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构造地质学 04褶皱

发布时间:

构造地质学
主讲人:陶晓风 ? 成都理工大学 ? 地球科学学院地质学系
?

第四章 褶 皱

第四章 褶 皱
一、 二、 三、 四、 五、 褶皱和褶皱要素 褶皱的几何形态及褶皱的描述 褶皱的类型及褶皱的组合型式 褶皱的形成机制 褶皱构造的观察和研究

第四章 褶 皱
一、褶皱和褶皱要素
(一)褶皱的概念
褶皱是地壳中最基本的构造 型式, 是地壳中最引人注目的地 质构造。褶皱是由岩石中原来近 于平直的各种面(例如层理面)发 生弯曲而显示的变形。 形成褶皱的变形面绝大多数 是沉积岩的岩层面, 而变质岩中 的劈理、片理、片麻理以及岩浆 岩中的原生流面也可变形褶皱弯 曲。但褶皱构造还是在沉积岩层 中最为发育, 它形象地反映了岩 石曾经发生过塑性变形。

第四章 褶 皱
(二) 褶皱的规模 褶皱的形状千姿百 态, 复杂多样。褶皱的 规模差别极大, 小到岩 石手标本或显微镜下才 能观察到的微型褶皱, 大到只有在卫星照片上 才能完整地观察到的区 域性大型褶皱。

小型褶皱

第四章 褶 皱

航空照片拍摄到的褶皱

第四章 褶 皱
(三)研究褶皱构造的意义
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。

第四章 褶 皱
(四) 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。

背斜和向斜在平面和剖面上的表现特征

1

第四章 褶 皱

背斜 向斜

第四章 褶 皱

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: 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。

第四章 褶 皱
(五)褶皱要素:
为了正确地描述和 研究褶皱, 首先要了解 褶皱的各个基本组成部 分(也就是褶皱的要素) 以及各组成要素的相互 关系,褶皱的主要要素 有: 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。

翼 核部 翼

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3. 枢纽: 在褶皱的横剖面上, 同一褶皱岩层的各最大弯曲点的连 线叫枢纽。枢纽是一条线, 它可以是直线、也可是曲线, 它可以是 水平的, 也可是倾斜的。 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。

轴面

轴面

枢纽





翼 岩层面

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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的部分。

轴迹 轴面

翼 核部 翼

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6. 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。 7. 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。 8.脊迹和槽迹: 脊面和槽面与 地面的交线

第四章 褶 皱
(六) 褶皱轴面和褶皱枢纽的测定:
1. 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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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

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2.褶皱枢纽的产状:
图中褶皱枢纽BF的倾伏角g, B F’为 倾伏向,即为B F’ 线箭头所指方位。 枢纽BF与轴面走向线AB在轴面上 的锐夹角q即为枢纽在在轴面上的侧伏角, BA线向A的方位即为侧伏方向。 小型褶皱的枢纽可在野外用罗盘测 得, 而大型褶皱的枢纽则用赤平投影来 求解。 轴面在赤平投影图上为一平面大圆, 枢纽则是位于轴面大圆上的一个投影极 点b。 线状构造(枢纽)的侧伏角θ、倾伏 角γ和它所在的构造面(轴面)的倾角α 三者之间存在一定的几何关系: sin γ =sinθ×sinα

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(七) 褶皱的波长与波幅: 褶皱的波长和波幅是量度褶皱大小的要素, 其定义如下: 褶皱包络面: 与连续褶皱了的某一褶皱面相切的面(S0)。 拐点: 连续周期性波状曲线上,上凸和下凹部分的分界点(i)。 褶皱中间面: 位于 两相邻包络面正中连接各 个褶皱的拐点的连线(m) 。 对于对称褶皱来说: 波长: 两个同相位拐点 的距离(W) 。 波幅: 相邻两个包络面 之间垂直距离的一半(A)。

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不对称波形的褶皱波长和波幅的量度与对称褶皱的量度方法基本一 致。可垂直轴面或中间面测量。两种测量可相互换算: Wa=Wm*cosθ ;Am=Aa*cosθ

第四章 褶 皱
二、褶皱的几何形态及褶皱的描述
正确认识和描述褶皱的几何形态是研究褶皱的基础, 分析褶皱 要素的特征并测量其产状,才能形象地恢复褶皱的空间几何形态。 (一)褶皱的几何形态: 1.圆柱状褶皱: 由一条直线平行自身移动而形成弯曲面的这种 几何形态的褶皱叫圆柱状褶皱。这一条直线即轴线,这种褶皱特点 是褶皱的轴线和枢纽平行并均呈直线。

