第三章褶皱构造2.

（一）纵弯褶皱作用纵弯褶皱作用是指岩层受到顺层挤压力的作用而发生褶皱。力学上亦称之屈曲。一般假定岩层在褶皱前处于原始的水平状态，所以，纵弯褶皱作用被认为是地壳水平运动的结果。第四节褶皱的形成机制一、褶皱形成机制的基本类型在纵弯褶皱过程中，岩层间力学性质的差异，起着重要的作用，可导致岩层弯曲方式的差异：单层或彼此很紧密地粘结成为整体的一套岩层，在纵弯褶皱过程中通过外侧伸长、内侧压缩而发生弯曲，内外侧之间有一个既无拉伸也无压缩的中和面。这种褶皱作用称为中和面褶皱作用。两种不同方式：彼此粘结不很紧密的一套岩层，在纵弯褶皱过程中通过层面之间的滑动而发生弯曲，这种纵弯褶皱作用称为弯滑褶皱作用。其中，不仅层面之间发生滑动，而且在某些岩层的内部还出现物质流动现象的，则称为弯流褶皱作用。弯滑褶皱作用弯流褶皱作用（1）弯滑褶皱作用：弯曲前弯曲后弯滑褶皱作用①各单层存在各自的中和面，整个褶皱没有统一的中和面，各岩层真厚度不变，为平行褶皱。背斜上部拉伸，下部挤压；向斜上部挤压，下部拉伸；拉伸压缩变薄变厚纵弯曲的应变状态韧性层的变形脆性层的断裂变形上部断裂下部褶皱单层纵弯曲的应变状态及内部小构造②各相邻层的上层相对向背斜转折端滑动，下层则向相邻向斜的转折端滑动。一方面在层面上形成垂直于枢纽的擦痕，另一方面在转折端形成空隙，造成虚脱现象。擦痕弯滑褶皱中发育的层面擦痕由弯滑褶皱作用在转折端形成的虚脱现象和鞍状矿体同心状剪节理旋转剪节理弯滑褶皱中的节理③塑性层小褶皱的轴面与其上、下相邻的褶皱面所夹锐角指示其相邻岩层的滑动方向。除平卧褶皱和翻卷褶皱外，可以根据上述层间滑动规律平判断岩层顶、底面，从而确定岩层层序是否正常，以及背斜与向斜的位置。弯滑褶皱作用形成的层间小褶皱可用于判断地层是否正常层间小褶皱的轴面顺层滑动方向层间小褶皱的轴面（2）弯流褶皱作用岩层弯曲变形时不仅发生层间滑动，而且某些岩层的内部还出现物质流动现象，上下层面对褶皱层内物质的流动起着控制作用。特点：①往往呈相似褶皱或类顶厚褶皱；②翼部和转折端的塑性层内往往形成从属褶皱，显示层内物质向转折端流动的特征。弯滑褶皱的内部构造1)同一褶皱层各处厚度相同，褶皱形态呈IB型等厚褶皱。（3）纵弯褶皱作用的一般特点外侧因拉伸变薄，常产生顺层劈理。内侧因受挤压增厚，常产生正扇形劈理。2)韧性变形外侧因拉伸常形成垂直层面的张裂。内侧因顺层挤压常形成平行层面的张裂。3)脆性变形外侧常形成正断层式的共轭剪节理，进一步发展则形成地堑。内侧常形成逆断层式的共轭剪节理，进一步发展则成逆断层。（二）横弯褶皱作用岩层受到与层面垂直的作用力而发生弯曲形成褶皱，这种褶皱作用称作横弯褶皱作用。横弯褶皱作用可以是基底的断块升降引起盖层弯曲,也可以是密度倒置引起重力上浮的岩浆或岩盐的底辟作用引起的核上构造岩层的弯曲。一般特点1)横弯褶皱作用使岩层整体处于拉伸状态，没有中和面。2)岩层受到拉薄，褶皱形态呈“IA型”顶薄褶皱。3）背斜顶部甚至拉伸断裂而形成地堑；如果是穹状隆起，则可形成放射状或环状正断层。横弯褶皱作用横弯褶皱作用引起的弯流作用请注意：层间小褶皱的轴面产状正好与弯滑褶皱作用引起的层间小褶皱产状相反弧形隆起基底泥质岩层4）如果基底的差异性升降与盖层的沉积作用同时进行，这样形成的褶皱称为同沉积褶皱。同沉积褶皱的同一沉积层的岩相及厚度是变化的。（三）剪切褶皱作用剪切褶皱作用又称滑褶皱作用，它是岩层沿着一系列与层面不平行的密集的剪切面发生差异运动而形成“褶皱”的作用。原始层面在这种褶皱作用中已不起控制作用，只是反映滑动结果的标志，故又称被动褶皱作用。剪切褶皱作用的特点（1）横剖面上平行轴面方向所量得的褶皱不同部位的层的“厚度”基本相等。（2）剪切褶皱作用形成的“褶皱”并非岩层面真正发生了弯曲变形，而是层面沿密集的平行剪切面发生差异性滑动而呈现出“弯曲”外貌。（四）柔流褶皱作用定义：高韧性和低粘度的岩石受到力的作用，发生类似粘性流体的粘滞性流动变形，从而形成复杂多变的褶皱。