第九章 褶皱的成因分析
【构造地质学】第9章 褶皱的成因分析

• 褶皱主波长与褶皱层厚度d成正比、与强硬层和 软弱层的粘度比的立方根成正比,厚度、粘度 比越大,褶皱的波长就越大。
当强硬层与介质的能干性差大时,形成肠状褶皱。 当强硬层与介质的能干性差小时,形成尖圆褶皱。
不同能干性差 的褶皱形态
褶皱层厚度变大, 波长和波幅变小, 褶皱越不明显。
横弯褶皱作用
第二节
横弯褶皱作用
岩层受到与层理面 垂直的应力作用而 发生的弯曲。
横弯褶皱的基本特征
作用力方向垂直于层面;
岩层总体处于拉伸状态,一般 不存在中和面;
褶皱型式为顶薄褶皱(IA); 层面间物质流动:顶薄,翼厚;
层间从属褶皱为反向牵引褶皱, 判断方向:背离转折端方向。
• 底劈构造:是一种特殊褶皱, 是地下低粘度易流动物质因浮 力自下而上刺穿上覆岩层,引 起上覆岩层上拱的构造。底劈 构造是一种盐丘构造、储油构 造,具有重要的经济价值。
• 原始层理(S0)只作为标志面,不起任何控 制作用,由于差异剪切而产生被动弯曲;
• 变形每一点都是平面应变;
• 剪切面平行于褶皱轴面;
• 典型的相似褶皱,顶厚翼薄;
• 形成于深层次高级变质岩系或高韧性岩系 (如含盐岩层)或大型韧性剪切带中。
• 成因上兼具弯滑和剪切作用 两种特征;
• 形成于岩性均一的脆性薄层 岩层或面理化岩层中,如板 岩、片岩等 ;
第九章 褶皱的成因分析
• 褶皱的形成经历漫长、复杂的变 形过程, 它们的形成与内在和外 在因素有关; 褶皱的形成方式与 受力状态、变形环境以及岩层岩 石力学性质有着密切的关系。
• 在不同条件和环境下, 褶皱的类 型、形态、样式是不同的。根据 褶皱的形成条件、褶皱类型及形 态,可将褶皱的形成机制分为: 纵弯褶皱作用、横弯褶皱作用、 剪切褶皱作用、柔流褶皱作用。
第九章褶皱的成因分析

第九章褶皱的成因分析褶皱是指物体表面或内部形成凹陷或凸起的纹理,通常是由压力或拉伸力引起的。
褶皱现象广泛存在于自然界和人造物中,例如山脉的褶皱、地壳的褶皱、纸张的褶皱等。
本章将从力学角度对褶皱的成因进行分析。
首先,介绍褶皱的基本概念。
褶皱是由内部或外部施加的力引起物体的变形而形成的,这种变形通常表现为凹陷或凸起的形态。
褶皱可以是稳定的,也可以是暂时的,取决于物体的材料性质和力的作用方式。
其次,介绍褶皱的成因。
褶皱的主要成因有以下几个方面:1.压缩力:当物体处于受到压缩力作用的状态时,会产生褶皱现象。
这是因为压缩力的作用会使物体的体积减小,而物体的表面积保持不变,从而引起物体表面的褶皱。
2.拉伸力:当物体受到拉伸力作用时,会发生褶皱。
拉伸力的作用会使物体的长度增加,而宽度保持不变,从而导致物体表面产生皱纹。
3.弯曲力:弯曲力是指物体在受到外力作用下发生弯曲。
当物体弯曲到一定程度时,其表面会发生褶皱,形成明显的皱褶纹理。
4.温度变化:温度的变化也可以引起物体的褶皱。
当物体的温度发生变化时,物体内部不同部位的热胀冷缩不同,从而导致物体表面出现褶皱。
以上是褶皱的主要成因,不同的成因会导致不同类型和形态的褶皱。
在自然界中,地壳的褶皱是由于板块运动引起的,山脉的褶皱是由于地质作用和构造活动产生的。
在人造物中,纸张的褶皱是由于机械压力和拉力引起的。
最后,总结褶皱的成因分析。
褶皱是由力的作用导致物体产生形变而形成的纹理。
压缩力、拉伸力、弯曲力和温度变化是褶皱的主要成因,不同成因会引起不同类型和形态的褶皱。
了解褶皱的成因分析对于理解物体形变和力的作用具有重要意义,同时也为后续探究褶皱的应用提供了基础。
构造地质学褶皱的成因

