1
第八章 褶皱的几何分析
§ 1 褶皱和褶皱要素
一、褶皱的基本类型
褶皱 面状构造(层面、面理)
的弯曲变形
1.在地层层序(新老关系)不清
的情况下分,背形,褶皱面向上弯曲;
向形,褶皱面向下弯曲;
2.在地层层序(新老关系)已知
的情况下分,背斜,核部为 老地层,翼
部对称式的出现 新地层 ; 向斜,核部为
新地层,翼部对称式的出现 老地层 。
新疆库车河新第三系褶皱
美国加里福利亚州的褶皱
2
二、褶皱要素
1,核:褶皱的中心部分(最新或最老)
地层
2,翼:核部两侧对称出现的地层
3,枢纽:同一褶皱面上最大弯曲点的
连线
4,轴面:褶皱各层枢纽连成的面 (假想
的面 )
5,转折端:褶皱面从一翼过渡到另一
翼的弯曲部分
6,翼间角:正交剖面上两翼间的内夹
角
7,脊线:同一褶皱面上最高点的连线
槽线:同一褶皱面上最低点的连线
8,拐点:由向形向背形转折
过渡 (公共翼上 )的几何点
3
一、正交剖面上褶皱的形态
正交剖面 (横截面)-
垂直褶皱枢纽的剖面
1,按转折端的形态分类
( 1)圆弧褶皱
( 2)尖棱褶皱
( 3)箱状褶皱
( 4)挠曲(膝折)
第二节 褶皱的描述
4
新第三系红层中的大型箱状褶皱
—— 新疆库车克孜纳努尔
5
(1) 平缓褶皱,180° - 120°
(2) 开启褶皱,120° - 70°
(3) 中常褶皱,70° - 30°
(4) 紧闭褶皱,30° - 5°
(5) 等斜褶皱,5° - 0°
2,按翼间角大小分类
6
3,按轴面产状分类
(1) 直立褶皱:轴面近直立,两
翼倾向相反,倾角近相等
(2) 斜歪褶皱:轴面倾斜,两翼
倾向相反,倾角不相等
(3) 倒转褶皱:轴面倾斜,两翼
倾向相同,其中一翼地层倒转
(4) 平卧褶皱:轴面近水平,其
中一翼地层倒转
(5) 反卷褶皱:轴面弯曲的平卧
褶皱
7
A.大型平卧褶皱 — 新疆中巴
公路盖孜检查站
B,大理岩中的倒转褶皱新疆
-喀什奥依塔格
C.平卧褶皱-北京西山
A B
C
8
4,褶皱的对称性
( 1)对称褶皱,轴面与
水平面或包络面垂直,
两翼长度基本相同。
( 2)不对称褶皱,轴面
与水平面或包络面斜交,
两翼长度不相同。
9
弯滑作用 下,当两硬层夹一
软弱岩层时,则在上下硬岩层滑
动的力偶作用下,使薄层软弱
(韧性)层产层间小褶皱可帮助
我们确定层序倒转与否及背、向
斜的位置。
方法是:新岩层总是向背斜
转端滑动,老岩层则向反方向滑
动,先画出小褶皱的轴面,与主
褶皱面所交锐角尖指示相邻居层
相对滑方向,滑动方向一旦确定,
根据上述原理就可推测背、向斜
的位置,也就知道了岩层正常与
否。
10
二、平行枢纽方向的褶皱形态
1、枢纽产状,
( 1)水平褶皱:枢纽近水平,
两翼地层走向平行
( 2)倾伏褶皱:枢纽倾伏,出
现转折端
背斜:倾伏端,一般枢纽倾
向封闭端,内部老地层
向斜:扬起端,一般枢纽倾
向撒开端,内部新地层
( 3)倾竖褶皱:枢纽直立
11
倾伏褶皱 (北美 )
向斜的扬起端-新疆库车河
12
2、褶轴,
圆柱状褶皱:一轴线平行自身移动形成的弯曲面。
非圆柱状褶皱:凡不属于上述特征的褶皱,其中有一特
殊类型即圆锥状褶皱。它是由一轴线一端固定,以某一角度
绕旋转轴进行旋转而成。
13
三、褶皱的平面形态
