10褶皱作用_1

九、十讲
褶皱作用
（褶皱的成因分析）
弹性—脆性；塑性—韧性
各向同性；各向异性
韧性差；粘度差；应力差
能干层—强硬层—低塑性层—粘度大非能干层—软弱层—高塑性层—粘度小
岩盐粘度< 一般岩石粘度；
沥青粘度< < 灰岩粘度
褶皱的形成方式与其受力状态、变形环境及岩层的变形行为密切
相关。

从褶皱过程中岩层的变形行为来看，可把褶皱分为主动褶皱和
被动褶皱两类。

主动褶皱－中浅构造层次
(＜１０km )
理积极地控制着褶皱的发育时，这种褶皱称为主动褶皱。

被动褶皱－下构造层次
( ＞１０km )
韧性差很小，层理在褶皱变形中不再具有力学上的不均一性，而只是被动地作为变形的标志，这种褶皱称为被动褶皱。

并没有真正发生过一般意义的弯曲．
如同－
流动－物质的连续滑移(只是一种晶粒尺度或晶格尺度的微小滑动)
滑动－物质沿不连续面的滑移
纵弯褶皱作用——横弯褶皱作用——剪切褶皱作用——柔流褶皱作用——
平行于地质界面（岩层）的挤压而引起的弯曲作用。

纵弯褶皱作用
单层纵弯褶皱作用
单个能干层在不能干基质中的纵弯褶皱作用
岩石能干性
岩石抵抗塑性变形的能力。

韧性
岩石发生破裂前的塑性变形。

能干层（砂岩）不能干层（页岩）
——主波长理论假设：能干岩层的厚度=h，粘度=μ，
不能干基质的厚度不限定，粘度=μ
0，
在褶皱作用过程中（图中P为平行层施加的作用力，K为基质的阻力），当能干层发生弯曲褶皱时，垂直于层面发生的位移为u，并假设发生褶皱的初始波长为Wi，其相应的位移为δ。

Wi为：
Wi=2πh√μ
（注：应是立方根！）
1 / 6μ2
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h 呈正比。

构造物理学意义
•当岩性一定时，μ/μ
0比为常数，
褶皱的波长Wi与层厚h成正比关系。

•当层厚一定时，h为常数，褶皱的波长Wi与层和介质之间的粘度比μ/ μ
非线性成正比关系.
μ= μ
时，只有顺层均匀缩短，
而不会发生褶皱。

物质组成结构构造温度
压力
流体
作用时间等
层厚—h
粘度比—μ/μ
温度、应力和应变速率对粘度的影响
在应变速率ε=10-14S-1条件
/μM≥1，T<550℃下，当μ
Q
时，石英岩比大理岩更能干。

当μ
/μM<1，T>550℃
Q
时，大理岩比石英岩更能干。

μ
1>>μ4时
即岩石能干性差达最大，则分布在软弱基质中最能干的强硬层形成肠状褶皱。

μ/ μ
>50时，形成肠状褶皱
温度、应力和应变速率对粘度的
影响
μ= ∆σ/ 3ε（4）
ε= Aexp[-Q / RT ] (∆σ)n（5）
其中：A为材料热散常数，Q为材料激化能，R为气体常数，T为温度，n为材料常数（应力指数），∆σ为差异应力，ε为应变速率。

肠状褶皱
岩石体在高韧性和低粘度条件下发生类似粘性流体的粘滞性流动形成的褶皱作用行为称柔流褶皱作用。

如肠状褶皱。

当μ3>μ4时
因两者之间能干性差最小，故形成尖园褶皱或肿缩式褶皱。

尖园褶皱
μ/ μ
时，形成肿缩式褶皱<10
μ
与μ4之间的能
2
干性差居中，则形成平行褶皱或相似褶皱。

假设有多层岩石，其粘度、厚度也不一样（μ
>μ2>μ3
1
>μ4），当受到应力作用以后，其变形情况将会怎么样？
触应变带
变带的宽度
纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳为两种模式：中和面褶皱作用和顺层剪切作用（弯流褶皱作用和弯滑褶皱作用）
褶皱强硬层往往以此方式弯曲应变特征：是平面应变，褶皱轴为中间应变轴；
形成I
B 型平行褶皱；
层总体厚度不变，外弧伸长，内弧缩短
岩石韧性很小时形成张裂。

岩石韧性中等时，形成剪裂岩石韧性大时，形成劈理
弯滑褶皱作用平行褶皱
当各岩层厚度都比较小且粘度比较大时,各层应变相互影响,总体上形成不协调褶皱或S、M、Z褶皱。

•强硬层间相对距离对褶皱形态的影响。

多层纵弯褶皱作用的伴生小构造
垂直于地质界面的挤压而引起的弯曲作用。

底辟褶皱及顶部断层的模拟
图示:
——背斜表现为水下隆起
同沉积褶皱——向斜表现为水下凹陷。