尖园褶皱
一、褶皱主波长理论
(二)多层岩层的纵弯褶皱作用
假设有多层岩石,其粘度、厚度也不一样 (
1
2
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4 ),当受到应力作用以
后,其变形情况将会怎么样?
一、褶皱主波长理论
(二)多层岩层的纵弯褶皱作用
控制褶皱形态的影响因素 各层的粘度
相邻层互相影响
强层间的距离 接触应变带的宽度
被动褶皱作用
褶皱层中发生平面应变(简单剪切,B轴无应 变),同一剪切面上各处的应变值相等。
相似褶皱
与弯滑褶皱作用的层间滑动的区别: 1.滑动面为次生面; 2.滑动方向不顺层,而是切层的; 3.滑动作用不限于层内,不受层面控制,是穿层 的。
剪切褶皱可以看做是变形岩层上各点进行简单剪切 的集合。
(二)顺层剪切作用
弯流褶皱作用的特点
岩层弯曲变形时不仅发生层间滑动,而且某些岩层 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。
特点:
往往呈相似褶皱或类顶厚褶皱。
无中和面
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。
三、压扁作用对纵弯褶皱的影响
一、褶皱主波长理论
(二)多层岩层的纵弯褶皱作用
接触应变带
接触应变带指的是“硬层”
褶皱对基质的影响范围。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(Wi)
(二)多层岩层的纵弯褶皱作用
接触应变带与强硬层间距
两“硬层”间隔远,
第九章 褶皱的成因分析

在转折端处无剪应变,在拐点处应变最强。 4)、伴生小构造:弯滑作用中可在层面上形成垂直褶轴的擦痕、 翼部形成层间不对称小褶皱、层间破碎带或层内斜交层面的张裂隙、 转折端形成虚脱空间。 弯流作用中可形成反扇形流劈理。
三、压扁作用对纵弯Байду номын сангаас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等。
当强硬层与介质的能干性差小时,形成尖圆褶皱。
不同能干性差的 褶皱形态:
褶皱层厚度变 大,波长和波 幅变小,褶皱 越不明显。
3.多层岩层的褶皱发育机制
(1)接触应变带:强硬层褶皱对软弱层的影响程度从最大到消 失的 带状 区域范围,其宽度相当于强硬层的一个初始主波长。
(2)强硬层间的距离对褶皱形态的影响:
2、 内部伴生的小构造特点: 岩石韧性很小时,抗张强度差,发生脆性 破裂,外侧形成张节理呈正扇形分布;内 侧形成顺层张裂,为脉体充填时则呈顺层 张裂脉分布。
岩石韧性中等时,抗剪强度差,形成共轭 剪裂。其内侧共轭剪裂可发展为逆冲断层; 外侧共轭剪裂可发展为顶部地堑。
岩石韧性大时,外侧因拉伸而变薄或形成 平行层理的流劈理;内侧因挤压而加厚, 可形成正扇形劈理,也可形成次级小褶皱。
第二节
一、 纵弯褶皱发育机制 1. 主波长理论:
纵弯褶皱作用
W=2d√ 1/62 褶皱主波长与力的大小无关,只与介质的力学性质有关。 褶皱主波长与褶皱层厚度d成正比、与强硬层和软弱层的粘度 比的立方根成正比,厚度、粘度比越大,褶皱的波长就越大。
2、单层褶皱的发育机制
当强硬层与介质的能干性差大时,形成肠状褶皱。
压扁作用:岩层受水平挤压作用发生纵弯褶皱过程中,引起平行 于主压应力方向的缩短和垂直于主压应力方向的伸长,该作用即为 压扁作用。 压扁作用始终存在于整个褶皱作用过程中,对褶皱的应变状态有 不同程度的影响,因而可使褶皱形态及其内部构造有多样变化。 1、压扁作用发生在褶皱前---均匀压扁 使岩层均匀缩短厚度增大,各点应变椭球体压扁面垂直于层面。 2、压扁作用发生在褶皱中—顺层缩短叠加上弯流褶皱应变形式 1)、若岩层间韧性差异大,强硬层失稳前无压扁作用发生, 形成IB型平行褶皱;后期压扁作用可使IB型褶皱转变为肠状褶皱。 2)、若岩层间韧性差异小,即韧性均一,扁作用可在强硬层 失稳前发生,且一直持续到褶皱后期。 3、压扁作用发生在褶皱后—纵向置换形成轴面劈理 褶皱后的压扁作用,使各点应变椭球体压扁面和轴面近于平行。 4、压扁作用的结果:可使褶皱翼部变薄、变陡、转折端加厚, 使褶皱形态由平行褶皱向相似褶皱发展。使夹于层间的强硬层在褶 皱翼部被拉断形成石香肠、透镜体;在转折端形成无根钩状褶皱。 最终形成轴面劈理,实现纵向构造置换。
第9章 褶皱-成因分析

