褶皺構造

褶皺構造

組成地殼的岩層,受構造應力的強烈作用使其發生波狀彎曲而未喪失其連續性的構造,稱為褶皺構造。褶皺構造是岩層產生塑性變形的表現,是地殼表層廣泛發育的基本構造。

基本介紹

  • 中文名:褶皺構造
  • 外文名:Pleated structure
  • 定義:岩石受力發生的彎曲就稱為褶皺
  • 特徵:在層狀岩層中表現的最為明顯
  • 基本類型:背斜:向上彎曲;向斜,向下彎曲
簡介,特徵,意義,基本類型,褶曲要素,褶曲分類,褶皺野外識別,

簡介

岩層的彎曲現象稱為褶皺。岩層在構造運動作用下或者說在地應力作用下,會改變岩層的原始產狀,不僅會使岩層發生傾斜而且大多數會形成各式各樣的彎曲。褶皺是岩層塑性變形的結果,是地殼中廣泛發育的地質構造的基本形態之一。褶皺的規模可以長達幾十到幾百千米,也可以小到在手標本上出現。褶皺構造通常指一系列彎曲的岩層,其中一個彎曲稱為褶曲。褶皺主要由構造運動形成,大多數是在切向運動下受到擠壓而形成的且縮短了岩層的水平距離,當然升降運動也可使岩層向上拱起和向下拗曲。褶曲形態多種多樣但基本形式只有背斜和向斜兩種,背斜是岩層向上突出的彎曲(兩翼岩層從中心向外傾斜),向斜是岩層向下突出的彎曲(兩翼岩層白兩側向中心傾斜)。褶曲核部是老岩層、兩翼是新岩層就是背斜,褶曲核部是新岩層、兩翼是老岩層就是向斜。
人們提供褶曲要素對褶曲進行分類和描述,褶曲要素是指褶曲的各個組成部分和確定其幾何形態的要素,包括核、翼、軸面、樞紐、軸、轉折端。“核”是褶曲的中心部分,通常指褶曲兩側同一岩層之間的部分。但也往往只把褶曲出露地表最中心部分的岩層叫核。“翼”指褶曲核部兩側的岩層,一個褶曲具有兩個翼,兩翼岩層與水平面的夾角叫翼角。“軸面”是指平分褶曲兩翼的假想的對稱面,可為簡單平面,也可是複雜曲面。其產狀可直立、傾斜或水平。軸面形態和產狀可反映褶曲橫剖面的形態。褶曲岩層的同一層面與軸面相交的線叫樞紐,樞紐可以是水平的、傾斜的或波狀起伏的。它表示褶曲在其延長方向上產狀的變化。“軸”是指軸面與水平面的交線,軸永遠是水平的。可以是水平的直線或水平的曲線。軸向代表褶曲延伸方向,軸長反映褶曲模。“轉折端”是褶曲兩翼會合的部分,即從褶曲的一翼轉到另一翼的過渡部分。可以是一點,也可以是一段曲線。

特徵

它在層狀岩層中表現的最為明顯;是地殼上最常見的一種地質構造形式;規模差別很大,手標本-幾百公里。

意義

褶皺是最重要的構造現象,因而是構造地質學研究的重要內容; 與礦產的關係:大向斜就是盆地,形成沉積礦床,虎睛形成於熱液充填礦床; 與石油:背斜圈閉,過去發現的石油絕大多數與此有關; 工程地質,水文地質。 旅遊地質; 構造地質。

基本類型

褶曲是褶皺構造中的一個彎曲。它是褶皺構造的組成單位。褶曲的基本類型有背斜和向斜兩種。
(1)背斜
背斜是岩層向上隆起的褶曲。中心部分為較老岩層,向兩側依次變新。
(2)向斜
向斜是岩層向下凹的褶曲。中心部分為較新岩層,向兩側依次變老。若岩石未經剝蝕,則背斜成山,向斜成谷,地表僅見到時代最新的地層;若褶皺遭受風化剝蝕,則背斜山被削平,整個地形變得比較平坦,甚至背斜遭受強烈剝蝕形成谷地,向斜反而成為山脊(圖1)。因此,不能夠完全以地形的起伏情況作為識別褶皺類型的主要標誌。
背斜和向斜遭受風化剝蝕後,地表可見不同時代的地層出露。在平面上認識背斜和向斜,是根據岩層的新老關係及其分布規律來確定的。若中間為老地層.兩側依次對稱出現老地層,則稱為向斜。
褶皺構造
圖1 背斜和向斜

