知名大学构造地质学讲义第9章褶皱成因分析

徐海军地球科学学院院第九章褶皱的的成因分析褶皱的形成经历漫漫长、复杂的的变形过程,它们的形成与与内在和外在在因素有关;褶皱的形成方方式与受力状状态、变形环环境以及岩层层岩石力学性性质有着密切切的关系。在不同条件和环环境下,褶皱的类型、、形态、样式式是不同的。。根据褶皱的的形成条件、、褶皱类型及及形态，可将将褶皱的形成成机制分为：：纵弯褶皱作作用、横弯褶褶皱作用、剪剪切褶皱作用用、柔流褶皱皱作用。褶皱的成因分分析:各种褶皱控制因素，如侧向压力力、重力、岩岩石的力学性性质、褶皱层层的组合关系系等在褶皱形形成中的作用用；褶皱的发育过程；褶皱内部应变特征及其它构构造的内在联联系。褶皱成因分析析－褶皱形成成机制根据褶皱过程中岩岩层的变形行为，可以划分为为：主动褶皱（弯曲褶褶皱）被动褶皱（剪切褶褶皱）根据褶皱过程中物质运动方式式，可以划分为为：滑动褶皱作用流动褶皱作用根据引起褶皱的作用力方式，可以划分为为：纵弯褶皱作用横弯褶皱作用褶皱的形成方方式与其受力力状态、变形形环境及其岩岩层的变形行行为密切相关主动褶皱褶皱的形成是通过过层的力学性性质和层理积积极地控制着着褶皱发育，，又称弯曲褶褶皱。形成条件：地壳中中浅构造层次次（约10km以内）。被动褶皱层理的力学不均一一性在褶皱形形成过程不起起主导作用，，只是被动作作为变形标志志，这种褶皱皱称为被动褶褶皱，它的层层理并没有发发生真正的弯弯曲，而褶皱皱是通过沿平平行剪切面的的不均匀剪切切而形成的，，这种褶皱又又称剪切褶皱皱。形成条件：地壳的的下构造层次次，温度和压压力增高，各各层岩石均显显示很大韧性性。岩石间的的韧性差异很很小，趋向于于均一。主动褶皱和被被动褶皱流动：是指物物质的连续位位移（A）。滑动：是指物物质沿着许多多一定间隔的的不连续面的的位移（B）。流动褶皱和滑滑动褶皱纵弯褶皱：是在平行于于岩层的水平挤压作用用下，岩层失稳稳而弯曲，称称为纵弯褶皱皱。（左图）横弯褶皱：是指在垂直于岩层的的作用力的作用下使岩岩层发生弯曲曲，称为横弯弯褶皱。（右图）纵弯褶皱和横横弯褶皱第一节纵弯褶皱作用用纵弯褶皱形成的的前提：岩层层层理和岩层层间力学性质的差差异在褶皱形成过过程中起关键键作用。如果岩石在力学性性质上是均匀匀岩石，则产产生均匀压扁扁；如果岩石力学性质质不一致，则：强硬层（（能干层）－－正弦曲线状状弯曲；软弱层（非能能干层）－均均匀压扁。如果两层岩石力学学性质（特别别是韧性）差差异较小，则则两层岩石受到总体压扁扁作用。岩层在受到侧向的顺顺层挤压力的的作用后发生生褶皱弯曲叫叫做纵弯褶皱皱作用1.1主导波长理论设有一厚度为d的高粘度（μ1）强硬层夹于于低粘度（μ2）的软弱岩层层中，使其受受侧向挤压而而发生纵弯作作用。式中：d－强硬层的厚厚度，μ1，μ2－强硬层和软软弱层的粘度度（μ1>μ2）。褶皱主波长与与力的大小无无关，只与介介质的力学性性质有关。褶皱主波长与与褶皱层厚度度d成正比、与强强硬层和软弱弱层的粘度比比的立方根成成正比，厚度、粘度比比越大，褶皱皱的波长就越越大。纵弯褶皱的成成因机制单层褶皱的发发育机制当强硬层与介介质的能干性差大时，形成肠状状褶皱。当强硬层与介介质的能干性差小时，形成尖圆圆褶皱。褶皱层厚度变大，，波长和波幅幅变小，褶皱皱越不明显。不同能干性差差的褶皱形态态纵弯褶皱的应应变分布型式式可以归纳为为两种模式：中和面褶皱作用顺层剪切作用弯流褶皱作用用弯滑褶皱作用用纵弯褶皱的应应变分布型式式与小型构造造由于层的切向向长度变化而而成的单层弯弯曲，类似于于力学中所讲讲的平板梁的的弯曲。因其其中有一个无应变变面—中和面，故称为中和和面褶皱作用用。强硬层往往以此方式式弯曲。层内的应变特特征为：属平面应变，褶褶皱轴为中间间应变轴。垂直层面厚度不变变，形成IB型平行褶皱形形态。顺层发生长度变变化，表现为为外弧伸长，，内弧缩短。。在岩层中部部具中和面，，各点应变椭椭球体的压扁扁面在中和面面外侧平行层层面排列，在在中和面内侧侧垂直层面成成正扇形排列列。1.2中和面褶皱作用用内部伴生的小小构造特点岩石韧性很小小时，抗张强强度差，发生生脆性破裂，，外侧形成张张节理呈正扇扇形分布；内内侧形成顺层层张裂，为脉脉体充填时则则呈顺层张裂裂脉分布。岩石韧性中等等时，抗剪强强度差，形成成共轭剪裂。。其内侧共轭轭剪裂可发展展为逆冲断层层；外侧共轭轭剪裂可发展展为顶部地堑堑。岩石韧性大时时，外侧因拉拉伸而变薄或或形成平行层层理的流劈理理；内侧因挤挤压而加厚，，可形成正扇扇形劈理，也也可形成次级级小褶皱。顺层剪切褶皱皱作用

