1、逆沖推覆構造(Thrust Nappe Structure)概 述大約在1880年以前，歐洲阿爾卑斯(Alps)的大部分巖石被認為是原地的(autochthonous)，至少沒有遷移很遠的距離，盡管也有人認識到曾卷入巨大的平臥褶皺。十九世紀晚期才認識到，阿爾卑斯的許多巖石曾從原地遷移了相當大的距離(幾百上千公里)，即認為它們是外來的(allochthonous),并認識到這種長距離的位移與大規模的沖斷作用和平臥褶皺作用有關。此后nappe一詞才被賦予了其現今的含義，即經歷了長距離位移的大致水平的巖席，即推覆體。這一發展過程反映了研究推覆構造在地質學這一發展過程反映了研究推覆構造在地質學中的重要

2、位置。中的重要位置。Schardt (1904)和Heim（1919)就已繪制了橫穿部分Alps的構造剖面，成為不僅Alps而且推覆構造方面的經典研究成果，100年過去了，沒有大的修改。比我國的一些推覆構造研究的可靠度高得多。褶皺推覆體(fold nappe)：Bertrand (1884)和Heim (1919)最早提出了這一概念，認為真正的推覆體是沿平臥褶皺的下翼剪開發展而成，并提出了七個發展階段：a 具有倒轉翼的褶皺；b 倒轉翼變薄；c 倒轉翼進一步變薄；d 沖斷層取代倒轉翼；e 上翼開始發生褶皺；f 仰沖褶皺(nappe); g 具有指狀翹起的“傾伏(plunging)”推覆體.后來發

3、現，沖斷推覆體(thrust nappe)可能更為普遍。組合型式疊瓦式逆沖斷層系(imbricate thrust system)：逆沖推覆構造的主要產出型式，即由一束產狀相近并具相同逆沖方向的斷層構成疊瓦式逆沖斷層系。西昆侖造山帶混雜帶疊瓦式逆沖推覆構造閩西南三明大田推覆構造剖面前震旦紀地層下面開煤礦推覆構造多是老地層壓新地層伸展構造多是新地層壓老地層西昆侖造山帶前陸沖斷帶逆沖推覆構造剖面幾何結構(一)臺階式逆沖斷層：由長而平的斷坪(flat)與連接期間的短而陡的短坡(ramp)交替構成。斷坪順層發育，產于相對軟弱的巖層或巖性差異顯著的界面，為一低強度高應變帶；斷坡切層發育，產于較強硬的巖層

4、中。總體構成下緩上陡凹面向上的鏟狀。臺階式逆沖斷層發展形成過程。在斷坡處的上覆巖層形成無根褶皺請識別照片中的臺階式逆沖斷層注意：斷坪不一定水平，斷坡不一定傾斜。關鍵是看切層還是順層210斷坪斷坪斷坪斷坪斷坡斷坡A線理線理: 15810上盤斷坡與下盤斷坡：根據斷坡上下盤巖層的產狀關系，斷坡可分為上盤斷坡和下盤斷坡。上盤斷坡斷坡部位斷層面產狀與下盤巖層產狀一致而斜切上盤巖層處；下盤斷坡 與上盤巖層產狀一致而斜切下盤巖層處。分析地震剖面中臺階式逆沖斷層的斷坪和斷坡前斷坡、側斷坡、斜斷坡根據斷坡走向與逆沖位移方向的關系可劃分出：前斷坡走向與逆沖方向直交，表現為逆沖滑動，以擠壓應力為主；側斷坡走向與逆沖

5、方向一致，表現為走向滑動，處于剪切應力狀態；斜斷坡走向與逆沖方向斜交兼具走滑和逆沖，處于壓剪應力狀態。幾何結構(二)Duplex: C.D.A. Dalstrom于1970年提出，是逆沖推覆構造中具有普遍性的重要結構型式。它由頂板逆沖斷層(roof thrust)與底板逆沖斷層(floor thrust)及夾于其中的一套疊瓦式逆沖斷層和斷夾塊(horse)組合而成。次級疊瓦式逆沖斷層向上互相趨近并且相互連接，共同構成頂板逆沖斷層；各次級逆沖斷層向下相互連接，構成底板逆沖斷層。各次級逆沖斷層所圍限的斷塊叫斷夾塊或馬石(horse)。國內關于duplex 的翻譯不盡一致，雙重逆沖構造、雙沖構造、沖

