【构造地质学】第9章 褶皱的成因分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 褶皱主波长与力的大小无关，只与介质的力学 性质有关。
• 褶皱主波长与褶皱层厚度d成正比、与强硬层和 软弱层的粘度比的立方根成正比，厚度、粘度 比越大，褶皱的波长就越大。
当强硬层与介质的能干性差大时，形成肠状褶皱。 当强硬层与介质的能干性差小时，形成尖圆褶皱。
不同能干性差 的褶皱形态
褶皱层厚度变大， 波长和波幅变小， 褶皱越不明显。
横弯褶皱作用
第二节
横弯褶皱作用
岩层受到与层理面 垂直的应力作用而 发生的弯曲。
横弯褶皱的基本特征
作用力方向垂直于层面；
岩层总体处于拉伸状态，一般 不存在中和面；
褶皱型式为顶薄褶皱（IA）； 层面间物质流动：顶薄，翼厚；
层间从属褶皱为反向牵引褶皱， 判断方向：背离转折端方向。
• 底劈构造：是一种特殊褶皱， 是地下低粘度易流动物质因浮 力自下而上刺穿上覆岩层，引 起上覆岩层上拱的构造。底劈 构造是一种盐丘构造、储油构 造，具有重要的经济价值。
• 原始层理（S0）只作为标志面，不起任何控 制作用，由于差异剪切而产生被动弯曲；
• 变形每一点都是平面应变；
• 剪切面平行于褶皱轴面；
• 典型的相似褶皱，顶厚翼薄；
• 形成于深层次高级变质岩系或高韧性岩系 （如含盐岩层）或大型韧性剪切带中。
• 成因上兼具弯滑和剪切作用 两种特征；
• 形成于岩性均一的脆性薄层 岩层或面理化岩层中，如板 岩、片岩等 ；
第九章 褶皱的成因分析
• 褶皱的形成经历漫长、复杂的变 形过程, 它们的形成与内在和外 在因素有关; 褶皱的形成方式与 受力状态、变形环境以及岩层岩 石力学性质有着密切的关系。
• 在不同条件和环境下, 褶皱的类 型、形态、样式是不同的。根据 褶皱的形成条件、褶皱类型及形 态，可将褶皱的形成机制分为： 纵弯褶皱作用、横弯褶皱作用、 剪切褶皱作用、柔流褶皱作用。
裂可发展为顶部地堑。
岩石韧性大时，外侧因拉伸而变 薄或形成平行层理的流劈理；内 侧因挤压而加厚，可形成正扇形
弯流褶皱中 次级构造特征
相似褶皱（II型） ＋
顶厚褶皱（III型） ＋
劈理 ＋
• 利用劈理与层理关系判断正 常地层和倒转地层；
• 判断经验法则：在正常翼， 劈理与层理倾斜一致，劈理 倾角比层理的倾角陡，为正 常层序，判断背斜在左侧； 在倒转翼，劈理倾向与层理 一致，劈理倾角比层理倾角 缓，为倒转层序，背斜在右 侧。
被动褶皱
• 层理的力学不均一性在褶皱形成过 程不起主导作用，只是被动作为变 形标志，这种褶皱称为被动褶皱， 它的层理并没有发生真正的弯曲， 而褶皱是通过沿平行剪切面的不均 匀剪切而形成的，这种褶皱又称剪 切褶皱。
• 形成条件：地壳的下构造层次，温 度和压力增高，各层岩石均显示很 大韧性。岩石间的韧性差异很小， 趋向于均一。
• 形成方式上，岩层受力作用 发生层间滑动但受到剪切面 限制，便沿剪切面急剧转折， 绕相当于轴面的膝折面转折 成膝折带或形成尖棱状褶皱。
柔流褶皱是一种固态流 变条件下由粘性流动面 形成的褶皱。通常是高 温固体流变褶皱。在深 变质岩和混合岩或侵入 体接触热动力变质带发 育的褶皱（如湖北大冶 铁山）。
• 如果两层岩石力学性质（特别是 韧性）差异较小，则两层岩石受 到总体压扁作用。
1.1 主导波长理论
• 设有一厚度为d的高粘度（μ1）强硬层夹于低粘 度（μ2）的软弱岩层中，使其受侧向挤压而发 生纵弯作用。
Wi 2 πd 3 μ1 6μ2
• 式中：d－强硬层的厚度，μ1，μ2 －强硬层和软 弱层的粘度（μ1>μ2）。
• 动力学原因是由于岩石密度倒 置引起重力不稳定性。