1,等轴褶皱:长:宽 = 1,1
(穹隆、构造盆地)
2,短轴褶皱:长:宽 = 3,1
3,线状褶皱:长度远大于宽度
的褶皱
四、褶皱的大小(正交剖面上)
1,中间线:连接各褶皱面上拐
点的线
2,波长:两个相间拐点之间的
距离(一个周期波的长度)
3,波幅:中间线与与枢纽点之
间的距离。
14
§ 3 褶皱的类型及褶皱的组合型式
一、褶皱的位态分类
( M,J,Rickard,1971)
Reckard分类,根据 轴
面倾角 和 枢纽倾伏角 两
个要素,将褶皱分为七
类。
15
Rickard 分类表
枢纽倾伏角 γ
轴面倾角 α
水 平
( 0° -10° )
倾 伏( 10° -
80° ) 近直立( 80° -90° )
近直立( 80° -90° ) Ⅰ 直立水平褶皱 Ⅱ 直立倾伏褶皱 Ⅲ 倾竖褶皱
倾 斜( 10° -90° ) Ⅳ 斜歪水平褶皱
Ⅵ 斜歪倾伏褶
皱
Ⅶ 斜卧褶皱
近水平( 0° -10° ) Ⅴ 平卧褶皱
上表只要抓住其命名原则,就不难记住。
命名原则是,轴面产状+枢纽产状+褶皱=褶皱名称
16
Rickard褶皱的分类特征
①正确地反映褶皱三维空间形态和产状特征,避免前述
二维空间对褶皱观察描述的偏面性。
②七个区代表大类型变化范围,各区面积大小,代表自
然界中出现的机率。
③定量化描述,便于统计分析
④易观察某地区褶皱的产状变化规律
17
斜歪水平褶皱 (安徽泗县 )
大型平卧褶皱-中巴
公路盖孜检查站
18
二、褶皱的形态分类
1、几何学分类,
( 1)平行褶皱(等厚褶皱、同
心褶皱),
各褶皱面有同一曲率中心
( 2)相似褶皱:各褶皱面具有
相同的曲率
( 3)底辟构造,
A,高塑体膨胀、上升而成
B、地表为穹隆或短轴背斜,
发育放射状、同心圆状断层
C、高塑体为岩盐类时,
称盐丘构造
19
三、兰姆赛的褶皱几何分类 (J,G,Ramsay,
1967)
分类依据是根据褶皱横截
面( ⊥ β )上褶皱层的等倾斜
线型式和厚度变化参数所反映
的相邻褶皱面的曲率关系。
等倾斜线的绘制:①在
⊥ β 的照片或横剖面图上,以
实际水平线为基准;②以基准
线,按一定角度间隔( 10°,
20° ? )作相邻褶皱的切线;
③连接等斜切点即为等倾斜线。
20
兰姆赛的三类五型褶皱
Ⅰ 类,
ⅠA 顶薄,等倾斜线强烈
向内收敛,不等长
ⅠB 等厚,等倾斜线向内
弧收敛,等长
ⅠC 顶厚,等倾斜线向内
弧轻微收敛,不等长
Ⅱ 类:等倾斜线平行且相等,
曲率相等,相似褶皱
Ⅲ 类:等倾斜线向外领、内
撒开、倒扇形、顶厚褶皱
21
顶厚褶皱 (北京西山 )
相似褶皱 (新疆塔什库尔干 )
22
四、褶皱的组合型式和分布
(一)阿尔卑斯式褶皱
( Alpinotype folds) 又称全
形褶皱,基本特点是,
褶皱呈线状成带展布,走向
与构造带一致;背向斜同等发育,
布满全区。
不同级别的褶皱往往成复背
斜和复向斜构造,是造山带强烈
地带主要构造样式。
复背斜和复向斜概念。
23
( 二)侏罗山式褶皱( Jura-type folds)
又称过度型褶皱,其代表性
构造是隔档式与隔槽式褶皱,隔档
式褶皱又称梳状褶皱。
其成因是沉积盖层在刚性基
底的软弱层上滑脱变形或薄皮滑脱
的结果,属于造山带前陆的构造现
象。
我国湘、鄂西、黔北和川东
