基本介紹
- 中文名：褶曲
- 外文名：fold
- 基本類型：背斜和向斜
- 構造成因：水平擠壓作用等
簡介,基本類型,構造成因,要素,形態分類,剖面組合類型,其他解釋,
簡介
褶皺(fold)指岩石在主要由地殼運動所引起的地應力長期作用下所發生的永久性彎曲變形，褶皺是岩層塑型變形的結果，是地殼中廣泛發育的地質構造的基本形態之一，尤以在層狀岩石中表現最為明顯。褶皺的基本單位是褶曲。褶曲是發生了褶皺變形岩層中的一個彎曲。褶曲的規模相差很大，大型褶曲延伸可長達幾十至幾百km，小型褶曲則可出現於手標本上。
褶皺構造通常指一系列彎曲的岩層，而把一個彎曲成為褶曲。但褶皺和褶曲有時並無嚴格區別，而且在許多外文中也只是同一個術語。
基本類型
褶曲的形態是多種多樣的，褶曲的基本類型只有兩種：背斜和向斜。
背斜(anticline)在外形上通常表現為岩層向上的彎曲，核心部位的岩層時代較老，而外側岩層時代較新。
向斜(syncline)常表現為岩層向下的彎曲，核心部位的岩層時代較新，外側岩層時代較老。
向斜的出露特徵恰好與之相反，從中心到兩側岩層從新到老對稱性重複出現。
構造成因
褶皺構造的成因主要包括水平擠壓作用、水平扭動作用和垂直運動。
1、水平擠壓作用形成的褶皺：由地殼的水平擠壓運動產生的褶皺構造，大量地分布於地殼表層的一定深度地帶。它的主要特徵是：背向斜都很發育，連續分布，排列的很緊閉，等斜褶皺、倒轉褶皺等較常見。核部岩層有變厚現象，翼部常有牽引褶皺產生，軸面劈理往往很發育。這樣的褶皺和斷裂帶等構成擠壓構造帶，它們的規模一般較大。
2、水平扭動作用形成的褶皺：地殼的水平運動，並不意味著完全是單向的擠壓作用，在區域性地殼運動中，若擠壓力是不均衡的，方向相反的一組力偶時，很容易造成水平扭動作用，水平扭動作用造成的褶皺有如下主要特點：一系列背向斜的褶皺軸線，在空間呈雁行排列(平行錯開)，褶皺軸線與扭動方向的交角常為銳角，銳角尖指向相對盤岩塊的運動方向，銳角的大小與擠壓作用的強弱、岩石塑性的大小有關。擠壓力大、岩石塑性強，則銳角小，否則就大。一組這樣的褶皺有時向一個方向撒開，向另一個方向收斂，組成帚狀構造。單個褶皺的內部構造現象與水平擠壓作用形成的褶皺基本相同。
3、垂直運動形成的褶皺：垂直運動的表現形式之一是地殼發生較大範圍的隆起和拗陷，影響上覆岩層，形成褶皺 。這樣的褶皺特點是，背斜或向斜單個出現的多，規模較大，兩翼傾角較小，褶皺開闊。軸線通常沒有一定方向性，有的背斜核部岩層變薄。垂直運動的另一種表現形式是產生基底斷裂，由於斷塊的上下位移，牽動上覆岩層產生褶皺。這種褶皺的分布常局限於基底斷裂附近，呈線形分布，褶皺也不劇烈，褶皺核部開闊而平坦其寬度遠大於翼部，稱為箱形背斜和屜形向斜。
要素
I 核部簡稱核，泛指褶曲中心部位的岩層。
II 翼部簡稱翼，泛指褶曲核部兩側的岩層。相鄰的背、向斜褶曲共有一個翼。
III 翼間角褶曲的橫剖面上兩翼同一層面拐點的切線之夾角。
IV 轉折端泛指兩翼岩層互相過渡的中間彎曲部分。
