伸展断层相关褶皱类型及成因机制
《构造地貌的形成》褶皱与断层解
《构造地貌的形成》褶皱与断层解《构造地貌的形成——褶皱与断层解》在我们生活的这个广袤地球上，有着各种各样奇特而壮观的地貌景观。
从雄伟的山脉到深邃的峡谷，从广袤的平原到起伏的丘陵，这些地貌的形成都与地球内部的力量和地质作用密切相关。
其中，构造地貌的形成是一个极其复杂而又引人入胜的过程，而褶皱与断层则是其中最为重要的两种地质构造。
首先，让我们来了解一下褶皱。
褶皱就像是地球表面的“皱纹”，是由于岩石在受到强大的挤压作用时发生弯曲变形而形成的。
想象一下，一块巨大的橡皮被两只手从两端向中间挤压，它就会弯曲、褶皱起来，岩石的褶皱形成过程与此类似。
褶皱可以分为背斜和向斜两种基本类型。
背斜是岩层向上弯曲拱起的部分，它的岩层形态就像是一个倒扣的碗。
而向斜则是岩层向下弯曲凹陷的部分，如同一个正放的碗。
在地表形态上，有时候背斜会形成山岭，向斜会形成谷地。
但这并不是绝对的，因为在长期的风化、侵蚀等外力作用下，背斜顶部由于受到张力的影响，岩石比较破碎，容易被侵蚀成谷地；而向斜槽部受到挤压，岩石坚硬，反而不容易被侵蚀，从而可能形成山岭。
褶皱的规模大小不一，小到在一块岩石上就能看到的微小褶皱，大到绵延数百甚至数千公里的巨大褶皱山脉。
比如，著名的阿尔卑斯山脉、喜马拉雅山脉等都是由大规模的褶皱构造形成的。
这些山脉不仅是地球地质历史的见证，也为人类提供了壮丽的自然景观和丰富的资源。
接下来，我们再说说断层。
断层是岩石在受到强大的压力或张力作用时发生断裂，并沿断裂面发生明显位移而形成的。
断层可以分为正断层、逆断层和平移断层。
正断层是指上盘相对下降，下盘相对上升的断层。
这种断层通常是由于地壳受到张力作用而形成的。
比如，在一些地区，由于地壳的拉伸，地层会沿着断层断裂，上盘下降形成谷地或低地。
逆断层则与正断层相反，是上盘相对上升，下盘相对下降的断层。
它通常是在地壳受到挤压作用时产生的。
逆断层常常会导致地层的重叠和加厚，在地表形成隆起的山脉或高地。
构造地质学《褶皱的形成机制》
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构造地质学
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练习题
1、简述褶皱形成的原因（形成机制）？ 答题要点： 见教材P108～129 2、什么是纵弯褶皱作用、横弯褶皱作用？ 3、中和面褶皱作用形成的褶皱,有哪些主要特点？ 4、弯滑褶皱作用形成的褶皱,有哪些主要特点？ 5、横弯褶皱作用形成的褶皱,有哪些主要特点？
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构造地质学
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垂直褶皱枢纽的擦痕
牵引褶皱和层间剪节理
岩层发生顺层的剪切滑移，总是从凹侧向着凸侧运动， 所以常形成次级伴生构造：
A.垂直褶皱枢纽的擦痕 ； B.牵引褶皱; C.层间剪节理，发育紧密时成为层间破劈理。
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D.在层内有时发育与层面以45º左 右相交的张节理。
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B.彼此粘结不很紧密的一套岩层， 在纵弯褶皱过程中通过层面之间的滑 动而发生弯曲，这种纵弯褶皱作用称 为弯滑褶皱作用。
其中，不仅层面之间发生滑动， 而且在某些岩层的内部还出现物质流 动现象的，则称为弯流褶皱作用。
弯滑褶皱作用
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构造地质学
弯流褶皱作用
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2.中和面褶皱作用的一般特点
E. 在较脆性的岩石中，两翼上可 以形成层间破碎带。