• 石盐粘度1017Pa·s，密度 2.2g/cm3
• 岩石粘度1022－1023Pa·s，密 度2.5－2.7g/cm3
• 同沉积褶皱－岩层边沉积边形 成褶皱。
• 同沉积褶皱特征：
• 两翼产状倾角平缓，总体为开 阔褶皱；
• 岩层厚度背斜顶薄，翼部厚； 向斜核部厚度大；
• 褶皱的成因分析:
• 各种褶皱控制因素，如 侧向压力、重力、岩石 的力学性质、褶皱层的 组合关系等在褶皱形成 中的作用；
• 褶皱的发育过程；
• 褶皱内部应变特征及其 它构造的内在联系。
主动褶皱
• 褶皱的形成是通过层的力学性质和 层理积极地控制着褶皱发育，又称 弯曲褶皱。
• 形成条件：地壳中浅构造层次（约 10km以内）。
纵弯褶皱的应变分布型式可 以归纳为两种模式： 中和面褶皱作用 顺层剪切作用 弯流褶皱作用 弯滑褶皱作用
内部伴生的小构造特点
岩石韧性很小时，抗张强度差， 发生脆性破裂，外侧形成张节理 呈正扇形分布；内侧形成顺层张 裂，为脉体充填时则呈顺层张裂
脉分布。
岩石韧性中等时，抗剪强度差， 形成共轭剪裂。其内侧共轭剪裂 可发展为逆冲断层；外侧共轭剪
褶皱的研究与应用
第四节
• 背斜顶部沉积物为浅水粗粒物 质，向斜中心变细；
• 伴随滑塌断层。
岩浆侵入穿 刺底劈构造
当岩浆上升, 侵入 围岩, 使上覆岩层 发生拱曲时, 则可 形成岩浆底辟。Βιβλιοθήκη 其它褶皱作用第三节
• 剪切褶皱又称滑褶皱，是岩层沿着一系列与 层面交切的密集面发生不均匀的剪切而形成 的褶皱。
• 剪切褶皱的基本特征：
• 流动：是指物质的连续 位移（A）。
• 滑动：是指物质沿着许 多一定间隔的不连续面 的位移（B）。
纵弯褶皱作用
第一节
• 纵弯褶皱形成的前提：岩层层理 和岩层间力学性质的差异在褶皱 形成过程中起关键作用。
• 如果岩石在力学性质上是均匀岩 石，则产生均匀压扁；
• 如果岩石力学性质不一致，则： 强硬层（能干层）－正弦曲线状 弯曲； 软弱层（非能干层）－ 均匀压扁。
• 褶皱主波长与褶皱层厚度d成正比、与强硬层和 软弱层的粘度比的立方根成正比，厚度、粘度 比越大，褶皱的波长就越大。
当强硬层与介质的能干性差大时，形成肠状褶皱。 当强硬层与介质的能干性差小时，形成尖圆褶皱。
不同能干性差 的褶皱形态
褶皱层厚度变大， 波长和波幅变小， 褶皱越不明显。
横弯褶皱作用
第二节
横弯褶皱作用
岩层受到与层理面 垂直的应力作用而 发生的弯曲。
横弯褶皱的基本特征
作用力方向垂直于层面；
岩层总体处于拉伸状态，一般 不存在中和面；
褶皱型式为顶薄褶皱（IA）； 层面间物质流动：顶薄，翼厚；
层间从属褶皱为反向牵引褶皱， 判断方向：背离转折端方向。
• 底劈构造：是一种特殊褶皱， 是地下低粘度易流动物质因浮 力自下而上刺穿上覆岩层，引 起上覆岩层上拱的构造。底劈 构造是一种盐丘构造、储油构 造，具有重要的经济价值。
• 原始层理（S0）只作为标志面，不起任何控 制作用，由于差异剪切而产生被动弯曲；
• 变形每一点都是平面应变；
• 剪切面平行于褶皱轴面；
• 典型的相似褶皱，顶厚翼薄；
• 形成于深层次高级变质岩系或高韧性岩系 （如含盐岩层）或大型韧性剪切带中。
• 成因上兼具弯滑和剪切作用 两种特征；
• 形成于岩性均一的脆性薄层 岩层或面理化岩层中，如板 岩、片岩等 ；
第九章 褶皱的成因分析
• 褶皱的形成经历漫长、复杂的变 形过程, 它们的形成与内在和外 在因素有关; 褶皱的形成方式与 受力状态、变形环境以及岩层岩 石力学性质有着密切的关系。
• 在不同条件和环境下, 褶皱的类 型、形态、样式是不同的。根据 褶皱的形成条件、褶皱类型及形 态，可将褶皱的形成机制分为： 纵弯褶皱作用、横弯褶皱作用、 剪切褶皱作用、柔流褶皱作用。
