关于褶皱论文范文资料

褶皱的形态、规模和分布特点不仅与褶皱作用力的方式有密切关系，而且要受许多因素的影响。这些因素主要有层理的发育情况和岩层的厚度，以及岩石力学性质、动力作用的方向和性质、埋藏深度和基底构造等等。下面简要地介绍这些因素对褶皱形成的影响。

图10-41 强烈压扁作用对褶皱的影响(据 P. F. Williams，1988)

1. 层理在褶皱形成中的作用

层理或成层构造使岩石具不均一性，致使岩层受力发生变形时，可以通过层间滑动或层内物质塑性流动而弯曲成褶皱。图10-42 是用蜡和粘土做的实验模型，A 图表示一个下部由三层蜡、上部是一厚块粘土组成的试件。在侧向挤压下，蜡层显示出褶皱，而粘土块只被压缩而变厚，仅在块体表面出现一些皱纹，本身却未表现出褶皱; 如将粘土块分为若干分层，层间铺上易于滑动的蜡纸，再施以侧向压力，则粘土层及其下面的三层蜡就一起形成规则的褶皱 (图10-42B) 。由此可见，结构均一的块状岩体 (如侵入岩体) 受力变形时，岩体被压缩，可能在与主压应力垂直的方向上发育有劈理或片理的挤压带或其他方向的断裂，而不形成褶皱。因此，层理或成层构造是岩石产生褶皱的一个必要条件。

图10-42 蜡和粘土在侧向挤压下的变形

2. 岩层的厚度和力学性质对褶皱形成的影响

岩层的厚薄对褶皱的形态和大小也有显著影响。例如当岩性相似而厚度不同的岩层施加同样的水平挤压力时，则厚岩层往往形成曲率小、波长大的平缓开阔褶皱，而薄岩层则形成曲率大、波长小的紧闭褶皱 (图10-43) 。

图10-43 厚度不同的岩层的褶皱变形形态

岩石的力学性质直接影响褶皱的形态和类型，当岩性不同的两组岩层一起褶皱时，可以发现: 其中一组岩层的厚度不变，以弯滑褶皱方式形成平行褶皱，另一组岩层在转折端显著加厚形成相似褶皱; 或者其中一组岩层形成平缓开阔褶皱，另一组岩层则成为紧闭褶皱。在褶皱转折端一组岩层产生扇状楔形张节理，另一组岩层形成反扇形流劈理等等。常把前一组岩层称为 “强岩层”，后一组岩层称为 “弱岩层”，一般来说强岩层在褶皱中表现为相对刚性层，弱岩层则显示为相对韧性层。

野外观察和实验表明，一套强、弱岩层成互层的岩系发生褶皱，其形态不仅与各层的能干性有关，而且也取决于相邻强硬层的互相影响程度 (图10-44) ，后者又取决于强硬层间的距离及褶皱应变所影响的宽度。

图10-44 不同岩性层互层时的褶皱发育形态

岩层的 “强”和 “弱”是相对的。因为岩层强弱除与岩层成分和结构、构造有关外，还受变形时各种因素 (温度、围压、溶液和应变速率等) 的制约。在一个地区表现为强的岩层，在另一地区却可能表现为弱岩层。在一般情况下，砂岩和页岩互层时，砂岩为强岩层; 石灰岩与页岩或泥灰岩一起褶皱时，石灰岩是强岩层; 但石灰岩与白云岩或硅质灰岩互层时，石灰岩则表现为弱岩层。同一种岩石 (如石灰岩) ，层厚的往往表现为强岩层，层薄的则表现为弱岩层。

毕奥特 (M. A. Biot，1957，1965) 和兰伯格 (1963) 等人通过模拟实验和对野外实际褶皱资料的研究，对在侧向压力下纵弯褶皱发育机制进行了力学和数学分析，论证了褶皱中主导岩层的厚度及其有关的岩层力学性质控制着弯曲作用早期的褶皱波长，提出了主波长理论。毕奥特假设，在即将发生褶皱的岩层中存在着一些低幅度正弦曲线状的微小起伏，这些微小起伏可能在岩层受力前已经存在，也可能是在受力初期因局部失稳而引起的。虽然这些不同波长的起伏在褶皱变形过程中，都有可能成长发育，其中某一波长在变形过程中发育最好，波幅增大也最快，最终控制褶皱的成长和发育，该波长称为主波长(Wd) 。

