第八章褶皱的几何分析

第八章第八章 褶皱的几何分析褶皱的几何分析1 1 褶皱和褶皱要素褶皱和褶皱要素褶皱和褶皱要素褶皱和褶皱要素一、褶皱的基本类型一、褶皱的基本类型褶皱褶皱 面状构造（层面、面理）面状构造（层面、面理）的弯曲变形的弯曲变形1.1.在地层层序（新老关系）不清在地层层序（新老关系）不清的情况下分，的情况下分，背形背形：褶皱面向上弯曲；：褶皱面向上弯曲；向形向形：褶皱面向下弯曲；：褶皱面向下弯曲；2.2.在地层层序（新老关系）已知在地层层序（新老关系）已知的情况下分，的情况下分，背斜背斜：核部为：核部为老地层老地层，翼，翼部对称式的出现部对称式的出现新地层新地层；向斜向斜：核部为：核部为新地层新地层，翼部对称式的出现，翼部对称式的出现老地层老地层。新疆库车河新第三系褶皱新疆库车河新第三系褶皱新疆库车河新第三系褶皱新疆库车河新第三系褶皱美国加里福利亚州的褶皱美国加里福利亚州的褶皱美国加里福利亚州的褶皱美国加里福利亚州的褶皱1二、褶皱要素二、褶皱要素 1.核：褶皱的中心部分（最新或最老）核：褶皱的中心部分（最新或最老）地层地层 2.翼：核部两侧对称出现的地层翼：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枢纽：同一褶皱面上最大弯曲点的连线连线 4.轴面：褶皱各层枢纽连成的面轴面：褶皱各层枢纽连成的面(假想假想的面的面)5.转折端：褶皱面从一翼过渡到另一转折端：褶皱面从一翼过渡到另一翼的弯曲部分翼的弯曲部分 6.翼间角：正交剖面上两翼间的内夹翼间角：正交剖面上两翼间的内夹角角 7.脊线：同一褶皱面上最高点的连线脊线：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槽线：同一褶皱面上最低点的连线8.8.拐点：由向形向背形转折拐点：由向形向背形转折过渡过渡(公共翼上公共翼上)的几何点的几何点2一、正交剖面上褶皱的形态一、正交剖面上褶皱的形态一、正交剖面上褶皱的形态一、正交剖面上褶皱的形态 正交剖面正交剖面正交剖面正交剖面（横截面）（横截面）垂直褶皱枢纽的剖面垂直褶皱枢纽的剖面垂直褶皱枢纽的剖面垂直褶皱枢纽的剖面 1.1.1.1.按转折端的形态分类按转折端的形态分类按转折端的形态分类按转折端的形态分类 （1 1 1 1）圆弧褶皱）圆弧褶皱）圆弧褶皱）圆弧褶皱 （2 2 2 2）尖棱褶皱）尖棱褶皱）尖棱褶皱）尖棱褶皱 （3 3 3 3）箱状褶皱）箱状褶皱）箱状褶皱）箱状褶皱 （4 4 4 4）挠曲（膝折）挠曲（膝折）挠曲（膝折）挠曲（膝折）第二节第二节 褶皱的描述褶皱的描述3新第三系红层中的大型箱状褶皱新第三系红层中的大型箱状褶皱新第三系红层中的大型箱状褶皱新第三系红层中的大型箱状褶皱新疆库车克孜纳努尔新疆库车克孜纳努尔新疆库车克孜纳努尔新疆库车克孜纳努尔4(1)(1)平缓褶皱：平缓褶皱：180180120120(2)(2)开启褶皱：开启褶皱：1201207070(3)(3)中常褶皱：中常褶皱：70703030 (4)(4)紧闭褶皱：紧闭褶皱：30305 5(5)(5)等斜褶皱：等斜褶皱：5 50 02.2.按翼间角大小分类按翼间角大小分类53.3.