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1、 第八章 褶皱 folds 的几何分析 参考书目 构造地质学 第八章 概述 褶皱 folds 是在应力作用下岩石中原来近于平直的各种面 如层面 各种面理面等的弯曲而显示出来的变形现象 它反映了岩石的塑性变形和连续变形 是地壳构造中最常见的地质现象 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 伊朗Dubinovka地区 来源于GoogleEarth http serc carleton edu NAGTWorkshops structure google earth mapping locations html 第一节褶
2、皱和褶皱要素 褶皱的基本类型 按照基本形态分为背形 antiform 和向形 synform 背形指褶皱面上凸式弯曲 向形指褶皱面下凹式弯曲 按照形态和地层新老关系分为背斜 anticline 和向斜 syncline 背斜是核部由老地层 翼部由新地层组成的褶皱 向斜是核部由新地层 翼部由老地层组成的褶皱 背形 向形 褶皱的基本类型 背斜和向斜在平面上和剖面上的图示 天然大型褶皱景观 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 limb 指褶皱核部两侧的地层 简称翼
3、核部 翼 翼 褶皱要素 3 枢纽 foldaxis 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 axialsurface 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 轴面是一个假想的面 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 核 翼 翼 轴面 岩层面 枢纽 轴面 5 轴迹 axialtrace 褶皱轴面与地面或其它任何面的交线 6 转折端 hingezone 褶皱一翼向另一翼过渡的弯曲部分 核部 翼 翼 轴迹 轴面 7 脊 脊线 背斜或背形
4、的同一褶皱面的各横剖面上的最高点称为脊 它们的连线称为脊线 8 槽 槽线 向斜或向形的同一褶皱面的各横剖面上的最低点称为槽 它们的连线称为槽线 9 翼间角 interlimbangle 正交剖面上两翼间的夹角 10 拐点 inflectionpoint 相邻的背形和向形共用翼的褶皱面相反凸向的转折点 如果翼平直 则取其中点作为拐点 第二节褶皱形态描述 直立剖面 水平剖面 正交剖面 垂直枢纽方向 不同方向剖面的褶皱形态 正交剖面上褶皱的形态 褶皱转折端形态 尖棱褶皱 箱状褶皱 挠曲 圆弧褶皱 圆弧褶皱 转折端呈圆弧形弯曲的褶皱 尖棱褶皱 转折端为尖顶状 常由平直的两翼相交而成 挠曲 平缓岩层中
5、一段岩层突然变陡而表现出褶皱面的膝状弯曲 箱状褶皱 转折端宽阔平直 两翼产状较陡 形如箱状 翼间角平缓褶皱开阔褶皱中常褶皱紧闭褶皱等斜褶皱 轴面产状 褶皱的对称性 对称褶皱 轴面与褶皱包络面垂直 两翼长度基本相等 不对称褶皱 轴面与褶皱包络面斜交 两翼长度不相等 对于背斜 左翼从属褶皱是右行倒向或顺时针倒向 从属褶皱为Z型 右翼从属褶皱为左行倒向或逆时针倒向 从属褶皱为S型 褶皱转折端处的从属褶皱是对称的M或W型 平行褶皱枢纽方向褶皱的形态 枢纽的产状 当枢纽倾伏角近于水平 0 5 称水平褶皱 如果枢纽是倾斜的 5 85 称倾伏褶皱 如果枢纽直立 85 90 称倾竖褶皱 褶轴 圆柱状褶皱 转折
6、端浑圆的褶皱面 可以看作一条直线通过自身平行移动而构成的一个曲面 这种褶皱被称为圆柱状褶皱 该线称为褶轴 非圆柱状褶皱 凡不具以上特征的均称为非圆柱状褶皱 褶轴的平面轮廓 等轴褶皱 褶皱的长宽比小于3 1 短轴褶皱 褶皱的长宽比近于3 1 10 1 线状褶皱 褶皱的长宽比大于10 1 穹隆和构造盆地 褶皱的大小 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 中间线与枢
