第八章褶皱的几何分析课件

第八章褶皱的几何分析褶皱的概念:

褶皱是地壳中最基本的构造型式,是地壳中最引人注目的地质构造。褶皱是由岩石中原来近于平直的各种面(例如层理面)发生弯曲而显示的变形。

形成褶皱的变形面绝大多数是沉积岩的岩层面,而变质岩中的劈理、片理、片麻理以及岩浆岩中的原生流面也可变形褶皱弯曲。1

褶皱的规模褶皱的形状千姿百态,复杂多样。褶皱的规模差别极大,小到岩石手标本或显微镜下才能观察到的微型褶皱,大到只有在卫星照片上才能完整地观察到的区域性大型褶皱。2褶皱构造的研究意义:

理论意义:研究褶皱构造的形态、规模、分布、组合特征以及褶皱构造的形成方式和时代,对揭示一个地区地质构造的形成规律和发展历史具有重要意义.

实践意义:许多矿产在成因上与褶皱有关,矿体的产状和空间分布也与褶皱构造密切相关,有的矿体本身就是褶皱层。褶皱构造还对工程地质和水文地质有着不同程度地影响。褶皱构造的形成时间:

自古至今3第一节

褶皱和褶皱要素一、褶皱的基本类型1.在地层层序（新老关系）不清的情况下分，背形：褶皱面向上弯曲；两翼相背倾斜。向形：褶皱面向下弯曲；两翼相向倾斜。2.在地层层序（新老关系）已知的情况下分，背斜：核部为老地层，两翼为新地层；两翼相背倾斜。向斜：核部为新地层，两翼为老地层。两翼相向倾斜。4二、褶皱要素

1.核：褶皱的中心部分（最新或最老）地层

2.翼：核部两侧对称出现的地层

3.枢纽：同一褶皱面上最大弯曲点的连线4.轴面：褶皱各层枢纽连成的面5.转折端：褶皱面从一翼过渡到另一翼的弯曲部分6.翼间角：正交剖面上两翼间的内夹角7.脊线：同一褶皱面上最高点的连线槽线：同一褶皱面上最低点的连线8.拐点：由向形向背形转折过渡(公共翼上)的几何点9.轴迹轴面与地面或其他任何面的交线5一、正交剖面上褶皱的形态

正交剖面（横截面）－垂直褶皱枢纽的剖面

1.转折端的形态（1）圆弧褶皱（2）尖棱褶皱（3）箱状褶皱（4）挠曲（膝折）第二节褶皱的描述6新第三系红层中的大型箱状褶皱——新疆库车克孜纳努尔7(1)平缓褶皱：180°－120°(2)开启褶皱：120°－70°(3)中常褶皱：70°－30°(4)紧闭褶皱：30°－5°(5)等斜褶皱：5°－0°2.翼间角的大小83.轴面产状

(1)直立褶皱：轴面近直立，两翼倾向相反，倾角近相等

(2)斜歪褶皱：轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不相等

(3)倒转褶皱：轴面倾斜，两翼倾向相同，其中一翼地层倒转

(4)平卧褶皱：轴面近水平，其中一翼地层倒转

(5)反卷褶皱：轴面弯曲的平卧褶皱

9A.大型平卧褶皱—新疆中巴公路盖孜检查站B.大理岩中的倒转褶皱－新疆喀什奥依塔格C.平卧褶皱－北京西山ABC104.褶皱的对称性褶皱包络面:

与连续褶皱了的某一褶皱面相切的面(S0)。（1）对称褶皱：轴面与包络面垂直，两翼长度基本相同。（2）不对称褶皱：轴面包络面斜交，两翼长度不相同。11弯滑作用下，当两硬层夹一软弱岩层时，则在上下硬岩层滑动的力偶作用下，使薄层软弱（韧性）层产层间小褶皱可帮助我们确定层序倒转与否及背、向斜的位置。方法是：新岩层总是向上，且向背斜转端滑动，老岩层则向反方向滑动。先画出小褶皱的轴面，与主褶皱面所交锐角尖指示相邻居层相对滑方向，滑动方向一旦确定，根据上述原理就可推测背、向斜的位置，也就知道了岩层正常与否。12

