褶皱构造与褶皱作用

《褶皱构造与褶皱作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《褶皱构造与褶皱作用（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、褶皱构造与褶皱作用褶皱构造是我们常见的岩石或地层的弯曲现象，它作为一种基本构造型式在地壳岩石中普遍 存在，表现为岩石中的各种面（如地层层面、变质岩中的叶理面、岩浆岩中的流面、断层面、不 整合面等）的弯曲。自然界的褶皱千姿百态、复杂多样。褶皱规模也变化极大，小至手标本或显微镜下的微观褶 皱，大至卫星相片上的区域性或地壳规模褶皱。褶皱的研究对于揭示一个地质构造及其形成发展 具有重要意义，另一方面，许多矿产，包括金属、非金属、煤、石油、地下水等都受褶皱构造的 影响和控制。因此，褶皱构造的研究具有重要理论和实际意义。一、褶皱与褶皱要素1褶皱的基本类型岩石中发生弯曲形成褶皱的面为褶皱面，它可以是层理、劈

2、理或不整合面等。从单一褶皱面 的弯曲形态看，褶皱面上凸弯曲的褶皱为背形，下凹弯曲的褶皱为向形，褶皱面既不上凸也不下 凹，而是凸向两侧的褶皱为中性褶皱（图 2-3-1）。对于沉积岩层而言，把最老地层位于核部的褶皱称为背斜，最新地层位于核部的褶皱称为向 斜。尽管在大多数情况下背形常常就是背斜，向形就是向斜，但在已倒转岩层中发育的褶皱常表 现为向形式背斜和背形式向斜，这种褶皱在叠加褶皱地区普遍发育。2褶皱要素为了分析研究自然界千姿百态的褶皱构造，首先需要对组成褶皱的某些特定部位及其几何上 的点、线、面等要素进行定义，通称其为褶皱要素（图 2-3-2）。枢纽 同一褶皱面上最大弯曲点的连线，可以是直线，

3、也可以是曲线；可以是水平线，也可 以是倾斜线。枢纽的方位角通常称为褶皱的轴向。枢纽的产状通常用倾伏向和倾伏角定义，倾伏 向即枢纽的倾伏方向，指在包含枢纽线的直立面上测量的与枢纽倾伏方向一致的直立面的走向， 倾伏角为枢纽与包含枢纽的直立面走向线之间的锐夹角。图 2-3-1 褶皱面弯曲的基本几何形态类型Fig. 2-3-1 Basic geometric patterns of folded surfacesa-背形b-向形c, d-中性褶皱核或核部 褶皱中心部位的岩层或岩石。翼或翼部 泛指褶皱两侧比较平直的部分，准确地说，指褶皱中两个相邻枢纽之间的褶皱面图 2-3-2 褶皱几何要素示意图Fig.

4、 2-3-2 Geometrical elements of a fold拐点、拐线 在垂直褶皱枢纽的横截面上，相邻的背形和向形共用翼常呈 S 型弯曲，褶皱面 不同凸向的两部分之间的转折点为拐点。如果翼平直，则取其中点为拐点。同一褶皱面上各拐点 的连线为拐线。轴面 同一褶皱中各相邻褶皱枢纽连成的面为轴面。轴面是一设想的标志面，可以是平面， 也可以是曲面。 轴迹 轴面与任一平面的交线称为轴迹。轴面与地表的交线是十分重要的轴迹。翼间角 指两翼之间的内夹角，圆弧形褶皱的翼间角是指正交剖面上通过两翼拐点的切线之 间的夹角。脊线和槽线 同一褶皱面上沿背形最高点的连线为脊线，沿向形最低点的连线称为槽线。波

5、长和波幅 波长和波幅是量度褶皱规模大小的要素。其度量方法如图 2-3-3 所示。在褶皱 的横切面（正交剖面）中，So,为褶皱的包络线（面），m为连接褶皱拐点的中间线（面）， 对称褶皱的波长（W）为一个周期性波长的长度，即两个相间拐点之间的距离，波幅（A）为包络 线和中间线之间的距离；不对称褶皱的波长有两种定义，波长（Wm）和波幅（Am）与以上定义相 同，而波幅（Aa）为包络线和中间线之间轴迹的长度，波长（Wa）为通过两个相间拐点并平行轴 迹的两条线间的距离。图2-3-3褶皱的波长（W）和波幅（A）（据Ramsay，1967）Fig. 2-3-3 The wave lengths and amp

