第八章褶皱的几何分析

第8章褶皱的几何分析
褶皱：是岩石中各种面状构造（沉积岩的层理面、变质岩的劈理、片理或片麻理以及岩浆岩的原生流动面等）的弯曲变形，它是岩层塑性变形的结果，是地壳上广泛发育的地质构造之一。

褶皱的形态多种多样，但基本类型只有两种：背斜和向斜。

背斜：岩层向上弯曲，其核心部位的岩层时代较老，外侧岩层较新。

两翼倾向相背
向斜：岩层向下弯曲，核心部位的岩层较新，外层岩层较老。

两翼倾向相对
向形和背形：如果发生褶皱的岩层新老顺序不明，或者发生褶皱的不是岩层而是其它构造面（如片理面等），则将向上拱弯的褶皱称背形，向下坳弯的褶皱称向形。

一、褶皱要素
褶皱要素：褶皱的各个组成部分和确定其形态的几何要素。

褶皱要素主要包括：核、翼、顶和槽、转折端、轴面、轴迹（轴线）、枢纽等。

核（部）：褶皱中心部分的地层。

背斜核部是最老地层，向斜核部是最新地层。

翼（部）：核部两侧对称出露的地层为翼部，两翼地层之间的夹角称翼间角，反映褶皱的紧闭程度。

转折端：一翼向另一翼过渡的部分。

枢纽：褶皱中同一层面上最大弯曲点的连线，可以是直线，也可以是曲线；可以是水平线，也可以是倾斜线。

轴面：褶皱中各相邻褶皱面上枢纽连成的面。

轴面是一个设想的标志面，它可以是平直面，也可以是曲面。

轴面与地面或其它任何面的交线称轴迹。

轴面的产状用走向、倾向和倾角来确定。

脊、脊线、槽和槽面：褶皱层上的最高点称脊，同一层面上脊的连线称脊线。

褶皱层上的最低点称槽，同一层面上槽的连线称槽线。

二、褶皱枢纽与轴面产状的测定
利用极射赤平投影。

在褶皱的正交切面（即与枢纽垂直的切面）上，分别测定褶皱岩层在不同部位处的产状，把这些产状用法线投影到极射赤平投影网上，得到众多极点，这些极点所在的大圆弧就是该褶皱轴面的大圆弧，称之为π圆，π圆的极点就是该褶皱的枢纽。

