逆冲推覆构造

1、逆冲推覆构造(Thrust Nappe Structure)概 述大约在1880年以前，欧洲阿尔卑斯(Alps)的大部分岩石被认为是原地的(autochthonous)，至少没有迁移很远的距离，尽管也有人认识到曾卷入巨大的平卧褶皱。十九世纪晚期才认识到，阿尔卑斯的许多岩石曾从原地迁移了相当大的距离(几百上千公里)，即认为它们是外来的(allochthonous),并认识到这种长距离的位移与大规模的冲断作用和平卧褶皱作用有关。此后nappe一词才被赋予了其现今的含义，即经历了长距离位移的大致水平的岩席，即推覆体。这一发展过程反映了研究推覆构造在地质学这一发展过程反映了研究推覆构造在地质学中的重要

2、位置。中的重要位置。Schardt (1904)和Heim（1919)就已绘制了横穿部分Alps的构造剖面，成为不仅Alps而且推覆构造方面的经典研究成果，100年过去了，没有大的修改。比我国的一些推覆构造研究的可靠度高得多。褶皱推覆体(fold nappe)：Bertrand (1884)和Heim (1919)最早提出了这一概念，认为真正的推覆体是沿平卧褶皱的下翼剪开发展而成，并提出了七个发展阶段：a 具有倒转翼的褶皱；b 倒转翼变薄；c 倒转翼进一步变薄；d 冲断层取代倒转翼；e 上翼开始发生褶皱；f 仰冲褶皱(nappe); g 具有指状翘起的“倾伏(plunging)”推覆体.后来发

3、现，冲断推覆体(thrust nappe)可能更为普遍。组合型式叠瓦式逆冲断层系(imbricate thrust system)：逆冲推覆构造的主要产出型式，即由一束产状相近并具相同逆冲方向的断层构成叠瓦式逆冲断层系。西昆仑造山带混杂带叠瓦式逆冲推覆构造闽西南三明大田推覆构造剖面前震旦纪地层下面开煤矿推覆构造多是老地层压新地层伸展构造多是新地层压老地层西昆仑造山带前陆冲断带逆冲推覆构造剖面几何结构(一)台阶式逆冲断层：由长而平的断坪(flat)与连接期间的短而陡的短坡(ramp)交替构成。断坪顺层发育，产于相对软弱的岩层或岩性差异显著的界面，为一低强度高应变带；断坡切层发育，产于较强硬的岩层

4、中。总体构成下缓上陡凹面向上的铲状。台阶式逆冲断层发展形成过程。在断坡处的上覆岩层形成无根褶皱请识别照片中的台阶式逆冲断层注意：断坪不一定水平，断坡不一定倾斜。关键是看切层还是顺层210断坪断坪断坪断坪断坡断坡A线理线理: 15810上盘断坡与下盘断坡：根据断坡上下盘岩层的产状关系，断坡可分为上盘断坡和下盘断坡。上盘断坡断坡部位断层面产状与下盘岩层产状一致而斜切上盘岩层处；下盘断坡 与上盘岩层产状一致而斜切下盘岩层处。分析地震剖面中台阶式逆冲断层的断坪和断坡前断坡、侧断坡、斜断坡根据断坡走向与逆冲位移方向的关系可划分出：前断坡走向与逆冲方向直交，表现为逆冲滑动，以挤压应力为主；侧断坡走向与逆冲

5、方向一致，表现为走向滑动，处于剪切应力状态；斜断坡走向与逆冲方向斜交兼具走滑和逆冲，处于压剪应力状态。几何结构(二)Duplex: C.D.A. Dalstrom于1970年提出，是逆冲推覆构造中具有普遍性的重要结构型式。它由顶板逆冲断层(roof thrust)与底板逆冲断层(floor thrust)及夹于其中的一套叠瓦式逆冲断层和断夹块(horse)组合而成。次级叠瓦式逆冲断层向上互相趋近并且相互连接，共同构成顶板逆冲断层；各次级逆冲断层向下相互连接，构成底板逆冲断层。各次级逆冲断层所围限的断块叫断夹块或马石(horse)。国内关于duplex 的翻译不尽一致，双重逆冲构造、双冲构造、冲

