褶皱
面状构造(如层理﹑劈理或片理等)形成的弯曲。单个的弯曲也称褶曲。褶皱的面向上弯曲﹐两侧相背倾斜﹐称为背斜﹔褶皱面向下弯曲﹐两侧相向倾斜﹐称为向斜。如组成褶皱的各岩层间的时代顺序清楚﹐则较老岩层位于核心的褶皱称为背斜﹔较新岩层位于核心的褶皱称为向斜。正常情况下﹐背斜呈背形﹐向斜呈向形﹐是褶皱的两种基本形式 。单个褶皱大者可延伸数十公里﹐小者可见于手标本或在显微镜下才能见到。
褶皱的基本组成部分﹐用以描述褶皱的形态和产状。包括﹕
①核﹐褶皱的中心部位﹔
②翼﹐泛指核部两侧比较平直的部分﹔
③轴迹﹐褶皱面从一翼过渡到另一翼时出露的轴部﹔
④枢纽﹐同一褶皱面上最大弯曲点的连线﹔
⑤轴面﹐各相邻褶皱面的枢纽联成的面﹐可以是平面﹐也可以是不规则的曲面﹐轴面与地面或其他面的交线称为该面上的轴迹﹔
⑥轴﹐理想的圆柱状褶皱可以由一条平行其自身移动而描绘出该褶皱面弯曲形态的直线﹐这一直线又称为褶轴。
褶轴只是具有表明几何方位意义的线段﹐圆柱状褶皱的枢纽方向代表了褶轴的方向。非圆柱状褶皱可有枢纽线而没有统一的褶轴﹐只有把它分解成许多近似圆柱状褶皱的区段﹐才可分别确定其褶轴﹔脊线和槽线﹐在横剖面上褶皱面的最高点称为脊﹐同一褶皱面上脊的连线称为脊线﹔反之﹐褶皱面在剖面上的最低点称槽﹐同一褶皱面上槽的连线称为槽线。
一般依据褶皱的位态或其在空间的产状和褶皱的形态进行几何分类。
1、位态分类或产状分类根据单个褶皱的枢纽及轴面的产状分为﹕①直立水平褶皱﹐轴面近于直立(倾角80°～90°)﹐枢纽近于水平(0°～10°)﹔②直立倾伏褶皱﹐轴面近于直立﹐枢纽倾伏角10°～70°﹔③倾竖褶皱﹐轴面和枢纽均近于直立﹔④斜歪水平褶皱﹐轴面倾斜(倾角20°～80°)﹐枢纽近水平﹔⑤斜歪倾伏褶皱﹐轴面倾斜﹐枢纽倾伏﹔⑥平卧褶皱﹐轴面和枢纽均近于水平﹔⑦斜卧褶皱﹐轴面和枢纽的倾向和倾角基本一致﹐轴面倾角20°～80°。
2、形态分类
以在与褶皱轴相垂直的正交剖面上的形态进行划分。根据组成褶皱的岩层厚度变化或各层的曲率变化﹐利用层的等斜线型式来表示。等斜线即同一翼的相邻褶皱面上其切线倾角相等的切点的联线。据此可分为3个类型﹕1型﹐等斜线在背形中成正扇形向内弧收敛﹐即内弧的曲率比外弧的大。根据其收敛的程度和层的厚度变化可进一步分为3个亚类﹕IA型褶皱的等斜线强烈收敛﹐褶皱层的厚度在转折端比翼部的薄﹐也称顶薄褶皱﹔IH型是理想的平行褶皱﹐等斜线垂直层面﹐上下层面互相平行﹐褶皱层厚度在各处相等﹐也称等厚褶皱﹔IC型褶皱的等斜线略微收敛﹐层的厚度在转折端比翼部的略厚。2型﹐等斜线互相平行﹐层的厚度在转折端明显大於翼部﹐但在平行轴面方向上测量的视厚度则各处相等。这类褶皱各层的曲率相同﹐各层形态相似﹐故称相似褶皱。3型﹐等斜线在背形中呈反扇形向外弧收敛﹐层的厚度在转折端明显大於翼部﹐也称顶厚褶皱。
3、根据组成褶皱的各褶皱面之间的几何关系分类
①协调褶皱﹐各褶皱面的弯曲形态一致或作有规律的变化﹐如平行褶皱和相似褶皱﹔②不协调褶皱﹐各褶皱面的弯曲形态彼此有明显的不同﹐层的厚度变化很不规则。
