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1、第九讲 褶皱的几何学分析(二),一、几种典型褶皱的基本几何特征,平行褶皱等厚，具同一曲率中心相似褶皱不等厚，无共同曲率中心协调褶皱不协调褶皱,平行褶皱,相似褶皱,平行褶皱与相似褶皱之对比,平行褶皱,相似褶皱,平行褶皱和相似褶皱的对比简表,1.2 协调褶皱和不协调褶皱各褶皱层之间褶皱面形态变化规律,协调褶皱,不协调褶皱,底辟构造 是典型的不协调褶皱，由三部分构成： 底辟核 核上构造 核下构造,二、褶皱的组合型式,阿尔卑斯式褶皱又称全型褶皱。其特点是：一系列线状褶皱，带状展布， 走向基本一致复式褶皱花边褶皱,侏罗山式褶皱又称过度型褶皱其代表性构造：隔档式褶皱隔槽式褶皱,复式褶皱,侏罗山式褶皱,侏罗
2、山式褶皱在剖面上的形态,隔档隔槽式褶皱,雁列式褶皱-平面表示,褶皱在平面上的表现,褶皱在平面上的表示自然剖面 图切剖面,贵州乌江电站某处小褶皱,叠加褶皱,叠加褶皱,背形背斜,背形向斜,早期褶皱轴迹,构造面向,构造面向,叠加褶皱试问谁能回答：褶皱在哪里？怎么叠加的？,叠加褶皱,叠加褶皱的几种干涉图案 穹盆相间构造 新月形构造 蘑菇形构造,穹-盆相间构造垂直轴叠加,穹盆相间构造,新月形构造共轴叠加,新月形构造,蘑菇形构造,同斜褶皱的叠加,蘑菇形构造,四、褶皱的形成时间的确定,D,C,F,（断层带）,根据被卷入褶皱及改造褶皱的岩石体的年龄来确定褶皱的形成时间,P,构造置换作用构造置换作用是指地质体中
3、先存的一种构造形迹在后期变形或递进变形过程中被后期另一种或另一个世代的构造形迹所代替或改造的作用和过程。,原始层理,新生劈理,近乎彻底的构造置换,彻底的构造置换,第 十 讲 褶皱作用(一) （褶皱的成因分析）,复习与提示（流变学）,弹性脆性；塑性韧性 各向同性；各向异性 韧性差；粘度差；应力差能干层强硬层低塑性层 粘度大 非能干层软弱层高塑性层粘度小岩盐粘度 一般岩石粘度；沥青粘度 灰岩粘度,一、褶皱作用的基本概念及其类型褶皱的形成方式与其受力状态、变形环境及岩层的变形行为密切相关。 从褶皱过程中岩层的变形行为来看，可把褶皱分为主动褶皱和被动褶皱两类。,当各岩层的力学性质和层理积极地控制着褶皱
4、的发育时，这种褶皱称为主动褶皱。,主动褶皱中浅构造层次(km ),当各层岩石间的韧性差很小，层理在褶皱变形中不再具有力学上的不均一性，而只是被动地作为变形的标志，这种褶皱称为被动褶皱。,被动褶皱下构造层次( km ),被动褶皱褶皱假象并没有真正发生过一般意义的弯曲如同,褶皱过程中物质的运动方式：流动物质的连续滑移 (只是一种晶粒尺度或晶格尺度的微小滑动)滑动物质沿不连续面的滑移,褶皱作用的基本类型,纵弯褶皱作用 横弯褶皱作用 剪切褶皱作用 柔流褶皱作用,纵弯褶皱作用平行于地质界面（岩层）的挤压而引起的弯曲作用。,二、纵弯褶皱作用,单层纵弯褶皱作用 单个能干层在不能干基质中的纵弯褶皱作用 岩石能
5、干性岩石抵抗塑性变形的能力。 韧性岩石发生破裂前的塑性变形。,能干层（砂岩）,不能干层（页岩）,2.1 能干层发生褶皱作用的主波长理论,假设：能干岩层的厚度 = h ， 粘度 = ，不能干基质的厚度不限定， 粘度 = 0 ，在褶皱作用过程中（图中P为平行层施加的作用力，K为基质的阻力），当能干层发生弯曲褶皱时，垂直于层面发生的位移为u，并假设发生褶皱的初始波长为Wi，其相应的位移为0 。,初始主波长Wi为：,1 / 62,褶皱主波长与力的大小无关，只与介质的力学性质有关 (?) 。 褶皱主波长与褶皱层厚度 h 呈正比。,（注：应是立方根！）,主波长理论的构造物理学意义当岩性一定时， / 0 比