第四章 褶 皱
2.非圆柱状褶皱: 其特点是褶皱的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。但是, 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, 那么, 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:
褶皱的形态各种各样, 可 从不同的方面和角度来观察和 描述, 构造地质学中多采用褶 皱剖面和平面的形态描述。 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: (1) 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

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(2)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。 (3)倒转褶皱: 褶皱轴面倾 斜,两翼岩层向同一方向倾 斜,一翼岩层正常, 另一翼 岩层倒转。 (4) 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。 (5) 翻卷褶皱: 轴面弯曲 的平卧褶皱。
直立褶皱

斜歪褶皱

倒转褶皱

平卧褶皱

第四章 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

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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:

斜歪褶皱

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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:

倒转褶皱

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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:

平卧褶皱

第四章 褶 皱
2.根据褶皱的对称性, 可以将褶皱描述为:

(1) 对称褶皱: 褶皱轴面 与褶皱包络面垂直, 而 且两翼的长度和厚度 也基本相等。 (2) 不对称褶皱: 褶皱的 轴面与该褶皱的包络 面斜交, 而且两翼的长 度和厚度不相等

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3. 根据翼间角的大小可将褶皱描述为: 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。

第四章 褶 皱
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: 3. 根据翼间角的大小可将褶皱描述为:

平缓褶皱(背斜)

第四章 褶 皱
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: 3. 根据翼间角的大小可将褶皱描述为:

平缓褶皱(背斜)

第四章 褶 皱

紧 闭 褶 皱

第四章 褶 皱

闭 合 褶 皱

第四章 褶 皱
4. 根据褶皱面(或转折端)的弯曲形态可将褶皱描述为:
(1) 圆弧褶皱: 褶皱面呈圆弧 形弯曲。 (2) 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。 (3) 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。 (4) 扇状褶皱: 两翼岩层均倒转, 褶皱面呈扇状弯曲。 (5) 挠曲: 缓倾斜岩层 中一段突然变陡, 呈台 阶状弯曲。

圆弧褶皱

尖棱褶皱

箱状褶皱 扇状褶皱

第四章 褶 皱

圆弧褶皱

第四章 褶 皱

尖棱褶皱

第四章 褶 皱

挠曲

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5.根据褶皱的枢纽产状可 将褶皱描述为: (1) 水平褶皱: 褶皱枢 纽产状水平, 这种褶皱在 平面地质图上表现为褶皱 两翼各相应岩层的走向线 平行延伸。 (2) 倾伏褶皱: 褶皱枢 纽产状倾斜, 这种褶皱在 平面地质图上表现为褶皱 两翼相应岩层的走向线 不平行延伸, 并在延伸一 定距离后,两相应走向线相 交于一点, 甚至形成岩层 走向线圈闭。 (3)倾竖褶皱:枢纽直立, 平面地质图上表现与倾斜 褶皱相似。

枢纽水平

枢纽倾斜
枢 纽 枢 纽 直 立

枢 纽

枢纽水平

第四章 褶 皱

倾伏褶皱:

第四章 褶 皱
倾伏褶皱:

枢纽波状起伏

枢纽波状起伏褶皱立体图块

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6. 根据褶皱岩层中各层弯曲形态的相互关系, 褶皱可描述为: (1) 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。 (2) 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

第四章 褶 皱
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、短轴褶皱、穹隆构造、 构造盆地: 1. 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。 2. 短轴褶皱: 褶皱的纵向和 横向长度之比在3:1-10:1之间。 3. 穹隆构造: 背斜构造的纵 向和横向长度之比小于3:1, 褶 皱面 4. 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。

第四章 褶 皱
卫星照片拍摄的 线状褶皱

第四章 褶 皱

卫星照片拍摄到 的穹隆构造

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三、 褶皱的类型及褶皱的组合型式
(一) 褶皱的产状类型:
里卡德(Rickard)在总结前人研究褶皱产状分类的基础上, 根据 褶皱轴面倾角、枢纽倾伏角和侧伏角这三个变量, 绘制了一个三角 网图, 对褶皱产状作三维的定量研究。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等倾 伏角线。