尖圆状褶皱,窗棂构造
能 干 性 相 差 小 协 调 褶 皱 能 干 性 相 差 大
压扁的平行褶皱 压扁不显示波长 相似褶皱 尖棱褶皱,顶厚褶皱 膝折褶皱,顶厚褶皱
思考题
褶皱与背形向形、背斜向斜的区别 对褶皱在正交剖面上的描述 对褶皱在平行枢纽方向上的描述 褶皱的位态分类和褶皱的形态分类 褶皱的组合型式有哪些
主要发育于岩性均一 的脆性薄层岩层或片 理化岩石中。 在有一定围岩限制的 条件下形成。
思考题
1、基本概念:纵弯褶皱作用、横弯褶皱作用、
剪切褶皱作用、柔流褶皱作用、膝折褶皱 作用、毕奥特主波长理论、接触应变带、 中和面褶皱作用、顺层褶皱作用。 2、简述纵弯褶皱的应变分布形式与小型构 造。 3、纵弯褶皱作用与横弯褶皱作用的主要区 别。
顺层剪切作用形 成的小构造
其 它 的 小 构 造
三、压扁作用对纵弯褶皱的影响
压扁作用伴随着褶皱作用,压扁作用与失稳弯曲存在互为 消长的关系。当韧性差小,平均韧性大时,压扁在前,并 延续到褶皱后期;反之,失稳弯曲在前。
四、纵弯褶皱中发育的劈理型式
纵弯褶皱作用常发育劈理,它们是褶皱的 伴生构造,也反映了褶皱层的应变型式。 Ramsay以两种典型现象为例,作了分析和 论证。 1、高韧性差 2、低韧性差
当 / 0 10时,形成肿缩式褶皱
多层岩层的褶皱发育机制:
强硬层与软弱层相间组成的 褶皱,其形态不仅与各层的 能干性有关,而且也取决于 相邻强硬层的互相影响的程 度。互相影响的程度又取决 于强硬层间的距离及褶皱层 的接触应变带的宽度。
接触应变带的概念:强硬层发生褶
皱时,其周围的软弱层发生不同的 构造反映,强硬层所能影响到的周 围软弱层的范围,叫接触应变带。 根据兰姆赛的研究,比较明显的接 触应变带的宽度,大约相当于强硬 层的一个初始主波长的大小。 在多层岩系中,各层褶皱的褶皱形 态与它们的接触应变带的影响范围 有关。
第九章褶皱成因分析

第九章褶皱成因分析
褶皱的成因概述
一、根据褶皱过程中岩层的变形行为,可以划分为: 主动褶皱(弯曲褶皱)、被动褶皱(剪切褶皱)
二、根据褶皱过程中物质运动方式,可以划分为: 滑动褶皱作用、流动褶皱作用
三、根据引起褶皱的作用力方式,可以划分为: 纵弯褶皱作用、横弯褶皱作用
第九章褶皱成因分析
主动褶皱和被动褶皱
主动褶皱:褶皱的形成是通过层的力学性质和层 理积极地控制着褶皱发育,又称弯曲褶皱。
形成条件:地壳中浅构造层次(约10km以内)。
被动褶皱:层理的力学不均一性在褶皱形成过程 不起主导作用,只是被动作为变形标志,这种褶 皱称为被动褶皱,它的层理并没有发生真正的弯 曲,而褶皱是通过沿平行剪切面的不均匀剪切而 形成的,这种褶皱又称剪切褶皱。
褶皱显示了层内物
质向转折端流动的
特征。
第九章褶皱成因分析
(4) 在侧向挤压力 作用下, 软岩层发生 强烈层内流动, 可产 生线理、劈理(兼有 变质作用)等小构造; 如果软岩层中夹有 脆性的薄层, 还可形 成构造透镜体。
第九章褶皱成因分析
纵弯褶皱中发育的劈理型式
可形成正扇形劈理、反扇形劈理、 轴面劈第理九和章褶劈皱成理因分折析射等。
第九章褶皱成因分析
4.弯滑作用: 沉积岩层是由许多单一岩层叠置组合而成的, 当一套层状岩层受到侧向挤压而发生纵弯褶 皱时, 层面在形成褶皱的过程中起着重要的 作用, 并以弯滑作用方式、弯流作用方式形 成纵弯褶皱。 弯滑作用指一系列岩层在侧向挤压作用中通 过层间滑动而发生弯曲成为褶皱的作用。
第九章褶皱成因分析
第九章褶皱成因分析
(1) 层内物质的
流动方向, 是从翼
部流向转折端, 并
褶皱的形成机制

