1、第九章褶皺的成因分析參考書目：構造地質學第九章褶皺的成因概述一、根據褶皺過程中巖層的變形行為，可以劃分為： 主動褶皺（彎曲褶皺）、被動褶皺（剪切褶皺）二、根據褶皺過程中物質運動方式，可以劃分為： 滑動褶皺作用、流動褶皺作用三、根據引起褶皺的作用力方式，可以劃分為： 縱彎褶皺作用、橫彎褶皺作用主動褶皺和被動褶皺主動褶皺：褶皺的形成是通過層的力學性質和層理積極地控制著褶皺發育，又稱彎曲褶皺。形成條件：地殼中淺構造層次（約10km以內）。被動褶皺：層理的力學不均一性在褶皺形成過程不起主導作用，只是被動作為變形標志，這種褶皺稱為被動褶皺，它的層理并沒有發生真正的彎曲，而褶皺是通過沿平行剪切面的不均勻剪

2、切而形成的，這種褶皺又稱剪切褶皺。形成條件：地殼的下構造層次，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。流動褶皺和滑動褶皺z流動：流動：是指物質的連續位移（A）。z滑動：滑動：是指物質沿著許多一定間隔的不連續面的位移（B）。縱彎褶皺和橫彎褶皺l縱彎褶皺：縱彎褶皺：是在平行于巖層的水平擠壓作用下，巖層失穩而彎曲，稱為縱彎褶皺。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生彎曲，稱為橫彎褶皺。縱彎褶皺縱彎褶皺橫彎褶皺橫彎褶皺第一節 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: : 在結構均一的單層

3、板狀材料側面畫上幾排小圓在結構均一的單層板狀材料側面畫上幾排小圓, ,側向擠側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造單層巖層縱彎褶皺中形成的小構造: : 在單一巖層受側向擠壓形成縱彎褶皺時在單一巖層受側向擠壓形成縱彎褶皺時, ,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律分布的小構造。形成一系列有規律分布的小構造。如果巖層韌性較高如果巖層韌性較高, , 巖層外凸側巖層外凸側因拉伸而變薄因拉伸而變薄, , 內凹側因擠壓壓縮而變厚，若內凹側微層理發育內凹側因擠壓壓縮而變厚，若內凹側微層理發育,

4、 , 還可形成一系列小型褶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常形成與層面垂直呈扇形排列的楔形張節理或小型正斷層，而在側常形成與層面垂直呈扇形排列的楔形張節理或小型正斷層，而在褶皺巖層的內凹側因壓縮而形成逆斷層褶皺巖層的內凹側因壓縮而形成逆斷層。內部伴生的小構造特點巖石韌性很小時，抗張強度差，發生脆性破裂，外側形成張節理呈正扇形分布；內側形成順層張裂，為脈體充填時則呈順層張裂脈分布。巖石韌性中等時，抗剪強度差，形成共軛剪裂。其內側共軛剪裂可發展為逆沖斷層；外側共軛剪裂可發展為頂部地塹。巖石韌性大時，外側因拉伸而變薄形成平行層

5、理的流劈理；內側因擠壓而加厚，可形成正扇形劈理，也可形成次級小褶皺。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, , 當一套層狀巖層受到側向擠壓而發生縱彎褶當一套層狀巖層受到側向擠壓而發生縱彎褶皺時皺時, , 層面在形成褶皺的過程中起著重要的層面在形成褶皺的過程中起著重要的作用作用, , 并以并以彎滑作用方式彎滑作用方式、彎流作用方式彎流作用方式形形成縱彎褶皺。成縱彎褶皺。彎滑作用彎滑作用指一系列巖層在側向擠壓作用中通指一系列巖層在側向擠壓作用中通過層間滑動而發生彎曲成為褶皺的作用。過層間滑動而發生彎曲成為褶皺的作用。 (1) 在

