第10章 褶皱的形成作用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第十章 褶皱的形成作用,丰富多姿的褶皱形态,灰岩中的等厚褶皱,北京西山大理岩中相似的平卧褶皱,瑞士,Alps,Morcles,平卧褶皱,褶皱中的轴面劈理,北京大灰厂奥陶系灰岩与白云岩互层中的不协调褶皱,是什么因素控制着褶皱的形态，大小以及褶皱间及褶皱和其它构造的相互关系？,形成褶皱的变形机制（,deformation mechanism,）有哪些？,如何从天然褶皱变形岩石中确定褶皱形成机制，进而为建立区域构造和地壳演变史和应用研究服务？,褶皱作用的基本概念,褶皱的形成方式与其受力状态、变形环境及岩层的变形行为密切相关。从褶皱过程中岩层的变形行为来看，可把褶皱分为,主动褶皱,和,被动褶皱,两类。,主动褶皱,当各岩层的,力学性质,和,层理,积极地控制着褶皱的发育时，这种褶皱称为,主动褶皱,。,被动褶皱,当各层岩石间的,韧性差,很小，层理在褶皱变形中不再具有力学上的不均一性，而只是被动地作为变形的标志，这种褶皱称为,被动褶皱,。,褶皱作用的基本类型,纵弯褶皱作用,横弯褶皱作用,剪切褶皱作用,柔流褶皱作用,褶皱的形成机制,第一节,纵弯褶皱作用,又分为弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用。,（,1,）弯滑褶皱作用,一系列岩层通过层间滑动而弯曲成为褶皱的过程,1.,岩层受到顺层挤压作用而形成褶皱。一般认为岩层在褶皱前处於初始的水平状态,所以纵弯褶皱作用是地壳受水平挤压的结果。岩层间的力学性质差异在褶皱形成中起著主导作用。,2.,如岩系中各层力学性质很不一致,则在顺层挤压下,强硬层就会失稳而发生正弦曲线状弯曲,形成等厚褶皱,相对软的层作为介质,在均匀压扁的同时被动地调整和适应由强硬层引起的弯曲形态。进一步挤压下,强硬层的褶皱变得越紧闭,可使翼部被压扁而成,IC,型褶皱。,3.,如岩系中各层,力学性质差异,较小且,平均韧性,较大,则强和弱的岩层在褶皱的同时共同受到总体的压扁,可形成,IC,型到,3,型的褶皱。纵弯褶皱的轴面垂直挤压方向,褶轴与中间应变轴一致。,一、,中和面褶皱作用,(1),中和面：褶皱面中部的无应变面,(2),平行褶皱轴的方向无拉伸作用,(3),褶皱各处垂直层面的厚度不变，平行褶皱,(4),外弧深长，内弧压缩，应变量大小与离中和面的距离成正比,(5),应变椭球体在外侧平行层面排列，内侧垂直层面,呈扇型排列,(6),形成不同类型的小构造：,A.,外侧岩层变薄，形成平行层理的劈理，垂直层面、扇型排列的楔形张裂隙,B.,内侧岩层加厚，形成扇型劈理，小褶皱，逆冲小断层,(7),继续挤压，中和面向外侧迁移，直至不存在,中和面褶皱作用,平行褶轴方向为中间应变轴，等厚褶皱，外侧拉伸内侧压缩，具中和面,背斜内弧受压，形成劈理或逆断层，中和面向外迁移,背斜顶部受拉伸，形成张裂，中和面向内移动多层褶皱中内弧的压缩,纵弯褶皱作用,又分为,弯滑褶皱作用,和,弯流褶皱作用。,二、弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用。,基本特点,（,1,）变形是围绕褶皱轴的弯曲，褶皱面上或层内的透入性薄层之间都作垂直褶皱轴的简单剪切作用，任一点的中间应变轴都与褶皱轴平行，所以褶皱是平面应变。,（,2,）褶皱面为剪切面，相当于应变椭球体的圆切面，其上无应变。,（,3,）在垂直褶皱轴的正交剖面上，可以看到最大应变主轴（,1,）,的排列从两翼向转折端收敛，即呈反扇形排列。应变强度在褶皱的拐点处最大，在转折端处最小，可忽略不计。