6、褶席等Duplex的顶板逆冲断层和底板逆冲断层在前锋和后缘汇合，构成一个封闭块体。断夹块内岩层可以成膝折弯曲，更常常形成拉长的背向斜对。Boyer (1982)认为，duplex和叠瓦式逆冲断层并列为逆冲体系的两大类构造。在确定duplex时，必须鉴别和确定出顶板逆冲断层和底板逆冲断层。PtP背形堆垛duplex (antiform stack duplex): 在持续剪切作用(递进变形)或多次活动中，duplex中的各分支逆冲断层、断夹块以及顶、底板逆冲断层互相叠置、褶皱，呈背斜状。反映了长期或多次构造活动。多发育于造山带的前陆冲断带。闽西南前陆冲断带的背形堆垛duplex，外貌形态很象同心

7、状“背斜”，长期以来许多地质工作者将之称为“泥盆系大背斜”。实际上，其中的界面并非层面，而是逆冲断层面。逆冲断层之间的岩层并不能沿断层面延伸，而多以紧闭平卧褶皱出现，并背冲断层切割。几何结构(三)反冲断层(backthrust): 在向某一方向逆冲的逆冲断层系中，出现的与总体逆冲方向相反的逆冲断层。主要发生于逆冲断层的前锋部位和断坡的后侧。因逆冲滑动中受断坡或锋缘前侧阻挡而反向逆冲而成。冲起构造(pop up): 在逆冲作用过程中，反冲断层与同时形成的逆冲断层围限部位，因强烈挤压而上冲，形成强烈变形的隆起构造。常表现为断层切割岩层扭曲的背斜形式。构造三角带: 反冲断层与其后侧的逆冲断层汇聚部位

8、形成的以反冲断层、分支逆冲断层和底板逆冲断层所限定的三角带。其构造变形十分强烈。台湾中央造山带前陆褶冲带前锋的反冲断层逆冲推覆构造中的反冲断层、构造三角带和冲起构造(地震时间剖面解释)闽西南龙岩三叠系逆冲推覆构造实测剖面注意：逆冲断层、反冲断层和褶皱、构造透镜体、剪切指向判定等闽西南永安二叠系实测构造剖面注意：逆冲断层、反冲断层、三角带和褶皱等Pop up 和和三角带三角带几何结构(四)逆冲推覆构造的分带沿逆冲方向可分为：后缘带、根带、中带、前锋代和外缘带。各带的应力状态、变形强度、变形性状、剪切带产状、伴生构造发育类型均有各自的特点和变化规律。认识这些特点和规律对全面分析和研究逆冲推覆构造具

9、有重要作用。(阅读参考教材构造地质学p179180).逆冲推覆构造的分层：各推覆体或同一推覆体的不同部位的变形强度、变形性状、应力状态和围压状态在垂向上的变化规律。区域性逆冲推覆构造往往是长期多次活动形成的，一次次逆冲作用形成的推覆体互相叠置形成推覆体堆垛(nappe stack)或推覆体堆柱(nappe pile)。早期形成的推覆体一般位于上部。实例介绍 Ramsay (1981)对瑞士阿尔卑斯赫尔维推覆体进行了研究。 自下而上由三个推覆体构成：莫尔克列(M) 、迪亚布勒莱(D)和维尔得霍恩(W)。M褶皱推覆体倒转下翼岩石变形十分强烈，个别部位应变X:Z100:1 (XYZ)，而远离根带的正

10、常翼中X:Z只有4:1。接触面上变形最强，上盘底部强于下盘顶部。(应变测量方法和应用将在第二部分“岩石有限应变测量”介绍)各推覆体的对比表明，自下而上变形趋于复杂，因为上部的推覆体比下部的推覆体运动史更长，早期的变形则不会被下部推覆体记录。要全面认识推覆构造发育的过程垂向变化的研究是不可忽视的环节。逆冲推覆构造的扩展方式(一)前展式或背驮式(piggy-back propagation): 在已存逆冲断层的下盘依次发育较新的逆冲断层，下部逆冲断层运载着上部逆冲断层进一步位移。在逆冲系列中，上部的断层反映早期的位移，下部的断层代表后期的位移。逆冲推覆构造的扩展方式(二)后展式或上叠式(overs