按轴面产状分类按轴面产状分类 (1)(1)直立褶皱：轴面近直立，两直立褶皱：轴面近直立，两翼倾向相反，倾角近相等翼倾向相反，倾角近相等 (2)(2)斜歪褶皱：轴面倾斜，两翼斜歪褶皱：轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不相等倾向相反，倾角不相等 (3)(3)倒转褶皱：轴面倾斜，两翼倒转褶皱：轴面倾斜，两翼倾向相同，其中一翼地层倒转倾向相同，其中一翼地层倒转 (4)(4)平卧褶皱：轴面近水平，其平卧褶皱：轴面近水平，其中一翼地层倒转中一翼地层倒转 (5)(5)反卷褶皱：轴面弯曲的平卧反卷褶皱：轴面弯曲的平卧褶皱褶皱 6A.A.A.A.大型平卧褶皱大型平卧褶皱大型平卧褶皱大型平卧褶皱新疆中巴新疆中巴新疆中巴新疆中巴公路盖孜检查站公路盖孜检查站公路盖孜检查站公路盖孜检查站B.B.B.B.大理岩中的倒转褶皱新疆大理岩中的倒转褶皱新疆大理岩中的倒转褶皱新疆大理岩中的倒转褶皱新疆喀什奥依塔格喀什奥依塔格喀什奥依塔格喀什奥依塔格C.C.C.C.平卧褶皱北京西山平卧褶皱北京西山平卧褶皱北京西山平卧褶皱北京西山A AB BC C74.4.4.4.褶皱的对称性褶皱的对称性褶皱的对称性褶皱的对称性（1 1 1 1）对称褶皱：）对称褶皱：）对称褶皱：）对称褶皱：轴面与轴面与轴面与轴面与水平面或包络面垂直，水平面或包络面垂直，水平面或包络面垂直，水平面或包络面垂直，两翼长度基本相同。两翼长度基本相同。两翼长度基本相同。两翼长度基本相同。（2 2 2 2）不对称褶皱：）不对称褶皱：）不对称褶皱：）不对称褶皱：轴面轴面轴面轴面与水平面或包络面斜交，与水平面或包络面斜交，与水平面或包络面斜交，与水平面或包络面斜交，两翼长度不相同。两翼长度不相同。两翼长度不相同。两翼长度不相同。8弯滑作用弯滑作用弯滑作用弯滑作用下，当两硬层夹一下，当两硬层夹一软弱岩层时，则在上下硬岩层滑软弱岩层时，则在上下硬岩层滑动的力偶作用下，使薄层软弱动的力偶作用下，使薄层软弱（韧性）层产层间小褶皱可帮助（韧性）层产层间小褶皱可帮助我们确定层序倒转与否及背、向我们确定层序倒转与否及背、向斜的位置。斜的位置。方法是：新岩层总是向背斜方法是：新岩层总是向背斜转端滑动，老岩层则向反方向滑转端滑动，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，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的位置，也就知道了岩层正常与否。否。9 二、平行枢纽方向的褶皱形态二、平行枢纽方向的褶皱形态 1、枢纽产状：、枢纽产状：（1）水平褶皱：枢纽近水平，）水平褶皱：枢纽近水平，两翼地层走向平行两翼地层走向平行 （2）倾伏褶皱：枢纽倾伏，出）倾伏褶皱：枢纽倾伏，出现转折端现转折端 背斜：倾伏端，一般枢纽倾背斜：倾伏端，一般枢纽倾向封闭端，内部老地层向封闭端，内部老地层 向斜：扬起端，一般枢纽倾向斜：扬起端，一般枢纽倾向撒开端，内部新地层向撒开端，内部新地层 （3）倾竖褶皱：枢纽直立）倾竖褶皱：枢纽直立10倾伏褶皱倾伏褶皱(北美北美)向斜的扬起端新疆库车河向斜的扬起端新疆库车河向斜的扬起端新疆库车河向斜的扬起端新疆库车河112、褶轴：、褶轴：圆柱状褶皱：一轴线平行自身移动形成的弯曲面。