第四章 褶 皱
根据轴面产状和枢纽产状,褶皱可以分为七种类型(里卡德分类) :
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): 轴面和枢纽均近 直立(轴面倾角和枢纽倾伏角均为80 -90°), 。 4.斜歪水平褶皱(IV): 轴面倾斜(10- 80°), 枢纽近于水平(0-10°) 。 5.平卧褶皱(V): 轴面和枢纽都近于 水平(轴面倾角和枢纽倾伏角均为0 -10°)。 6. 斜歪倾伏褶皱(VI): 轴面倾斜(倾 角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

第四章 褶 皱
里卡德褶皱产状分类的特点: ★ 反映了褶皱在三度空间的几何形态和产状特征。 ★ 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。 ★ 将褶皱产状的定量描述引入褶皱的形态描述中。 ★ 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 (1). 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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(2). 相似褶皱: 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。

第四章 褶 皱
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, 被广泛采用。
(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:
★ 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。

第四章 褶 皱
(4) 兰姆赛褶皱分类:
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: IA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。 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。 II类 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, IC型 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 IB型 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。 III类
IA型

第四章 褶 皱
(三) 同沉积褶皱:

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。同沉积褶皱 具有以下特点: 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 位置。

第四章 褶 皱
同沉积褶皱:

停止隆起后的沉积 隆起时的沉积 隆起前的沉积

第四章 褶 皱
(四)底辟构造和盐丘: 底辟构造是地下高 韧性的岩体, 如岩盐、石 膏、粘土或煤层等, 在构 造力的作用下, 或者由于 岩石物质之间密度的差异 引起的浮力的作用下, 向 上流动并挤入上覆岩层之 中而形成的一种构造。

第四章 褶 皱
底辟构造和盐丘: 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。

第四章 褶 皱
(四) 底辟构造和盐丘:
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。

第四章 褶 皱
底辟构造和盐丘:

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。

第四章 褶 皱
(五) 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):

第四章 褶 皱
1. 穹隆和构造盆地 又称断续褶皱; 这类构造发育于构造变形较微弱的地台盖 层中,以卵圆形的穹隆构造、构造盆地褶皱群体分布为特征。 穹隆构造和构造盆地的翼部岩层产状较缓, 但规模可以较大, 在空间展布常无一定的方向性。

第四章 褶 皱
2.雁行式褶皱 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

第四章 褶 皱
3. 侏罗山式褶皱
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。 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。

第四章 褶 皱
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。

第四章 褶 皱
4. 阿尔卑斯型褶皱(复背斜和复向斜):
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。

第四章 褶 皱
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。

第四章 褶 皱
4. 阿尔卑斯型褶皱(复背斜和复向斜):
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。

第四章 褶 皱
四、褶皱的形成机制

褶皱的形成经历了一个漫长、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。

(一)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。

第四章 褶 皱
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:
(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。

第四章 褶 皱
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。

第四章 褶 皱

4.弯滑作用: 沉积岩层是由许多单一岩层叠置组合而成的, 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。弯滑作用具有以下特点: (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。 (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。 (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。 (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。 (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。位于主褶皱翼部的这些层间小褶皱为部对称褶皱, 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。

第四章 褶 皱

(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。

平 行 褶 皱

第四章 褶 皱

(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。

第四章 褶 皱

(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。

枢纽

第四章 褶 皱
(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。

第四章 褶 皱
(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。位于主 褶皱翼部的这些层间小褶 皱为部对称褶皱, 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。

第四章 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。 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置。

第四章 褶 皱

5.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的主要变 形特征是: (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。 (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。 (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。 (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。

第四章 褶 皱
(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。

相 似 褶 皱

第四章 褶 皱
(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。

第四章 褶 皱
(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。

第四章 褶 皱
(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。

第四章 褶 皱
四、褶皱的形成机制
(二) 横弯褶皱作用:
1.横弯褶皱作用的概念:

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。

第四章 褶 皱
2. 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。 (2) 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, 往往形成IA型的顶薄褶皱。 (3) 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, 这与纵弯褶皱中背斜内层间褶皱指示主褶皱的各相邻上层向背斜转折 端滑动的滑动方向刚好相反。

第四章 褶 皱
四、褶皱的形成机制
(三)剪切褶皱作用:

1.剪切褶皱作用的概念: 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。 2. 剪切褶皱作用的主要特点: (1) 在横剖面上平行轴面(也就是劈理面或滑动面)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。 (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现出弯曲的 外貌。 (3)在变质岩中劈理和片理特别发育, 因此, 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。有一些剪切褶皱是强烈变形条件下, 在先期褶皱的基础上再发生的。

