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1、第八章 构造地质学野外基本工作方法第三节褶皱的野外观察与研究在野外地质调查或填图过程中，对褶皱这一最基本的构造形迹进行观察与研究，是揭示某一地区的地质构造及其形成和发展的基础，故通常被野外地质工作者所注重。一、常用分类方案可从不同角度对褶皱构造进行分类，现择其常见者概述如下。1褶皱位态分类褶皱空间位态主要取决于轴面和枢纽的产状，根据轴面倾角和枢纽倾伏角将褶皱分成七种类型。褶皱位态分类简表主要根据各褶皱形态的相互关系和厚度变化进行分类。（1）根据各褶皱层的厚度变化分类：平行褶皱主要特征是：褶皱面作平行弯曲；同一褶皱层的真厚度在褶皱各部位一致；弯曲各层具同一曲率中心；向下消失于滑脱面上。相似褶皱主
2、要特征为：褶皱面作相似弯曲；各面曲率相同，但无共同的曲率中心；两翼变薄而转折端加厚；平行轴面量出的视厚度在褶皱各部位相同；褶皱形态随深度的变化保持一致。（2）兰姆赛的褶皱形态分类。兰姆赛（Ramsay，1967）根据褶皱横截面上褶皱层厚度变化和等斜线的形式将褶皱分为 3 类 5 型，目前已被广泛采用。型褶皱等斜线均向内弧收敛，内弧曲率大于外弧曲率。再根据厚度变化细分为三个亚型。A型褶皱褶皱层的厚度在转折端部分比翼部小，可称顶薄褶皱。B型褶皱褶皱层的厚度在各部分相等，是理想的平行褶皱。C型褶皱转折端的厚度比翼部的略大，是平行褶皱和相似褶皱的过渡类型。型褶皱等斜线相互平行，内弧和外弧的曲率相同，为
3、典型的相似褶皱。型褶皱等斜线向外弧收敛，外弧曲率大于内弧曲率，为典型的顶厚褶皱。3其他分类方案为便于对褶皱描述，可根据褶皱两翼之间的夹角（翼间角）大小，将褶皱描述为平缓（180 120）、开阔（12070）、中常（7030）、紧闭（305）、等斜（50）几种类型；还可以根据褶皱转折端的形态将褶皱描述为圆弧（滑）、尖棱、箱状褶皱和扰曲等。70二、褶皱观察内容野外对褶皱研究首先是几何学的观察，目的在于查明褶皱的空间形态、展布方向、内部结构及各个要素之间的相互关系，建立褶皱的构造样式，进而推断其形成环境和可能的形成机制。其观察研究要点可概括为以下几个方面。1褶皱识别空间上地层的对称重复是确定褶皱的基
4、本方法。多数情况下，在一定区域内应选择和确定标志层，并对其进行追索，以确定剖面上是否存在转折端，平面上是否存在倾伏端或扬起端。在变质岩发育且构造变形较强地区，要注意对沉积岩的原生沉积构造进行研究，以判定是正常层位或倒转层位；利用同一构造期次形成的小构造对高一级构造进行研究恢复。2褶皱位态观测从上述褶皱分类方案可以看出，褶皱位态需要轴面和枢纽两个要素确定。对于直线状枢纽或平面状轴面，只需测量其中一个要素就可以确定褶皱的方位，但不能确定其位态，因为具有相同枢纽方位的褶皱具不同的位态，轴面可以是曲面，枢纽也可以是曲线。实际工作中，露头上可见的褶皱全部暴露时，可用罗盘直接度量其枢纽的倾伏向、倾伏角和轴
5、面的倾向、倾角（获取轴面产状应借助轴面劈理且要慎重）。若枢纽、轴面为曲线（曲面），则必须测量若干代表性区段的产状来说明二者的变化。当褶皱没有完全剥露时，只要能测量出褶轴（或枢纽）、轴迹、轴面三个要素中任何两个要素，就可用赤平投影方法求出另一个的数据；对大型褶皱的轴面和枢纽则需要用或图解求导。3褶皱剖面形态褶皱形态一般是在正交剖面上进行观察和描述。由于露头面不规则和褶皱本身形态、位态等方面的复杂性而使褶皱轮廓可能呈现出一个多解的画面（畸变面）。故观察视线应与枢纽保持一致，沿其倾伏下视进行。只有对不同位置、不同方向出露的形象进行综合分析才能得出褶皱的真实形态。对褶皱横剖面形态的研究应侧重于枢纽、轴
