讨论：褶皱几何学
?Alpino- ( Jura-,German-) type fold是在何种应力和变形条件下形成的？
?Ramsay为什么提出基于等倾斜线的褶皱分类方案？这种分类有何意义？
第五章褶皱
?褶皱几何学
?褶皱成因分析
5.2 褶皱成因分析
?概述
?纵弯褶皱作用
?纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造
?其它褶皱作用
5.2.1 褶皱成因概述
?褶皱成因分析的目的
?了解褶皱多样的形态及组合特点
?褶皱的区域展布及与地壳运动的关系
?对矿产的控制规律
?侧压力，重力，岩石力学性质等控制因素在褶皱发育过程中的作用
?褶皱层内部应变及其与其它构造的内在联系
5.2.1 褶皱成因概述褶皱成因分类
?据物质运动方式分类
?滑动
?流动
?据作用力方式分类
?纵弯
?横弯
5.2.2纵弯褶皱作用
?纵弯褶皱作用：岩层受到顺层挤压力而形成褶皱的作用
?岩层之间的力学性质差异起主导作用
?硬层主动褶皱
?软层被动缩短
5.2.2.1 纵弯褶皱作用单层褶皱的发育机制
?岩层褶皱的阻抗来自强硬层内部和相邻的软弱层
?强硬层内部，趋于形成大波长
?软弱层，阻止大波长形成
?根据最小功原理，褶皱波长为二者之间的调和中间值
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论
Wi d= 26
12
3
πμμ/
?Biot等根据计算和实验提出
?把岩层视作弹性板
? d——岩层厚度；μ
1
——强层粘度；μ
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介质的粘度比有关，
而与作用力无关
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论褶皱主波长与强岩层厚度成正比
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论（μ
1
/ μ
2
）
?褶皱主波长与强岩层粘度(μ
1
)与介质粘度
（μ
2
）的比值有关
?2种典型（极端）情况
? μ
1
/ μ
2
> 50
? ——来自基质的阻抗很小（设想为强岩层处于近于自由空间的环境中）
? μ
1
/ μ
2
< 10
? ——来自基质的阻抗很大（强岩层难以自由褶皱变形）
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论（μ
1
/ μ
2
> 50）
μ
1
/ μ
2
> 50——来自基质的阻抗很小
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论（μ
1
/ μ
2
< 10）
μ
1
/ μ
2
< 10——来自基质的阻抗很大；W
a
<<W
i
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论（不同的粘度比）
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论粘度比小，形成肠状褶皱
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层岩层的褶皱发育
?控制褶皱形态的影响因素
?各层的能干性
?相邻层互相影响
?强层间的距离
?接触应变带的宽度
5.2.2.2 纵弯褶皱作用接触应变带
?接触应变带指的是
“硬层”褶皱对介质的影响范围。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
?强硬层初始主波长
（Ｗ
i
）
5.2.2.2 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，
整个岩系不协调
5.2.2.2 纵弯褶皱作用接触应变带与强硬层间距
两“硬层”间隔小，相互干扰，
但厚度、粘度相同，形成协调褶皱
5.2.2.2 纵弯褶皱作用接触应变带与强硬层间距
不规则互层岩系
硬层间隔小（位于接触应变带内），各层的粘度、厚度不同，
形成复协调褶皱
5.2.2.2 纵弯褶皱作用规则互层岩系的褶皱
?令：
n = d
2
/ d
1
? d
1
——硬层厚度
? d
2
——软层厚度
μ
1
>μ
2
?μ
1
——硬层粘度
?μ
2
——软层粘度
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱
n高（软层较厚），μ
1
/μ
2
低
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱
n中等，μ
1
/μ
2
低，褶皱形态明显，进一步压扁后成压扁的平行褶皱
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱
n小(软层很薄)，μ
1
/μ
2
低，岩层普遍压扁
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱
n高（软层较厚），μ
1
/μ
2
高
