构造地质学第三章：褶皱的几何分析

第三章褶皱的几何分析水平地层倾斜地层向上凸起向下弯曲褶皱是由岩石中的各种面(如层面、面理等)的弯曲而显示的变形。褶皱是地壳中一种最基本的构造型式和最引人注目的地质现象。褶皱的研究对于揭示一个地区的地质构造及其形成和发展具有重要的意义。褶皱与许多矿产的形成及其产状和分布的关系极为密切。因此，研究褶皱也具有重要的实际意义。褶皱的形态千姿百态，复杂多样褶皱的形态千姿百态，复杂多样河南省卢氏县桃花一带发育于宽坪群中的褶皱发育于河南省熊耳山地区太华群片麻岩中的肠状褶皱若尔盖地块扎尕山组地层中平卧褶皱褶皱的规模差别极大澳大利亚麦克唐奈褶皱显微镜下的褶皱绢云母石英千枚岩内显微褶皱构造

褶皱的几何学分析第一节：褶皱和褶皱要素第二节：褶皱的描述第三节：褶皱的分类第四节：褶皱的组合型式第五节：叠加褶皱第六节：褶皱形成时代的确定一、褶皱的基本类型背形向形

背斜

向斜

第一节褶皱和褶皱要素

背(向）形：两侧褶皱面相背（向）倾斜的上凸（下凹）弯曲。背形向形中性褶皱

背斜：老地层为核，新地层为翼的褶皱。向斜：新地层为核，老地层为翼的褶皱。中性褶皱：褶皱面不上凸也不下凹，而是凸向旁侧轴面是一个假想的面，可以是平直的，也可以是曲面。二、褶皱要素

核翼拐点翼间角转折端枢纽脊线和槽线轴面注意区分枢纽和脊线及槽线！！轴面与地面或其它任何面的交线称轴迹。轴面枢纽（褶轴）翼翼枢纽倾伏角褶皱要素示意图褶皱的几何学分析第一节褶皱和褶皱要素第二节褶皱的描述第三节褶皱的分类第四节褶皱的组合型式第五节叠加褶皱第六节褶皱形成时代的确定转折端形态翼间角和褶皱的紧闭度褶皱的波长和波幅褶皱的对称性枢纽的产状轴面产状褶皱的平面形态第二节褶皱的描述（正交剖面上）1．转折端形态圆弧形褶皱箱形褶皱尖棱状褶皱挠曲52、翼间角和褶皱的紧闭程度平缓褶皱开阔褶皱中常褶皱

紧闭褶皱等斜褶皱3．褶皱的波长、波幅

波长：两个相间拐点间的距离。波幅：中间线与枢纽点之间的距离。波长和波幅是描述褶皱规模的参数之一。包络面4．褶皱的对称性

对称褶皱：两翼等长的褶皱

不对称褶皱：两翼不等长的褶皱。包括长翼和短翼长翼短翼不对称褶皱的倒向不对称褶皱形态不对称褶皱的倒向及意义褶皱的倒向：不对称褶皱轴面倾倒的方向由于岩层弯曲产生层间滑动，使柔性岩石形成低序次的层间拖褶皱

根据从属褶皱的形态变化，可以判断它们所属的高一级褶皱的几何性质、即通过同一褶皱上各从属褶皱枢纽连面构成的包络面，代表高一级褶皱面的褶皱形态。根据不对称从属褶皱轴面与其上、下相邻的褶皱面或包络面所夹的锐角，可以指示相邻层的相对滑动方向，确定岩层层序是正常或倒转，以及背斜和向斜的相对位置。5、枢纽产状（指向、倾伏角）水平褶皱（0-10o）倾伏褶皱（10o-70o）倾竖褶皱（70o-

90o）倾伏端：当枢纽倾伏时，同一褶皱面的两翼在平面上汇合，汇合部称为倾伏端。背斜倾伏端的岩层产状表现为向外倾斜向斜倾伏端的岩层产状表现为向内倾斜轴面的确定轴面是枢纽的连面对称褶皱轴面为褶皱两翼平分面也可以根据轴迹方位，通过赤平投影方法确定（第十二章涉及）6、轴面产状及其与两翼的关系两翼倾向相反、倾角近相等、轴面近直立。两翼倾向相反、倾角不等、轴面倾斜。两翼向同一方向倾斜，一翼地层倒转,轴面倾斜。轴面与两翼近水平，一翼地层正常，另一翼地层倒转平卧褶皱倒转褶皱7、褶皱平面形态等轴褶皱(长宽比近于1：1)短轴褶皱(长宽比近于3：1)线状褶皱(长宽比大于10：1)穹隆构造（等轴状褶皱）穹隆构造就像是一顶帽子

