学习任务褶皱的基本概述

褶皱构造研究的基本任务是: 通过野外观察和填图，结合各种地质勘探 (如物探、钻探和地质工程等) 手段和航片、卫片的图像解译等所取得的地质资料的综合研究，查明褶皱的形态、产状和组合分布特点，探讨褶皱形成机制和形成时代，为研究区域地质构造特征、褶皱与矿产及水文、工程地质的关系提供有价值的基础资料。
1. 褶皱几何学研究
在着手研究一个地区褶皱构造之前，首先应通过对包括研究区在内的小比例尺地质图及航空相片、卫星相片的解译分析，或在露头良好的地带进行横穿区域构造线的路线观察，了解全区的地层时代、层序及构造总体的特征，如区域构造线方向及其变化、背斜和向斜发育特点，进而初步推断褶皱的组合型式。
在初步确定褶皱的存在后，可通过以下具体手段进一步确定褶皱的几何形态:
1) 测定褶皱轴面和枢纽的产状。褶皱轴面和枢纽产状是确定褶皱几何形态和产状的基本要素。对于规模较小、出露完整的褶皱可以从露头上直接量得该褶皱的轴面和枢纽产状。但对于规模较大、出露不完整的褶皱，往往需要系统地测量其褶皱面的产状，然后用赤平投影间接计算轴面和枢纽的产状 (详见第八章) 。
2) 绘制褶皱剖面图及褶皱横截面图。褶皱是一个复杂的立体形态地质体。对褶皱形态的研究，除通过野外填绘的地质图来表示外，往往还要用剖面图来表示。从褶皱横剖面上可以根据其褶皱岩层的产状和厚度变化确定是平行褶皱还是相似褶皱，或是顶薄褶皱等。
3) 观察褶皱的平面地质图上的出露形态。在大比例尺地质图上，褶皱出露形态不仅与褶皱形态、产状和规模大小有关，而且还受到地形起伏的影响。因此从地质图上确定褶皱的三维形态时应考虑由地形引起的视觉效应。
2. 褶皱纵深变化研究
由于形成褶皱的岩石力学性质、厚度和变形条件的差异以及褶皱的形态、规模的不同，褶皱在地表的形态和深部形态是有变化的。研究褶皱形态的纵深变化对于了解褶皱的形成机制与环境有着很重要的意义。如何进行这方面的研究，可从以下几方面着手:
1) 从横切褶皱的峡谷深沟的陡崖上，有时可直接观察到褶皱内部的形态变化和变化趋势。或者在地面不同高程上对同一褶皱进行观察和作横剖面，但应用这种方法时要注意不同高程的剖面水平位置不能相距太远，否则会将褶皱纵向上的变化误认为深部变化。
2) 从褶皱的地表形态特征推断它向地下延伸的变化。如根据地面出露特征分析为顶薄褶皱，则可据以推断其两翼岩层向深部很可能变厚、变陡; 如地表观察为平行褶皱，则褶皱曲率向深部将逐渐变大或变小，整个褶皱不可能延伸很深; 如为相似褶皱，且整套岩层岩性也较一致，则褶皱的形态可能延伸到一定深度还基本不变。当褶皱岩系中有软弱岩层时，则在软弱岩上、下的褶皱形态可能变化很大，形成不协调褶皱。
3) 利用物探和钻探所取得的资料确定褶皱深部形态的特点和变化是比较有效的方法。地震资料和电法、磁法等资料都可一定程度地反映褶皱构造往深部的变化。但在使用这种方法所得的资料时，必须结合地面地质构造的详细观察和研究，才能得出符合客观实际的结论。
3. 褶皱运动学研究
褶皱是岩层变化作用的产物，研究褶皱内部的小构造有助于解释褶皱的形成过程和演化历史。岩层在褶皱变形过程中，会在岩层内形成许多次级小构造，诸如小褶皱、节理与断层、层间滑动擦痕与破碎带、劈理与线理等等。它们都有规律地发育于主褶皱的一定部位，与主褶皱有一定的几何关系，各自从一个侧面反映出主褶皱的运动学特征，为研究褶皱的形成机制和变形历史提供线索。在应用小构造解析褶皱的演化过程时，应将一定时期形成的小构造进行配套，不能将与主褶皱形成无关的小构造也考虑在内。
4. 褶皱形成时代研究
前面已经提到，除同沉积褶皱外，大多数褶皱是在成岩后形成的，它们的形成时代也主要是根据区域性角度不整合时代来定。不整合面以下的一套地层均褶皱，而其上的地层未褶皱，则褶皱形成时代通常看作与角度不整合所代表的时代相一致，即不整合面下伏褶皱中最新地层沉积之后、上覆最老地层沉积之前。如果不整合面上、下地层均褶皱，但褶皱方式、形态均互不相同，则至少发生过两次褶皱。

