一个典型剖面的构造特征分析.docx

1、一个典型剖面的构造特征分析杜威（贵州大学资源与环境工程学院，贵州贵阳550003）摘要断裂带上盘岩石的褶皱变形程度随距底板断层距离的不同而有规律的变化，即愈靠近底板断层，褶皱变形愈强烈，从而在剖面上呈现明显分带性。褶皱的形成与断裂活动有关，底板滑脱断层、底板逆冲断层和次级逆冲断层的滑动导致不同形态特征褶皱的形成，其中滑脱褶皱和断层传播褶皱典型，褶皱和断层在剖面上构成以逆冲顶板双重构造。关键词褶皱作用；岩石变形；构造分带；断层相关褶皱；双重构造-5943(2011)01-0047-06中图分类号P542文献标识码A文章编号11剖面位置和基本地质特征2剖面中构造形迹描述收稿日期2010-10-12

2、基金项目2010年贵州大学大学生创新性实验计划项目。作者简介杜威（1990-）,男，资源勘查专业本科学生。研究剖面位于贵阳至遵义高等级公路沙坡收费站施工工地开挖面上，区域构造位置为黔南侏罗山式褶皱带贵阳复向斜核部，剖面中出露地层为中三叠统松子坎组薄层和中厚层泥质白云岩（见图1）。在开挖剖面上，发育一个复杂的小褶皱群,褶皱群中次级褶皱类型齐全、主次关系明显、组合复杂。剖面中发育一系列逆冲断层，断层与褶皱的关系清楚。剖面西侧发育于中厚层泥质白云岩中的逆冲断层和中厚层白云岩顶部界面上的顺层滑脱断层控制了整个小褶皱群的分布;次级褶皱核部的逆冲断层则控制了次级褶皱的发育;剖面中上部次级复杂褶皱群与上覆简

3、单变形的灰黄色薄至中厚层泥质白云岩之间的断层为双重构造的顶板断层。在剖面的不同部位,岩石变形差异明显,岩石变形的强弱与底板断层的关系明显，且变形分带明显。笔者在对两个开挖剖面进行系统观察的基础上，运用构造地质学教科书中的相关知识和构造分析的新观点CM,对剖面中褶皱的类型和特征、断层的特征、剖面结构、褶皱与断层的关系以及剖面中岩石变形分带规律进行了分析，以期对在沉积岩区其他剖面分析的同行提供参考。整个开挖剖面在地表为一个较为开阔的圆弧状斜歪背斜,往下则演化为一个复杂的次级褶皱群（见照片1、2）,这些褶皱消失在剖面西侧的中厚层泥质白云岩之上，而该层白云岩中发育一条与岩层呈低角度相交的逆冲断层,在中

4、厚层泥质白云岩与其上灰黑色薄层泥质白云岩之间的界面上,有顺层滑脱断层发育，在次级小褶皱群与上覆简单变形的泥质白云岩之间，发育一条顶板逆冲断层。此外,在复杂小褶皱群的核部还发育一系列次级逆冲断层，分述如下。2.1褶皱（1）从褶皱转折端的形态分析，在剖面上分布有圆弧褶皱、尖棱褶皱和箱状褶皱等。圆弧状褶皱:从宏观上观察,两个剖面在地表都构成一个东翼缓西翼陡的圆弧状背斜,剖面上部的灰黄色薄层泥质白云岩变形简单，组成了该圆弧状斜歪背斜的外侧部分，而褶皱核部的灰黑色薄层泥质白云岩则变形较为强烈，形成了一个复杂的次级褶皱群（见照片1、2）。在南侧剖面中（照片1）的次级褶皱群中,亦有圆弧状褶皱发育，照片1中的

5、A、B两次级褶皱就是其典型。尖棱褶皱:尖棱褶皱主要分布在剖面的中下图1区域地质«S（«贵州雀地调院，修改）Fig.1Regionalgeologicsketch1H*系十统大冶组（ld）;2三叠系下统安顺组（1）；3-三叠系中统松子坎组gat）;4一三叠系中统杨柳井tfl（T2yl）;5剖面位置;6一公路部,即宏观圆弧状褶皱的核部，组成褶皱的岩层均为灰黑色薄层泥质白云岩,普遍具有东翼缓而翼陡的斜歪褶皱特征,在南侧剖面中（见照片1中的C点）的尖棱褶皱紧闭转折端软弱物质充填虚脱空间的流动加厚现象明显。箱状褶皱:在开挖场地南北两侧剖面上,分别发育一箱状褶皱,箱状褶皱分布于剖面的中