第三章褶皱的几何学分析第一节褶皱和褶皱要素第二节褶皱的描述第三节褶皱的分类第四节褶皱的组合型式第五节叠加褶皱第六节褶皱形成时代的确定第三节褶皱的分类一、褶皱的位态分类二、褶皱的理想几何形态分类三、等斜线的褶皱分类四、根据组成褶皱的各褶皱层的厚度变化分类五、根据组成褶皱的各褶皱面之间的几何关系一、褶皱的位态分类（Reckard分类）褶皱在空间的位态取决于轴面和枢纽的产状。命名原则：轴面产状＋枢纽产状＋褶皱＝褶皱名称枢纽倾伏角直立水平褶皱斜歪水平褶皱平卧褶皱直立倾伏褶皱斜歪倾伏褶皱斜卧褶皱倾坚褶皱枢纽和轴面倾向和倾角基本一致，枢纽在轴面上的侧伏角为80-90度直立水平褶皱直立倾伏褶皱斜卧褶皱大型平卧褶皱倾竖褶皱二、褶皱的理想几何形态分类（了解）圆柱状褶皱转折端成圆弧状的褶皱面，可看作是一条直线在空间平行自身移动而构造的一个曲面。这条直线称褶皱轴。非圆柱状褶皱三、等斜线的褶皱分类（重点）褶皱形态的变化主要反映在褶皱面形态的变化或褶皱层的厚度变化上。兰姆赛（J.G.Ramsay,1967）根据褶皱层上、下界面的相对曲率及其变化，按等斜线的排列型式，提出形态的系统分类。等斜线：褶皱在正交剖面上褶皱层的上、下界面的相同倾斜点的连线。1.在正交剖面上，用透明纸描绘出各褶皱面的迹线；2.在枢纽处，平行岩层的方向作零度基准线；03.在褶皱层上、下界面作出与基准线方向成α角的切线，将这两切点相连，即为α角的等斜线；204.按一定角度间隔作出等斜线I类：等斜线向内弧收敛，内弧曲率总是比外弧大。II类：等斜线互相平行且等长，褶皱层的内弧和外弧的曲率相等。典型的相似褶皱III类：等斜线向外弧收敛，向内弧撒开，外弧曲率大于内弧。典型的顶厚褶皱IA型：等斜线向内弧强烈收敛，内弧曲率远比外弧大，顶薄褶皱IB型：等斜线向内弧收敛，并与褶皱面垂直，各线长短大致相等，褶皱各层真厚度不变，平行褶皱IC型：等斜线向内弧轻微收敛，两翼有变薄的趋势，IB型向II类过渡型顶厚褶皱(北京西山)四、根据组成褶皱的各褶皱层的厚度变化分类

范海斯（C.R.Vanhise,1896）1、平行褶皱2、相似褶皱褶皱作平行弯曲，等厚褶皱、同心褶皱。发育于岩性一致的强岩层和地壳较浅构造层次中各褶皱面作相似的弯曲，曲率相同，无共同曲率中心。两翼薄，转折端加厚。发育于较软弱岩层和中深及较深构造层次中。平行褶皱五、根据组成褶皱的各褶皱面之间的几何关系分类（了解）1、协调褶皱2、不协调褶皱褶皱中各弯曲形态彼此明显突变，各层褶皱的大小、形态各异，无明显几何规律。褶皱中各弯曲形态保持一致或呈有规律的渐变过渡关系，无突变现象，如相似褶皱和平行褶皱。四川平武志留系不协调褶皱发育于锡矿山仙人界地区的不协调褶皱

褶皱的几何学分析第一节：褶皱和褶皱要素第二节：褶皱的描述第三节：褶皱的形态分类第四节：褶皱的组合型式第五节：叠加褶皱第六节：褶皱形成时代的确定第四节褶皱的组合型式褶皱的组合型式在同一构造运动时期和同一构造应力作用下，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。组合型式反映区域应变场特征褶皱形成机制及地壳运动性质基本型式全形褶皱（阿尔卑斯型）断续褶皱（日耳曼式）过渡型褶皱（侏罗山式）一、全形褶皱（阿尔卑斯型）特征：带状分布、走向平行于构造带延伸方向背、向斜同等发育，布满全区构成复背斜和复向斜扇形复背斜(A)和倒扇形复向斜(B)示意图二、断续褶皱（日耳曼式）组合特征：背斜和向斜不同等发育，以背斜为主向斜构造不明显，形态决定于背斜发育情况形态多为地层产状非常平缓的大型开阔褶皱（以穹隆构造和构造盆地为主）常独立产出或组合成雁列式背斜发育为主穹隆构造雁列式排列轴迹：轴面与地面或其它任何面的交线长垣：是一个长条形的隆起，其上由一系列平缓宽大的背斜沿其轴向的方向排列而成。大庆长垣构造特征介于前二者之间，可分为：

