10褶皱作用_1

null第 十 讲 褶皱作用(一) （褶皱的成因） 第 十 讲 褶皱作用(一) （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 各向同性；各向异性 韧性差；粘度差；应力差 能干层—强硬层—低塑性层— 粘度大 非能干层—软弱层—高塑性层—粘度小 岩盐粘度 < 一般岩石粘度； 沥青粘度 < < 灰岩粘度null一、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、变形环境及岩层的变形行为密切相关。 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和被动褶皱两类。 当各岩层的力学性质和层理积极地控制着褶皱的发育时，这种褶皱称为主动褶皱。 当各岩层的力学性质和层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－中浅构造层次 　　　　　　(＜１０km ) 当各层岩石间的韧性差很小，层理在褶皱变形中不再具有力学上的不均一性，而只是被动地作为变形的标志，这种褶皱称为被动褶皱。 当各层岩石间的韧性差很小，层理在褶皱变形中不再具有力学上的不均一性，而只是被动地作为变形的标志，这种褶皱称为被动褶皱。被动褶皱－下构造层次 　　　　　( ＞１０km )null被动褶皱－褶皱假象 　　并没有真正发生过一般意义的弯曲． 　　如同－null 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null褶皱作用的基本类型褶皱作用的基本类型纵弯褶皱作用—— 横弯褶皱作用—— 剪切褶皱作用—— 柔流褶皱作用——null 纵弯褶皱作用 平行于地质界面（岩层）的挤压而引起的弯曲作用。nullnull二、纵弯褶皱作用二、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。 韧性 岩石发生破裂前的塑性变形。 null能干层（砂岩）不能干层（页岩）null2.1 能干层发生褶皱作用的——主波长理论 假设：能干岩层的厚度 = h ， 粘度 =  ，不能干基质的厚度不限定， 粘度 =  0 ，在褶皱作用过程中（图中P为平行层施加的作用力，K为基质的阻力），当能干层发生弯曲褶皱时，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Wi，其相应的位移为0 。null初始主波长Wi为：　1 / 62 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。（注：应是立方根！） 　 　nullnull 主波长理论的构造物理学意义 当岩性一定时， / 0 比为常数，褶皱的波长Wi与层厚h成正比关系。 当层厚一定时，h为常数，褶皱的波长Wi与层和介质之间的粘度比 /  0 非线性成正比关系. 当  =  0 时，只有顺层均匀缩短，而不会发生褶皱。当  =  0 时，只有顺层均匀缩短，而不会发生褶皱。null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null影响褶皱波长发育的主要因素 层厚 — h 粘度比—  /  0 温度、应力和应变速率对粘度的影响null实验明： 在应变速率 = 10-14S-1条件下，当 Q /  M  1，T  550℃时，石英岩比大理岩更能干。 当 Q /  M  1，T  550℃时，大理岩比石英岩更能干。当 1   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。当 1   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。当 /  0  50时，形成肠状褶皱当 /  0  50时，形成肠状褶皱null温度、应力和应变速率对粘度的 影响    =  / 3 （4）    = Aexp[-Q / RT ] ()n （5）   其中：A为材料热散常数，Q为材料激化能，R为气体常数，T为温度，n为材料常数（应力指数）， 为差异应力，为应变速率。温度、应力和应变速率对粘度的 影响    =  / 3 （4）    = Aexp[-Q / RT ] ()n （5）   其中：A为材料热散常数，Q为材料激化能，R为气体常数，T为温度，n为材料常数（应力指数）， 为差异应力，为应变速率。null肠状褶皱2.2 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用行为称柔流褶皱作用。如肠状褶皱。2.2 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用行为称柔流褶皱作用。如肠状褶皱。当 3   4 时 因两者之间能干性差最小，故形成尖园褶皱或肿缩式褶皱。当 3   4 时 因两者之间能干性差最小，故形成尖园褶皱或肿缩式褶皱。null尖圆褶皱当 /  0  10时，形成肿缩式褶皱当 /  0  10时，形成肿缩式褶皱 当 2 与 4 之间的能干性差居中，则形成平行褶皱或相似褶皱。 当 2 与 4 之间的能干性差居中，则形成平行褶皱或相似褶皱。2.3 多层纵弯褶皱作用2.3 多层纵弯褶皱作用 假设有多层岩石，其粘度、厚度也不一样（  1   2   3   4 ），当受到应力作用以后，其变形情况将会怎么样？接触应变带接触应变带影响－取决于强硬层之间的距离和接触应　　　变带的宽度影响－取决于强硬层之间的距离和接触应　　　变带的宽度null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与小型构造　　纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳为两种模式：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） 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； 形成　IB　型平行褶皱； 　　　　　　层总体厚度不变，外弧伸长，内弧缩短 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； 形成　IB　型平行褶皱； 　　　　　　层总体厚度不变，外弧伸长，内弧缩短 形成的小构造特点形成的小构造特点岩石韧性很小时 形成张裂。岩石韧性中等时， 形成剪裂岩石韧性大时， 形成劈理null弯滑褶皱作用 平行褶皱null当各岩层厚度都比较小且粘度比较大时,各层应变相互影响,总体上形成不协调褶皱或S、M、Z褶皱。当各岩层厚度都比较小且粘度比较大时,各层应变相互影响,总体上形成不协调褶皱或S、M、Z褶皱。强硬层间相对距离对褶皱形态的影响。null多层纵弯褶皱作用的伴生小构造null三、横弯褶皱作用 垂直于地质界面的挤压而引起的弯曲作用。 nullnull底辟褶皱及顶部断层的模拟基底断裂对盖层褶皱的控制基底断裂对盖层褶皱的控制图示:同沉积褶皱——背斜表现为水下隆起同沉积褶皱——背斜表现为水下隆起同沉积褶皱——向斜表现为水下凹陷null 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。 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。 四、剪切褶皱null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。 nullnull平行褶皱弯流褶皱作用 相似褶皱弯流褶皱作用 相似褶皱强硬层间是弯滑褶皱作用强硬层间是弯滑褶皱作用软弱层以弯流作用为主 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-构造置换…… 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-构造置换……null 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，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。 null 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， 五、柔流褶皱作用五、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。 ——盐褶皱 ——冰层褶皱 ——深变质岩和混合岩化岩石的褶皱六、褶皱构造的观察与研究六、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、派生的小构造研究 褶皱形成时代的确定 null