构造地质学(7)

2019-01-03 16:08

图2-3-7 褶皱的平面形态(据刘德良等 1997)

Fig. 2-3-7 Surface patterns of folds A为线性褶皱; B为穹隆和构造盆地

3.圆柱状褶皱和非圆柱状褶皱:如果褶皱面上的所有各点都能找出平行于褶皱枢纽的线,称为圆柱状褶皱,平行枢纽的线则称为褶皱轴。不具备上述特征的褶皱称为非圆柱状褶皱。地壳中的大多数褶皱从整体上来看都是非圆柱状褶皱。 三、褶皱的分类 (一) 褶皱分类

在对褶皱的研究过程中,构造地质学家们一直试图对褶皱构造进行系统的分类,但到目前为止,远没形成综合褶皱各方面特征的统一分类方案。近年来,比较系统、便于使用而且通行的分类方案有两种。现简述如下: 1. 褶皱的位态分类

Rickard(1971)根据轴面倾角,枢纽倾伏角和侧伏角三个变量绘制出一个类似岩石命名分区图的三角投影网图,并根据三角网图内各项数据的规律变化,将三角投影网图划分为七个区,分别代表七种特征的褶皱类型(图2-3-8)。

Ⅰ. 直立水平褶皱 轴面近于直立(倾角80°-90°),枢纽近于水平(倾伏角0°-10°)(图2-3-8中Ⅰ区)。 Ⅱ.直立倾伏褶皱 轴面近于直立,枢纽倾伏角10°-80°(图2-3-8中Ⅱ区)。 Ⅲ.倾竖褶皱 轴面和枢纽近直立,倾角和倾伏角均为80°-90°(图2-3-8中Ⅲ区)

Ⅳ.斜歪水平褶皱 轴面倾斜(倾角10 °–80°),枢纽近于水平(倾伏角0°-10°)(图2-3-8中Ⅳ区)。 Ⅴ.平卧褶皱 轴面和枢纽均近水平,倾角和倾伏角0°-10°(图2-3-8中Ⅴ区)

图2-3-8 褶皱的位态分类 (据Richard, Ragan, 1973 及Hobbs et al., 1976 综合编绘)

Fig. 2-3-8 Fold classification with occurrence parameters (revised from Richard, Ragan, 1973; Hobbs et al., 1976)

Ⅰ-Ⅶ-褶皱产状类型分区;β-枢纽极点;A-轴面投影大圆;π-褶皱面的π圆(环带)

Ⅵ. 斜歪倾伏褶皱 轴面倾斜(倾角10°-80°),枢纽倾伏 (倾伏角10°-80°)(图2-3-8中Ⅵ区)。

Ⅶ 斜卧褶皱 轴面倾角和枢纽倾伏角均为10°-80°,倾向和倾伏向一致,倾角和倾伏角大致相等,枢纽在轴面上的侧伏角为80°-90°(图2-3-8中Ⅶ区)。

以上七类褶皱反映了轴面和枢纽产状的连续变化系列,因此包含了自然界可以出现的各种产状的褶皱。三角投影网图上所划分的七个区,分别代表七大类型褶皱产状的变化范围。图内各区范围的大小也大致反映出该类褶皱在自然界出现的几率大小及其过渡类型的一般变化规律,其中Ⅵ区范围最大,表明斜歪倾伏褶皱在地壳中最常见,它是产状变化最大的一类褶皱。 这一分类使对褶皱形态的研究从定性描述提高到半定量的水平,为应用统计方法分析褶皱形态和产状特征提供了条件。 2.根据岩层厚度和等倾斜线变化的褶皱分类

Ramsay(1967)根据横截面上褶皱岩层的厚度参数t和T以及等倾斜线的排列方式提出的褶皱分类方案。参数t称为正交厚度,指在横截面上岩层上下层面相同倾角(α)部位所作的与岩层面切线之间的垂直距离,因其随倾角α变化而变化,所以记作tα;而参数T称为轴面厚度,是与轴面平行的两条切线之间的距离,记作Tα。在轴面上,参数t和T为标准厚度,分别记作t0和T0。此处tα=Tα,等倾斜线是岩层上下层面具有相同倾角点的连线(图2-3-9),具体作法见(Ramsay, 1967)。 据此,可把褶皱分为三类五型:

Ⅰ类 褶皱的等倾斜线向内弧呈收敛状,内弧曲率总是比外弧大,Tα> T0(图2-3-9)。可细分为三个亚型: ⅠA型 等倾斜线向内弧呈强烈收敛状,各线长短差别极大,内弧曲率远比外弧大,tα> t0,为典型的顶薄褶皱。 ⅠB型 等倾斜线也向内弧收敛,并与褶皱面垂直,各线长短大致相等,tα= t0,内弧曲率仍大于外弧,为典型

的平行褶皱。

ⅠC型 等倾斜线向内弧轻微收敛,转折端等倾斜线比附近两翼的略长,反映两翼厚度有变薄的趋势,tα

图2-3-9 褶皱类型的等倾斜线特征(据Ramsay, 1976)

Fig. 2-3-9 Dip isogons of different types of folds (from Ramsay, 1976)

