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1、第第 十一 讲讲 褶皱作用褶皱作用（二）（二）（褶皱的成因分析）（褶皱的成因分析）褶皱作用的基本概念及其类型褶皱作用的基本概念及其类型尚存问题：尚存问题：（）重力在褶皱形成中的作用；（）重力在褶皱形成中的作用；（）褶皱作用延续时间，等问题（）褶皱作用延续时间，等问题褶皱的形成方式与其褶皱的形成方式与其受力状态受力状态、变形环境变形环境及及岩层的变形行为岩层的变形行为密切相关。密切相关。从褶皱过程中岩层的从褶皱过程中岩层的变形行为变形行为来看，可把来看，可把褶皱分为褶皱分为主动褶皱主动褶皱和和被动褶皱被动褶皱两类。两类。当各岩层的力学性质和层当各岩层的力学性质和层理积极地控制着褶皱的发育时，理积
2、极地控制着褶皱的发育时，这种褶皱称为这种褶皱称为主动褶皱主动褶皱。主动褶皱中浅构造层次主动褶皱中浅构造层次(km)当各层岩石间的当各层岩石间的韧性差韧性差很很小，层理在褶皱变形中不再具小，层理在褶皱变形中不再具有力学上的不均一性，而只是有力学上的不均一性，而只是被动地作为变形的标志，这种被动地作为变形的标志，这种褶皱称为褶皱称为被动褶皱被动褶皱。被动褶皱下构造层次被动褶皱下构造层次(km)被动褶皱褶皱假象被动褶皱褶皱假象并没有真正发生过一般意并没有真正发生过一般意义的弯曲义的弯曲如同如同褶皱过程中物质的运动方式：褶皱过程中物质的运动方式：流动流动物质的连续滑移物质的连续滑移滑动滑动物质沿不连续
3、面的滑移物质沿不连续面的滑移褶皱作用的基本类型褶皱作用的基本类型纵弯褶皱作用纵弯褶皱作用横弯褶皱作用横弯褶皱作用剪切褶皱作用剪切褶皱作用柔流褶皱作用柔流褶皱作用纵弯褶皱作用纵弯褶皱作用平平行行于于地地质质界界面面（岩岩层层）的挤压而引起的弯曲作用。的挤压而引起的弯曲作用。单层纵弯褶皱作用单层纵弯褶皱作用单单个个能能干干层层在在不不能能干干基基质质中中的的纵纵弯弯褶皱作用褶皱作用岩石能干性岩石能干性岩石抵抗塑性变形的能力。岩石抵抗塑性变形的能力。韧性韧性岩岩石石发发生生破破裂裂前前的的塑塑性性变变形形（应变）。（应变）。能能干干的的（砂砂岩岩）不不能能干干的的（页页岩岩）能干层发生褶皱作用的能干
4、层发生褶皱作用的主波长理论主波长理论假假设设：能能干干岩岩层层的的厚厚度度=h软软弱弱层层的的粘度粘度，且且 在褶皱作用过程中（图中在褶皱作用过程中（图中P为平行层为平行层施施加加的的作作用用力力，K为为基基质质（介介质质）的的阻阻力力），当当能能干干层层发发生生弯弯曲曲褶褶皱皱时时，垂垂直直于于层层面面发发生生的的位位移移为为x，并并假假设设发发生生褶褶皱皱的的初初始波长为始波长为Wi，其相应的位移为，其相应的位移为 0。主波长理论：主波长理论：Wi=2h1/62褶皱主波长与力的大小无关褶皱主波长与力的大小无关(?)，只与介质的力学性质有关，只与介质的力学性质有关。褶皱主波长与褶皱层厚度褶皱
5、主波长与褶皱层厚度h呈呈正比。正比。主波长理论的主波长理论的构造物理学构造物理学意义意义当当岩岩性性一一定定时时，1/2 比比为为常常数数，褶褶皱皱的的波波长长Wi与与层层厚厚h成成正正比比关关系。系。当层厚一定时，当层厚一定时，h为常数，褶皱为常数，褶皱的波长的波长Wi与层和介质之间的粘度与层和介质之间的粘度比比 1/2 非线性成正比关系非线性成正比关系.当当 1=2 时，只有顺层均匀缩短，时，只有顺层均匀缩短，而不会发生褶皱。而不会发生褶皱。影响岩石能干性的主要因素影响岩石能干性的主要因素物质组成物质组成结构构造结构构造温度温度压力压力流体流体作用时间等作用时间等影响褶皱波长发育的主要因素