裂可发展为顶部地堑。
岩石韧性大时，外侧因拉伸而变 薄或形成平行层理的流劈理；内 侧因挤压而加厚，可形成正扇形
弯流褶皱中 次级构造特征
相似褶皱（II型） ＋
顶厚褶皱（III型） ＋
劈理 ＋
• 利用劈理与层理关系判断正 常地层和倒转地层；
• 判断经验法则：在正常翼， 劈理与层理倾斜一致，劈理 倾角比层理的倾角陡，为正 常层序，判断背斜在左侧； 在倒转翼，劈理倾向与层理 一致，劈理倾角比层理倾角 缓，为倒转层序，背斜在右 侧。
被动褶皱
• 层理的力学不均一性在褶皱形成过 程不起主导作用，只是被动作为变 形标志，这种褶皱称为被动褶皱， 它的层理并没有发生真正的弯曲， 而褶皱是通过沿平行剪切面的不均 匀剪切而形成的，这种褶皱又称剪 切褶皱。
• 形成条件：地壳的下构造层次，温 度和压力增高，各层岩石均显示很 大韧性。岩石间的韧性差异很小， 趋向于均一。
• 形成方式上，岩层受力作用 发生层间滑动但受到剪切面 限制，便沿剪切面急剧转折， 绕相当于轴面的膝折面转折 成膝折带或形成尖棱状褶皱。
柔流褶皱是一种固态流 变条件下由粘性流动面 形成的褶皱。通常是高 温固体流变褶皱。在深 变质岩和混合岩或侵入 体接触热动力变质带发 育的褶皱（如湖北大冶 铁山）。
• 如果两层岩石力学性质（特别是 韧性）差异较小，则两层岩石受 到总体压扁作用。
1.1 主导波长理论
• 设有一厚度为d的高粘度（μ1）强硬层夹于低粘 度（μ2）的软弱岩层中，使其受侧向挤压而发 生纵弯作用。
Wi 2 πd 3 μ1 6μ2
• 式中：d－强硬层的厚度，μ1，μ2 －强硬层和软 弱层的粘度（μ1>μ2）。
• 动力学原因是由于岩石密度倒 置引起重力不稳定性。
• 石盐粘度1017Pa·s，密度 2.2g/cm3
• 岩石粘度1022－1023Pa·s，密 度2.5－2.7g/cm3
• 同沉积褶皱－岩层边沉积边形 成褶皱。
• 同沉积褶皱特征：
• 两翼产状倾角平缓，总体为开 阔褶皱；
• 岩层厚度背斜顶薄，翼部厚； 向斜核部厚度大；
• 褶皱的成因分析:
• 各种褶皱控制因素，如 侧向压力、重力、岩石 的力学性质、褶皱层的 组合关系等在褶皱形成 中的作用；
• 褶皱的发育过程；
• 褶皱内部应变特征及其 它构造的内在联系。
主动褶皱
• 褶皱的形成是通过层的力学性质和 层理积极地控制着褶皱发育，又称 弯曲褶皱。
• 形成条件：地壳中浅构造层次（约 10km以内）。
纵弯褶皱的应变分布型式可 以归纳为两种模式： 中和面褶皱作用 顺层剪切作用 弯流褶皱作用 弯滑褶皱作用
内部伴生的小构造特点
岩石韧性很小时，抗张强度差， 发生脆性破裂，外侧形成张节理 呈正扇形分布；内侧形成顺层张 裂，为脉体充填时则呈顺层张裂
脉分布。
岩石韧性中等时，抗剪强度差， 形成共轭剪裂。其内侧共轭剪裂 可发展为逆冲断层；外侧共轭剪
褶皱的研究与应用
第四节
• 背斜顶部沉积物为浅水粗粒物 质，向斜中心变细；
• 伴随滑塌断层。
岩浆侵入穿 刺底劈构造
当岩浆上升, 侵入 围岩, 使上覆岩层 发生拱曲时, 则可 形成岩浆底辟。Βιβλιοθήκη 其它褶皱作用第三节
• 剪切褶皱又称滑褶皱，是岩层沿着一系列与 层面交切的密集面发生不均匀的剪切而形成 的褶皱。
• 剪切褶皱的基本特征：
• 流动：是指物质的连续 位移（A）。
• 滑动：是指物质沿着许 多一定间隔的不连续面 的位移（B）。
纵弯褶皱作用
第一节
• 纵弯褶皱形成的前提：岩层层理 和岩层间力学性质的差异在褶皱 形成过程中起关键作用。
• 如果岩石在力学性质上是均匀岩 石，则产生均匀压扁；
• 如果岩石力学性质不一致，则： 强硬层（能干层）－正弦曲线状 弯曲； 软弱层（非能干层）－ 均匀压扁。