第四章 褶 皱
(1) 在横剖面上平 行轴面(也就是劈理 面或滑动面)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。

岩层面

滑 动 面

第四章 褶 皱

(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 显现出弯曲的外貌。
滑动面

岩层面

第四章 褶 皱
(3)在变质岩中劈理和 片理特别发育, 因此, 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。 有一些剪切褶皱是强烈 变形条件下,在先期褶皱 的基础上再发生的。

第四章 褶 皱
四、褶皱的形成机制 (四) 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、

第四章 褶 皱
(四) 柔流褶皱作用 在变质岩或混合岩化的岩体中有些长英质脉岩受力作用而形成 的肠状褶皱就是一种柔流褶皱。这在太古代和其它深变质岩中是较 为普遍的一种构造现象,这类肠状褶皱或者是早期侵位的岩脉在围 岩发生变形和变质过程中发生流变而形成; 或者是在强烈变形时期, 贯入到褶皱岩层中的脉岩, 后来又与围岩一起变形而成。

肠状褶皱

第四章 褶 皱
(四) 柔流褶皱作用 柔流褶皱作用与前面所讲述的受层理控制的纵弯褶皱作用中的 弯流褶皱作用常有互相过渡的现象, 例如有些煤层遭受强烈的弯流 褶皱作用时, 相对较韧性的煤层会发生柔流并突破岩层的限制,在 局部地段形成肠状褶皱, 造成煤层在一处变厚, 在另一处变薄甚至 尖灭的现象。

第四章 褶 皱
四、褶皱的形成机制 (五) 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, 但又受到某种限制, 常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。

第四章 褶 皱
(五) 膝褶作用 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。

第四章 褶 皱
四、褶皱的形成机制 (六)褶皱形成中的压扁作用: 岩层在侧向顺层挤压力的作用下, 会引起平行主压应力方向的 缩短和垂直于主压应力方向的伸长, 即压扁作用。岩层在形成褶皱 的整个发育过程中都有压扁作用, 压扁作用对褶皱的形态及其内部 的应变分布都有显著的影响。

第四章 褶 皱
(六) 褶皱形成中的压扁作用 (1)在压扁作用下,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。

第四章 褶 皱
(2)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。 (3)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。

第四章 褶 皱
(4)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。

第四章 褶 皱
(5)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。

第四章 褶 皱
(6)在厚层韧性岩层(如泥岩)夹薄层强 硬岩层(如石英砂岩)组成的岩系受到侧 向顺层挤压尚未发生褶皱时, 岩系先整 体平行主压应力方向压缩, 垂直主压应 力方向伸长使厚度略增; 在持续挤压下, 韧性厚岩层继续压缩,而其间的薄层强岩 层则形成一系列小褶皱以适应压缩; 随 着整个岩系在纵弯褶皱作用下形成大型 主褶皱, 这时强硬薄岩层中的小褶皱整 体地也随主褶皱而弯曲, 这些小褶皱在 枢纽部位仍保持对称式(M型), 在两翼则 变为不对称褶皱(左翼为Z型, 右翼为S 型) 。这一理论较为圆满地解释了层间 小褶皱不仅发育于大褶皱翼部, 也发育 在大褶皱的枢纽部位)这一现象。

第四章 褶 皱
四、褶皱的形成机制 (七)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。

第四章 褶 皱
(七) 影响褶皱形成的主要因素:
1.层理在褶皱形成中的作用:
岩石中的层理或成层构造使岩石具不均一性(各向异性),当层状岩石受到力的作用 时,可以通过层间滑动或层内物质的塑性流动而弯曲褶皱。而各向同性、结构均一、无层 理构造的岩体(例如岩浆岩体)在受力变形时, 岩体被压缩, 有时在与主压应力垂直的方 向上形成由劈理或片理构成的挤压带, 或者是形成一些其它方向的断裂构造,就是不会产 生褶皱。因此, 层理或成层构造是岩石产生褶皱的一个必要条件。

第四章 褶 皱
2.岩层厚度对褶皱形成的影响: 岩层的厚薄对褶皱的状态和大小也有显著的影响,当岩性相同 或相似而厚度不同的岩层施加同样的水平挤压力时, 则厚岩层往往 形成曲率小、波长大的平缓开阔褶皱;而薄岩层则形成曲率大、波 长小的紧闭褶皱。

