第九章 褶皺的成因分析

1、第九章褶皺的成因分析褶皺的成因概述一、根據(jù)褶皺過(guò)程中巖層的變形行為，可以劃分為： 主動(dòng)褶皺（彎曲褶皺）、被動(dòng)褶皺（剪切褶皺）二、根據(jù)褶皺過(guò)程中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方式，可以劃分為： 滑動(dòng)褶皺作用、流動(dòng)褶皺作用三、根據(jù)引起褶皺的作用力方式，可以劃分為： 縱彎褶皺作用、橫彎褶皺作用主動(dòng)褶皺和被動(dòng)褶皺主動(dòng)褶皺：褶皺的形成是通過(guò)層的力學(xué)性質(zhì)和層理積極地控制著褶皺發(fā)育，又稱(chēng)彎曲褶皺。形成條件：地殼中淺構(gòu)造層次（約10km以內(nèi)）。被動(dòng)褶皺：層理的力學(xué)不均一性在褶皺形成過(guò)程不起主導(dǎo)作用，只是被動(dòng)作為變形標(biāo)志，這種褶皺稱(chēng)為被動(dòng)褶皺，它的層理并沒(méi)有發(fā)生真正的彎曲，而褶皺是通過(guò)沿平行剪切面的不均勻剪切而形成的，這種褶皺又稱(chēng)剪

2、切褶皺。形成條件：地殼的下構(gòu)造層次，溫度和壓力增高，各層巖石均顯示很大韌性。巖石間的韌性差異很小，趨向于均一。流動(dòng)褶皺和滑動(dòng)褶皺z流動(dòng)：流動(dòng)：是指物質(zhì)的連續(xù)位移（A）。z滑動(dòng)：滑動(dòng)：是指物質(zhì)沿著許多一定間隔的不連續(xù)面的位移（B）?？v彎褶皺和橫彎褶皺l縱彎褶皺：縱彎褶皺：是在平行于巖層的水平擠壓作用下，巖層失穩(wěn)而彎曲，稱(chēng)為縱彎褶皺。l橫彎褶皺：橫彎褶皺：是指在垂直于巖層的作用力的作用下使巖層發(fā)生彎曲，稱(chēng)為橫彎褶皺?？v彎褶皺縱彎褶皺橫彎褶皺橫彎褶皺第一節(jié) 縱彎褶皺作用縱彎褶皺作用縱彎褶皺作用 2. 2. 單層巖層的縱彎褶皺作用單層巖層的縱彎褶皺作用: : 在結(jié)構(gòu)均一的單層板狀材料側(cè)面畫(huà)上幾排小圓在

3、結(jié)構(gòu)均一的單層板狀材料側(cè)面畫(huà)上幾排小圓, ,側(cè)向擠側(cè)向擠壓使板狀材料褶皺彎曲壓使板狀材料褶皺彎曲, , 其面的小圓有以下情況其面的小圓有以下情況: :3.3.單層巖層縱彎褶皺中形成的小構(gòu)造單層巖層縱彎褶皺中形成的小構(gòu)造: : 在單一巖層受側(cè)向擠壓形成縱彎褶皺時(shí)在單一巖層受側(cè)向擠壓形成縱彎褶皺時(shí), ,在巖層的不同部位可在巖層的不同部位可形成一系列有規(guī)律分布的小構(gòu)造。如果巖層韌性較高形成一系列有規(guī)律分布的小構(gòu)造。如果巖層韌性較高, , 巖層外凸側(cè)巖層外凸側(cè)因拉伸而變薄因拉伸而變薄, , 內(nèi)凹側(cè)因擠壓壓縮而變厚，若內(nèi)凹側(cè)微層理發(fā)育內(nèi)凹側(cè)因擠壓壓縮而變厚，若內(nèi)凹側(cè)微層理發(fā)育, , 還可形成一系列小型褶

4、皺還可形成一系列小型褶皺; ; 如果是較脆性的巖層如果是較脆性的巖層, , 在褶皺巖層外凸在褶皺巖層外凸側(cè)常形成與層面垂直呈扇形排列的楔形張節(jié)理或小型正斷層，而在側(cè)常形成與層面垂直呈扇形排列的楔形張節(jié)理或小型正斷層，而在褶皺巖層的內(nèi)凹側(cè)因壓縮而形成逆斷層。褶皺巖層的內(nèi)凹側(cè)因壓縮而形成逆斷層。內(nèi)部伴生的小構(gòu)造特點(diǎn)巖石韌性很小時(shí)，抗張強(qiáng)度差，發(fā)生脆性破裂，外側(cè)形成張節(jié)理呈正扇形分布；內(nèi)側(cè)形成順層張裂，為脈體充填時(shí)則形成順層張裂脈。巖石韌性中等時(shí)，抗剪強(qiáng)度差，形成共軛剪裂。其內(nèi)側(cè)共軛剪裂可發(fā)展為逆沖斷層；外側(cè)共軛剪裂可發(fā)展為頂部地塹。巖石韌性大時(shí)，外側(cè)因拉伸而變薄形成平行層理的流劈理；內(nèi)側(cè)因擠壓而加

