构造地质学理论与技术：构造分析-褶皱

构造地质学理论与技术(2)

-构造分析

褶皱成因分析与褶皱研究相关问题褶皱成因分析(纵弯褶皱作用）主波长理论及应用接触应变带中和面褶皱作用压扁作用纵弯褶皱中发育的劈理型式褶皱构造的观察与研究岩层受力后，将发生弯曲；但是，有两个力来阻止它发生弯曲： 刚性层自身的内聚力；较大波长、较小波幅 围限介质的阻力：较小波长与波幅两个阻力限定褶皱波长向不同方向发展主波长理论（1）主波长理论主波长：岩层将按照最小功原理，达到1）做功最小；2）抵消二者的阻抗，而发生弯曲。此时所形成的褶皱的波长称为主波长（Wi）。岩层最易形成这种褶皱。（初始波长）d褶皱主波长与所受作用力大小没有直接关系；褶皱主波长与褶皱层的原始厚度d成正比；d褶皱主波长与强弱岩层的粘度比的立方根成正比d（2）单层主波长与粘度比的关系粘度比值>50（能干性差别大）初期：t1时期：强硬层失稳、弯曲； 褶皱波长/厚度比（Wi/d)大； 强硬层的顺层均匀缩短忽略不计（ė）；

Wa≈Wi；

褶皱扩幅速率（A）大；中期：压扁； 褶皱扩幅速率降低，两翼旋转；后期：进一步压扁； 两翼旋转角度大于90°； 肠状褶皱。

粘度比值<10（能干性差别小）初期：强硬岩层褶皱波长小； 褶皱的扩幅速率小； 能干性与非能干性层同时加厚（能干性差越小，缩短越 显著、褶皱越不显；能干性相等时，只有缩短）。中期：厚度加大、褶皱显著 初始仍保持等厚、平行褶皱；波长/厚度比小—尖圆褶皱；后期：进一步压扁； 垂直于褶皱轴面发生压扁；

Ic型褶皱；晚期：Ｗａ先减小后增大。单层褶皱的波长:能干层的观念肠状褶皱窗棂构造尖－圆褶皱μ1>μ2>……>μ52接触应变带影响因素：岩层能干性；相邻能干岩层间距。接触应变带：能干层弯曲／影响非能干层a－均匀加厚；b－弯曲C－Ｉa型d－Ｉc型或III型e－无应变接触应变带宽度=初始波长ａｂｃed强硬层间距对褶皱形态的影响>主波长半长度：无影响（B）(不协调褶皱）<主波长半长度：相互干涉强硬层粘度相近、厚度相同

-协调褶皱（C）；强硬层粘度不同、厚度不同

-复式协调褶皱（D）强硬层间距对褶皱形态的影响<主波长半长度：相互干涉强硬层厚度、粘度相同(6种情况，Ramsay,1987)能干/非能干层粘度差（

1/2）能干/非能干层厚度比（n=d2/d1)1)1/2

低而n比较高时：强硬岩层间距大于接触应变带宽度；顺层缩短应变速率大，褶皱扩幅速率小——尖圆褶皱-窗棱构造Wa=Wi（1+e），其中e<0··强硬层间距对褶皱形态的影响<主波长半长度：相互干涉强硬层粘度相同能干/非能干层粘度差（

1/2）能干/非能干层厚度比（n=d2/d1)2)1/2

低而n变小时（中等）：相邻强硬层的接触应变带重叠，其褶皱相互影响，形成明显的褶皱(a)；进一步压扁，褶皱两翼变薄而转折端加厚（属于压扁的平行褶皱）；软弱层甚至可以尖灭，在强硬岩层的褶皱转折端集中（b）。强硬层间距对褶皱形态的影响<主波长半长度：相互干涉强硬层粘度相同能干/非能干层粘度差（

1/2）能干/非能干层厚度比（n=d2/d1)3）1/2

低而n很小时：强硬层接近，岩层强烈压扁为主，无显著的褶皱。强硬层间距对褶皱形态的影响<主波长半长度：相互干涉强硬层粘度相同能干/非能干层粘度差（

1/2）能干/非能干层厚度比（n=d2/d1)4）1/2

高，n大：褶皱扩幅速率大而顺层缩短率小；褶皱迅速发育Wa与Wi相近；形成协调褶皱。进一步的压扁强硬层形成Ic型褶皱；而软弱层形成II型或III型褶皱。强硬层间距对褶皱形态的影响<主波长半长度：相互干涉强硬层粘度相同能干/非能干层粘度差（

1/2）能干/非能干层厚度比（n=d2/d1)5）1/2

高，n变小：软弱层很薄；褶皱具有协调性、强硬岩层厚度不变；强硬层发育尖棱状褶皱。转折端变形强烈，翼部平直；进一步压扁，转折端软弱层加厚。强硬层间距对褶皱形态的影响<主波长半长度：相互干涉强硬层粘度相同能干/非能干层粘度差（

1/2）能干/非能干层厚度比（n=d2/d1)6）1/2

高，n很小：几乎无软弱层。强硬的薄层间有少许润滑层。不形成初始特征的波长，而形成许多膝折构造。进一步演化形成尖棱褶皱及转折端的虚脱现象。3单层纵弯褶皱作用的中和面褶皱作用两种弯曲方式：中和面褶皱作用由于层的切向长度变化形成的弯曲，类似于梁的弯曲，具有一个无应变面。顺层剪切作用弯滑褶皱作用弯流褶皱作用（1）中和面褶皱作用应变分析与小型构造单层岩石的纵弯褶皱作用-中和面褶皱作用：强硬层弯曲由于岩层切向长度变化而导致的岩层弯曲，层的中部有一个无应变面。