二、平行枢纽方向的褶皱形态

1、枢纽产状：

（1）水平褶皱：枢纽近水平，两翼地层走向平行

（2）倾伏褶皱：枢纽倾伏，出现转折端

背斜：倾伏端，一般枢纽倾向封闭端，内部老地层

向斜：扬起端，一般枢纽倾向撒开端，内部新地层

（3）倾竖褶皱：枢纽直立13倾伏褶皱(北美)向斜的扬起端－新疆库车河142、褶轴：圆柱状褶皱：一轴线平行自身移动形成的弯曲面。非圆柱状褶皱：凡不属于上述特征的褶皱，其中有一特殊类型即圆锥状褶皱。它是由一轴线一端固定，以某一角度绕旋转轴进行旋转而成。15

三、褶皱的平面形态

1.等轴褶皱：长：宽近等于

1：1（穹隆、构造盆地）

穹隆:

长：宽近等于1：1的背斜。构造盆地:长：宽近等于1：1的向斜。

2.短轴褶皱：长：宽近等于3：1褶皱。

3.线状褶皱：长度远大于宽度的褶皱。如10:1,这是一种狭长形的褶皱。

16四、褶皱的大小（正交剖面上）

1.中间线：连接各褶皱面上拐点的线

2.波长：两个相间拐点之间的距离（一个周期波的长度）

3.波幅：中间线与与枢纽点之间的距离。

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第三节褶皱的分类一、褶皱的位态分类根据轴面倾角和枢纽倾伏角两个要素，将褶皱分为七类。NNNNNNN轴面倾角枢纽倾伏角20909080100700ⅦⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅠⅡⅢⅣⅤⅥ直立水平褶皱直立倾伏褶皱倾竖褶皱斜歪倾伏褶皱平卧褶皱斜歪水平褶皱斜卧褶皱181.直立水平褶皱(I):

轴面近于直立(80－90°),枢纽近于水平(0－10°)。

2.直立倾伏褶皱(II):

轴面近于直立(80－90°),枢纽倾伏角为10－80°。

3.倾竖褶皱(III):

轴面和枢纽均近直立(轴面倾角和枢纽倾伏角均为70－90°),。4.斜歪水平褶皱(IV):

轴面倾斜(20－80°),枢纽近于水平(0－10°)。

5.斜歪倾伏褶皱(V):

轴面倾斜(倾角20－80°),枢纽也倾伏(倾伏角10－70°),但二者倾向和倾角均不一致。

6.平卧褶皱(VI):

轴面和枢纽都近于水平(轴面倾角和枢纽倾伏角均为0－20°)。7.斜卧褶皱(VII):

轴面倾角和枢纽倾伏角均为10－80°,而且二者倾斜基本一致倾斜角度也大致相等。19Rickard分类表枢纽倾伏角γ轴面倾角α水平（0°-10°）倾伏（10°-70）近直立（70°-90）近直立（80°-90）Ⅰ直立水平褶皱Ⅱ直立倾伏褶皱Ⅲ倾竖褶皱斜歪（20°-80）Ⅳ斜歪水平褶皱Ⅵ斜歪倾伏褶皱Ⅶ斜卧褶皱近水平（0°-20）Ⅴ平卧褶皱上表只要抓住其命名原则，就不难记住。命名原则是：轴面产状＋枢纽产状＋褶皱＝褶皱名称20Rickard褶皱的分类特征①正确地反映褶皱三维空间形态和产状特征，避免前述二维空间对褶皱观察描述的偏面性。②七个区代表大类型变化范围，各区面积大小，代表自然界中出现的机率。③定量化描述，便于统计分析④易观察某地区褶皱的产状变化规律21二、褶皱的形态分类

1、几何学分类：（据褶皱层的厚度变化及各层之间的几何关系）1）平行褶皱(等厚褶皱、同心褶皱)

①各褶皱面作平行弯曲。②同一褶皱层的厚度在褶皱各部分一致。③弯曲的各层具有同一曲率中心。由中心向外，褶皱面的曲率半径逐渐增大，曲率变小，岩层变缓。平行褶皱的形态随深度的变化而变化。顺轴面向下，褶皱面的弯曲越来越紧闭，甚至成为尖顶状背斜。该类褶皱延深有限。与弯滑褶皱作用有关22

2）相似褶皱①各面曲率相同，没有共同的曲率中心；②褶皱的形态随着深度的变化保持不变；③各褶皱层的厚度发生有规律的变化，两翼变薄，转折端加厚；④平行轴面的厚度在褶皱各部位保持一致。23