5、厚，可形成正扇形劈理，也可形成次級(jí)小褶皺。4.4.彎滑作用彎滑作用: :沉積巖層是由許多單一巖層疊置組合而成的沉積巖層是由許多單一巖層疊置組合而成的, , 當(dāng)一套層狀巖層受到側(cè)向擠壓而發(fā)生縱彎褶當(dāng)一套層狀巖層受到側(cè)向擠壓而發(fā)生縱彎褶皺時(shí)皺時(shí), , 層面在形成褶皺的過(guò)程中起著重要的層面在形成褶皺的過(guò)程中起著重要的作用作用, , 并以彎滑作用方式、彎流作用方式形并以彎滑作用方式、彎流作用方式形成縱彎褶皺。成縱彎褶皺。彎滑作用指一系列巖層在側(cè)向擠壓作用中通彎滑作用指一系列巖層在側(cè)向擠壓作用中通過(guò)層間滑動(dòng)而發(fā)生彎曲成為褶皺的作用。過(guò)層間滑動(dòng)而發(fā)生彎曲成為褶皺的作用。 (1) 縱彎引起的彎滑作用往往形成

6、平縱彎引起的彎滑作用往往形成平行褶皺行褶皺, 也即也即IB型褶皺。型褶皺。 平行褶皺平行褶皺 (2) 縱彎褶皺作用引起的層間滑動(dòng)是有規(guī)律縱彎褶皺作用引起的層間滑動(dòng)是有規(guī)律的的, 背斜中各相鄰的上層向背斜轉(zhuǎn)折端滑動(dòng)背斜中各相鄰的上層向背斜轉(zhuǎn)折端滑動(dòng), 而各相鄰的下層則向相反方向即向相鄰而各相鄰的下層則向相反方向即向相鄰的向斜的轉(zhuǎn)折端滑動(dòng)。的向斜的轉(zhuǎn)折端滑動(dòng)。 (3) 由于層間滑由于層間滑動(dòng)產(chǎn)生的上下巖動(dòng)產(chǎn)生的上下巖層之間的摩擦層之間的摩擦, 可可在層面上形成層在層面上形成層面擦痕面擦痕,這些線狀這些線狀擦痕的延伸方向擦痕的延伸方向與褶皺的樞紐延與褶皺的樞紐延伸方向垂直。伸方向垂直。 樞紐樞紐 (

7、4) 由于兩翼巖層由于兩翼巖層的層間相對(duì)滑動(dòng)的層間相對(duì)滑動(dòng), 往往在褶皺的轉(zhuǎn)折往往在褶皺的轉(zhuǎn)折端形成空隙空間端形成空隙空間,造造成虛脫現(xiàn)象成虛脫現(xiàn)象,這些虛這些虛脫空間若后來(lái)被成脫空間若后來(lái)被成礦物質(zhì)充填礦物質(zhì)充填, 則可則可以形成鞍狀的礦床以形成鞍狀的礦床或礦體?；虻V體。 (5) 在兩個(gè)強(qiáng)硬巖層之間在兩個(gè)強(qiáng)硬巖層之間夾有層理發(fā)育的韌性巖層夾有層理發(fā)育的韌性巖層的條件下的條件下, 巖層發(fā)生縱彎褶巖層發(fā)生縱彎褶皺作用時(shí)皺作用時(shí), 則會(huì)在層間滑動(dòng)則會(huì)在層間滑動(dòng)的剪切力偶的作用下的剪切力偶的作用下, 在韌在韌性的薄巖層中產(chǎn)生層間小性的薄巖層中產(chǎn)生層間小褶皺。位于主褶皺翼部的褶皺。位于主褶皺翼部的這些

8、層間小褶皺為不對(duì)稱(chēng)這些層間小褶皺為不對(duì)稱(chēng)褶皺褶皺, 層間小褶皺的軸面與層間小褶皺的軸面與它們上、下相鄰的強(qiáng)硬巖它們上、下相鄰的強(qiáng)硬巖層面所夾銳角的方向?qū)用嫠鶌A銳角的方向, 指示指示其相鄰巖層的相對(duì)滑動(dòng)方其相鄰巖層的相對(duì)滑動(dòng)方向。向。 層間小褶皺的軸面與它們上、層間小褶皺的軸面與它們上、下相鄰的強(qiáng)硬巖層面所夾銳角下相鄰的強(qiáng)硬巖層面所夾銳角的方向的方向, 指示其相鄰巖層的相對(duì)指示其相鄰巖層的相對(duì)滑動(dòng)方向?；瑒?dòng)方向。上述層間滑動(dòng)規(guī)律可用來(lái)判斷上述層間滑動(dòng)規(guī)律可用來(lái)判斷巖層的頂面和底面巖層的頂面和底面, 確定巖層層確定巖層層序是正常還是倒轉(zhuǎn)序是正常還是倒轉(zhuǎn); 還可用來(lái)判還可用來(lái)判斷背斜和向斜的位置。斷

9、背斜和向斜的位置。 5.彎流作用彎流作用: 是指縱彎褶皺作用使巖層發(fā)生彎曲變是指縱彎褶皺作用使巖層發(fā)生彎曲變形時(shí)形時(shí), 巖層間不僅發(fā)生層間滑動(dòng)巖層間不僅發(fā)生層間滑動(dòng), 而且某而且某些巖層的內(nèi)部還出現(xiàn)物質(zhì)流動(dòng)現(xiàn)象些巖層的內(nèi)部還出現(xiàn)物質(zhì)流動(dòng)現(xiàn)象; 上上下巖層面對(duì)褶皺層內(nèi)物質(zhì)的流動(dòng)起著控下巖層面對(duì)褶皺層內(nèi)物質(zhì)的流動(dòng)起著控制作用。制作用。 (1) 層內(nèi)物質(zhì)的層內(nèi)物質(zhì)的流動(dòng)方向流動(dòng)方向, 是從翼是從翼部流向轉(zhuǎn)折端部流向轉(zhuǎn)折端, 并并導(dǎo)致在褶皺轉(zhuǎn)折端導(dǎo)致在褶皺轉(zhuǎn)折端部位巖層厚度有不部位巖層厚度有不同程度的增加同程度的增加, 而而褶皺翼部的巖層厚褶皺翼部的巖層厚度則相對(duì)減薄度則相對(duì)減薄, 從從而形成而形成I