,（,4,）因为是顺层的剪切滑移，所以垂直层面的厚度保持不变，形成,IB,型平行褶皱。,弯滑,褶皱作用 平行褶皱,平行褶皱,弯流褶皱作用,二、纵弯褶皱内的应变分布型式与小型构造,中和面褶皱作用：层的切向长度变化而引起的单层弯曲,弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用,压扁作用,纵弯褶皱作用,2,顺层剪切作用,弯滑褶皱及其伴生构造,三,.,纵弯褶皱中发育的劈理,（,1,）高韧性差：,A.,远离强岩层处，形成与褶皱轴面平行的劈理,B.,在强岩层附近，围绕强岩层形成劈理,C.,在强岩层内部，外侧受顺层拉伸，形成顺层劈理、垂直层理的张裂隙张裂隙内侧受压缩，形成正扇形劈理、轴面劈理,（,2,）低韧性差：,A.,褶皱前，顺层缩短而加厚,B.,褶皱幅度小时，压扁面垂直层面,C.,变形继续，强岩层中正扇形劈理；软岩层中,反扇形劈理,D.,变形再继续，发育轴面劈理,接触应变带与无应变三角区,小图分析,根据,A,图中断层及其旁侧构造，用箭头标注断层的相对错动方向，说明其断层类型。根据,B,图标志层中的原生和次生构造，恢复褶皱形态（用虚线）。,判断岩层顶、底，并指出岩层是正常层序，还是倒转层序,请分析褶皱形态,并用虚线画出,。,请分析剖面图中有褶皱存在吗？它应是什么形态，用虚线画出。,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。,四、褶皱的发育,1,、单层褶皱的发育,在粘性介质中粘性较大的粘性板的褶皱的初始主波长,Wi,为：,式中：,d,强岩层的厚度；,1,、,2,强岩层、弱岩层（介质）的粘度,1,2,(,一,),单层褶皱的发育机制,岩层褶皱的阻抗来自强硬层内部和相邻的软弱层,强硬层内部，趋于形成大波长,软弱层，阻止大波长形成,根据最小功原理，褶皱波长为二者之间的调和中间值,控制褶皱形态的影响因素,各层的能干性,相邻层互相影响,强层间的距离,接触应变带的宽度,接触应变带与强硬层间距,规则互层岩系的褶皱,令：,n=d2/d1,d1,硬层厚度,d2,软层厚度,12,1,硬层粘度,2,软层粘度,由此可见：,（,1,）褶皱的主波长与所受作用力的大小无关，与强岩层的厚度及其层与介质的粘度有关。,（,2,）褶皱的主波长与褶皱层的原始厚度,d,成正比。,当岩层与介质比（,1,/,2,）,为,常数,时，厚度大的岩层波长大，数量少；厚度小的岩层波长小，数量多而紧闭。,（,3,）褶皱的主波长与强岩层和介质的粘度比的立方根成正比。,A,、,强岩层与介质能干差大时，宽缓褶皱,顶角变小,香肠构造,B|,、,强岩层与介质能干差小时，顺层缩短,岩层加厚,圆弧褶皱,压扁褶皱,当,/,0,50,时，形成肠状褶皱,当,/,0,10,时，形成肿缩式褶皱,当,=,0,时，只有顺层均匀缩短，而不会发生褶皱。,2,、多层岩层的褶皱发育机制,（,1,）接触应变带：强硬岩层发生褶皱时，软岩层会发生不同的构造反映，形成的变形带。,（,2,）硬岩层间距对褶皱形态的影响：,A.,相隔很远，互不影响各自波长，形成不协调褶皱,B.,间距较小，均在接触应变带之内，相互影响。,多层纵弯褶皱作用,假设四层岩石的粘度分别为：,1,2,3,4,，,那么有如下情况,:,不同能干性岩层的褶皱形态,(,1,2,3,4,5,),当,1,4,时 即岩石能干性差达最大，则分布在软弱基质中最能干的强硬层形成肠状褶皱。,肠状褶皱,当,3,4,时 因两者之间能干性差最小，故形成尖园褶皱或肿缩式褶皱。,尖园褶皱,当,2,与,4,之间的能干性差居中，则形成平行褶皱或相似褶皱。,当各岩层厚度都比较小且粘度比较大时,各层应变相互影响,总体上形成不协调褶皱或,S,、,M,、,Z,褶皱。