毕奥特、兰伯格和柯里 (J. B. Currie) 等根据数理分析和模拟实验表明，岩石在小应力的长期作用下，可以看作具有不同黏度的黏性固体，发生均匀缩短或失稳而成褶皱。黏度较高的岩层 (也可称为强岩层) 在褶皱作用中起着主导作用。当黏度较高的岩层夹于黏度较低的介质层中，受纵向挤压发生褶皱时，其初始主波长 (Wd) 的计算公式为:

综合地质学

式中:d为主导层的厚度;μ1为主导层的黏度，μ2为介质层黏度，μ1>μ2。

从上式可知，褶皱主波长与褶皱中主导层厚度(d)成正比，与主导层和介质层二者的黏度比μ1/μ2的立方根成正比。当μ1/μ2一定时，即岩层性质差异相同时，不同厚度的岩层形成不同波长的褶皱。厚度小的层形成的褶皱波长小，褶皱数目多，每个褶皱较紧闭;厚度大的层形成波长大而开阔的褶皱。厚度相差很大的多层岩石组成的褶皱，不同厚度的岩层形成波长不同、形态各异的褶皱，在剖面上构成明显的不协调褶皱。

上式还表明，主波长与压应力的大小无关，因为应力只影响褶皱作用的速率而不影响主波长。还有一个值得注意的特征，即当μ1值与μ2接近时，主波长值接近于，这样的褶皱是非常微弱的。因此当Wd/d比值很小(例如小于5)时，则可以认为只有压缩而无褶皱，上述主波长公式就失效了。

3.岩层埋藏深度及应变速率对褶皱形成的影响

地壳中不同深度的岩层，由于所受的围压和温度不同而具有不同的力学性质，因而处于地壳不同深度的岩层发生褶皱时，褶皱作用机制和褶皱形态各有其特点。一般地说，在地表附近的常温、常压下，岩石表现为脆性，以断裂变形为主，难以形成褶皱;在地表以下随着温度、围压的增大，岩石的韧性也随之增高，在较浅处，岩石可能表现为弹性性状，层理所显示的物质不均一性明显，岩层褶皱以弯滑褶皱作用为主，常形成平行褶皱;愈向深处岩石的韧性越高，其性状渐接近理想的黏弹性体，不均一性逐渐消失，褶皱作用也逐渐以弯流褶皱作用和剪切褶皱作用为主，进而变为柔流褶皱作用为主。

4.基底构造对盖层褶皱的影响

基底或深层构造特别是基底断裂构造对盖层或浅层的褶皱形态和组合分布具有较大的影响。例如，有些雁行褶皱就是由基底中的平移断层(走向滑动断层)的水平剪切作用所引起的盖层褶皱。

张文佑等根据野外观察和模拟实验研究，论述了不同组合形式和不同运动方式的基底断裂对盖层褶皱的形态和组合型式的控制关系，钟大赉等人还讨论了深层隆起、深层褶皱、深层断裂、深层不同岩性界面和深层波状古剥蚀面对浅层 (盖层) 褶皱的形态和组合型式的控制关系 (图10-33) 。如基底隆起上的盖层形成大型穹窿，四川威远穹窿就是一例，深层 (基底) 断裂常使浅层 (盖层) 形成不对称褶皱，其陡翼通常反映深层断裂的部位，褶皱轴面和深层断裂倾向一致。在两基底断裂之间的断块部位常形成箱状褶皱，如深层是波状起伏的 “硬化”基底，当侧向挤压时，波状不整合面成为滑动面，则可能在深层的正向地形上出现向斜构造，负向地形上出现背斜构造。

褶皱构造研究的基本任务是: 通过野外观察和填图，结合各种地质勘探 (如物探、钻探和地质工程等) 手段和航片、卫片的图像解译等所取得的地质资料的综合研究，查明褶皱的形态、产状和组合分布特点，探讨褶皱形成机制和形成时代，为研究区域地质构造特征、褶皱与矿产及水文、工程地质的关系提供有价值的基础资料。