发育外,在湘赣一带也广泛发育。
(示图)
24
扇形复背斜、倒扇形复背斜
正扇形复背斜
倒扇形复背斜
25
(三)日尔曼式褶皱( German-tpye folds)
又称断续式褶皱:主要发育于
构造变形轻微的地台盖层中,以卵圆
形穹隆,拉长的短轴背斜或长垣为主。
褶皱翼部产状很缓,甚至近水
平,但规模很大,延长数十公里以外,
可以弧零地产出于水平岩层中,背斜、
向斜发育不同等,展布无定向,有的
成群分布,呈雁行式排列。
这类褶皱常产于北美地台上,
区域性巨大盆地中,在中国川中以及
柴达木盆地之中也有类似褶皱。
26
五、叠加褶皱( Superimposed folds)
(一)叠加褶皱的三种基本型式
(兰姆赛,1967) 示图说明,
Ⅰ 型:晚期褶皱最大应变轴( A、
X,a1)或流动方向 a2与早期褶皱的轴面
平行,两期褶皱的枢纽(中间应变轴 B、
Y,a2)方向不一致,一般呈大角度相交,
这种类型褶皱相当“横跨”“斜跨”褶
皱。
F1的轴面变形影响不大,而 β 1再
褶皱,呈有规律的起伏,表现为穹盆相
间的构造,类似两个波叠加,波峰 +波峰
=峰更高,波谷 +波谷 =谷更低,波峰 +波
谷 =中和,相当一个鞍部。
27
Ⅱ 型,a2⊥s1 (或大角相交) B1∧b2 成中等或
大角度相交
F1常为紧闭或等斜的斜歪褶皱,平卧褶皱,S1与
翼一起褶皱,B1也同时褶皱,形成平面上的新月型或
蘑菇型褶皱。
28
Ⅲ 型、共轴叠加褶皱,a2∧s1 成大角度相交,
但 B1‖b2 。
F1之 S1和两翼共同被褶皱,尤其在正交剖面
上更为清楚,可出现双重褶皱或钩状闭合褶皱。
第八章 褶皱的几何分析
§ 1 褶皱和褶皱要素
一、褶皱的基本类型
褶皱 面状构造(层面、面理)
的弯曲变形
1.在地层层序(新老关系)不清
的情况下分,背形,褶皱面向上弯曲;
向形,褶皱面向下弯曲;
2.在地层层序(新老关系)已知
的情况下分,背斜,核部为 老地层,翼
部对称式的出现 新地层 ; 向斜,核部为
新地层,翼部对称式的出现 老地层 。
新疆库车河新第三系褶皱
美国加里福利亚州的褶皱
2
二、褶皱要素
1,核:褶皱的中心部分(最新或最老)
地层
2,翼:核部两侧对称出现的地层
3,枢纽:同一褶皱面上最大弯曲点的
连线
4,轴面:褶皱各层枢纽连成的面 (假想
的面 )
5,转折端:褶皱面从一翼过渡到另一
翼的弯曲部分
6,翼间角:正交剖面上两翼间的内夹
角
7,脊线:同一褶皱面上最高点的连线
槽线:同一褶皱面上最低点的连线
8,拐点:由向形向背形转折
过渡 (公共翼上 )的几何点
3
一、正交剖面上褶皱的形态
正交剖面 (横截面)-
垂直褶皱枢纽的剖面
1,按转折端的形态分类
( 1)圆弧褶皱
( 2)尖棱褶皱
( 3)箱状褶皱
( 4)挠曲(膝折)
第二节 褶皱的描述
4
新第三系红层中的大型箱状褶皱
—— 新疆库车克孜纳努尔
5
(1) 平缓褶皱,180° - 120°
(2) 开启褶皱,120° - 70°
(3) 中常褶皱,70° - 30°
(4) 紧闭褶皱,30° - 5°
(5) 等斜褶皱,5° - 0°
2,按翼间角大小分类
6
3,按轴面产状分类
(1) 直立褶皱:轴面近直立,两
翼倾向相反,倾角近相等
(2) 斜歪褶皱:轴面倾斜,两翼
