《褶皱的形成作用》PPT课件.ppt

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1、 第十章第十章 褶皱的形成作用褶皱的形成作用丰富多姿的褶皱形态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（形成褶皱的变形机制（deformation deformation mechanismmechanism）有哪些？）有哪些？如何从天然褶皱变形岩石中确定褶皱形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

2、造和地壳演成机制，进而为建立区域构造和地壳演变史和应用研究服务？变史和应用研究服务？褶皱作用的基本概念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，可把褶皱分为中岩层的变形行为来看，可把褶皱分为主动主动褶皱褶皱和和被动褶皱被动褶皱两类。两类。主动褶皱主动褶皱当各岩层的当各岩层的力学性质力学性质和和层理层理积积极地控制着褶皱的发育时，这极地控制着褶皱的发育时，这种褶皱称为种褶皱称为主动褶皱主动褶皱。被动褶皱被动褶皱当各层岩石间的当各层岩石间的韧性差韧性差很小

3、，很小，层理在褶皱变形中不再具有力层理在褶皱变形中不再具有力学上的不均一性，而只是被动学上的不均一性，而只是被动地作为变形的标志，这种褶皱地作为变形的标志，这种褶皱称为称为被动褶皱被动褶皱。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褶皱的形成机制褶皱的形成机制第一节第一节 纵弯褶皱作用纵弯褶皱作用又分为弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用。又分为弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用。（1 1）弯滑褶皱作用）弯滑褶皱作用一系列岩层通过层间滑动而弯曲成为褶一系列岩层通过层间滑动而弯曲成为褶皱的过程皱的过程1.岩层受到顺层挤压作用

4、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、一、中和面褶皱作用中和面褶皱作用 (1)(1)中和面：褶皱面中部

5、的无应变面中和面：褶皱面中部的无应变面 (2)(2)平行褶皱轴的方向无拉伸作用平行褶皱轴的方向无拉伸作用 (3)(3)褶皱各处垂直层面的厚度不变，平行褶皱褶皱各处垂直层面的厚度不变，平行褶皱 (4)(4)外弧深长，内弧压缩，应变量大小与离中和面的外弧深长，内弧压缩，应变量大小与离中和面的距离成正比距离成正比 (5)(5)应变椭球体在外侧平行层面排列，内侧垂直层面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呈扇型排列 (6)(6)形成不同类型的小构造：形成不同类型的小构造：A.A.外侧岩层变薄，形成平行层理的劈理，垂直层面、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

6、扇型排列的楔形张裂隙 B.B.内侧岩层加厚，形成扇型劈理，小褶皱，逆冲小内侧岩层加厚，形成扇型劈理，小褶皱，逆冲小断层断层 (7)(7)继续挤压，中和面向外侧迁移，直至不存在继续挤压，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纵弯褶皱作用又分为又分为弯滑褶皱作用弯滑褶皱作用和和弯流褶皱弯流褶皱作用。作用。二、弯滑褶皱作用和弯流褶皱作二、弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用。用。基本特点基本特点（1 1）变形是围绕褶皱轴的弯曲，

7、褶皱面上或层内）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，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。平面应变。（2 2）褶皱面为剪切面，相当于应变椭球体的圆切）褶皱面为剪切面，相当于应变椭球体的圆切面，其上无应变。面，其上无应变。（3 3）在垂直褶皱轴的正交剖面上，可以看到最大）在垂直褶皱轴的正交剖面上，可以看到最大应变主轴（应变主轴（1）的排列从两翼向转折端收敛，即呈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，在转反扇形排列

8、。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。折端处最小，可忽略不计。（4 4）因为是顺层的剪切滑移，所以垂直层面的厚）因为是顺层的剪切滑移，所以垂直层面的厚度保持不变，形成度保持不变，形成IBIB型平行褶皱。型平行褶皱。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弯流褶皱作用弯流褶皱作用二、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 1）高韧性差：）高韧性差：A.A.远离强岩层处，形成与褶皱轴面平行的劈理远离

9、强岩层处，形成与褶皱轴面平行的劈理 B.B.在强岩层附近，围绕强岩层形成劈理在强岩层附近，围绕强岩层形成劈理 C.C.在强岩层内部，外侧受顺层拉伸，形成顺层在强岩层内部，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、轴面劈理扇形劈理、轴面劈理（2 2）低韧性差：）低韧性差：A.A.褶皱前，顺层缩短而加厚褶皱前，顺层缩短而加厚 B.B.褶皱幅度小时，压扁面垂直层面褶皱幅度小时，压扁面垂直层面 C.C.变形继续，强岩层中正扇形劈理；软岩层中变形继续，强岩层中正扇形劈理；软岩层中反扇形劈理反扇形劈理 D.D.变形再继续，