F.在韧性较大的岩层中，两翼上 常发育反扇形劈理。
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褶皱中劈理与层理关系的应用实例
利用劈理与层理关系判 断正常地层和倒转地层；
判断经验法则：在正常 翼，劈理与层理倾斜一 致，劈理倾角比层理的 倾角陡，为正常层序， 判断背斜在左侧；在倒 转翼，劈理倾向与层理 一致，劈理倾角比层理 倾角缓，为倒转层序， 背斜在右侧。
结构地质学中的褶皱与断裂演化过程
结构地质学中的褶皱与断裂演化过程褶皱与断裂是结构地质学中非常重要的概念，它们揭示了地壳在长时间尺度下的演化过程。
褶皱和断裂现象通常与构造运动有关，地质学家通过研究褶皱和断裂的演化过程，可以了解地球内部的构造变动和岩石形成的原因。
在结构地质学中，褶皱是地壳中岩石层弯曲的现象。
它们通常形成于地球的大地构造运动中，如板块碰撞或山脉的形成过程中。
褶皱的形成是由于岩石受到构造力的作用，导致地层发生变形。
通过研究褶皱的形状、方向和尺度，我们可以了解到地球内部的构造运动和岩石变形的方式。
褶皱的演化过程可以分为几个阶段。
首先是形成褶皱的推力阶段，这是由构造力作用于地壳引起的。
在这个阶段，地壳的岩石层受到推力的挤压，产生了褶皱的初始形态。
随着构造力的不断作用，褶皱逐渐加深和加宽，形成了更加复杂的形态。
接着是褶皱的调整阶段，也称为凸起和坍塌。
在这个阶段，褶皱的顶部会发生变形，可能出现断裂和变形带。
这是由于构造运动的不均匀性导致的，不同部位的地壳承受的应力不同，从而产生了较大的变形。
最后是褶皱的稳定阶段，这是褶皱演化的最后阶段。
在这个阶段，褶皱逐渐达到平衡状态，地壳受到的构造力达到平衡，并保持了相对稳定的形态。
褶皱的稳定阶段可能会持续较长的时间，形成了山脉等地貌特征。
除了褶皱，断裂也是结构地质学中的重要概念。
断裂是地壳中岩石层发生断裂的现象，它通常与构造运动有关。
断裂可以由构造力引起，也可以是地震活动或其他因素造成的。
地质学家通过研究断裂的演化过程，可以了解地壳的应力状态和岩石断裂的原因。
断裂的演化过程可以分为几个阶段。
首先是断裂的形成阶段，这是由于地壳受到应力的作用而发生的。
在这个阶段，地壳中的断层开始发生位移，形成了初步的断裂带。
接着是断裂的扩展阶段，这是断裂演化的重要阶段。
在这个阶段，断裂带逐渐扩大，断层发生较大的位移。
断裂带的扩展会导致地壳发生断裂，形成大的断裂带。
最后是断裂的稳定阶段，这是断裂演化的最后阶段。
第四章-褶皱--§4--褶皱形成机制
则会在层间滑动的剪切
力偶的作用下, 在韧性
的薄岩层中会产生层间
小褶皱。
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第四节 褶皱的形成机制
层间小褶皱的轴面与它们 上、下相邻的强硬岩层面所 夹锐角的方向, 指示其相邻 岩层的相对滑动方向。
上述层间滑动规律可用
来判断岩层的顶面和底面,
确定岩层层序是正常还是倒
转; 还可用来判断背斜和向
岩石韧性很小时 形成张裂。
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岩石韧性中等时， 形成剪裂
岩石韧性大时， 形成劈理
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第四节 褶皱的形成机制
当一套层状岩石受到顺层挤压 时，层面在形成褶皱的过程中起 着重要的作用，以致岩层常通过 下列两种方式形成褶皱，弯滑与 弯流。
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第四节 褶皱的形成机制
Ⅰ、弯滑褶皱作用
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第四节 褶皱的形成机制
3.纵弯褶皱的应变分布形式与小型构造
(1) 褶皱层中部有一个无应变的中和面； (2) 各层厚度保持不变；（平行褶皱） ⑶应变特征：外弧拉张伸长，内弧挤压缩
