構(gòu)造地質(zhì)學(xué)：4-1 第4章 褶皺1

1、構(gòu) 造 地 質(zhì) 學(xué),Structural Geology,Structural Geology,Fold 褶 皺,第一講,褶皺是地殼上最基本的構(gòu)造型式，是地殼構(gòu)造中最引人注目的地質(zhì)現(xiàn)象。它是由巖石中的各種面的彎曲而顯示的變形，形象地反映了地殼巖石發(fā)生了塑性變形。其形態(tài)千姿百態(tài)，復(fù)雜多樣；規(guī)模小可至手標(biāo)本或顯微鏡下的微型褶皺，大可至衛(wèi)星象片上的區(qū)域性褶皺。,褶皺的研究對(duì)于揭示一個(gè)地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造及其形成和發(fā)展具有重要的意義。褶皺與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系極為密切。許多礦產(chǎn)的形成及其產(chǎn)狀、分布受褶皺的控制。因此，褶皺的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。,概述,褶 皺,褶皺的幾何分析 褶皺的形成作用,褶皺的幾何分析

2、 褶皺的形成作用,褶皺的幾何分析,褶皺及其要素 褶皺的描述 褶皺的分類 褶皺的組合型式 疊加褶皺 褶皺形成時(shí)代的確定,褶皺及其要素 褶皺的描述 褶皺的分類 褶皺的組合型式 疊加褶皺 褶皺形成時(shí)代的確定,一、褶皺及其要素,1、褶皺的概念 褶皺是由于巖石中原來近于平直的面受力而發(fā)生的彎曲變形，變成了曲面而表現(xiàn)出來的構(gòu)造。,褶皺的形態(tài)雖然多種多樣，但從單一褶皺面的彎曲看，基本形態(tài)有兩種：背形和向形。背形是指兩側(cè)褶皺面相背傾斜的上凸彎曲（圖2A）；向形是指兩側(cè)褶皺面相對(duì)傾斜的下凹彎曲（圖2B）。有一些褶皺面既不上凸也不下凹，而是凸向旁側(cè)，這類褶皺稱作中性褶皺（圖2C）。,一、褶皺及其要素,一、褶皺及其

3、要素,2、褶皺的基本類型 根據(jù)褶皺形態(tài)和組成褶皺的地層，可以將褶皺分為兩種基本類型：背斜和向斜。背斜核部由老地層、翼部由新地層組成，巖層凸向地層變新方向發(fā)生彎曲（右圖）。向斜核部由新地層，翼部由老地層組成，巖層凸向地層變老方向。,一、褶皺及其要素,3、褶皺要素 褶皺要素是褶皺的基本組成部分，主要包括（見圖）：,1. 核指褶皺的中心部位的巖層。 2. 翼泛指褶皺兩側(cè)比較平直的部分。 3. 拐點(diǎn)相鄰的背形和向形共同翼的褶皺面常呈形彎曲，褶皺面不同凸向的轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱作拐點(diǎn)。如果翼平直，則取其中點(diǎn)作為拐點(diǎn)。,4. 翼間角（右圖）指正交剖面上兩翼間的內(nèi)夾角。圓弧形褶皺的翼間角是指通過兩翼上兩個(gè)拐點(diǎn)的切線之間

4、的夾角。 5. 轉(zhuǎn)折端指褶皺面從一翼過渡到另一翼的彎曲部分。 6. 樞紐指單一褶皺面上的最大彎曲點(diǎn)的連線。,一、褶皺及其要素,7. 脊線和槽線 同一褶皺面上沿著背形最高點(diǎn)的連線為脊線，沿向形最低點(diǎn)的連線為槽線。脊線或槽線在其自身的延伸方向上常有起伏變化。脊線中最高點(diǎn)表示褶皺隆起部位，稱脊線中最低部位稱為軸陷。為軸隆或高點(diǎn)。,一、褶皺及其要素,8. 軸面各相鄰褶皺面的樞紐連成的面。軸面是一個(gè)設(shè)想的標(biāo)志面，它可以是平直面，也可以是曲面。軸面與地面或其他任何面的交線稱作軸跡。軸面與地形面的交線在地質(zhì)圖上的投影稱為地質(zhì)圖上的軸跡。,一、褶皺及其要素,褶皺的幾何分析,褶皺及其要素 褶皺的描述 褶皺的分類

