第四章-褶皱构造(二)课件

上一讲思考、讨论题简述褶皱的基本要素。简述褶皱的基本要素。褶皱的描述可以从哪几方面进行？褶皱的描述可以从哪几方面进行？RichardRichard分类方案依据是什么？划分为哪几种类分类方案依据是什么？划分为哪几种类型？有什么意义。型？有什么意义。简述简述RamsayRamsay提出的基于等倾角线的褶皱分类方案提出的基于等倾角线的褶皱分类方案及其意义？及其意义？三、同沉积褶皱三、同沉积褶皱同沉积褶皱：在盆地同沉积褶皱：在盆地中，中，与沉积作用相伴与沉积作用相伴生的褶皱构造生的褶皱构造伸展盆地伸展盆地三、同沉积褶皱三、同沉积褶皱挤压盆地挤压盆地第四节 叠加褶皱叠加褶皱：叠加褶皱：也称为重褶皱，是指已经褶皱的岩层再次弯曲而形也称为重褶皱，是指已经褶皱的岩层再次弯曲而形成的褶皱。原来褶皱面或轴面叶理作为褶皱面。叠加褶皱是确成的褶皱。原来褶皱面或轴面叶理作为褶皱面。叠加褶皱是确定岩石变形发生、发展先后顺序的重要依据，是查明岩石变形定岩石变形发生、发展先后顺序的重要依据，是查明岩石变形历史的关键。历史的关键。叠加褶皱的基本型式：叠加褶皱的基本型式：第一型第一型横跨叠加：第二期滑褶皱横跨叠加：第二期滑褶皱“横跨横跨”叠加于第一期水叠加于第一期水平直立褶皱上，其差异滑动方向与第一期的褶皱面平行。两平直立褶皱上，其差异滑动方向与第一期的褶皱面平行。两期褶皱轴近于直交。两期背形相叠加形成穹隆，两期向形叠期褶皱轴近于直交。两期背形相叠加形成穹隆，两期向形叠加处形成构造盆地。加处形成构造盆地。穹盆构造穹盆构造叠加褶皱的基本型式：叠加褶皱的基本型式：第二型：新月形、蘑菇形：第一期为平卧褶皱，第二期滑第二型：新月形、蘑菇形：第一期为平卧褶皱，第二期滑褶皱轴向与第一期褶皱轴垂直。褶皱轴向与第一期褶皱轴垂直。第四节 叠加褶皱叠加褶皱的基本型式：叠加褶皱的基本型式：第三型：共轴叠加；第二期滑褶皱第三型：共轴叠加；第二期滑褶皱“共轴共轴”叠加于第一叠加于第一期斜卧褶皱之上，第一期褶皱轴未发生波状弯曲，只是期斜卧褶皱之上，第一期褶皱轴未发生波状弯曲，只是两翼被再次褶皱成波状弯曲。所以在平行褶皱轴剖面上两翼被再次褶皱成波状弯曲。所以在平行褶皱轴剖面上难以见到叠加现象。但是在横剖面上，则出现明显两次难以见到叠加现象。但是在横剖面上，则出现明显两次转折图形。转折图形。第四节 叠加褶皱叠加褶皱的识别：叠加褶皱的识别：重褶现象：重褶现象：第四节 叠加褶皱叠加褶皱的识别：叠加褶皱的识别：倾竖褶皱群的发育：倾竖褶皱群的发育：第四节 叠加褶皱叠加褶皱的识别：叠加褶皱的识别：早期构造（线状、面状和褶皱）产状有规律地变化早期构造（线状、面状和褶皱）产状有规律地变化第四节 叠加褶皱第五节 褶皱作用l影响褶皱作用的主要因素影响褶皱作用的主要因素l纵弯褶皱作用纵弯褶皱作用l剪切褶皱作用剪切褶皱作用l横弯褶皱作用横弯褶皱作用l柔流褶皱作用柔流褶皱作用l压扁作用压扁作用l膝折膝折l底辟作用底辟作用l褶皱构造的观察与研究褶皱构造的观察与研究一、影响褶皱作用的主要因素一、影响褶皱作用的主要因素1、力学性质、力学性质2、厚度、厚度3、岩石结构（层理、叶理）及其、岩石结构（层理、叶理）及其均匀性均匀性层理发育程度与褶皱波长层理发育程度与褶皱波长岩性变化与褶皱的协调性岩性变化与褶皱的协调性4、温度、压力和应变速率温度、压力和应变速率5、力的作用方式力的作用方式1、岩层力学性质的影响、岩层力学性质的影响 