第四章 褶 皱
3.岩层组合及其力学性质对褶皱形成的影响: 岩石的力学性质直接影响褶皱的形态和类型, 当岩石力学性质不同的强硬岩层和软弱 岩层相间叠置并一起受力发生褶皱时, 其中强硬岩层的岩层厚度不变,以弯滑褶皱作用方 式形成平行褶皱, 。而软弱岩层则在转折端显著加厚,形成相似褶皱。或者是强硬岩层形 成平缓开阔褶皱, 软弱岩层则形成紧闭褶皱。此外, 强硬岩层在转折端形成扇状楔形张 节理, 而软弱岩层在转折端则形成反扇形流劈理。 一般来说, 强硬岩层在褶皱中表现为相对刚性层,软弱岩层则显示为相对韧性层。野 外观察和室内实验表明,一套强硬、软弱岩层成互层的岩系发生褶皱,强硬岩层常常以弯 滑褶皱作用为主形成平行褶皱, 并对整个褶皱的形态起控制作用,而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。

第四章 褶 皱
岩层的“强硬”和“软弱”是 相对的,岩层的强弱除与岩层的成 分、结构、构造有关外, 还要受 变形时的温度、围压、溶液、应 变速率等因素的制约。在一个地 区表现为强硬的岩层, 在另一个 地区可能表现为软弱岩层。在一 般情况下,砂岩和页岩互层时砂岩 为强硬岩层,石灰岩与页岩或泥灰 岩一起褶皱时,石灰岩是强硬岩层, 但石灰岩与白云岩或硅质灰岩互 层时,石灰岩则表现为软弱岩层。 同一种岩石,厚层的往往表现为强 硬岩层,薄层的则表现为软弱岩层。

第四章 褶 皱
主波长理论:
Biot等人通过模拟实验和野外实际,提出了侧向挤压力下纵弯褶皱 作用发育机制中主导层的厚度及其有关岩石力学性质控制着弯曲作 用早期的褶皱波长-即主波长理论。该理论认为,岩石在小应力长 期的作用下,可以看作是具有不同粘度的粘性固体,发生均匀缩短和 失稳而形成褶皱。粘性较高的岩层(强硬岩层)在褶皱作用中起主导 作用。当粘度较高的岩层夹于粘度较低(软弱岩层)的介质层中,受 到侧向挤压而发生褶皱时,其初始主波长(Wd)的公式为: Wd=2pT 3√(h1/6h2) 公式中T为主导层的厚度, h1为主导层的粘度, h2为介质层的 粘度, h1> h2。 由公式可知,褶皱主波长与褶皱主导层厚度T成正比,与主导层 和介质层二者的粘度比(h1/6h2)的立方根成正比。当h1/6h2一定时, 即当岩层性质差异相同时,不同厚度的岩层形成不同波长的褶皱。 厚度小的层形成的褶皱波长小,褶皱数目多,每个褶皱较紧闭;厚度 大的层形成的褶皱波长长而开阔。厚度相差很大的多层岩石组成的 褶皱,不同厚度的岩层形成的褶皱波长不同。形态各异,在剖面上表 现为明显的不协调褶皱。

第四章 褶 皱
4.岩层埋藏深度对褶皱形成的影响: 地壳中不同深度的岩层,由于所处的不同深度的温度 围压条件不同而具有不同的岩石力学性质当这些处于不同 深度的岩层发生褶皱时,其褶皱机制和所形成的褶皱的形 态也各不相同。一般来说,在地表常温常压条件下的岩层 表现为脆性,其变形以断裂为主。在地表以下,随着温度、 围压的增大,岩石的韧性随之增高。在地壳浅部,岩层表现 为弹性且显示层状构造的各向异性,岩层褶皱以弯滑褶皱 作用为主,多形成平行褶皱(IB型);越往地壳深处,岩石的 韧性越高,其性状接近理想的粘弹性体,岩石的不均一性减 小甚至消失,褶皱作用也逐渐以弯流褶皱作用和剪切褶皱 作用为主,进而变为柔流褶皱作用为主。