6、發生縱彎褶皺在發生縱彎褶皺的一套巖層中的一套巖層中, 各單層各單層有各自的中和面有各自的中和面, 而整而整個褶皺沒有中和面。個褶皺沒有中和面。各相鄰褶皺面保持平各相鄰褶皺面保持平行關系行關系, 各單層的真厚各單層的真厚度在褶皺的各部位基度在褶皺的各部位基本一致。因而縱彎引本一致。因而縱彎引起的彎滑作用往往形起的彎滑作用往往形成成平行褶皺平行褶皺, 也即也即IB型型褶皺。褶皺。 平行褶皺平行褶皺 (2) 縱彎褶皺作用引起的層縱彎褶皺作用引起的層間滑動是有規律的間滑動是有規律的, 背斜中背斜中各相鄰的上層向背斜轉折端各相鄰的上層向背斜轉折端滑動滑動, 而各相鄰的下層則向而各相鄰的下層則向相反方向即

7、向相鄰的向斜相反方向即向相鄰的向斜的轉折端滑動。由于層間的的轉折端滑動。由于層間的這種差異剪切滑動作用這種差異剪切滑動作用,在在強硬巖層的翼部可產生旋轉強硬巖層的翼部可產生旋轉剪節理和同心節理。剪節理和同心節理。 (3) 由于層間滑由于層間滑動產生的上下巖動產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 (4) 由于兩翼巖層由于兩翼巖層的層間相對滑動的層間相對滑動, 往往在褶皺的轉折往往在褶皺的轉折端形成空隙空間端形成空隙空間,造造成虛脫現象成虛脫現

8、象,這些虛這些虛脫空間若后來被成脫空間若后來被成礦物質充填礦物質充填, 則可則可以形成鞍狀的礦床以形成鞍狀的礦床或礦體。或礦體。 (5) 在兩個強硬巖層之間在兩個強硬巖層之間夾有層理發育的韌性巖層夾有層理發育的韌性巖層的條件下的條件下, 巖層發生縱彎褶巖層發生縱彎褶皺作用時皺作用時, 則會在層間滑動則會在層間滑動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生層間小性的薄巖層中產生層間小褶皺。位于主褶皺翼部的褶皺。位于主褶皺翼部的這些層間小褶皺為這些層間小褶皺為不對稱不對稱褶皺褶皺, 層間小褶皺的軸面與層間小褶皺的軸面與它們上、下相鄰的強硬巖它們上、下相鄰的強硬巖層面所夾銳角的

9、方向層面所夾銳角的方向, 指示指示其相鄰巖層的相對滑動方其相鄰巖層的相對滑動方向。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、下相鄰的強硬巖層面所夾銳下相鄰的強硬巖層面所夾銳角的方向角的方向, 指示其相鄰巖層的指示其相鄰巖層的相對滑動方向。相對滑動方向。上述層間滑動規律可用來判上述層間滑動規律可用來判斷巖層的頂面和底面斷巖層的頂面和底面, 確定巖確定巖層層序是正常還是倒轉層層序是正常還是倒轉; 還可還可用來判斷背斜和向斜的位置。用來判斷背斜和向斜的位置。 5.彎流作用彎流作用: 是指縱彎褶皺作用使巖層發生彎曲變是指縱彎褶皺作用使巖層發生彎曲變形時形時, 巖層間不僅發生層間滑動巖層

10、間不僅發生層間滑動, 而且某而且某些巖層的內部還出現物質流動現象些巖層的內部還出現物質流動現象; 上上下巖層面對褶皺層內物質的流動起著控下巖層面對褶皺層內物質的流動起著控制作用。制作用。 (1) 層內物質的層內物質的流動方向流動方向, 是從翼是從翼部流向轉折端部流向轉折端, 并并導致在褶皺轉折端導致在褶皺轉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減薄度則相對減薄, 從從而形成而形成II類的相似類的相似褶皺或褶皺或III類的頂厚類的頂厚褶皺。褶皺。相似褶皺相似褶皺 (2) 當軟巖層與當軟巖層與硬巖層互層硬巖層互層, 受到受到順層