在同一次构造变形中形成的有成因联系的一系列背斜和向斜组成有规律的几何型式。褶皱的组合型式是区域构造应力场﹑变形时的温压条件和组成褶皱岩层性质的综合反映。代表性的组合型式有3种﹕阿尔卑斯式褶皱﹐又称全形褶皱。由一系列线状褶皱组成褶皱带﹐所有褶皱的走向与褶皱带走向基本一致﹐背斜向斜连续波状的同等发育﹐不同级别的褶皱组合成巨大的复背斜和复向斜。侏罗山式褶皱﹐又称过渡型褶皱。由一系列近於平行而间隔的褶皱组成﹐背斜和向斜的发育程度不同。典型的侏罗山式褶皱是背斜紧闭而明显﹐但两个背斜之间的向斜平缓开阔而不显﹐褶皱层厚基本不变﹐为等厚褶皱﹐这种背斜紧闭而向斜开阔的褶皱也称隔挡式褶皱﹐如中国四川的华莹山褶皱。反之﹐向斜紧闭而明显但两个向斜之间的背斜平缓开阔并常呈箱状的褶皱﹐称为隔槽式褶皱。日耳曼式褶皱﹐又称断续褶皱。发育於构造变形十分微弱的地台盖层中﹐以圆形的穹隆或长圆形的短轴背斜为主﹐翼部倾角极缓。它们可以孤立地产出於近水平的岩层中﹐也可以成群地出现并有规律的定向排列﹐如雁列式短背斜。
褶皱的形成机制与其受力方式﹑变形环境及岩层的变形行为密切相关。不同的形成机制在不同的条件下起作用﹐常见的有﹕
1、纵弯褶皱作用岩层受到顺层挤压作用而形成褶皱。一般认为岩层在褶皱前处於初始的水平状态﹐所以纵弯褶皱作用是地壳受水平挤压的结果。岩层间的力学性质差异在褶皱形成中起著主导作用。如岩系中各层力学性质很不一致﹐则在顺层挤压下﹐强硬层就会失稳而发生正弦曲线状弯曲﹐形成等厚褶皱﹔相对软的层作为介质﹐在均匀压扁的同时被动地调整和适应由强硬层引起的弯曲形态。进一步挤压下﹐强硬层的褶皱变得越紧闭﹐可使翼部被压扁而成IC型褶皱。如岩系中各层力学性质差异较小且平均韧性较大﹐则强和弱的岩层在褶皱的同时共同受到总体的压扁﹐可形成 IC型到3型的褶皱。纵弯褶皱的轴面垂直挤压方向﹐褶轴与中间应变轴一致。
2、横弯褶皱作用岩层受到与层面近於垂直的力而发生弯曲的作用。由於沉积岩层初始状态是水平的﹐因此﹐横弯褶皱作用的外力是垂向的。它可以是由於基底的断块升降引起盖层的弯曲﹐也可以由於盐层或其他高塑性层的重力上浮的底辟作用(见底辟构造)引起上覆地层的弯曲﹐也可由岩浆上涌所引起。其特点是受褶皱的岩层整体处於拉伸状态﹐常成IA型顶薄褶皱﹐或在顶部形成地堑。当基底的差异性升降与表层的沉积作用同时进行时﹐则为同沉积褶皱﹐背斜表现为水下隆起﹐向斜表现为水下凹陷﹐从而可引起沉积层的岩相和厚度的变化。
3、剪切褶皱作用又称滑褶皱作用﹐是岩层沿著一系列与层面交切的密集面发生不均匀的剪切而形成褶皱。它一般发生於韧性较大的岩系(如含盐层)或较深层次的层状岩系的韧性剪切带中。这时﹐各岩性层间的韧性差极小而趋於均一化﹐而整套岩系的平均韧性较大。在变形中﹐岩性差异和层面只作为标志而不再具有力学意义上的不均一性﹐由於受差异性剪切而被动地弯曲。其轴面平行於剪切面﹐因此沿轴面测量的层的视厚度相等﹐是典型的相似褶皱。
岩石在较高的温度和压力下可以成为具高韧性和低黏度的固态物质﹐呈类似於黏性流体的黏滞性流动而变形﹐形成形态非常复杂的褶皱。深变质岩和混合岩化岩石中常可见小型的流褶皱。在比较简单的层流条件下形成的流褶皱﹐实际上仍是一种剪切褶皱﹐仍有规律可循。在紊流条件下形成的复杂褶皱﹐已很难再造其运动学图像﹐对分析其所受的应力场已无实际意义﹐但说明了其生成时的条件。