当厚度相同岩性不同的地层受到相同的平行层当厚度相同岩性不同的地层受到相同的平行层当厚度相同岩性不同的地层受到相同的平行层当厚度相同岩性不同的地层受到相同的平行层的挤压力时：的挤压力时：的挤压力时：的挤压力时：能干层形成曲率小、波长大的平缓、开阔褶皱，非能干能干层形成曲率小、波长大的平缓、开阔褶皱，非能干层形成曲率大、波长小的紧闭褶皱。层形成曲率大、波长小的紧闭褶皱。能干层形成弯滑褶皱，非能干层形成弯流褶皱。能干层形成弯滑褶皱，非能干层形成弯流褶皱。能干层形成平行、等厚褶皱，非能干层形成相似、顶厚能干层形成平行、等厚褶皱，非能干层形成相似、顶厚褶皱。褶皱。在褶皱的转折端，能干层形成楔形扇状节理，非能干层在褶皱的转折端，能干层形成楔形扇状节理，非能干层形成反扇型劈理。形成反扇型劈理。2、厚度的影响、厚度的影响 当岩性相同厚度不同的地层受到相同的平当岩性相同厚度不同的地层受到相同的平当岩性相同厚度不同的地层受到相同的平当岩性相同厚度不同的地层受到相同的平行层的挤压力时：行层的挤压力时：行层的挤压力时：行层的挤压力时：厚岩层形成曲率小、波长大的平缓、开阔厚岩层形成曲率小、波长大的平缓、开阔厚岩层形成曲率小、波长大的平缓、开阔厚岩层形成曲率小、波长大的平缓、开阔褶皱褶皱褶皱褶皱薄岩层形成曲率大、波长小的紧闭褶皱薄岩层形成曲率大、波长小的紧闭褶皱薄岩层形成曲率大、波长小的紧闭褶皱薄岩层形成曲率大、波长小的紧闭褶皱3、岩石结构岩石结构岩石结构和构造对褶皱作用的影响岩石结构和构造对褶皱作用的影响对岩石力学性质的影响对岩石力学性质的影响对褶皱形成方式的直接影响对褶皱形成方式的直接影响4、温度、压力和应变速率的影响、温度、压力和应变速率的影响 温度、压力和应变速率的影响主要体温度、压力和应变速率的影响主要体现在对岩层力学性质的影响参见第三现在对岩层力学性质的影响参见第三章相关内容章相关内容5、外力作用方式、外力作用方式 平行层的挤压：纵弯褶皱作用平行层的挤压：纵弯褶皱作用平行层的挤压：纵弯褶皱作用平行层的挤压：纵弯褶皱作用垂直层的挤压：横弯褶皱作用垂直层的挤压：横弯褶皱作用垂直层的挤压：横弯褶皱作用垂直层的挤压：横弯褶皱作用垂直或与层有较大角度的有规律的剪切：垂直或与层有较大角度的有规律的剪切：垂直或与层有较大角度的有规律的剪切：垂直或与层有较大角度的有规律的剪切：剪切褶皱作用剪切褶皱作用剪切褶皱作用剪切褶皱作用二、纵弯褶皱作用二、纵弯褶皱作用 （一）单层纵弯褶皱作用一）单层纵弯褶皱作用1.纵弯褶皱作用：岩层受到顺层挤压力而形成褶皱的作用称纵弯褶皱作用：岩层受到顺层挤压力而形成褶皱的作用称为纵弯褶皱作用。为纵弯褶皱作用。2.单层纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用主波长理论：主波长理论：毕奥特（毕奥特（M.A.Biot，1957)和兰伯特（和兰伯特（H.Ramberg，1960）分别从理论上和实验上论述了纵弯褶皱用的形成机）分别从理论上和实验上论述了纵弯褶皱用的形成机制，提出主波长理论。制，提出主波长理论。