剪切褶皱作用.ppt

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1、第第九章章褶皱的成因分析褶皱的成因分析本章重点内容本章重点内容影响褶皱形成的基本因素；褶皱成因分类；影响褶皱形成的基本因素；褶皱成因分类；纵弯、横弯、弯滑、湾流、剪切、柔流褶皱概纵弯、横弯、弯滑、湾流、剪切、柔流褶皱概念，应变特征与变形特点。念，应变特征与变形特点。引引言言1)褶皱形成是一个比较复杂的过程，一般认为外力作用方式，褶皱形成是一个比较复杂的过程，一般认为外力作用方式，岩石力学性质，以及岩层的厚度大小和岩层组合形式，是影响岩石力学性质，以及岩层的厚度大小和岩层组合形式，是影响褶皱形成的四大基本因素。褶皱形成的四大基本因素。2)长期以来对褶皱的分类，一直采用成因分类方案，其基本长期以来

2、对褶皱的分类，一直采用成因分类方案，其基本类别包括受水平挤压力形成的纵弯褶皱，受垂直压力形成的横类别包括受水平挤压力形成的纵弯褶皱，受垂直压力形成的横弯褶皱，受剪切应力作用形成的剪切，以及受重力作用形成的弯褶皱，受剪切应力作用形成的剪切，以及受重力作用形成的柔流褶皱。柔流褶皱。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，可把褶皱来看，可把褶皱分为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

3、发育时，理积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小，很小，层理在褶皱变形中不再具有力学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，这种褶皱称为为变形的标志，这种褶皱称为被被动褶皱动褶皱。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剪切褶皱剪切褶皱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

4、(只是一种晶粒尺度或晶格尺度的微小滑动)滑动滑动物质沿不连续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长期以来对褶皱的分类，一直采用成因分类方案，其长期以来对褶皱的分类，一直采用成因分类方案，其基本类别包括受水平挤压力形成的纵弯褶皱，受垂直压力基本类别包括受水平挤压力形成的纵弯褶皱，受垂直压力形成的横弯褶皱，受剪切应力作用形成的剪切，以及受重形成的横弯褶皱，受剪切应力作用形成的剪切，以及受重力作用形成的柔流褶皱。力作用形成的柔流褶皱。第一节第一节纵弯褶皱作用纵弯褶皱作用定义：纵

5、弯褶皱作用是指岩层受到顺层挤压力的作定义：纵弯褶皱作用是指岩层受到顺层挤压力的作用而形成的褶皱。用而形成的褶皱。一、褶皱主波长的概念一、褶皱主波长的概念（一）单层纵弯褶皱作用（一）单层纵弯褶皱作用岩石的变形行为岩石的变形行为粘度粘度能干层能干层内部阻抗内部阻抗外部阻抗外部阻抗能能干干层层（砂砂岩岩）不不能能干干层层（页页岩岩）主波长理论主波长理论Wi：在粘性介质中粘性较大的粘性板的褶皱的初始主波长：在粘性介质中粘性较大的粘性板的褶皱的初始主波长d强岩层的厚度；强岩层的厚度；1、2强岩层、弱岩层（介质）的粘度强岩层、弱岩层（介质）的粘度12(1)褶皱的主波长与所受作用力的大小没有直接关系，而与褶

6、皱的主波长与所受作用力的大小没有直接关系，而与强岩层的厚度及层与介质的粘度比有关。强岩层的厚度及层与介质的粘度比有关。(2)褶皱主波长与褶皱层的原始厚度褶皱主波长与褶皱层的原始厚度d成正比。成正比。(3)褶皱的主波长褶皱的主波长Wi与强硬层和介质的粘度比与强硬层和介质的粘度比（u1/u2）的立方根成正比。的立方根成正比。得到以下认识：得到以下认识：也就是说：（也就是说：（1）褶皱波长与岩层的厚度：）褶皱波长与岩层的厚度：层厚层厚波长；波长；层薄层薄波短；波短；（2）褶皱波长与岩层的粘度比：）褶皱波长与岩层的粘度比：粘度比大粘度比大波长；波长；粘度比小粘度比小波短；波短；当当 1=2时，只有顺层

