构造地质学专业考研-10褶皱作用

第十讲

褶皱作用(一)

（褶皱的成因分析）

复习与提示（流变学）弹性—脆性；塑性—韧性各向同性；各向异性韧性差；粘度差；应力差能干层—强硬层—低塑性层—粘度大非能干层—软弱层—高塑性层—粘度小岩盐粘度<一般岩石粘度；沥青粘度<<灰岩粘度一、褶皱作用的基本概念及其类型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。

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。主动褶皱－中浅构造层次

(＜１０km)

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。被动褶皱－下构造层次

(＞１０km)被动褶皱－褶皱假象并没有真正发生过一般意义的弯曲．如同－褶皱过程中物质的运动方式：

流动－物质的连续滑移(只是一种晶粒尺度或晶格尺度的微小滑动)

滑动－物质沿不连续面的滑移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——

纵弯褶皱作用平行于地质界面（岩层）的挤压而引起的弯曲作用。二、纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用单个能干层在不能干基质中的纵弯褶皱作用岩石能干性岩石抵抗塑性变形的能力。韧性岩石发生破裂前的塑性变形。能干层（砂岩）不能干层（页岩）2.1能干层发生褶皱作用的——主波长理论

假设：能干岩层的厚度=h，粘度=

，不能干基质的厚度不限定，粘度=

0

，在褶皱作用过程中（图中P为平行层施加的作用力，K为基质的阻力），当能干层发生弯曲褶皱时，垂直于层面发生的位移为u，并假设发生褶皱的初始波长为Wi，其相应的位移为0

。初始主波长Wi为：Wi=2h√1/62

褶皱主波长与力的大小无关，只与介质的力学性质有关(?)。

褶皱主波长与褶皱层厚度h呈正比。（注：应是立方根！）

主波长理论的构造物理学意义当岩性一定时，

/0

比为常数，褶皱的波长Wi与层厚h成正比关系。当层厚一定时，h为常数，褶皱的波长Wi与层和介质之间的粘度比

/

0

非线性成正比关系.当

=

0

时，只有顺层均匀缩短，而不会发生褶皱。影响岩石能干性的主要因素

物质组成

结构构造

温度

压力

流体

作用时间等影响褶皱波长发育的主要因素层厚—h粘度比—/

0温度、应力和应变速率对粘度的影响实验表明：在应变速率

=10-14S-1条件下，当

Q/

M

1，T550℃时，石英岩比大理岩更能干。当

Q/

M

1，T550℃时，大理岩比石英岩更能干。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。当

/

0

50时，形成肠状褶皱温度、应力和应变速率对粘度的

影响

=/3

（4）

=Aexp[-Q/RT]()n

（5）

其中：A为材料热散常数，Q为材料激化能，R为气体常数，T为温度，n为材料常数（应力指数），为差异应力，为应变速率。肠状褶皱2.2柔流褶皱作用

岩石体在高韧性和低粘度条件下发生类似粘性流体的粘滞性流动形成的褶皱作用行为称柔流褶皱作用。如肠状褶皱。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。尖圆褶皱当

/

0

10时，形成肿缩式褶皱

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。2.3多层纵弯褶皱作用

假设有多层岩石，其粘度、厚度也不一样（

1

2

3

4），当受到应力作用以后，其变形情况将会怎么样？接触应变带影响－取决于强硬层之间的距离和接触应变带的宽度纵弯褶皱的应变分布型式与小型构造

纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳为两种模式：中和面褶皱作用和顺层剪切作用（弯流褶皱作用和弯滑褶皱作用）

中和面褶皱作用褶皱强硬层往往以此方式弯曲

应变特征：是平面应变，褶皱轴为中间应变轴；

形成IB

型平行褶皱；

层总体厚度不变，外弧伸长，内弧缩短

形成的小构造特点岩石韧性很小时形成张裂。岩石韧性中等时，形成剪裂岩石韧性大时，形成劈理弯滑褶皱作用平行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。多层纵弯褶皱作用的伴生小构造三、横弯褶皱作用垂直于地质界面的挤压而引起的弯曲作用。

底辟褶皱及顶部断层的模拟基底断裂对盖层褶皱的控制图示:同沉积褶皱——背斜表现为水下隆起同沉积褶皱——向斜表现为水下凹陷

许多被动褶皱是由沿平行剪切面的不均匀剪切而形成的，所以亦称剪切褶皱。

四、剪切褶皱剪切褶皱作用与地质界面斜交的剪切力偶作用引起的弯曲作用称剪切褶皱作用。平行褶皱弯流褶皱作用相似褶皱强硬层间是弯滑褶皱作用软弱层以弯流作用为主

压扁作用对纵弯褶皱的影响

压扁与层的弯曲存在此消彼长的关系，可形成无根钩状褶皱-香肠化-无根钩状褶皱-构造置换……

横弯褶皱作用过程中因受到垂直于岩层界面的挤压作用导致岩层发生弯曲而形成褶皱，所以，褶皱岩层各部位在褶皱过程中一直处于拉伸状态而发生伸长应变。

剪切褶皱作用过程中因受到与褶皱岩层界面相平行或斜交的剪切力偶作用导致岩层失稳而发生弯曲形成褶皱，

五、柔流褶皱作用

柔流褶皱作用——是一种固态流变条件下的褶