《構造地質(zhì)學》教案

《構造地質(zhì)學》教案第五章（7、8） 褶皺本章共2次課堂講授：褶皺幾何學、褶皺成因分析（一）褶皺幾何學第一節(jié) 褶皺和褶皺要素基本類型背、向形和中性褶皺要素（軸面形態(tài)圖）第二節(jié) 褶皺的描述橫剖面與正交剖面轉(zhuǎn)折端形態(tài)圓弧/尖棱/箱狀/撓曲翼間角平緩/開闊/中常/緊閉/等斜樞紐直線或曲線狀，受地形影響，水平直線狀樞紐褶皺在平面地質(zhì)圖上也可以表現(xiàn)為閉合形態(tài)褶皺的大小波幅－中間線－樞紐波長－相同拐點之間的距離褶皺的對稱性二翼不等長時為不對稱褶皺，分為S、Z、M型（順著樞紐傾伏方向觀察）褶皺平面輪廓等軸——長寬比接近1；1，穹隆、盆地短軸——長寬比3：1線狀——長寬比>>3：1第三節(jié) 褶皺方位分析褶軸及產(chǎn)狀確定圓柱狀褶被褶軸產(chǎn)狀確定直接測量利用β圖解軸面確定軸面是樞紐的連面對稱軸面為褶皺兩翼平分面也可以根據(jù)軸跡通過作圖確定褶皺位態(tài)分類褶皺位態(tài)分類圖解第四節(jié) 褶皺形態(tài)分類根據(jù)巖層厚度變化的分類平行褶皺相似褶皺根據(jù)各褶被面之間的幾何關系協(xié)調(diào)褶皺不協(xié)調(diào)褶皺，底辟構造Ｒamsay褶皺形態(tài)分類等傾斜線方法三類五型意義：精確測定褶皺幾何形態(tài)，查明細節(jié)，預測層內(nèi)和層間褶皺樣式的變化，幫助分析褶皺成因機制第五節(jié) 褶皺組合型式Ａlpino-type全型褶皺線狀，帶狀分布、走向平行于構造帶背、向同等發(fā)育，布滿全區(qū)構成復背、向斜：正扇型或反扇型Jura-type過渡型隔擋／隔槽（梳狀/箱狀）背向斜發(fā)育強度不同產(chǎn)于造山帶前陸滑脫作用薄皮構造Ｇerman-typefold卵圓形穹隆，短軸背斜／長垣斷續(xù)發(fā)育于地臺蓋層中北美稱作平原式褶皺獨立產(chǎn)出或組合成雁列式第六節(jié) 疊加褶皺的基本型式三種基本型式（據(jù)Ｒamsay）第１型第２型第３型疊加褶皺野外觀察疊加褶皺標志重褶新生構造規(guī)律彎曲二組面、線構造規(guī)律交切陡傾／傾豎褶被廣泛發(fā)育大型疊加褶皺轉(zhuǎn)折端第七節(jié) 褶皺剖面編制橫（鉛直）剖面、正交剖面、聯(lián)合剖面（圖９－４７）正交剖面偏制第一種方法第二種方法refertoRamsay１９８７平行褶皺的剖面編制原則：等厚，同一曲率中心相似褶皺剖面編制，軸面厚度不變（二）褶皺成因分析第一節(jié) 成因概述目的：了解褶皺多樣的形態(tài)及組合特點，與其它構造的關系，區(qū)域展布及與地殼運動的關系，對礦產(chǎn)的控制規(guī)律內(nèi)容：控制因素：側(cè)壓力，重力，巖石力學性質(zhì)發(fā)育過程內(nèi)部應變及與其它構造的內(nèi)在聯(lián)系形成方式分類（與受力狀態(tài)、變形環(huán)境、巖層變形形為有關）據(jù)物質(zhì)運動方式分類滑動流動與分析尺度有關e.g..品格滑動＝宏觀滾動據(jù)作用力方式縱彎水平力橫彎垂向力本章重點——縱彎第二節(jié) 縱彎褶皺作用順層擠壓／各向異性（層理）／韌性差／主波長單層褶皺的發(fā)育機制主波長理論（Ｂiot.60年代根據(jù)計算和實驗提出）主波長與強巖層的厚度和強巖層與介質(zhì)的粘度比有關，而與作用力無關Wi＝２πdWI——初始主波長，d——厚度，1——強層粘度系數(shù)，2——介質(zhì)粘度系數(shù)巖層褶皺的阻抗來自：強層內(nèi)部若形成最大可能的波長，則阻抗最?。