褶皱的形成机制
褶皱是地质学中的一个概念,指的是岩石层在构造运动中发生的变形。
褶皱的形成机制主要有以下几种:
1. 纵弯褶皱作用:纵弯褶皱作用是指由于地壳的沉降或抬升,导致沉积岩层发生纵向弯曲变形而形成的褶皱。
这种褶皱通常是在较浅层次的地壳中形成,由于岩层受到纵向的压力,使其在垂直方向上发生弯曲,进而形成褶皱。
2. 横弯褶皱作用:横弯褶皱作用是指由于地壳的水平挤压或拉伸,导致沉积岩层发生横向弯曲变形而形成的褶皱。
这种褶皱通常是在较深层次的地壳中形成,由于岩层受到横向的压力,使其在水平方向上发生弯曲,进而形成褶皱。
3. 剪切褶皱作用:剪切褶皱作用是指由于地壳中的剪切应力作用,导致沉积岩层发生相对位移和变形而形成的褶皱。
这种褶皱通常是在较深层次的地壳中形成,由于岩层受到剪切应力的作用,使其发生相对位移和变形,进而形成褶皱。
4. 流变褶皱作用:流变褶皱作用是指由于地壳中的高温高压条件,导致沉积岩层发生流变性变形而形成的褶皱。
这种褶皱通常是在较深层次的地壳中形成,由于岩层在高温高压条件下具有流变性,使其在高温高压条件下发生变形和流动,进而形成褶皱。
总之,褶皱的形成机制多种多样,不同的机制在不同的地质环境下产生不同的褶皱形式。
这些机制共同作用,形成了地球上丰富多彩的地质构造和自然景观。
构造地质学褶皱的成因

第三节 剪切褶皱作用
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。
第三节 剪切褶皱作用
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)中岩层被动弯曲,层面不具有力
学意义上的主动性
岩层被动弯曲,层面不具有力学意义上的主动性
第三节 剪切褶皱作用
特点:
一、褶皱主波长理论
(二)多层岩层的纵弯褶皱作用
接触应变带
接触应变带指的是“硬层”
褶皱对基质的影响范围。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(Wi)
(二)多层岩层的纵弯褶皱作用
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
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基质的粘度比有
关,而与作用力无关
一、褶皱主波长理论
(一)单层岩层的纵弯褶皱作用
主波长理论表明: 褶皱主波长与强岩层厚度成正比
一、褶皱主波长理论
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 褶皱的观察和研究
纵弯褶皱作用与横弯褶皱作用的区别
思考讨论题
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?
肠状褶皱
尖圆型褶皱
第四节 柔流褶皱作用
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2. 顺层剪切作用
(1)褶皱轴是中间应变轴:绕褶皱轴的弯曲,褶皱面上 垂直褶皱轴的滑动 (2)岩层原始厚度保持不变:简单剪切,层内无中和面
(3)直线线理在变形后与褶轴的交角不变
(4)在正交剖面上,最大应变轴的方向在顶部收敛, 转折端处无应变,拐点处应变最强 (5)常形成层间小褶皱,可据此判断大构造的位置 (6)弯滑褶皱作用:剪切面集中在层面之间的褶皱作用
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
(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
1. 中和面褶皱作用 (1) 中和面:褶皱面中部的无应变面 (2) 平行与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
第九章 褶皱的成因分析
第一节 纵弯褶皱作用
纵弯褶皱作用:顺层挤压形成的褶皱
一、纵弯褶皱的发育机制
1、单层褶皱的发育机制 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: 3
Wi 2d μ1/6μ 2
式中:d —强岩层的厚度; μ1、μ2—强岩层、弱岩层(介质)的粘度
μ1>μ2
由此可见:
(7)弯流褶皱作用:宏观上没有明显滑动面的褶皱作用
3. 压扁作用的影响
(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
4. 纵弯褶皱中发育的劈理形式
(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(μ1 / μ2)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
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)
不同能干性岩层的褶皱形态(μ1>μ2>μ3>μ4>μ5)
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。
二、纵弯褶皱的应变分布型式与小型构造