《构造地质学》教案

《构造地质学》教案第五章（7、8） 褶皱本章共2次课堂讲授：褶皱几何学、褶皱成因分析（一）褶皱几何学第一节 褶皱和褶皱要素基本类型背、向形和中性褶皱要素（轴面形态图）第二节 褶皱的描述横剖面与正交剖面转折端形态圆弧/尖棱/箱状/挠曲翼间角平缓/开阔/中常/紧闭/等斜枢纽直线或曲线状，受地形影响，水平直线状枢纽褶皱在平面地质图上也可以表现为闭合形态褶皱的大小波幅－中间线－枢纽波长－相同拐点之间的距离褶皱的对称性二翼不等长时为不对称褶皱，分为S、Z、M型（顺着枢纽倾伏方向观察）褶皱平面轮廓等轴——长宽比接近1；1，穹隆、盆地短轴——长宽比3：1线状——长宽比>>3：1第三节 褶皱方位分析褶轴及产状确定圆柱状褶被褶轴产状确定直接测量利用β图解轴面确定轴面是枢纽的连面对称轴面为褶皱两翼平分面也可以根据轴迹通过作图确定褶皱位态分类褶皱位态分类图解第四节 褶皱形态分类根据岩层厚度变化的分类平行褶皱相似褶皱根据各褶被面之间的几何关系协调褶皱不协调褶皱，底辟构造Ｒamsay褶皱形态分类等倾斜线方法三类五型意义：精确测定褶皱几何形态，查明细节，预测层内和层间褶皱样式的变化，帮助分析褶皱成因机制第五节 褶皱组合型式Ａlpino-type全型褶皱线状，带状分布、走向平行于构造带背、向同等发育，布满全区构成复背、向斜：正扇型或反扇型Jura-type过渡型隔挡／隔槽（梳状/箱状）背向斜发育强度不同产于造山带前陆滑脱作用薄皮构造Ｇerman-typefold卵圆形穹隆，短轴背斜／长垣断续发育于地台盖层中北美称作平原式褶皱独立产出或组合成雁列式第六节 叠加褶皱的基本型式三种基本型式（据Ｒamsay）第１型第２型第３型叠加褶皱野外观察叠加褶皱标志重褶新生构造规律弯曲二组面、线构造规律交切陡倾／倾竖褶被广泛发育大型叠加褶皱转折端第七节 褶皱剖面编制横（铅直）剖面、正交剖面、联合剖面（图９－４７）正交剖面偏制第一种方法第二种方法refertoRamsay１９８７平行褶皱的剖面编制原则：等厚，同一曲率中心相似褶皱剖面编制，轴面厚度不变（二）褶皱成因分析第一节 成因概述目的：了解褶皱多样的形态及组合特点，与其它构造的关系，区域展布及与地壳运动的关系，对矿产的控制规律内容：控制因素：侧压力，重力，岩石力学性质发育过程内部应变及与其它构造的内在联系形成方式分类（与受力状态、变形环境、岩层变形形为有关）据物质运动方式分类滑动流动与分析尺度有关e.g..品格滑动＝宏观滚动据作用力方式纵弯水平力横弯垂向力本章重点——纵弯第二节 纵弯褶皱作用顺层挤压／各向异性（层理）／韧性差／主波长单层褶皱的发育机制主波长理论（Ｂiot.60年代根据计算和实验提出）主波长与强岩层的厚度和强岩层与介质的粘度比有关，而与作用力无关Wi＝２πdWI——初始主波长，d——厚度，1——强层粘度系数，2——介质粘度系数岩层褶皱的阻抗来自：强层内部若形成最大可能的波长，则阻抗最小（图１０－３a）介质若形成最小波长褶皱，则阻抗最小（图１０－３b）故，二者调和，取其中间值（最小功原理）主波长理论表明：主波长与岩层初始厚度成正比，图１０－４与强层／介质粘度比（μ１／μ２）成正比二类极端情况：①μ１／μ２很大（如>５０）形成肠状褶皱（图１０－６）μ１／μ２小（<１０），形成尖圆褶皱，（10-7）用于解释基层与盖层的箱状褶皱多层岩层的褶皱发育多层岩层的褶皱发育形态影响因素：①能干性②相邻层的影响强度（包括强层间的距离和接触应变带的宽度）接触应变带的概念“硬层”褶皱对介质（褶皱）的影响范围。此带以外，介质为均匀缩短宽度＝ＷI图１０－８“硬层”间距的影响两“层”间隔远，互不影响，形成各自的特征波长褶皱两“层”间隔小，相互干扰，整个岩系不协调两“层”间隔小，但厚度、粘度比相同，形成协调褶皱两“层”间隔小，粘度比、厚度不同，形成复协调褶皱（－Ｄ）经压扁中小褶皱变为“S”“Z”及“M”型10-9μ１／μ２低n高（软层较厚）μ１／μ２低，n中等，褶皱形态明显，压扁后成压扁的平行褶皱μ１／μ２低，n低，普遍压扁μ１／μ２高，n高μ１／μ２高，n中，尖棱μ１／μ２高，n低，膝折第三节 纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造层的弯曲方式（模式）压扁－贯穿始终应变分布受控于平均韧性、韧性差应变分布控制小构造中和面褶皱作用μ１／μ２较大时，强岩层具有此种特征应变特征：平面应变１Ｂ平行式褶皱切向长度应变－外弧伸长，内弧缩短图１１b、１２a中和面－无应变面小构造发育－决定于变形时的韧性线理变位，图１０－１４Ａ、Ｂ１０－１４d——原直线弯曲变位，同时每一片断都有长度变化（线应变，均为伸长）顺层剪切作用10-15：应变椭圆示弯流作用，但流动是与小尺度的层间滑动实现的——与尺度有关10-16：卡片上划方格，得此模型。