10、I類(lèi)的相似類(lèi)的相似褶皺或褶皺或III類(lèi)的頂厚類(lèi)的頂厚褶皺。褶皺。相似褶皺相似褶皺 (2) 當(dāng)軟巖層與當(dāng)軟巖層與硬巖層互層硬巖層互層, 受到受到順層擠壓時(shí)順層擠壓時(shí), 硬巖硬巖層難以發(fā)生流動(dòng)層難以發(fā)生流動(dòng), 仍形成仍形成IB型平行褶型平行褶皺皺;而軟巖層容易而軟巖層容易發(fā)生流動(dòng)并去充發(fā)生流動(dòng)并去充填由于層間滑動(dòng)填由于層間滑動(dòng)形成的虛脫空間形成的虛脫空間, 從而形成與硬巖從而形成與硬巖層褶皺形態(tài)不同層褶皺形態(tài)不同的頂厚褶皺。的頂厚褶皺。 (3) 當(dāng)硬巖層中夾當(dāng)硬巖層中夾有一大層層理發(fā)育有一大層層理發(fā)育并相對(duì)容易流動(dòng)的并相對(duì)容易流動(dòng)的韌性巖層時(shí)韌性巖層時(shí), 物質(zhì)的物質(zhì)的流動(dòng)并不順其微層流動(dòng)并不順其微

11、層理發(fā)生層間差異流理發(fā)生層間差異流動(dòng)動(dòng), 而是在主褶皺的而是在主褶皺的翼部和轉(zhuǎn)折端形成翼部和轉(zhuǎn)折端形成從屬褶皺從屬褶皺, 這些從屬這些從屬褶皺顯示了層內(nèi)物褶皺顯示了層內(nèi)物質(zhì)向轉(zhuǎn)折端流動(dòng)的質(zhì)向轉(zhuǎn)折端流動(dòng)的特征。特征。 (4) 在側(cè)向擠壓力在側(cè)向擠壓力作用下作用下, 軟巖層發(fā)生軟巖層發(fā)生強(qiáng)烈層內(nèi)流動(dòng)強(qiáng)烈層內(nèi)流動(dòng), 可產(chǎn)可產(chǎn)生線理、劈理生線理、劈理(兼有兼有變質(zhì)作用變質(zhì)作用)等小構(gòu)造等小構(gòu)造; 如果軟巖層中夾有如果軟巖層中夾有脆性的薄層脆性的薄層, 還可形還可形成構(gòu)造透鏡體。成構(gòu)造透鏡體?？v彎褶皺中發(fā)育的劈理型式可形成正扇形劈理、反扇形劈理、正扇形劈理、反扇形劈理、軸面劈理和劈理折射軸面劈理和劈理折

12、射等。褶皺中劈理與層理關(guān)系的應(yīng)用實(shí)例利用劈理與層理關(guān)系判斷正常地層和倒轉(zhuǎn)地層；判斷經(jīng)驗(yàn)法則：在正常翼，劈理與層理傾斜一致，劈理傾角比層理的傾角陡，為正常層序，判斷背斜在左側(cè)；在倒轉(zhuǎn)翼，劈理傾向與層理一致，劈理傾角比層理傾角緩，為倒轉(zhuǎn)層序，背斜在右側(cè)。第二節(jié) 橫彎褶皺作用1.橫彎褶皺作用的概念橫彎褶皺作用的概念: 巖層受到與層面垂直的外力作用而發(fā)生彎曲形成的巖層受到與層面垂直的外力作用而發(fā)生彎曲形成的褶皺叫做橫彎褶皺作用。這類(lèi)褶皺主要是由于地殼的褶皺叫做橫彎褶皺作用。這類(lèi)褶皺主要是由于地殼的差異升降運(yùn)動(dòng)、巖漿及巖鹽底辟作用以及同沉積作用差異升降運(yùn)動(dòng)、巖漿及巖鹽底辟作用以及同沉積作用所造成的所造成

13、的, 與縱彎褶皺作用所形成的褶皺相比與縱彎褶皺作用所形成的褶皺相比, 橫彎褶橫彎褶皺作用所形成的褶皺是次要的。皺作用所形成的褶皺是次要的。2. 橫彎褶皺作用的特點(diǎn):(1) 橫彎褶皺的巖層整體處于拉伸狀態(tài), 一般不存在中和面。(2) 橫彎褶皺作用往往形成IA型的頂薄褶皺, 尤其是巖漿侵入或高韌性的巖體上拱造成的穹隆構(gòu)造更是如此; 在這種情況下, 褶皺頂部巖層不僅拉伸而變薄,而且還可能造成放射狀斷層或同心圓狀環(huán)形斷層; 這些斷層若后來(lái)被成礦熱液充填, 就會(huì)形成放射狀或同心圓狀礦體。(3) 橫彎褶皺作用引起的彎流作用是使巖層物質(zhì)從褶皺彎曲的頂部向翼部流動(dòng), 從而形成頂部巖層薄, 翼部巖層相對(duì)較厚的頂