6、部，即表层宏观圆弧状褶皱与下部次级复杂褶皱的过渡带上。在南侧剖面中的箱状褶皱为一向斜，其与东侧的紧闭背斜在剖面上构成一个隔档式组合（见照片1）;在北侧剖面中的箱状褶皱为一背斜,箱状背斜具有东翼缓西翼陡的斜歪褶皱特征，仔细观察可以发现，该箱状背斜的核部实际由两个次级背斜构成（见照片2、3）。（2）从褶皱的轴面产状分析,在剖面上分布有直立褶皱、斜歪褶皱和倒转褶皱等。直立褶皱:开挖剖面上多数为斜歪褶皱，但在南侧剖面的下部.即表层宏观状褶皱核部的次级复杂褶皱中，个别次级褶皱轴面直立，具有直立褶皱特征（见照片1中的A和B）。斜歪褶皱:开挖剖面中无论是表层宏观上孤状褶皱，还是剖面中部的箱状褶皱和剖面下部的

7、次级复杂褶皱，大多具有斜歪褶皱特征,所有斜歪褶皱都有一个共同的特点，就是东翼缓而西翼陡（见照片1、2）。倒转褶皱:在开挖剖面西侧底板断层附近，发育一系列次级倒转褶皱。组成倒转褶皱的岩层为灰黑色泥质白云岩，褶皱东翼地层正常，西翼倒转，在褶皱的倒转翼靠近转折端附近常次级逆冲断层发育，次级逆冲断层的产状与倒转褶皱的轴面产状相近。倒转褶皱往往都比较紧闭（见照片4）o2.2断层在开挖剖面上，可以见两组断层，一组为逆冲断层，另一组为正断层。（1）逆冲断层:剖面中所见逆冲断层有五种，即褶皱底板滑脱断层、底板逆冲断层、斜歪背斜核部的次级逆冲断层（断坡）、紧闭（倒转）褶皱带的次级逆冲断层和次级复杂褶皱带之上的褶

8、皱顶板逆冲断层。底板滑脱断层（F1）：断层沿灰黄色中厚层泥质白云岩与灰黑色薄层泥质白云岩之间的界面发育,其证据有三:沿滑动面上发育一30cm左右的构造透镜体带,透镜体AB面与岩层产状一致（见照片5）,说明沿物性界面上有强烈的顺层滑动。滑脱面两侧物性特征不同，滑脱面之（上盘）上为灰黑色薄层泥质白云岩岩石物性相对较为软弱，为典型的非能干层。而滑脱面之下（下盘）是灰黄色薄至中厚层泥质白云岩,岩层单层厚度较滑脱面上盘岩层要厚，为相对的能干层（见照片1、2）。滑脱面两侧岩石变形差异大，在滑脱面上盘的灰黑色薄层泥质白云岩中，岩层褶皱强烈，岩石挤压破碎特征明显,并有明显的动力变质现象。如在南侧剖面上，滑动面

9、之上（上盘），发育一系列的紧闭褶皱和次级逆冲断层，往上（东）则发育一滑动破碎带，向东逐渐过渡为斜歪褶皱带（见照片1）;而在北侧剖面中，紧靠滑脱断层之上发育一宽约5m的片理化带（动力变质带,见照片6）,往上（东）则为一紧闭（倒转）褶皱和次级逆冲断层带,向东逐渐过渡为斜歪褶皱带（见照片2）。而在滑脱断层下盘的灰黄色中厚层泥质白云岩中，岩石产状稳定，层理清楚,岩石完整性好，既无褶皱发育，又无明显破碎现象（见照片1、2）。底板逆冲断层（F2）:在北侧剖面底板滑脱断层之下的中厚层泥质白云岩中，发育一条向东倾斜，倾角30。左右的逆冲断层，断层面清晰可见,断层破碎带宽约1.52m,断层将中厚层泥质白云岩切层