J.G.Ramsay(1987)对褶皱发育的主对褶皱发育的主波长与褶皱层的厚度和粘度比的关系进行了理论分析。波长与褶皱层的厚度和粘度比的关系进行了理论分析。单层纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用主波长理论主波长理论岩层受力后，将发生弯曲；岩层受力后，将发生弯曲；有两个力来阻止它发生弯曲：刚性层自身的内聚力；有两个力来阻止它发生弯曲：刚性层自身的内聚力；围限介质的阻力。围限介质的阻力。单层纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用主波长理论主波长理论两个阻力限定褶皱波长向不同方向发展两个阻力限定褶皱波长向不同方向发展二、纵弯褶皱作用二、纵弯褶皱作用 （一）单层纵弯褶皱作用一）单层纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用主波长理论主波长理论主波长：岩层将按照最小功原理，达到主波长：岩层将按照最小功原理，达到1）做功最小；）做功最小；2）抵消二者的阻抗，而发生弯曲。此时所形成的褶）抵消二者的阻抗，而发生弯曲。此时所形成的褶皱的波长称为主波长（皱的波长称为主波长（Wi）。岩层最易形成这种褶）。岩层最易形成这种褶皱。皱。二、纵弯褶皱作用二、纵弯褶皱作用 （一）单层纵弯褶皱作用一）单层纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用主波长理论主波长理论主波长公式：主波长公式：纵弯褶皱的主波长纵弯褶皱的主波长与所受作用力的大与所受作用力的大小没有直接关系，小没有直接关系，而与强硬岩层的厚而与强硬岩层的厚度和强弱岩层粘度度和强弱岩层粘度比有关系。比有关系。d二、纵弯褶皱作用二、纵弯褶皱作用 （一）单层纵弯褶皱作用一）单层纵弯褶皱作用d单层纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用主波长理论主波长理论单层主波长与厚度的关系单层主波长与厚度的关系厚度二、纵弯褶皱作用二、纵弯褶皱作用 （一）单层纵弯褶皱作用一）单层纵弯褶皱作用d单层纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用主波长理论主波长理论单层主波长与粘度比的关系单层主波长与粘度比的关系粘度比值粘度比值50d二、纵弯褶皱作用二、纵弯褶皱作用 （一）单层纵弯褶皱作用一）单层纵弯褶皱作用d单层纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用主波长理论主波长理论单层主波长与粘度比的关系单层主波长与粘度比的关系粘度比值粘度比值10粘度比减小二、纵弯褶皱作用二、纵弯褶皱作用 （一）单层纵弯褶皱作用一）单层纵弯褶皱作用d二、纵弯褶皱作用二、纵弯褶皱作用 （二）多层纵弯褶皱作用（二）多层纵弯褶皱作用接触应变带接触应变带:在夹于软弱在夹于软弱岩层的强硬岩层发生褶岩层的强硬岩层发生褶皱时，其周围弱岩层发皱时，其周围弱岩层发生不同的效应，接近硬生不同的效应，接近硬岩层受到硬岩层影响而岩层受到硬岩层影响而一起弯曲，远离硬岩层一起弯曲，远离硬岩层时则弯曲变弱而消失的时则弯曲变弱而消失的范围称为接触应变带。