（弯弯滑褶皱作用用和弯流褶皱皱作用）弯滑褶皱作用用：易发生在结结合不牢的薄的强岩层之间，或多个薄的的强岩层之间间夹极薄的软岩层之中中，如中薄层层砂岩、砂叶叶岩互层等岩岩层。弯流褶皱作用用：易发生在韧性高的岩层中，如如泥灰岩、页页岩、盐岩类类岩层中。它们的共同应变特特征是：平面应变，褶皱轴为中中间应变轴；；层厚不变，形成成IB型平行褶皱，，但层内无中中和面；褶皱面为剪切面，，相当于应变变椭球体圆切切面，无应变变；最大应变轴方向从两翼翼向弯曲的顶顶部收敛，呈呈反扇形排列；在转折端处处无剪应变，，在拐点处应应变最强。弯滑和弯流褶褶皱形成的地地质条件弯滑褶皱中次次级小构造特特征弯流褶皱中次级构造特征征相似褶皱（II型）＋顶厚褶皱（III型）＋劈理＋张节理强烈压扁作用用对褶皱的影影响纵弯褶皱中发发育的劈理型型式利用劈理与层层理关系判断断正常地层和和倒转地层；；判断经验法则则：在正常翼翼，劈理与层层理倾斜一致致，劈理倾角角比层理的倾倾角陡，为正正常层序，判判断背斜在左左侧；在倒转转翼，劈理倾倾向与层理一一致，劈理倾倾角比层理倾倾角缓，为倒倒转层序，背背斜在右侧。褶皱中劈理与与层理关系的的应用实例第二节横弯褶皱作用用岩层受到与层理面面垂直的应力力作用而发生生的弯曲。横弯褶皱作用用横弯褶皱的基基本特征作用力方向垂垂直于层面；；岩层总体处处于拉伸状状态，一般般不存在中中和面；褶皱型式为为顶薄褶皱皱（IA）；层面间物质质流动：顶顶薄，翼厚厚；层间从属褶褶皱为反向向牵引褶皱皱，判断方方向：背离离转折端方方向。底劈构造：：是一种特特殊褶皱，，是地下低低粘度易流流动物质因因浮力自下下而上刺穿穿上覆岩层层，引起上上覆岩层上上拱的构造造。底劈构构造是一种种盐丘构造造、储油构构造，具有有重要的经经济价值。。动力学原因因是由于岩岩石密度倒倒置引起重重力不稳定定性。石盐粘度1017Pa·s，密度2.2g/cm3岩石粘度1022－1023Pa·s，密度2.5－2.7g/cm3横弯褶皱之之一—底劈构造同沉积褶皱皱－岩层边边沉积边形形成褶皱。。同沉积褶皱皱特征：两翼产状倾角平平缓，总体体为开阔褶褶皱；岩层厚度背斜顶顶薄，翼部部厚；向斜斜核部厚度度大；背斜顶部沉积物物为浅水粗粒物质，，向斜中心心变细；伴随滑塌断层。。横弯褶皱之之二—同沉积褶皱皱当岩浆上升,侵入围岩,使上覆岩层层发生拱曲曲时,则可形成岩岩浆底辟。。岩浆侵入穿刺底劈构造第三节其它褶皱作作用剪切褶皱又又称滑褶皱皱，是岩层层沿着一系系列与层面面交切的密密集面发生生不均匀的的剪切而形形成的褶皱皱。剪切褶皱的的基本特征征：原始层理（S0）只作为标标志面，不不起任何控控制作用，，由于差异异剪切而产产生被动弯弯曲；变形每一点都是是平面应变变；剪切面平行于褶褶皱轴面；；典型的相似褶皱皱，顶厚翼翼薄；形成于深层次高高级变质岩岩系或高韧韧性岩系（（如含盐岩岩层）或大大型韧性剪剪切带中。剪切褶皱作作用成因上兼具弯滑滑和剪切作作用两种特特征；形成于岩性均一一的脆性薄薄层岩层或或面理化岩岩层中，如如板岩、片片岩等；形成方式上，岩岩层受力作作用发生层层间滑动但但受到剪切切面限制，，便沿剪切切面急剧转转折，绕相相当于轴面面的膝折面面转折成膝膝折带或形形成尖棱状状褶皱。膝折作用（（KINKING）柔流褶皱是一一种固态流流变条件下下由粘性流流动面形成成的褶皱。。通常是高温固体流流变褶皱。在深变质质岩和混合合岩或侵入入体接触热热动力变质质带发育的的褶皱（如湖北大冶冶铁山）。柔流褶皱作作用第四节褶皱的研究究与应用对褶皱的野野外认识与与研究是了了解褶皱类类型、分析析褶皱成因因等的重要要步骤，通通常包括以以下几个方方面：确定褶皱的的存