褶皱的成因分析.

第九章褶皱成因分析•概述•纵弯褶皱作用（重点）•纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造•其它褶皱作用褶皱成因概述•褶皱成因分析的目的–了解褶皱多样的形态及组合特点–褶皱的区域展布及与地壳运动的关系–对矿产的控制规律–侧压力、重力、岩石力学性质等控制因素在褶皱发育过程中的作用–褶皱层内部应变及其与其它构造的内在联系褶皱的形成机制主动褶皱作用：岩石的力学性质和层理积极地控制着褶皱的发育褶皱的成因分析岩石的变形行为被动褶皱作用：层理在褶皱变形中不具有力学上的不均一性，只是被动地作为变形的标志。滑动褶皱作用：物质沿许多一定间隔的不连续面滑移，从而形成褶皱。流动褶皱作用：物质连续滑移从而形成褶皱。实际上是晶粒尺度或晶格尺度的微小滑动。物质的运动方式纵弯褶皱作用：岩层受到顺层挤压力的作用而形成褶皱的过程横弯褶皱作用：岩层受到与层面垂直的外力作用而形成褶皱的过程。剪切褶皱作用：岩层沿着一系列与层面不平行的密集劈理面发生差异滑动而形成褶皱。柔流褶皱作用：岩石发生类似粘稠流体那样的流动从而形成复杂多变褶皱的过程。力的作用方式与物质运动方式褶皱成因概述褶皱成因分类•据物质运动方式分类–滑动–流动•据作用力方式分类–纵弯–横弯1.纵弯褶皱作用的发育机制•纵弯褶皱作用：岩层受到顺层挤压力而形成褶皱的作用•岩层之间的力学性质差异起主导作用–硬层主动褶皱–软层被动缩短纵弯褶皱作用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纵弯褶皱作用褶皱主波长理论•Biot等根据计算和实验提出–把岩层视作弹性板–d——岩层厚度；1——强层粘度；2——弱层（基质）粘度•主波长理论表明：初始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Wid26123/纵弯褶皱作用褶皱主波长理论褶皱主波长与强岩层厚度成正比纵弯褶皱作用褶皱主波长理论（1/2）•褶皱主波长与强岩层粘度(1)与介质粘度（2）的比值有关•2种典型（极端）情况–1/250•——来自基质的阻抗很小（设想为强岩层处于近于自由空间的环境中）–1/210•——来自基质的阻抗很大（强岩层难以自由褶皱变形）纵弯褶皱作用褶皱主波长理论（1/250）1/250——来自基质的阻抗很小纵弯褶皱作用褶皱主波长理论（不同的粘度比）纵弯褶皱作用褶皱主波长理论粘度比小，形成肠状褶皱纵弯褶皱作用多层岩层的褶皱发育•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•接触应变带的宽度纵弯褶皱作用接触应变带•接触应变带指的是“硬层”褶皱对介质的影响范围。接触应变带以外，介质不产生明显的褶皱，仅仅发生均匀缩短•接触应变带的宽度–强硬层初始主波长（Ｗi）纵弯褶皱作用接触应变带与强硬层间距•两“硬层”间隔远，互不影响，形成各自的特征波长褶皱，整个岩系不协调纵弯褶皱作用接触应变带与强硬层间距•两“硬层”间隔小，相互干扰，但厚度、粘度相同，形成协调褶皱纵弯褶皱作用接触应变带与强硬层间距•不规则互层岩系•硬层间隔小（位于接触应变带内），各层的粘度、厚度不同，形成复协调褶皱纵弯褶皱作用规则互层岩系的褶皱•令：n=d2/d1•d1——硬层厚度•d2——软层厚度μ1μ2•μ1——硬层粘度•μ2——软层粘度纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱n高（软层较厚），μ1/μ2低纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱n中等，μ1/μ2低，褶皱形态明显，进一步压扁后成压扁的平行褶皱纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱n小(软层很薄)，μ1/μ2低，岩层普遍压扁纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱n高（软层较厚）形成相似褶皱，μ1/μ2高纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱n中等，μ1／μ2高，发育尖棱状褶皱纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱•n低，μ1/μ2高(薄的硬层岩系，夹少量软层起润滑作用)•没有初始特征波长，形成膝折—不规则尖棱褶皱2.