14、薄褶皺。這與縱彎褶皺層間物質(zhì)從翼部流向轉(zhuǎn)折端的流動(dòng)方向是剛好相反的。 (4) 在橫彎褶皺作用形成的背斜中, 韌性巖層在翼部由于重力作用或?qū)娱g差異流動(dòng), 可形成一些層間褶皺, 這些層間褶皺的軸面與主褶皺的銳夾角方向指向兩翼巖層的傾斜方向, 表明巖層上層面相對(duì)于相鄰下層面向背離背斜轉(zhuǎn)折端的方向位移, 這與縱彎褶皺中背斜內(nèi)層間褶皺指示主褶皺的各相鄰上層向背斜轉(zhuǎn)折端滑動(dòng)的滑動(dòng)方向剛好相反。橫彎褶皺之一 底劈構(gòu)造O底劈構(gòu)造：底劈構(gòu)造：是一種特殊褶皺，是地下低粘度易流動(dòng)物質(zhì)因浮力自下而上流動(dòng)，引起上覆巖層上拱的構(gòu)造。底劈構(gòu)造是一種鹽丘構(gòu)造、儲(chǔ)油構(gòu)造，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。O動(dòng)力學(xué)原因動(dòng)力學(xué)原因是由于巖石密度

15、倒置引起重力不穩(wěn)定性。石鹽粘度1017Pas，密度2.2g/cm3巖石粘度10221023Pas，密度2.52.7g/cm3巖漿侵入穿刺/底劈構(gòu)造當(dāng)巖漿上升當(dāng)巖漿上升, , 侵入圍侵入圍巖巖, , 使上覆巖層發(fā)生使上覆巖層發(fā)生拱曲時(shí)拱曲時(shí), , 則可形成巖則可形成巖漿底辟漿底辟/ /穿刺。穿刺。橫彎褶皺之二 同沉積褶皺同沉積褶皺同沉積褶皺巖層邊沉積邊形成褶皺。同沉積褶皺特征：同沉積褶皺特征：1）兩翼產(chǎn)狀傾角平緩，總體為開(kāi)闊褶皺；2）巖層厚度背斜頂薄，翼部厚；向斜核部厚度大；3）背斜頂部沉積物為淺水粗粒物質(zhì)，向斜中心變細(xì)；4）伴隨滑塌斷層。J-K頁(yè)巖在頂部相變?yōu)樯暗[巖P頁(yè)巖層間小褶皺發(fā)育 C細(xì)砂

16、巖頂部發(fā)育楔狀節(jié)理D頁(yè)巖發(fā)育有層間小褶皺根據(jù)上圖背斜中各層小構(gòu)造、巖相及厚度變化特點(diǎn)分析并回答：1、地層之間的接觸關(guān)系；2、背斜由哪些褶皺作用形成；3、簡(jiǎn)述該背斜的形成過(guò)程。第三節(jié) 剪切褶皺作用1.1.剪切褶皺作用的概念剪切褶皺作用的概念: : 巖層沿著一系列與巖層不平行的密集面巖層沿著一系列與巖層不平行的密集面發(fā)生差異滑動(dòng)而形成褶皺的作用叫做剪切發(fā)生差異滑動(dòng)而形成褶皺的作用叫做剪切褶皺作用。在這種褶皺作用中原始的巖層褶皺作用。在這種褶皺作用中原始的巖層面已經(jīng)不起控制作用面已經(jīng)不起控制作用, , 而只是作為滑動(dòng)結(jié)而只是作為滑動(dòng)結(jié)果的標(biāo)志或參照系。果的標(biāo)志或參照系。 (1) (1) 在橫剖面上在

17、橫剖面上平行軸面平行軸面( (也就是劈也就是劈理面或滑動(dòng)面理面或滑動(dòng)面) )方向方向所量得的褶皺不同所量得的褶皺不同部位的層的部位的層的“厚度厚度”基本是相等的基本是相等的, ,所以所以, ,剪切褶皺的典型型剪切褶皺的典型型式是相似褶皺。式是相似褶皺。 巖層面巖層面滑動(dòng)面滑動(dòng)面 (2) (2) 剪切褶皺剪切褶皺作用所形成的褶皺作用所形成的褶皺并非巖層面真正發(fā)并非巖層面真正發(fā)生了彎曲變形生了彎曲變形, , 而而是層面沿密集的平是層面沿密集的平行劈理或片理面發(fā)行劈理或片理面發(fā)生差異滑動(dòng)而顯現(xiàn)生差異滑動(dòng)而顯現(xiàn)出彎曲的外貌。出彎曲的外貌。 滑動(dòng)面滑動(dòng)面巖層面巖層面第四節(jié) 柔流褶皺作用柔流褶皺作用是指高

18、韌柔流褶皺作用是指高韌性巖石性巖石( (如巖鹽、石膏、如巖鹽、石膏、或煤層等或煤層等) )或者是巖石或者是巖石處于高溫高壓環(huán)境下變處于高溫高壓環(huán)境下變成高韌性體成高韌性體, , 受到外力受到外力的作用的作用, , 發(fā)生類(lèi)似粘稠發(fā)生類(lèi)似粘稠的流體那樣的流動(dòng)變形的流體那樣的流動(dòng)變形, ,從而形成形態(tài)復(fù)雜多變從而形成形態(tài)復(fù)雜多變的褶皺。的褶皺。 例如例如, , 鹽丘構(gòu)造的鹽丘構(gòu)造的底辟核的膏鹽層就是一底辟核的膏鹽層就是一種形態(tài)復(fù)雜的柔流褶皺、種形態(tài)復(fù)雜的柔流褶皺、 在變質(zhì)巖或混合巖化的巖體中有些長(zhǎng)英質(zhì)脈巖受力作用而在變質(zhì)巖或混合巖化的巖體中有些長(zhǎng)英質(zhì)脈巖受力作用而形成的腸狀褶皺就是一種柔流褶皺。這在