短，中和面无应变； ⑷ 变形特点：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；
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(2) 当软岩层与
硬岩层互层, 受到
顺层挤压时, 硬岩
层难以发生流动,
仍为平行褶皱;而软
岩层容易发生流动
并去充填由于层间
滑动形成的虚脱空
间, 从而形成与硬
岩层褶皱形态不同
的顶厚褶皱（相似
褶皱）。
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第四节 褶皱的形成机制
平行褶皱与相似褶皱
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动画 29
褶皱构造形成机制以及 褶皱构造的观察和研究
褶轴
圆柱状褶皱
5.枢纽：指同一
褶皱面上弯曲最大点 的联线。
6.轴面：各相邻 褶皱面的枢纽连成的 面称为轴面。
7、轴迹：轴面 与地面或其它任何面 的交线称为轴迹。
8、翼间角：正 交剖面上两翼的内夹 角。
轴 迹
轴 迹
枢纽
轴面
9.脊、脊线、脊面
和糟、槽线、槽面： 背斜的同一褶皱面上的 最高点为脊，它们的连 线为脊线；向斜的同一 褶皱面上的最低点为槽， 它们的连线为槽线。若 干相邻褶皱面上的脊线 或槽线联成的面，分别 称为脊面和槽面。
发育于水平挤压的构造 活动带。
认识复背斜和复向斜： 根据中央地带的次级褶皱的 核部地层的新老关系，核部 地层老于两侧者为复背斜， 新于两侧者为复向斜。
湖北汤池峡复背斜剖面图 河南嵩山五指岭复向斜剖面图
（八）叠加褶皱
叠加褶皱又称重褶皱，是指已经褶 皱的岩层再次弯曲变形而形成的褶皱。 沉积岩区的叠加褶皱可分为六种类型：
ⅠA型：等倾斜线强烈向外呈扇形撒开， 各线长短差别很大，为典型顶薄褶皱。
ⅠB型：等倾斜线从核部向外均匀撒开，并 和层面正交，各线长度大致相等，为典型的等 厚褶皱。
ⅠC型：等倾斜线从核部向外略呈扇形撒开， 转折端附近的倾斜线比两翼附近的要略长一些， 反映出两翼厚度变薄的趋势，这是等厚褶皱向 顶厚-相似褶皱过渡的类型。
（1）层内物质的流动方向，自翼部 流向转折端，致使转折端部位增厚， 翼部相对减薄，从而形成相似褶皱或 顶厚褶皱。
（2）当软岩层与硬岩层互层时，受到 顺层挤压，硬岩层形成平行褶皱，而 软岩层易于流动，填充了由于层间滑 动形成的虚脱空隙，从而形成与硬岩 层褶皱形态不同的顶厚褶皱。
(3)当硬岩层中夹有一大层层理发 育相对容易流动的韧性岩层时，可在 主褶皱的翼部和转折端形成从属褶皱。
断层相关褶皱
断层相关褶皱1.断层相关褶皱在断层作用过程中所形成的褶皱或与断层作用有关的褶皱。
断层相关褶皱理论认为褶皱的产生、发育都与断层的活动密切相关，任何复杂的褶皱都可以由断层转折褶皱、断层传播褶皱和滑脱褶皱组合而成。
2.断层转折褶皱(Fault一BendFold)SuPPe(1983)建立了断层转折摺皱的几何学和运动学模型，断层(台阶状断层)由下断坪(水平断面，位于较低层位)、断坡(倾斜断面)、上断坪(水平断面，位于较高层位)组成。
当上盘地层通过断坡时发生褶皱，形成断层转折褶皱。
大邑背斜深部构造样式主要是断层转折褶皱及在断层转折褶皱产生过程中，在断坡处引发的突发构造和在上断坪处产生的次级断层构成(图1)。
断展褶皱（Fault-propagation fold，FPF），或称为断层传播褶皱，或断层扩展褶皱，也被称为断层端线褶皱。
断展褶皱的形成与断坡的形成大致同时，所形成的褶皱背斜一般具有明显的不对称性，前翼陡，后翼缓，在较低层位上的背斜构造为尖棱状，在较高的层位上背斜可能出现平顶，是断层扩张作用的结果。
背斜的轴面向岩层运动的方向倾倒。
上盘断层的断距在断坡方向上越来越小，最后消失于断层端线。
断层端线位于前方不对称向斜的最下枢纽处。