10、错断（见照片2、5）。斜歪背斜核部的逆冲断层（F3、F4、F5）:在北侧剖面箱状背斜核部的两个次级斜歪背斜核部,发育一组次级逆冲断层（见照片3）,次级逆冲断层向地表方向终止于箱状背斜转折端的次级向斜之下,即该次级逆冲断层控制了箱状背斜的形态（见照片2、3）。根据褶皱与断层的关系“项分析，次级断层实际是底板逆冲断层切层爬坡的断坡。紧闭褶皱带的次级逆冲断层（F6）：在开挖场地南北两侧的剖面上，均发育一个紧闭褶皱一逆冲断层带，紧闭褶皱带的褶皱多为倒转褶皱，在倒转褶皱的陡翼转折端和倒转褶皱之间，发育一系列次级逆冲断层，逆冲断层的产状与褶皱轴面产状相近（见照片4）。褶皱顶板逆冲断层（F7）：在剖面中部次

11、级复杂褶皱与上部简单变形的灰黄色泥质白云岩之间，存在一变形过渡带，即在该带之上的岩石变形简单,岩层弯曲单一，无次级褶皱，次级断层不发育;而在过渡带之下,岩石变形复杂，次级褶皱复杂，次级断层发育。无疑，在该过渡带中存在明显的差异滑动，即在次级复杂带褶皱的顶部存在一条逆冲断层一褶皱顶板逆冲断层（见照片2）。（2）正断层（F8）：在南侧剖面东侧，发育一条次级断层，断层向东倾斜，倾角70。，在剖面上可清楚见到标志明显的灰黄色中厚层泥质白云岩被错断，上盘向下滑动约1.5m左右,断层两盘的牵引弯曲清楚，断层性质为正断层（见照片7）。3剖面构造特征分析在研究剖面中，无论在横向上还是在纵向上，岩石变形都有明显

12、的规律。在横向上，从东向西，在纵剖面上，从地表向下，都有褶皱形态由简单一复杂，岩石变形由轻微一强烈的特点。3.1横剖面分析（1）褶皱形态分析在侧剖面东侧,灰黄色薄至中厚层泥质白云岩形成一向东倾斜的单斜构造，除在南侧剖面上发育一次级正断层（F8）之外，其余次级构造不发育（见照片1、2）。在剖面中部,是本剖面的主要部分，发育一系列褶皱，褶皱形态特征有自底板逆冲断层和底板滑脱断层向东，由紧闭的倒转褶皱向开阔的箱状糖皱逐渐过渡，褶皱轴面由倒转到斜歪逐渐过渡的特点（见照片1、2）。在剖面西段，以底板断层为界，向西为底板断层下盘，出露地层为灰黄色薄至中厚层泥质白云岩，岩层中无褶皱发育（见照片1.2）o（2

13、）岩石变形特征分析在剖面东段，呈单斜产出的灰黄色薄至中厚层泥质白云岩头完整，层面清楚，变形简单，岩石破碎不明显（见照片1、2）。在剖面中部，灰黑色薄层泥质白云岩普遍褶皱，在褶皱核部往往岩石破碎，挤压特征明显，转折端流动加厚现象普遍（见照片1、2）。在底板断层上盘，岩石变形有自底板断层向东岩石变形由强变弱的规律。在南侧剖面中，底板断层上盘，发育一宽约10m的滑动破碎带，破碎带中，岩石破碎现象明显,强烈破碎的灰黑色薄层泥质白云岩层理混乱,破碎岩块分布杂乱,局部保留的薄层白云岩原生层理有旋转弯曲之特征，说明该带岩石在经受了强烈的挤压的同时，还伴有顺层剪切旋转流动（见照片8）。在北侧剖面中，紧靠底板断