19、太古代和其它深形成的腸狀褶皺就是一種柔流褶皺。這在太古代和其它深變質(zhì)巖中是較為普遍的一種構(gòu)造現(xiàn)象變質(zhì)巖中是較為普遍的一種構(gòu)造現(xiàn)象, ,這類(lèi)腸狀褶皺或者這類(lèi)腸狀褶皺或者是早期侵位的巖脈在圍巖發(fā)生變形和變質(zhì)過(guò)程中發(fā)生流變是早期侵位的巖脈在圍巖發(fā)生變形和變質(zhì)過(guò)程中發(fā)生流變而形成而形成; ; 或者是在強(qiáng)烈變形時(shí)期或者是在強(qiáng)烈變形時(shí)期, , 貫入到褶皺巖層中的脈貫入到褶皺巖層中的脈巖巖, , 后來(lái)又與圍巖一起變形而成。后來(lái)又與圍巖一起變形而成。 腸狀褶皺腸狀褶皺第五節(jié) 膝褶作用膝褶作用膝褶作用: : 這類(lèi)褶皺主要發(fā)生在巖性較均一的脆性薄巖層或面這類(lèi)褶皺主要發(fā)生在巖性較均一的脆性薄巖層或面理化巖石中理化巖

20、石中, , 脆性薄巖層在一定圍巖的限制下脆性薄巖層在一定圍巖的限制下, , 受到與層受到與層理或面理平行或稍微斜交的壓應(yīng)力作用理或面理平行或稍微斜交的壓應(yīng)力作用, , 使巖層發(fā)生層間使巖層發(fā)生層間滑動(dòng)滑動(dòng), , 但又受到某種限制但又受到某種限制, , 常常使滑動(dòng)面發(fā)生急劇轉(zhuǎn)折常常使滑動(dòng)面發(fā)生急劇轉(zhuǎn)折, , 即相當(dāng)于軸面的膝褶面折轉(zhuǎn)而成尖棱褶皺。即相當(dāng)于軸面的膝褶面折轉(zhuǎn)而成尖棱褶皺。 膝褶中的滑動(dòng)褶皺作用常集中發(fā)生在不對(duì)稱(chēng)膝褶的膝褶中的滑動(dòng)褶皺作用常集中發(fā)生在不對(duì)稱(chēng)膝褶的短翼部分短翼部分, , 形成剪切帶形成剪切帶, ,稱(chēng)為膝褶帶稱(chēng)為膝褶帶; ; 膝褶帶兩側(cè)膝褶帶兩側(cè)的界面為膝褶面。兩個(gè)相鄰膝褶

21、帶可以互相平行的界面為膝褶面。兩個(gè)相鄰膝褶帶可以互相平行, , 也可呈共軛相交也可呈共軛相交, , 形成箱狀褶皺或稱(chēng)為共軛褶皺。形成箱狀褶皺或稱(chēng)為共軛褶皺。一系列兩翼等長(zhǎng)的對(duì)稱(chēng)式尖棱褶皺常組成一系列兩翼等長(zhǎng)的對(duì)稱(chēng)式尖棱褶皺常組成“人人”字字型型, , 或手風(fēng)琴式褶皺。或手風(fēng)琴式褶皺。 第六節(jié) 褶皺形成中的壓扁作用褶皺形成中的壓扁作用褶皺形成中的壓扁作用: : 巖層在側(cè)向順層擠壓力的作用下巖層在側(cè)向順層擠壓力的作用下, , 會(huì)會(huì)引起平行主壓應(yīng)力方向的縮短和垂直于主引起平行主壓應(yīng)力方向的縮短和垂直于主壓應(yīng)力方向的伸長(zhǎng)壓應(yīng)力方向的伸長(zhǎng), , 即壓扁作用。巖層在即壓扁作用。巖層在形成褶皺的整個(gè)發(fā)育過(guò)程

22、中都有壓扁作用形成褶皺的整個(gè)發(fā)育過(guò)程中都有壓扁作用, , 壓扁作用對(duì)褶皺的形態(tài)及其內(nèi)部的應(yīng)變分壓扁作用對(duì)褶皺的形態(tài)及其內(nèi)部的應(yīng)變分布都有顯著的影響。布都有顯著的影響。 (1) (1)在壓扁作用下在壓扁作用下, ,褶皺巖層內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)變狀態(tài)也隨之發(fā)褶皺巖層內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)變狀態(tài)也隨之發(fā)生有規(guī)律的變化生有規(guī)律的變化, , 例如例如, , 隨著縱彎褶皺作用增強(qiáng)隨著縱彎褶皺作用增強(qiáng), , 壓扁作壓扁作用也隨之增強(qiáng)用也隨之增強(qiáng), , 褶皺層內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)變橢球體的長(zhǎng)軸褶皺層內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)變橢球體的長(zhǎng)軸X X逐漸旋逐漸旋轉(zhuǎn)到與褶皺軸面平行的方向上轉(zhuǎn)到與褶皺軸面平行的方向上, ,壓扁作用越強(qiáng)烈壓扁作用越強(qiáng)烈, ,應(yīng)變橢球應(yīng)變橢球越

23、扁越扁, ,整個(gè)褶皺就越緊閉。整個(gè)褶皺就越緊閉。 (2) (2)在褶皺形成過(guò)程中在褶皺形成過(guò)程中, , 因壓扁作用而使褶皺巖層的厚度因壓扁作用而使褶皺巖層的厚度也相應(yīng)發(fā)生變化也相應(yīng)發(fā)生變化, ,表現(xiàn)為翼部巖層變薄表現(xiàn)為翼部巖層變薄, ,轉(zhuǎn)折端巖層變厚轉(zhuǎn)折端巖層變厚, , 從從而使整個(gè)褶皺由平行褶皺向相似褶皺發(fā)展。而使整個(gè)褶皺由平行褶皺向相似褶皺發(fā)展。 (3)(3)壓扁作用也使巖石中的鮞粒、礫石以及具對(duì)稱(chēng)要素的壓扁作用也使巖石中的鮞粒、礫石以及具對(duì)稱(chēng)要素的化石化石( (如三葉蟲(chóng)、腕足類(lèi)、筆石、羊齒等）如三葉蟲(chóng)、腕足類(lèi)、筆石、羊齒等）, ,或礦物晶體如黃或礦物晶體如黃鐵礦、石榴子石等發(fā)生變形鐵礦、

