構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)考研-10褶皺作用

第十講

褶皺作用(一)

（褶皺的成因分析）

復(fù)習(xí)與提示（流變學(xué)）彈性—脆性；塑性—韌性各向同性；各向異性韌性差；粘度差；應(yīng)力差能干層—強(qiáng)硬層—低塑性層—粘度大非能干層—軟弱層—高塑性層—粘度小巖鹽粘度<一般巖石粘度；瀝青粘度<<灰?guī)r粘度一、褶皺作用的基本概念及其類型褶皺的形成方式與其受力狀態(tài)、變形環(huán)境及巖層的變形行為密切相關(guān)。從褶皺過程中巖層的變形行為來看，可把褶皺分為主動(dòng)褶皺和被動(dòng)褶皺兩類。

當(dāng)各巖層的力學(xué)性質(zhì)和層理積極地控制著褶皺的發(fā)育時(shí)，這種褶皺稱為主動(dòng)褶皺。主動(dòng)褶皺－中淺構(gòu)造層次

(＜１０km)

當(dāng)各層巖石間的韌性差很小，層理在褶皺變形中不再具有力學(xué)上的不均一性，而只是被動(dòng)地作為變形的標(biāo)志，這種褶皺稱為被動(dòng)褶皺。被動(dòng)褶皺－下構(gòu)造層次

(＞１０km)被動(dòng)褶皺－褶皺假象并沒有真正發(fā)生過一般意義的彎曲．如同－褶皺過程中物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方式：

流動(dòng)－物質(zhì)的連續(xù)滑移(只是一種晶粒尺度或晶格尺度的微小滑動(dòng))

滑動(dòng)－物質(zhì)沿不連續(xù)面的滑移褶皺作用的基本類型縱彎褶皺作用——橫彎褶皺作用——剪切褶皺作用——柔流褶皺作用——

縱彎褶皺作用平行于地質(zhì)界面（巖層）的擠壓而引起的彎曲作用。二、縱彎褶皺作用單層縱彎褶皺作用單個(gè)能干層在不能干基質(zhì)中的縱彎褶皺作用巖石能干性巖石抵抗塑性變形的能力。韌性巖石發(fā)生破裂前的塑性變形。能干層（砂巖）不能干層（頁巖）2.1能干層發(fā)生褶皺作用的——主波長理論

假設(shè)：能干巖層的厚度=h，粘度=

，不能干基質(zhì)的厚度不限定，粘度=

0

，在褶皺作用過程中（圖中P為平行層施加的作用力，K為基質(zhì)的阻力），當(dāng)能干層發(fā)生彎曲褶皺時(shí)，垂直于層面發(fā)生的位移為u，并假設(shè)發(fā)生褶皺的初始波長為Wi，其相應(yīng)的位移為0

。初始主波長Wi為：Wi=2h√1/62

褶皺主波長與力的大小無關(guān)，只與介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)(?)。

褶皺主波長與褶皺層厚度h呈正比。（注：應(yīng)是立方根?。?/p>

主波長理論的構(gòu)造物理學(xué)意義當(dāng)巖性一定時(shí)，

/0

比為常數(shù)，褶皺的波長Wi與層厚h成正比關(guān)系。當(dāng)層厚一定時(shí)，h為常數(shù)，褶皺的波長Wi與層和介質(zhì)之間的粘度比

/

0

非線性成正比關(guān)系.當(dāng)

=

0

時(shí)，只有順層均勻縮短，而不會(huì)發(fā)生褶皺。影響巖石能干性的主要因素

物質(zhì)組成

結(jié)構(gòu)構(gòu)造

溫度

壓力

流體

作用時(shí)間等影響褶皺波長發(fā)育的主要因素層厚—h粘度比—/

0溫度、應(yīng)力和應(yīng)變速率對(duì)粘度的影響實(shí)驗(yàn)表明：在應(yīng)變速率

=10-14S-1條件下，當(dāng)

Q/

M

1，T550℃時(shí)，石英巖比大理巖更能干。當(dāng)

Q/

M

1，T550℃時(shí)，大理巖比石英巖更能干。當(dāng)

1

4時(shí)