纵弯褶皱作用的应变分布型式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。单层弯滑褶皱作用中的应变分布型式中和面纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造弯流作用与弯滑作用•视频：弯滑褶皱和弯流褶皱弯滑褶皱作用的特点：单层纵弯曲的应变状态及内部小构造拉伸压缩变薄变厚纵弯曲的应变状态韧性层的变形脆性层的断裂变形上部断裂下部褶皱①存在应力中和面：背斜上部拉伸，下部挤压；向斜上部挤压，下部拉伸；弯曲前弯曲后弯滑褶皱作用②各相邻层的上层相对向背斜转折端滑动，下层则向相邻向斜的转折端滑动。一方面在层面上形成垂直于枢纽的擦痕，另一方面在转折端形成空隙，造成虚脱现象。擦痕弯滑褶皱中发育的层面擦痕由弯滑褶皱作用在转折端形成的虚脱现象和鞍状矿体同心状剪节理旋转剪节理弯滑褶皱中的节理纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造弯流褶皱内的应变分布•平面应变•IＢ平行式，但无中和面•褶皱面为剪切面，相当“圆切面”（无应变）•正交剖面上，λ1方向呈“反扇形”，转折端处无应变，拐点处应变最强•线理在赤平投影图上的变位轨迹为小圆纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造弯流褶皱内应变分布•注意与中和面褶皱作用应变分布形式（左上）的对比纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造弯滑褶皱中的次级小型构造•韧性夹层中的小构造–不对称小褶皱–层间劈理•脆性层中的小构造–层面擦痕（垂直于褶皱轴）–层间破碎带–转折端虚脱，可以形成鞍状脉和矿体•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）为特征强硬层与软弱层不同的变形行为陕西泾阳县口镇平卧褶皱中的虚脱现象（剖面直立）N虚脱强硬层与软弱层中的劈理折射现象陕西省泾阳县口镇平卧褶皱（剖面直立）N③塑性层小褶皱的轴面与其上、下相邻的褶皱面所夹锐角指示其相邻岩层的滑动方向。除平卧褶皱和翻卷褶皱外，可以根据上述层间滑动规律平判断岩层顶、底面，从而确定岩层层序是否正常，以及背斜与向斜的位置。弯滑褶皱作用形成的层间小褶皱可用于判断地层是否正常层间小褶皱的轴面顺层滑动方向层间小褶皱的轴面（2）弯流褶皱作用岩层弯曲变形时不仅发生层间滑动，而且某些岩层的内部还出现物质流动现象，上下层面对褶皱层内物质的流动起着控制作用。弯滑褶皱的内部构造特点：①往往呈相似褶皱或类顶厚褶皱；②翼部和转折端的塑性层内往往形成从属褶皱，显示层内物质向转折端流动的特征。（3）纵弯褶皱中的劈理在强硬层与软弱层相间的情况下，劈理将在不同的岩层中发生折射。强硬层软弱层高韧性差的岩层组合低韧性差和平均韧性大的岩层组合强烈压扁作用下近于平行的轴面劈理低韧性差和平均韧性大的岩层组合2.横弯褶皱作用岩层受到与层面垂直的外力作用而形成褶皱的过程。底辟构造是一种典型的横弯褶皱作用。横弯褶皱中的应力轨迹主应力13剪应力横弯褶皱作用横弯褶皱作用引起的弯流作用请注意：层间小褶皱的轴面产状正好与弯滑褶皱作用引起的层间小褶皱产状相反弧形隆起基底泥质岩层横弯褶皱作用•作用力垂直于层面•特点：–整体拉伸、无中和面–韧性层形成IＡ顶薄型，但常在背斜顶部形成地堑，底劈顶部形成放射状或环状断裂系，基底断层上形成挠曲•同沉积褶皱–一类特殊的横弯褶皱？