图1 断层转折褶皱的形成过程以单个台阶状断层产生的断层转折褶皱为例(图1)，图中轴面A、B(固定轴面)终止于下盘的X、Y点，轴面A‘、B’(活动轴面)终止于上盘的X‘、Y’点，当地层沿断层运动时，轴面A、B相对于下盘保持静止，上盘地层在通过轴面A、B时发生变形，轴面A‘、B‘则随着上盘地层一起运动，上盘地层在通过轴面A‘、B’时不发生变形；在断层开始位移的时候，首先形成两个膝折带A一A‘、B一B’(图1. a)，随着位移的增加，两个膝折带的宽度增加，构造幅度增大，背斜平顶宽度减小(图1. b)；当点Y‘到达点X时，轴面B‘突然停止随上盘的移动，并在X点固定于下盘，而轴面A从下盘点X被释放，开始随上盘点Y’运动，这时，构造幅度与膝折带A一A‘、B一B’的宽度达到最大，背斜平顶宽度达到最小，这时轴面A、A‘为活动轴面，轴面B、B‘为固定轴面(图1.c。
断层褶皱的概念及分类
断层褶皱的概念及分类
断层褶皱是地球地壳中常见的地质构造形态，是地壳皮层中岩石、土层在地壳运动过程中发生断裂和弯曲而形成的。
断层是指岩石或土壤层在地壳运动中受力超过其抗力时发生断裂。
断层可以分为几种类型：
1. 正断层（逆断层）：正断层是指岩层在垂直于断层面方向上的相对上升（下降）。
正断层常伴随着水平挤压力，是构造抬升和山脉形成的重要原因。
2. 逆断层（倒转断层）：逆断层是指岩层在垂直于断层面方向上的相对下降（上升），与岩层原来的水平方向相对。
3. 侧错断层（走滑断层）：侧错断层是指岩层沿着断层面的平行方向发生滑动，而不发生垂直方向上的上升或下降。
4. 层错断层：层错断层是指岩层沿断层面滑动时，断层面的切向和垂向分量都有可观的位移。
褶皱是指岩层在地壳运动过程中由于构造应力的作用而发生的弯曲。
褶皱可以分为几种类型：
1. 波状褶皱：波状褶皱是指岩层的弯曲形成波动状的曲线，其波峰和波谷分别对应岩层的凸起和凹陷部分。
2. 折片状褶皱：折片状褶皱是指岩层在构造运动中出现的狭长褶皱，形状类似于扑克牌中的扇形折叠。
3. 褶曲状褶皱：褶曲状褶皱是指岩层的弯曲形成弯曲且闭合的弧形褶皱，常伴随着产生盆地和山脊的构造运动。
褶皱和断层常常同时出现，它们是地壳发生变形和岩层形成的重要地质现象。
褶皱形成的基本机制
滑动面
岩层面
第四章 褶皱
③剪切褶皱作用多发生在变质 岩区。剪切褶皱作用往往使层 理或前期的劈理、片理错动成 锯齿状或其它形态的褶皱。 ④很难形成较大规模的褶皱。
第四节 褶皱的形成机制
第四章 褶皱
（四）柔流褶皱作用 柔流褶皱作用：是指高韧
性岩石或者是岩石处于高温高 压环境下变成高韧性体, 受到 外力的作用, 发生类似粘稠的 流体那样的流动变形,从而形成 形态复杂多变的褶皱。
2.基本特征:
１）单层岩层中存在一 中和面(既不拉伸也不压 缩)，中和面之上岩层受张 应力影响处于拉伸状态， 中和面之下岩层受压应力 影响处于挤压状态。
岩层越弯曲，中和面 越向核部发育。
第四节 褶皱的形成机制
张应力 压应力
中和面
第四章 褶皱
第四节 褶皱的形成机制
２）随岩层褶皱的加剧，岩层会发生一系列有规律的变化，并形成小构造:
第四章 褶皱
(5)当褶皱是由脆性和韧性岩层 相间组成时,在经受强烈持续的压 扁作用之后,韧性岩层就会产生劈 理,强硬岩层则会因强烈压扁形成 “无根钩状褶皱”, 这种变形现象在 强烈褶皱的变质岩区较为普遍。
第四节 褶皱的形成机制
第四章 褶皱
(6)在厚层韧性岩层(如泥岩)夹 薄层强硬岩层(如石英砂岩)组成的 岩系受到侧向顺层挤压尚未发生褶 皱时, 岩系先整体平行主压应力方 向压缩, 垂直主压应力方向伸长使 厚度略增; 在持续挤压下, 韧性厚 岩层继续压缩,而其间的薄层强岩层 则形成一系列小褶皱以适应压缩; 整个岩系在纵弯褶皱作用下形成大 型主褶皱, 这时强硬薄岩层中的小 褶皱整体地也随主褶皱而弯曲，小 褶皱在枢纽部位仍保持对称式(M型), 在两翼则变为不对称褶皱(左翼为Z 型, 右翼为S型)。
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伸展断层相关褶皱类型及成因机制摘要：断层相关褶皱的动力学成因并非只有挤压作用，在伸展应力作用下也可形成伸展断层相关褶皱。