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。旋转轴进行旋转而成。12 三、褶皱的平面形态三、褶皱的平面形态 1.1.等轴褶皱：长：宽等轴褶皱：长：宽 =1=1：1 1（穹隆、构造盆地）（穹隆、构造盆地）2.2.短轴褶皱：长：宽短轴褶皱：长：宽 =3=3：1 1 3.3.线状褶皱：长度远大于宽度线状褶皱：长度远大于宽度的褶皱的褶皱四、褶皱的大小（正交剖面上）四、褶皱的大小（正交剖面上）1.1.中间线：连接各褶皱面上拐中间线：连接各褶皱面上拐点的线点的线 2.2.波长：两个相间拐点之间的波长：两个相间拐点之间的距离（一个周期波的长度）距离（一个周期波的长度）3.3.波幅：中间线与与枢纽点之波幅：中间线与与枢纽点之间的距离。间的距离。13 3 3 褶皱的类型及褶皱的组合型式褶皱的类型及褶皱的组合型式一、褶皱的位态分类一、褶皱的位态分类（M.J.Rickard,1971）Reckard分类，根据分类，根据轴轴面倾角面倾角和和枢纽倾伏角枢纽倾伏角两两个要素，将褶皱分为七个要素，将褶皱分为七类。类。14Rickard Rickard 分类表分类表枢纽倾伏角枢纽倾伏角轴面倾角轴面倾角水水 平（平（0-10）倾倾 伏（伏（10-80）近直立（近直立（80-90）近直立（近直立（80-90）直立水直立水平褶皱平褶皱 直立倾伏褶直立倾伏褶皱皱 倾竖褶皱倾竖褶皱倾倾 斜（斜（10-90）斜歪水斜歪水平褶皱平褶皱 斜歪倾伏褶斜歪倾伏褶皱皱 斜卧褶皱斜卧褶皱近水平（近水平（0-10）平卧褶平卧褶皱皱上表只要抓住其命名原则，就不难记住。上表只要抓住其命名原则，就不难记住。上表只要抓住其命名原则，就不难记住。上表只要抓住其命名原则，就不难记住。命名原则是：命名原则是：命名原则是：命名原则是：轴面产状枢纽产状褶皱褶皱名称轴面产状枢纽产状褶皱褶皱名称轴面产状枢纽产状褶皱褶皱名称轴面产状枢纽产状褶皱褶皱名称15RickardRickard褶皱的分类特征褶皱的分类特征正确地反映褶皱三维空间形态和产状特征，避免前述正确地反映褶皱三维空间形态和产状特征，避免前述正确地反映褶皱三维空间形态和产状特征，避免前述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。二维空间对褶皱观察描述的偏面性。二维空间对褶皱观察描述的偏面性。二维空间对褶皱观察描述的偏面性。七个区代表大类型变化范围，各区面积大小，代表自七个区代表大类型变化范围，各区面积大小，代表自七个区代表大类型变化范围，各区面积大小，代表自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。然界中出现的机率。然界中出现的机率。然界中出现的机率。