6、为常数，褶皱的波长Wi与层厚h成正比关系。 当层厚一定时，h为常数，褶皱的波长Wi与层和介质之间的粘度比 / 0 非线性成正比关系.,当 = 0 时，只有顺层均匀缩短，而不会发生褶皱。,影响岩石能干性的主要因素 物质组成 结构构造 温度 压力 流体 作用时间等,影响褶皱波长发育的主要因素层厚 h 粘度比 / 0 温度、应力和应变速率对粘度的影响,实验表明：在应变速率 = 10-14S-1条件下，当 Q / M 1，T 550时，石英岩比大理岩更能干。当 Q / M 1，T 550时，大理岩比石英岩更能干。,当 1 4时 即岩石能干性差达最大，则分布在软弱基质中最能干的强硬层形成肠状褶皱。,当
7、/ 0 50时，形成肠状褶皱,温度、应力和应变速率对粘度的 影响 = / 3 （4） = Aexp-Q / RT ()n （5） 其中：A为材料热散常数，Q为材料激化能，R为气体常数，T为温度，n为材料常数（应力指数）， 为差异应力，为应变速率。,肠状褶皱,2.2 柔流褶皱作用 岩石体在高韧性和低粘度条件下发生类似粘性流体的粘滞性流动形成的褶皱作用行为称柔流褶皱作用。如肠状褶皱。,当 3 4 时 因两者之间能干性差最小，故形成尖园褶皱或肿缩式褶皱。,尖圆褶皱,当 / 0 10时，形成肿缩式褶皱,当 2 与 4 之间的能干性差居中，则形成平行褶皱或相似褶皱。,2.3 多层纵弯褶皱作用,假设有多层
8、岩石，其粘度、厚度也不一样（ 1 2 3 4 ），当受到应力作用以后，其变形情况将会怎么样？,接触应变带,影响取决于强硬层之间的距离和接触应 变带的宽度,纵弯褶皱的应变分布型式与小型构造,纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳为两种模式：中和面褶皱作用和顺层剪切作用（弯流褶皱作用和弯滑褶皱作用）,中和面褶皱作用 褶皱强硬层往往以此方式弯曲 应变特征：是平面应变，褶皱轴为中间应变轴； 形成 IB 型平行褶皱； 层总体厚度不变，外弧伸长，内弧缩短,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,弯滑褶皱作用 平行褶皱,当各岩层厚度都比较小且粘度比较大时,
9、各层应变相互影响,总体上形成不协调褶皱或S、M、Z褶皱。,强硬层间相对距离对褶皱形态的影响。,多层纵弯褶皱作用的伴生小构造,三、横弯褶皱作用垂直于地质界面的挤压而引起的弯曲作用。,底辟褶皱及顶部断层的模拟,基底断裂对盖层褶皱的控制,图示:,同沉积褶皱背斜表现为水下隆起,同沉积褶皱向斜表现为水下凹陷,许多被动褶皱是由沿平行剪切面的不均匀剪切而形成的，所以亦称剪切褶皱。,四、剪切褶皱,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作用称剪切褶皱作用。,平行褶皱,弯流褶皱作用 相似褶皱,强硬层间是弯滑褶皱作用,软弱层以弯流作用为主,压扁作用对纵弯褶皱的影响 压扁与层的弯曲存在此消彼长的关系，可形
10、成无根钩状褶皱-香肠化-无根钩状褶皱-构造置换,横弯褶皱作用过程中因受到垂直于岩层界面的挤压作用导致岩层发生弯曲而形成褶皱，所以，褶皱岩层各部位在褶皱过程中一直处于拉伸状态而发生伸长应变。,剪切褶皱作用过程中因受到与褶皱岩层界面相平行或斜交的剪切力偶作用导致岩层失稳而发生弯曲形成褶皱，,五、柔流褶皱作用,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，岩石可以呈类似于粘性流体的粘滞性流动。盐褶皱冰层褶皱深变质岩和混合岩化岩石的褶皱,六、褶皱构造的观察与研究,褶皱形态研究褶皱形态在深部的变化研究 褶皱内部伴生、派生的小构造研究褶皱形成时代的确定,第 十一 讲 褶皱作