5、 褶皺的組合型式 疊加褶皺 褶皺形成時(shí)代的確定,正確地描述褶皺形態(tài)是研究褶皺的基礎(chǔ)，分析褶皺要素的特征并測量其產(chǎn)狀，才能形象地恢復(fù)褶皺形態(tài)。褶皺的剖面形態(tài)是表現(xiàn)褶皺形態(tài)的重要方式。通常采用的剖面分為鉛直剖面（橫剖面）和正交剖面（橫截面）。,正交剖面是指與褶皺樞紐相垂直的剖面。下圖示褶皺在水平面、鉛直剖面和正交剖面上的空間關(guān)系。褶皺形態(tài)的描述常從正交剖面上的褶皺形態(tài)分析入手。,二、褶皺的描述,1、褶皺的轉(zhuǎn)折端的形態(tài),二、褶皺的描述,褶皺轉(zhuǎn)折端的形態(tài)有圓弧狀、尖棱狀、箱狀等。 圓弧褶皺（右圖）轉(zhuǎn)折端呈圓弧形彎曲的褶皺。圓弧的中點(diǎn)可看作褶皺的樞紐點(diǎn)。圓弧褶皺兩翼常是弧形的、連續(xù)的褶皺成正弦曲線形彎曲

6、。,二、褶皺的描述,尖棱褶皺（右圖） 轉(zhuǎn)折端為尖頂狀，常由平直的兩翼相交而成。,箱狀褶皺（左圖） 轉(zhuǎn)折端寬闊平直，兩翼產(chǎn)狀較陡，形如箱狀。如果箱狀由兩個(gè)共軛的軸面組成，稱共軛褶皺。 撓曲（右圖） 平緩巖層中，一段巖層突然變陡，表現(xiàn)出褶皺面膝狀彎曲。,二、褶皺的描述,2、褶皺的翼間角,二、褶皺的描述,根據(jù)翼間角的大小將褶皺描述為以下幾類： 平緩褶皺翼間角小于180，大于120； 開闊褶皺翼間角小于120，大于70； 中常褶皺翼間角小于 70，大于30； 緊閉褶皺翼間角小于 30，大于 5； 等斜褶皺翼間角在50之間； 翼間角的大小反映褶皺的緊閉程度，亦反映了褶皺變形的強(qiáng)度，是描述褶皺形態(tài)的一個(gè)重

7、要方面。在出露良好近于正交剖面的露頭或照片上，翼間角可以直接測量。一般只需測量褶皺兩翼代表性產(chǎn)狀。,褶皺波長是指一個(gè)周期波的長度，即等于兩個(gè)相間拐點(diǎn)之間的距離。波幅是指中間線(在正交剖面上連接各褶皺面拐點(diǎn)的線)與樞紐點(diǎn)之間的距離(圖312)。波長和波幅是描述褶皺大小的參數(shù)之一。在正交剖面上才能較準(zhǔn)確地測量出波長和波幅的大小。,二、褶皺的描述,3、褶皺的波長和波幅,二、褶皺的描述,4、褶皺的對(duì)稱性,兩翼等長的褶皺稱作對(duì)稱褶皺圖312(A)，兩翼不等長的褶皺稱為不對(duì)稱褶皺圖312(B)。不對(duì)稱褶皺兩翼分別稱長翼和短翼。,二、褶皺的描述,對(duì)于一系列連續(xù)發(fā)育的不對(duì)稱褶皺來說，如順其樞紐的傾伏方向來觀察

8、，則可將褶皺面的形態(tài)從長翼到短翼的變化描述為S型和Z型(圖313)。需要指出，S型和Z型是順樞紐傾伏方向觀察而定的。如果從相反方向觀察，Z型即為S型，S型即為z型。 地質(zhì)調(diào)查中，為了更好地確定不對(duì)稱褶皺的特征，常采用褶皺的倒向。倒向是指褶皺軸面目直立轉(zhuǎn)為傾斜的旋轉(zhuǎn)方向。不管從哪個(gè)方向觀察不對(duì)稱褶皺的倒向均是不變的。,二、褶皺的描述,大型褶皺中常發(fā)育有同構(gòu)造的次級(jí)從屬小型褶皺。兩翼的從屬褶皺為S型或Z型，轉(zhuǎn)折端處的則為對(duì)稱的M型(圖3-14)，總體構(gòu)成SMZ型。,小型褶皺的對(duì)稱性研究是識(shí)別大型褶皺的各翼和轉(zhuǎn)折端的重要手段。,5、褶皺的樞紐,二、褶皺的描述,樞紐一般是一條直線，也可是一條曲線。樞紐