11、擠壓時順層擠壓時, 硬巖硬巖層難以發生流動層難以發生流動, 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生流動并去充發生流動并去充填由于層間滑動填由于層間滑動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不同層褶皺形態不同的的頂厚褶皺頂厚褶皺。 (3) 當硬巖層中夾當硬巖層中夾有一大層層理發育有一大層層理發育并相對容易流動的并相對容易流動的韌性巖層時韌性巖層時, 物質的物質的流動并不順其微層流動并不順其微層理發生層間差異流理發生層間差異流動動, 而是在主褶皺的而是在主褶皺的翼部和轉折端形成翼部和轉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

12、層內物褶皺顯示了層內物質向轉折端流動的質向轉折端流動的特征。特征。 (4) 在側向擠壓力在側向擠壓力作用下作用下, 軟巖層發生軟巖層發生強烈層內流動強烈層內流動, 可產可產生線理、劈理生線理、劈理(兼有兼有變質作用變質作用)等小構造等小構造; 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, 還可形還可形成構造透鏡體。成構造透鏡體。縱彎褶皺中發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射等。褶皺中劈理與層理關系的應用實例利用劈理與層理關系判斷正常地層和倒轉地層；判斷經驗法則：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

13、正常層序，判斷背斜在左側；在倒轉翼，劈理傾向與層理一致，劈理傾角比層理傾角緩，為倒轉層序，背斜在右側。第二節 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生彎曲形成的巖層受到與層面垂直的外力作用而發生彎曲形成的褶皺叫做橫彎褶皺作用。這類褶皺主要是由于褶皺叫做橫彎褶皺作用。這類褶皺主要是由于地殼的地殼的差異升降運動、巖漿及巖鹽底辟作用以及同沉積作用差異升降運動、巖漿及巖鹽底辟作用以及同沉積作用所造成的所造成的, 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

14、褶皺作用的特點:(1) 橫彎褶皺的巖層整體處于拉伸狀態, 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形斷層; 這些斷層若后來被成礦熱液充填, 就會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從褶皺彎曲的頂部向翼部流動, 從而形成頂部巖層薄, 翼部巖層相對較厚的頂薄褶皺。這與縱彎褶皺層間物質從翼部流向轉折端的流動方向是剛好相反的。 (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層間差異流動

15、, 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于相鄰下層面向背離背斜轉折端的方向位移, 這與縱彎褶皺中背斜內層間褶皺指示主褶皺的各相鄰上層向背斜轉折端滑動的滑動方向剛好相反。橫彎褶皺之一 底劈構造O底劈構造：底劈構造：是一種特殊褶皺，是地下低粘度易流動物質因浮力自下而上流動，引起上覆巖層上拱的構造。底劈構造是一種鹽丘構造、儲油構造，具有重要的經濟價值。O動力學原因動力學原因是由于巖石密度倒置引起重力不穩定性。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/底劈構造當

16、巖漿上升當巖漿上升, , 侵入圍侵入圍巖巖, , 使上覆巖層發生使上覆巖層發生拱曲時拱曲時, , 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）兩翼產狀傾角平緩，總體為開闊褶皺；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，向斜中心變細；4）伴隨滑塌斷層。第三節 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劈巖層沿著一系列與巖層不平行的密集劈理面理面( (破裂面破裂面) )發生差異滑動而形成褶皺的發生差異

17、滑動而形成褶皺的作用叫做剪切褶皺作用。作用叫做剪切褶皺作用。在這種褶皺作用在這種褶皺作用中原始的巖層面已經不起控制作用中原始的巖層面已經不起控制作用, , 而只而只是作為滑動結果的標志或參照系是作為滑動結果的標志或參照系。 (1) (1) 在橫剖面上在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面理面或滑動面) )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。 巖層面巖層面滑動面滑動面 (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

18、巖層面真正發并非巖層面真正發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行劈理或片理面發生差異滑動而顯現生差異滑動而顯現出彎曲的外貌。出彎曲的外貌。 滑動面滑動面巖層面巖層面（3 3）在變質巖中劈理）在變質巖中劈理和片理特別發育和片理特別發育, , 因此因此, , 剪切褶皺作用多發生在剪切褶皺作用多發生在變質巖區變質巖區。剪切褶皺作。剪切褶皺作用往往使層理或前期的用往往使層理或前期的劈理、片理錯動成鋸齒劈理、片理錯動成鋸齒狀或其它形態的褶皺。狀或其它形態的褶皺。有一些剪切褶皺是強烈有一些剪切褶皺是強烈變形條件下變形條件下, ,在先期褶在先期褶皺的基礎上再

