褶皺構造1分析

2023/3/81一、褶皺的概念1.褶皺的定義：巖層的層面、變質巖的片理面、巖體的流面等，在應力作用下所發(fā)生連續(xù)彎曲變形現(xiàn)象。通常我們把巖層的連續(xù)彎曲稱為褶皺。2.褶皺的基本形態(tài)當巖層的新老關系已知時，分為兩種：背斜與向斜，其中背斜以老地層為核心，向斜以新地層為核心。當巖層的新老關系不明時分為三種：背形、向形與側形。其中背形向上隆起，向形向下隆起，側形中部向側彎曲，見下圖。第九章褶皺構造第一節(jié)褶皺和褶皺要素背斜向斜背形向形側形老新新老2第一節(jié)褶皺和褶皺要素二、褶皺要素為了便于描述和探討褶皺，通常將能反映褶皺幾何形態(tài)與幾何組成的各種要素稱為褶皺要素。它包括：1.核部褶皺彎曲的中心部位。背斜的核部地層最老，向斜的核部地層最新。對同一褶皺而言，隨著出露高度的不同，褶皺的核部地層會發(fā)生相應的變更。2.翼部褶皺核部兩側的部位。對同一個褶皺而言，核部兩側的翼部地層以核部地層為中心鏡相對稱。當兩褶皺（背斜、向斜）相鄰時，兩核部之間的公共部分為共同的翼部，即一褶皺的核部不得包含另一褶皺的翼部。3.轉折端褶皺從一翼到另一翼的彎曲部位。轉折端在橫切褶皺的剖面上可以是一點、一段曲線或一段直線。4.樞紐褶皺同一巖層面轉折端上最大彎曲點的連線。樞紐在空間上可以是直線、曲線、水平線、傾斜線等。第九章褶皺構造3第一節(jié)褶皺和褶皺要素5.軸面由褶皺各巖層樞紐所構成的面稱軸面。軸面在空間上可以垂直、傾斜、水平，也可以是平面、曲面。6.軸線軸面與水平面的交線。它是一假象線，是平面上描述褶皺的重要要素。7.軸跡軸面于地面或剖面的交線。8.脊和槽，脊線與槽線褶皺某一巖層面的最高點稱脊，反之稱槽。脊的連線稱脊線，槽的連線稱槽線。在空間上，脊線或槽線與樞紐可以重合，也可分別。故脊線或槽線在空間上也可以是直線、曲線、水平線、傾斜線。第九章褶皺構造褶皺要素形態(tài)示意圖軸面脊線槽線核部翼部樞紐轉折端4其次節(jié)褶皺的分類一、褶皺的形態(tài)分類（一）按褶皺頂角大小的分類1.平緩褶皺：頂角大于120°2.開闊褶皺：頂角為120—70°3.中常褶皺：頂角為70—30°4.等斜褶皺：頂角為30—5°

5.緊閉褶皺：頂角小于5°

見右圖第九章褶皺構造.（二）按褶皺轉折端形態(tài)的分類1.圓弧褶皺：轉折端呈圓弧狀彎曲的褶皺。2.尖棱褶皺：轉折端呈尖棱狀，兩翼平直。3.箱狀褶皺：轉折端呈箱狀，兩翼產(chǎn)狀較陡。平滑開闊中常緊閉等斜圓弧褶皺尖棱褶皺箱狀褶皺5其次節(jié)褶皺的分類（三）按褶皺樞紐的產(chǎn)狀分類1.水平褶皺：樞紐水平的褶皺。2.傾伏褶皺：樞紐傾伏的褶皺。3.直豎褶皺：樞紐豎直的褶皺。4.波狀褶皺：樞紐成波狀的褶皺。（四）按褶皺軸面產(chǎn)狀的分類1.直立褶皺：軸面直立的褶皺。2.斜歪褶皺：軸面傾斜的褶皺。3.倒轉褶皺：軸面傾斜，兩翼產(chǎn)狀一翼正常、一翼倒轉的褶皺。4.平臥褶皺：軸面水平的褶皺。5.翻轉褶皺：軸面水平翻轉的褶皺。第九章褶皺構造.水平褶皺傾伏褶皺直豎褶皺波狀褶皺直立褶皺斜歪褶皺倒轉褶皺平臥褶皺翻轉褶皺6其次節(jié)褶皺的分類二、按褶皺的位態(tài)（空間的產(chǎn)出狀態(tài)）分類該種分類方案主要依據(jù)褶皺的軸面產(chǎn)狀、結合樞紐產(chǎn)狀的分類。由于該分類方案能較好地反映褶皺的空間形態(tài)。此方案分為七種類型。1.直立水平褶皺2.直立傾伏褶皺3.直豎褶皺4.斜歪水平褶皺5.斜臥褶皺6.斜歪傾伏褶皺7.平臥褶皺三、按褶皺各巖層的厚度及相互關系的分類1.等厚褶皺2.頂厚褶皺3.頂薄褶皺4.不協(xié)調褶皺四、按褶皺的組合形態(tài)分類（一）剖面上的組合形態(tài)1.復背斜與復向斜兩翼被次一級褶皺所困難化了的大背斜或大向斜。第九章褶皺構造圖1圖27其次節(jié)褶皺的分類2.隔檔式與隔槽式褶皺寬廣的向斜與緊閉的背斜組合的褶皺稱為隔檔式褶皺。寬廣的背斜與緊閉的向斜組合的褶皺稱為隔槽式褶皺。（二）按褶皺的平面組合類型分類