由地表非构造运动的力的作用也可形成褶皱。这类褶皱仅限於地壳表层﹐属表生构造。如山坡上重力造成的蠕动构造﹐可使岩层发生膝状弯曲﹐甚至翻转成平卧式卷曲。地面及水下滑坡﹐沉积岩成岩过程中的差异压实作用等﹐都能使沉积岩层产生不同形态的褶皱。这类褶皱一般规模不大﹐往往局限於某一层或少数岩层中。
褶皱要素
褶皱的基本组成部分﹐用以描述褶皱的形态和产状。包括﹕
①核﹐褶皱的中心部位﹔
②翼﹐泛指核部两侧比较平直的部分﹔
③轴迹﹐褶皱面从一翼过渡到另一翼时出露的轴部﹔
④枢纽﹐同一褶皱面上最大弯曲点的连线﹔
⑤轴面﹐各相邻褶皱面的枢纽联成的面﹐可以是平面﹐也可以是不规则的曲面﹐轴面与地面或其他面的交线称为该面上的轴迹﹔
⑥轴﹐理想的圆柱状褶皱可以由一条平行其自身移动而描绘出该褶皱面弯曲形态的直线﹐这一直线又称为褶轴。
褶轴只是具有表明几何方位意义的线段﹐圆柱状褶皱的枢纽方向代表了褶轴的方向。非圆柱状褶皱可有枢纽线而没有统一的褶轴﹐只有把它分解成许多近似圆柱状褶皱的区段﹐才可分别确定其褶轴﹔脊线和槽线﹐在横剖面上褶皱面的最高点称为脊﹐同一褶皱面上脊的连线称为脊线﹔反之﹐褶皱面在剖面上的最低点称槽﹐同一褶皱面上槽的连线称为槽线。
分类
一般依据褶皱的位态或其在空间的产状和褶皱的形态进行几何分类。
1、位态分类或产状分类根据单个褶皱的枢纽及轴面的产状分为﹕①直立水平褶皱﹐轴面近于直立(倾角80°～90°)﹐枢纽近于水平(0°～10°)﹔②直立倾伏褶皱﹐轴面近于直立﹐枢纽倾伏角10°～70°﹔③倾竖褶皱﹐轴面和枢纽均近于直立﹔④斜歪水平褶皱﹐轴面倾斜(倾角20°～80°)﹐枢纽近水平﹔⑤斜歪倾伏褶皱﹐轴面倾斜﹐枢纽倾伏﹔⑥平卧褶皱﹐轴面和枢纽均近于水平﹔⑦斜卧褶皱﹐轴面和枢纽的倾向和倾角基本一致﹐轴面倾角20°～80°。
2、形态分类
以在与褶皱轴相垂直的正交剖面上的形态进行划分。根据组成褶皱的岩层厚度变化或各层的曲率变化﹐利用层的等斜线型式来表示。等斜线即同一翼的相邻褶皱面上其切线倾角相等的切点的联线。据此可分为3个类型﹕1型﹐等斜线在背形中成正扇形向内弧收敛﹐即内弧的曲率比外弧的大。根据其收敛的程度和层的厚度变化可进一步分为3个亚类﹕IA型褶皱的等斜线强烈收敛﹐褶皱层的厚度在转折端比翼部的薄﹐也称顶薄褶皱﹔IH型是理想的平行褶皱﹐等斜线垂直层面﹐上下层面互相平行﹐褶皱层厚度在各处相等﹐也称等厚褶皱﹔IC型褶皱的等斜线略微收敛﹐层的厚度在转折端比翼部的略厚。2型﹐等斜线互相平行﹐层的厚度在转折端明显大於翼部﹐但在平行轴面方向上测量的视厚度则各处相等。这类褶皱各层的曲率相同﹐各层形态相似﹐故称相似褶皱。3型﹐等斜线在背形中呈反扇形向外弧收敛﹐层的厚度在转折端明显大於翼部﹐也称顶厚褶皱。
3、根据组成褶皱的各褶皱面之间的几何关系分类
①协调褶皱﹐各褶皱面的弯曲形态一致或作有规律的变化﹐如平行褶皱和相似褶皱﹔②不协调褶皱﹐各褶皱面的弯曲形态彼此有明显的不同﹐层的厚度变化很不规则。
组合形式