▓D１０－３a）介質(zhì)若形成最小波長褶皺，則阻抗最?。▓D１０－３b）故，二者調(diào)和，取其中間值（最小功原理）主波長理論表明：主波長與巖層初始厚度成正比，圖１０－４與強層／介質(zhì)粘度比（μ１／μ２）成正比二類極端情況：①μ１／μ２很大（如>５０）形成腸狀褶皺（圖１０－６）μ１／μ２?。?lt;１０），形成尖圓褶皺，（10-7）用于解釋基層與蓋層的箱狀褶皺多層巖層的褶皺發(fā)育多層巖層的褶皺發(fā)育形態(tài)影響因素：①能干性②相鄰層的影響強度（包括強層間的距離和接觸應變帶的寬度）接觸應變帶的概念“硬層”褶皺對介質(zhì)（褶皺）的影響范圍。此帶以外，介質(zhì)為均勻縮短寬度＝ＷI圖１０－８“硬層”間距的影響兩“層”間隔遠，互不影響，形成各自的特征波長褶皺兩“層”間隔小，相互干擾，整個巖系不協(xié)調(diào)兩“層”間隔小，但厚度、粘度比相同，形成協(xié)調(diào)褶皺兩“層”間隔小，粘度比、厚度不同，形成復協(xié)調(diào)褶皺（－Ｄ）經(jīng)壓扁中小褶皺變?yōu)椤癝”“Z”及“M”型10-9μ１／μ２低n高（軟層較厚）μ１／μ２低，n中等，褶皺形態(tài)明顯，壓扁后成壓扁的平行褶皺μ１／μ２低，n低，普遍壓扁μ１／μ２高，n高μ１／μ２高，n中，尖棱μ１／μ２高，n低，膝折第三節(jié) 縱彎褶皺層內(nèi)的應變分布與小型構造層的彎曲方式（模式）壓扁－貫穿始終應變分布受控于平均韌性、韌性差應變分布控制小構造中和面褶皺作用μ１／μ２較大時，強巖層具有此種特征應變特征：平面應變１Ｂ平行式褶皺切向長度應變－外弧伸長，內(nèi)弧縮短圖１１b、１２a中和面－無應變面小構造發(fā)育－決定于變形時的韌性線理變位，圖１０－１４Ａ、Ｂ１０－１４d——原直線彎曲變位，同時每一片斷都有長度變化（線應變，均為伸長）順層剪切作用10-15：應變橢圓示彎流作用，但流動是與小尺度的層間滑動實現(xiàn)的——與尺度有關10-16：卡片上劃方格，得此模型。注意——無中和面特點：①平面應變；②１Ｂ平行線，但無中和面；③褶皺面為剪切面，相當“圓切面”——無應變。其上的線理變位為小圓（前圖１０－１４Ｃ）；④正交剖面上，λ１呈“反扇形”，轉(zhuǎn)折端處無應變，拐點處應變最強。彎流的次級小型構造韌性夾層：①擦痕⊥軸；②不對稱小褶皺；③層間劈理②、③相當于小型順層剪切帶，與層面夾角反映剪應變量大小。脆性層：④層間破碎帶；5、轉(zhuǎn)折端虛脫－鞍狀脈，礦（同１０－１８）彎流作用發(fā)生在韌性高的層中，以發(fā)育反扇形板劈理（或褶劈理）為特征。壓扁flatting褶皺前的順層壓扁取決于韌性差和平均韌性。壓扁作用可貫穿褶皺作用始終，也可無明顯壓扁（如腸狀褶皺的硬層）褶皺前的壓扁10-19順層壓扁與前圖時比更復雜的應變型式褶皺后的壓扁褶皺后的壓扁①使ＸＹ面向軸面旋轉(zhuǎn)；③中和面趨于消失；③形成軸面片理；④翼部變陡變薄；⑤轉(zhuǎn)折端加厚，小褶皺⑥翼部石香腸縱彎褶皺中發(fā)育的劈理型式不同彎曲作用與壓扁作用的聯(lián)合，形成多種劈理型式?！Q于平均韌性和韌性差。E.g..