9、產(chǎn)狀包括指向（傾向）和傾伏角。指向一般代表褶皺在空間延伸的方位。傾伏角可從水平（0）到直立（90）。樞紐的指向和傾伏角是描述褶皺位態(tài)的重要數(shù)據(jù)。 一般把樞紐傾伏角在0-10、10一70和70一90的褶皺分別稱為水平褶皺、傾伏褶皺和傾豎褶皺。,水平褶皺在水平面上，其同一褶皺面的兩翼跡線互相平行圖3-3(A)，圖315(A)。如果地面起伏不平，同一褶皺的兩翼跡線也可以因地形影響而相互匯攏或相交圖315(B)。傾伏褶皺的同一褶皺面的兩翼在平面上匯合圖3-3(B)，匯合部稱為傾伏端。,二、褶皺的描述,二、褶皺的描述,背斜傾伏端的巖層產(chǎn)狀表現(xiàn)為圍繞傾伏端向外傾斜，描述為外傾轉(zhuǎn)折圖3-16(A)；向斜的傾

10、伏端則表現(xiàn)為內(nèi)傾轉(zhuǎn)折圖316(B)。傾伏端的平面輪廓一般反映轉(zhuǎn)折端的形態(tài)。,二、褶皺的描述,出露良好的小褶皺，可用羅盤直接測量樞紐的指向和傾伏角。大多數(shù)樞紐的產(chǎn)狀是在測量兩翼產(chǎn)狀的基礎(chǔ)上，用赤平投影的方法求出。一般采用圖解和圖解。,5、軸面產(chǎn)狀及其與兩翼產(chǎn)狀的關(guān)系,二、褶皺的描述,軸面的位態(tài)取決于多層褶皺中相鄰褶皺面的樞紐產(chǎn)狀和兩翼產(chǎn)狀的關(guān)系。同一褶皺層兩翼厚度基本相等的褶皺，其軸面與翼間角的平分面近于重合圖 (A)。否則，不能將翼間角的平分面簡單地當(dāng)作軸面圖 (B)。,二、褶皺的描述,軸面產(chǎn)狀和任何構(gòu)造面產(chǎn)狀一樣，用走向、傾向和傾角來表示。在測得兩翼代表性產(chǎn)狀的基礎(chǔ)上，翼間角的平分面可利用赤

11、平投影求出。 根據(jù)軸面產(chǎn)狀和兩翼產(chǎn)狀的關(guān)系，將褶皺描述為：,1直立褶皺 兩翼傾向相反、傾角近相等和軸面近直立的褶皺圖3-18(A)。,二、褶皺的描述,2斜歪褶皺 兩翼傾向相反、傾角不等和軸面傾斜的褶皺 (B)。在背斜中軸面向傾角較小的一翼傾斜，在向斜中則相反。 3倒轉(zhuǎn)褶皺 兩翼向同一方向傾斜、一翼地層倒轉(zhuǎn)和軸面傾斜的褶皺 (C)。 4平臥褶皺 軸面與兩翼近水平、一翼地層正常及另一翼地層倒轉(zhuǎn)的褶皺 (D) 。,二、褶皺的描述,7、褶皺的平面形態(tài),褶皺的平面形態(tài)常用褶皺中同一褶皺面上露出的縱向長度和橫向?qū)挾戎葋砻枋觥?jù)此將褶皺分別稱為：,1等軸褶皺 長與寬之比近于1:1的褶皺。等軸背斜又稱穹隆構(gòu)