倾向相反,倾角不相等
(3) 倒转褶皱:轴面倾斜,两翼
倾向相同,其中一翼地层倒转
(4) 平卧褶皱:轴面近水平,其
中一翼地层倒转
(5) 反卷褶皱:轴面弯曲的平卧
褶皱
7
A.大型平卧褶皱 — 新疆中巴
公路盖孜检查站
B,大理岩中的倒转褶皱新疆
-喀什奥依塔格
C.平卧褶皱-北京西山
A B
C
8
4,褶皱的对称性
( 1)对称褶皱,轴面与
水平面或包络面垂直,
两翼长度基本相同。
( 2)不对称褶皱,轴面
与水平面或包络面斜交,
两翼长度不相同。
9
弯滑作用 下,当两硬层夹一
软弱岩层时,则在上下硬岩层滑
动的力偶作用下,使薄层软弱
(韧性)层产层间小褶皱可帮助
我们确定层序倒转与否及背、向
斜的位置。
方法是:新岩层总是向背斜
转端滑动,老岩层则向反方向滑
动,先画出小褶皱的轴面,与主
褶皱面所交锐角尖指示相邻居层
相对滑方向,滑动方向一旦确定,
根据上述原理就可推测背、向斜
的位置,也就知道了岩层正常与
否。
10
二、平行枢纽方向的褶皱形态
1、枢纽产状,
( 1)水平褶皱:枢纽近水平,
两翼地层走向平行
( 2)倾伏褶皱:枢纽倾伏,出
现转折端
背斜:倾伏端,一般枢纽倾
向封闭端,内部老地层
向斜:扬起端,一般枢纽倾
向撒开端,内部新地层
( 3)倾竖褶皱:枢纽直立
11
倾伏褶皱 (北美 )
向斜的扬起端-新疆库车河
12
2、褶轴,
圆柱状褶皱:一轴线平行自身移动形成的弯曲面。
非圆柱状褶皱:凡不属于上述特征的褶皱,其中有一特
殊类型即圆锥状褶皱。它是由一轴线一端固定,以某一角度
绕旋转轴进行旋转而成。
13
三、褶皱的平面形态
1,等轴褶皱:长:宽 = 1,1
(穹隆、构造盆地)
2,短轴褶皱:长:宽 = 3,1
3,线状褶皱:长度远大于宽度
的褶皱
四、褶皱的大小(正交剖面上)
1,中间线:连接各褶皱面上拐
点的线
2,波长:两个相间拐点之间的
距离(一个周期波的长度)
3,波幅:中间线与与枢纽点之
间的距离。
14
§ 3 褶皱的类型及褶皱的组合型式
一、褶皱的位态分类
( M,J,Rickard,1971)
Reckard分类,根据 轴
面倾角 和 枢纽倾伏角 两
个要素,将褶皱分为七
类。
15
Rickard 分类表
枢纽倾伏角 γ
轴面倾角 α
水 平
( 0° -10° )
倾 伏( 10° -
80° ) 近直立( 80° -90° )
近直立( 80° -90° ) Ⅰ 直立水平褶皱 Ⅱ 直立倾伏褶皱 Ⅲ 倾竖褶皱
倾 斜( 10° -90° ) Ⅳ 斜歪水平褶皱
Ⅵ 斜歪倾伏褶
皱
Ⅶ 斜卧褶皱
近水平( 0° -10° ) Ⅴ 平卧褶皱
上表只要抓住其命名原则,就不难记住。
命名原则是,轴面产状+枢纽产状+褶皱=褶皱名称
16
Rickard褶皱的分类特征
①正确地反映褶皱三维空间形态和产状特征,避免前述
二维空间对褶皱观察描述的偏面性。
②七个区代表大类型变化范围,各区面积大小,代表自
然界中出现的机率。
③定量化描述,便于统计分析
④易观察某地区褶皱的产状变化规律
17
斜歪水平褶皱 (安徽泗县 )
大型平卧褶皱-中巴
公路盖孜检查站
18
二、褶皱的形态分类
1、几何学分类,
( 1)平行褶皱(等厚褶皱、同
心褶皱),
各褶皱面有同一曲率中心
( 2)相似褶皱:各褶皱面具有