V 樞紐褶曲的同一層面上各最大彎曲點的連線，也可以看成是軸面與褶曲層面的交線。每一個發生了褶曲的層面都有自己的樞紐。樞紐可以是直線，也可以是曲線；可以是水平線，也可以是傾斜線。
VI 軸面連線褶曲各層面的樞紐構成的面。軸面的產狀與其地質面的產狀一樣，是用走向、傾向和傾角來確定的。但它只是一個假想面，故產狀值不能直接測定，常通過赤平投影的方法來近似求得。
VII 軸跡軸面與地面及任一平面的交線。
VIII脊線和槽線脊線指背斜中同一褶曲層面上各最高點的連線；槽線則指向斜中同一褶曲層面上各最低點的連線。脊線和槽線與樞紐的位置通常不是恰好相重合的。在尋找儲油構造、開發油、氣礦產和地下水資源時，弄清褶曲的脊和槽的確切位置，具有重要的實際意義。
形態分類
除將褶曲區分為背斜和向斜之外，還根據其它方面特徵對褶曲進行了多種形態分類。這些分類便於準確描述褶曲的形態，並在一定程度上反映了褶曲的成因，對於岩土工程許多方面都具有意義。
1.褶曲的橫剖面形態分類
根據褶曲軸面及兩翼岩層產狀分類可分為四類。
1）直立褶曲(upright fold)：兩翼岩層傾向相反，傾角大致相等，軸面直立。
2）傾斜褶曲(inclined fold)：兩翼岩層傾向相反，傾角明顯不等，軸面傾斜。
3）倒轉褶曲(overfold)：兩翼岩層傾向相同，一翼岩層層序正常，另一翼岩層發生倒轉 。
4）平臥褶曲(recumbent fold)：兩翼岩層產狀近於水平，一翼岩層層序正常，另一翼岩層發生倒轉（該翼老岩層覆蓋於新岩層之上）。
5）翻卷褶曲（convolute fold）：軸面翻轉向下彎曲，此種褶曲在外觀上是向（背）斜，實際上是背（向）斜，通常由平臥褶曲轉折端部分翻卷而成。
2.根據轉折端形狀及兩翼特點分類
1）圓弧褶曲：轉折端呈圓滑弧形
2）箱型褶曲：轉折端平直而兩翼陡峭，在兩翼轉折處呈膝狀彎曲，形似箱狀。大型箱型褶曲的一翼可稱撓曲，即岩層成一面傾斜的台階狀或膝狀褶曲。
3）鋸齒狀褶曲：也叫尖棱褶曲，轉折端是一點，呈鋸齒狀。這種褶曲常發生在岩性較堅硬且脆的岩層中。
4）扇形褶曲：轉折端平緩而兩翼岩層均倒轉，在背斜中兩翼岩層向軸面傾斜；在向斜中則自軸面向外傾斜。此種褶曲反映了兩翼受到較大側向外壓力而逐漸向軸面運動的情況
3.褶曲的縱剖面形態分類
❶依據樞紐的產狀，將褶曲分為以下兩類。
1)水平褶曲(nonplunging fold) 樞紐近於水平，兩翼岩層的走向基本平行。
2)傾伏褶曲 (plunging fold) 樞紐傾斜，兩翼岩層不平行。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。
3)傾豎褶曲樞紐近於直立的褶曲
嚴格的來說，自然界褶曲的樞紐很少是水平的，大多都是傾狀的；大規模的褶曲，其樞紐往往是有起伏的。傾豎褶曲比較少見，但在岩層陡立地區，如密雲溪翁莊地區，即出現樞紐向東南傾狀近80°的一個兩翼開闊的傾狀向斜構造。
❷根據軸面產狀和樞紐產狀綜合分類
1）直立水平褶曲：軸面近於直立（傾角80°～90°），而樞紐近於水平（傾狀角0～10°）。
2）直立傾狀褶曲：軸面近於直立，而樞紐傾斜（傾狀角10°～80°）。