1. 褶皱几何学研究

在着手研究一个地区褶皱构造之前，首先应通过对包括研究区在内的小比例尺地质图及航空相片、卫星相片的解译分析，或在露头良好的地带进行横穿区域构造线的路线观察，了解全区的地层时代、层序及构造总体的特征，如区域构造线方向及其变化、背斜和向斜发育特点，进而初步推断褶皱的组合型式。

在初步确定褶皱的存在后，可通过以下具体手段进一步确定褶皱的几何形态:

1) 测定褶皱轴面和枢纽的产状。褶皱轴面和枢纽产状是确定褶皱几何形态和产状的基本要素。对于规模较小、出露完整的褶皱可以从露头上直接量得该褶皱的轴面和枢纽产状。但对于规模较大、出露不完整的褶皱，往往需要系统地测量其褶皱面的产状，然后用赤平投影间接计算轴面和枢纽的产状 (详见第八章) 。

2) 绘制褶皱剖面图及褶皱横截面图。褶皱是一个复杂的立体形态地质体。对褶皱形态的研究，除通过野外填绘的地质图来表示外，往往还要用剖面图来表示。从褶皱横剖面上可以根据其褶皱岩层的产状和厚度变化确定是平行褶皱还是相似褶皱，或是顶薄褶皱等。

3) 观察褶皱的平面地质图上的出露形态。在大比例尺地质图上，褶皱出露形态不仅与褶皱形态、产状和规模大小有关，而且还受到地形起伏的影响。因此从地质图上确定褶皱的三维形态时应考虑由地形引起的视觉效应。

2. 褶皱纵深变化研究

由于形成褶皱的岩石力学性质、厚度和变形条件的差异以及褶皱的形态、规模的不同，褶皱在地表的形态和深部形态是有变化的。研究褶皱形态的纵深变化对于了解褶皱的形成机制与环境有着很重要的意义。如何进行这方面的研究，可从以下几方面着手:

1) 从横切褶皱的峡谷深沟的陡崖上，有时可直接观察到褶皱内部的形态变化和变化趋势。或者在地面不同高程上对同一褶皱进行观察和作横剖面，但应用这种方法时要注意不同高程的剖面水平位置不能相距太远，否则会将褶皱纵向上的变化误认为深部变化。

2) 从褶皱的地表形态特征推断它向地下延伸的变化。如根据地面出露特征分析为顶薄褶皱，则可据以推断其两翼岩层向深部很可能变厚、变陡; 如地表观察为平行褶皱，则褶皱曲率向深部将逐渐变大或变小，整个褶皱不可能延伸很深; 如为相似褶皱，且整套岩层岩性也较一致，则褶皱的形态可能延伸到一定深度还基本不变。当褶皱岩系中有软弱岩层时，则在软弱岩上、下的褶皱形态可能变化很大，形成不协调褶皱。

3) 利用物探和钻探所取得的资料确定褶皱深部形态的特点和变化是比较有效的方法。地震资料和电法、磁法等资料都可一定程度地反映褶皱构造往深部的变化。但在使用这种方法所得的资料时，必须结合地面地质构造的详细观察和研究，才能得出符合客观实际的结论。

3. 褶皱运动学研究

褶皱是岩层变化作用的产物，研究褶皱内部的小构造有助于解释褶皱的形成过程和演化历史。岩层在褶皱变形过程中，会在岩层内形成许多次级小构造，诸如小褶皱、节理与断层、层间滑动擦痕与破碎带、劈理与线理等等。它们都有规律地发育于主褶皱的一定部位，与主褶皱有一定的几何关系，各自从一个侧面反映出主褶皱的运动学特征，为研究褶皱的形成机制和变形历史提供线索。在应用小构造解析褶皱的演化过程时，应将一定时期形成的小构造进行配套，不能将与主褶皱形成无关的小构造也考虑在内。

4. 褶皱形成时代研究

前面已经提到，除同沉积褶皱外，大多数褶皱是在成岩后形成的，它们的形成时代也主要是根据区域性角度不整合时代来定。不整合面以下的一套地层均褶皱，而其上的地层未褶皱，则褶皱形成时代通常看作与角度不整合所代表的时代相一致，即不整合面下伏褶皱中最新地层沉积之后、上覆最老地层沉积之前。如果不整合面上、下地层均褶皱，但褶皱方式、形态均互不相同，则至少发生过两次褶皱。