6、影响褶皱波长发育的主要因素层厚层厚h粘度比粘度比 1/2 温度、应力和应变速率对粘度温度、应力和应变速率对粘度的影响的影响实验表明：实验表明：在在应应变变速速率率=10-14S-1条条件件下下，当当 o/m 1，T 550时，石英岩比大理岩更能干。时，石英岩比大理岩更能干。当当 o/m 1，T 550时，大理岩比石英岩更能干。时，大理岩比石英岩更能干。当当 1 2 时时即岩石能干性差达最即岩石能干性差达最大，则分布在软弱基质中大，则分布在软弱基质中最能干的强硬层形成肠状最能干的强硬层形成肠状褶皱。褶皱。当当 1/2 50时，形成肠状褶皱时，形成肠状褶皱肠状褶皱肠状褶皱当当 3 4时时因两者之间
7、能干性差因两者之间能干性差最小，故形成尖园褶皱或最小，故形成尖园褶皱或肿缩式褶皱。肿缩式褶皱。尖圆褶皱尖圆褶皱当当/0 10时，形成肿缩式褶皱时，形成肿缩式褶皱当当 2与与 4之间的能干性之间的能干性差居中，则形成平行褶皱差居中，则形成平行褶皱或相似褶皱。或相似褶皱。多层纵弯褶皱作用多层纵弯褶皱作用 假假设设四四层层岩岩石石的的粘粘度度分分别别为为：1 2 3 4，那那么有如下情况么有如下情况:接接触触应应变变带带影响取决于强硬层之间的距离和接触应影响取决于强硬层之间的距离和接触应变带的宽度变带的宽度纵弯褶皱的应变分布型式与小型构造纵弯褶皱的应变分布型式与小型构造纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳
8、为两种模式：纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳为两种模式：中和面褶皱作用中和面褶皱作用和和顺层剪切作用顺层剪切作用（弯流褶皱作用（弯流褶皱作用和弯滑褶皱作用）和弯滑褶皱作用）强硬层间是弯滑褶皱作用强硬层间是弯滑褶皱作用软弱层以弯流作用为主软弱层以弯流作用为主弯流褶皱作用弯流褶皱作用相似褶皱相似褶皱中和面褶皱作用中和面褶皱作用褶皱强硬层往往以此方式弯曲褶皱强硬层往往以此方式弯曲应变特征：是平面应变，褶皱轴为中间应变轴；应变特征：是平面应变，褶皱轴为中间应变轴；形成形成IB型平行褶皱；型平行褶皱；层总体厚度不变，外弧伸长，内弧缩短层总体厚度不变，外弧伸长，内弧缩短形成的小构造特点形成的小构造特点岩石韧
9、性很小时岩石韧性很小时形成张裂。形成张裂。岩石韧性中等时，岩石韧性中等时，形成剪裂形成剪裂岩石韧性大时，岩石韧性大时，形成劈理形成劈理压扁作用对纵弯褶皱的影响压扁作用对纵弯褶皱的影响 压扁与层的弯曲存在此消彼长的关系，可形成无根钩状褶皱弯滑褶皱作用弯滑褶皱作用平行褶皱平行褶皱平行褶皱平行褶皱当各岩层厚度都比较小当各岩层厚度都比较小且粘度比较大时且粘度比较大时,各层应各层应变相互影响变相互影响,总体上形成总体上形成不协调褶皱或不协调褶皱或S、M、Z褶褶皱。皱。强硬层间相对距离对褶强硬层间相对距离对褶皱形态的影响。皱形态的影响。横弯褶皱作用横弯褶皱作用作用力作用力垂直于地质界面而垂直于地质界面而引