14、层上盘的灰黑色泥质白云岩普片片理化，泥质白云岩的原生层面普遍被改造，形成一宽5m左右的片理化带，片理产状与底板滑动面一致（见照片6）,在手标本上，可见大量方解石和白云石细脉呈网状和不规则状分布于片理化岩石之中，其说明沿底板逆冲断层和顺层滑脱面的滑动既造成了相对较为软弱的灰黑色泥质白云岩的褶皱，又引起了底板断层带附近岩石的强烈变形和蚀变。而自片理化带和滑动破碎带带向东，岩石变形逐渐减弱,岩石的挤压破碎现象主要出现在褶皱的核部和转折端（见照片1、2）。在底板断层下盘的灰黄色薄至中厚层泥质白云岩中，岩石层理清楚，产状稳定,岩石完整性良好,未见褶皱和断层发育（见照片1、2）。（3）构造变形分带在研究剖

15、面上，无论从岩层的褶皱和断裂作用，岩石变形（局部为动力变质）强度等方面，都有从东向西逐渐变强的规律，而经底板滑脱断层和底板逆冲断层向东（断层下盘），则岩层褶皱作用不明显,岩石完整性好，断层不发育，无动力变质现象。这种变形规律在开挖场地的南北两侧剖面上构造分带特征明显。 南侧剖面:由东向西可分为:上盘简单变形带-滑脱褶皱带滑动破碎带一紧闭褶皱、逆冲带-底板滑脱带-下盘简单变形带（见照片1）o 北侧剖面:由东向西可分为:上盘简单变形带一断层传播褶皱带T紧闭褶皱、逆冲带T片理化带一底板滑脱、逆冲断层带一下盘简单变形带（见照片2）。3.2纵剖面分析在研究剖面上，从地表向下，在不同深度层次上，褶皱形态、

16、岩石变形都有明显的不同，表现出一定的层次规律性。（1）褶皱形态分析:在纵向剖面上，褶皱形态表现出明显的不协调在剖面表层，整个剖面为一个宽缓的圆弧状斜歪褶皱;在剖面中部，褶皱作用逐渐加强，形成宽缓的箱状褶皱;而在剖面的下部,褶皱作用强烈，形成一系列斜歪褶皱和紧闭的倒转褶皱。不同层次的褶皱在剖面上表现为：由上至下褶皱作用不断加强、次级褶皱不断增加、大褶皱核部包含多个次级褶皱的复杂形态（见照片1、2、3）。（2）岩石变形特征分析:在岩石变形特征方面，从地表向下，岩石变形强度逐渐增加。在地表，组成表层开阔褶皱外侧的灰黄色薄至中厚层泥质白云岩完整性好,岩石破碎不明显,次级褶皱不发育,除在南侧剖面中见一次

17、级正断层之外,断层不发育，岩层缩短了20%左右;在中部的箱状褶皱带,岩石变形强度逐渐加强，褶皱作用逐渐过渡到中等，岩石破碎明显，岩层缩短了40%60%;在剖面下部,岩石变形强烈，褶皱紧闭，断层发育,岩石破碎强烈,在底板断层附近见动力变质带出现，岩石的缩短量大于60%o（3）几何结构分析:从前述分析可以看出，研究剖面中的次级复杂褶皱和逆冲断层主要发育在底板滑脱断层（F1）和底板逆冲断层（F2）之上及褶皱顶板逆冲断层（F7）之下,即次级复杂褶皱和逆冲断层是受褶皱底板逆冲（滑脱）断层和顶板逆冲断层所围限的断夹块（马石），其与下伏底板逆冲（滑脱）断层和上覆顶板逆冲断层一起,在剖面上构成一个比较典型的双

18、重构造。由于本双重构造的顶板逆冲断层与底板逆冲（滑脱）断层的逆冲方向相同，该双重构造为一个逆冲顶板双重构造。4断层与褶皱的关系分析断层和褶皱是地壳上发育广泛的两种构造形迹,它们同为地壳运动的产物。因此，在同一区域或同一构造单元内,断层和褶皱往往具有非常密切的关系。自20世纪八十年代以来，许多学者的研究表明,大多数褶皱的形成是其下伏顺层发育的底板断层（滑脱断层,断坪）和切层发育的逆冲断层（断坡）的位移大小和倾角变化所引起的。据此,人们将断层有关的褶皱进一步划分为三种类型，即断层转折褶皱、断层传播褶皱和滑脱褶皱4-6】。在本研究剖面上，可以清楚的见到断层演化不同阶段所形成的褶皱。4.1底板滑脱与褶