典型（極端）現(xiàn)象－Ｒamsay高韌性差μ１》μ２強層：中和面褶皺，形成IB型，壓扁后可成ＩC外側(cè)拉張－順層劈理外側(cè)中和面拉張或正扁形張裂脈（脆性層）內(nèi)側(cè)壓縮－正扁形劈理，壓扁后可平行于軸面劈理與層面交角大，且較稀疏（內(nèi)部應變相對于羽層為?。┤鯇樱壕鶆驂罕鉃樘攸c遠處－軸面劈理近強層處－復雜、特殊近強層內(nèi)側(cè)－強烈壓扁（總壓扁＋彎曲內(nèi)側(cè)附加壓扁）束狀（腸狀fold內(nèi)側(cè)）Ⅲ型褶皺強層外側(cè)－三角形／中性點與層面交角小，密集軸面劈理遠離強層接觸應變影響，應變特殊１０－２２軸劈順層縮短束狀無應變中性點低韌性差μ１>μ２，高的平均韌性·強層也縮短加厚·Ｗa（實際褶皺波長）<Ｗi（初始主波長）ＸＹ面近于⊥層理強層彎曲加大后，１＋e1軌跡成正扇形，而接觸應變帶內(nèi)的軟層成反扇形－劈理折射壓扁繼續(xù)，強層→尖圓形褶皺，“正扁形”向平行軸面方向旋轉(zhuǎn)→軸面劈理無縮短強烈壓扁近于平行軸面初始順層縮短增強不同情況下劈理形式在強弱層間互時，強層－ＩＢ或ＩＣ型，+正扇形劈理可進一步發(fā)展成楔狀張裂脈弱層－ＩＣ－Ⅲ型＋反扇形二者韌性差小，平均韌性高，易于形成軸面劈理。利用劈理層理關系確定地層正倒（１０－２５）利用劈理層理關系不能確定正倒（在重褶地區(qū)），但可幫助判斷所處構造部位（同１０－２６）。交錯層粒度層第四節(jié) 其它褶皺作用概述剪切褶皺作用發(fā)生于韌性較大的巖層中，如鹽巖或韌性差極小的巖系中（地殼深部）層面不具有力學意義上的主動性（不均一性）巖層被動彎曲模型10-27剪切褶皺特點：剪切面上每一點為平面應變褶軸不一定平行于中間應變軸，只有當層面垂直于剪切方向時，二者才一致屬于Ⅱ型相似式，平行于軸面方向上巖層厚度不變。頂加厚，翼減薄——不是物質(zhì)流動引起，而是剪切效應無中和面。剪切面上各點應變相等二翼剪切方向相反，二側(cè)ＸＹ面成反扇形－可能形成反扇形劈理（同１０－１１Ｄ）線理變位初始線理與滑動方向構成的大圓（直線有伸長和方位變化）圖１０－１４Ｄ橫彎褶皺作用作用力垂直于層面例如，基底斷塊升降（包括同沉積褶皺），底辟構造特點：整體拉伸、無中和面、應力軌跡（１０－２９）IＡ頂薄型－韌性頂部破裂形成地塹或放射／環(huán)狀正斷層（１０－３０）基底升降（斷層作用），蓋層可發(fā)育大型撓曲（１０－３１）同沉積褶皺中的特點和效應底辟作用形成鹽丘、巖漿底辟、儲油構造成因：密度倒置，力學不穩(wěn)定，失穩(wěn)，固態(tài)流動（向應力小處流動）失穩(wěn)原因（對巖丘而言）：①上覆層厚度不等；②差異剝蝕；③鹽層表面起伏不平；④水平擠壓實驗說明：橡膠薄膜鋼塞流體（粘性體）固定孔洞典型鹽丘構造：鹽核：φ＝２－３km，邊界陡立，下延數(shù)km，內(nèi)部發(fā)育軸面，樞紐直立的復雜褶皺（10-33）圍巖：頂部穹隆狀隆起、發(fā)育正斷層系，頂薄褶皺（１０－３０）外圍翼部帶向上卷起，甚至形成圍繞鹽核的向斜（９－２９，Ｐ１６４）柔流褶皺作用固態(tài)流變條件下，巖石具高韌性和低粘度，呈類似流體的粘滯性流動例如，①鹽丘核部鹽層的褶皺冰川中冰層的流動——“燈盞石”深變質(zhì)巖、混合巖中常見柔流褶皺發(fā)育——對前述“腸狀褶皺”（解釋為巖層之間的韌型性差）的質(zhì)疑層流和紊流——持續(xù)流動，類似流體柔流褶皺特點形態(tài)復雜，剪切褶皺作用紊流造成的圖像更復雜，難以再造運動學圖像。四、要求熟練掌握的基本概念和要點軸跡，樞紐/軸，斜臥褶皺，Alpino-type(Jura-type,German-type)fold,縱彎