同沉积褶皱，又称生长褶皱，是在岩层沉积的同时逐渐变形而形成的褶皱。特点：上平下陡，为开阔褶皱；背斜顶薄，向斜中心厚，边沉边褶；岩石组构受构造控制，背斜顶水浅沉积粗，向斜中心水深沉积细；有同沉积滑塌。同沉积褶皱示意剖面底辟作用•底辟构造成因–上下岩层密度倒置，力学不稳定产生失稳，岩石发生固态流动（由高应力处向低应力处流动）•底辟构造类型–盐丘、岩浆底辟等，可以成为良好的储油构造•造成盐丘失稳的原因–上覆层厚度不等；–差异剥蚀–盐层表面起伏不平–水平挤压底辟作用底辟构造剖面图德国汉诺威附近的盐丘构造剖面图（据E.S.Hills修改）底辟构造地下高韧性岩体在构造力的作用下，或由于岩石物质间密度差异所引起的浮力作用下向上流动并挤入上覆岩层之中而形成的一种构造就是底辟构造，分为岩浆底辟和盐丘。MzPz塔里木盆地塔北隆起的岩浆底辟构造底辟作用盐丘构造•盐核–直径２－３km，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3.剪切褶皱作用特点：（1）被动褶皱作用（2）褶皱层中发生平面应变，同一剪切面上各处的应变值相等；（3）相似褶皱剪切褶皱作用模式滑动方向垂直于褶皱层不均匀差异滑动形成的剪切褶皱沿着与褶皱层斜交的滑动形成理想的相似褶皱剪切褶皱作用•岩层被动弯曲，层面不具有力学意义上的主动性•发生在韧性较大的岩层中，如盐岩或韧性差极小的岩系（地壳深部环境）中剪切褶皱特点•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•无中和面•褶皱二翼剪切方向相反•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——并非由于物质流动引起•背形二侧ＸＹ面成反扇形，可能形成反扇形劈理4.柔流褶皱作用发生在具有高韧性和低粘滞度的岩石中，常用来说明其生成时的物理化学环境。形成于下构造层次的柔流褶皱柔流褶皱作用•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本章要点•纵弯褶皱作用–应力分布–形态–弯滑/弯流作用–伴生构造•纵弯褶皱作用与横弯褶皱作用的区别思考题•褶皱有哪些形成机制？•纵弯褶皱有何特点？•怎样识别同沉积褶皱？•自然界大部分褶皱是由纵弯褶皱作用形成的。从地壳变形的角度分析，这种现象反映了什么问题？•对于柔流褶皱作用，应该采用什么方法和手段对其进行描述和研究？褶皱的观测研究----岩石圈中大量发育而又十分重要的地质构造之一一、褶皱作用的时间形成于卷入褶皱的最新地层之后，覆盖褶皱的最老地层之前。塔里木盆地塘北背斜地震剖面ＰＣＳＯ－∈Ｄ二﹑褶皱的观测研究•褶皱形态的研究•褶皱形态的纵深变化•研究褶皱内部的小构造•确定褶皱的形成时代1、褶皱形态的研究•了解区域总的构造轮廓•查明地层层序和追索标志层•观察褶皱的几何形态1.1了解区域总的构造轮廓•搜集资料•踏勘•尽可能了解区域构造基本轮廓1.2查明地层层序和追索标志层•区分层理和次生面理•查明岩层的产状•确定背斜向斜的位置•标志层--层位稳定,分布广泛,在岩石成分结构构造或所含化石方面具有明显特征切厚度不太大而稳定的岩层1.3观测褶皱的几何形态•测定褶皱轴面和枢纽的产状•判断是平行褶皱还是相似褶皱•研究褶皱转折端•观察褶皱的处露形态和平面图像•绘制褶皱剖面图及横截面图2.研究褶皱形态的纵深变化•从横切褶皱的陡崖上•从地表形态特征推断深部变化•利用物探钻探资料确定3.研究褶皱内部的小构造•小褶皱-从属褶皱、独立褶皱、层间褶皱•轴面劈理•层间劈理•测量轴面、枢纽产状•用赤平投影4.确定褶皱的形成时代•角度不整合分析法•岩性厚度分析法•穿插关系•岩浆岩同位素年龄•多期变形变质思考题•怎样确定褶皱的形成时代？•如何观测研究褶皱？•如何研究褶皱内部的小构造？•怎样观测褶皱的几何形态？