定量化描述，便于统计分析定量化描述，便于统计分析定量化描述，便于统计分析定量化描述，便于统计分析易观察某地区褶皱的产状变化规律易观察某地区褶皱的产状变化规律易观察某地区褶皱的产状变化规律易观察某地区褶皱的产状变化规律16斜歪水平褶皱斜歪水平褶皱斜歪水平褶皱斜歪水平褶皱(安徽泗县安徽泗县安徽泗县安徽泗县)大型平卧褶皱中巴大型平卧褶皱中巴大型平卧褶皱中巴大型平卧褶皱中巴公路盖孜检查站公路盖孜检查站公路盖孜检查站公路盖孜检查站17二、褶皱的形态分类二、褶皱的形态分类 1、几何学分类：、几何学分类：（1）平行褶皱（等厚褶皱、同）平行褶皱（等厚褶皱、同心褶皱）：心褶皱）：各褶皱面有同一曲率中心各褶皱面有同一曲率中心 （2）相似褶皱：各褶皱面具有）相似褶皱：各褶皱面具有相同的曲率相同的曲率 （3）底辟构造）底辟构造：A、高塑体膨胀、上升而成高塑体膨胀、上升而成 B、地表为穹隆或短轴背斜，地表为穹隆或短轴背斜，发育放射状、同心圆状断层发育放射状、同心圆状断层 C、高塑体为岩盐类时，高塑体为岩盐类时，称盐丘构造称盐丘构造18三、兰姆赛的褶皱几何分类三、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分类依据是根据褶皱横截面（面（）上褶皱层的等倾斜）上褶皱层的等倾斜线型式和厚度变化参数所反映线型式和厚度变化参数所反映的相邻褶皱面的曲率关系。的相邻褶皱面的曲率关系。等倾斜线的绘制：等倾斜线的绘制：在在的照片或横剖面图上，以的照片或横剖面图上，以实际水平线为基准；实际水平线为基准；以基准以基准线，按一定角度间隔（线，按一定角度间隔（1010，2020）作相邻褶皱的切线；）作相邻褶皱的切线；连接等斜切点即为等倾斜线。连接等斜切点即为等倾斜线。19兰姆赛的三类五型褶皱兰姆赛的三类五型褶皱类：类：A A 顶薄，等倾斜线强烈顶薄，等倾斜线强烈向内收敛，不等长向内收敛，不等长 B B 等厚，等倾斜线向内等厚，等倾斜线向内弧收敛，等长弧收敛，等长 C C 顶厚，等倾斜线向内顶厚，等倾斜线向内弧轻微收敛，不等长弧轻微收敛，不等长类：等倾斜线平行且相等，类：等倾斜线平行且相等，曲率相等，相似褶皱曲率相等，相似褶皱类：等倾斜线向外领、内类：等倾斜线向外领、内撒开、倒扇形、顶厚褶皱撒开、倒扇形、顶厚褶皱20顶厚褶皱顶厚褶皱(北京西山北京西山)相似褶皱相似褶皱相似褶皱相似褶皱(新疆塔什库尔干新疆塔什库尔干新疆塔什库尔干新疆塔什库尔干)21四、褶皱的组合型式和分布四、褶皱的组合型式和分布（一）阿尔卑斯式褶皱（一）阿尔卑斯式褶皱（AlpinotypeAlpinotype folds folds）又称全又称全形褶皱，基本特点是：形褶皱，基本特点是：褶皱呈线状成带展布，走向褶皱呈线状成带展布，走向与构造带一致；背向斜同等发育，与构造带一致；背向斜同等发育，布满全区。布满全区。不同级别的褶皱往往成复背不同级别的褶皱往往成复背斜和复向斜构造，是造山带强烈斜和复向斜构造，是造山带强烈地带主要构造样式。地带主要构造样式。复背斜和复向斜概念。复背斜和复向斜概念。22（二）侏罗山式褶皱（二）侏罗山式褶皱（Jura-type folds）又称过度型褶皱，其代表性又称过度型褶皱，其代表性构造是隔档式与隔槽式褶皱，隔档构造是隔档式与隔槽式褶皱，隔档式褶皱又称梳状褶皱。式褶皱又称梳状褶皱。其成因是沉积盖层在刚性基其成因是沉积盖层在刚性基底的软弱层上滑脱变形或薄皮滑脱底的软弱层上滑脱变形或薄皮滑脱的结果，属于造山带前陆的构造现的结果，属于造山带前陆的构造现象。象。