第四章 褶 皱
5.应变速率对褶皱形成的影响: 岩石变形时的应变速率对岩石的力学性质有较大的影响,即使 在温度和围压都较高的情况下,如果作用力很大,应变速率很大,岩 石并不表现为粘性,而表现为弹性,这时即使处于地下一定深度,岩 层也呈弹性弯曲或断裂。相反地,在应变速率较慢的缓慢变形中,即 使是在近地表的低温低压条件下,岩石可表现为像粘度值为1016到 1021PA.s的粘性材料(1016Pa.s相当于岩盐的粘度量级),这时即使 压应力很小,但只要应力作用持续时间很长,岩层也会发生蠕变而形 成褶皱,甚至使韧性低的岩层发生强烈褶皱。

第四章 褶 皱
6.基底构造对盖层褶皱的影响: 基底构造或埋深很大的深层构造,尤其是基底断裂构造,对其上 盖层或浅层褶皱的形成、浅层褶皱的形态和组合分布具有较大的影 响。例如: (1)有些雁行状褶皱就是由于基底中的平移断层的水平剪切作 用而形成的。

第四章 褶 皱
(2)基底的隆起会引起其上的盖层形成大型的穹隆构造; (3)深层基底的断裂上冲作用会造成盖层的岩层形成褶皱轴面 与深层断裂倾向一致的不对称褶皱(称为断褶作用),褶皱的陡翼通 常反映了深层断裂的部位;



第四章 褶 皱
(4)在两条基底断裂之间的断块部位常常形成箱状褶皱。

插入视频——基底 断层使盖层褶皱1



插入视频——基底 断层使盖层褶皱2

第四章 褶 皱
五、 褶皱构造的观察和研究

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。

第四章 褶 皱
(一) 褶皱形态的研究: 1.了解研究区区域的总的构造轮廓: (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。

第四章 褶 皱
了解研究区区域的总的构造轮廓:

小比例尺地质图

第四章 褶 皱
了解研究区区域的总的构造轮廓:

航 空 照 片 拍 摄 到 的 褶 皱 构 造

第四章 褶 皱
了解研究区区域的总的构造轮廓:

航 空 照 片 拍 摄 到 的 穹 隆 褶 皱 构 造

第四章 褶 皱
了解研究区区域的总的构造轮廓:
卫 星 照 片 拍 摄 到 的 褶 皱 构 造

第四章 褶 皱
2.查明研究区地层层序和追索标志层: 查明地层层序是研究褶皱构造的最基础的工作: (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(如斜层理、 波痕、泥裂、冲刷构造、粒序层等)和岩层中的次生小构 造(如层间小褶皱、层间劈理等)来判断沉积岩层的顶面和 底面, 以此来查明岩层的产状和岩层层序是正常还是倒 转 ,并根据地层重复对称分布的关系,确定背斜和向斜的 存在和发育部位。

第四章 褶 皱
3.追索标志层: 所谓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 置。

第四章 褶 皱
4.观测褶皱的几何形态: (1)对确定的规模较小的褶皱构造,要观察其剖面形态,了解核 部和翼部的位置,系统测量两翼岩层的产状,并测量褶皱轴面和枢纽 的产状。而对于规模较大的褶皱或出露不完整的褶皱,则需系统测 量褶皱岩层的产状,利用赤平投影图解的方法来确定褶皱的轴面和 枢纽的产状。

第四章 褶 皱
(2)根据同一剖面上不同层位及不同高度的 岩层倾角的变化,结合同一岩层厚度在褶皱不同部 位的变化,分析褶皱各层的几何关系,判断其是平 行褶皱、相似褶皱还是顶薄褶皱。 (3) 注意研究褶皱转折端的产状情况,除了 平卧褶皱之外,其余类型的褶皱无论其两翼岩层层 序是正常还是倒转,而在转折端处的岩层产状一般 是正常的,根据此规律,可以帮助确定岩层的正常 层序问题。

第四章 褶 皱
(4)观察褶皱的出露形态 和平面图象:褶皱的出露形态 会受地表地形切割的影响,同 一褶皱在地表不同方向切面 上的形态是不相同的,褶皱在 地表的出露形态只是褶皱在 某个方向的地面出露效应,是 褶皱不完整,甚至被歪曲了的 形态。因此,需通过对褶皱在 不同位置、不同方向的出露 形象进行综合分析,并结合赤 平投影解析来揭示褶皱的真 实形态和产状。