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱
n中等，μ
1
／μ
2
高，发育尖棱状褶皱
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱
? n低，μ
1
/μ
2
高(薄的硬层岩系，夹少量软层起润滑作用)
?没有初始特征波长，形成膝折—不规则尖棱褶皱
5.2.3
纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造
?纵弯褶皱层内应变特征的控制因素
?层的弯曲方式
?弯滑
?弯流
?压扁作用
?应变分布控制小构造的类型和形成
5.2.3.1纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造弯流作用与弯滑作用
?视频：弯滑褶皱和弯流褶皱
5.2.3.2纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造中和面褶皱作用
?μ
1
／μ
2
较大时，强岩层具有此种特征
?中和面是位于层内的无应变面
?应变特征：平面应变
?褶皱形态：１Ｂ平行式
?切向长度应变－外弧伸长，内弧缩短
?小构造的发育：决定于变形时的韧性
5.2.3.2纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造中和面褶皱作用：应变分布和伴生构造
5.2.3.3纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造顺层剪切作用
?弯滑作用与弯流作用在宏观上具有共性
?软层形成平行褶皱时，
应变椭圆表明其受到简单剪切作用，以弯流作用为主
?硬层----差异性顺层剪切。当硬层厚度薄到可以忽略不记时，看作宏观上的弯流作用应变椭圆示弯流作用
（没有中和面）。流动是通过小尺度的层间滑动实现的
5.2.3.4纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造弯流褶皱内的应变分布
?平面应变
?IＢ平行式，但无中和面
?褶皱面为剪切面，相当“圆切面”（无应变）
?正交剖面上，λ
1
方向呈“反扇形”，转折端处无应变，拐点处应变最强
?线理在赤平投影图上的变位轨迹为小圆
5.2.3.4纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造弯流褶皱内应变分布
?注意与中和面褶皱作用应变分布形式（左上）的对比
5.2.3.5纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造弯滑褶皱中的次级小型构造
?韧性夹层中的小构造
?不对称小褶皱
?层间劈理
?脆性层中的小构造
?层面擦痕（垂直于褶皱轴）
?层间破碎带
?转折端虚脱，可以形成鞍状脉和矿体
?弯流作用发生在韧性高的层中，以发育反扇形板劈理（或褶劈理）为特征
5.2.4其它褶皱作用概述
?剪切褶皱作用
?横弯褶皱作用
?底辟作用
?柔流褶皱作用
5.2.4.1 剪切褶皱作用
?岩层被动弯曲，
层面不具有力学意义上的主动性
?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
5.2.4.1 剪切褶皱特点
?剪切面上每一点为平面应变
?褶轴不一定平行于中间应变轴，只有当层面垂直于剪切方向时，二者才一致
?无中和面
?褶皱二翼剪切方向相反
?属于Ⅱ型相似式，平行于轴面方向上岩层厚度不变。
顶加厚，翼减薄——并非由于物质流动引起
?背形二侧ＸＹ面成反扇形，可能形成反扇形劈理
5.2.4.2 横弯褶皱作用
?作用力垂直于层面
?特点：
?整体拉伸、无中和面
?韧性层形成IＡ顶薄型，
但常在背斜顶部形成地堑，底劈顶部形成放射状或环状断裂系，
基底断层上形成挠曲
?同沉积褶皱
?一类特殊的横弯褶皱？
5.2.4.3 底辟作用
?底辟构造成因
?上下岩层密度倒置，力学不稳定产生失稳，岩石发生固态流动（由高应力处向低应力处流动）
?底辟构造类型
?盐丘、岩浆底辟等，可以成为良好的储油构造
?造成盐丘失稳的原因
?上覆层厚度不等；
?差异剥蚀
?盐层表面起伏不平
?水平挤压
5.2.4.3 底辟作用盐丘构造
?盐核
?直径２－３km，边界陡立，下延数km，内部发育轴面和枢纽陡立的复杂褶皱
?围岩
?顶部穹隆状隆起、发育正断层系，褶皱形态为1A型顶薄褶皱
?外围的翼部地带向上卷起，甚至形成围绕盐核的向斜
5.2.4.3 底辟作用底辟构造剖面图德国汉诺威附近的盐丘构造剖面图
（据E.S.Hills修改）
5.2.4.4 柔流褶皱作用
?固态流变条件下，岩石具有高韧性和低粘度，呈类似流体的粘滞性流动
?盐丘核部盐层的褶皱
?冰川中冰层的流动和砾石的变形——“灯盏石”
?肠状褶皱：高级变质岩、混合岩中常见的柔流褶皱在物质的持续粘性流动中，
既有层流，也有紊流，使得褶皱形态十分复杂。较简单层流条件下的柔流褶皱可看作剪切褶皱作用进行研究本节要点
?纵弯褶皱作用
?应力分布
?形态
?弯滑/弯流作用
?伴生构造
?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？