1.平行褶皺群2.雁行褶皺群3.掃狀褶皺群4.弧形褶皺群第九章褶皺構造.復背斜復向斜隔檔式隔槽式平行式群雁行式群掃狀褶皺群弧形褶皺群8第三節(jié)特殊褶皺類型一、同沉積褶皺沉積物在沉積或成巖在過程中，因地殼的升降運動，而發(fā)生的褶皺作用，稱同沉積作用。同沉積褶皺的典型特征為：

1.褶皺形態(tài)多為開闊褶皺，兩翼常發(fā)育層間小褶皺。

2.當?shù)貧ど仙龝r，形成頂薄背斜，下降時，形成頂厚向斜。

3.背斜的中心部位物質粒度較粗，向斜中心部位物質粒度較細。二、鞘褶皺韌性剪切帶中發(fā)育的一種形態(tài)類似刀鞘的褶皺。韌性剪切帶中的褶皺經(jīng)剪切作用后造成早期褶皺的樞紐彎曲、拉長而形成鞘褶皺。第九章褶皺構造9第三節(jié)特殊褶皺類型三、疊加褶皺早期形成的褶皺因構造應力的作用再次彎曲變形后形成新的褶皺，稱為疊加褶皺。疊加褶皺經(jīng)驗了數(shù)次構造運動的作用，因每次構造應力的作用方向不同，故疊加褶皺具有以下類型：1.正交型：晚期褶皺最大應變軸平行于早期褶皺軸面，兩中間應變軸近于正交。形成“橫跨褶皺”。2.斜交型：晚期褶皺最大應變軸與早期褶皺軸面近于正交，兩中間應變軸近于正交。3.共軸型：晚期褶皺最大應變軸與早期褶皺軸面正交，兩中間應變軸線平行。第九章褶皺構造.正交型斜交型共軸型10第四節(jié)褶皺的形成機制巖層發(fā)生褶皺是一個困難的過程，除應力的作用大小、方向外，巖層本身的力學性質、厚度、埋深及基底構造等因素，也具有確定的影響。一、褶皺形成的經(jīng)典模式通常認為褶皺的形成存在四種模式：彎曲褶皺作用、彎滑褶皺作用、彎流褶皺作用和剪切褶皺作用。前三種是由于受水平順層擠壓力作用而形成的褶皺，故又稱之為縱彎褶皺作用，屬于主動褶皺。剪切褶皺作用是通過巖層剪切錯位，巖層并不彎曲，因此屬于被動褶皺。見下圖。第九章褶皺構造.1.彎曲褶皺作用巖層受側向擠壓力作用發(fā)生彎曲，其特點為（1）外拉，內壓；（2）褶皺中存在一中和面，該面上各點既不拉伸也不壓縮，見下圖。（3）隨著褶皺彎曲的增加，中和面漸漸向內側遷移?？v彎褶皺作用水平擠壓力剪切褶皺作用11第四節(jié)褶皺的形成機制（4）對于韌性較強的巖層，中和面外側的巖層可拉伸變薄，并形成順層劈理；內側擠壓加厚，形成扇形劈理或小褶皺。對于脆性巖層而言，外側可形成張裂隙、楔形脈、小型正斷層；內側形成或小型逆斷層。2.