第四章 褶 皱
(5)绘制褶皱剖面图及褶皱横截面图: 要想全面完整地了解褶 皱三度空间地几何形态,除了在平面地质图上标绘褶皱地形态之外, 还需从剖面地角度去观察了解褶皱构造。褶皱构造地剖面图分为横 剖面图和横截面图两种。 横剖面图是垂直于地面地一种剖面图,又称铅直剖面图,横截面 图垂直于褶皱枢纽的剖面。 横剖面图 横截面图

褶皱的横剖面

第四章 褶 皱
(二) 研究褶皱形态的纵深变化:
由于岩石类型的不同以及相应的岩石力学性质的差 异,加上随着地壳深度的增加带来的温度和围压的升高, 造成岩层在不同深度的变形条件不同,变形机制也不同。 从而也造成了褶皱形态在不同深度上的变化。 (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。

第四章 褶 皱
(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。

第四章 褶 皱
(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。例如图 中的四川卧龙河背斜,向下 延伸至3000-5000米的二叠 系时变成强烈紧闭的背斜, 并发育大量断层;延伸到 5000m以下的志留系地层时, 岩层倾角变缓,到7000m深处 的寒武系地层,褶皱已趋向 于消失。

第四章 褶 皱
(三) 研究褶皱内部的小构造: 岩层在褶皱变形过程中, 有时会伴生和派生一些次级小构造, 如小褶皱、节理、小断层、层间很大擦痕、层间破碎带、劈理、线 理等,它们都有规律地发育于主褶皱地一定部位,与主褶皱有一定地 几何关系,并从一个侧面反映出主褶皱地某些特征。通过对褶皱内部 小褶皱的观测,分析它们所反映的岩石物质的运动特征和应力应变分 布情况,并结合褶皱的形态产状以及组成褶皱的岩层力学性质和岩层 厚度变化等,有助于探讨褶皱成因机制和变形过程。

第四章 褶 皱
研究褶皱内部的小构造: 主褶皱内部的小褶 皱主要有两类,一类是 与主褶皱有成因联系并 有一定几何关系的从属 褶皱,它们是主褶皱变 形时伴生或派生的从属 小褶皱;另一类是与主 褶皱无直接成因联系也 无一定几何关系的独力 小褶皱, 它们是主褶皱 形成之后另一次构造变 形的产物。

第四章 褶 皱
研究褶皱内部的小构造:
从属褶皱主要发育于强岩层之间的薄层弱岩层中,也可以发育 于厚的弱岩层中的薄层强岩层中。从属褶皱在主褶皱的不同部位有 不同的特点,位于主褶皱翼部的从属褶皱常为不对称褶皱,这种小褶 皱的轴面与主褶皱的层面成一定的夹角,其锐夹角方向指示相邻岩 层差异运动的方向,从而可以确定岩层的相对层序以及背斜、向斜 的位置。

第四章 褶 皱
(四) 确定褶皱的形成时代: 1.角度不整合分析法: 如果不整合面以下的一套 地层发生褶皱,而不整合面之上 的地层没有发生褶皱,则褶皱形 成的时代通常看作与不整合所 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, 上覆最老地层层间之前。

第四章 褶 皱
如果不整合面上、下均发生褶 皱,但上、下岩层中的褶皱方式、 方向、形态都互不相同,这种情 况说明至少发生过两次褶皱运 动。褶皱形成时代也以不整合 面下伏褶皱中最新地层沉积之 后,上覆最老地层层间之前来确 定。

第四章 褶 皱
如果不一个地区存在两个 不整合面,且两个不整合面上、 下的地层均发生褶皱,而褶皱的 形态又不一样,说明该区至少发 生过三次褶皱运动,两个不整合 面之间的褶皱形成时代的确定 也可参照上述的方法。

第四章 褶 皱
2.岩性厚度分析法: 对于在较长的地质历史 时期内逐渐变形而形成的褶 皱,可以通过褶皱地层的岩性 厚度分析确定其形成时代。 例如,同沉积褶皱是在岩层沉 积过程中,地壳不断缓缓升降 运动中逐渐形成的。因此,在 背斜的顶部岩层薄,层数少, 而向两翼和向斜中岩层逐渐 增厚,层数也多;褶皱顶部和 槽部岩层倾角小,两翼倾角自 上而下,逐渐变陡;顶部岩层 粒度粗,而两翼和向斜部位粒 度逐渐变细。根据地层剖面 中的上述变化特点可以推断 同沉积褶皱的形成时代

第四章 褶 皱
3.根据与褶皱相接触的岩浆岩体的同位素年龄推断褶皱的 形成年龄。



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