7、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。强硬层与介质的能干性差大强硬层与介质的能干性差大当当 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强硬层与介质的能干性差小强硬层与介质的能干性差小尖圆褶皱尖圆褶皱（二）多层纵弯褶皱作用（二）多层纵弯褶皱作用一套强硬层、软弱层相间组成的褶皱，其形一套强硬层、软弱层相间组成的褶皱，其形态不仅与各层的能干性有关，而且也取决于相态不仅与各层的能干性有关，而且也取决于相邻强硬层的互相影响程度。后者又取决于强硬邻强硬层的互相影响程度。后者又取决于强硬层间的距离及褶皱层的接触应变带的宽度。层间的距离及褶皱层的接触应变带的宽度。1

8、接触应变的概念接触应变的概念软岩层夹硬岩层，受二者界面间结合力的影响，在硬岩软岩层夹硬岩层，受二者界面间结合力的影响，在硬岩层附近的软岩层随同发生褶皱，离硬岩层较远的软岩层不出现层附近的软岩层随同发生褶皱，离硬岩层较远的软岩层不出现褶皱（顺层缩短）的现象。褶皱（顺层缩短）的现象。(如图如图9-1A)*标志：标志：硬岩层褶皱凹部的软岩层硬岩层褶皱凹部的软岩层形成顶厚褶皱；形成顶厚褶皱；位居硬岩层褶皱凸部的软岩层位居硬岩层褶皱凸部的软岩层形成顶薄褶皱；形成顶薄褶皱；2.硬岩层间距大小对褶皱形态的影响硬岩层间距大小对褶皱形态的影响1)间距大间距大形成不协调褶皱形成不协调褶皱(如图如图9-1B)2)间

9、距小间距小协调褶皱协调褶皱(如图如图9-1C)3)硬岩层初始厚度或粘度不同硬岩层初始厚度或粘度不同复协调褶皱图复协调褶皱图(如图如图9-1D)*复协调褶皱：硬厚层与软岩层褶皱持总体协调，具体不协复协调褶皱：硬厚层与软岩层褶皱持总体协调，具体不协调的褶皱组合关系。调的褶皱组合关系。纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳为两种模式：纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳为两种模式：中中和面褶皱作用和面褶皱作用和和顺层剪切作用顺层剪切作用（弯流褶皱作用和弯滑（弯流褶皱作用和弯滑褶皱作用）褶皱作用）二、中和面褶皱作用和顺层剪切作用二、中和面褶皱作用和顺层剪切作用1.概念概念(1)褶皱层中部有一个无应变的中和面。图褶皱

10、层中部有一个无应变的中和面。图9-12A(2)各层厚度保持不变（平行褶皱）各层厚度保持不变（平行褶皱）2.应变特征应变特征外弧拉张伸长，内弧挤压缩短，中和面无应变，（由图外弧拉张伸长，内弧挤压缩短，中和面无应变，（由图9-12，A中应变中应变椭圆特征可知）椭圆特征可知）3.变形特点变形特点(1)劈理劈理:发育在外弧时发育在外弧时与岩层层面平行；发育在内弧时与岩层层面平行；发育在内弧时与岩层层与岩层层面垂直。图面垂直。图9-12B(2)张裂张裂:发育在外弧时发育在外弧时与岩层层面垂直；发育在内弧时与岩层层面垂直；发育在内弧时与岩层层与岩层层面平行。图面平行。图9-12C(3)剪裂剪裂:发育在内弧