1）平面应变：岩层平行褶皱轴（枢纽）旋转2）平行褶皱（Ib型)：岩层厚度不变3）切向线应变（内弧压缩与外弧伸长）与中和面伴生构造岩石韧性很小时形成张裂。岩石韧性中等时，形成剪裂岩石韧性大时，形成劈理伴生构造中和面褶皱与节理随中和面迁移的构造交切关系中和面褶皱与线理4压扁作用褶皱前的压扁作用：顺层加厚，应变椭球体长轴垂直于层面；并直接影响着褶皱作用后岩石内部的应变型式弯流褶皱作用的应变具有压扁作用时弯流作用的应变型式(1)对应变分布的影响（中和面消失，全部变为压扁）(2)布丁化和无根钩褶皱（3）广泛发育轴面劈理（4）

翼部与转折端表现差异5纵弯褶皱中发育的劈理型式1高韧性差的岩层组合2韧性差低和平均韧性大的岩层组合强硬岩层：以中和面褶皱作用为主，形成Ib型褶皱；进一步挤压造成褶皱层的弯曲，强烈压扁也可以形成Ic型褶皱。软弱岩层：接触应变带以外的，形成平行于褶皱轴面的劈理；接触应变带内形成特殊的应变组合型式。强烈压扁使得内侧岩层形成束状劈理组合。接触应变带与无应变三角区外侧：顺层劈理或张节理内侧：正扇形劈理或强烈压扁后形成正扇形劈理强硬层无应变中心点接触应变带与无应变三角区强硬岩层：顺层缩短与加厚为主，初期褶皱微弱常常形成直立劈理带。后期强硬层弯曲程度加大，强硬层形成正扇形劈理，软弱层内形成反扇形劈理。二者间形成显著的劈理折射。一般情况下，强硬层与软弱层相间时，强硬层形成Ib或者Ic型褶皱，伴有正扇形劈理发育（或沿其发育的张裂脉）；软弱层发育Ic型-III型褶皱，伴有反扇形劈理。二者韧性差大、平均韧性大或压扁程度大时，形成近平行轴面的劈理。利用劈理与层理之间的倾角变化判断正常与倒转6褶皱构造的观察与研究基本任务是：野外观察和填图，结合各种地质勘探（物化探、山地工程）等手段，航、卫片解释等研究，查明褶皱的形态；产状；组合分布特点；形成机制和形成时代；为研究区域地质构造特征，褶皱与矿产及水文、工程地质、环境地质等提供基础资料和依据。1）褶皱形态的研究

了解区域构造总轮廓：小比例尺地质图，航卫、片解释分析，或在露头良好的地区横穿几条路线观察。查明地层层序和追索标志层1）褶皱形态的研究

根据褶皱各部位地层产状确定褶皱几何形态①轴面和枢纽产状的确定②根据同一层位在不同高度的岩层倾角变化规律，结合岩层厚度的变化，分析几何形态，是否为平行褶皱还是相似褶皱、顶厚褶皱等。③转折端处岩层产状的研究，此处层序始终是正常的。1）褶皱形态的研究

观察褶皱出露形态及其平面图像

平面图上褶皱岩层露头线，最大弯曲点的连线与枢纽的产状关系。地面起伏不大，较平坦，轴面近直立，枢纽平缓者，其转折端连线，近乎褶皱的枢纽，其方向大致反映了枢纽的倾伏方向。斜歪倾伏褶皱（Ⅵ），尤其斜卧褶皱（Ⅶ）形态复杂的褶皱，或地形复杂起伏较大，其连线就不一致了。前者连线与枢纽平行，但位置不同；后者连线与枢纽既不平行，位置也不一样。1）褶皱形态的研究

绘制褶皱剖面图和横截面图褶皱是个复杂的立体形态地质体，一般通过地质图和剖面图来表示其空间关系。剖面图：横剖面图（铅直剖面图）；横截面图（或正交剖面图）。正交剖面图，指与褶皱枢纽垂直的剖面图，即枢纽为剖面的法线。当褶皱枢纽倾伏时，需要作正交剖面图来反映其形态。如枢纽的产状是变化的，要分区段来绘制正交剖面。2）褶皱形态的深部变化的研究可从以下几方面入手解决：峡谷深沟的陡崖上，直接观察测量不同高程上的褶皱变化。从褶皱的地表形态特征推断向下延伸的变化。系统测量岩层的产状，了解褶皱的几何形态，研究各层所表现的力学性质；系统测量厚度变化，了解变形的特点，从而推断褶皱各岩层所表现出的深部变化规律。如地表为顶薄褶皱，平行褶皱，顶厚褶皱，相似褶皱等，则向下向深部变化的情景不一样。利用物探和钻探方法所取得的资料来确定褶皱深部形态的特点和变化3）褶皱内部的小构造研究与主褶皱有成因联系的次级小褶皱（从属小褶皱），可以反映大褶皱的形态和产状（系统统计测量其轴面、纽枢产状）。此外，还可利用小