10褶皱作用_1

柔流褶皱作用
柔流褶皱作用——是一种固态流变条件下的褶皱 是一种固态流变条件下的褶皱 柔流褶皱作用 作用，发生在具有高韧性和低粘度的岩石中， 作用，发生在具有高韧性和低粘度的岩石中， 岩石可以呈类似于粘性流体的粘滞性流动。 岩石可以呈类似于粘性流体的粘滞性流动。 ——盐褶皱 盐褶皱 ——冰层褶皱 冰层褶皱 ——深变质岩和混合岩化岩石的褶皱 深变质岩和混合岩化岩石的褶皱
换……
横弯褶皱作用过程中因受到垂直于 岩层界面的挤压作用导致岩层发生弯曲 而形成褶皱，所以， 而形成褶皱，所以，褶皱岩层各部位在 褶皱过程中一直处于拉伸状态而发生伸 长应变。 长应变。
剪切褶皱作用过程中因受到 与褶皱岩层界面相平行或斜交的 剪切力偶作用导致岩层失稳而发 生弯曲形成褶皱， 生弯曲形成褶皱，
当
µ / µ 0 < 10时，形成肿缩式褶皱 时
当µ 2 与µ 4 之间的能 干性差居中， 干性差居中，则形成平行 褶皱或相似褶皱。 褶皱或相似褶皱。
多层纵弯褶皱作用
假设有多层岩石，其粘度、 假设有多层岩石，其粘度、 厚度也不一样（ µ 1 > µ 2 > µ 厚度也不一样（ >µ 其变形情况将会怎么样？ 其变形情况将会怎么样？
纵弯褶皱作用 平行于地质界面（ 岩层） 平行于地质界面 （ 岩层 ） 的挤压而引起的弯曲作用。 的挤压而引起的弯曲作用。
2. 纵弯褶皱作用
单层纵弯褶皱作用 单个能干层在不能干基质中的纵弯 褶皱作用 岩石能干性 岩石抵抗塑性变形的能力。 岩石抵抗塑性变形的能力。 韧性 岩石发生破裂前的塑性变形。 岩石发生破裂前的塑性变形。
肠状褶皱
柔流褶皱作用 岩石体在高韧性和低粘度条件下发生 类似粘性流体的粘滞性流动形成的褶皱作 柔流褶皱作用 用行为称柔流褶皱作用。如肠状褶皱。 用行为称柔流褶皱作用。如肠状褶皱。
•当µ 3 > µ 4 时 当 因两者之间能干性差 最小， 最小，故形成尖园褶皱或 肿缩式褶皱。 肿缩式褶皱。
尖园褶皱
第 十 讲
褶皱作用(一)
（褶皱的成因分析） 褶皱的成因分析）
复习与提示（流变学） 复习与提示（流变学）
弹性—脆性；塑性 韧性 弹性 脆性；塑性—韧性 脆性 各向同性； 各向同性；各向异性 韧性差；粘度差； 韧性差；粘度差；应力差 能干层—强硬层 低塑性层 能干层 强硬层—低塑性层 粘度大 强硬层 低塑性层— 非能干层—软弱层 高塑性层—粘度小 软弱层—高塑性层 非能干层 软弱层 高塑性层 粘度小 一般岩石粘度； 岩盐粘度 < 一般岩石粘度； 沥青粘度 < < 灰岩粘度
剪切褶皱作用 与地质界面斜交的剪切力偶作用 引起的弯曲作用称剪切褶皱作用。 引起的弯曲作用称剪切褶皱作用。 剪切褶皱作用
平行褶皱
弯流褶皱作用
相似褶皱
强硬层间是弯滑褶皱作用
软弱层以弯流作用为主
压扁作用对纵弯褶皱的影响
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-香肠化 无根钩状褶皱 构造置 香肠化-无根钩状褶皱 香肠化 无根钩状褶皱-构造置
当
µ / µ 0 > 50时，形成肠状褶皱 时
•温度、应力和应变速率对粘度的 温度、 温度 影响 µ = ∆σ / 3ε ε （4） ） ∆σ) 5） ε = Aexp[-Q / RT ] (∆σ n （5） ∆σ 其中： 为材料热散常数 为材料热散常数， 为材 其中：A为材料热散常数，Q为材 料激化能， 为气体常数 为气体常数， 为温度 为温度， 料激化能，R为气体常数，T为温度， n为材料常数（应力指数），∆σ 为差 为材料常数（ ），∆σ 为材料常数 应力指数）， 异应力， 为应变速率。 异应力，ε为应变速率。
Q -14S-1条件 10
/µ /µ
M
≥ 1，T < 550℃ ， ℃ < 1，T > 550℃ ， ℃
时，石英岩比大理岩更能干。 石英岩比大理岩更能干。
Q M
时，大理岩比石英岩更能干。 大理岩比石英岩更能干。
当µ 1 >> µ 4时 即岩石能干性差达最 大，则分布在软弱基质中 最能干的强硬层形成肠状 褶皱。 褶皱。
中和面褶皱作用
褶皱强硬层往往以此方式弯曲
应变特征：是平面应变，褶皱轴为中间应变轴； 应变特征：是平面应变，褶皱轴为中间应变轴； 型平行褶皱； 形成 IB 型平行褶皱； 层总体厚度不变，外弧伸长， 层总体厚度不变，外弧伸长，内弧缩短
形成的小构造特点
岩石韧性很小时 形成张裂。 形成张裂。
岩石韧性大时， 岩石韧性大时， 形成劈理 岩石韧性中等时， 岩石韧性中等时， 形成剪裂
褶皱构造的观察与研究
褶皱形态研究 褶皱形态在深部的变化研究 褶皱内部伴生、 褶皱内部伴生、派生的小构造研究 褶皱形成时代的确定
