第10章褶皱的形成作用.ppt
第十章 褶皱的形成作用,丰富多姿的褶皱形态,灰岩中的等厚褶皱,北京西山大理岩中相似的平卧褶皱,瑞士 Alps Morcles平卧褶皱,褶皱中的轴面劈理,北京大灰厂奥陶系灰岩与白云岩互层中的不协调褶皱,是什么因素控制着褶皱的形态，大小以及褶皱间及褶皱和其它构造的相互关系？形成褶皱的变形机制（deformation mechanism）有哪些？如何从天然褶皱变形岩石中确定褶皱形成机制，进而为建立区域构造和地壳演变史和应用研究服务？,褶皱作用的基本概念 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,当各岩层的力学性质和层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,当各层岩石间的韧性差很小，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。,褶皱作用的基本类型,纵弯褶皱作用横弯褶皱作用剪切褶皱作用柔流褶皱作用,褶皱的形成机制,第一节 纵弯褶皱作用又分为弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用。（1）弯滑褶皱作用一系列岩层通过层间滑动而弯曲成为褶皱的过程,1.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。2.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。,3.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。,一、中和面褶皱作用(1)中和面：褶皱面中部的无应变面(2)平行褶皱轴的方向无拉伸作用(3)褶皱各处垂直层面的厚度不变，平行褶皱(4)外弧深长，内弧压缩，应变量大小与离中和面的距离成正比(5)应变椭球体在外侧平行层面排列，内侧垂直层面呈扇型排列(6)形成不同类型的小构造：A.外侧岩层变薄，形成平行层理的劈理，垂直层面、扇型排列的楔形张裂隙 B.内侧岩层加厚，形成扇型劈理，小褶皱，逆冲小断层(7)继续挤压，中和面向外侧迁移，直至不存在,中和面褶皱作用平行褶轴方向为中间应变轴，等厚褶皱，外侧拉伸内侧压缩，具中和面,背斜内弧受压，形成劈理或逆断层，中和面向外迁移,背斜顶部受拉伸，形成张裂，中和面向内移动,多层褶皱中内弧的压缩,纵弯褶皱作用又分为弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用。二、弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用。,基本特点（1）变形是围绕褶皱轴的弯曲，褶皱面上或层内的透入性薄层之间都作垂直褶皱轴的简单剪切作用，任一点的中间应变轴都与褶皱轴平行，所以褶皱是平面应变。（2）褶皱面为剪切面，相当于应变椭球体的圆切面，其上无应变。（3）在垂直褶皱轴的正交剖面上，可以看到最大应变主轴（1）的排列从两翼向转折端收敛，即呈反扇形排列。应变强度在褶皱的拐点处最大，在转折端处最小，可忽略不计。（4）因为是顺层的剪切滑移，所以垂直层面的厚度保持不变，形成IB型平行褶皱。,弯滑褶皱作用 平行褶皱,平行褶皱,弯流褶皱作用,二、纵弯褶皱内的应变分布型式与小型构造,中和面褶皱作用：层的切向长度变化而引起的单层弯曲弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用压扁作用,纵弯褶皱作用,2顺层剪切作用弯滑褶皱及其伴生构造,三.纵弯褶皱中发育的劈理（1）高韧性差：A.远离强岩层处，形成与褶皱轴面平行的劈理 B.在强岩层附近，围绕强岩层形成劈理 C.在强岩层内部，外侧受顺层拉伸，形成顺层劈理、垂直层理的张裂隙张裂隙内侧受压缩，形成正扇形劈理、轴面劈理（2）低韧性差：A.褶皱前，顺层缩短而加厚 B.褶皱幅度小时，压扁面垂直层面 C.变形继续，强岩层中正扇形劈理；软岩层中反扇形劈理 D.变形再继续，发育轴面劈理,接触应变带与无应变三角区,小图分析 根据A图中断层及其旁侧构造，用箭头标注断层的相对错动方向，说明其断层类型。根据B图标志层中的原生和次生构造，恢复褶皱形态（用虚线）。,判断岩层顶、底，并指出岩层是正常层序，还是倒转层序,请分析褶皱形态,并用虚线画出。,请分析剖面图中有褶皱存在吗？它应是什么形态，用虚线画出。,弯滑作用下，当两硬层夹一软弱岩层时，则在上下硬岩层滑动的力偶作用下，使薄层软弱（韧性）层产层间小褶皱可帮助我们确定层序倒转与否及背、向斜的位置。方法是：新岩层总是向背斜转端滑动，老岩层则向反方向滑动，先画出小褶皱的轴面，与主褶皱面所交锐角尖指示相邻居层相对滑方向，滑动方向一旦确定，根据上述原理就可推测背、向斜的位置，也就知道了岩层正常与否。