10、起的弯曲作用。引起的弯曲作用。产生这种力的原因产生这种力的原因地壳的差异升降运动地壳的差异升降运动岩浆的上拱作用岩浆的上拱作用膏盐层的膏盐层的“底辟底辟”作用作用同沉积褶皱作用同沉积褶皱作用 横弯褶皱作用过程中因受到横弯褶皱作用过程中因受到垂直于岩层面的力的作用导致岩垂直于岩层面的力的作用导致岩层发生弯曲而形成褶皱，所以，层发生弯曲而形成褶皱，所以，褶皱岩层各部位在褶皱过程中一褶皱岩层各部位在褶皱过程中一直处于拉伸状态而发生伸长应变。直处于拉伸状态而发生伸长应变。横弯褶皱的一般特点横弯褶皱的一般特点整体处于拉伸状态，无整体处于拉伸状态，无“中和面中和面”易形成顶薄褶皱（易形成顶薄褶皱（A），顶
11、部），顶部形成地堑形成地堑横弯横弯褶皱的作用的引起的弯横弯横弯褶皱的作用的引起的弯流物质向翼部流动流物质向翼部流动次级褶皱的轴面向外倒次级褶皱的轴面向外倒底辟构造底辟构造是一种特殊的褶皱是一种特殊的褶皱是易流动的物质，在构造力或浮力是易流动的物质，在构造力或浮力的作用下向上流动，刺穿或部分刺穿的作用下向上流动，刺穿或部分刺穿上覆岩层，使之拱起形成的构造上覆岩层，使之拱起形成的构造如：如：“盐丘盐丘”，等，等产生底辟构造的原因产生底辟构造的原因（）上覆岩层的厚度不等，重压不等（）上覆岩层的厚度不等，重压不等（）盐层表面形态起伏不平（）盐层表面形态起伏不平（）水平挤压造成的局部上拱应力，（）水平挤
12、压造成的局部上拱应力，甚至地幔局部上拱，等甚至地幔局部上拱，等同沉积褶皱同沉积褶皱是指在岩层沉积的同时是指在岩层沉积的同时边沉积边褶皱而形成的褶皱边沉积边褶皱而形成的褶皱特点：特点：（）两翼上缓下陡，总体开阔（）两翼上缓下陡，总体开阔（）顶薄翼厚，向斜中心厚度最大（）顶薄翼厚，向斜中心厚度最大（）背顶浅水粗物质（）背顶浅水粗物质向心深水细物质向心深水细物质（）两侧常伴生同沉积（）两侧常伴生同沉积滑塌褶皱滑塌褶皱或或断层断层滑向向斜滑向向斜显然地理形态起着重要作用显然地理形态起着重要作用同沉积褶皱同沉积褶皱剪切褶皱作用剪切褶皱作用与地质界面斜交的剪切力偶作用与地质界面斜交的剪切力偶作用引起的弯曲
13、。引起的弯曲。剪切褶皱作用又称滑褶皱作用，剪切褶皱作用又称滑褶皱作用，是沿着一系列与层面交切的平行密集是沿着一系列与层面交切的平行密集面（剪切面）发生不均匀剪切而形成面（剪切面）发生不均匀剪切而形成的褶皱，所以称剪切褶皱，又称滑褶的褶皱，所以称剪切褶皱，又称滑褶皱。皱。被动褶皱被动褶皱剪切褶皱作用剪切褶皱作用剪切褶皱的剪切褶皱的变形特点变形特点（）剪切面应变椭球体的圆切面（）剪切面应变椭球体的圆切面（）剪切面平行于褶皱的轴面（）剪切面平行于褶皱的轴面（）（）型相似褶皱型相似褶皱（）没有（）没有“中和面中和面”（）在褶皱轴面两侧的相对剪切方向是（）在褶皱轴面两侧的相对剪切方向是相反的相反的柔流褶
14、皱作用柔流褶皱作用是一种是一种固态流变固态流变条件下的褶皱作用条件下的褶皱作用发生在具有高韧性和低粘度的岩石发生在具有高韧性和低粘度的岩石中中不仅有层流，亦有紊流不仅有层流，亦有紊流褶皱形态十分复杂褶皱形态十分复杂褶皱构造的观察与研究褶皱构造的观察与研究褶皱形态研究褶皱形态研究褶皱形态在深部的变化研究褶皱形态在深部的变化研究 褶皱内部伴生、派生的小构造研究褶皱内部伴生、派生的小构造研究褶皱形成时代的确定褶皱形成时代的确定还有一些褶皱可能是局还有一些褶皱可能是局部应力引起的如：部应力引起的如：褶皱作用小结褶皱作用小结温度、应力和应变速率对粘度的温度、应力和应变速率对粘度的影响影响=/3（4）=Aexp-Q/RT()n（5）其中：其中：A为材料热散常数，为材料热散常数，Q为材料激化能，为材料激化能，R为气体常数，为气体常数，T为温度，为温度，n为材料常数（应力指数）为材料常数（应力指数），为差异应力，为差异应力，为应变速率。为应变速率。