范围称为接触应变带。（三）纵弯褶皱作用应变分析（三）纵弯褶皱作用应变分析单层岩石的纵弯褶皱作用单层岩石的纵弯褶皱作用平面应变平面应变中和面中和面线理产状线理产状伴生构造伴生构造纵弯褶皱作用应变分析纵弯褶皱作用应变分析多层岩石的纵弯褶皱作用多层岩石的纵弯褶皱作用弯滑和弯流褶皱作用是多层岩石在纵弯褶皱作用弯滑和弯流褶皱作用是多层岩石在纵弯褶皱作用下，在不同力学性质的岩层中的两种反应，但它下，在不同力学性质的岩层中的两种反应，但它们都是顺层剪切应变下变形的结果。们都是顺层剪切应变下变形的结果。平平面面应应变变弯滑褶皱作用弯滑褶皱作用 各各单单层层虽虽有有中中和和面面，但但整整个个褶皱没有统一的中和面；褶皱没有统一的中和面；各各岩岩层层的的厚厚度度在在垂垂直直层层面面方方向上保持不变，呈平行关系；向上保持不变，呈平行关系；由由于于层层间间滑滑动动，往往往往在在转转折折端形成空隙端形成空隙虚脱现象；虚脱现象；在在层层面面上上形形成成垂垂直直于于褶褶皱皱枢枢纽纽的的擦擦痕痕，在在褶褶皱皱翼翼部部产产生生旋旋转转剪剪节节理理和和同同心心状状剪剪节节理理、层间劈理和破碎带。层间劈理和破碎带。纵弯褶皱作用应变分析纵弯褶皱作用应变分析弯流褶皱作用弯流褶皱作用剪切方向或物质流动方向是外剪切方向或物质流动方向是外弧部分相对于内弧部分向褶皱弧部分相对于内弧部分向褶皱的转折端流动；的转折端流动；岩层的厚度在褶皱各部位不变；岩层的厚度在褶皱各部位不变；在脆性岩层之间的塑性层内，在脆性岩层之间的塑性层内，形成层间小褶皱和反扇形劈理；形成层间小褶皱和反扇形劈理；在褶皱正交剖面上，最大应变在褶皱正交剖面上，最大应变轴方向从两翼向转折端收敛呈轴方向从两翼向转折端收敛呈反扇形排列。应变强度与翼间反扇形排列。应变强度与翼间角大小有关，拐点处应变最强。角大小有关，拐点处应变最强。纵弯褶皱作用应变分析纵弯褶皱作用应变分析多层岩石的纵弯褶皱作用多层岩石的纵弯褶皱作用伴生构造伴生构造纵弯褶皱作用应变分析纵弯褶皱作用应变分析三、横弯褶皱作用三、横弯褶皱作用横弯褶皱作用横弯褶皱作用:岩层受到与岩层岩层受到与岩层面垂直的作用力面垂直的作用力影响形成的褶皱。影响形成的褶皱。作用力方向一般是作用力方向一般是垂向的。垂向的。盐岩底辟盐岩底辟地块差异升降地块差异升降横弯褶皱作用的特点：横弯褶皱作用的特点：被褶皱的岩层整体处于拉伸状态，各层都没有中和被褶皱的岩层整体处于拉伸状态，各层都没有中和面。面。三、横弯褶皱作用三、横弯褶皱作用三、横弯褶皱作用三、横弯褶皱作用横弯褶皱作用的特点：横弯褶皱作用的特点：横弯褶皱作用往往形成顶薄褶皱。横弯褶皱作用往往形成顶薄褶皱。当物质韧性较当物质韧性较强时，因垂向挤压与侧向拉伸导致物质由转折端向强时，因垂向挤压与侧向拉伸导致物质由转折端向两翼流动。两翼流动。横弯褶皱作用的特点：横弯褶皱作用的特点：在横弯褶皱作用中，在横弯褶皱作用中，如果如果岩层呈低韧性状态，在背岩层呈低韧性状态，在背斜顶部形成地堑。斜顶部形成地堑。如果是如果是穹形隆起，则可形成放射穹形隆起，则可形成放射状或环状正断层。状或环状正断层。如果基底大规模发生如果基底大规模发生隆起，隆起，盖层形成大规模挠曲。