新大构造地质学课件07褶皱几何学分析

第七章

褶皱几何学分析

一、褶皱（fold)的概念二、褶皱面的要素及描述术语三、褶皱的分类四、褶皱的组合形式五、叠加褶皱六、褶皱构造的图面表示教学提纲§1、褶皱及其要素一、褶皱（fold)的概念是指地质界面受力后形成的一个或一系列弯曲。被弯曲的面状构造，如层面、片理面、断层面等，又可称为变形面。在地壳中最常见的褶皱是层状地质体的弯曲，其规模差异很大，（一）背形和向形背形－指任何上凸的褶皱面弯曲．两侧相背倾斜。向形－指任何下凹的褶皱面弯曲．两侧相向倾斜褶皱形状千姿百态，但其基本形态不外乎有三种。褶皱构造剖面表示直立剖面水平剖面正交剖面（垂直枢纽方向）只有正交剖面才能反映褶皱的真正形态枢纽（二）背斜和向斜

当褶皱为已知地层层序的岩层所组成时，一般情况下，地层在地表对称重复出现。根据地层新老分布关系，将褶皱描述为：

背斜－核老翼新的褶皱

向斜－核新翼老的褶皱

核部核部翼部翼部翼部新

背斜（背形背斜）向斜（向形向斜）背形向斜向形背斜新上述两种描述分类组合成四种褶皱类型褶皱面向

是指在褶皱轴面上，垂直于褶皱枢纽地层变新的方向。枢纽褶皱轴面如果顺着轴面观察，在垂直枢纽方向往上变新，则褶皱称为上向构造；如果向下变新，称为下向构造。上向构造一般是指在正常地层层序基础上发育的，两翼岩层即可正常，也可倒转。正常层序勾形箭头指示倒转地层，普通箭头指着构造面向二、褶皱面的要素及描述术语三维空间中，对一个褶皱面的一些几何特征点，即褶皱面上某些特定位置的几何特征给予特定的描述术语，即褶皱要素。其中最常用的有下列几个要素：（一）翼和拐点1、翼：泛指褶皱面一个弯曲的两侧部分。2、拐点：相邻背形和向形的共用翼在横剖面上曲线由上凸变为下凹的连接点（曲线斜率为零），或平直翼上的中点。连接相邻正交剖面上拐点的线成为拐线。即划分单个褶皱的界线。3、两翼产状及褶皱的对称性对称褶皱：两翼等长或一组褶皱轴面与包络面垂直的褶皱。（包络面：一组褶皱或所有褶皱枢纽的切线面）不对称褶皱：两翼不等长，可分别描述为长翼和短翼。注意！褶皱对称性与两翼产状没有必然联系。两翼产状呈镜象对称褶皱两翼产状不等，不对称褶皱两翼产状呈镜象褶皱不对称两翼产状不等，对称褶皱包络面（线）水平面包络面是认识大型褶皱的重要手段：包络面A确定了褶皱面的总方位；而包络面B确定了Ⅰ、Ⅱ小区褶皱面的总方位。一级褶皱是对称的，二级褶皱不对称一级褶皱二级褶皱二级褶皱在横过一级褶皱轴面方向上的规律变化称为倒向。描述为：Ⅰ小区为“Z”形或右行倒向（降向），二小区为“S”形或左行倒向（降向）。009，Ⅱ小区左行倒向一级褶皱二级褶皱根据次级褶皱倒向的改变可以确定所在露头与相邻大褶皱的位置和性质（向斜或背斜）。4、褶皱规模

褶皱波长（W）、波幅（A）是度量褶皱规模的两个要素

波长(W)：指同一个褶皱面的一个周期波的长度（即两个相邻背斜或两个相邻向斜褶皱轴面之间的垂直距离）

波幅(A)：中间线(拐点线）与枢纽（或包络面）之间的距离。高

①对称褶皱横剖面中波长和波幅的测量方法：

波长(W)：测量同一褶皱面两个相邻同相位拐点之间的距离；也可测量该褶皱（背形或向形）两边轴面间的距离作为波长。波幅(A)：测量褶皱上、下两包络面之间垂直距离的一半，或者为枢纽至两翼拐点间连线的垂直距离波长（Wm）也可用①方法测定，或者在垂直轴面方向测量其波长（Wa）。这两种方法测得的波长数据关系是Wm=Wa·secθ。