7、纽点之间的距离 A 褶皱的大小 对称 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一致 第三节褶皱的分类 褶皱位态分类简表 褶轴的位态分类 直立水平褶皱 直立倾伏褶皱 斜歪水平褶皱 平卧褶皱 倾竖褶皱 褶皱的形态分类 1 根据组成褶皱的各褶皱层的厚度变化和几何关系的分类平行褶皱相似褶皱顶薄褶皱底辟构造 平行褶皱 褶皱面作平行弯曲 同一褶皱层的厚度在褶皱各部分一致 又称等厚褶皱 弯曲的各层具有一个曲率中心 又称同心褶皱 向外弧方向曲率变小 褶皱逐渐变平缓 褶皱趋于消失 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 相似褶皱 褶皱中各岩层弯曲的形态相似 各岩层的曲率基本不变 褶皱没
8、有共同的曲率中心 同一岩层的真厚度在翼部变薄 在转折端变厚 顶厚褶皱 在平行褶皱轴面量度的岩层厚度在褶皱各部位大致相等 顶薄褶皱 褶皱核部同一褶皱层的真厚度小于翼部岩层厚度的褶皱 组成褶皱的各褶皱面弯曲的曲率自上而下逐渐增大 根据各褶皱面弯曲的形态是否协调一致 是否有突变现象 可分为 协调褶皱 各褶皱面弯曲形态协调一致 其间没有明显的突变现象的褶皱 如平行褶皱和相似褶皱 不协调褶皱 各褶皱面弯曲的形态彼此明显不同 无几何规律 各层的褶皱型式常出现突变的褶皱 盐丘构造 兰姆塞的褶皱形态分类 兰姆赛 Ramsay 的褶皱形态分类根据褶皱层的等斜线型式和厚度变化参数所反映的相邻褶皱曲率关系 可分为三
9、类五型 等斜线是褶皱正交剖面上 层的上 下界面的相同倾斜点的连线 其做法是 在正交剖面上 画出各褶皱层的形态 并准确画出轴迹或实地水平线 以标出的水平线或轴迹的垂直线为基线 按一定角度间隔画出两相邻褶皱面的切线 用直线将上 下层面等倾角的切点连接 即为等斜线 I类 等斜线向内弧收敛 内弧曲率总是大于外弧曲率 外弧倾斜度总小于内弧倾斜度 根据等斜线收敛程度 又可分为 IA型 等斜线向内弧强烈收敛 各线长短差别极大 内弧曲率远大于外弧曲率 是典型的顶薄褶皱 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 褶皱层真厚度不变 内弧曲率大于外弧曲率 是典型的平行褶轴 IC型 等斜线向内弧轻微
10、收敛 转折端等斜线比两翼附近略长 反映两翼厚度有变薄的趋势 内弧曲率略大于外弧曲率 是平行褶皱向相似褶皱过渡的类型 IA型 IB型 IC型 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 是典型的相似褶皱 III类 等斜线向外弧收敛向内弧撒开 呈倒扇状 外弧曲率大于内弧曲率 是典型的顶厚褶皱 II类 III类 第四节褶皱的组合型式 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 阿尔卑斯式褶皱 又称全形褶皱 其基本特点是 一系列线状褶皱呈带状分布 所有褶皱的走向基本上与构造带的延伸方向一致 整个带内的背斜和向斜连续分布 基本同等发育 不同
11、级别的褶皱往往组合成巨大的复背斜和复向斜 构成扇形或倒扇形 侏罗山式褶皱 又称过渡型褶皱 代表性构造是隔档式和隔槽式褶皱 隔档式褶皱 由一系列平行褶皱组成 特点是背斜紧闭 发育完整 背斜之间的向斜平缓开阔 隔槽式褶皱 向斜紧闭发育完整 向斜之间的背斜平缓开阔 呈箱状 日尔曼式褶皱 又称断续褶皱 一般发育于构造变形十分轻微的地台盖层中 以卵圆形穹隆 拉长的短轴背斜为主 褶皱翼部倾角很小 近于水平 第五节叠加褶皱 叠加褶皱又称重褶皱 指已经褶皱的岩层再次弯曲而形成的褶皱 它的形成可以是两个或两个以上构造旋回中的褶皱变形叠加形成 也可以是同一构造旋回不同构造幕的褶皱变形的叠加结果 反映了多期变形 叠加褶皱的三种基本型式 A 两期都是直立水平褶皱 枢纽呈大角度相交或直交的横跨叠加模式 其形态是一系列穹盆相间的构造 B 早期是紧闭或等斜的斜歪或平卧褶皱 与晚期直立水平褶皱以大角度相交或直交的横跨叠加模式 所得形态是复杂的蘑菇形 新月形 C 早期是等斜至平卧褶皱与晚期直立水平褶皱 两期褶皱枢纽近于平行的共轴叠加模式 其形态呈双重转折或钩状闭合