24、石榴子石等發(fā)生變形; ;對(duì)它們變形后的形狀與變形前的對(duì)它們變形后的形狀與變形前的原始形狀進(jìn)行對(duì)比原始形狀進(jìn)行對(duì)比, , 可以推斷壓扁作用的程度?？梢酝茢鄩罕庾饔玫某潭取?(4) (4)在壓扁作用下在壓扁作用下, ,位于褶皺翼部的脆性薄巖層往往在垂位于褶皺翼部的脆性薄巖層往往在垂直壓縮方向的拉伸下形成石香腸、構(gòu)造透鏡體直壓縮方向的拉伸下形成石香腸、構(gòu)造透鏡體; ;如若是韌性巖如若是韌性巖層褶皺并經(jīng)受強(qiáng)烈壓扁作用層褶皺并經(jīng)受強(qiáng)烈壓扁作用, ,則會(huì)形成與褶皺軸面平行的密集則會(huì)形成與褶皺軸面平行的密集的軸面劈理的軸面劈理, ,當(dāng)壓扁作用不均勻時(shí)當(dāng)壓扁作用不均勻時(shí), ,則會(huì)沿劈理面發(fā)生差異滑則會(huì)沿劈理面

25、發(fā)生差異滑動(dòng)動(dòng), ,形成以層面為標(biāo)志面的剪切褶皺。形成以層面為標(biāo)志面的剪切褶皺。 (5) (5)當(dāng)褶皺是當(dāng)褶皺是由脆性和韌性巖由脆性和韌性巖層相間組成時(shí)層相間組成時(shí), ,在在經(jīng)受強(qiáng)烈持續(xù)的經(jīng)受強(qiáng)烈持續(xù)的壓扁作用之后壓扁作用之后, ,韌韌性巖層就會(huì)產(chǎn)生性巖層就會(huì)產(chǎn)生劈理劈理, ,強(qiáng)硬巖層則強(qiáng)硬巖層則會(huì)因強(qiáng)烈壓扁形會(huì)因強(qiáng)烈壓扁形成成“無(wú)根鉤狀褶無(wú)根鉤狀褶皺皺”, , 這種變形這種變形現(xiàn)象在強(qiáng)烈褶皺現(xiàn)象在強(qiáng)烈褶皺的變質(zhì)巖區(qū)較為的變質(zhì)巖區(qū)較為普遍。普遍。 (6) (6)在厚層韌性巖層在厚層韌性巖層( (如泥巖如泥巖) )夾薄層強(qiáng)夾薄層強(qiáng)硬巖層硬巖層( (如石英砂巖如石英砂巖) )組成的巖系受到側(cè)向順組

26、成的巖系受到側(cè)向順層擠壓尚未發(fā)生褶皺時(shí)層擠壓尚未發(fā)生褶皺時(shí), , 巖系先整體平行主巖系先整體平行主壓應(yīng)力方向壓縮壓應(yīng)力方向壓縮, , 垂直主壓應(yīng)力方向伸長(zhǎng)使垂直主壓應(yīng)力方向伸長(zhǎng)使厚度略增厚度略增; ; 在持續(xù)擠壓下在持續(xù)擠壓下, , 韌性厚巖層繼續(xù)韌性厚巖層繼續(xù)壓縮壓縮, ,而其間的薄層強(qiáng)巖層則形成一系列小而其間的薄層強(qiáng)巖層則形成一系列小褶皺以適應(yīng)壓縮褶皺以適應(yīng)壓縮; ; 隨著整個(gè)巖系在縱彎褶皺隨著整個(gè)巖系在縱彎褶皺作用下形成大型主褶皺作用下形成大型主褶皺, , 這時(shí)強(qiáng)硬薄巖層中這時(shí)強(qiáng)硬薄巖層中的小褶皺整體地也隨主褶皺而彎曲的小褶皺整體地也隨主褶皺而彎曲, , 這些小這些小褶皺在樞紐部位仍保持

27、對(duì)稱(chēng)式褶皺在樞紐部位仍保持對(duì)稱(chēng)式(M(M型型), ), 在兩在兩翼則變?yōu)椴粚?duì)稱(chēng)褶皺翼則變?yōu)椴粚?duì)稱(chēng)褶皺( (左翼為左翼為Z Z型型, , 右翼為右翼為S S型型) ) 。這一理論較為圓滿地解釋了層間小褶。這一理論較為圓滿地解釋了層間小褶皺不僅發(fā)育于大褶皺翼部皺不僅發(fā)育于大褶皺翼部, , 也發(fā)育在大褶皺也發(fā)育在大褶皺的樞紐部位這一現(xiàn)象。的樞紐部位這一現(xiàn)象。第七節(jié) 影響褶皺形成的主要因素影響褶皺形成的主要因素影響褶皺形成的主要因素影響褶皺形成的主要因素: : 褶皺的形態(tài)、規(guī)模和分布特點(diǎn)不僅褶皺的形態(tài)、規(guī)模和分布特點(diǎn)不僅與褶皺作用力的方式和方向有密切關(guān)系與褶皺作用力的方式和方向有密切關(guān)系, , 而且要