6、褶席等Duplex的頂板逆沖斷層和底板逆沖斷層在前鋒和后緣匯合，構成一個封閉塊體。斷夾塊內巖層可以成膝折彎曲，更常常形成拉長的背向斜對。Boyer (1982)認為，duplex和疊瓦式逆沖斷層并列為逆沖體系的兩大類構造。在確定duplex時，必須鑒別和確定出頂板逆沖斷層和底板逆沖斷層。PtP背形堆垛duplex (antiform stack duplex): 在持續剪切作用(遞進變形)或多次活動中，duplex中的各分支逆沖斷層、斷夾塊以及頂、底板逆沖斷層互相疊置、褶皺，呈背斜狀。反映了長期或多次構造活動。多發育于造山帶的前陸沖斷帶。閩西南前陸沖斷帶的背形堆垛duplex，外貌形態很象同心

7、狀“背斜”，長期以來許多地質工作者將之稱為“泥盆系大背斜”。實際上，其中的界面并非層面，而是逆沖斷層面。逆沖斷層之間的巖層并不能沿斷層面延伸，而多以緊閉平臥褶皺出現，并背沖斷層切割。幾何結構(三)反沖斷層(backthrust): 在向某一方向逆沖的逆沖斷層系中，出現的與總體逆沖方向相反的逆沖斷層。主要發生于逆沖斷層的前鋒部位和斷坡的后側。因逆沖滑動中受斷坡或鋒緣前側阻擋而反向逆沖而成。沖起構造(pop up): 在逆沖作用過程中，反沖斷層與同時形成的逆沖斷層圍限部位，因強烈擠壓而上沖，形成強烈變形的隆起構造。常表現為斷層切割巖層扭曲的背斜形式。構造三角帶: 反沖斷層與其后側的逆沖斷層匯聚部位

8、形成的以反沖斷層、分支逆沖斷層和底板逆沖斷層所限定的三角帶。其構造變形十分強烈。臺灣中央造山帶前陸褶沖帶前鋒的反沖斷層逆沖推覆構造中的反沖斷層、構造三角帶和沖起構造(地震時間剖面解釋)閩西南龍巖三疊系逆沖推覆構造實測剖面注意：逆沖斷層、反沖斷層和褶皺、構造透鏡體、剪切指向判定等閩西南永安二疊系實測構造剖面注意：逆沖斷層、反沖斷層、三角帶和褶皺等Pop up 和和三角帶三角帶幾何結構(四)逆沖推覆構造的分帶沿逆沖方向可分為：后緣帶、根帶、中帶、前鋒代和外緣帶。各帶的應力狀態、變形強度、變形性狀、剪切帶產狀、伴生構造發育類型均有各自的特點和變化規律。認識這些特點和規律對全面分析和研究逆沖推覆構造具

9、有重要作用。(閱讀參考教材構造地質學p179180).逆沖推覆構造的分層：各推覆體或同一推覆體的不同部位的變形強度、變形性狀、應力狀態和圍壓狀態在垂向上的變化規律。區域性逆沖推覆構造往往是長期多次活動形成的，一次次逆沖作用形成的推覆體互相疊置形成推覆體堆垛(nappe stack)或推覆體堆柱(nappe pile)。早期形成的推覆體一般位于上部。實例介紹 Ramsay (1981)對瑞士阿爾卑斯赫爾維推覆體進行了研究。 自下而上由三個推覆體構成：莫爾克列(M) 、迪亞布勒萊(D)和維爾得霍恩(W)。M褶皺推覆體倒轉下翼巖石變形十分強烈，個別部位應變X:Z100:1 (XYZ)，而遠離根帶的正

10、常翼中X:Z只有4:1。接觸面上變形最強，上盤底部強于下盤頂部。(應變測量方法和應用將在第二部分“巖石有限應變測量”介紹)各推覆體的對比表明，自下而上變形趨于復雜，因為上部的推覆體比下部的推覆體運動史更長，早期的變形則不會被下部推覆體記錄。要全面認識推覆構造發育的過程垂向變化的研究是不可忽視的環節。逆沖推覆構造的擴展方式(一)前展式或背馱式(piggy-back propagation): 在已存逆沖斷層的下盤依次發育較新的逆沖斷層，下部逆沖斷層運載著上部逆沖斷層進一步位移。在逆沖系列中，上部的斷層反映早期的位移，下部的斷層代表后期的位移。逆沖推覆構造的擴展方式(二)后展式或上疊式(overs