?对于柔流褶皱作用，应该采用什么方法和手段对其进行描述和研究？
?Alpino- ( Jura-,German-) type fold是在何种应力和变形条件下形成的？
?Ramsay为什么提出基于等倾斜线的褶皱分类方案？这种分类有何意义？
第五章褶皱
?褶皱几何学
?褶皱成因分析
5.2 褶皱成因分析
?概述
?纵弯褶皱作用
?纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造
?其它褶皱作用
5.2.1 褶皱成因概述
?褶皱成因分析的目的
?了解褶皱多样的形态及组合特点
?褶皱的区域展布及与地壳运动的关系
?对矿产的控制规律
?侧压力，重力，岩石力学性质等控制因素在褶皱发育过程中的作用
?褶皱层内部应变及其与其它构造的内在联系
5.2.1 褶皱成因概述褶皱成因分类
?据物质运动方式分类
?滑动
?流动
?据作用力方式分类
?纵弯
?横弯
5.2.2纵弯褶皱作用
?纵弯褶皱作用：岩层受到顺层挤压力而形成褶皱的作用
?岩层之间的力学性质差异起主导作用
?硬层主动褶皱
?软层被动缩短
5.2.2.1 纵弯褶皱作用单层褶皱的发育机制
?岩层褶皱的阻抗来自强硬层内部和相邻的软弱层
?强硬层内部，趋于形成大波长
?软弱层，阻止大波长形成
?根据最小功原理，褶皱波长为二者之间的调和中间值
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论
Wi d= 26
12
3
πμμ/
?Biot等根据计算和实验提出
?把岩层视作弹性板
? d——岩层厚度；μ
1
——强层粘度；μ
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介质的粘度比有关，
而与作用力无关
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论褶皱主波长与强岩层厚度成正比
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论（μ
1
/ μ
2
）
?褶皱主波长与强岩层粘度(μ
1
)与介质粘度
（μ
2
）的比值有关
?2种典型（极端）情况
? μ
1
/ μ
2
> 50
? ——来自基质的阻抗很小（设想为强岩层处于近于自由空间的环境中）
? μ
1
/ μ
2
< 10
? ——来自基质的阻抗很大（强岩层难以自由褶皱变形）
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论（μ
1
/ μ
2
> 50）
μ
1
/ μ
2
> 50——来自基质的阻抗很小
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论（μ
1
/ μ
2
< 10）
μ
1
/ μ
2
< 10——来自基质的阻抗很大；W
a
<<W
i
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论（不同的粘度比）
5.2.2.1 纵弯褶皱作用褶皱主波长理论粘度比小，形成肠状褶皱
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层岩层的褶皱发育
?控制褶皱形态的影响因素
?各层的能干性
?相邻层互相影响
?强层间的距离
?接触应变带的宽度
5.2.2.2 纵弯褶皱作用接触应变带
?接触应变带指的是
“硬层”褶皱对介质的影响范围。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
?强硬层初始主波长
（Ｗ
i
）
5.2.2.2 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，
整个岩系不协调
5.2.2.2 纵弯褶皱作用接触应变带与强硬层间距
两“硬层”间隔小，相互干扰，
但厚度、粘度相同，形成协调褶皱
5.2.2.2 纵弯褶皱作用接触应变带与强硬层间距
不规则互层岩系
硬层间隔小（位于接触应变带内），各层的粘度、厚度不同，
形成复协调褶皱
5.2.2.2 纵弯褶皱作用规则互层岩系的褶皱
?令：
n = d
2
/ d
1
? d
1
——硬层厚度
? d
2
——软层厚度
μ
1
>μ
2
?μ
1
——硬层粘度
?μ
2
——软层粘度
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱
n高（软层较厚），μ
1
/μ
2
低
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱
n中等，μ
1
/μ
2
低，褶皱形态明显，进一步压扁后成压扁的平行褶皱
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱
n小(软层很薄)，μ
1
/μ
2
低，岩层普遍压扁
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱
n高（软层较厚），μ
1
/μ
2