褶曲要素

對於各式各樣的褶皺進行捕述和研究,認識和區別不同形狀、不同特徵的褶皺構造,需要統一規定褶皺各部分的名稱。褶曲要素是組成褶皺各個部分的單元,包括核部、翼部、軸面、軸、轉折端和樞紐等(圖2)。
按岩層變曲形態劃分褶皺類型按岩層變曲形態劃分褶皺類型
圖2褶曲要素 圖3組成褶皺的地層經剝蝕後平面上對稱排列
(1)核
核指褶皺的中心部分。如果褶皺岩層受風化剝蝕後,出露在地面上的中心部分稱之為核。如圖3中,背斜核部為志留系(S),向斜核部為二疊系(P)。核部出露的地層與岩層的剝蝕作用的強弱有關,背斜剝蝕越深,核部地層出露越老。對於同一個褶皺,由於不同地段的剝蝕深度上有差異,可以出露不同時代的地層,因此,褶皺的核與翼是相對概念。
(2)翼
翼指核部兩側對稱出露的岩層。當背斜與向斜相連時,翼部是共有的,如圖3中泥盆系(D)和石炭系(C)。
(3)樞紐
樞紐指褶曲在同一層面上各最大彎曲點的連線,或者褶曲中同一層面與軸面的交線:褶曲的樞紐有水平的,有傾斜的,也有波狀起伏的,其空間方位南測得的傾伏向和傾伏角確定。
(4)軸面
軸面即褶曲軸面,以褶曲頂平分兩翼的面,或者連線褶皺各層的樞紐構成的面。軸面是為了標定褶曲方位及產狀而劃定的一個假想面。它可以是一個簡單的平面,也可以是一個複雜的曲面。軸面可以是直立的、傾斜的或平臥的。
(5)軸
軸指褶曲軸面與水平面的交線。軸的方位即為褶曲的方位。軸的長度表示褶曲延伸的規模。
(6)轉折端
轉折端指從褶曲一翼轉到另一翼的過渡彎曲部分,即兩翼的匯合部分。它的形態常為圓滑的弧形,也可以是尖棱或一段直線。

褶曲分類

褶曲的幾何形態很多,其分類也不盡相同,下面介紹幾種分類方案。
(1)按照褶曲的軸面和兩翼的產狀分類
按照褶曲的軸面和兩翼的產狀分類可將褶皺分為以下五類。
①直立褶曲
軸面直立,兩翼岩層傾向相反,傾角基本相等。因橫剖面上兩翼對稱,又稱對稱褶皺。
②傾斜褶曲
軸面傾斜,兩翼岩層傾向相反,傾角不等。因橫剖面上兩翼不對稱,又稱不對稱褶皺或斜歪褶皺。
③倒轉褶曲
軸面傾斜,兩翼岩層傾向相同,一翼岩層層位正常,另一翼老岩層覆蓋於新岩層之上,即岩層層位發生了倒轉。
④平臥褶曲
軸面水平或近於水平,兩翼岩層產狀也近於水平,一翼岩層層位正常,另一翼岩層發生倒轉。
⑤翻卷褶皺
根據軸面和兩翼產狀對褶曲進行分類根據軸面和兩翼產狀對褶曲進行分類
圖4 根據軸面和兩翼產狀對褶曲進行分類
軸面彎曲的平臥褶皺,通常由平臥褶曲轉折端部分翻卷而成。平臥褶曲轉折端部位翻轉向下,則為地層層序不明的背斜構造;如翻卷向上,則為地層層序不明的向斜構造。
(2)按照褶曲縱剖面上樞紐的產狀分類
①水平褶曲
褶曲樞紐近於水平延伸,兩翼岩層走向大致平行並對稱分布(圖5-a,a')。
②傾伏褶皺
褶曲樞紐向一端傾伏,兩翼岩層的露頭線不平行延伸,發生弧形合圍,或呈“之”字形分布。在背斜的樞紐傾伏端和向斜的樞紐揚起端,兩翼岩層逐漸轉折匯合(圖5-b,b')。
褶皺的樞紐水平及傾斜時,風化剝蝕後岩層的延展狀況褶皺的樞紐水平及傾斜時,風化剝蝕後岩層的延展狀況
圖5 褶皺的樞紐水平及傾斜時,風化剝蝕後岩層的延展狀況
(3)按照褶曲岩層的彎曲形態分類
①圓弧褶皺
褶曲兩側岩層呈圓弧狀彎曲,一般褶曲轉折端較寬緩(圖6-a)。
②尖棱褶皺
褶曲兩翼岩層平直相交,轉折端呈尖角狀,褶皺擠壓緊密,也稱緊密褶皺(圖6-b)
③箱形褶皺
褶曲兩翼岩層近直立,轉折端平直,整體形態似箱形,常有一對共軛軸面。(圖6-c)
④扇形褶皺
褶曲兩翼岩層大致對稱呈弧形彎曲,局部層位倒轉,轉折端平緩,整體呈扇形。(圖6-d)
⑤撓曲
水平或緩傾岩層中的一段突然變為較陡的傾斜,形成台階狀。(圖6-e)
按岩層變曲形態劃分褶皺類型按岩層變曲形態劃分褶皺類型
圖6 按岩層變曲形態劃分褶皺類型
a.圓弧褶皺 (b)尖棱褶皺 (c)箱形褶皺 (d)扇形褶皺 (e)撓曲
(4)按照褶曲在平面上的形態分類
①線形褶皺
褶曲沿一定方向延伸很遠,延伸的長度大而分布寬度小,褶皺長寬比大於10:1稱為線性褶皺。
②短軸褶皺
褶曲兩端延伸不遠即傾伏,長寬比介於(10:1)一(3:1)之間.呈長橢圓形。若為背斜稱為短背斜,若為向斜稱為短向斜。
③穹隆與構造盆地
褶曲的長寬比小於3:1。若為背斜,稱為穹隆;若為向斜,則稱為構造盆地
(5)按照褶曲在橫剖面上的組合類型分類
①復背斜
復背斜是一個巨大的背斜,兩翼為與軸面延伸近一致的次一級褶皺所複雜化。
②復向斜
復向斜是一個巨大的向斜,兩翼亦為與軸面延伸近一致的次一級褶皺所複雜化。