②不对称褶皱横剖面中波长和波幅的测量方法：波幅（Am）也可用①方法测定。还可平行轴面方向上测量波幅（Aa）。二者关系为Am=Aa·cosθ。如果是周期性不对称波，中面不位于两个包络面中间，可用两个相隔拐点之间距离代表总波长（Wm),用包络面一半距离代表平均波幅（Am)；或将中面两侧的褶皱分别量度，假设都有各自完整的波形一般，这样总Wm=W／m/2+W／/m/2总Am=A／m/2+A／/m/2中面5、翼间角与褶皱的紧闭度翼间角：在正交剖面上量得的两翼切线的夹角，可以对褶皱紧闭程度作出定性的描述平缓褶皱

>120

开启褶皱

120-70

中常褶皱

70-30

紧闭褶皱等斜褶皱（二）转折端指褶皱面从一翼过渡到另一翼的弯折部位根据转折端的形态将褶皱描述为：根据转折端形态可以将褶皱描述为：膝折构造膝折带一组不对称尖楞褶皱常用膝折来描述，它不对称时，短翼由两个平直界面所限的窄带为膝折带。若是两个不同方向以固定角度交切为共轭膝折，或共轭褶皱圆弧褶皱尖棱褶皱实例举例箱状褶皱挠曲1、褶皱可描述为：

水平褶皱，枢纽倾伏角00-50倾伏褶皱，。。。。。50-850倾竖褶皱，。。。。。850-900（三）枢纽：单一褶皱面上最大曲率点的连线或轴面与褶皱面的交线为枢纽，一条枢纽往往表现为变化而有起伏。因此枢纽可以是直线和曲线。可以用线状构造要素测量和表达。枢纽可以多于一个，如箱状褶皱。水平褶皱倾伏褶皱2、倾伏端：倾伏褶皱在平面上表现为两翼通过转折端闭合，称作倾伏端。外倾转折内倾转折3、无枢纽褶皱穹窿、构造盆地（四）轴面和轴迹1、定义：轴面：－组相邻褶皱面中枢纽连成的面

轴迹：褶皱轴面与地面、图面或任何指定的面交线。轴面与褶皱面相交的轴迹就是枢纽。注意！轴面不等于两翼角的平分面2、轴面位态与两翼产状关系的描述术语倒伏方向：反映褶皱地质体的运移方向（五）脊和槽

1.定义：在褶皱的正交剖面上观察，同一褶皱面上背形的最高点称为脊；向斜的最低点称为槽

2、脊线：一个背形褶皱面最高点的连线称为迹线。对直立褶皱来说，脊线与枢纽一致。倒转褶皱不一致。枢纽脊水平面枢纽脊槽水平面3、轴隆和轴陷：脊线沿走向有高有低起伏时，其最高点代表背形的隆起部位，称为轴隆；最低部位称为轴陷。三、褶皱的分类（一）褶皱的位态分类根据轴面倾角与枢纽倾角的关系分为7种类型：类型轴面倾角枢纽倾伏角直立水平褶皱80—900—10直立倾伏褶皱80—9010—70倾竖褶皱80—9070—90斜歪水平褶皱20—800—10斜歪倾伏褶皱20—8010—70斜卧褶皱20—8020—80（侧伏角）平卧褶皱0—100—10褶皱位态分类简表(二）兰姆赛的褶皱形态分类兰姆赛对褶皱的形态分类是依据褶皱层的正交剖面形态。在褶皱中，某一岩层的形态与本层的上下界面的关系有关，特别是与这些界面的倾斜角的相对变化率有关。测定变化率并用以描述褶皱岩层的形状，可以从很多方面进行。1、岩层厚度