19、發生的。皺的基礎上再發生的。 第四節 柔流褶皺作用柔流褶皺作用是指高柔流褶皺作用是指高韌性巖石韌性巖石( (如巖鹽、如巖鹽、石膏、或煤層等石膏、或煤層等) )或或者是巖石處于高溫高者是巖石處于高溫高壓環境下變成高韌性壓環境下變成高韌性體體, , 受到外力的作用受到外力的作用, , 發生類似粘稠的流體發生類似粘稠的流體那樣的流動變形那樣的流動變形, ,從從而形成形態復雜多變而形成形態復雜多變的褶皺。的褶皺。 例如例如, , 鹽丘構造鹽丘構造的底辟核的膏鹽層就的底辟核的膏鹽層就是一種形態復雜的柔是一種形態復雜的柔流褶皺、流褶皺、 在變質巖或混合巖化的巖體中有些長英質脈巖受力作用而在變質巖或混合巖化

20、的巖體中有些長英質脈巖受力作用而形成的形成的腸狀褶皺就是一種柔流褶皺腸狀褶皺就是一種柔流褶皺。這在太古代和其它深。這在太古代和其它深變質巖中是較為普遍的一種構造現象變質巖中是較為普遍的一種構造現象, ,這類腸狀褶皺或者這類腸狀褶皺或者是早期侵位的巖脈在圍巖發生變形和變質過程中發生流變是早期侵位的巖脈在圍巖發生變形和變質過程中發生流變而形成而形成; ; 或者是在強烈變形時期或者是在強烈變形時期, , 貫入到褶皺巖層中的脈貫入到褶皺巖層中的脈體體, , 后來又與圍巖一起變形而成。后來又與圍巖一起變形而成。 腸狀褶皺腸狀褶皺第五節 膝褶作用膝褶作用膝褶作用: : 這類褶皺主要發生在這類褶皺主要發生在

21、巖性較均一的脆性薄巖層或面巖性較均一的脆性薄巖層或面理化巖石理化巖石中中, , 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力作用理或面理平行或稍微斜交的壓應力作用, , 使巖層發生層間使巖層發生層間滑動滑動, , 但又受到某種限制但又受到某種限制, , 常常使滑動面發生急劇轉折常常使滑動面發生急劇轉折, , 即相當于軸面的膝褶面折轉而成尖棱褶皺。即相當于軸面的膝褶面折轉而成尖棱褶皺。 膝褶中的滑動褶皺作用常集中發生在不對稱膝褶的膝褶中的滑動褶皺作用常集中發生在不對稱膝褶的短翼部分短翼部分, , 形成剪切帶形成剪切帶, ,稱為稱為

22、膝褶帶膝褶帶; ; 膝褶帶兩側膝褶帶兩側的界面為的界面為膝褶面膝褶面。兩個相鄰膝褶帶可以互相平行。兩個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, , 形成箱狀褶皺或稱為共軛褶皺。形成箱狀褶皺或稱為共軛褶皺。一系列兩翼等長的對稱式尖棱褶皺常組成一系列兩翼等長的對稱式尖棱褶皺常組成“人人”字字型型, , 或手風琴式褶皺。或手風琴式褶皺。 第六節 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: : 巖層在側向順層擠壓力的作用下巖層在側向順層擠壓力的作用下, , 會會引起平行主壓應力方向的縮短和垂直于主引起平行主壓應力方向的縮短和垂直于主壓應力方向的伸長壓應力方向的伸