28、受許多其它因素的影響而且要受許多其它因素的影響, , 例如層例如層理的發(fā)育情況、巖層的厚度、巖石的力理的發(fā)育情況、巖層的厚度、巖石的力學(xué)性質(zhì)等。學(xué)性質(zhì)等。1.1.層理在褶皺形成中的作用層理在褶皺形成中的作用: : 巖石中的層理或成層構(gòu)造使巖石具不均一性巖石中的層理或成層構(gòu)造使巖石具不均一性( (各向異性各向異性),),當(dāng)層當(dāng)層狀巖石受到力的作用時(shí)狀巖石受到力的作用時(shí), ,可以通過(guò)層間滑動(dòng)或?qū)觾?nèi)物質(zhì)的塑性流動(dòng)而可以通過(guò)層間滑動(dòng)或?qū)觾?nèi)物質(zhì)的塑性流動(dòng)而彎曲褶皺。而各向同性、結(jié)構(gòu)均一、無(wú)層理構(gòu)造的巖體彎曲褶皺。而各向同性、結(jié)構(gòu)均一、無(wú)層理構(gòu)造的巖體( (例如巖漿巖例如巖漿巖體體) )在受力變形時(shí)在受力

29、變形時(shí), , 巖體被壓縮巖體被壓縮, , 有時(shí)在與主壓應(yīng)力垂直的方向上形有時(shí)在與主壓應(yīng)力垂直的方向上形成由劈理或片理構(gòu)成的擠壓帶成由劈理或片理構(gòu)成的擠壓帶, , 或者是形成一些其它方向的斷裂構(gòu)或者是形成一些其它方向的斷裂構(gòu)造造, ,但是不會(huì)產(chǎn)生褶皺。因此但是不會(huì)產(chǎn)生褶皺。因此, , 層理或成層構(gòu)造是巖石產(chǎn)生褶皺的一層理或成層構(gòu)造是巖石產(chǎn)生褶皺的一個(gè)必要條件。個(gè)必要條件。2.2.巖層厚度對(duì)褶皺形成的影響巖層厚度對(duì)褶皺形成的影響: : 巖層的厚薄對(duì)褶皺的狀態(tài)和大小也有顯著的影巖層的厚薄對(duì)褶皺的狀態(tài)和大小也有顯著的影響響, ,當(dāng)對(duì)巖性相同或相似而厚度不同的巖層施加同當(dāng)對(duì)巖性相同或相似而厚度不同的巖層

30、施加同樣的水平擠壓力時(shí)樣的水平擠壓力時(shí), , 則厚巖層往往形成曲率小、波則厚巖層往往形成曲率小、波長(zhǎng)大的平緩開(kāi)闊褶皺長(zhǎng)大的平緩開(kāi)闊褶皺; ;而薄巖層則形成曲率大、波而薄巖層則形成曲率大、波長(zhǎng)小的緊閉褶皺。長(zhǎng)小的緊閉褶皺。3.3.巖層組合及其力學(xué)性質(zhì)對(duì)褶皺形成的影響巖層組合及其力學(xué)性質(zhì)對(duì)褶皺形成的影響: : 巖石的力學(xué)性質(zhì)直接影響褶皺的形態(tài)和類(lèi)型巖石的力學(xué)性質(zhì)直接影響褶皺的形態(tài)和類(lèi)型, , 當(dāng)巖石力學(xué)性質(zhì)不同的強(qiáng)硬巖層當(dāng)巖石力學(xué)性質(zhì)不同的強(qiáng)硬巖層和軟弱巖層相間疊置并一起受力發(fā)生褶皺時(shí)和軟弱巖層相間疊置并一起受力發(fā)生褶皺時(shí), , 其中強(qiáng)硬巖層的巖層厚度不變其中強(qiáng)硬巖層的巖層厚度不變, ,以彎以彎滑

31、褶皺作用方式形成平行褶皺。而軟弱巖層則在轉(zhuǎn)折端顯著加厚滑褶皺作用方式形成平行褶皺。而軟弱巖層則在轉(zhuǎn)折端顯著加厚, ,形成相似褶皺。形成相似褶皺。或者是強(qiáng)硬巖層形成平緩開(kāi)闊褶皺或者是強(qiáng)硬巖層形成平緩開(kāi)闊褶皺, , 軟弱巖層則形成緊閉褶皺。此外軟弱巖層則形成緊閉褶皺。此外, , 強(qiáng)硬巖層強(qiáng)硬巖層在轉(zhuǎn)折端形成扇狀楔形張節(jié)理在轉(zhuǎn)折端形成扇狀楔形張節(jié)理, , 而軟弱巖層在轉(zhuǎn)折端則形成反扇形流劈理。而軟弱巖層在轉(zhuǎn)折端則形成反扇形流劈理。 一般來(lái)說(shuō)一般來(lái)說(shuō), , 強(qiáng)硬巖層在褶皺中表現(xiàn)為相對(duì)剛性層強(qiáng)硬巖層在褶皺中表現(xiàn)為相對(duì)剛性層, ,軟弱巖層則顯示為相對(duì)韌性軟弱巖層則顯示為相對(duì)韌性層。野外觀察和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明層