注意——无中和面特点：①平面应变；②１Ｂ平行线，但无中和面；③褶皱面为剪切面，相当“圆切面”——无应变。其上的线理变位为小圆（前图１０－１４Ｃ）；④正交剖面上，λ１呈“反扇形”，转折端处无应变，拐点处应变最强。弯流的次级小型构造韧性夹层：①擦痕⊥轴；②不对称小褶皱；③层间劈理②、③相当于小型顺层剪切带，与层面夹角反映剪应变量大小。脆性层：④层间破碎带；5、转折端虚脱－鞍状脉，矿（同１０－１８）弯流作用发生在韧性高的层中，以发育反扇形板劈理（或褶劈理）为特征。压扁flatting褶皱前的顺层压扁取决于韧性差和平均韧性。压扁作用可贯穿褶皱作用始终，也可无明显压扁（如肠状褶皱的硬层）褶皱前的压扁10-19顺层压扁与前图时比更复杂的应变型式褶皱后的压扁褶皱后的压扁①使ＸＹ面向轴面旋转；③中和面趋于消失；③形成轴面片理；④翼部变陡变薄；⑤转折端加厚，小褶皱⑥翼部石香肠纵弯褶皱中发育的劈理型式不同弯曲作用与压扁作用的联合，形成多种劈理型式。——取决于平均韧性和韧性差。E.g..典型（极端）现象－Ｒamsay高韧性差μ１》μ２强层：中和面褶皱，形成IB型，压扁后可成ＩC外侧拉张－顺层劈理外侧中和面拉张或正扁形张裂脉（脆性层）内侧压缩－正扁形劈理，压扁后可平行于轴面劈理与层面交角大，且较稀疏（内部应变相对于羽层为小）弱层：均匀压扁为特点远处－轴面劈理近强层处－复杂、特殊近强层内侧－强烈压扁（总压扁＋弯曲内侧附加压扁）束状（肠状fold内侧）Ⅲ型褶皱强层外侧－三角形／中性点与层面交角小，密集轴面劈理远离强层接触应变影响，应变特殊１０－２２轴劈顺层缩短束状无应变中性点低韧性差μ１>μ２，高的平均韧性·强层也缩短加厚·Ｗa（实际褶皱波长）<Ｗi（初始主波长）ＸＹ面近于⊥层理强层弯曲加大后，１＋e1轨迹成正扇形，而接触应变带内的软层成反扇形－劈理折射压扁继续，强层→尖圆形褶皱，“正扁形”向平行轴面方向旋转→轴面劈理无缩短强烈压扁近于平行轴面初始顺层缩短增强不同情况下劈理形式在强弱层间互时，强层－ＩＢ或ＩＣ型，+正扇形劈理可进一步发展成楔状张裂脉弱层－ＩＣ－Ⅲ型＋反扇形二者韧性差小，平均韧性高，易于形成轴面劈理。利用劈理层理关系确定地层正倒（１０－２５）利用劈理层理关系不能确定正倒（在重褶地区），但可帮助判断所处构造部位（同１０－２６）。交错层粒度层第四节 其它褶皱作用概述剪切褶皱作用发生于韧性较大的岩层中，如盐岩或韧性差极小的岩系中（地壳深部）层面不具有力学意义上的主动性（不均一性）岩层被动弯曲模型10-27剪切褶皱特点：剪切面上每一点为平面应变褶轴不一定平行于中间应变轴，只有当层面垂直于剪切方向时，二者才一致属于Ⅱ型相似式，平行于轴面方向上岩层厚度不变。顶加厚，翼减薄——不是物质流动引起，而是剪切效应无中和面。剪切面上各点应变相等二翼剪切方向相反，二侧ＸＹ面成反扇形－可能形成反扇形劈理（同１０－１１Ｄ）线理变位初始线理与滑动方向构成的大圆（直线有伸长和方位变化）图１０－１４Ｄ横弯褶皱作用作用力垂直于层面例如，基底断块升降（包括同沉积褶皱），底辟构造特点：整体拉伸、无中和面、应力轨迹（１０－２９）IＡ顶薄型－韧性顶部破裂形成地堑或放射／环状正断层（１０－３０）基底升降（断层作用），盖层可发育大型挠曲（１０－３１）同沉积褶皱中的特点和效应底辟作用形成盐丘、岩浆底辟、储油构造成因：密度倒置，力学不稳定，失稳，固态流动（向应力小处流动）失稳原因（对岩丘而言）：①上覆层厚度不等；②差异剥蚀；③盐层表面起伏不平；④水平挤压实验说明：橡胶薄膜钢塞流体（粘性体）固定孔洞典型盐丘构造：盐核：φ＝２－３km，边界陡立，下延数km，内部发育轴面，枢纽直立的复杂褶皱（10-33）围岩：顶部穹隆状隆起、发育正断层系，顶薄褶皱（１０－３０）外围翼部带向上卷起，甚至形成围绕盐核的向斜（９－２９，Ｐ１６４）柔流褶皱作用固态流变条件下，岩石具高韧性和低粘度，呈类似流体的粘滞性流动例如，①盐丘核部盐层的褶皱冰川中冰层的流动——“灯盏石”深变质岩、混合岩中常见柔流褶皱发育——对前述“肠状褶皱”（解释为岩层之间的韧型性差）的质疑层流和紊流——持续流动，类似流体柔流褶皱特点形态复杂，剪切褶皱作用紊流造成的图像更复杂，难以再造运动学图像。四、要求熟练掌握的基本概念和要点轴迹，枢纽/轴，斜卧褶皱，Alpino-type(Jura-type,German-type)fold,纵弯