褶皺野外識別

在野外識別褶皺時,首先判斷褶皺的基本形態是背斜還是向斜,然後確定其他形態特徵。一般情況下,可認為背斜成山、向斜為谷,但實際情況要複雜得多。因為背斜遭受長期袖部裂隙發育,岩層較破碎且地形突出,剝蝕作用進行得較快,背斜山被夷為平地,甚至成為谷地,成為背斜谷;與此相反,向斜軸部岩層較為完整,並有剝蝕產物在此堆積,故其剝蝕速度較慢,最終導致向斜地形較相鄰背斜高,形成向斜山。因此,不能完全以地形的起伏情況作為識別褶皺構造的主要標誌。
褶皺的規模有大有小,小的褶皺可以在小範圍內通過幾個出露在地面的露頭進行觀察;大的褶皺,由於分布範圍廣,又常受到地形的影響,不可能通過幾個露頭窺其全貌。所以,在野外識別褶皺時,常採用下面方法進行判別。
(1)穿越法
穿越法即沿垂直於岩層走向的方向進行觀察。
①當地層出現對稱、重複分布時,便可判斷存在褶皺構造。如圖7所示,區內岩層走向近東西方向,從南北方向觀察,有志留系及石炭系地層兩個對稱中心,其兩側地層重複對稱出現,所以該地區有兩個褶曲構造。
褶皺構造立體圖褶皺構造立體圖
圖7 褶皺構造立體圖
(2)分析地層新老組成關係:左側褶曲構造,中間是新地層C,兩側依次為老地層D和S,故為向斜;右側褶曲構造,中間是老地層s,兩側依次為新地層D和C,故為背斜。
②觀察軸面產狀和兩翼情況,圖7中左側向斜褶曲中軸面直立,兩翼岩層傾向相反、傾角近似相等,應為直立向斜;而右側背斜軸面傾斜,兩翼岩層傾向均向北傾斜,一翼層序正常,另一翼發生倒轉,故為倒轉背斜。
(2)追索法
追索法即沿平行於岩層的走向(沿褶曲軸延伸方向)進行平面分析,了解褶曲軸的起伏及其平面形態的變化。若褶曲軸呈水平、直線狀,或者在地質圖上兩翼岩層對稱重複,但彼此不平行,且逐漸轉折匯合,呈S形,則為傾伏褶曲。
在野外識別褶皺時,往往以穿越法為主,以追索法為輔,根據不同情況穿插進行兩種方法。穿越法和追索法不僅是野外觀察、識別褶曲的主要方法,也是野外觀察和研究其他地質構造的基本方法。

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