32、。野外觀察和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明, ,一套強(qiáng)硬、軟弱巖層成互層的巖系發(fā)生褶皺一套強(qiáng)硬、軟弱巖層成互層的巖系發(fā)生褶皺, ,強(qiáng)硬強(qiáng)硬巖層常常以彎滑褶皺作用為主形成平行褶皺巖層常常以彎滑褶皺作用為主形成平行褶皺, , 并對(duì)整個(gè)褶皺的形態(tài)起控制作用并對(duì)整個(gè)褶皺的形態(tài)起控制作用, ,而而軟弱巖層則被迫遷就強(qiáng)硬巖層形成的空間而變形軟弱巖層則被迫遷就強(qiáng)硬巖層形成的空間而變形, ,形成頂厚褶皺。形成頂厚褶皺。 巖層的巖層的“強(qiáng)硬強(qiáng)硬”和和“軟弱軟弱”是是相對(duì)的相對(duì)的, ,巖層的強(qiáng)弱除與巖層的成巖層的強(qiáng)弱除與巖層的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造有關(guān)外分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造有關(guān)外, , 還要受變還要受變形時(shí)的溫度、圍壓、溶液、應(yīng)變速形時(shí)的溫度

33、、圍壓、溶液、應(yīng)變速率等因素的制約。在一個(gè)地區(qū)表現(xiàn)率等因素的制約。在一個(gè)地區(qū)表現(xiàn)為強(qiáng)硬的巖層為強(qiáng)硬的巖層, , 在另一個(gè)地區(qū)可能在另一個(gè)地區(qū)可能表現(xiàn)為軟弱巖層。在一般情況下表現(xiàn)為軟弱巖層。在一般情況下, ,砂巖和頁(yè)巖互層時(shí)砂巖為強(qiáng)硬巖層砂巖和頁(yè)巖互層時(shí)砂巖為強(qiáng)硬巖層, ,石灰?guī)r與頁(yè)巖或泥灰?guī)r一起褶皺時(shí)石灰?guī)r與頁(yè)巖或泥灰?guī)r一起褶皺時(shí), ,石灰?guī)r是強(qiáng)硬巖層石灰?guī)r是強(qiáng)硬巖層, ,但石灰?guī)r與白但石灰?guī)r與白云巖或硅質(zhì)灰?guī)r互層時(shí)云巖或硅質(zhì)灰?guī)r互層時(shí), ,石灰?guī)r則石灰?guī)r則表現(xiàn)為軟弱巖層。同一種巖石表現(xiàn)為軟弱巖層。同一種巖石, ,厚厚層的往往表現(xiàn)為強(qiáng)硬巖層層的往往表現(xiàn)為強(qiáng)硬巖層, ,薄層的薄層的則表現(xiàn)為軟弱巖

34、層。則表現(xiàn)為軟弱巖層。 Biot Biot等人通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)和野外實(shí)際等人通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)和野外實(shí)際, ,提出了側(cè)向擠壓力下縱彎褶皺作用發(fā)育機(jī)提出了側(cè)向擠壓力下縱彎褶皺作用發(fā)育機(jī)制中主導(dǎo)層的厚度及其有關(guān)巖石力學(xué)性質(zhì)控制著彎曲作用早期的褶皺波長(zhǎng)即主制中主導(dǎo)層的厚度及其有關(guān)巖石力學(xué)性質(zhì)控制著彎曲作用早期的褶皺波長(zhǎng)即主波長(zhǎng)理論。該理論認(rèn)為波長(zhǎng)理論。該理論認(rèn)為, ,巖石在小應(yīng)力長(zhǎng)期的作用下巖石在小應(yīng)力長(zhǎng)期的作用下, ,可以看作是具有不同粘度的可以看作是具有不同粘度的粘性固體粘性固體, ,發(fā)生均勻縮短和失穩(wěn)而形成褶皺。粘性較高的巖層發(fā)生均勻縮短和失穩(wěn)而形成褶皺。粘性較高的巖層( (強(qiáng)硬巖層強(qiáng)硬巖層) )在褶皺

35、在褶皺作用中起主導(dǎo)作用。當(dāng)粘度較高的巖層夾于粘度較低作用中起主導(dǎo)作用。當(dāng)粘度較高的巖層夾于粘度較低( (軟弱巖層軟弱巖層) )的介質(zhì)層中的介質(zhì)層中, ,受受到側(cè)向擠壓而發(fā)生褶皺時(shí)到側(cè)向擠壓而發(fā)生褶皺時(shí), ,其初始主波長(zhǎng)其初始主波長(zhǎng)(Wd)(Wd)的公式為的公式為: : Wd=2 Wd=2T T 3 3(h(h1 1/6h/6h2 2) ) 公式中公式中T T為主導(dǎo)層的厚度為主導(dǎo)層的厚度, h, h1 1為主導(dǎo)層的粘度為主導(dǎo)層的粘度, h, h2 2為介質(zhì)層的粘度為介質(zhì)層的粘度, h, h1 1 h h2 2。 由公式可知由公式可知, ,褶皺主波長(zhǎng)與褶皺主導(dǎo)層厚度褶皺主波長(zhǎng)與褶皺主導(dǎo)層厚度T T成正比成正比, ,與主導(dǎo)層和介質(zhì)層二者與主導(dǎo)層和介質(zhì)層二者的粘度比的粘度比(h(h1 1/6h/6h2 2) )的立方根成正比。當(dāng)一定時(shí)的立方根成正比。當(dāng)一定時(shí), ,即當(dāng)巖層性質(zhì)差異相同時(shí)即當(dāng)巖層性質(zhì)差異相同時(shí), ,不同厚不同厚度的巖層形成不同波長(zhǎng)的褶皺。厚度小的層形成的褶皺波長(zhǎng)小度的巖層形成不同波長(zhǎng)的褶皺。厚度小的層形成的褶皺波長(zhǎng)小, ,褶皺較緊閉褶皺較緊閉; ;厚度厚度大的層形成的褶皺波長(zhǎng)長(zhǎng)而開(kāi)闊。厚度相差很大的多層巖石組成的褶皺大的層形成的褶皺波長(zhǎng)長(zhǎng)而開(kāi)闊。厚度相差很大的多層巖石組成的褶皺, ,