我国湘、鄂西、黔北和川东我国湘、鄂西、黔北和川东发育外，在湘赣一带也广泛发育。发育外，在湘赣一带也广泛发育。（示图）（示图）23扇形复背斜、倒扇形复背斜扇形复背斜、倒扇形复背斜正扇形复背斜正扇形复背斜倒扇形复背斜倒扇形复背斜24（三）日尔曼式褶皱（三）日尔曼式褶皱（German-tpye folds）又称断续式褶皱：主要发育于又称断续式褶皱：主要发育于构造变形轻微的地台盖层中，以卵圆构造变形轻微的地台盖层中，以卵圆形穹隆，拉长的短轴背斜或长垣为主。形穹隆，拉长的短轴背斜或长垣为主。褶皱翼部产状很缓，甚至近水褶皱翼部产状很缓，甚至近水平，但规模很大，延长数十公里以外，平，但规模很大，延长数十公里以外，可以弧零地产出于水平岩层中，背斜、可以弧零地产出于水平岩层中，背斜、向斜发育不同等，展布无定向，有的向斜发育不同等，展布无定向，有的成群分布，呈雁行式排列。成群分布，呈雁行式排列。这类褶皱常产于北美地台上，这类褶皱常产于北美地台上，区域性巨大盆地中，在中国川中以及区域性巨大盆地中，在中国川中以及柴达木盆地之中也有类似褶皱。柴达木盆地之中也有类似褶皱。25五、叠加褶皱（五、叠加褶皱（Superimposed foldsSuperimposed folds）（一）叠加褶皱的三种基本型式（一）叠加褶皱的三种基本型式（兰姆赛，（兰姆赛，19671967）示图说明：示图说明：型：晚期褶皱最大应变轴（型：晚期褶皱最大应变轴（A A、X X、a1a1）或流动方向）或流动方向a2a2与早期褶皱的轴面与早期褶皱的轴面平行，两期褶皱的枢纽（中间应变轴平行，两期褶皱的枢纽（中间应变轴B B、Y Y、a2a2）方向不一致，一般呈大角度相交，）方向不一致，一般呈大角度相交，这种类型褶皱相当这种类型褶皱相当“横跨横跨”“”“斜跨斜跨”褶褶皱。皱。F1F1的轴面变形影响不大，而的轴面变形影响不大，而11再再褶皱，呈有规律的起伏，表现为穹盆相褶皱，呈有规律的起伏，表现为穹盆相间的构造，类似两个波叠加，波峰间的构造，类似两个波叠加，波峰+波峰波峰=峰更高，波谷峰更高，波谷+波谷波谷=谷更低，波峰谷更低，波峰+波波谷谷=中和，相当一个鞍部。中和，相当一个鞍部。26 型、型、型、型、a2s1a2s1a2s1a2s1（或大角相交）（或大角相交）（或大角相交）（或大角相交）B1b2B1b2B1b2B1b2成中等或成中等或成中等或成中等或大角度相交大角度相交大角度相交大角度相交F1F1F1F1常为紧闭或等斜的斜歪褶皱，平卧褶皱，常为紧闭或等斜的斜歪褶皱，平卧褶皱，常为紧闭或等斜的斜歪褶皱，平卧褶皱，常为紧闭或等斜的斜歪褶皱，平卧褶皱，S1S1S1S1与与与与翼一起褶皱，翼一起褶皱，翼一起褶皱，翼一起褶皱，B1B1B1B1也同时褶皱，形成平面上的新月型或也同时褶皱，形成平面上的新月型或也同时褶皱，形成平面上的新月型或也同时褶皱，形成平面上的新月型或蘑菇型褶皱。蘑菇型褶皱。蘑菇型褶皱。蘑菇型褶皱。27 型、共轴叠加褶皱，型、共轴叠加褶皱，a2s1a2s1成大角度相交，成大角度相交，但但B1b2B1b2。F1F1之之S1S1和两翼共同被褶皱，尤其在正交剖面上和两翼共同被褶皱，尤其在正交剖面上更为清楚，可出现双重褶皱或钩状闭合褶皱。更为清楚，可出现双重褶皱或钩状闭合褶皱。28