11、tep propagation): 在已有逆冲断层的上盘依次发育新的逆冲断层，即逆冲系统沿着与推覆的反方向演化。Boyer和Elliott (1982), Woodward (1985)在分析了世界上主要造山带后指出，自然界的逆冲系统一般为背驮式演化模式。并强调，duplex只能由背驮式产生，它是背驮式发展演化的特有产物。背驮式逆冲推覆构造中，越早形成的逆冲断层变形也越强烈，位移也越大。早期的台阶式结构被一次次后期的逆冲作用所变形和破坏。比较各主要逆冲断层变形的强弱程度和切割关系，可以确定逆冲顺序。Duplex扩展过程 Boyer和Elliott (1982)概括了duplex的扩展过程。起始

12、阶段, 主逆冲断层沿着S0滑动，从低滑动层爬升到高滑动层，以陡角度斜切能干层，形成下盘断坡。从断坡底部发育一个新破裂面，并向前扩展一段距离，然后向上斜切至高滑动层，与先存主逆冲断层汇合；其次阶段，新断层S1开始滑动，上覆断层S0的一段停止活动，并在新生断夹块前S0与S1共同构成滑动面。或者说原来主逆冲断层停止活动的一部分被动地背驮在正在形成的逆冲岩席上，并和新形成的断夹块一起发生膝折弯曲。随着运动的进行，依次向前扩展。尽管该模式是理想化过程，但对认识和分析逆冲断层系和duplex扩展和发育过程具有重要的启发意义。逆冲作用与褶皱作用自Bertrand (1884) 否定阿尔卑斯格拉鲁斯“双褶皱”

13、，确定为推覆体之时起,地质学家已认识到逆冲推覆与褶皱相伴生。它们构成运动方向上具有一致性，成因上具有统一性，几何上具有对应性的逆冲褶皱系统。褶皱作用与断裂作用的关系问题，一直是地质学家关注的问题，焦点是逆冲推覆与褶皱形成中何者居主导地位的问题。褶皱作用引起逆冲推覆 Heim (1921) 研究阿尔卑斯逆冲推覆构造时提出的观点。基本论点是强烈的挤压引起岩层褶皱，褶皱变形由弱到强，在倒转翼的拐点处因拉伸变薄而断裂，进而在断裂面上逆冲推覆，形成褶皱推覆体。上世纪70年代以前这一观点曾为构造地质学家所接受。观点一观点一逆冲推覆引起褶皱作用 70年代之后，随着对前陆带和造山带逆冲推覆构造与褶皱作用的全面

14、研究，认识到逆冲推覆引起了褶皱作用，尤其在造山带的前陆带。断坡在褶皱形成中起重要作用。W.R. Jamison (1987) 提出了三种褶皱作用断湾褶皱作用(fault-bend folding) 逆冲岩席在爬升断坡过程中引起的褶皱作用。与断坡密切相关，形成在断坡形成之后。断湾褶皱断展褶皱作用(fault-propagation folding) 也与断坡密切相关，不过褶皱形成于逆冲断层的终端，在断坡形成的同时或近于同时发生。意味着逆冲断层沿着断坡的位移逐渐消失以至停止。断滑褶皱作用(detachment folding) 也产于逆冲断层终端，但与断坡无关，而是顺层滑脱的结果。在褶皱之下顺层滑

15、脱的位移消减以至停止。易发生于其下有能干层垫伏的柔性层中。如果层状岩系的韧性差适度而不显著，则易于发生断展褶皱。 驱动力问题讨论水平挤压力 矛盾1. 挤压作用力与推覆体所能承受的最大应力：数十甚至数百公里的推覆体若作长距离运移所需要的作用力非常巨大，远远超过了岩石强度，岩席早在运移前就已破裂，如推土机；矛盾2. 一些变形强烈的推覆体在变形中处于弹塑性甚至塑性状态，难以将应力远距离传递。至今仍没有得到很好解决的问题重力滑动 质疑 基底冲断面的坡度能否足以引起重力滑动。M.K. Hubbert and W.W. Rubey (1959)提出用异常空隙压力来解释推覆体的承受能力问题。异常空隙压力的存在降低了围压，抵消了部