高
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱
n中等，μ
1
／μ
2
高，发育尖棱状褶皱
5.2.2.2 纵弯褶皱作用多层规则相间的强硬层的褶皱
? n低，μ
1
/μ
2
高(薄的硬层岩系，夹少量软层起润滑作用)
?没有初始特征波长，形成膝折—不规则尖棱褶皱
5.2.3
纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造
?纵弯褶皱层内应变特征的控制因素
?层的弯曲方式
?弯滑
?弯流
?压扁作用
?应变分布控制小构造的类型和形成
5.2.3.1纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造弯流作用与弯滑作用
?视频：弯滑褶皱和弯流褶皱
5.2.3.2纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造中和面褶皱作用
?μ
1
／μ
2
较大时，强岩层具有此种特征
?中和面是位于层内的无应变面
?应变特征：平面应变
?褶皱形态：１Ｂ平行式
?切向长度应变－外弧伸长，内弧缩短
?小构造的发育：决定于变形时的韧性
5.2.3.2纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造中和面褶皱作用：应变分布和伴生构造
5.2.3.3纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造顺层剪切作用
?弯滑作用与弯流作用在宏观上具有共性
?软层形成平行褶皱时，
应变椭圆表明其受到简单剪切作用，以弯流作用为主
?硬层----差异性顺层剪切。当硬层厚度薄到可以忽略不记时，看作宏观上的弯流作用应变椭圆示弯流作用
（没有中和面）。流动是通过小尺度的层间滑动实现的
5.2.3.4纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造弯流褶皱内的应变分布
?平面应变
?IＢ平行式，但无中和面
?褶皱面为剪切面，相当“圆切面”（无应变）
?正交剖面上，λ
1
方向呈“反扇形”，转折端处无应变，拐点处应变最强
?线理在赤平投影图上的变位轨迹为小圆
5.2.3.4纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造弯流褶皱内应变分布
?注意与中和面褶皱作用应变分布形式（左上）的对比
5.2.3.5纵弯褶皱层内的应变分布与小型构造弯滑褶皱中的次级小型构造
?韧性夹层中的小构造
?不对称小褶皱
?层间劈理
?脆性层中的小构造
?层面擦痕（垂直于褶皱轴）
?层间破碎带
?转折端虚脱，可以形成鞍状脉和矿体
?弯流作用发生在韧性高的层中，以发育反扇形板劈理（或褶劈理）为特征
5.2.4其它褶皱作用概述
?剪切褶皱作用
?横弯褶皱作用
?底辟作用
?柔流褶皱作用
5.2.4.1 剪切褶皱作用
?岩层被动弯曲，
层面不具有力学意义上的主动性
?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
5.2.4.1 剪切褶皱特点
?剪切面上每一点为平面应变
?褶轴不一定平行于中间应变轴，只有当层面垂直于剪切方向时，二者才一致
?无中和面
?褶皱二翼剪切方向相反
?属于Ⅱ型相似式，平行于轴面方向上岩层厚度不变。
顶加厚，翼减薄——并非由于物质流动引起
?背形二侧ＸＹ面成反扇形，可能形成反扇形劈理
5.2.4.2 横弯褶皱作用
?作用力垂直于层面
?特点：
?整体拉伸、无中和面
?韧性层形成IＡ顶薄型，
但常在背斜顶部形成地堑，底劈顶部形成放射状或环状断裂系，
基底断层上形成挠曲
?同沉积褶皱
?一类特殊的横弯褶皱？
5.2.4.3 底辟作用
?底辟构造成因
?上下岩层密度倒置，力学不稳定产生失稳，岩石发生固态流动（由高应力处向低应力处流动）
?底辟构造类型
?盐丘、岩浆底辟等，可以成为良好的储油构造
?造成盐丘失稳的原因
?上覆层厚度不等；
?差异剥蚀
?盐层表面起伏不平
?水平挤压
5.2.4.3 底辟作用盐丘构造
?盐核
?直径２－３km，边界陡立，下延数km，内部发育轴面和枢纽陡立的复杂褶皱
?围岩
?顶部穹隆状隆起、发育正断层系，褶皱形态为1A型顶薄褶皱
?外围的翼部地带向上卷起，甚至形成围绕盐核的向斜
5.2.4.3 底辟作用底辟构造剖面图德国汉诺威附近的盐丘构造剖面图
（据E.S.Hills修改）
5.2.4.4 柔流褶皱作用
?固态流变条件下，岩石具有高韧性和低粘度，呈类似流体的粘滞性流动
?盐丘核部盐层的褶皱
?冰川中冰层的流动和砾石的变形——“灯盏石”
?肠状褶皱：高级变质岩、混合岩中常见的柔流褶皱在物质的持续粘性流动中，
既有层流，也有紊流，使得褶皱形态十分复杂。较简单层流条件下的柔流褶皱可看作剪切褶皱作用进行研究本节要点
?纵弯褶皱作用
?应力分布
?形态
?弯滑/弯流作用
?伴生构造
?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？
?对于柔流褶皱作用，应该采用什么方法和手段对其进行描述和研究？