11、、外弧时均与岩层层面斜交，并且本身以共轭形发育在内弧、外弧时均与岩层层面斜交，并且本身以共轭形式出现。图式出现。图9-12D（一）中和面褶皱作用（一）中和面褶皱作用形成的小构造特点形成的小构造特点岩石韧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（二）顺层剪切作用（弯滑与弯流褶皱作用）（二）顺层剪切作用（弯滑与弯流褶皱作用）1弯滑褶皱作用弯滑褶皱作用层间发生滑动，岩层厚度不变，脆性薄层组合，层面结层间发生滑动，岩层厚度不变，脆性薄层组合，层面结合不牢（形成平行褶皱）合不牢（形成平行褶皱）2弯流褶皱作用弯流

12、褶皱作用层内物质发生流动，岩层厚度产生变化（核部变厚翼层内物质发生流动，岩层厚度产生变化（核部变厚翼部变薄），柔性层（形成相似褶皱）部变薄），柔性层（形成相似褶皱）三、压扁作用对纵弯褶皱的影响三、压扁作用对纵弯褶皱的影响图图9-5强烈压扁作用对褶皱的影响强烈压扁作用对褶皱的影响A.压扁前；压扁前；B.被压扁；被压扁；C.经强烈压扁后；经强烈压扁后；S1.片理或流劈理；片理或流劈理；f.无根钩状褶皱无根钩状褶皱四、纵弯褶皱中发育的劈理型式四、纵弯褶皱中发育的劈理型式（1）高韧性差：）高韧性差：A.远离强岩层处，形成与褶皱轴面平行的劈理远离强岩层处，形成与褶皱轴面平行的劈理B.在强岩层附近，围绕强

13、岩层形成劈理在强岩层附近，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）低韧性差：）低韧性差：A.褶皱前，顺层缩短而加厚褶皱前，顺层缩短而加厚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.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.变形再继续，发育轴面劈理变形再继续，发育轴面劈理1.正扇形与反扇形劈理正扇形与反扇形劈理 正扇形正扇形在

14、强岩层中在强岩层中;反扇形反扇形在弱岩层中在弱岩层中;2劈理与层序的关系劈理与层序的关系 正常正常劈理倾角劈理倾角层理倾角层理倾角;倒转倒转劈理倾角劈理倾角劈理倾角劈理倾角;图图9-27褶皱中的劈理型式褶皱中的劈理型式第二节第二节横弯褶皱作用横弯褶皱作用定义：定义：岩层受到与层面垂直的应力作用而发生弯曲岩层受到与层面垂直的应力作用而发生弯曲的行为称为横弯褶皱作用的行为称为横弯褶皱作用特点：特点：（1）褶皱岩层整体处于拉伸状态，各层都没有中和面，其应力轨迹如）褶皱岩层整体处于拉伸状态，各层都没有中和面，其应力轨迹如图图9-30所示。所示。（2）由于褶皱的顶部受到强烈的侧向拉伸，因此，如果岩层具有

15、一定）由于褶皱的顶部受到强烈的侧向拉伸，因此，如果岩层具有一定的韧性，则可被拉薄而形成的韧性，则可被拉薄而形成AA型顶薄褶皱。但在脆性较高的沉积岩层中型顶薄褶皱。但在脆性较高的沉积岩层中顺层拉伸则引发断裂，于背斜顶部形成地堑；如果是弯状隆起，则可形成顺层拉伸则引发断裂，于背斜顶部形成地堑；如果是弯状隆起，则可形成放射状或环状正断层等，总体达到伸展变薄的效果放射状或环状正断层等，总体达到伸展变薄的效果(图图9-31),（3）横弯褶皱作用引起的弯流作用是使岩层物质从弯曲的顶部向翼部）横弯褶皱作用引起的弯流作用是使岩层物质从弯曲的顶部向翼部流动。褶皱翼部的韧性岩层由于重力作用和层间差异流动可能形成轴