野外对褶皱研究首先是几何学的观察，目的在于查明褶皱的空间形态、展布方向、内部结构及各个要素之间的相互关系，建立褶皱的构造样式，进而推断其形成环境和可能的形成机制。其观察研究要点可概括为以下几个方面。

1.褶皱的识别

空间上地层的对称重复是确定褶皱的基本方法。多数情况下，在一定区域内应选择和确定标志层，并对其进行追索，以确定剖面上是否存在转折端，平面上是否存在倾伏端或扬起端。在变质岩发育且构造变形较强地区，要注意对沉积岩的原生沉积构造进行研究，以判定是正常层位或倒转层位；利用同一构造期次形成的小构造对高一级构造进行研究恢复。

从上述褶皱分类可以看出，褶皱位态由轴面和枢纽两个要素确定。对于直线状枢纽或平面状轴面，只需测量其中一个要素就可以确定褶皱的方位，但不能确定其位态，因为具有相同枢纽方位的褶皱具不同的位态，轴面可以是曲面，枢纽也可以是曲线。

实际工作中，露头上可见的褶皱全部暴露时，可用罗盘直接度量其枢纽的倾伏向、倾伏角和轴面的倾向、倾角。若枢纽、轴面为曲线（曲面），则必须测量若干代表性区段的产状来说明二者的变化。当褶皱没有完全剥露时，只要能测量出褶轴（或枢纽）、轴迹、轴面3个要素中任何两个要素，就可用赤平投影方法求出另一个的数据；对大型褶皱的轴面和枢纽则需要用π或β图解求导。

褶皱形态一般是在正交剖面上进行观察和描述。由于露头面不规则和褶皱本身形态、位态等方面的复杂性而使褶皱轮廓可能呈现出一个多解的现象（畸变面）。故观察视线应与枢纽保持一致，沿其倾伏方向下进行。只有对不同位置、不同方向出露的形迹进行综合分析才能得出褶皱的真实形态。

对褶皱横剖面形态的研究应侧重于枢纽、轴面、转折端形态、翼间角、包络面以及波长和波幅等褶皱要素、参数的观察、测量和描述。根据需要可自行设计表格，将上述诸项信息存集备用。

2.褶皱样式

对褶皱研究，不仅着眼于其形态、位态，还必须研究它们的样式。.特纳和.韦斯（1963）将褶皱样式分为10种类型，其依据可概括为：①褶皱层的平行性或相似性；②褶皱的不连续性及不协调性；③褶皱的紧闭性和翼间夹角大小；④褶皱的对称性；⑤成双的共轭褶皱。

褶皱样式有许多是取决于两个褶皱面之间的单层横截面的形态，上述兰姆赛的分类可视为描述褶皱基本样式的方法之一。为研究褶皱样式，必须取得岩层倾角和相关的厚度等原始数据资料。这些资料可以从顺枢纽方向的有关图件、露头或手标本、素描图或相当于正交剖面上进行收集。在野外工作中，如果褶皱出露良好，且断面相当于正交剖面，全部工作可以直接在露头上操作。根据一定间隔测量有关厚度的参数，分别编制厚度变化曲线图，并与相关图示的标准线进行比较，即可确定褶皱的形态类型或样式。

影响褶皱样式还有另外一些因素，如卷入褶皱的岩石类型、组成褶皱岩层的能干性的差异等。在相同变形条件下，弱岩层易发生塑性流变，因此，褶皱样式随岩层能干性而发生变化。若强弱岩层相间，一般情况下板岩可能形成尖棱状褶皱，而砂岩则可能形成圆弧状褶皱，二者组合为尖圆褶皱样式；如果两强硬层间距很大，其间弱岩层形成独立小褶皱，则构成不协调褶皱；若间距很小，两强岩层一并弯曲变形而形成协调褶皱。

3.褶皱的伴生构造

在褶皱形成过程中，不同部位的局部变形环境可有差异。褶皱层的某段可以伸长或缩短，而有些部分则无任何应变。因此，褶皱不同部位形成不同类型的派生、伴生小构造可与主褶皱保持一定的几何关系，各自从一个侧面反映出主褶皱的基本特征。借助这些从属构造阐明大褶皱的几何特征，分析褶皱形成机制及发育过程是野外地质工作中常采用的手段之一。