23、長, , 即壓扁作用。巖層在即壓扁作用。巖層在形成褶皺的整個發育過程中都有壓扁作用形成褶皺的整個發育過程中都有壓扁作用, , 壓扁作用對褶皺的形態及其內部的應變分壓扁作用對褶皺的形態及其內部的應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, ,褶皺巖層內各點應變狀態也隨之發褶皺巖層內各點應變狀態也隨之發生有規律的變化生有規律的變化, , 例如例如, , 隨著縱彎褶皺作用增強隨著縱彎褶皺作用增強, , 壓扁作壓扁作用也隨之增強用也隨之增強, , 褶皺層內各點應變橢球體的長軸褶皺層內各點應變橢球體的長軸X X逐漸旋逐漸旋轉到與褶皺軸面平行的方向上轉到與褶皺軸面平

24、行的方向上, ,壓扁作用越強烈壓扁作用越強烈, ,應變橢球應變橢球越扁越扁, ,整個褶皺就越緊閉整個褶皺就越緊閉。 (2) (2)在褶皺形成過程中在褶皺形成過程中, , 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發生變化也相應發生變化, ,表現為翼部巖層變薄表現為翼部巖層變薄, ,轉折端巖層變厚轉折端巖層變厚, , 從從而使整個褶皺由平行褶皺向相似褶皺發展而使整個褶皺由平行褶皺向相似褶皺發展。 (3)(3)壓扁作用也使巖石中的鮞粒、礫石以及具對稱要素的壓扁作用也使巖石中的鮞粒、礫石以及具對稱要素的化石化石( (如三葉蟲、腕足類、筆石、羊齒等）如三葉蟲、腕足類、筆石、羊齒等）

25、, ,或礦物晶體如黃或礦物晶體如黃鐵礦、石榴子石等發生變形鐵礦、石榴子石等發生變形; ;對它們變形后的形狀與變形前的對它們變形后的形狀與變形前的原始形狀進行對比原始形狀進行對比, , 可以推斷壓扁作用的程度可以推斷壓扁作用的程度。 (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、構造透鏡體直壓縮方向的拉伸下形成石香腸、構造透鏡體; ;如若是如若是韌性巖韌性巖層褶皺并經受強烈壓扁作用層褶皺并經受強烈壓扁作用, ,則會形成與褶皺軸面平行的密集則會形成與褶皺軸面平行的密集的軸面劈理的軸面劈理, ,當壓扁作用不均

26、勻時當壓扁作用不均勻時, ,則會沿劈理面發生差異滑則會沿劈理面發生差異滑動動, ,形成以層面為標志面的剪切褶皺。形成以層面為標志面的剪切褶皺。 (5) (5)當褶皺是當褶皺是由脆性和韌性巖由脆性和韌性巖層相間組成時層相間組成時, ,在在經受強烈持續的經受強烈持續的壓扁作用之后壓扁作用之后, ,韌韌性巖層就會產生性巖層就會產生劈理劈理, ,強硬巖層則強硬巖層則會因強烈壓扁形會因強烈壓扁形成成“無根鉤狀褶無根鉤狀褶皺皺”, , 這種變形這種變形現象在強烈褶皺現象在強烈褶皺的變質巖區較為的變質巖區較為普遍。普遍。 (6) (6)在厚層韌性巖層在厚層韌性巖層( (如泥巖如泥巖) )夾薄層強夾薄層強硬巖

27、層硬巖層( (如石英砂巖如石英砂巖) )組成的巖系受到側向順組成的巖系受到側向順層擠壓尚未發生褶皺時層擠壓尚未發生褶皺時, , 巖系先整體平行主巖系先整體平行主壓應力方向壓縮壓應力方向壓縮, , 垂直主壓應力方向伸長使垂直主壓應力方向伸長使厚度略增厚度略增; ; 在持續擠壓下在持續擠壓下, , 韌性厚巖層繼續韌性厚巖層繼續壓縮壓縮, ,而其間的薄層強巖層則形成一系列小而其間的薄層強巖層則形成一系列小褶皺以適應壓縮褶皺以適應壓縮; ; 隨著整個巖系在縱彎褶皺隨著整個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, , 這時強硬薄巖層中這時強硬薄巖層中的小褶皺整體地也隨主褶皺而彎曲的小褶皺