12、造圖13-19(A)，褶皺面從中心向周緣傾斜，常無法確定樞紐。等軸向斜又稱構(gòu)造盆地圖3-19(B)。褶皺面從周緣向中心傾斜。,二、褶皺的描述,2短軸褶皺 一般在地質(zhì)圖上可見兩端傾伏，長與寬之比約為3：1的褶皺圖320(A)的右側(cè)。 3線狀褶皺 長度遠(yuǎn)大于寬度的各種狹長的褶皺圖320(B)。,褶皺的幾何分析,褶皺及其要素 褶皺的描述 褶皺的分類 褶皺的組合型式 疊加褶皺 褶皺形成時(shí)代的確定,1、褶皺的位態(tài)分類,三、褶皺的分類,褶皺在空間的位態(tài)取決于軸面和樞紐產(chǎn)狀。以縱坐標(biāo)表示樞紐傾伏角，橫坐標(biāo)表示軸面傾角，可將褶皺分成七種類型(圖321)。各種褶皺的名稱及其軸面傾角和樞紐顱伏角的變化范圍列于表3

13、1之中。,直立水平褶皺,直立傾伏褶皺,傾豎褶皺,斜歪水平褶皺,平臥褶皺,斜歪傾伏褶皺,斜臥褶皺,2、褶皺的理想幾何形態(tài)分類,三、褶皺的分類,從幾何學(xué)觀點(diǎn)看，褶皺的理想幾何形態(tài)的基本類型有圓柱狀褶皺和非圓柱狀褶皺。,兩種完美的圓柱狀褶皺,理想的圓柱狀褶皺,三、褶皺的分類,特殊的非圓柱狀褶皺,三、褶皺的分類,3、等斜線的褶皺分類,褶皺形態(tài)的變化主要反映在各褶皺面形態(tài)的變化或褶皺層的厚度變化上。蘭姆賽(L G Ramsay，1967)根據(jù)褶皺層上、下界面的相對(duì)曲率及其變化，按等斜線的排列型式，提出形態(tài)的系統(tǒng)分類，這種分類目前已被廣泛采用。,相鄰褶皺面的曲率變化可用等斜線來表示，等斜線是褶皺在正交剖面

14、上褶皺層的上、下界面的相同傾斜點(diǎn)的連線。,三、褶皺的分類,等斜線的作法： (1)在褶皺的正交剖面上或在相應(yīng)的照片上，用透明紙描繪出各褶皺面的跡線。 (2)在樞紐處，平行巖層的方向作零度基準(zhǔn)線。 (3)在褶皺層上、下界面上作出與基準(zhǔn)線方向成角的切線(如圖325中成20的切線)，將這兩切點(diǎn)連線，即為角的等斜線。,(4)按一定角度間隔(如每隔10或20)作出等斜線，如圖325所示，作出與基準(zhǔn)線成20、40和60的等斜線。,三、褶皺的分類,蘭姆賽根據(jù)一個(gè)褶皺的等斜線型式，把褶皺分成三類五型：,I類：褶皺的等斜線向內(nèi)弧收斂，內(nèi)弧曲率總是比外弧大。根據(jù)等斜線的收斂程度，又 細(xì)分為三個(gè)亞型：IA型，等斜線向

15、內(nèi)弧呈強(qiáng)烈收斂，各線長短差別極大，內(nèi)弧曲率遠(yuǎn)比外弧 大，為典型的頂薄褶皺； IB型，等斜線向內(nèi)弧收斂，井與褶皺面垂直，各線長短大致相等，褶皺各層的真厚度不變，為典型的平行褶皺；IC型，等斜線向內(nèi)弧輕微收斂，轉(zhuǎn)折端處的等斜線略長于兩翼上的等斜線，反映兩翼厚度有變薄的趨勢，內(nèi)弧曲率略大于外弧，這是IB型平行褶皺向II類相似褶皺過渡的型式。,三、褶皺的分類,II類：等斜線互相平行且等長，褶皺層的內(nèi)弧和外弧的曲率相等，為典型的相似褶皺。 III類：等斜線向外弧頂收斂，向內(nèi)弧撒開，外弧曲率大于內(nèi)弧，為典型的頂厚褶皺。,三、褶皺的分類,4、根據(jù)各褶皺層厚度變化的分類,三、褶皺的分類,A、平行褶皺 典型平行