Ⅱ类 等倾斜线平行且等长,内弧曲率和外弧曲率相等,Tα= T0 tα

Ⅲ类 等倾斜线向外弧收敛,向内弧撒开,外弧曲率大于内弧曲率,Tα< T0,tα

在同一构造运动时期和同一构造应力作用下,成因上有联系的一系列背斜和向斜往往按一定的几何规律组合在一起,由此形成的总体褶皱样式称为褶皱的组合型式。褶皱的组合型式往往反映了区域性褶皱的成因、区域应变状态、大地构造属性及地壳运动性质等。从目前的研究结果来看,主要有三种类型的褶皱组合型式: 1.复背斜和复向斜

复背斜和复向斜是指褶皱内部岩层被一系列次级褶皱所复杂化的大型背斜褶皱构造和大型向斜构造。次级褶皱与主褶皱常有一定的几何关系,典型的复背斜和复向斜的次级褶皱轴面常常向主褶皱的核部收敛。而枢纽与主褶皱的枢纽平行。复背斜和复向斜在平面上往往为线性褶皱,并且限制在狭窄的地带中,是造山带内的主要褶皱样式。

2. 隔挡式褶皱和隔槽式褶皱

隔挡式褶皱又称梳状褶皱或侏罗山式褶皱,由一系列平行的线性背斜和线性向斜相间组成,其中背斜窄而紧闭,形态完整而清楚;背斜之间的向斜则开阔而平缓。隔槽式褶皱与前者相反,向斜紧闭且完整,呈线性排列,背斜则平缓而开阔。这两类组合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排列。隔挡式褶皱在欧洲侏罗山发育完美,通称侏罗山式褶皱。关于褶皱成因,一般认为是沉积盖层沿刚性基底上的较弱层滑脱变形或薄皮式滑脱的结果 3.日尔曼式褶皱

褶皱以卵圆形穹隆或拉长的短轴背斜为主,褶皱翼部倾角平缓,或近于水平,但是规模可以很大。它们可以独立出现,不伴有相间的向斜;可以成群展布,有规律地定向排列或无序排列。在褶皱的平面排列形式上,还可表现为平行线列式、雁列式、弧形线带式等,并且可以产出于以上各类褶皱组合区,只是变形强度有不同的差异而已。

四、褶皱成因分析

褶皱的千变万化与褶皱成因的复杂性密切相关。褶皱成因的研究是构造地质学的重要内容,主要目的在于了解侧应力、岩石的力学性质、变形环境等诸多因素在褶皱形成过程中的作用。 (一) 纵弯褶皱作用

受顺层挤压应力作用导致岩层弯曲而形成褶皱的作用称纵弯褶皱作用。其最大特征是岩层垂直轴向发生缩短。地壳水平运动是造成这类褶皱作用的主要条件,地壳中多数褶皱与这种褶皱作用有关。

纵弯褶皱作用的基本特点是:当一岩层(或一整套岩层粘结很牢作为一个整体)受到顺层挤压应力的作用发生弯曲变形时,层面弯曲的外凸一侧处于顺层拉伸状态,而内凹一侧处于顺层压缩状态,两者之间有一既不拉伸也不压缩的无应变的中和面或中性面(图2-3-10)。

当一套层状岩石受到侧向挤压时,岩层的物质运动方式、岩性的力学性质及组合特征,压扁作用对褶皱的形成和发育、褶皱样式及内部构造特征起着十分重要的作用。 1. 褶皱过程中的物质运动方式

在褶皱作用过程中,岩层的弯曲往往通过顺层简单剪切作用来调节,这种顺层简单剪切作用有两种方式:弯曲滑动和弯曲流动。

图2-3-10纵弯褶皱作用的应变特征(据Ramsay,1987)

Fig. 2-3-10 Strain patterns during flexural folding (from Ramsay)

(1) 弯曲滑动

如果简单剪切在褶皱岩层中不连续分布,也就是说,剪切面之间具有一定厚度时,称为弯曲滑动,如此形成的褶皱称为弯滑褶皱(图2-3-11a),这种作用也因此称为弯滑褶皱作用。其特征是: ①主要发生在较刚性岩层并且不同岩性层被明显层面分隔的情况下;

②在弯曲作用下,各单层虽有中和面,但整个褶皱没有统一的中和面,各弯曲岩层面呈平行关系,形成平行褶皱或同心褶皱。变形较强时,两个刚性岩层间易在褶皱转折端部位形成虚脱现象; ③弯曲滑动的结果,在岩层中形成同心剪切节理和旋转剪切节理(图2-3-12),在岩层面上形成垂直枢纽的擦痕。

2-3-11弯滑褶皱(a)和弯流褶皱(b)

Fig. 2-3-11 Flexural slip folding and flexural flow folding

(2) 弯曲流动

如果简单剪切在褶皱岩层中连续分布,也就是说,这一作用发生在颗粒尺度上,并导致物质流动时,则称为弯曲流动,也称为弯流褶皱作用。其特征为(图2-3-11b):

图2-3-12弯滑褶皱中的节理

Fig. 2-3-12 Joints formed during flexural slip folding

①大都发生在刚性层间塑性较大的岩层内(如泥岩、页岩、盐层、煤等)。

②在弯曲流动作用下,层内物质发生流动,流动方向一般以两翼向转折端,从而形成顶厚褶皱或相似褶皱; ③由于层内物质塑性流动,在塑性岩层中可以形成线理、叶理等小型构造,甚至形成层间小褶皱,多表现为一翼短、一翼长的不对称褶皱,轴面与相邻上下岩层面的锐交角指向相邻岩层的滑动方向


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