褶皱的形成机制 (课件)

2021/4/91第四节褶皱的形成机制2021/4/92重点内容影响褶皱形成的基本因素；褶皱成因分类；纵弯、横弯、弯滑、湾流、剪切、柔流褶皱概念；应变特征与变形特点；第四节褶皱的形成机制2021/4/93

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。第四节褶皱的形成机制2021/4/94一、褶皱形成机制的基本类型将褶皱的形成机制分为：纵弯褶皱作用（大多数褶皱的成因）横弯褶皱作用

剪切褶皱作用

柔流褶皱作用第四节褶皱的形成机制2021/4/95（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。

第四节褶皱的形成机制2021/4/962.单层岩层的纵弯褶皱作用:(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。第四节褶皱的形成机制动画2021/4/97(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。第四节褶皱的形成机制2021/4/983.纵弯褶皱的应变分布形式与小型构造

(1)褶皱层中部有一个无应变的中和面；

(2)各层厚度保持不变；（平行褶皱）⑶应变特征：外弧拉张伸长，内弧挤压缩短，中和面无应变；⑷变形特点：应变椭球体在外侧平行层面排列，内侧垂直层面呈扇型排列；第四节褶皱的形成机制2021/4/99第四节褶皱的形成机制A.应变分布型式；2021/4/910⑸形成不同类型的小构造：①劈理:发育在外弧时，与岩层层面平行；发育在内弧时，与岩层层面垂直。②张裂:发育在外弧时，与岩层层面垂直；发育在内弧时，与岩层层面平行。③剪裂:发育在内弧、外弧时均与岩层层面斜交，并且本身以共轭形式出现。第四节褶皱的形成机制2021/4/911劈理外弧，与岩层层面平行；内弧，与岩层层面垂直第四节褶皱的形成机制2021/4/912张裂第四节褶皱的形成机制外弧与岩层层面垂直；内弧时，与岩层层面平行。2021/4/913剪裂第四节褶皱的形成机制内弧、外弧，均与层面斜交，且以共轭形式出现2021/4/914形成的小构造特点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2021/4/915

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。第四节褶皱的形成机制2021/4/916

当一套层状岩石受到顺层挤压时，层面在形成褶皱的过程中起着重要的作用，以致岩层常通过下列两种方式形成褶皱，弯滑与弯流。第四节褶皱的形成机制2021/4/917Ⅰ、弯滑褶皱作用

层间发生滑动，岩层厚度不变，脆性薄层组合，层面结合不牢（形成平行褶皱）第四节褶皱的形成机制

w弯滑褶皱作用(动画图示）2021/4/918

(1)各单层有各自的中和面,无统一中和面。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。

平行褶皱第四节褶皱的形成机制2021/4/919平行褶皱2021/4/920

(2)纵弯褶皱作用引起的层间滑动具有规律的,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。第四节褶皱的形成机制2021/4/921

(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。

枢纽第四节褶皱的形成机制弯滑褶皱中发育的层面擦痕2021/4/922

(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。

第四节褶皱的形成机制2021/4/923褶皱的层间滑动与转折端的虚脱2021/4/924虚脱形成的鞍状矿体2021/4/925

(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。第四节褶皱的形成机制2021/4/926

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。

第四节褶皱的形成机制2021/4/927从属褶皱与大型褶皱从属褶皱：大型褶皱中的次级褶皱。

1）位居大型褶皱核部的从属褶皱：呈M型

2）位居大型褶皱倒转翼的从属褶皱：呈S型

3）位居大型褶皱正常翼的从属褶皱：呈Z型

倒转褶皱及其中的从属褶皱第四节褶皱的形成机制2021/4/928

利用从属褶皱的倒向确定岩层层序正常或倒转及其背斜、向斜位置

A.岩层直立；B.岩层倾斜，层序正常；C.岩层倒转2021/4/929Ⅱ、弯流褶皱作用

层内物质发生流动，岩层厚度产生变化（核部变厚翼部变薄），柔性层（形成相似褶皱）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:第四节褶皱的形成机制动画2021/4/930

(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,从而形成相似褶皱。第四节褶皱的形成机制相似褶皱2021/4/931相似褶皱第四节褶皱的形成机制2021/4/932

(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,

仍为平行褶皱;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（相似褶皱）。第四节褶皱的形成机制2021/4/933平行褶皱与相似褶皱第四节褶皱的形成机制2021/4/934