1）褶皱两翼的小构造：层间擦痕（线）的观察与测量可用以判断相邻岩层相对位移方向和主褶皱转折端位置以及类型（水平褶皱、倾伏褶皱、A型褶皱、B型褶皱等）。对翼部从属褶皱观察与测量，可据其不对称类型（s或z形）、倾伏方向来确定它们处于大褶皱的位置并进一步恢复大褶皱总体形态。

2）褶皱转折端的小构造：观察节理和小断层的类型、特征，鉴别其力学性质，测量其产状要素，利用它们的组合系统和方位分析转折端的应力、应变状态；从属褶皱类型（M或W形）及其随剖面深度的变化状况，也是研究内容之一；在这些资料的基础上再结合地层时代关系确定褶皱性质（背斜、向斜）。另外，还应认真观察转折端的虚脱现象及被岩浆、矿液充填的情况。

4.叠加褶皱的野外研究

1）叠加褶皱的识别准则：①早期褶皱的轴面、变形面、枢纽等构造要素在后期褶皱作用中发生明显的变形和变位；②晚期面理、线理等新生构造要素的出现；③眼球状等封闭褶皱构造的出现；④原生示顶构造与褶皱伴生构造指向矛盾；⑤重褶现象及双重褶皱要素存在；⑥两组不同类型和不同方位的面理或线理有规律的交切；⑦与同期褶皱规律不相符合的反常小褶皱出现。露头上直接观察小褶皱重褶与否，是判断叠加褶皱的最可靠标志。当早、晚两期褶皱要素不平行时，露头或填图（大、中比例尺者尤为明显）可呈现一系列封闭状的各种图案，如“蘑菇形”、“新月形”等，其次是陡倾或倾竖褶皱的广泛发育。

2）判断重褶露头所处区域叠加褶皱的部位。应用兰姆赛的三类五型基本型式、层理和劈（片）理关系及小型褶皱特征很容易判别其所处区域构造的部位。如在露头上看到小褶皱重褶，则这个露头可能处于早期褶皱的转折端；若在露头上看到S0∥S1∥S2，这个露头一般归属叠加褶皱的翼部；若看到S2和S1呈直交，这个露头可视为后期褶皱转折端部位。

3）叠加褶皱型式判断。根据褶皱的构造要素，主要是两期叠加褶皱的轴面和枢纽的叠加关系可划分叠加褶皱的型式。早期一系列紧闭褶皱和晚期开阔褶皱的枢纽近于平行，且早期褶皱轴面业作为晚期褶皱变形面发生弯曲，则二者显示为共轴叠加褶皱的型式。

4）叠加褶皱观测要点及图面表达方式：①叠加褶皱在三度空间上的形态和位态；②不同期次的面理和线理的测量统计及分析；③建立褶皱形成序列；④叠加褶皱的表达方式可分为剖面表达——在剖面的上方或地下深处用虚线示出重褶图形，剖面本身仍按常规画出岩性花纹及晚期面理；构造纲要图表达——在图面上用不同的符号、线条示出各期褶皱轴迹，在晚期褶皱轴迹通过处，较早形成的地质体如岩脉、地质界线、早期断层或剪切带等也应协调变化（图6-17）。

图6-17 登封纸坊水库坝东水渠壁五指岭组中叠加褶皱素描

（据马杏垣等，1981，略有修改）

5.观察研究褶皱的一般程序

在地质调查过程中若发现露头良好的褶皱正交剖面时，应做如下观察、描述、测量和记录。

1）确定观察点和绘制褶皱素描图，记录褶皱的地理位置和所处的大褶皱部位。

2）褶皱发育状况及相关地质概况：①褶皱核部和两翼的地层及岩性；②褶皱两翼、枢纽和轴面等要素的产状；③褶皱对称性；④褶皱在强层和弱层中发育的差异性；⑤褶皱伴生组合要素及各自表现特征；⑥尽可能实地收集不同部位岩层厚度及其变化等原始资料并在正交剖面上拍照。

3）根据收集的数据、资料和信息对褶皱形态、位态、样式等初步进行几何学分析；经综合归纳和深入研究后再对其成因机制进行解释。