彎滑褶皺作用巖層在褶皺過程中巖層通過相互滑動彎曲形成褶皺的作用。彎滑褶皺作用具有以下特點：（1）巖層的強度通常較大，褶皺時各巖層沿層面發(fā)生剪切滑動。在褶皺未發(fā)生翻轉狀況下，新巖層向背斜轉折端運動，老巖層向向斜轉折端運動，見右圖。（2）褶皺的各巖層有自己的中和面，整個褶皺無中和面。第九章褶皺構造.褶皺內應力特征扇狀張節(jié)理巖層滑動方向虛脫現(xiàn)象12第四節(jié)褶皺的形成機制（3）褶皺各巖層的彎曲程度基本相同，巖層的真厚度各處一樣，成為等厚褶皺。（4）層間和層面的半生構造發(fā)育。由于巖層間的相互滑動，層面上可形成擦痕，層間可形成小褶皺、剪節(jié)理；轉折端處可行成虛脫、扇形張節(jié)理等。3.彎流褶皺作用在側向擠壓力作用下，巖層的彎曲主要通過物質的塑性流淌而表現(xiàn)出來，這種褶皺作用稱為彎流褶皺作用。彎流褶皺常具有以下特點：（1）彎流褶皺作用主要發(fā)生在軟硬相間的塑性巖層中。（2）褶皺巖層（塑性層）的真厚度各處不等，轉折端厚，兩翼薄。（3）由于塑性流淌，層內可形成層間劈理、小褶皺等，。第九章褶皺構造彎流褶皺13第四節(jié)褶皺的形成機制4.剪切褶皺作用巖層沿著與巖層垂直或斜交的剪切面滑動而形成的褶皺稱為剪切褶皺作用，所形成的褶皺稱為剪切褶皺。剪切褶皺并非巖層彎曲，而是巖層沿著剪切面相互滑動，由于滑動量的不同造成巖層形態(tài)的變更。5.橫彎褶皺作用巖層受到垂直與巖層層面方向的外力作用而發(fā)生的褶皺作用，稱之為橫彎褶皺作用。橫彎褶皺作用的基本特點為：（1）橫彎褶皺中巖層整體處于拉伸狀態(tài)，各巖層均無中和面。（2）多形成頂薄褶皺。（3）塑性物質由頂向兩翼流淌，在兩翼形成層間小褶皺等。第九章褶皺構造14第四節(jié)褶皺的形成機制二、影響巖層褶皺的其它因素1.巖性不同巖性的巖層其力學性質不同，在相同的外力作用下變形程度不同。2.厚度巖性相同的狀況下，巖層的厚度越薄，其褶皺變形程度越強。圍壓與溫度巖層埋藏越深，其圍壓、溫度越高。較高的圍壓與溫度能降低巖層的剛性，使原先較剛性難褶皺變形的巖層，在地下深處變?yōu)樗苄暂^易褶皺變形的巖層。從以上因素可以看處：（1）厚度大、剛性強的巖層常常形成變形程度較低的開闊褶皺或等厚褶皺。反之則形成緊閉褶皺等。（2）不同巖性的巖層組合，剛性強的巖層限制著整個褶皺的形態(tài)，而剛性弱的巖層則受強巖層的限制。第九章褶皺構造見下圖15第五節(jié)褶皺的探討