6、面、转折端形态、翼间角、轴面、包络面以及波长和波幅等褶皱要素、参数的观察、测量和描述。根据情况可自行设计表格，将上述诸项信息存集备用。4褶皱样式对褶皱研究，不仅着眼于其形态、位态，还必须研究它们的样式。F.J.特纳和L.E.韦斯（1963）将褶皱样式分为10 种类型，其依据可概括为：（1）褶皱层的平行性或相似性。（2）褶皱的不连续性及不协调性。（3）褶皱的紧闭性和翼间夹角大小。（4）褶皱的对称性。（5）成双的共轭褶皱等特征。褶皱样式有许多是取决于两个褶皱面之间的单层横截面的形态，上述兰姆赛的分类可视为表达褶皱基本样式的方案之一。为研究褶皱样式，必须取得岩层倾角和相关的厚度等原始数据资料。这些资
7、料可以从顺枢纽方向的有关图件上、露头或手标本上、素描图上或相当于正交剖面上进行收集。在野外工作中，如果褶皱出露良好，且断面相当于正交剖面，全部工作可以直接在露头上操作。根据一定间隔测量有关厚度的参数，分别编制厚度变化曲线图，并与相关图示的标准线进行比较，即可确定褶皱的形态类型或样式。影响褶皱样式还有另外一些因素，如卷入褶皱的岩石类型、组成褶皱岩层的能干性的差异等。在相同变形条件下，弱岩层易发生塑性流变，因此，褶皱样式随岩层能干性而发生变化。若强弱岩层相间，一般情况下板岩可能形成尖棱状褶皱，而砂岩则可能形成圆弧状褶皱，二者组合为尖圆褶皱样式；如果两强硬层间距很大，其间弱岩层形成独立小褶皱，则构成
8、不协调褶皱；若间距很小，两强岩层一并弯曲变形而形成协调褶皱。这些构造类型在实习区八角寨、孤山口、拴马庄等区段均有发育。5褶皱的伴生构造在褶皱形成过程中，不同部位的局部变形环境可有差异。褶皱层的某段可以伸长或缩短，而有些部分则无任何应变。因此，褶皱不同部位形成不同类型的派生、伴生小构造可与主褶皱保持一定的几何关系，各自从一个侧面反映出主褶皱的基本特征。借助这些从属构造阐明大褶皱的几何特征，分析褶皱形成机制及发育过程是野外地质工作中常采用的手段之一。（1）褶皱两翼的小构造。层间擦痕（线）的观察与测量可用以判断相邻岩层相对位移方向和主褶皱转折端位置以及类型（水平褶皱、倾伏褶皱、A 型褶皱、B 型褶皱
9、等）。对翼部从属褶皱观察与测量，可据其不对称类型（S 或Z 形）、倾伏方向来确定它们处于大褶皱的位置并进一步恢复大褶皱总体形态。（2）褶皱转折端的小构造。观察节理和小断层的类型、特征，鉴别其力学性质，测量其产状要素，利用它们的组合系统和方位分析转折端的应力、应变状态；对从属褶皱类型（M 或W 形）及其随剖面深度的变化状况，也是研究内容之一；在这些资料的基础上再结合地层时代关系确定褶皱性质（背斜、向斜）。另外，还应认真观察转折端的虚脱现象及被岩浆、矿液充填的情况。6叠加褶皱的野外研究（1）叠加褶皱的识别准则。露头上直接观察小褶皱重褶与否，是判断叠加褶皱的最可靠标志。当早、晚两期褶皱要素不平行时，
10、露头或填图尺度（大、中比例尺者尤为明显）可呈现一系列封闭状的各种图案，如“蘑菇形”、“新月形”等，实习区萝卜顶、二亩岗叠加褶皱区段即为典型实例；其次是陡倾或倾竖褶皱的广泛发育。可将叠加褶皱的识别准则具体概括若干点以便实践操作：早期褶皱的轴面、变形面、枢纽等构造要素在后期褶皱作用中发生明显的变形和变位；晚期面理、线理等新生构造要素的出现；眼球状等封闭褶皱构造的出现；原生示顶构造与褶皱伴生构造指向矛盾；重褶现象及双重褶皱要素存在；两组不同类型和不同方位的面理或线理有规律的交切；与同期褶皱规律不相符合的反常小褶皱出现。（2）判断重褶露头所处区域叠加褶皱的部位。应用兰姆赛的三类五型基本型式、层理和劈（
11、片）理关系及小型褶皱特征很容易判别其所处区域构造的部位。如在露头上看到小褶皱重褶，则这个露头可能处于早期褶皱的转折端；若在露头上看到S0S1S2，这个露头一般归属叠加褶皱的翼部；若看到S2和S1呈直交，这个露头可视为后期褶皱转折端部位。（3）叠加褶皱型式判断。根据褶皱的构造要素，主要是两期叠加褶皱的轴面和枢纽的叠加关系可划分叠加褶皱的型式。（4）叠加褶皱观测要点及图面表达方式。叠加褶皱在三度空间上的形态和位态；不同期次的面理和线理的测量统计及分析；建立褶皱形成序列；叠加褶皱的表达方式可分为剖面表达在剖面的上方或地下深处用虚线示出重褶图形，剖面本身仍按常规画出岩性花纹及晚期面理；构造纲要图表达在