16、褶皺的幾何特點(diǎn)是褶皺面作平行彎曲。同一褶皺層的厚度在褶皺各部分一致，所以也稱為等厚褶皺，彎曲的各層具有同一曲率中心，所以又稱為同心褶皺。由中心向外，褶皺面的曲率半徑逐漸增大，曲率變小，巖層變緩。,三、褶皺的分類,B、 相似褶皺 典型相似褶皺（右圖）的幾何特點(diǎn)是組成褶皺的各褶皺面作相似的彎曲。各面曲率相同，但沒有共同的曲率中心。所以，褶皺的形態(tài)隨著深度的變化保持不變。各褶皺層的厚度則發(fā)生有規(guī)律的變化，兩翼變薄，轉(zhuǎn)折端加厚；平行軸面的厚度在褶皺各部位保持一致。,三、褶皺的分類,5、根據(jù)組成褶皺的各褶皺面之間的幾何關(guān)系分類,A、 協(xié)調(diào)褶皺 各褶皺面彎曲的形態(tài)一致或作有規(guī)律的變化，其間沒有明顯不協(xié)調(diào)的

17、突變現(xiàn)象。如相似褶皺和平行褶皺。,三、褶皺的分類,B、 不協(xié)調(diào)褶皺 各褶皺面彎曲的形態(tài)彼此有明顯不同，以至發(fā)生突變。褶皺不協(xié)調(diào)較為普遍。這是由于各褶皺層的巖性和厚度的差異、不同部分受力不均等原因引起的。,三、褶皺的分類,最典型的不協(xié)調(diào)褶皺是底辟構(gòu)造。底辟構(gòu)造一般由變形復(fù)雜的高塑性層（一般為巖鹽、石膏和泥質(zhì)巖石等）為核心，刺穿變形較弱的上覆脆性巖層。底劈構(gòu)造可分為底辟核、核上構(gòu)造和核下構(gòu)造三個(gè)部分。底辟核中褶皺復(fù)雜，形態(tài)多樣；核上構(gòu)造一般是開闊的短軸背斜或穹窿構(gòu)造，多被正斷層切割；核下構(gòu)造通常簡單平緩。如果底辟核由巖鹽類組成，則稱鹽丘構(gòu)造。鹽丘具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，內(nèi)核是重要的鹽類礦床，核部周圍以

18、及核部與上覆巖層接觸帶常富集油氣等礦產(chǎn)。,褶皺的幾何分析,褶皺及其要素 褶皺的描述 褶皺的分類 褶皺的組合型式 疊加褶皺 褶皺形成時(shí)代的確定,地殼一定范圍內(nèi)不同形態(tài)、規(guī)模和級(jí)次的褶皺常以一定的組合型式展布。在同一構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期和同一構(gòu)造應(yīng)力作用下，成因上有聯(lián)系的一系列背斜和向斜組成的具有一定幾何規(guī)律的褶皺的總體樣式，稱為褶皺的組合型式。 一般由擠壓形成的褶皺，其軸面垂直于壓縮方向，相當(dāng)于主壓扁面(XY面)。 褶皺的組合型式區(qū)域應(yīng)變場特征地殼運(yùn)動(dòng),褶皺的組合,四、褶皺的組合型式,1、全形褶皺（阿爾卑斯式Alpinotype folds）,主要特征：1）呈帶狀分布，所有褶皺的走向基本上與帶的延伸方向

19、一致，并隨帶的方向變化而變化；2）整個(gè)帶內(nèi)褶皺連續(xù)發(fā)育，布滿全區(qū)，多數(shù)呈線型褶皺，背斜、向斜同等發(fā)育；3）不同級(jí)別的褶皺往往組合成巨大的復(fù)背斜和復(fù)向斜。,四、褶皺的組合型式,復(fù)背斜是在它的中央地帶的次級(jí)褶皺的核部地層老于兩側(cè)的次級(jí)褶皺的核部地層，反之，則為復(fù)向斜。,四、褶皺的組合型式,組成復(fù)背斜和復(fù)向斜的次級(jí)褶皺大都是較緊閉和斜歪或倒轉(zhuǎn)褶皺，甚至是等斜相皺，但也有比較寬緩的箱狀或圓弧褶皺，它們的軸面一般向該復(fù)背斜或復(fù)向斜的核部收斂 。,自然界中以扇形復(fù)背斜和倒扇形復(fù)向斜最為常見。這些褶皺的延伸方向與主體褶皺一致，但樞紐時(shí)有起伏，并且會(huì)因次級(jí)褶皺的傾伏或揚(yáng)起，出現(xiàn)次級(jí)褶皺的分叉和歸并現(xiàn)象。,四、褶皺的組合型式,2、過渡型褶皺（侏羅山式 Jura-type folds）,由一系列互相平行的背斜和向斜相間排列而成，有