(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,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。第四节褶皱的形成机制2021/4/935

(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。第四节褶皱的形成机制2021/4/936（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。特点：

A作用力⊥层面；

B产生顶薄褶皱；

C岩层处于拉伸状态，无中和面；第四节褶皱的形成机制2021/4/937受力状态第四节褶皱的形成机制2021/4/938横弯褶皱作用

作用力垂直于地质界面而引起的弯曲作用。

第四节褶皱的形成机制2021/4/939产生这种力的原因

地壳的差异升降运动岩浆的上拱作用膏盐层的“底辟”作用同沉积褶皱作用2021/4/9402．作用方式：⑴底劈作用（岩浆上升，盐丘顶刺）第四节褶皱的形成机制2021/4/941底劈作用第四节褶皱的形成机制2021/4/942产生底辟构造的原因（１）上覆岩层的厚度不等，重压不等（２）盐层表面形态起伏不平（３）水平挤压造成的局部上拱应力，甚至地幔局部上拱，等

2021/4/943⑵同沉积褶皱（边沉积边隆起）第四节褶皱的形成机制显然－地理形态起着重要作用隆起前沉积隆起时沉积停止隆起后沉积2021/4/944同沉积褶皱

1.边沉积边形成的褶皱

2.褶皱上平，两翼逐渐变陡，开阔褶皱

3.顶薄，两翼增厚，向斜核部厚度最大

4.顶部颗粒粗，两翼颗粒细

背顶－浅水－粗物质向心－深水－细物质

5.两翼常有同沉积滑塌构造、滑塌褶皱第四节褶皱的形成机制2021/4/945

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节褶皱的形成机制2021/4/946第四节褶皱的形成机制2021/4/947（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。第四节褶皱的形成机制2021/4/948剪切褶皱作用

与地质界面斜交的剪切力偶作用引起的弯曲。

2021/4/9492.剪切褶皱作用的主要特点:⑴剪切面是无应变面⑵剪切面平行与褶皱轴面⑶平行轴面岩层厚度变形前后不变（相似褶皱）⑷在褶皱中无中和面⑸轴面两侧的相对剪切方向相反第四节褶皱的形成机制2021/4/950第四节褶皱的形成机制岩层面滑动面2021/4/951第四节褶皱的形成机制滑动面岩层面变质岩中的剪切褶皱2021/4/952

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。第四节褶皱的形成机制2021/4/953（四）柔流褶皱作用

是一种固态流变条件下的褶皱作用．发生在具有高韧性和低粘度的岩石中。如：岩盐、石膏、或煤层等褶皱形态：十分复杂第四节褶皱的形成机制2021/4/954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。第四节褶皱的形成机制2021/4/955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。第四节褶皱的形成机制褶皱石香肠（新疆卡拉库力湖）2021/4/956

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。第四节褶皱的形成机制2021/4/957（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。第四节褶皱的形成机制2021/4/958膝褶第四节褶皱的形成机制2021/4/959二、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。第四节褶皱的形成机制2021/4/960

压扁与层的弯曲存在此消彼长的关系，强烈的压扁作用，可形成无根钩状褶皱第四节褶皱的形成机制2021/4/961压扁作用第四节褶皱的形成机制A.压扁前；B.被压扁；C.经强烈压扁后；S1.片理或流劈理；f.无根钩状褶皱

2021/4/962压扁作用的结果⑴压扁作用越强烈,应变椭球越扁,整个褶皱就越紧闭。⑵翼部变薄,转折端岩层变厚,褶皱由平行褶皱向相似褶皱发展。⑶鲕粒、砾石以及具对称要素的化石发生变形。⑷褶皱翼部，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；韧性岩层褶皱，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；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。第四节褶皱的形成机制2021/4/963

⑸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。第四节褶皱的形成机制2021/4/964

⑹强层岩层则形成一系列小褶皱以适应压在厚层韧性岩层(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,而翼间的薄缩;2021/4/965

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。2021/4/966三、影响褶皱形成的主要因素1.层理在褶皱形成中的作用:

层理或成层构造是岩石产生褶皱的一个必要条件。无层理构造的岩体(例如岩浆岩体)在受力变形时,形成断裂构造。

2.岩层厚度对褶皱形成的影响:

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