3）底辟构造：

①高塑体膨胀、上升而成

②地表为穹隆或短轴背斜，发育放射状、同心圆状断层

③高塑体为岩盐类时，称盐丘构造④高塑体为岩浆时称岩浆底辟24盐丘构造的形成过程252、兰姆赛的褶皱几何分类(J.G.Ramsay,1967)分类依据是根据褶皱横截面（⊥β）上褶皱层的等倾斜线型式和厚度变化参数所反映的相邻褶皱面的曲率关系。等倾斜线的绘制：1)做褶皱横截面图。2）在褶皱横截面图上，水平线为基准线，按一定角度间隔（10°，20°…）作相邻褶皱的切线；3）连接等斜切点即为等倾斜线。26褶皱层的厚度变化用褶皱翼部岩层厚度（ta）与枢纽部位的厚度（t0）之比（t′）来表示：

t′=ta/t0

（t0）是褶皱轴面直立时倾角为α的翼部厚度，是褶皱层上下界面等倾斜切线间的垂直距。以某一褶皱层不同倾角处的厚度比（t′）作图，将各点用圆滑曲线相连。该曲线就反映了褶皱层厚度变化特征。27ⅠCⅠAⅠBⅡ

Ⅰ类：等倾斜线向内弧呈收敛状,内弧曲率总是比外弧大。

ⅠA型—等倾斜线向内弧收敛，长度差别大，内弧曲率大，顶薄褶皱

ⅠB型—等倾斜线向内弧收敛，垂直层面，长度大致相等，内弧曲率大，平行褶皱、等厚褶皱

ⅠC型—等倾斜线向内弧微收敛，长度差不大，内弧曲率稍大，过渡型褶皱

Ⅱ型—等倾斜线平行且相等，内、外弧曲率相等，相似褶皱

Ⅲ型—等倾斜线向外弧微收敛，长度差不大，外弧曲率稍大，顶厚褶皱Ⅲ28顶厚褶皱(北京西山)相似褶皱(新疆塔什库尔干)29第四节褶皱的组合型式在地壳的一定范围内,褶皱都不是孤立存在的,它们多是以不同形态、不同规模、不同级次以一定的组合型式展布。在成因上有联系的一系列背斜和向斜组成的具有一定几何规律的褶皱的总体样式,称为褶皱的组合型式。研究褶皱的组合型式对探讨和研究褶皱发育地壳的大地构造属性、褶皱的形成机制、区域应变状况、地壳运动性质具有重要意义。根据褶皱的组合样式可分为：阿尔卑斯型褶皱(Alpino-typefolds):侏罗山式褶皱(Jura-typefolds)、和日尔曼式褶皱(German-typefolds)。30一阿尔卑斯式褶皱（Alpinotypefolds）

又称全形褶皱，基本特点是：褶皱呈线状成带展布，走向与构造带一致；背向斜同等发育，布满全区。不同级别的褶皱往往成复背斜和复向斜构造，是造山带强烈地带主要构造样式。31复背斜和复向斜概念。

组成复背斜和复向斜的次级褶皱大多是较紧闭的,从复背斜核部到两翼,常由直立褶皱变为斜歪褶皱、倒转褶皱、甚至成平卧褶皱。所以,次级褶皱的轴面常常呈有规律的排列;如果复背斜的次级褶皱轴面向核部收敛,则形成扇形复背斜;复向斜中次级褶皱的轴面向核部收敛,则形成倒扇形复向斜。32二侏罗山式褶皱（Jura-typefolds）又称过渡型褶皱;侏罗山式褶皱的代表性构造是隔档式褶皱和隔槽式褶皱。隔档式褶皱又称梳状褶皱,由一系列平行排列的背斜和向斜构造组成,其特征是背斜窄而紧闭,发育完整,在平面上呈线状延伸;向斜则平缓开阔;中国四川东部的的北北东向褶皱就是这类褶皱的典型实例。隔槽式褶皱由一系列平行排列的背斜和向斜构造组成,其特征是与隔档式褶皱相反,向斜窄而紧闭,发育完整,在平面上呈线状延伸;背斜则平缓开阔,剖面形态常呈箱状,中国黔北－湘西一带的北北东向褶皱就是这类褶皱的典型实例。33隔档式和隔槽式这两类组合型式的褶皱的共同特点是

背斜和向斜的变形强度不同,较紧闭的褶皱和较开阔的褶皱相间平行排列。这种类型的褶皱因其在欧洲的侏罗山发育完美而称其侏罗山式褶皱。其成因是沉积盖层沿刚性的基底上底软弱层滑脱变形而形成的。34三日尔曼式褶皱（German-typefolds）又称断续褶皱;这类构造发育于构造变形较微弱的地台盖层中,以卵圆形的穹隆构造、构造盆地褶皱群体分布为特征。穹隆构造和构造盆地的翼部岩