第九章褶皱的成因分析
褶皱的成因分析
纵弯褶皱的成因机制
主导波长理论
设有一厚度为d的高粘度（μ1）强硬层夹于低粘 度（μ2）的软弱岩层中，使其受侧向挤压而发 生纵弯作用。
W 2d 3 1 62
式中：d－强硬层的厚度，μ1，μ2 －强硬层和软 弱层的粘度（μ1>μ2）。 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。
形成条件：地壳的下构造层次，温度和压力增高，各层岩石均显示很大韧性。 岩石间的韧性差异很小，趋向于均一。
流动褶皱和滑动褶皱
流动：是指物质的连续 位移（A）。 滑动：是指物质沿着许 多一定间隔的不连续面 的位移（B）。
纵弯褶皱和横弯褶皱
纵弯褶皱：是在平行于岩层的水平挤压作用下，岩层失稳而 弯曲，称为纵弯褶皱。（左图） 横弯褶皱：是指在垂直于岩层的作用力的作用下使岩层发生 弯曲，称为横弯褶皱。 （右图）
纵弯褶皱作用
第一节
岩层在受到侧向的顺层挤压力的作用后发生褶皱弯曲 叫做纵弯褶皱作用
纵弯褶皱形成的前提：岩层层理 和岩层间力学性质的差异在褶皱 形成过程中起关键作用。
1. 如果岩石在力学性质上是均匀岩石， 则产生均匀压扁； 2. 如果岩石力学性质不一致，则：强硬 层（能干层）－正弦曲线状弯曲； 软弱层（非能干层）－均匀压扁。 3. 如果两层岩石力学性质（特别是韧性） 差异较小，则两层岩石受到总体压扁 作用。
褶皱的形成方式与其受力状态、变形环境及其 岩层的变形行为密切相关
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）
根据褶皱过程中物质运动方式，可以划分为：
【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。
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。
第九章褶皱的成因分析
第九章褶皱的成因分析第九章褶皱的成因分析褶皱的成因可以从不同的方面来探讨。
根据褶皱形成过程中岩石的变形行为可以有主动褶皱作用与被动褶皱作用。
岩层的力学性质和层理积极地控制着褶皱的发育时，形成的褶皱就是主动褶皱；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的褶皱就是被动褶皱。
从褶皱形成过程中物质的运动方式可以把褶皱形成过程分为流动和滑动两种机制。
滑动是物质沿许多一定间隔的不连续面的滑移，流动是物质的连续滑移，从显微尺度来看，流动只是一种晶粒尺度或晶格尺度的微小滑动。
根据造成岩层褶皱的力的作用方式和岩石在褶皱过程中物质运动方式，可把褶皱形成机制划分为四种：纵弯褶皱作用、横弯褶皱作用、剪切褶皱作用和柔流褶皱作用。
一、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。
地壳水平运动是造成这种作用的地质条件。
地壳中大多数褶皱是由纵弯社交怕。
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。
特点：①存在应力中和面；对背斜而言，上部拉伸，下部挤压；对向斜而言，下部拉伸，上部挤压；②各相邻层的上层相对向背斜转折端运动，各相邻层的下层则相对向相反方向运动，即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，另一方面往往在转折端形成空隙，造成虚脱现象；③强硬层之间的塑性层在力偶的作用下发生层间小褶皱，且多为不对称褶皱。
小褶皱的轴面与其上、下相邻的主褶皱面所锐角指示其相邻层的滑动方向。
除平卧褶皱和翻卷褶皱外，可以根据上述层间滑动规律来判断岩层顶、底面，从而确定岩层层序是否正常的或倒转的以及背向斜的位置。
2．弯流作用：纵弯褶皱作用使岩层弯曲变形时，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。
特点：①层内塑性物质从受压的翼部流向转折端，致使岩层在转折端部位不同程度地增厚，翼部相对减薄，从而形成相似褶皱和类顶厚褶皱；②在翼部和转折端的塑性层内往往形成从属褶皱，从属褶皱显示了层内物质向转折端的流动特征。
褶皱的总结
褶皱的总结简介褶皱是一种常见的地质现象，在地壳运动中形成，并对地球的地貌和构造产生重要影响。
褶皱是由于地壳中的岩石受到应力作用而发生变形，形成了起伏的山脉和山谷。
本文将对褶皱的形成机制、分类、特征和地质意义进行总结。
形成机制褶皱的形成是由于地壳中岩石受到应力作用而发生的变形。
当地质中发生应力时，岩石会发生弯曲、扭曲和断裂等变形。
这些变形导致了地壳的大规模抬升或下沉，并在地表上形成了褶皱。
褶皱的形成通常与板块运动和地球内部应力有关。
当板块发生相互碰撞、挤压或拉伸时，会在地壳上产生巨大的应力。
这些应力会引起地壳的断裂和变形，形成褶皱。
分类根据褶皱的形状和特征，可以将其分为以下几种常见类型：1.圆顶褶皱：顶部呈圆形或半圆形拱起的褶皱。
这种褶皱通常形成在侵入岩或楔入岩上，如岩浆穿透岩层的地方。
2.圆谷褶皱：谷底呈圆形或半圆形的褶皱。
这种褶皱通常形成在斜坡区域，地表被侵蚀后形成了圆谷。
3.紧凑褶皱：褶皱的波峰和波谷非常接近，形成紧密排列的褶皱。
这种褶皱多见于碳酸盐岩地层。
4.松散褶皱：褶皱的波峰和波谷之间有足够的距离，形成松散排列的褶皱。
这种褶皱多见于沉积岩地层。
特征褶皱具有一些独特的特征，可以帮助地质学家研究地壳变动和地球历史：1.波长和振幅：褶皱的波长是描述褶皱特征的距离，振幅是波峰和波谷之间的垂直距离。
波长和振幅的变化可以揭示地壳变形的规模和方向。
2.褶皱轴：褶皱轴是指褶皱的中心线。
通过分析褶皱轴的方向和倾角，可以推断地壳的受力方向和岩石变形的趋势。
3.褶皱对称性：褶皱可以是对称的，即波峰和波谷相对称，也可以是不对称的，即波峰和波谷之间没有对称关系。
褶皱的对称性可以揭示地壳运动的复杂性。
4.褶皱剖面：褶皱剖面是褶皱从侧面看的形状图。
通过分析褶皱剖面，可以推断褶皱的类型和形成过程，并了解地层的层序关系。
地质意义褶皱在地质学中具有重要的意义，对理解地球的构造和地质历史有着重要的指导作用：1.说明地壳变动：褶皱的存在表明地壳发生了变动，揭示了地球的动态性和活跃性。
第九章褶皱的成因分析
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）
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
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
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
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
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。
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，
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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。