,强硬层间相对距离对褶皱形态的影响,。,不协调褶皱,不协调褶皱或,S,、,M,、,Z,褶皱,五,.,压扁作用,（,1,）平均韧性大，弯曲之前发生，一直延续到变形后,（,2,）韧性差大，弯曲前可以不发生顺层压扁，形成香肠状褶皱,（,3,）褶皱前的顺层压扁，岩层缩短加厚，压扁面垂直于层理,（,4,）褶皱后的压扁作用，压扁面向轴面旋转，形成轴面劈理,第二节 剪切褶皱作用,其特征为：,1.,剪切面是无应变面,2.,剪切面平行与褶皱轴面,3.,平行轴面岩层厚度变形前后不变（相似褶皱）,4.,在褶皱中无中和面,5.,轴面两侧的相对剪切方向相反,6.,成直线派历代线理，可能发生改变,第二节 横弯褶皱作用,特点,：,1.,垂直层面的外力作用，形成的褶皱,2.,岩层处于拉伸状态，无中和面,3.,顶薄褶皱，背斜顶部形成地堑；穹隆顶部有放射状或同心圆状断层,4.,背斜顶部岩层变薄，向两侧流动，岩层变厚,底辟作用,：,地下岩盐、石膏、粘土、岩浆等低粘性、易流动的物质，在浮力的作用下向上流动，部分刺穿上部岩层，使上覆岩层拱起而形成的构造（岩丘、岩浆底辟）,盐核,直径,km,，边界陡立，下延数km,，内部发育轴面和枢纽陡立的复杂褶皱,围岩,顶部穹隆状隆起、发育正断层系，褶皱形态为,1A,型顶薄褶皱外围的翼部地带向上卷起，甚至形成围绕盐核的向斜,大多数褶皱是在岩层形成后受力变形而形成的。但是，也有一些褶皱是在岩层沉积的同时逐渐变形而形成的，这类褶皱称为同沉积褶皱（生长背斜）。,具有：,褶皱两翼的倾角一般是上部平缓，往下逐渐变陡，褶皱总的形态多为开阔褶皱；,在背斜顶部岩层厚度变薄,(,有的层位甚至缺失,),，而两翼岩层厚度却有逐渐增大的趋势，如为向斜则中心部位岩层厚度往往最大；,岩层的结构构造也明显受构造控制，即背斜顶部常沉积浅水的粗粒物质，而向斜中部则沉积细粒物质。,同沉积褶皱,：1.,边沉积边形成的褶皱,2.,褶皱上平，两翼逐渐变陡，开阔褶皱,3.,顶薄，两翼增厚，向斜核部厚度最大,4.,顶部颗粒粗，两翼颗粒细,5.,两翼常有同沉积滑塌构造、滑塌褶皱,第四节 柔流褶皱作用,固态流变条件下，岩石具有高韧性和低粘度，呈类似流体的粘滞性流动,盐丘核部盐层的褶皱,冰川中冰层的流动和砾石的变形,“,灯盏石”,肠状褶皱：高级变质岩、混合岩中常见的柔流褶皱,在物质的持续粘性流动中，既有层流，也有紊流，使得褶皱形态十分复杂。较简单层流条件下的柔流褶皱可看作剪切褶皱作用进行研究,1.,由变形复杂的高塑性层（如岩盐、石膏和泥质岩石等）为核心，刺穿变形较弱的上覆脆性岩层形成的构造称作,_构造。,(9,分,),A.,穹隆,B.,顶托,C.,底辟,2.,根据褶皱过程中岩层的变形行为来划分，可以分为,_,和,_,。,(9,分,),A.,主动褶皱、被动褶皱,B.,对称褶皱、不对称褶皱,C.,平行褶皱、相似褶皱和底辟构造,3.,纵弯褶皱指的是引起褶皱的挤压力,_,岩层，使岩层失稳而弯曲；横弯褶皱指的是引起褶皱的挤压力,_,岩层，从而使岩层发生弯曲的褶皱作用。,(9,分,),A.,垂直于，平行于,B.,斜交，斜交,C.,平行于，垂直于,4.,根据褶皱层内质点的相对运动关系，褶皱作用可以划分为,_,褶皱作用、,_,褶皱作用和,_,褶皱作用。,(9,分,),A.,主动，被动，剪切,B.,纵弯，横弯，斜弯,C.,中和面，弯滑，弯流,5.,褶皱作用过程中岩石物质的滑动和流动不受层面的限制，层理在变形中不具积极的控制作用，只是作为岩层错移方向的标志，从而产生一种外貌上的弯曲现象，这种作用称为,_,褶皱作用。,(9,分,),A.,主动,B.,流动,C.,被动,答案,1C 2A 3C 4C 5C,