一、褶皺的度量1.褶皺的對稱性當褶皺的軸面與水平面或褶皺的包絡面垂直，兩翼長度相等的褶皺，稱為對稱褶皺。反之稱為不對稱褶皺。對稱褶皺的兩翼長度相等，不對稱褶皺的兩翼長度不等，見右圖。上圖，AB=AC，下圖，AB≠AC。2.褶皺的強度與規(guī)模褶皺強度是以褶皺的波長和波幅代表。右上圖，波長為BD，波幅為CE。右下圖，波長為BG、CH，波幅為CE、DF。褶皺規(guī)模是指褶皺同一最外巖層的長度（平行軸線）與寬度（垂直軸線）。第九章褶皺構造ABCEDABCDEFG包絡面對稱褶皺不對稱褶皺H16第五節(jié)褶皺的探討3.褶皺要素的測量褶皺的各要素可以通過野外實地測量以及在室內地形地質圖上用幾何作圖或計算求得。具體方法將在野外及室內實習課中講解。二、褶皺形態(tài)的相識與探討對褶皺形態(tài)的相識與探討是了解褶皺類型、分析褶皺成因等的重要步驟。通?？蓮囊韵聨讉€方面進行：（一）褶皺平面的形態(tài)褶皺的平面形態(tài)是在已建的區(qū)域地層層序基礎上，通過野外地質填圖和從室內地形地質圖件上分析了解的。1.野外觀測（1）首先視察和發(fā)覺地層是否對稱或重復，確定褶皺是否存在。（2）選擇易于識別或出露條件好的巖層或地層作為標記層。（3）追索或穿越各地層界線、勾繪地層界線、測量巖層產(chǎn)狀及褶皺要素的產(chǎn)狀，從而確定褶皺的類型與規(guī)模。2.室內圖件分析第九章褶皺構造見圖1圖2圖317第五節(jié)褶皺的探討（二）褶皺的剖面形態(tài)（垂直軸線方向）褶皺剖面形態(tài)的野外觀測應留意以下幾個方面：1.留意利用某些自然或人工剖面，如懸崖、開挖的馬路等往往是視察褶皺剖面形態(tài)的有利條件。2.對同一褶皺不同高度的剖面進行視察，用以了解褶皺剖面形態(tài)的變更。3.褶皺轉折端的形態(tài)通常與褶皺平面上的巖層閉合端的形態(tài)類似。4.測量褶皺要素的產(chǎn)狀，留意次級變更等。第九章褶皺構造見下圖18第五節(jié)褶皺的探討三、褶皺形成的時代褶皺的形成往往是地殼運動的結果，因此查明褶皺的形成時代是復原地殼運動歷史的重要方法之一。褶皺形成的時代通常用以下方法判別。1.角度不整合分析法褶皺形成于不整合面下最新褶皺巖層之后，早于上覆最老未褶皺巖層之前。從右圖可以看出褶皺最新巖層為S3，未褶皺最老巖層為D3，故褶皺形成的年頭為S3以后至D3以前，即D1-2世。2.沉積巖厚度分析法利用地殼上升造成褶皺巖層沉積厚度的變更來分析褶皺的形成時代。褶皺形成的時代為巖層發(fā)生明顯變更所占有的時段。3.同位素年齡分析法利用褶皺同期侵入的巖漿巖、褶皺中的巖脈等的同位素年齡，確定褶皺的形成年頭。第九章褶皺構造19第六節(jié)褶皺與礦產(chǎn)褶皺構造不僅影響工程建設，同時對某些礦產(chǎn)起著較大的限制和富集作用。一、褶皺對石油、煤的控礦作用由于褶皺使含油層波狀起伏，石油沿含油層向上運移，最終富集于背斜的轉折端處。因此在背斜的轉折端處布置鉆井是削減投資提高效益的最佳手段。煤層是弱性巖層，塑性較強。當含煤巖層發(fā)生褶皺時，因彎流作用造成煤層發(fā)生向褶皺轉折端的塑性流淌。正是由于褶皺作用，使得原先較薄的不行采煤層變?yōu)檩^厚的可采煤層。我國南方大部分煤層多經(jīng)驗了彎流褶皺作用的改造。二、褶皺對某些金屬礦產(chǎn)的控礦作用由于彎滑褶皺作用，造成褶皺轉折端巖層間的虛脫現(xiàn)象。當巖漿侵入褶皺，這些虛脫的空間就成為了礦漿的最佳富集處。三、褶皺構造對礦山建設的作用大部分的礦產(chǎn)均位于地下，了解它們的形態(tài)與產(chǎn)狀是礦山建設的首要工作之一。賦存于巖層中的礦體隨著巖層的褶皺變形而變形，正確地相識與了解礦體的褶皺變形，可對礦山礦體的形態(tài)與儲量從新評估，從而延長礦山的開采壽命。第九章褶皺構造見圖見圖見圖