柔流褶皱作用是一种固态流变条件下的褶皱作用。如盐丘构造中底辟核的褶皱就是一种典型的柔流褶皱。变质岩或混合岩化岩体中有些长英质脉岩流变成不规则的柔流褶皱。由于物质持续的粘性流动，不仅有层流亦有紊流，因而造成十分复杂的褶皱形态。在紊流条件下所形成的复杂褶皱，已很难再造其运动学图象。因此，对区域应变场和应力场的分析已无实际意义，但仍可用以说明其生成时所处的条件（高温高压）。（五）压扁作用岩层在顺层挤压作用下，平行主压应力的方向缩短，垂直主压应力的方向伸长，即压扁作用。压扁作用越强烈，应变椭球体越扁，褶皱就越紧闭。在纵弯褶皱形成中，因压扁作用产生如下现象：1.使岩层厚度发生变化：翼部变薄，转折端变厚。2.脆性岩层与韧性岩层相间组合时，褶皱翼部脆性岩层往往拉伸成石香肠、构造透镜体。韧性岩层产生劈理。3.岩层中的鲕粒、砾石、化石等发生变形。（六）膝折作用岩层在一定围岩限制下，受到与层理平行或者稍微斜交的压应力作用，使岩层发生层间滑动，但又受到某些限制，常常是滑动面发生急剧转折，即围绕一个相当于轴面的膝折面转折而成尖棱褶皱。膝折构造膝折构造膝折构造二、影响褶皱形成的主要因素1.层理的作用：沿层理面容易发生滑动，有利于褶皱的形成(如：页间粘结一起的书褶皱较为困难)。结构均一的块状岩体受力变形时，岩体被压缩，可能在与主压应力垂直的方向上发育有劈理或片理的挤压带或其它方向的断裂，而不形成褶皱。层理或成层构造使岩石具不均一性，致使岩层受力发生变形时，可以通过层间滑动或层内物质塑性流动而弯曲成褶皱。2、岩层厚度的影响：岩层厚度越薄，形成褶皱的波长越小，曲率越大，褶皱越紧闭。相反，厚岩层形成波长大，曲率小的平缓开阔褶皱。3.岩层力学性质的影响：1)强弱岩层组合地层形成的褶皱，强岩层通常呈等厚、较平缓开阔，转折端常见扇状楔形张节理；2)弱岩层常为顶厚、较紧闭，转折端见反扇形劈理。扇形楔状张节理与反扇形流劈理4.岩层埋藏深度及应变速率对褶皱形成的影响较深的埋藏意味着较高的温度和压力，致使岩石韧性增大，故有利于褶皱的形成。反之，岩石趋向于形成断裂。作用力大，应变速率很大，岩石表现为弹性，即使在地下一定深度，岩层也会呈弹性弯曲或断裂；在缓慢变形中，即使在近地表、压应力很小，岩层也会发生蠕变而形成褶皱，甚至使韧性低的岩层发生强烈褶皱。5、基底构造对盖层褶皱的影响1)基底凭依断层可形成雁行褶皱；2)基底隆起，可形成大型穹隆；3)基底断裂常使盖层形成不对称褶皱；4)在两基底断裂之间的断块部位常形成箱状褶皱；5)基底波状起伏，则可能在深层的正向地形上面出现向斜构造，负向地形上出现背斜构造。第五节褶皱形态的认识和研究对褶皱形态的认识和研究，主要是通过野外工作，查明其位置、产状、规模、形态、分布特点等。在第四纪覆盖地区，还需要地球物理资料和钻探资料的综合分析。一、如何在野外认识褶皱构造（一）地质方法1．岩层观察与测量必须先对一个地区的岩层顺序、岩性、厚度、各露头产状等进行测量或基本搞清楚，才能正确地分析和判断褶曲是否存在。然后根据新老岩层对称重复出现的特点判断是背斜还是向斜；再根据轴面产状、两翼产状以及枢纽产状等判断褶曲的形态（包括横剖面、纵剖面和水平面）。2．野外路线考察查明地层层序是研究褶皱和区域构造的基础。首先要注意区别层理和其他次生面状构造，要系统地进行地层研究，根据古生物和岩石沉积特征查明地层层序、时代并按填图要求划分地层单位。在化石缺乏的地区，要注意利用岩石各种原生构造或伴生小构造（如层间小褶皱、劈理等）来查明岩层的产状是正常还是倒转和岩层相对顺序，然后根据地层对称重复的分布关系，确定背斜和向斜的所在。根据岩层产状确定褶皱的几何形态（1）褶皱轴面产状和枢纽产状的确定：轴面和枢纽产状（或褶轴）是确定褶皱形态和产状的基本要素。对于露头良好的小型褶皱有时可以从露头上直接量得该褶皱的轴面和枢纽产状。但对于露头不完整，规模较大的褶皱来说往往需要系统地测量两翼同一岩层的产状。