,四、褶皱的发育1、单层褶皱的发育 在粘性介质中粘性较大的粘性板的褶皱的初始主波长Wi 为：式中：d 强岩层的厚度；1、2强岩层、弱岩层（介质）的粘度 12,(一)单层褶皱的发育机制,岩层褶皱的阻抗来自强硬层内部和相邻的软弱层强硬层内部，趋于形成大波长软弱层，阻止大波长形成根据最小功原理，褶皱波长为二者之间的调和中间值,控制褶皱形态的影响因素各层的能干性 相邻层互相影响 强层间的距离 接触应变带的宽度,接触应变带与强硬层间距,规则互层岩系的褶皱,令：n=d2/d1 d1硬层厚度 d2软层厚度 12 1硬层粘度 2软层粘度,由此可见：（1）褶皱的主波长与所受作用力的大小无关，与强岩层的厚度及其层与介质的粘度有关。（2）褶皱的主波长与褶皱层的原始厚度 d 成正比。当岩层与介质比（1/2）为常数时，厚度大的岩层波长大，数量少；厚度小的岩层波长小，数量多而紧闭。（3）褶皱的主波长与强岩层和介质的粘度比的立方根成正比。A、强岩层与介质能干差大时，宽缓褶皱顶角变小香肠构造 B|、强岩层与介质能干差小时，顺层缩短岩层加厚圆弧褶皱压扁褶皱,当/0 50时，形成肠状褶皱,当/0 10时，形成肿缩式褶皱,当=0 时，只有顺层均匀缩短，而不会发生褶皱。,2、多层岩层的褶皱发育机制（1）接触应变带：强硬岩层发生褶皱时，软岩层会发生不同的构造反映，形成的变形带。（2）硬岩层间距对褶皱形态的影响：A.相隔很远，互不影响各自波长，形成不协调褶皱 B.间距较小，均在接触应变带之内，相互影响。,多层纵弯褶皱作用,假设四层岩石的粘度分别为：1 2 3 4，那么有如下情况:,不同能干性岩层的褶皱形态(12345),当1 4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。,肠状褶皱,当3 4 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,当2 与4 之间的能干性差居中，则形成平行褶皱或相似褶皱。,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。,不协调褶皱,不协调褶皱或S、M、Z褶皱,五.压扁作用（1）平均韧性大，弯曲之前发生，一直延续到变形后（2）韧性差大，弯曲前可以不发生顺层压扁，形成香肠状褶皱（3）褶皱前的顺层压扁，岩层缩短加厚，压扁面垂直于层理（4）褶皱后的压扁作用，压扁面向轴面旋转，形成轴面劈理,第二节 剪切褶皱作用其特征为：1.剪切面是无应变面 2.剪切面平行与褶皱轴面 3.平行轴面岩层厚度变形前后不变（相似褶皱）4.在褶皱中无中和面 5.轴面两侧的相对剪切方向相反 6.成直线派历代线理，可能发生改变,第二节 横弯褶皱作用 特点：1.垂直层面的外力作用，形成的褶皱 2.岩层处于拉伸状态，无中和面 3.顶薄褶皱，背斜顶部形成地堑；穹隆顶部有放射状或同心圆状断层 4.背斜顶部岩层变薄，向两侧流动，岩层变厚底辟作用：地下岩盐、石膏、粘土、岩浆等低粘性、易流动的物质，在浮力的作用下向上流动，部分刺穿上部岩层，使上覆岩层拱起而形成的构造（岩丘、岩浆底辟）,盐核直径km，边界陡立，下延数km，内部发育轴面和枢纽陡立的复杂褶皱围岩顶部穹隆状隆起、发育正断层系，褶皱形态为1A型顶薄褶皱外围的翼部地带向上卷起，甚至形成围绕盐核的向斜,大多数褶皱是在岩层形成后受力变形而形成的。但是，也有一些褶皱是在岩层沉积的同时逐渐变形而形成的，这类褶皱称为同沉积褶皱（生长背斜）。具有：褶皱两翼的倾角一般是上部平缓，往下逐渐变陡，褶皱总的形态多为开阔褶皱；在背斜顶部岩层厚度变薄(有的层位甚至缺失)，而两翼岩层厚度却有逐渐增大的趋势，如为向斜则中心部位岩层厚度往往最大；岩层的结构构造也明显受构造控制，即背斜顶部常沉积浅水的粗粒物质，而向斜中部则沉积细粒物质。,同沉积褶皱：1.边沉积边形成的褶皱2.褶皱上平，两翼逐渐变陡，开阔褶皱3.顶薄，两翼增厚，向斜核部厚度最大4.顶部颗粒粗，两翼颗粒细5.两翼常有同沉积滑塌构造、滑塌褶皱,第四节 柔流褶皱作用,固态流变条件下，岩石具有高韧性和低粘度，呈类似流体的粘滞性流动盐丘核部盐层的褶皱冰川中冰层的流动和砾石的变形“灯盏石”肠状褶皱：高级变质岩、混合岩中常见的柔流褶皱,在物质的持续粘性流动中，既有层流，也有紊流，使得褶皱形态十分复杂。较简单层流条件下的柔流褶皱可看作剪切褶皱作用进行研究,1.由变形复杂的高塑性层（如岩盐、石膏和泥质岩石等）为核心，刺穿变形较弱的上覆脆性岩层形成的构造称作_构造。(9分)A.穹隆 B.顶托 C.底辟2.根据褶皱过程中岩层的变形行为来划分，可以分为_和_。(9分)A.主动褶皱、被动褶皱 B.对称褶皱、不对称褶皱 C.平行褶皱、相似褶皱和底辟构造3.纵弯褶皱指的是引起褶皱的挤压力_岩层，使岩层失稳而弯曲；横弯褶皱指的是引起褶皱的挤压力_岩层，从而使岩层发生弯曲的褶皱作用。(9分)A.垂直于，平行于 B.斜交，斜交 C.平行于，垂直于,4.根据褶皱层内质点的相对运动关系，褶皱作用可以划分为_褶皱作用、_褶皱作用和_褶皱作用。(9分)A.主动，被动，剪切 B.纵弯，横弯，斜弯 C.中和面，弯滑，弯流5.褶皱作用过程中岩石物质的滑动和流动不受层面的限制，层理在变形中不具积极的控制作用，只是作为岩层错移方向的标志，从而产生一种外貌上的弯曲现象，这种作用称为_褶皱作用。(9分)A.主动 B.流动 C.被动,