为了全面理解伸展断层相关褶皱的运动学和动力学特征，本文利用Move软件重现伸展断层传播褶皱和伸展断层转折褶皱演化过程，并探讨其成因机制，得到如下认识：①伸展断层传播褶皱的形成受控制于地腹深部断层活动，是浅部构造变形对深部构造变位的响应。
②铲式正断层相关褶皱是伸展作用下地层由于重力弯曲变形，发育形成的反牵引褶皱（滚动背斜）。
③坡坪坡式正断层相关褶皱是台阶状正断层控制作用下发育形成的背-向斜复合褶皱。
关键词：伸展断层相关褶皱；演化过程；成因机制Types and genetic mechanism of extensional fault-related foldsAbstract: The dynamic origin of fault-related folds is not only compression, but also extensional fault-related folds can be formed under extension. In order to understand the kinematic and dynamic characteristics of extensional fault-related folds, this paper uses Move software to reproduce the evolution process of extensional fault-propagation folds and extensional fault-bend folds, and discussestheir genetic mechanisms. The following understandings are obtained:① The extensional fault-propagation folds is controlled by deep-state fault activity, which is the response of shallow structuraldeformation to deep structural displacement. ② The listric normalfault-related folds is a reverse traction fold (rolling anticline) developed due to gravity bending deformation of strata under extension.③ The ramp-flat-ranmp normal fault-related folds is a anticline-syncline compound fold developed under the control of step type normal fault.Key words: extensional fault-related folds, evolution process, genetic mechanism1 引言断层相关褶皱是指在断层发育过程中由于地层弯曲变形而伴生发育的褶皱[1]。
自1983年Suppe John基于面积和厚度守恒原则建立起“断层转折褶皱”的几何定量关系以来[2]，断层传播褶皱和滑脱褶皱等断层相关褶皱理论受到了密切关注，并被广泛应用于挤压环境下复杂褶皱构造解析和含油气盆地研究之中[3-5]。
但是褶皱形成的动力学环境并非只有挤压动力学一种，国内外学者在对美国的盆岭伸展区、莱茵地堑，国内海拉尔盆地、松辽盆地以及渤海湾盆地等地区的研究表明，与断层伴生的褶皱也可以发育在伸展动力学环境之下[6-10]。
为了区别于挤压环境下的断层相关褶皱，常称之为伸展断层相关褶皱。
随着伸展构造研究的不断深入，伸展断层相关褶皱的油气地质意义越发受到关注。
断层对盆地内油气的运聚起到关键控制作用，褶皱可以为油气藏的聚集提供有利圈闭，此外，还可以根据断层上下盘地层厚度、褶皱变形等特征来反推断裂的发育时期、活动期次以及所处动力学环境等，从而实现精确刻画油源断裂、指导油气勘探开发目的[11-13]。