即巖石能干性差達(dá)最大，則分布在軟弱基質(zhì)中最能干的強(qiáng)硬層形成腸狀褶皺。當(dāng)

/

0

50時(shí)，形成腸狀褶皺溫度、應(yīng)力和應(yīng)變速率對(duì)粘度的

影響

=/3

（4）

=Aexp[-Q/RT]()n

（5）

其中：A為材料熱散常數(shù)，Q為材料激化能，R為氣體常數(shù)，T為溫度，n為材料常數(shù)（應(yīng)力指數(shù)），為差異應(yīng)力，為應(yīng)變速率。腸狀褶皺2.2柔流褶皺作用

巖石體在高韌性和低粘度條件下發(fā)生類似粘性流體的粘滯性流動(dòng)形成的褶皺作用行為稱柔流褶皺作用。如腸狀褶皺。當(dāng)

3

4

時(shí)

因兩者之間能干性差最小，故形成尖園褶皺或腫縮式褶皺。尖圓褶皺當(dāng)

/

0

10時(shí)，形成腫縮式褶皺

當(dāng)

2

與

4

之間的能干性差居中，則形成平行褶皺或相似褶皺。2.3多層縱彎褶皺作用

假設(shè)有多層巖石，其粘度、厚度也不一樣（

1

2

3

4），當(dāng)受到應(yīng)力作用以后，其變形情況將會(huì)怎么樣？接觸應(yīng)變帶影響－取決于強(qiáng)硬層之間的距離和接觸應(yīng)變帶的寬度縱彎褶皺的應(yīng)變分布型式與小型構(gòu)造

縱彎褶皺的應(yīng)變分布型式可以歸納為兩種模式：中和面褶皺作用和順層剪切作用（彎流褶皺作用和彎滑褶皺作用）

中和面褶皺作用褶皺強(qiáng)硬層往往以此方式彎曲

應(yīng)變特征：是平面應(yīng)變，褶皺軸為中間應(yīng)變軸；

形成IB

型平行褶皺；

層總體厚度不變，外弧伸長，內(nèi)弧縮短

形成的小構(gòu)造特點(diǎn)巖石韌性很小時(shí)形成張裂。巖石韌性中等時(shí)，形成剪裂巖石韌性大時(shí)，形成劈理彎滑褶皺作用平行褶皺當(dāng)各巖層厚度都比較小且粘度比較大時(shí),各層應(yīng)變相互影響,總體上形成不協(xié)調(diào)褶皺或S、M、Z褶皺。強(qiáng)硬層間相對(duì)距離對(duì)褶皺形態(tài)的影響。多層縱彎褶皺作用的伴生小構(gòu)造三、橫彎褶皺作用垂直于地質(zhì)界面的擠壓而引起的彎曲作用。

底辟褶皺及頂部斷層的模擬基底斷裂對(duì)蓋層褶皺的控制圖示:同沉積褶皺——背斜表現(xiàn)為水下隆起同沉積褶皺——向斜表現(xiàn)為水下凹陷

許多被動(dòng)褶皺是由沿平行剪切面的不均勻剪切而形成的，所以亦稱剪切褶皺。

四、剪切褶皺剪切褶皺作用與地質(zhì)界面斜交的剪切力偶作用引起的彎曲作用稱剪切褶皺作用。平行褶皺彎流褶皺作用相似褶皺強(qiáng)硬層間是彎滑褶皺作用軟弱層以彎流作用為主

壓扁作用對(duì)縱彎褶皺的影響

壓扁與層的彎曲存在此消彼長的關(guān)系，可形成無根鉤狀褶皺-香腸化-無根鉤狀褶皺-構(gòu)造置換……

橫彎褶皺作用過程中因受到垂直于巖層界面的擠壓作用導(dǎo)致巖層發(fā)生彎曲而形成褶皺，所以，褶皺巖層各部位在褶皺過程中一直處于拉伸狀態(tài)而發(fā)生伸長應(yīng)變。

剪切褶皺作用過程中因受到與褶皺巖層界面相平行或斜交的剪切力偶作用導(dǎo)致巖層失穩(wěn)而發(fā)生彎曲形成褶皺，

五、柔流褶皺作用

柔流褶皺作用——是一種固態(tài)流變條件下的褶