3）傾豎褶曲：軸面和樞紐均近於直立（80°～90°）。
4）傾斜水平褶曲：軸面傾斜（10°～80°），而樞紐近於水平（0～10°）
5）平臥褶曲：軸面近於水平（0～10°），樞紐也近於水平（0～10°）
6）傾斜傾狀褶曲：軸面傾斜（10°～80°）樞紐也傾伏（10°～80°），但二者的傾向和傾斜程度不一致。
7）斜臥褶曲：軸面傾斜（10°～80°），樞紐也傾伏（10°～80°），但二者的傾向基本平行，傾角也大致相等。
其中傾斜傾伏褶曲實在自然界中分布最普遍的一類。
4.褶曲的平面形態分類
依據褶曲同一岩層在平面上出露的縱溝長度和橫向寬度之比將褶曲分為以下四種類型：
1)線狀褶曲(linear fold) 長度和寬度之比超過10：1 的各種狹長形褶曲。
2)短軸褶曲(brachyaxis fold) 長度和寬度在 3：1 至 10：1 範圍內的褶曲。
3)穹窿構造(dome constitution) 長度和寬度之比小於 3：1 的背斜褶曲。
4)構造盆地(tectonic basin) 長度和寬度之比小於 3：1 的向斜褶曲。
剖面組合類型
指若干個背斜和向斜褶曲在剖面上組合所表現出來的總體特徵。
較常見的有：
復背斜和復向斜，皆為由若干次一級的背斜和向斜組合而成的大型褶皺構造。
在同一水平面上觀察，若中央地帶的次級背斜核部岩層時代老於兩側次級背斜核部岩層的時代，稱復背斜；若中央地帶的次級向斜核部岩層新於兩側的次級向斜核部的岩層，則稱復向斜。
野外識別：褶皺的野外識別方法主要有穿越法、追索法兩種。
野外觀察時，首先判斷褶皺存在與否並區別背斜與向斜，然後確定它的形態特徵。依據岩石地層和生物地層特徵，查明和確立調查區地質年代自老至新的地層層序是首要的工作。岩層受力擠壓彎曲後，形成向上隆起的背斜和向下凹陷的向斜，但經地表營力的長期改造，或地殼運動的重新作用，原有的隆起和凹陷在地表面有時可能看不出來。為對褶曲形態做出正確鑑定，此時應主要根據地表面出露岩層的分布特徵進行判別。一般來講，當地表岩層出現對稱重複時，則有褶曲存在，如核部岩層老，兩翼岩層新，則為背斜；如核部岩層新 ，兩翼岩層老，則為向斜。然後，根據兩翼岩層產狀和地層界線的分布情況，則可具體判別其橫、縱剖面上褶曲形態的具體名稱。接著，沿垂直地層走向進行觀察，褶皺存在的標誌是在沿傾斜方向上相同年代的地層 作對稱式重複出現。褶皺的規模有較小的，也有很大的，小的褶皺可以在小範圍內，通過幾個出露在地面的基岩露頭進行觀察。規模大的褶皺，因分布的範圍大，並常受地形高低起伏的影響，很難一覽無餘，也不可能通過少數幾個露頭就能窺其全貌。對於這樣的大型褶皺構造，在野外就需要採用穿越的方法和追索的方法進行觀察。
1.穿越法(traverse method)：穿越法就是沿著選定的調查路線，垂直岩層走向進行觀察。穿越法有利於了解岩層的產狀、層序及其新老關係。如果在路線通過地帶的岩層呈有規律的重複出現，且對稱分布，則