28、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對稱式褶皺在樞紐部位仍保持對稱式(M(M型型), ), 在兩在兩翼則變為不對稱褶皺翼則變為不對稱褶皺( (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育于大褶皺翼部皺不僅發育于大褶皺翼部, , 也發育在大褶皺也發育在大褶皺的樞紐部位這一現象。的樞紐部位這一現象。第七節 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、規模和分布特點不僅褶皺的形態、規模和分布特點不僅與褶皺作用力的方式和

29、方向有密切關系與褶皺作用力的方式和方向有密切關系, , 而且要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育情況、巖層的厚度、巖石的力理的發育情況、巖層的厚度、巖石的力學性質等。學性質等。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造使巖石具不均一性巖石中的層理或成層構造使巖石具不均一性( (各向異性各向異性),),當層當層狀巖石受到力的作用時狀巖石受到力的作用時, ,可以通過層間滑動或層內物質的塑性流動而可以通過層間滑動或層內物質的塑性流動而彎曲褶皺。而彎曲褶皺。而各向同性、結構均一、無層理構造的巖體各向同性、結構均一、無層理構

30、造的巖體( (例如巖漿巖例如巖漿巖體體) )在受力變形時在受力變形時, , 巖體被壓縮巖體被壓縮, , 有時在與主壓應力垂直的方向上形有時在與主壓應力垂直的方向上形成由劈理或片理構成的擠壓帶成由劈理或片理構成的擠壓帶, , 或者是形成一些其它方向的斷裂構或者是形成一些其它方向的斷裂構造造, ,但是不會產生褶皺。但是不會產生褶皺。因此因此, , 層理或成層構造是巖石產生褶皺的一層理或成層構造是巖石產生褶皺的一個必要條件。個必要條件。2.2.巖層厚度對褶皺形成的影響巖層厚度對褶皺形成的影響: : 巖層的厚薄對褶皺的狀態和大小也有顯著的影巖層的厚薄對褶皺的狀態和大小也有顯著的影響響, ,當對巖性相同

31、或相似而厚度不同的巖層施加同當對巖性相同或相似而厚度不同的巖層施加同樣的水平擠壓力時樣的水平擠壓力時, , 則則厚巖層往往形成曲率小、波厚巖層往往形成曲率小、波長大的平緩開闊褶皺長大的平緩開闊褶皺; ;而薄巖層則形成曲率大、波而薄巖層則形成曲率大、波長小的緊閉褶皺長小的緊閉褶皺。3.3.巖層組合及其力學性質對褶皺形成的影響巖層組合及其力學性質對褶皺形成的影響: : 巖石的力學性質直接影響褶皺的形態和類型巖石的力學性質直接影響褶皺的形態和類型, , 當巖石力學性質不同的強硬巖層當巖石力學性質不同的強硬巖層和軟弱巖層相間疊置并一起受力發生褶皺時和軟弱巖層相間疊置并一起受力發生褶皺時, , 其中其中

32、強硬巖層的巖層厚度不變強硬巖層的巖層厚度不變, ,以彎以彎滑褶皺作用方式形成平行褶皺。而軟弱巖層則在轉折端顯著加厚滑褶皺作用方式形成平行褶皺。而軟弱巖層則在轉折端顯著加厚, ,形成相似褶皺。形成相似褶皺。或者是強硬巖層形成平緩開闊褶皺或者是強硬巖層形成平緩開闊褶皺, , 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, , 強硬巖層強硬巖層在轉折端形成扇狀楔形張節理在轉折端形成扇狀楔形張節理, , 而軟弱巖層在轉折端則形成反扇形流劈理。而軟弱巖層在轉折端則形成反扇形流劈理。 一般來說一般來說, , 強硬巖層在褶皺中表現為相對剛性層強硬巖層在褶皺中表現為相對剛性層, ,軟弱巖層則顯示為