本文在结合前人研究基础上，利用Move软件重现伸展断层相关褶皱形成演化过程，解析其成因机制，旨在为全面理解伸展断层相关褶皱提供理论支撑。
2 伸展断层相关褶皱分类伸展环境下，由于正断层几何形态、活动性的改变以及断层之间的相互作用，往往发育多种与断层发育演化过程有直接关系的褶皱。
根据断层线与褶皱轴线的接触关系，可将伸展断层相关褶皱划分为横向褶皱、纵向褶皱和斜向褶皱[8,14-15]。
根据褶皱成因机制，又可将伸展断层相关褶皱划分为伸展断层传播褶皱、伸展断层转折褶皱、牵引褶皱和横向褶皱等（图1）。
为了更加明确褶皱和断层之间的成因联系，本文主要开展伸展断层传播褶皱和伸展断层转折褶皱的研究。
伸展断层传播褶皱是由于伸展作用下隐伏正断层的活动而导致上覆地层发生被动弯曲变形，也有称之为强制褶皱[12]。
该类褶皱常表现出前翼陡窄、后翼宽缓的不对称形态。
隐伏正断层活动在浅部地层中形成一个三角形变形区域。
区域内，地层弯曲变形，形成褶皱，且越靠近断层端点，变形越强烈，褶皱越紧闭；区域外，地层未受到断层影响，不发生形变（图1a）。
伸展断层转折褶皱是由于伸展作用下正断层断面倾角变化而引起地层发生褶皱弯曲（图1b）。
常见的特殊类型有铲式断面控制作用下的滚动背斜、坡坪坡式断面控制作用下的背-向斜复合褶皱等。
图1 伸展正断层相关褶皱典型类型3 伸展断层相关褶皱发育演化过程构造演化分析就是从时间的角度去分析构造发育演化过程和变化规律，有助于理解其构造运动学特征。
伸展断层传播褶皱发育受控于地腹深部的隐伏正断层。
当隐伏正断层开始活动，被断层所切割的地层顺断层面向下滑移错动，而上覆未被断层错断的地层为了保持变形的协调性，形成一个变形三角区。
随着断距的不断增大，三角形区域内的岩层变形越来越强烈，且越靠近断层端点处，岩层形变越大（图2a）。
铲式正断层相关褶皱是伸展断层转折褶皱的特殊类型之一。
在伸展作用下，断上盘岩层发生弯曲变形，形成反牵引褶皱（滚动背斜）。
变形区域受铲式断层的规模控制，靠近断层处岩层发生变形，而远离断层处岩层未发生弯曲变形。
随着伸展量的增大，构造形态基本保持一致，但滚动背斜的规模随之增大（图2b）。
坡坪坡式正断层相关褶皱是伸展作用下所形成的背-向斜复合褶皱。
受拉张应力作用，岩层顺坡坪坡式断层滑脱拆离，在断坡处岩层弯曲变形，形成向斜；断坪处岩层未发生变形，形成背斜。
随着断距的增大，向斜规模越来越大，而背斜规模越来越小；如断距继续增大，可以预见背斜将消失（图2c）。
图2 伸展断层相关褶皱演化示意图4 成因机制伸展断层传播褶皱的形成实际上是伸展作用下地腹隐伏正断层活动在上覆地层中的响应，深部正断层的构造变位引起上覆地层的构造变形，发育形成伸展断层传播褶皱。
隐伏正断层活动向浅部地层传播过程中，形成一个由两条剪切边界所围限的三角形区域。
区域内，岩层发生弯曲变形，且越靠近断层端点，岩层变形越强烈，而区域外岩层基本不发生变形。
铲式断层相关褶皱的发育主要受控于断面形态（上陡下缓的铲式）和岩层重力。
在伸展作用下，铲式断层两盘岩层被拉开拆离，在断面处形成虚空的可容空间，断上盘岩层为了填补这种潜在空隙，在重力驱动下发生弯曲变形，从而形成铲式断层相关褶皱，也称之为滚动背斜。
然而，这种可容空间并不会真实存在，因为断层活动和岩层变形是同时发生进行的。
坡坪坡式正断层相关褶皱的形成主要受控于断面形态的变化，断层通常包括断坡-断坪-断坡三部分。
在伸展作用下，断上盘岩层顺着坡坪坡式断层发生拆离滑脱。
在断坡处，岩层为了填补伸展作用下所形成的潜在空隙而发生重力弯曲下陷，发育向斜；在断坪处，岩层顺层滑脱形成相对构造高点，发育背斜，在断坡-断坡的组合作用下，发育形成背-向斜复合褶皱。
结论①伸展断层传播褶皱的形成受控制于地腹深部断层活动，是浅部构造变形对深部构造变位的响应。
②铲式正断层相关褶皱是伸展作用下地层由于重力弯曲变形，发育形成的反牵引褶皱（滚动背斜）。
③坡坪坡式正断层相关褶皱是台阶状正断层控制作用下发育形成的背-向斜复合褶皱，在断坡处发育向斜，在断坪处形成背斜。
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