必為褶皺構造，再根據岩層出露的層序及其新老關係，判斷是背斜還是向斜，然後進一步分析兩翼岩層的產狀和兩翼與軸面之間的關係，這樣就可判斷褶皺的形態類型。就背斜而言，核部岩層較兩側岩層時代老；向斜則核部岩層較兩側岩層時代新。同時，進一步比較兩翼岩層傾向及傾角，根據前述的分類標誌，確定褶皺的形態分類名稱。有時在橫剖面上可直接看到岩層彎曲變形形成背斜和向斜。除了觀察橫剖面特點外，還需了解褶皺樞紐是否傾伏，並確定其傾伏方向。
2.追索法(trac king method)：就是平行岩層走向進行觀察的方法。平行岩層走向進行追索觀察，便於查明褶皺延伸的方向及其構造變化的情況。
沿同一時代岩層走向進行追索，如果兩翼岩層走向相互平行，表明樞紐水平。如果兩翼岩層走向呈弧形閉合，表明其樞紐傾伏。根據弧形尖端指向或弧形開口方向以及轉折部位實際測量的方法可確定樞紐傾伏方向。從地形上看，岩石變形之初，背斜相對地勢高成山，向斜地勢低成谷，這時地形是地質構造的直接反映。然而經過較長時間的剝蝕後，背斜核部因裂隙發育易遭受風化剝蝕往往成溝谷或低地，向斜核部緊閉，不易遭受風化剝蝕，最後相對成山，背斜成谷，向斜成山稱為地形倒置現象。
工程評價：褶皺構造對工程建築有以下幾方面的影響：
1.褶曲核部岩層由於受水平擠壓作用，產生許多裂隙，直接影響到岩體完整性和強度高低，在石灰岩地區還往往使岩溶較為發育，所以在核部布置各種建築工程，如路橋、壩址、隧道等，必須注意防治岩層的坍落、漏水及湧水問題。
2.在褶曲翼部布置建築工程時，如果開挖邊坡的走向近於平行岩層走向，且邊坡傾向與岩層傾向一致，邊坡坡角大於岩層傾角，則容易造成順層滑動現象。如果開挖邊坡的走向與岩層走向的夾角在 40o以上，兩者走向一致，且邊坡傾向與岩層傾向相反或者兩者傾向相同，但岩層傾角更大，則對開挖邊坡的穩定較有利。因此，在褶曲翼部布置建築工程時，重點注意岩層的傾向及傾角的大小。
3.對於隧道等深埋地下工程，一般應布置在褶皺的翼部，因為隧道通過均一岩層有利穩定。
其他解釋
褶曲有兩種類型：背斜褶曲和向斜褶曲。
背斜一般向上凸起，形成山嶺；向斜一般向下凹陷，形成谷地。但是對於背斜有時凸起部分被風化了，凸起不明顯。
有兩句話：新老新是背斜；老新老是向斜。
褶皺核部：由於褶皺核部是岩層受構造應力最為強烈、最為集中的部位，因此在褶皺核部，不論是公路、隧道或橋樑工程，容易遇到工程地質問題，主要是由於岩層破碎產生的岩體穩定問題和向斜核部地下水的問題。這些問題在隧道工程中往往顯得更為突出，容易產生隧道塌頂和湧水現象。
褶皺的翼部：主要是單斜構造中傾斜岩層引起的順層滑坡問題。傾斜岩層作為建築物地基時，一般無特殊不良的影響，但對於深路塹、高切坡及隧道工程等則有影響。對於深路塹、高切坡來說，當路線垂直岩層走向，或路線與岩層走向平行但岩層傾向與邊坡傾向相反時形成反向坡，就岩層產狀與路線走向的關係而言，對邊坡的穩定性是有利的；當路線與岩層走向平行且岩層傾向與邊坡傾向一致時形成順向坡，穩定性較差，特別是當邊坡傾角大於岩層傾角時且有軟弱岩層分布在其中時，穩定性最差。對於隧道工程來說，從褶皺的翼部通過一般較為有利。如果中間有軟弱岩層或軟弱結構面時，則在順傾向一側的洞壁，有時會出現明顯的偏壓現象，甚至會導致支護結構的破壞，發生局部坍塌。