6、litudes of folds （from Ramsay, 1967）a-对称褶皱波长（W）和波幅（A）； b-不对称褶皱波长（Wm, Wa）和波幅（Am, Aa）So-包络面；mm-中间面（拐面）；0-轴面与中间面的锐角；i-拐点二、褶皱的几何形态描述褶皱最显著的特征是其几何类型（通常称褶皱样式）的复杂多变。然而,褶皱三维空间上的 几何形态又很难直观地观察到（小型褶皱除外）,因此,在对褶皱的研究过程中,地质学家们常 常从不同的断面和不同的角度观察和描述它们的形象特征,从而出现了大量的褶皱名称和术语, 下面从几个方面分述一些最常见的褶皱形态类型和术语。（一） 横截面上褶皱形态的描述横截面或正

7、交剖面,是指与褶皱枢纽垂直的剖面,图2-3-4 为褶皱的水平面、横剖面（直立 剖面）和横截面（正交剖面）之间的关系,很显然,正交剖面可以真实反映褶皱的弯曲形态。直立剖面横截面（正交剖面）褶皱岩层水平剖面图 2-3-4 褶皱的水平面、横截面和横剖面的关系Fig. 2-3-4 The horizontal, vertical and normal sections1根据轴面和两翼的产状描述褶皱 轴面直立、两翼倾向相反,倾角近似相等时,称为直立褶皱；轴面倾斜,两翼倾向相反,但 倾角不等时,为斜歪褶皱；轴面倾斜,两翼倾向相同时为倒转褶皱；轴面水平时,为平卧褶皱（图 2-3-5）；2根据翼间角的大小描述

8、褶皱 翼间角的大小反映了褶皱的紧闭程度,也反映了褶皱变形的强度,是描述褶皱形态的一个重 要方面。在出露良好横截面的露头上,可以直接测量翼间角；或者测量褶皱两翼的产状,利用赤 平投影的方法求得翼间角。图 2-3-5 根据轴面和两翼产状描述褶皱（据 Mattauer ，1986）Fig. 2-3-6 Fold classification with occurrences of axial plane and the two limbs （from Mattauer, 1986）根据翼间角的大小，可将褶皱描述为以下几类： 平缓褶皱 翼间角小于 180，大于 120。开阔褶皱 翼间角小于 120，大

9、于 70。 中常褶皱 翼间角小于 70，大于 30。紧闭褶皱 翼间角小于 30，大于 5。 等斜褶皱 翼间角在 5到 0之间 3根据褶皱的对称性描述褶皱 如果褶皱的轴面与中间面垂直，且两翼的长度基本相等，则为对 称褶皱（图2-3-3a），否则均为不对称褶皱（图2-3-3b）。4根据褶皱面的弯曲形态描述褶皱从褶皱面弯曲的几何形态看，褶皱面呈弧形弯曲，称为圆弧状褶皱（图2-3-6a）；两翼平 直，转折端呈尖角状，且两翼长度相等，称为尖棱状褶皱或锯齿状褶皱（图 2-3-6b ）；两翼长 度不等，称为膝折（图 2-3-6e ）；两翼陡而转折端平直，褶皱呈箱状，常具一对共轭轴面，称 箱状褶皱或共轭褶皱（

10、图 2-3-6c ）；褶皱面呈扇状弯曲，称扇形褶皱（图 2-3-6d ）；当褶皱 面完全闭合呈眼球状时，称眼球状褶皱；缓倾褶皱面的一段突然变陡，形成台阶状弯曲，称为挠 曲或膝折。图 2-3-6 根据褶皱的弯曲形态描述的褶皱（说明见正文）Fig. 2-3-6 Fold classification with fold patterns5.根据褶皱内各层弯曲形态的关系描述褶皱褶皱中各层弯曲形态基本一致或呈有规律的渐变关系，称协调褶皱。反之， 褶皱中各层弯 曲形态明显不同，称之为不协调褶皱。不协调褶皱比较普遍。6.根据褶皱岩层的厚度变化、曲率大小变化描述褶皱褶皱岩层的厚度变化和弯曲曲率变化也是褶皱形