11、tep propagation): 在已有逆沖斷層的上盤依次發育新的逆沖斷層，即逆沖系統沿著與推覆的反方向演化。Boyer和Elliott (1982), Woodward (1985)在分析了世界上主要造山帶后指出，自然界的逆沖系統一般為背馱式演化模式。并強調，duplex只能由背馱式產生，它是背馱式發展演化的特有產物。背馱式逆沖推覆構造中，越早形成的逆沖斷層變形也越強烈，位移也越大。早期的臺階式結構被一次次后期的逆沖作用所變形和破壞。比較各主要逆沖斷層變形的強弱程度和切割關系，可以確定逆沖順序。Duplex擴展過程 Boyer和Elliott (1982)概括了duplex的擴展過程。起始

12、階段, 主逆沖斷層沿著S0滑動，從低滑動層爬升到高滑動層，以陡角度斜切能干層，形成下盤斷坡。從斷坡底部發育一個新破裂面，并向前擴展一段距離，然后向上斜切至高滑動層，與先存主逆沖斷層匯合；其次階段，新斷層S1開始滑動，上覆斷層S0的一段停止活動，并在新生斷夾塊前S0與S1共同構成滑動面。或者說原來主逆沖斷層停止活動的一部分被動地背馱在正在形成的逆沖巖席上，并和新形成的斷夾塊一起發生膝折彎曲。隨著運動的進行，依次向前擴展。盡管該模式是理想化過程，但對認識和分析逆沖斷層系和duplex擴展和發育過程具有重要的啟發意義。逆沖作用與褶皺作用自Bertrand (1884) 否定阿爾卑斯格拉魯斯“雙褶皺”

13、，確定為推覆體之時起,地質學家已認識到逆沖推覆與褶皺相伴生。它們構成運動方向上具有一致性，成因上具有統一性，幾何上具有對應性的逆沖褶皺系統。褶皺作用與斷裂作用的關系問題，一直是地質學家關注的問題，焦點是逆沖推覆與褶皺形成中何者居主導地位的問題。褶皺作用引起逆沖推覆 Heim (1921) 研究阿爾卑斯逆沖推覆構造時提出的觀點。基本論點是強烈的擠壓引起巖層褶皺，褶皺變形由弱到強，在倒轉翼的拐點處因拉伸變薄而斷裂，進而在斷裂面上逆沖推覆，形成褶皺推覆體。上世紀70年代以前這一觀點曾為構造地質學家所接受。觀點一觀點一逆沖推覆引起褶皺作用 70年代之后，隨著對前陸帶和造山帶逆沖推覆構造與褶皺作用的全面

14、研究，認識到逆沖推覆引起了褶皺作用，尤其在造山帶的前陸帶。斷坡在褶皺形成中起重要作用。W.R. Jamison (1987) 提出了三種褶皺作用斷灣褶皺作用(fault-bend folding) 逆沖巖席在爬升斷坡過程中引起的褶皺作用。與斷坡密切相關，形成在斷坡形成之后。斷灣褶皺斷展褶皺作用(fault-propagation folding) 也與斷坡密切相關，不過褶皺形成于逆沖斷層的終端，在斷坡形成的同時或近于同時發生。意味著逆沖斷層沿著斷坡的位移逐漸消失以至停止。斷滑褶皺作用(detachment folding) 也產于逆沖斷層終端，但與斷坡無關，而是順層滑脫的結果。在褶皺之下順層滑

15、脫的位移消減以至停止。易發生于其下有能干層墊伏的柔性層中。如果層狀巖系的韌性差適度而不顯著，則易于發生斷展褶皺。 驅動力問題討論水平擠壓力 矛盾1. 擠壓作用力與推覆體所能承受的最大應力：數十甚至數百公里的推覆體若作長距離運移所需要的作用力非常巨大，遠遠超過了巖石強度，巖席早在運移前就已破裂，如推土機；矛盾2. 一些變形強烈的推覆體在變形中處于彈塑性甚至塑性狀態，難以將應力遠距離傳遞。至今仍沒有得到很好解決的問題重力滑動 質疑 基底沖斷面的坡度能否足以引起重力滑動。M.K. Hubbert and W.W. Rubey (1959)提出用異常空隙壓力來解釋推覆體的承受能力問題。異常空隙壓力的存在降低了圍壓，抵消了部