相同的曲率
( 3)底辟构造,
A,高塑体膨胀、上升而成
B、地表为穹隆或短轴背斜,
发育放射状、同心圆状断层
C、高塑体为岩盐类时,
称盐丘构造
19
三、兰姆赛的褶皱几何分类 (J,G,Ramsay,
1967)
分类依据是根据褶皱横截
面( ⊥ β )上褶皱层的等倾斜
线型式和厚度变化参数所反映
的相邻褶皱面的曲率关系。
等倾斜线的绘制:①在
⊥ β 的照片或横剖面图上,以
实际水平线为基准;②以基准
线,按一定角度间隔( 10°,
20° ? )作相邻褶皱的切线;
③连接等斜切点即为等倾斜线。
20
兰姆赛的三类五型褶皱
Ⅰ 类,
ⅠA 顶薄,等倾斜线强烈
向内收敛,不等长
ⅠB 等厚,等倾斜线向内
弧收敛,等长
ⅠC 顶厚,等倾斜线向内
弧轻微收敛,不等长
Ⅱ 类:等倾斜线平行且相等,
曲率相等,相似褶皱
Ⅲ 类:等倾斜线向外领、内
撒开、倒扇形、顶厚褶皱
21
顶厚褶皱 (北京西山 )
相似褶皱 (新疆塔什库尔干 )
22
四、褶皱的组合型式和分布
(一)阿尔卑斯式褶皱
( Alpinotype folds) 又称全
形褶皱,基本特点是,
褶皱呈线状成带展布,走向
与构造带一致;背向斜同等发育,
布满全区。
不同级别的褶皱往往成复背
斜和复向斜构造,是造山带强烈
地带主要构造样式。
复背斜和复向斜概念。
23
( 二)侏罗山式褶皱( Jura-type folds)
又称过度型褶皱,其代表性
构造是隔档式与隔槽式褶皱,隔档
式褶皱又称梳状褶皱。
其成因是沉积盖层在刚性基
底的软弱层上滑脱变形或薄皮滑脱
的结果,属于造山带前陆的构造现
象。
我国湘、鄂西、黔北和川东
发育外,在湘赣一带也广泛发育。
(示图)
24
扇形复背斜、倒扇形复背斜
正扇形复背斜
倒扇形复背斜
25
(三)日尔曼式褶皱( German-tpye folds)
又称断续式褶皱:主要发育于
构造变形轻微的地台盖层中,以卵圆
形穹隆,拉长的短轴背斜或长垣为主。
褶皱翼部产状很缓,甚至近水
平,但规模很大,延长数十公里以外,
可以弧零地产出于水平岩层中,背斜、
向斜发育不同等,展布无定向,有的
成群分布,呈雁行式排列。
这类褶皱常产于北美地台上,
区域性巨大盆地中,在中国川中以及
柴达木盆地之中也有类似褶皱。
26
五、叠加褶皱( Superimposed folds)
(一)叠加褶皱的三种基本型式
(兰姆赛,1967) 示图说明,
Ⅰ 型:晚期褶皱最大应变轴( A、
X,a1)或流动方向 a2与早期褶皱的轴面
平行,两期褶皱的枢纽(中间应变轴 B、
Y,a2)方向不一致,一般呈大角度相交,
这种类型褶皱相当“横跨”“斜跨”褶
皱。
F1的轴面变形影响不大,而 β 1再
褶皱,呈有规律的起伏,表现为穹盆相
间的构造,类似两个波叠加,波峰 +波峰
=峰更高,波谷 +波谷 =谷更低,波峰 +波
谷 =中和,相当一个鞍部。
27
Ⅱ 型,a2⊥s1 (或大角相交) B1∧b2 成中等或
大角度相交
F1常为紧闭或等斜的斜歪褶皱,平卧褶皱,S1与
翼一起褶皱,B1也同时褶皱,形成平面上的新月型或
蘑菇型褶皱。
28
Ⅲ 型、共轴叠加褶皱,a2∧s1 成大角度相交,
但 B1‖b2 。
F1之 S1和两翼共同被褶皱,尤其在正交剖面
上更为清楚,可出现双重褶皱或钩状闭合褶皱。