11、态变化的一个重要方面。传统上，据此描述 褶皱基本上是围绕两个几何模式，即平行褶皱和相似褶皱。在平行褶皱中，同一岩层垂直岩层层 面的厚度在整个褶皱中是恒定不变的，因此，也称之为等厚褶皱。同心褶皱是平行褶皱的一个特 例，即褶皱的各单个褶皱面几乎具相同的曲率，在横截面上呈圆弧状。在相似褶皱中，同一岩层 的厚度变化相当大，褶皱转折端的厚度大，翼部的厚度小，这样的褶皱也称为顶厚褶皱。相似褶 皱各褶皱面的弯曲形态相似，在平行轴面方向上量度同一褶皱层顶底面间的距离（视厚度）处处 相等，因此，相似褶皱为顶厚褶皱的一种特例。此外，还有一种褶皱，转折端厚度小，翼部厚度 大，称之为顶薄褶皱。（二）其它褶皱形态描述1

12、纵切面上的褶皱形态：包含褶皱枢纽的铅直剖面为纵切面。根据枢纽与水平面的关系，可将 褶皱描述为:水平褶皱（枢纽倾伏角在0-10 ），倾伏褶皱（枢纽倾伏角在10-80）和倾 竖褶皱（枢纽倾伏角在 80-90）。2平面上的褶皱形态：即褶皱在地表面出露的形态。同一褶皱面的延伸长度和两翼宽度之比小 于 3:1 时，称为等轴褶皱，等轴背斜又称穹隆构造，等轴向斜又称构造盆地；当长宽比在 3:1-10:1 之间时，称短轴褶皱；长宽比超过 10:1 时，为线性褶皱（图 2-3-7）。图2-3-7 褶皱的平面形态（据刘德良等 1997）Fig. 2-3-7 Surface patterns of foldsA为线

13、性褶皱；B为穹隆和构造盆地3圆柱状褶皱和非圆柱状褶皱：如果褶皱面上的所有各点都能找出平行于褶皱枢纽的线，称为 圆柱状褶皱，平行枢纽的线则称为褶皱轴。不具备上述特征的褶皱称为非圆柱状褶皱。地壳中的 大多数褶皱从整体上来看都是非圆柱状褶皱。三、褶皱的分类（一） 褶皱分类在对褶皱的研究过程中，构造地质学家们一直试图对褶皱构造进行系统的分类，但到目前为 止，远没形成综合褶皱各方面特征的统一分类方案。近年来，比较系统、便于使用而且通行的分 类方案有两种。现简述如下:1. 褶皱的位态分类Rickard （1971）根据轴面倾角，枢纽倾伏角和侧伏角三个变量绘制出一个类似岩石命名分 区图的三角投影网图，并根据

14、三角网图内各项数据的规律变化，将三角投影网图划分为七个区， 分别代表七种特征的褶皱类型（图2-3-8）。I.直立水平褶皱 轴面近于直立（倾角80 -90 ），枢纽近于水平（倾伏角0 -10）（图 2-3-8 中 I 区）。II直立倾伏褶皱 轴面近于直立，枢纽倾伏角10 -80 （图2-3-8中II区）。III倾竖褶皱轴面和枢纽近直立，倾角和倾伏角均为80 -90（图2-3-8中III区）IV. 斜歪水平褶皱轴面倾斜（倾角10 -80），枢纽近于水平（倾伏角0 -10）（图2-3-8 中IV区）。V. 平卧褶皱 轴面和枢纽均近水平，倾角和倾伏角0 -10 （图2-3-8中V区）图2-3-8褶皱的

15、位态分类（据Richard, Ragan, 1973及Hobbs et al., 1976综合编绘）Fig. 2-3-8 Fold classification with occurrence parameters（revised from Richard, Ragan, 1973; Hobbs et al., 1976）I-训-褶皱产状类型分区；B -枢纽极点；A-轴面投影大圆；n -褶皱面的n圆（环带）斜歪倾伏褶皱轴面倾斜（倾角10 -80 ），枢纽倾伏（倾伏角10 -80）（图2-3-8 中皿区）。训 斜卧褶皱 轴面倾角和枢纽倾伏角均为10 -80，倾向和倾伏向一致，倾角和倾伏角大致相 等，枢纽在轴面上的侧伏角为80 -90 （图2-3-8中训区）。以上七类褶皱反映了轴面和枢纽产状的连续变化系列，因此包含了自然界可以出现的各种产 状的褶皱。三角投影网图上所划分的七个区，分别代表七大类型褶皱产状的变化范围。图内各区 范围的大小也大致反映出该类褶皱在自然界出现的几率大小及其过渡类型的一般变化规律，其中 皿区范围最大，表明斜歪倾伏褶皱在地壳中最常见，它是产状变化最大的一类褶皱。这一分类使对褶皱形态的研究从定性描述提高到半定量的水平，为应用统计方法分析褶皱形态和产状特 征提供了条件。2根据岩层厚度和等倾斜线