33、相對韌性軟弱巖層則顯示為相對韌性層。層。野外觀察和室內實驗表明野外觀察和室內實驗表明, ,一套強硬、軟弱巖層成互層的巖系發生褶皺一套強硬、軟弱巖層成互層的巖系發生褶皺, ,強硬強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, , 并對整個褶皺的形態起控制作用并對整個褶皺的形態起控制作用, ,而而軟弱巖層則被迫遷就強硬巖層形成的空間而變形軟弱巖層則被迫遷就強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“強硬強硬”和和“軟弱軟弱”是是相對的相對的, ,巖層的強弱除與巖層的成巖層的強弱除與巖層的成分、結構、構造有關外分、結構、構造有關外,

34、, 還要受變還要受變形時的溫度、圍壓、溶液、應變速形時的溫度、圍壓、溶液、應變速率等因素的制約。在一個地區表現率等因素的制約。在一個地區表現為強硬的巖層為強硬的巖層, , 在另一個地區可能在另一個地區可能表現為軟弱巖層。在一般情況下表現為軟弱巖層。在一般情況下, ,砂巖和頁巖互層時砂巖為強硬巖層砂巖和頁巖互層時砂巖為強硬巖層, ,石灰巖與頁巖或泥灰巖一起褶皺時石灰巖與頁巖或泥灰巖一起褶皺時, ,石灰巖是強硬巖層石灰巖是強硬巖層, ,但石灰巖與白但石灰巖與白云巖或硅質灰巖互層時云巖或硅質灰巖互層時, ,石灰巖則石灰巖則表現為軟弱巖層。表現為軟弱巖層。同一種巖石同一種巖石, ,厚厚層的往往表現為強

35、硬巖層層的往往表現為強硬巖層, ,薄層的薄層的則表現為軟弱巖層。則表現為軟弱巖層。 Biot Biot等人通過模擬實驗和野外實際等人通過模擬實驗和野外實際, ,提出了側向擠壓力下縱彎褶提出了側向擠壓力下縱彎褶皺作用發育機制中主導層的厚度及其有關巖石力學性質控制著彎曲皺作用發育機制中主導層的厚度及其有關巖石力學性質控制著彎曲作用早期的褶皺波長即作用早期的褶皺波長即主波長理論主波長理論。該理論認為。該理論認為, ,巖石在小應力巖石在小應力長期的作用下長期的作用下, ,可以看作是具有不同粘度的粘性固體可以看作是具有不同粘度的粘性固體, ,發生均勻縮短發生均勻縮短和失穩而形成褶皺。粘性較高的巖層和失穩

36、而形成褶皺。粘性較高的巖層( (強硬巖層強硬巖層) )在褶皺作用中起主在褶皺作用中起主導作用。當粘度較高的巖層夾于粘度較低導作用。當粘度較高的巖層夾于粘度較低( (軟弱巖層軟弱巖層) )的介質層中的介質層中, ,受到側向擠壓而發生褶皺時受到側向擠壓而發生褶皺時, ,其初始主波長其初始主波長(W(Wd d) )的公式為的公式為: : W Wd d=2=2T (hT (h1 1/6h/6h2 2) ) 公式中公式中T T為主導層的厚度為主導層的厚度, h, h1 1為主導層的粘度為主導層的粘度, h, h2 2為介質層的粘為介質層的粘度度, h, h1 1 h h2 2。 由公式可知由公式可知,

37、,褶皺主波長與褶皺主導層厚度褶皺主波長與褶皺主導層厚度T T成正比成正比, ,與主導層與主導層和介質層二者的粘度比和介質層二者的粘度比(h(h1 1/6h/6h2 2) )的立方根成正比。當粘度比一定時的立方根成正比。當粘度比一定時, ,即當巖層性質差異相同時即當巖層性質差異相同時, ,不同厚度的巖層形成不同波長的褶皺。不同厚度的巖層形成不同波長的褶皺。厚度小的層形成的褶皺波長小厚度小的層形成的褶皺波長小, ,褶皺較緊閉褶皺較緊閉; ;厚度大的層形成的褶皺厚度大的層形成的褶皺波長長而開闊。波長長而開闊。厚度相差很大的多層巖石組成的褶皺厚度相差很大的多層巖石組成的褶皺, ,不同厚度的不同厚度的巖層形成的褶皺波長不同。形態各異巖層形成的褶皺波長不同。形態各異, ,在剖面上表現為明