三、褶皱的形态
1．横剖面（正交剖面）上褶皱形态的分类
（1）转折端的形态
圆弧褶皱：褶皱面呈圆弧形弯曲。

尖棱褶皱：两翼平直相交，转折呈尖棱状，且两翼等长。

如两翼长度不等则可称之为“膝折褶皱”。

箱状褶皱：转折端宽阔平直，两翼产状较陡，形如箱状。

（2）翼间角的大小
平缓褶皱：小于180，大于120。

120<<180
开阔褶皱：小于120，大于70。

70<<120 ，把书上的“开启褶皱”改为“开阔褶皱”闭合褶皱：小于70，大于30。

30<<70，把书上的“中常褶皱”改为“闭合褶皱”紧闭褶皱：小于30，大于5。

5<<30
等斜褶皱：小于0，两翼近平行。

＜5
（3）轴面产状
直立褶皱：轴面近直立，两翼倾向相反，倾角近相等。

斜歪褶皱：轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不等。

倒转褶皱：轴面倾斜，两翼向同一方向倾斜，一翼的地层倒转。

平卧褶皱：轴面近水平，一翼地层政党，另一翼地层倒转。

翻卷褶皱：轴面弯曲的平卧褶皱。

（4）根据褶皱的对称性
对称褶皱：褶皱的轴面与褶皱包络面垂直，而且两翼的长度和厚度也基本相等。

不对称褶皱：褶皱的轴面与褶皱的包络面斜交，而且两翼的长度不相等。

2．平行褶皱枢纽方向褶皱的形态描述
（1）枢纽的产状
水平褶皱：枢纽倾伏角近于水平，这种状态下水平面上褶皱两翼的迹线相互平行。

倾伏褶皱：枢纽倾斜的褶皱。

倾竖褶皱：枢纽近直立。

（2）圆柱状褶皱与非圆柱状褶皱
圆柱状褶皱：褶皱的形态可以用一条直线平行移动而刻划出来的褶皱称之为圆柱状褶皱，该直线称之为该褶皱的褶轴。

特点：枢纽与褶轴平行并呈直线，在赤平投影图上存在π圆。

非圆柱状褶皱：褶皱的形态不可以用一条直线平行移动而刻划出来的褶皱称之为非圆柱状褶皱。

一种特殊的情况是圆锥状褶皱。

3．褶皱的平面轮廓
线状褶皱：长度与宽度之比大于10∶1。

短轴褶皱：长度与宽度之比介于3∶1到10∶1之间，枢纽向两端倾伏的褶皱。

穹隆构造：长宽比小于3∶1的背斜构造（近于1∶1），褶皱面自脊点向四周呈放射状倾斜。

构造盆地：长宽比小于3∶1的向斜构造（近于1∶1），褶皱面从四周向中心倾斜。

四、褶皱的分类
可以有多种分类方案。

1．褶皱的位态分类：取决于轴面和枢纽的产状，以横坐标表示轴面的倾角，纵坐标表示枢纽倾伏角，可将褶皱分成七种类型。

直立水平褶皱：轴面近于直立，倾角为90~80，枢近水平，倾伏角为0~10．
直立倾伏褶皱：轴面近直立，倾角为90~80，枢纽倾伏角为10~70．倾竖褶皱：轴面近于直立，倾角为90~80，枢纽倾钛角为70~90．斜歪倾伏褶皱：轴面倾角为80~20，枢纽倾伏角为10~70．
平卧褶皱：枢纽倾伏角和轴面倾角均为0~20．
斜卧褶皱：枢纽和轴面两者倾向及倾角基本一致，轴面倾角为
20~80，枢纽在轴面上的侧伏角为20~70．
2．根据褶皱层中各层弯曲形态的相互关系分类。

协调褶皱：褶皱层中各层弯曲形态保持一致或作有规律的渐变过渡关系，如平行褶皱或相似褶皱。

不协调褶皱：褶皱各层变形形态明显不同，呈现褶皱大小、形态各异，致使各层的褶皱型式出现突变或不具几何规律。

3．根据褶皱层的厚度变化及各层之间的几何关系，分为平行褶皱和相似褶皱。

平行褶皱：又称同心褶皱，褶皱的各个岩层呈平行弯曲，同一岩层垂直其层面的厚度在褶皱的各个部位是基本一致的，而平行轴面的“厚度”在褶皱的不同部位则变化很大有一个共同的曲率中心。

相似褶皱：各岩层的弯曲形态相似，各岩层的曲率基本不变。

这种褶皱没有共同的曲率中心，故褶皱形态在一定浓度内保持不变。

同一岩层的真厚度在翼部变薄，在转折变厚，而平行轴面的厚度在褶皱各个部位大致相等。

五、几种特殊的褶皱――同沉积褶皱和底辟构造
1．同沉积褶皱
在岩层沉积的同时逐渐变形而形成的褶皱称为同沉积褶皱，又称生长褶皱。

特点：①褶皱两翼倾角一般是上部平缓，往下变陡，褶皱总的形态多为开阔褶皱；
②在背斜顶部岩层厚度变薄（有的层位缺失），而两翼岩层厚度
都有逐渐增大的趋势。

如为向斜则中心部位岩层厚度往往最大；
③岩层的结构构造也明显受到构造控制，即背斜顶部常沉积浅水的粗粒物质，而向斜中心部位则沉积细粒物质；
④在地震剖面上常表现为上覆地层中特殊的生长三角，这是识别隐伏生长褶皱的主要标志。

同沉积褶皱在中国西部山前冲断带以及阿尔卑斯、科迪勒拉山前冲断带中十分发育，可以用于确定褶皱发育时代及褶皱的生长速率。

同沉积背斜往往是形成油气藏的有利构造。

2．底辟构造和盐丘
底辟构造：地下高韧性岩体（如盐岩、石膏、粘土和煤层等）在构造力的作用下，或由于岩石物质间密度的差异所引起的浮力作用下，向上流动并挤入上覆岩层之中而形成的一种构造。

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。

盐丘：是由于盐岩和石膏向上流动并挤入围岩，使上覆岩层发生拱曲隆起而形成的一种构造，它是一种具有重要经济意义的底辟构造。

六、褶皱的组合型式
1．隔档式褶皱和隔槽式褶皱――侏罗山式褶皱
隔档式褶皱：又称梳状褶皱，由一系列平行的背斜和向斜相间组成，其中背斜是窄而紧闭的，形态完整清楚，呈线状延伸；而两个背斜之间的向斜则开阔平缓。

四川盆地东部的一系列北北东向褶皱就是这类褶皱的典型实例。

隔槽式褶皱：也是由一系列平行的背斜、向斜相部排列的褶皱组成，但是其中背斜和向斜形态与隔档式褶皱相反，其向斜紧闭而且形态完整，呈线状排列，而两向斜之间的背斜则平缓开阔呈箱状。

黔北－湘西一带的褶皱就表现为这种组合型式。

瑞士侏罗山中生界和第三系岩层在固结的上古生界基底上顺着三叠系盐岩、石膏和页岩层滑动而形成隔档式褶皱，故这两类褶皱又笼统地称为侏罗山式褶皱。

2．雁行褶皱
雁行褶皱：又称斜列式褶皱，为一系列呈平行斜列的短轴背斜或向斜，它可以由不同规模和级次的背斜或向斜所组成，是褶皱构造常见的一种组合型式。

我国华北上古生界或中生界向斜盆地大都呈雁行式分布。

吕梁山区第四纪火山岩盆地。

3．阿尔卑斯式褶皱
是由一系列同等发育的线状褶皱平行排列而成，不同级别的褶皱往往组成的巨大背斜和巨大向斜。

复背斜和复向斜是一个两翼被一系列次级褶皱复杂化的大型褶皱构造。

各级次褶皱与总体褶皱常有一定的几何关系，一般认为典型的复背斜和复向斜的次级褶皱轴面常向该复背斜或复向斜的核部收敛。