在同一次构造变形中形成的有成因联系的一系列背斜和向斜组成有规律的几何型式。褶皱的组合型式是区域构造应力场﹑变形时的温压条件和组成褶皱岩层性质的综合反映。代表性的组合型式有3种﹕阿尔卑斯式褶皱﹐又称全形褶皱。由一系列线状褶皱组成褶皱带﹐所有褶皱的走向与褶皱带走向基本一致﹐背斜向斜连续波状的同等发育﹐不同级别的褶皱组合成巨大的复背斜和复向斜。侏罗山式褶皱﹐又称过渡型褶皱。由一系列近於平行而间隔的褶皱组成﹐背斜和向斜的发育程度不同。典型的侏罗山式褶皱是背斜紧闭而明显﹐但两个背斜之间的向斜平缓开阔而不显﹐褶皱层厚基本不变﹐为等厚褶皱﹐这种背斜紧闭而向斜开阔的褶皱也称隔挡式褶皱﹐如中国四川的华莹山褶皱。反之﹐向斜紧闭而明显但两个向斜之间的背斜平缓开阔并常呈箱状的褶皱﹐称为隔槽式褶皱。日耳曼式褶皱﹐又称断续褶皱。发育於构造变形十分微弱的地台盖层中﹐以圆形的穹隆或长圆形的短轴背斜为主﹐翼部倾角极缓。它们可以孤立地产出於近水平的岩层中﹐也可以成群地出现并有规律的定向排列﹐如雁列式短背斜。
形成机制
褶皱的形成机制与其受力方式﹑变形环境及岩层的变形行为密切相关。不同的形成机制在不同的条件下起作用﹐常见的有﹕
1、纵弯褶皱作用岩层受到顺层挤压作用而形成褶皱。一般认为岩层在褶皱前处於初始的水平状态﹐所以纵弯褶皱作用是地壳受水平挤压的结果。岩层间的力学性质差异在褶皱形成中起著主导作用。如岩系中各层力学性质很不一致﹐则在顺层挤压下﹐强硬层就会失稳而发生正弦曲线状弯曲﹐形成等厚褶皱﹔相对软的层作为介质﹐在均匀压扁的同时被动地调整和适应由强硬层引起的弯曲形态。进一步挤压下﹐强硬层的褶皱变得越紧闭﹐可使翼部被压扁而成IC型褶皱。如岩系中各层力学性质差异较小且平均韧性较大﹐则强和弱的岩层在褶皱的同时共同受到总体的压扁﹐可形成 IC型到3型的褶皱。纵弯褶皱的轴面垂直挤压方向﹐褶轴与中间应变轴一致。
2、横弯褶皱作用岩层受到与层面近於垂直的力而发生弯曲的作用。由於沉积岩层初始状态是水平的﹐因此﹐横弯褶皱作用的外力是垂向的。它可以是由於基底的断块升降引起盖层的弯曲﹐也可以由於盐层或其他高塑性层的重力上浮的底辟作用(见底辟构造)引起上覆地层的弯曲﹐也可由岩浆上涌所引起。其特点是受褶皱的岩层整体处於拉伸状态﹐常成IA型顶薄褶皱﹐或在顶部形成地堑。当基底的差异性升降与表层的沉积作用同时进行时﹐则为同沉积褶皱﹐背斜表现为水下隆起﹐向斜表现为水下凹陷﹐从而可引起沉积层的岩相和厚度的变化。
3、剪切褶皱作用又称滑褶皱作用﹐是岩层沿著一系列与层面交切的密集面发生不均匀的剪切而形成褶皱。它一般发生於韧性较大的岩系(如含盐层)或较深层次的层状岩系的韧性剪切带中。这时﹐各岩性层间的韧性差极小而趋於均一化﹐而整套岩系的平均韧性较大。在变形中﹐岩性差异和层面只作为标志而不再具有力学意义上的不均一性﹐由於受差异性剪切而被动地弯曲。其轴面平行於剪切面﹐因此沿轴面测量的层的视厚度相等﹐是典型的相似褶皱。
流褶皱
岩石在较高的温度和压力下可以成为具高韧性和低黏度的固态物质﹐呈类似於黏性流体的黏滞性流动而变形﹐形成形态非常复杂的褶皱。深变质岩和混合岩化岩石中常可见小型的流褶皱。在比较简单的层流条件下形成的流褶皱﹐实际上仍是一种剪切褶皱﹐仍有规律可循。在紊流条件下形成的复杂褶皱﹐已很难再造其运动学图像﹐对分析其所受的应力场已无实际意义﹐但说明了其生成时的条件。
由地表非构造运动的力的作用也可形成褶皱。这类褶皱仅限於地壳表层﹐属表生构造。如山坡上重力造成的蠕动构造﹐可使岩层发生膝状弯曲﹐甚至翻转成平卧式卷曲。地面及水下滑坡﹐沉积岩成岩过程中的差异压实作用等﹐都能使沉积岩层产生不同形态的褶皱。这类褶皱一般规模不大﹐往往局限於某一层或少数岩层中。