16、面向流动。褶皱翼部的韧性岩层由于重力作用和层间差异流动可能形成轴面向外倾倒的层间小褶皱。其轴面与主褶皱的上、下层面的锐夹角指示上层顺外倾倒的层间小褶皱。其轴面与主褶皱的上、下层面的锐夹角指示上层顺倾向滑动，下层逆倾向滑动倾向滑动，下层逆倾向滑动(图图9-32)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构造表现形式：构造表现形式：1.底辟构造底辟构造岩浆上升，盐丘顶刺岩浆上升，盐丘顶刺（）上覆岩层的厚度不等，重压（）上覆岩层的厚度不等，重压不等不等（）盐层表面形态起伏不平（）盐层

17、表面形态起伏不平（）水平挤压造成的局部上拱应（）水平挤压造成的局部上拱应力，甚至地幔局部上拱，等力，甚至地幔局部上拱，等形成原因：形成原因：2.同沉积褶皱同沉积褶皱边沉积边隆起边沉积边隆起(1)褶皱两翼的倾角一般上部平缓，往下逐渐变陡，褶皱总体为开阔褶皱。褶皱两翼的倾角一般上部平缓，往下逐渐变陡，褶皱总体为开阔褶皱。(2)岩层厚度在背斜顶部薄，向两翼厚度增大，向斜中心部位岩层厚度往往最岩层厚度在背斜顶部薄，向两翼厚度增大，向斜中心部位岩层厚度往往最大，沉积的等厚线与相应的构造等值线形态基本一致。大，沉积的等厚线与相应的构造等值线形态基本一致。(3)岩层的岩石结构构造明显受构造控制。背斜顶部常沉

18、积浅水的粗粒物质，岩层的岩石结构构造明显受构造控制。背斜顶部常沉积浅水的粗粒物质，而而向向斜中心部位岩石颗粒逐渐变细，反映盆地较深处的沉积。向向斜中心部位岩石颗粒逐渐变细，反映盆地较深处的沉积。(4)常在一侧或两侧伴生有同沉积滑塌褶皱或滑塌断层，滑塌一般自背斜隆起常在一侧或两侧伴生有同沉积滑塌褶皱或滑塌断层，滑塌一般自背斜隆起中中心顺两翼下滑。心顺两翼下滑。特点：特点：第三节第三节剪切褶皱作用剪切褶皱作用定义定义：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面（剪切面）发生不均匀剪切而形成的褶皱，所以称剪切褶平行密集面（剪切面

19、）发生不均匀剪切而形成的褶皱，所以称剪切褶皱，又称滑褶皱。皱，又称滑褶皱。发生场所：发生场所：韧性剪切带内；层间滑动部位韧性剪切带内；层间滑动部位剪切褶皱作用变形变性特点：剪切褶皱作用变形变性特点：（1）、）、（2）、）、（3）、）、（4）、）、（5）、）、（6）、）、褶皱形态特征：褶皱形态特征：膝折现象，箱状或共轭褶皱膝折现象，箱状或共轭褶皱膝折作用示意图膝折作用示意图K.膝折带；膝折带；S.膝折面；膝折面；A.不对称膝折不对称膝折B.对称膝折（是；手风琴式褶皱）；对称膝折（是；手风琴式褶皱）；C.共轭膝折（共轭褶皱）共轭膝折（共轭褶皱）1）受重力控制）受重力控制2）包括：水下滑塌褶皱，冰川

20、中的柔流褶皱，岩体边缘围岩中的流变褶）包括：水下滑塌褶皱，冰川中的柔流褶皱，岩体边缘围岩中的流变褶皱。皱。3）不仅有层流，亦有紊流。褶皱形态）不仅有层流，亦有紊流。褶皱形态十分复杂十分复杂第四节第四节柔流褶皱作用柔流褶皱作用发生在岩体边缘的柔流褶皱发生在岩体边缘的柔流褶皱大理岩的柔流褶皱大理岩的柔流褶皱是一种固态流变条件下的褶皱作用发生在具有高韧性和低粘度的是一种固态流变条件下的褶皱作用发生在具有高韧性和低粘度的岩石中岩石中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