12、图面上用不同的符号、线条示出各期褶皱轴迹，在晚期褶皱轴迹通过处，较早形成的地质体如岩脉、地质界线、早期断层或剪切带等也应协调变化。7观察研究褶皱的一般程序在地质调查过程中若发现露头良好的褶皱正交剖面时，应做如下观察、描述、测量和记录。（1）定观察点和制图，记录褶皱的地理位置和所处的大褶皱部位。（2）褶皱发育状况及相关地质概况：褶皱核部和两翼的地层及岩性；褶皱两翼、枢纽和轴面等要素的产状；褶皱对称性；褶皱在强层和弱层中发育的差异性；褶皱伴生组合要素及各自表现特征；尽可能实地收集不同部位岩层厚度及其变化等原始资料并在正交剖面上拍照。（3）根据收集的数据、资料和信息对褶皱形态、位态、样式等初步进行几
13、何学分析；经综合归纳和深入研究后再对其成因机制和运动学进行解释。8区域大型或叠加褶皱的厘定对露头尺度上的褶皱构造详细观察、测量、描述和分析，旨在进一步于大尺度上厘定或在地质图上圈定大型褶皱或叠加褶皱的构造轮廓和型式，重建变形演化历史。为此，应对下述相关构造准则给予关注并充分利用。（1）地层变新方向。用于褶皱构造分析的地层学方法是，应按正确的地层顺序鉴别出某一地区内各岩组的层序，据其现存布局确定总的构造特征。如利用原生构造确定地层的变新方向或鉴定地层的正常与倒转。利用次生构造确定地层变新方向或正常与倒转也很有效。尤其利用轴面劈理判别地层变新方向已成为野外工作时一种必须掌握的方法和手段。雷斯（Le
14、ith，1905）法则指出，劈理（S1）与层理（S0）同方向倾斜，若S1S0，为正常层序，而S1（2）构造面向。指在轴面上垂直于褶轴并指向较新岩层的方向，若构造面向方向指向上，称上向构造或表述为正面朝上；面向指向下，称下向构造或表述为正面朝下；构造面向方向倾伏角小于30，则称侧向面向。地层变新方向或正面向上、正面向下只解决地层的局部正倒问题，而构造面向则是在区域上研究地层的变新方向。在实际工作中，先利用原生构造或次生构造确定地层的变新方向，然后在轴面上确定构造面向。一般认为，如果只有一期褶皱作用，褶皱有一致的构造面向；如果大区域是下向构造，一般存在有大型倒转褶皱或推覆构造；如果在同一褶皱中沿其
15、轴面上向构造和下向构造均有发育，无论有无双重转折端出现仍能厘定有叠加褶皱存在；若有两期褶皱叠加，则应在晚期轴面上确定构造面向，不同构造面向的分界面，就是早期褶皱的轴面位置。（3）构造降向。构造降向包括褶皱降向和劈理降向。野外工作中前者易于识别且便于操作，故先予简单介绍。所谓褶皱降向是指在褶皱横剖面所在的平面中，旋转的上部分量所指的水平方向。地形线在S 上的构造面向利用大褶皱翼部从属褶皱的降向可以确定其转折端之所在，即在一个剖面上从属小褶皱降向发生改变了，说明可能存在大型背斜或向斜。实际上，褶皱降向（vergence）与S 形、Z降向旋转上部分量垂直褶轴平面形不对称型和M 形、W 形对称型小褶皱组合样式可以结合起来研究。顺沿枢纽倾伏方向观察，不对称型者从长翼到短翼的变化，即小褶皱轴面倒向短翼方向这种现象在有的文献中称之为褶皱倒向（vergence ，与褶皱降向为同一词）：S 形为左行或逆时针倒向；Z 形为右行或顺时针倒向。如果在大一级褶皱转折端发现M形或W 形对称型小褶皱时，可据S、Z、M、W 各形在不同部位的组合特征以及褶皱倒向或（和）褶皱降向的相关指示规律等相互佐证以求准确恢复大型褶皱是背斜还是向斜，如图8-13 所示。仅从该图判读可以看出，其褶皱降向相背是向斜，相向则是背斜。在多期褶皱变形地区，还可用上述综合标志来确定不同世代大褶皱转折端的位置，只不过判断要素复杂些。劈理降