11、用（二） （褶皱的成因分析）,褶皱作用的基本概念及其类型尚存问题： （）重力在褶皱形成中的作用； （）褶皱作用延续时间，等问题 褶皱的形成方式与其受力状态、变形环境及岩层的变形行为密切相关。从褶皱过程中岩层的变形行为来看，可把褶皱分为主动褶皱和被动褶皱两类。,当各岩层的力学性质和层理积极地控制着褶皱的发育时，这种褶皱称为主动褶皱。,主动褶皱中浅构造层次(km ),当各层岩石间的韧性差很小，层理在褶皱变形中不再具有力学上的不均一性，而只是被动地作为变形的标志，这种褶皱称为被动褶皱。,被动褶皱下构造层次( km ),被动褶皱褶皱假象并没有真正发生过一般意义的弯曲如同,褶皱过程中物质的运动方式：流动
12、物质的连续滑移滑动物质沿不连续面的滑移,褶皱作用的基本类型,纵弯褶皱作用 横弯褶皱作用 剪切褶皱作用 柔流褶皱作用,纵弯褶皱作用平行于地质界面（岩层）的挤压而引起的弯曲作用。,单层纵弯褶皱作用 单个能干层在不能干基质中的纵弯褶皱作用岩石能干性岩石抵抗塑性变形的能力。韧性岩石发生破裂前的塑性变形（应变）。,能干的（砂岩）,不能干的（页岩）,能干层发生褶皱作用的主波长理论,假设：能干岩层的厚度 = h 软弱层的粘度 ， 且 在褶皱作用过程中（图中P为平行层 施加的作用力，K为基质（介质）的阻力），当能干层发生弯曲褶皱时，垂直于层面发生的位移为x，并假设发生褶皱的初始波长为Wi，其相应的位移为0 。
13、,主波长理论：,1/62,褶皱主波长与力的大小无关(?) ，只与介质的力学性质有关 。 褶皱主波长与褶皱层厚度h呈正比。,主波长理论的构造物理学意义当岩性一定时，1 / 2 比为常数，褶皱的波长Wi与层厚h成正比关系。 当层厚一定时，h为常数，褶皱的波长Wi与层和介质之间的粘度比1 / 2 非线性成正比关系.,当1 = 2 时，只有顺层均匀缩短，而不会发生褶皱。,影响岩石能干性的主要因素 物质组成 结构构造 温度 压力 流体 作用时间等,影响褶皱波长发育的主要因素 层厚h 粘度比 1 / 2 温度、应力和应变速率对粘度的影响,实验表明：在应变速率 = 10-14S-1条件下，当o / m 1，
14、T 550时，石英岩比大理岩更能干。当o / m 1，T 550时，大理岩比石英岩更能干。,当1 2 时 即岩石能干性差达最大，则分布在软弱基质中最能干的强硬层形成肠状褶皱。,当1 / 2 50时，形成肠状褶皱,肠状褶皱,当 3 4 时 因两者之间能干性差最小，故形成尖园褶皱或肿缩式褶皱。,尖圆褶皱,当 / 0 10时，形成肿缩式褶皱,当2 与4 之间的能干性差居中，则形成平行褶皱或相似褶皱。,多层纵弯褶皱作用,假设四层岩石的粘度分别为：1 2 3 4 ，那么有如下情况:,接触应变带,影响取决于强硬层之间的距离和接触应 变带的宽度,纵弯褶皱的应变分布型式与小型构造,纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳为两种模式：中和面褶皱作用和顺层剪切作用（弯流褶皱作用和弯滑褶皱作用）,强硬层间是弯滑褶皱作用,软弱层以弯流作用为主,中和面褶皱作用 褶皱强硬层往往以此方式弯曲 应变特征：是平面应变，褶皱轴为中间应变轴； 形成 IB 型平行褶皱； 层总体厚度不变，外弧伸长，内弧缩短,