令平行轴面上下层面的距离为Tɑ；上下层面垂直距离为tɑ;前者为平行轴面的厚度，后者为真厚度。两者沿轴面度量是相等的，即Tɑ=tɑ，为分析和计算方便，可用下面两式表示tɑ／=tɑ/t0…②Tɑ／和tɑ／反映了随岩层倾角ɑ变化而变化以及他们之间的相互关系Tɑ／=Tɑ/T0…①下图一条曲线都代表上图每一褶皱翼上岩层厚度不同在空间的变化特点。上图褶皱1，两翼厚度相等，下图tɑ／两翼曲线合二为一；而上图褶皱2两翼厚度不等，tɑ／两翼曲线也不相同。同样Tɑ／也是如此。尽管两褶皱位态相同，但tɑ／与ɑ关系上，明显看出他们样式不同。在实际工作中，我们可以将测定的Tɑ／和tɑ／曲线与下图中的曲线比较，进而确定其褶皱的类型的归宿。如果做出来的Tɑ／和tɑ／曲线两翼不重合，那就说明，褶皱两翼厚度变化是不对应的或无序的，这种Tɑ／曲线和tɑ／曲线不重合的褶皱样式称为变异样式。顶薄顶厚平行相似过渡型2、等倾斜线概念：是指在褶皱正交剖面上，某一岩层的顶、底面上倾斜度的联线。它反映了相邻层面倾斜程度的变化情况，利用它的分布特征并结合其他参数能够对褶皱进行几何形态描述分类。，该分类不仅有形态意义，而且也放映了一些形成机制的特点。具体做法：1、在垂直褶皱枢纽的剖面或照片上，用透明纸描绘出褶皱的相邻弯曲面，同时，准确画出轴面（轴迹）2、将会好的图移置方格纸，是轴面直立，选择水平面为基准线（与轴面垂直）。然后每隔一定角度同时做相邻弯曲面的切线。3、用直线将相邻弯曲的面上等倾斜的切点连起来就是等倾斜线。等倾斜线做法岩层厚度向转折端变薄，顶薄褶皱岩层厚度相等，平行褶皱转折端比翼部略薄，过渡型褶皱Ⅰ类：等倾斜线向褶皱面内弧收敛，外弧曲率小于内弧。在细分为：3、三类五型分类法根据等倾斜线、岩层弯曲的垂直厚度（tɑ）和轴面厚度（Tɑ），把褶皱分为三大类五小类Ⅱ类Ⅲ类：等倾斜线向外弧收敛，外弧曲率大于内弧，顶厚褶皱Ⅲ类Ⅱ类：等倾斜线平行，内外弧曲率相等，平行轴面厚度不变，相似褶皱兰姆赛分类Ⅰb型平行褶皱和Ⅱ类相似褶皱为两种很典型的圆柱状褶皱几何模式：平行褶皱A区拉伸，形成正断层B没有断层C区压缩，形成逆断层相似褶皱特征平行褶皱相似褶皱单层厚度岩层真厚度相等；等厚褶皱，平行弯曲平行轴面厚度相等；顶厚褶皱，相似弯曲圆弧曲率具共同曲率中心，曲率半径由外向内变大没有共同曲率中心，曲率半径大致相等等倾斜线向核部收敛，呈扇形彼此平行，平行轴面深部变化有很大变化没有变化平行褶皱和相似褶皱特征的对比简表协调褶皱不协调褶皱在观察范围内，无论是相似褶皱或平行褶皱，各层照着某一层形态重复出现为协调褶皱。在观察范围内，褶皱各层形态发生变化时称为不协调褶皱不协调褶皱协调褶皱不协调褶皱在平行褶皱发育区特别普遍，因为这是平行褶皱几何学的必然结果。变质岩区常见的褶皱描述术语在岩层中孤立出现的褶皱，称为层内褶皱，因为它位于层间，也称为顺层掩卧褶皱北京西山东庄子背斜中的层内褶皱层内褶皱多为两翼紧贴的相似褶皱形态，轴面一般平行新生面理S1北京西山东庄子层内褶皱样式层内褶皱受强烈剪切和劈理置换作用被隔离开来，则称为无根褶皱或者钩状褶皱。北京西山磁家务寒武系中的无根褶皱