19、皱作用滑脱褶皱是岩层在滑脱层之上形成的收缩褶皱。它的形成是沿顺层断层的位移传递到上盘地层之中所致，因此，这种褶皱在核部和转折端往往逆冲断层不发育,但在褶皱核部和转折端软弱物质的挤入加厚现象明显。在研究剖面上，这种褶皱现象普遍可见,在南侧剖面的滑脱褶皱带中,次级褶皱核部和转折端断层不发育,转折端软弱物质的挤入加厚现象明显,滑脱褶皱作用特征典型（见照片1）。4.2断层转折、传播与褶皱作用上盘岩石在下伏断层转折部位发生运动时,会形成断层转折褶皱。上盘岩石以形成膝折带或褶皱来调节沿断层面的滑动。断层传播褶皱是上盘岩层断层在切层爬坡过程中形成的褶皱，褶皱从断层终止点（端点）开始弯曲，岩层通过弯曲来调节断

20、层的滑动。这种褶皱有如下特点：（1）褶皱形态不对称，前翼陡而窄，后翼宽缓；（2）在断层端点的上方，往往形成一次级向斜;（3）随着深度的加大，褶皱变得越来越紧闭。在研究剖面中,断层转折褶皱和断层传播褶皱均有发育,断层传播褶皱特别典型。在北侧剖面（见照片2）中部的箱状背斜核部的两个次级背斜核部.分别发育有切层的次级逆冲断层，这些次级逆冲断层终止于箱状褶皱内侧，并在断层终止处的上方分别各形成一个次级向斜（见照片2、3）,而随着深度的增加，褶皱作用逐渐加强，从剖面中部开阔的箱状褶皱向下转化为相对紧闭的斜歪褶皱。几乎断层传播褶皱的所有特征在该剖面中都可以见到。5结论与讨论综上描述与分析,得出如下几点认识

21、：(1) 研究剖面露头良好，剖面中褶皱、断层构造发育，是一条研究断层和褶皱相互关系的典型剖面。(2) 剖面中无论在横向上还是在纵向上，断层上盘的岩层都有距底板断层愈近，褶皱作用愈强烈、岩石变形程度愈强的特征,且构造分带特征明显。(3) 剖面西侧的底板逆冲(滑脱)断层和剖面中上部的顶板逆冲断层与剖面下部的次级复杂褶皱和逆冲断层一起构成了一个较为典型的逆冲顶板双重构造。(4) 剖面中断层与褶皱的关系清晰，特别是滑脱褶皱作用和断层传播褶皱作用的特征明显，相关次级构造典型，可供在沉积岩地区类似剖面的研究作参考。致谢:在野外调研和本文撰写的全过程中，得到指导教师杜定全教授的悉心指导；在野外工作中得到毛家

22、仁副教授的指导。贵州大学研究生毛铁、叶春、张蕾，本科生邹旭、严琦、薛洪富等参加了野外调研工作。在此一并致谢！参考文献1杜定全，毛健全.黔南、黔北地区地壳表层褶皱逆冲推覆构造A.贵州省地质学会.贵州区域构造矿田构造学术讨论会论文集C.贵阳：贵州科技出版社,1991,66-71.2徐开礼，朱志澄.构造地质学M.北京：地质出版社,1989.3朱志澄.逆冲推覆构造M.武汉：中国地质大学出版社,1989.4何登发,J.Suppe,贾承造.断层相关褶皱理论与应用研究新进展J.地学前缘(中国地质大学(北京)；北京大学)，2005,12(4)353-364.5张逸昆,J.Suppe,贾东，卢华复.广义断层转折褶皱的几何学正演数值模拟J.高校地质学报,2005,11(4),608-616.6陈剑，卢华复,于景宗，王胜利.断层相关褶皱的几何学模型及其应用J.地球学报,2005,26(1),89-92.AnalysesontheStructuralFeaturesofaTypicalSectionDUWei3,Guizho