10、发育轴面劈理变形再继续，发育轴面劈理 接触应变带与无应变接触应变带与无应变三角区三角区小小图图分析分析 根据根据A图图中断中断层层及其旁及其旁侧侧构造，用箭构造，用箭头标头标注断注断层层的相的相对错动对错动方向，方向，说说明其断明其断层层类类型。根据型。根据B图标图标志志层层中的原生和次生构造，恢复褶中的原生和次生构造，恢复褶皱皱形形态态（用虚（用虚线线）。）。判断岩判断岩层顶、底，并指出岩、底，并指出岩层是正常是正常层序，序，还是倒是倒转层序序请分析褶分析褶皱形形态,并用虚并用虚线画出画出。请分析剖面分析剖面图中有褶中有褶皱存在存在吗？它？它应是什么形是什么形态，用虚，用虚线画出。画出。弯滑

11、作用下，当两硬层夹一弯滑作用下，当两硬层夹一软弱岩层时，则在上下硬岩层滑软弱岩层时，则在上下硬岩层滑动的力偶作用下，使薄层软弱动的力偶作用下，使薄层软弱（韧性）层产层间小褶皱可帮助（韧性）层产层间小褶皱可帮助我们确定层序倒转与否及背、向我们确定层序倒转与否及背、向斜的位置。斜的位置。方法是：新岩层总是向背斜方法是：新岩层总是向背斜转端滑动，老岩层则向反方向滑转端滑动，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，相对滑方向，滑动方向一旦确定，根据上述原理就可推测背、向斜根据上述原理

12、就可推测背、向斜的位置，也就知道了岩层正常与的位置，也就知道了岩层正常与否。否。四、褶皱的发育四、褶皱的发育1 1、单层褶皱的发育、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在粘性介质中粘性较大的粘性板的褶皱的初始主波长主波长Wi Wi 为：为：式中：式中：d d 强岩层的厚度；强岩层的厚度；1 1、2 2强岩层、弱岩层（介质）的粘度强岩层、弱岩层（介质）的粘度 1 12 2(一一)单层褶皱的发育机制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岩层褶皱的阻抗来自强硬层内部和相邻的软弱层的软弱层 强硬层内部，趋于形成大波长强硬层内部，趋于形成大波长 软弱层，阻止大波长形成软

13、弱层，阻止大波长形成 根据最小功原理，褶皱波长为二者根据最小功原理，褶皱波长为二者之间的调和中间值之间的调和中间值控制褶皱形态的影响因素控制褶皱形态的影响因素 各层的能干性各层的能干性 相邻层互相影响相邻层互相影响 强层间的距离强层间的距离 接触应变带的宽度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：令：n=d2/d1n=d2/d1 d1 d1硬层厚度硬层厚度 d2 d2软层厚度软层厚度 1212 1 1硬层粘度硬层粘度 2 2软层粘度软层粘度由此可见：由此可见：（1 1）褶皱的主波长与所受作用力的大小无关，与强岩）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

14、的粘度有关。层的厚度及其层与介质的粘度有关。（2 2）褶皱的主波长与褶皱层的原始厚度）褶皱的主波长与褶皱层的原始厚度 d d 成正比。成正比。当岩层与介质比（当岩层与介质比（1 1/2 2）为）为常数常数时，厚度大时，厚度大的岩层波长大，数量少；厚度小的岩层波长小，数量的岩层波长大，数量少；厚度小的岩层波长小，数量多而紧闭。多而紧闭。（3 3）褶皱的主波长与强岩层和介质的粘度比的立方）褶皱的主波长与强岩层和介质的粘度比的立方根成正比。根成正比。A A、强岩层与介质能干差大时，宽缓褶皱、强岩层与介质能干差大时，宽缓褶皱顶角顶角变小变小香肠构造香肠构造 B|B|、强岩层与介质能干差小时，顺层缩短、

15、强岩层与介质能干差小时，顺层缩短岩层岩层加厚加厚圆弧褶皱圆弧褶皱压扁褶皱压扁褶皱当当 /0 0 50 50时，形成肠状褶皱时，形成肠状褶皱当当 /0 0 10 10时，形成肿缩式褶皱时，形成肿缩式褶皱当当 =0 0 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。2 2、多层岩层的褶皱发育机制、多层岩层的褶皱发育机制 （1 1）接触应变带：强硬岩层发生褶皱时，）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，形成的变形软岩层会发生不同的构造反映，形成的变形带。带。（2 2）硬岩层间距对褶皱形态的影响：）硬岩层间距对褶皱形态的影响：A.A.相隔很远，互不影

16、响各自波长，相隔很远，互不影响各自波长，形成不协调褶皱形成不协调褶皱 B.B.间距较小，均在接触应变带之内，间距较小，均在接触应变带之内，相互影响。相互影响。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 1 2 2 3 3 4 4，那么有如下情况那么有如下情况:不同能干性岩层的褶皱形态不同能干性岩层的褶皱形态(1 12 23 34 45 5)当当 1 1 4 4时时 即岩石能干性差即岩石能干性差达最大，则分布在软弱基达最大，则分布在软弱基质中最能干的强硬层形成质中最能干的强硬层形成肠状褶皱。肠状褶皱。肠状褶皱肠状褶皱当当 3 3 4 4 时时 因两者之