（2）根据同一剖面上不同层位及不同高度的岩层倾角的变化，并结合同一岩层厚度在褶皱不同部位的变化，可以籍以分析褶皱各层的几何关系，判断是平行褶皱还是相似褶皱，或是顶薄褶皱。（3）转折端处的岩层产状在研究褶皱形态方面有重要意义。无论褶皱两翼岩层层序是正常还是倒转，而在转折端处的岩层层序总是正常的，据此可以帮助确定岩层正常层序。2．野外路线考察一是采取穿越法，即垂直岩层走向进行观察，以便穿越所有岩层并了解岩层的顺序、产状、出露宽度及新老岩层的分布特征。二是在穿越法的基础上，采取追索法，即沿着某一标志层（即厚度比较稳定、岩性比较固定鲜明、在地貌上的反映比较突出的岩层）的延伸方向进行观察。（二）地貌方法各种岩层软硬薄厚不同，构造不同，在地貌上常有明显的反映。例如，坚硬岩层常形成高山、陡崖或山脊，柔软地层常形成缓坡或低谷，等等。下面是几个与褶皱构造有关的地貌形态：1．水平岩层有些水平岩层不是原始产状，而是大型褶皱构造的一部分，例如转折端部分，扇形褶曲的顶部或槽部，构造盆地的底部，挠曲的转折部分等，这样的岩层常表现为四周为断崖峭壁的平缓台地、方山（平顶的山）以及构造盆地的平缓盆底（图中的方山）。图4-41构造盆地及其反映的部分地貌2．单斜岩层大型褶曲构造的一个翼或构造盆地的边缘部分，常表现为一系列单斜岩层。如果单斜岩层倾角较小（如20˚～30˚），则形成一边陡坡一边缓坡的山，叫做单面山（图4-41）；如果单斜岩层倾角较大（如50˚～60˚），则形成两边皆陡峻的山，叫猪背山或猪背脊。图4-41构造盆地及其反映的部分地貌3．穹窿构造、短背斜和构造盆地前二者常形成一组或多组同心圆或椭圆式分布的山脊。有时在这样的地区发育成放射状或环状水系。在构造盆地地区，四周常为由老岩层构成的高山，至盆地底部岩层转为平缓，并且多出现较新的岩层。图4-41构造盆地及其反映的部分地貌4．水平褶皱及倾伏褶皱在水平褶皱地区，常沿两翼走向形成互相平行而对称排列的山脊和山谷。在倾伏褶皱地区，常形成弧形或“之”字形展布的山脊和山谷。地形有时与地质构造基本一致，即形成背斜山和向斜谷。但在更多的情况下，是在背斜部位侵蚀成谷，而在向斜部位发育成山，即形成背斜谷和向斜山。这种地形与构造不相吻合的现象称地形倒置。5．背斜和向斜二、褶皱在地质图上的表现特征褶皱在地质图上的表现特征，即其在平面上的投影图像。其表现形态不仅与其本身褶皱形态有关，而且与地表形态有关，特别是大比例尺地质图上；褶皱在地质图上的图像是褶皱在地面出露形象的平面投影。因此，在地质图上分析褶皱形态和产状时，要注意地形效应的影响，地质图的比例尺越大受地形影响越大。一般来说，当地面起伏不大，轴面近直立、枢纽倾伏较缓的褶皱，地质图上的褶皱的各岩层露头线转折端点的连线，就近乎是褶皱的轴迹，其方向大致反映了枢纽倾伏方向但是，对于斜歪倾伏褶皱，尤其是斜卧（重斜）褶皱和形态复杂的褶皱，或地形复杂、起伏较大，则地质图上的两冀岩层露头线转折端点的连线与枢纽方向就不一致了。三、褶皱形成时代的确定褶皱的形成往往是地壳运动的结果，因此查明褶皱的形成时代是恢复地壳运动历史的重要方法之一。褶皱形成的时代通常用以下方法判别。1.角度不整合分析法褶皱形成于不整合面下最新褶皱岩层之后，早于上覆最老未褶皱岩层之前。从右图可以看出褶皱最新岩层为S3，未褶皱最老岩层为D3，故褶皱形成的年代为S3以后至D3以前，即D1-2世。2.沉积岩厚度分析法利用地壳上升造成褶皱岩层沉积厚度的变化来分析褶皱的形成时代。褶皱形成的时代为岩层发生明显变化所占有的时段。3.同位素年龄分析法利用褶皱同期侵入的岩浆岩、褶皱中的岩脉等的同位素年龄，确定褶皱的形成年代。四研究褶皱的意义褶皱构造不仅影响工程建设，同时对某些矿产起着较大的控制和富集作用。（一）、褶皱对石油、煤的控矿作用由于褶皱使含油层波状起伏，石油沿含油层向上运移，最终富集于背斜的转折端处。因此在背斜的转折端处布置钻井是减少投资提高效益的最佳手段。煤层是弱性岩层，塑性较强。当含煤岩