北京西山磁家务寒武系中的钩状褶皱肠状褶皱：呈肠状弯曲的小型流褶皱在变质岩，特别是混合岩地区发育。多为花岗伟晶质、长英质等脉体构成，属不协调褶皱。内蒙元古界中的肠状褶皱1、阿尔卑斯式褶皱（全形褶皱）一系列线状褶皱呈带状分布，褶皱轴走向与山脉大致平行，区域内背形和向形连续成波状、同等发育，布满全区。褶皱多成多级组合的复式褶皱，其次级褶皱的轴面呈扇形或反扇形，成为巨大的复式背斜或复式向斜。四、褶皱的组合形式全形褶皱特征据丹尼斯，19722、侏罗山式褶皱（隔档式或隔槽式褶皱）基底盖层滑脱面一般发育在山前地带，呈薄皮构造；等厚褶皱为主，常发育规模较大的断层，褶皱样式变化较大。代表性构造隔档式或隔槽式褶皱。隔档式与隔槽式褶皱，梳状褶皱很多地区，由一系列互相平行的背斜和向斜相间排列而成，有一定的延伸，但其中的背、向斜的形态特征和发育程度各不相同，组成隔档式或隔槽式褶皱。隔档式：背斜形态完整，窄而紧闭，其间相隔的向斜比较开阔隔槽式：向斜形态完整，窄而紧闭，其间相隔的背斜则平缓开阔，或呈箱状。3、日耳曼式褶皱（断续褶皱)该类构造发育于地层产状非常平缓的大型开阔褶皱（地台区），以穹窿和构造盆地为主，轮廓呈卵形或不规则的等轴状，还有长宽比超过10：1的短轴褶皱以及长形隆起等。有时呈雁列褶皱澳大利亚南部威尔佩奈帮德区地质图短轴背斜／构造鼻（地台盖层区）雁列式褶皱-平面表示阿特拉斯山褶皱冲断带与旁侧的雁列式褶皱五、叠加褶皱又称重褶皱，指已经褶皱了的层状地质体又发生了弯曲变形而形成的新褶皱。叠加褶皱几何形态非常复杂，是多次褶皱作用的几何效应互相复合或干扰的结果。通常称为干扰格式。兰姆赛将叠加褶皱分为三种干扰格式Ⅰ型、穹-盆相间构造两期褶皱均为直立褶皱，轴向大角度相交，呈“横跨”或“斜跨”，背形与背形叠加形成穹窿，向形与向形叠加出形成构造盆地，背向形处形成鞍部。平面上的干扰格式为穹-盆构造相间列的布局穹盆相间构造

Ⅱ型、新月形、蘑菇形

早期褶皱为紧闭等斜或平卧褶皱，晚期为直立褶皱，两者枢纽垂直、使早期褶皱轴面和枢纽弯曲而波状起伏。在露头上由于剥蚀作用的切割深度不同而呈现不同的几何形态，常有新月形、蘑菇形等图案

蘑菇形构造Ⅲ型、钩状闭合—共轴叠加早期褶皱为等斜或平卧褶皱，晚期为直立褶皱，两者枢纽一致、早期褶皱轴面和枢纽共同卷入后期褶皱，但枢纽不受干扰。在平面图上出现双重转折、钩状闭合的图案。叠加褶皱—试问谁能回答：褶皱在哪里？怎么叠加的？钩状闭合、共轴叠加六、褶皱的形成时间的确定1.角度不整合分析法褶皱什么时间形成？2、根据被卷入褶皱及改造褶皱的地质体的年龄来确定褶皱的形成时间

褶皱什么时间形成PγDK七、构造置换

一）、构造置换的概念：指岩石的一种构造在后期变形或递进变形过程中为另一种构造所代得现象。最常见是面状构造置换

二）、构造置换过程（1）岩石内部组构调整面状构造置换的基本特征是使岩石产生性的各向异性。如先存是定向组构被另一种所代替2、岩石物质层的换位如褶皱变形面被轴面劈理所置换可见构造置换过程中，物质层的换位与内部组构的调整是相辅相承的。密切相关的统一变形-变质作用的过程；从原始状态到最终状态要经历一系列递进发育的过程，因此在自然界可以看到构造置换程度不同的各种中间状态，从而提供了天然模型原始层理新生劈理近乎彻底的构造置换彻底的构造置换三）研究构造置换的意义变质岩区构造地质学和地质填图的核心问题是认识和对待构造置换，其中心是认识变质岩层状构造的属性，以及确定主期构造的变形面，因此，这是主要的填图对象。由于变形面的转换，相应地必须改变填图的准则和方法，例如，沉积岩准则改为构造地层准则。其次是分析构造发展的期次，查明构造演化史八、褶皱构造的图面表示

褶皱在地质图上表现，不仅与褶皱的形态、位态和规模有关，而且与地形有关。因而在不同的切面上可以露