盖层形成大规模挠曲。三、横弯褶皱作用三、横弯褶皱作用横弯褶皱作用的特点：横弯褶皱作用的特点：在横弯褶皱作用过程中的流动作用及伴生构造。在横弯褶皱作用过程中的流动作用及伴生构造。三、横弯褶皱作用三、横弯褶皱作用四、剪切褶皱作用四、剪切褶皱作用剪切褶皱作用（滑褶皱作用）剪切褶皱作用（滑褶皱作用）作为褶皱面的各种面状构造仅作为反映滑动结果的作为褶皱面的各种面状构造仅作为反映滑动结果的被动标志，因此，又称之为被动褶皱作用。被动标志，因此，又称之为被动褶皱作用。切层剪切褶皱作用的主要变形特征包括：切层剪切褶皱作用的主要变形特征包括：不论剪切作用面与褶皱面斜交或垂直，形成的不论剪切作用面与褶皱面斜交或垂直，形成的一组透入性的面状构造（劈理、片理、片麻理一组透入性的面状构造（劈理、片理、片麻理等）都构成褶皱的轴面叶理。等）都构成褶皱的轴面叶理。从理论模式看，切层剪切作用为简单剪切变形，从理论模式看，切层剪切作用为简单剪切变形，剪切面平行于褶皱中每一点应变椭球的圆切面，剪切面平行于褶皱中每一点应变椭球的圆切面，每一点的应变都是平面剪切应变。每一点的应变都是平面剪切应变。四、剪切褶皱作用四、剪切褶皱作用切层剪切褶皱作用的主要变形特征包括：切层剪切褶皱作用的主要变形特征包括：厚度变化厚度变化相似褶皱（相似褶皱（类褶皱）。类褶皱）。无中和面。任一剪切面上所有各点的应变都是相等的。无中和面。任一剪切面上所有各点的应变都是相等的。剪剪切切面面上上剪剪切切作作用用方方向向与与岩岩层层的的关关系系：在在褶褶皱皱枢枢纽纽线线两两侧的剪切方向相反。侧的剪切方向相反。四、剪切褶皱作用四、剪切褶皱作用褶皱的形成条件是：褶皱的形成条件是：密集简单剪切面；密集简单剪切面；不均匀简单剪切作用。不均匀简单剪切作用。对于中浅变质岩区普遍发育的对于中浅变质岩区普遍发育的具有轴面劈理的褶皱而言，滑具有轴面劈理的褶皱而言，滑褶皱作用的贡献是很有限的。褶皱作用的贡献是很有限的。四、剪切褶皱作用四、剪切褶皱作用五、柔流褶皱作用五、柔流褶皱作用高塑性岩层（高塑高塑性岩层（高塑性体）受力的作用时，性体）受力的作用时，呈类似粘稠的流体而呈类似粘稠的流体而发生变形，形成形态发生变形，形成形态复杂、褶皱要素产状复杂、褶皱要素产状变化大、不协调性普变化大、不协调性普遍的流动褶皱。遍的流动褶皱。六、压扁作用六、压扁作用岩层在顺层挤压作用下，在压应力方向岩层在顺层挤压作用下，在压应力方向上岩层均匀缩短及垂直应力方向上岩层上岩层均匀缩短及垂直应力方向上岩层均匀加厚的效应称均匀加厚的效应称压扁作用压扁作用。压扁作用贯穿于整个褶皱作用过程中，压扁作用贯穿于整个褶皱作用过程中，按褶皱发育的不同阶段可分为按褶皱发育的不同阶段可分为前褶皱压前褶皱压扁作用、同褶皱压扁作用扁作用、同褶皱压扁作用和和后阶段压扁后阶段压扁作用。作用。前褶皱压扁作用前褶皱压扁作用 l岩层间的韧性差较小而平均韧性较大岩层间的韧性差较小而平均韧性较大时，前褶皱压扁作用显著，反之不显时，前褶皱压扁作用显著，反之不显著。著。六、压扁作用六、压扁作用同褶皱压扁作用同褶皱压扁作用 褶皱岩层内部各点的应变椭圆长轴方位逐渐旋转到褶皱岩层内部各点的应变椭圆长轴方位逐渐旋转到与轴面平行的方向上。与轴面平行的方向上。