚、较紧闭,转折端见反扇形劈理

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《构造地质学》-李强

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强岩层对整套地层的褶皱起控制作用,形成平 行褶皱;软弱岩层则被迫迁就强硬岩层形成的 空间而变形,形成顶厚褶皱。

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? 岩层埋藏深度及应变速率对褶皱形成的影响: 较大的埋藏意味着较高的温度和压力,致使岩石 韧性增大,故有利于褶皱的形成。反之,岩石趋 向于形成断裂。 ? 基底构造对盖层褶皱的影响

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第4章 褶皱
内容: 要点: 1.褶皱的几何要素 1. 褶皱和褶皱要素 2.褶皱轴面和枢纽产状的赤 2. 褶皱的几何形态及褶皱的描述 平投影方法求取 3. 褶皱的类型及褶皱的组合型式 3.褶皱几何形态的兰姆赛分 类 4. 褶皱的形成机制 4.褶皱产状的里卡德分类 5.褶皱的纵弯和横弯形成机 5. 褶皱构造的观察和研究 制 6.褶皱形成时代的确定

褶皱构造研究的基本任务是,通过野外观察和填
图,并结合各种地质勘探(如物探。钻探、山地工 程等)手段和应用航空照片、卫星照片的图象解译 等所取得的地质资料的综合研究,查明褶皱的形态、 产状和组合分布特点,探讨褶皱形成机制和形成时

代,为研究区的区域地质构造特征、褶皱与矿产、
水文、工程地质等关系提供基础研究资料。

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《构造地质学》-李强

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一、褶皱形态的研究
?1.了解区域的总体构造轮廓:

(1)收集和阅读研究区小比例尺的地质图。 (2)收集和解译研究区的航空照片和卫星照片。 (3)在研究区选择露头良好的地带进行横穿区域构造 线的路线地质构造观察: ①了解研究区地层的时代、岩性组合、层序。 ②了解研究区地层的产状特征,岩层的总体走向及 其变化规律。 ③了解和确定地层中褶皱的发育部位、发育程度、 褶皱的要素及其产状。
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? 2.查明地层层序: (1)首先要认识和识别层理,并注意区分层理与其 它次生的面状构造。 (2)进行地层研究,根据岩石沉积特征、岩层组合 特征和古生物化石情况来查明地层的时代及其形 成先后顺序(层序) 。 (3)要注意利用沉积岩的原生层面构造和岩层中的 次生小构造(如层间小褶皱、层间劈理)来判断 沉积岩层的顶面和底面,并根据地层重复对称分布 关系,确定背斜和向斜存在和发育部位
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? 3. 追索标志层: 标志层是指厚度不大、层位稳定、分布广泛, 在岩石成分和结构构造或所含化石方面具有明显的 特征的岩层。 在一些地区,因褶皱规模较大,构造比较复杂 层理和层序尚未弄清等原因,褶皱构造的认识和确 定是困难的。此时,若岩层中有符合上述条件的标 志层,则可追索和填绘标志层的方法,沿着标志层 的走向追索其分布并系统测量其岩层产状,便可填 绘出褶皱的形态,确定褶皱的类型和位臵。
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? 4. 观测褶皱的几何形态:
1)确定轴面和枢纽产状(包括直接测量和赤

平投影间接测量);
2)确定褶皱类型(如:等厚、相似?); 3)观察分析褶皱的出露形态和平面形态(不 同切面有不同的形态特征); 4)绘制剖面图和横截面图

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二、研究褶皱形态的纵深变化
①从褶皱在地表的形态特征去推断它向地下延伸的 变化。例如:地表若为顶薄褶皱,可以推断其两翼 岩层产状向深部可能变厚变陡;若地表是一平行褶 皱,则可推测褶皱曲率向深部将逐渐变大或变小, 整个褶皱不可能延伸很深;若地表所见是相似褶皱, 且整套岩性也较一致,则可推测褶皱形态延伸到一 定深度还保持不变。当褶皱岩系中有软弱岩层时, 则在软弱岩层上、下的褶皱形态可能变化很大,形 成不协调褶皱。
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②从横切褶皱的峡谷、深沟和陡崖上,观察褶皱从上 部到下部的形态变化和变化趋势,或是在不同的高程 对同一褶皱作详细观察和绘制横剖面图,并对不同高程 的褶皱形态作分析比较以查明其纵深变化规律。

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③利用物探和钻探方法取得的资料确定褶皱深部形态 的特点和变化

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三、研究褶皱内部小构造
包括:小褶皱、节理、断层、劈理、线理等,并特别 注意两类小褶皱: 从属褶皱:与主褶皱有成因联系,并存在一定的几何

关系,其枢纽通常平行于主褶皱枢纽,既可以发育于
强岩层之间的薄层弱岩层中,也可以发育于原弱岩层

中的薄强岩层中。
独立小褶皱:与主褶皱既无成因联系,也无一定的几 何关系。

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四、确定褶皱的形成时代
? 1. 角度不整合法: –褶皱形成时代与不整合所代表的时代相一致: 即不整合面下伏褶皱中最新地层沉积之后,上 覆最老地层沉积之前。
第一期:P1沉积以后,P2沉积以前; 第二期:P2沉积以后,J沉积以前; 第三期:J沉积以后。

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构造层-由角度不整合面所分开的上、下两套地层, 它们各自由一套不同沉积特征和不同沉积时代的岩 系组成,上、下两套地层中形成不同形态、不同类型 的褶皱,拥有不同类型和形态的断裂、岩浆活动、 变质作用、成矿作用。这样由两个不整合面之间界 定的一套地层的总体以及地层中发生的褶皱、断层、 岩浆活动、变质作用和成矿作用是地壳发展历史过 程中某一构造运动阶段中形成的综合地质体,在构 造地质学中称为一个构造层。

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? 2. 岩性厚度法:

?褶皱的活动时期: ①底部灰岩沉积后开始褶皱; ②1-3层为同褶皱沉积; ③4-8层沉积期间无褶皱; ④8层沉积时又开始褶皱。
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