隔档式褶皱

隔槽式褶皱三、过渡型褶皱（侏罗山式）背、向斜相互平行，但发育程度不同。背斜发育完整，窄而紧闭；向斜开阔平缓。隔档式褶皱向斜紧闭，形态完整，背斜开阔平缓。隔槽式褶皱经典的侏罗山式褶皱组合瑞士侏罗山剖面共同特点：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排列。成因：一般认为是沉积盖层沿刚性基底滑脱而形成。小型滑脱带和侏罗山式褶皱补充：褶皱在平面上的组合类型1、平行褶皱

一系列背斜和向斜相间排列，轴线彼此平行。由区域水平挤压应力场形成。四川旺卷县的平行褶皱2、雁列式褶皱柴达木盆地红三旱地区雁列褶皱由一系列背斜和向斜组成，轴线斜列分布，形如“雁行排列”。反映受区域水平力偶（扭应力）作用而形成。3、帚状褶皱一系列背斜相间排列，一端收敛，一端撒开，平面组合为扫帚状。由区域水平旋扭应力场形成。4、“S”或反“S”形褶皱由一系列背、向斜褶皱在平面上组合成“S”形或反“S”形的褶皱带。反映了区域扭应力场的作用。柴达木盆地中的反“S”形褶皱

第三章褶皱的几何学分析第一节：褶皱和褶皱要素第二节：褶皱的描述第三节：褶皱的分类第四节：褶皱的组合型式第五节：叠加褶皱第六节：褶皱形成时代的确定第五节叠加褶皱叠加褶皱又称重褶皱，是指已经褶皱的岩层在后期变形过程中又发生弯曲变形而形成的褶皱。叠加褶皱反映了多期变形的结果。一、叠加褶皱的三种基本型式叠加褶皱的几何学特征是多次褶皱作用的几何效应相互复合或干扰的结果。在叠加褶皱中，由于前、后两期褶皱的构造方位、形态、位态，叠加方式和规模，以及叠加强度和岩石力学性质的差异，因此，叠加褶皱形态十分复杂，类型极其繁多，曾有多种分类。Ramsay(1967，1987)以规模近似的两期褶皱叠加为例，提出三种最基本的叠加型式。两期褶皱皆为直立褶皱，轴向大角度相交或垂直。背斜背斜穹隆构造向斜向斜构造盆地向斜背斜鞍状构造第一型视频1、三叠系;2、二叠系;3、石炭系;4、泥盆系;5、志留-寒武系;6、元古界;7、花岗岩;8、断层图3-41湖南邵阳涟源一带地质略图早期褶皱为等斜或平卧褶皱，晚期为直立褶皱，两者枢纽大角度相交当晚期褶皱作用时，早期的轴面、枢纽一起褶皱，水平切面上形成新月型或蘑菇型等。第二型视频2型叠加褶皱露头早期褶皱与晚期褶皱枢纽近于平行。早期褶皱的轴面和两翼共同卷入后期褶皱，但枢纽不受影响第三型视频叠加褶皱的野外观察（1）重褶现象：在褶皱的同一切面上不仅有先存褶皱轴面的重新弯曲，而且还有相应的双重转折，使褶皱呈钩状。在褶皱范围内出现双重的褶皱要素。叠加后的褶皱（2）新生构造有规律的弯曲：新生面理或线理一般代表一期构造变形。它们有规律地弯曲，一般意味着新生褶皱变形面在新的构造应力场的又一次变形。

叠加后的S型褶皱

第三章褶皱的几何学分析第一节褶皱和褶皱要素第二节褶皱的描述第三节褶皱的分类第四节褶皱的组合型式第五节叠加褶皱第六节褶皱形成时代的确定第六节褶皱形成时代的确定1、角度不整合分析法褶皱的形成总是与某个时期的构造运动相联系，其时代的确定主要根据角度不整合接触进行分析。不整合时代的确定？不整合形成的时代通常相当于呈不整合接触的上下两套地层之间所缺失的那部分地层的时代。即下伏最新地层与上覆最老地层之间的时代。第一种情况：不整合面以下的一套地层均褶皱，其上的地层未褶皱，则褶皱形成时代通常可看作与角度不整合接触所代表的时代一致。第二种情况：不整合面上下两套地层均褶皱，但褶皱的形态不相同，则至少发生了两次褶皱运动。第三种情况：如果一个地区存在两个角度不整合，且两个不整合面上下地层均褶皱，并且褶皱形态也不一样，则该区至少存在三次褶皱运动。海西期东吴运动印支运动燕山运动平行不整合