随着压扁作用的的增强，形成新的轴面叶理、使整随着压扁作用的的增强，形成新的轴面叶理、使整个褶皱从等厚向顶厚褶皱发展。个褶皱从等厚向顶厚褶皱发展。六、压扁作用六、压扁作用后褶皱压扁作用后褶皱压扁作用 岩层不再发生进一步岩层不再发生进一步的弯曲，出现平行轴的弯曲，出现平行轴面的新的面状构造面的新的面状构造（轴面叶理）和低韧（轴面叶理）和低韧性岩层（较刚性岩层）性岩层（较刚性岩层）被拉断形成石香肠构被拉断形成石香肠构造（或构造透镜体）造（或构造透镜体）和无根钩状褶皱。和无根钩状褶皱。六、压扁作用六、压扁作用七、膝折与膝折作用七、膝折与膝折作用膝折：褶皱两翼平直，且转折端呈膝折：褶皱两翼平直，且转折端呈尖棱状的褶皱。尖棱状的褶皱。不对称膝折不对称膝折对称膝折对称膝折共轭膝折共轭膝折膝折形成的条件：膝折形成的条件：多发育在弹性或粘弹性材料中；多发育在弹性或粘弹性材料中；岩性均一、岩石的成层性发育；岩性均一、岩石的成层性发育；岩层间的粘性较差，单层内部粘性较强；岩层间的粘性较差，单层内部粘性较强；层面上具有初始不规则。层面上具有初始不规则。膝折的形成膝折的形成膝折是通过围绕两翼交线（枢纽）的旋转和膝折是通过围绕两翼交线（枢纽）的旋转和层间滑动形成的。层间滑动形成的。八、底辟作用八、底辟作用底辟：底辟：地下深处的高塑性物地下深处的高塑性物质（岩盐、石膏或质（岩盐、石膏或岩浆等）在重力差岩浆等）在重力差异作用下，呈圆柱异作用下，呈圆柱状向上流动刺穿上状向上流动刺穿上覆岩层或覆岩层或使上覆岩使上覆岩层拱起，层拱起，形成底辟形成底辟构造。构造。九、褶皱的观察与研究九、褶皱的观察与研究1查明地层层序查明地层层序2观测褶皱的几何学特征观测褶皱的几何学特征3研究褶皱内部小构造研究褶皱内部小构造4确定褶皱的形成时代确定褶皱的形成时代本讲要点本讲要点影响褶皱作用的主要因素影响褶皱作用的主要因素叠加褶皱叠加褶皱褶皱成因褶皱成因纵弯褶皱作用纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用多层岩石的纵弯褶皱作用多层岩石的纵弯褶皱作用横弯褶皱作用、滑褶皱作用、柔流褶皱横弯褶皱作用、滑褶皱作用、柔流褶皱作用、膝折作用、压扁作用、作用、膝折作用、压扁作用、底辟作用底辟作用思考、讨论题思考、讨论题简述叠加褶皱的类型及其特征。简述叠加褶皱的类型及其特征。褶皱岩层的厚度与岩层粘度褶皱岩层的厚度与岩层粘度褶皱波长关系。褶皱波长关系。纵弯褶皱作用的基本特点，弯滑与弯流。纵弯褶皱作用的基本特点，弯滑与弯流。单层纵弯褶皱作用和多层纵弯褶皱作用的特征及其伴单层纵弯褶皱作用和多层纵弯褶皱作用的特征及其伴生构造。生构造。说明横弯褶皱作用、剪切褶皱作用的形成机制。说明横弯褶皱作用、剪切褶皱作用的形成机制。剪切褶皱作用的主要变形特征，形成剪切褶皱需要什剪切褶皱作用的主要变形特征，形成剪切褶皱需要什么条件？为什么自然界较少见到剪切褶皱？么条件？为什么自然界较少见到剪切褶皱？压扁作用及其在不同褶皱阶段的表现特征。压扁作用及其在不同褶皱阶段的表现特征。膝折的类型及形成条件。膝折的类型及形成条件。实习四 在地形地质图上求倾斜岩层产状、厚度及埋深（P253）实习五 分析褶皱地区地质图（P266）带铅笔、直尺、量角器等用品。