初始主波长Wi为 初始主波长 为： Wi=2πh√ µ1 / 6µ2
（注：应是立方根！）
褶皱主波长与力的大小无关， 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 h 呈 正比。 正比。
主波长理论的构造物理学意义 主波长理论的构造物理学意义 构造物理学 • 当岩性一定时，µ / µ0 比为常数， 当岩性一定时， 比为常数， 褶皱的波长Wi与层厚 与层厚h成正比关 褶皱的波长 与层厚 成正比关 系。 • 当层厚一定时，h为常数，褶皱 当层厚一定时， 为常数 为常数， 的波长Wi与层和介质之间的粘度 的波长 与层和介质之间的粘度 非线性成正比关系. 比µ / µ 0 非线性成正比关系
多层纵弯褶皱作用的伴生小构造
横弯褶皱作用 垂直于地质界面的挤压而 引起的弯曲作用。 引起的弯曲作用。
底辟褶皱及顶部断层的模拟
基底断裂对盖层褶皱的控制
图示: 图示
同沉积褶皱——背斜表现为水下隆起 背斜表现为水下隆起
同沉积褶皱——向斜表现为水下凹陷 向斜表现为水下凹陷
剪切褶皱 许多被动褶皱是由沿平 行剪切面的不均匀剪切而形 成的，所以亦称剪切褶皱 剪切褶皱。 成的，所以亦称剪切褶皱。
能 干 层 （砂 岩 ）
不 能 干 层 （页 岩 ）
能干层发生褶皱作用的——主波长理论 主波长理论 能干层发生褶皱作用的 假设： 假设：能干岩层的厚度 = h ， 粘度 = µ ，
不能干基质的厚度不限定， 不能干基质的厚度不限定， 粘度 = µ 0 ， 在褶皱作用过程中（ 图中P为平行层施加 在褶皱作用过程中 （ 图中 为平行层施加 的作用力， 为基质的阻力 为基质的阻力） 的作用力 ， K为基质的阻力） ， 当能干层 发生弯曲褶皱时， 发生弯曲褶皱时，垂直于层面发生的位移 为u，并假设发生褶皱的初始波长为 ， ， 并假设发生褶皱的初始波长为Wi， 其相应的位移为δ 其相应的位移为δ0 。
被动褶皱－ 被动褶皱－褶皱假象 并没有真正发生过一般意 义的弯曲． 义的弯曲． 如同－ 如同－
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－物质的连续滑移 (只是一种 流动－
晶粒尺度或晶格尺度的微小滑动)
滑动－物质沿不连续面的滑移 滑动－
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
当 = 0 时，只有顺层均匀缩短， 只有顺层均匀缩短， 而不会发生褶皱。 而不会发生褶皱。
µ µ
影响岩石能干性的主要因素 物质组成 结构构造 温度 压力 流体 作用时间等
影响褶皱波长发育的主要因素 层厚 — h 粘度比— 粘度比 µ / µ 0 温度、 温度、应力和应变速率对粘度 的影响
实验表明： 实验表明： 在应变速率ε 在应变速率ε = 受到应力作用以后，
接 触 应 变 带
影响－ 影响－取决于强硬层之间的距离和接触应 变带的宽度
纵弯褶皱的应变分布型式与小型构造 纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳为两种模 中和面褶皱作用和顺层剪切作用（ 式：中和面褶皱作用和顺层剪切作用（弯流褶皱 作用和弯滑褶皱作用） 作用和弯滑褶皱作用）
褶皱作用的基本概念及其类型 褶皱的形成方式与其受力状态 受力状态、 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 变形环境及岩层的变形行为密切 相关。 相关。 从褶皱过程中岩层的变形行为 从褶皱过程中岩层的变形行为 来看，可把褶皱分为主动褶皱 主动褶皱和 来看，可把褶皱分为主动褶皱和 被动褶皱两类 两类。 被动褶皱两类。
主动褶皱－中浅构造层次 主动褶皱－ (＜１０ ＜１０km ) 当各岩层的力学性质和层 理积极地控制着褶皱的发育时， 理积极地控制着褶皱的发育时， 这种褶皱称为主动褶皱 主动褶皱。 这种褶皱称为主动褶皱。
被动褶皱－ 被动褶皱－下构造层次 ( ＞１０ １０km ) 当各层岩石间的韧性差很小 当各层岩石间的韧性差很小， 韧性差很小， 层理在褶皱变形中不再具有力学 上的不均一性， 上的不均一性，而只是被动地作 为变形的标志，这种褶皱称为被 为变形的标志，这种褶皱称为被 动褶皱。 动褶皱。
弯滑褶皱作用
平行褶皱
•当各岩层厚度都比较小 当各岩层厚度都比较小 且粘度比较大时,各层应 且粘度比较大时 各层应 变相互影响,总体上形成 变相互影响 总体上形成 不协调褶皱或S、 、 褶 不协调褶皱或 、M、Z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。