17、间能干因两者之间能干性差最小，故形成尖园褶性差最小，故形成尖园褶皱或肿缩式褶皱。皱或肿缩式褶皱。尖园褶皱尖园褶皱当当 2 2 与与 4 4 之间的能干之间的能干性差居中，则形成平行褶性差居中，则形成平行褶皱或相似褶皱。皱或相似褶皱。当各岩层厚度都比较小且粘当各岩层厚度都比较小且粘度比较大时度比较大时,各层应变相互各层应变相互影响影响,总体上形成不协调褶总体上形成不协调褶皱或皱或S S、M M、Z Z褶皱。褶皱。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。不协调褶皱不协调褶皱不协调褶皱或不协调褶皱或S S、M M、Z Z褶皱褶皱五五.压扁作用压扁作用（1 1）平均韧性大，弯

18、曲之前发生，一直延续到变）平均韧性大，弯曲之前发生，一直延续到变形后形后（2 2）韧性差大，弯曲前可以不发生顺层压扁，形）韧性差大，弯曲前可以不发生顺层压扁，形成香肠状褶皱成香肠状褶皱（3 3）褶皱前的顺层压扁，岩层缩短加厚，压扁面）褶皱前的顺层压扁，岩层缩短加厚，压扁面垂直于层理垂直于层理（4 4）褶皱后的压扁作用，压扁面向轴面旋转，形）褶皱后的压扁作用，压扁面向轴面旋转，形成轴面劈理成轴面劈理第二节第二节 剪切褶皱作用剪切褶皱作用其特征为：其特征为：1.1.剪切面是无应变面剪切面是无应变面 2.2.剪切面平行与褶皱轴面剪切面平行与褶皱轴面 3.3.平行轴面岩层厚度变形前后不变（相平行轴面岩

19、层厚度变形前后不变（相似褶皱）似褶皱）4.4.在褶皱中无中和面在褶皱中无中和面 5.5.轴面两侧的相对剪切方向相反轴面两侧的相对剪切方向相反 6.6.成直线派历代线理，可能发生改变成直线派历代线理，可能发生改变 第二节第二节 横弯褶皱作用横弯褶皱作用 特点特点：1.1.垂直层面的外力作用，形成的褶皱垂直层面的外力作用，形成的褶皱 2.2.岩层处于拉伸状态，无中和面岩层处于拉伸状态，无中和面 3.3.顶薄褶皱，背斜顶部形成地堑；穹隆顶顶薄褶皱，背斜顶部形成地堑；穹隆顶部有放射状或同心圆状断层部有放射状或同心圆状断层 4.4.背斜顶部岩层变薄，向两侧流动，岩层背斜顶部岩层变薄，向两侧流动，岩层变厚

20、变厚底辟作用底辟作用：地下岩盐、石膏、粘土、岩浆等低粘性、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穿上部岩层，使上覆岩层拱起而形成的构造 （岩（岩丘、岩浆底辟）丘、岩浆底辟）盐核盐核 直径直径kmkm，边界陡立，下，边界陡立，下延数延数kmkm，内部发育轴面和枢纽陡立的，内部发育轴面和枢纽陡立的复杂褶皱复杂褶皱 围岩围岩 顶部穹隆状隆起、发育正断层顶部穹隆状隆起、发育正断层系，褶皱形态为系，褶皱形态为1A1A型顶薄褶皱型顶薄褶皱 外围外围的翼部地带向上卷起，甚至形成围绕的翼

21、部地带向上卷起，甚至形成围绕盐核的向斜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）。形成的，这类褶皱称为同沉积褶皱（生长背斜）。具有：具有：褶皱两翼的倾角一般是上部平缓，往下逐渐变陡，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；褶皱总的形态多为开阔褶皱；在背斜顶部岩层厚度变薄在背斜顶部岩层厚度变薄(有的层位甚至缺失有的层位甚至缺失)，而，而两翼岩层厚度却有逐渐增大的趋势，如为向斜则中两翼

22、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；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。沉积浅水的粗粒物质，而向斜中部则沉积细粒物质。同沉积褶皱同沉积褶皱：1.1.边沉积边形成的褶皱边沉积边形成的褶皱2.2.褶皱上平，两翼逐渐变陡，开阔褶皱褶皱上平，两翼逐渐变陡，开阔褶皱3.3.顶薄，两翼增厚，向斜核部厚度最大顶薄，两翼增厚，向斜核部厚度最大4.4.顶部颗粒粗，两翼颗粒细顶部颗粒粗，两翼颗粒细5.5.两翼常有同沉积滑塌构造、滑塌褶皱两翼常有同沉积滑塌构造、滑塌褶

23、皱第四节第四节 柔流褶皱作用柔流褶皱作用固态流变条件下，岩石具有高韧性和固态流变条件下，岩石具有高韧性和低粘度，呈类似流体的粘滞性流动低粘度，呈类似流体的粘滞性流动 盐丘核部盐层的褶皱盐丘核部盐层的褶皱 冰川中冰层的流动和砾石的变形冰川中冰层的流动和砾石的变形“灯盏石灯盏石”肠状褶皱：高级变质岩、混合岩中常肠状褶皱：高级变质岩、混合岩中常见的柔流褶皱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，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褶皱可看作剪切褶皱作用进行研究

24、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