【任务描述】 了解前寒武纪各时代构造演化特征。
前寒武纪地层，特别是太古宙及古元古代地层普遍遭受区域变质及强烈的构造变动，使得我们了解其地史发展产生种种困难。世界范围的前寒武系研究成果表明，一些重大的地质现象（如一些巨大构造运动、岩浆活动、特殊的岩石类型和沉积建造及生物化石等）具有世界性的普遍意义，并且在垂直（年代）分布上具有规律性。
从38亿年前形成的原始地壳至大陆型地壳（稳定地块以至古地台）出现，经历了几次巨大的构造-岩浆旋回，相当距今24亿～25亿年左右，16亿～19亿年左右、8亿～10亿年左右等几次构造运动不同程度在全球都有表现。
◎太古宙（距今38亿～25亿年左右）：原始的太古宙地壳大部分是比较薄的，没有稳定的地块，普遍处于活动状态。大约在25亿年左右，发生了一次较普遍的地壳构造运动及其伴生的岩浆活动，如我国的五台运动，是已知最早的全球性事件之一。这次运动使得太古宙岩石褶皱、变质，从而形成一些稳定地块-太古宙“陆核”。
◎古元古代（距今25亿～18 亿年）：在距今大约18 亿年左右，这就是古元古代地槽带（包括上述磨拉石建造在内）发生强烈的褶皱运动和岩浆侵入。如我国北方的吕梁运动等，这是自距今25亿年开始的一个巨大构造-岩浆旋回的结束，其结果是形成一些巨大的稳定地块-原地台。
◎中元古代（距今18亿～10亿年）：稳定和较稳定类型沉积较广泛分布是中元古代的特点，这和大的稳定地块（原地台）出现有关。中国北方中元古界实际上已是地台型盖层，这些地台型沉积分布于稳定地块区域，地块边缘则分布着冒地槽型和优地槽型地层，如中国南方的中元古界。
◎新元古代（距今10亿～5.43亿年）：距今8亿～10亿年前后，世界很多地区都有地壳运动发生，其结果是形成一些巨型稳定地块-地台。如北美地台、欧洲地台、西伯利亚地台，中国地台（包括华北板块及扬子板块），以及南半球的冈瓦纳联合地台等，这也就是在元古宙后期全球范围内出现的5个大陆板块。

岩层（石）具有塑性状，在蠕变（构造力作用下）状况下，会发生弯曲，而且总体呈现出一种连续状态，这种变形在地质术语中称为褶皱。形成褶皱的变形面多数是层理面（图4-1），变质岩中的劈理、片理或片麻理以及岩浆岩中的原生构造等也可成为褶皱面，即便是节理面、断层面或不整合面，受力后也能变形形成褶皱。

图4-1 褶皱构造形态野外实景

自然界的褶皱千姿百态，规模相差悬殊，大至卫星图像上的区域性或地壳规模的褶皱，小至手标本或显微镜下的微观褶皱。

野外褶皱现象的识别与分析，对于揭示一个地区的地质构造形成规律和发展史具有重要意义，另外，许多矿产资源以及石油、天然气、地下水等都受褶皱构造的影响和控制。因此，研究褶皱构造具有重要的理论和实际意义。

一、褶皱的基本类型

从单一褶皱面的弯曲形态看，褶皱就是岩层的弯曲，分背斜和向斜两种基本类型。在正常情况下，背斜构造表现为中部上拱，中间地层相对较老，两侧岩层向外（相背）倾斜（图4-2）。向斜构造表现为中部下凹，中间地层相对较新，两侧岩层向内（相向）倾斜。背斜和向斜往往是相邻相间存在的，所以相邻的背斜和向斜之间的翼部为两者所共有，并且核部与翼部之间没有确切界线。若在褶皱岩层新老层序不清或褶皱的变形面是其他构造面时，人们则将向上弯曲的构造形态称为背形，向下弯曲的构造形态称为向形。

图4-2 褶皱在平面和剖面的出露特征块段图

值得指出的是，沉积岩层在大多数情况下背形常常就是背斜，向形就是向斜，但在倒转岩层中发育的褶皱常表现为向形背斜（扇形背斜）和背形向斜（扇形向斜）。这种褶皱在变质岩区或叠加褶皱区普遍发育，我们要格外加以甄别。

二、褶皱要素

为了正确描述和分析褶皱，人们将褶皱的各个组成部分称为褶皱要素。褶皱要素主要有核、翼、转折端、枢纽、轴面、轴迹、脊与脊线、槽与槽线、褶轴（图4-3）。

图4-3 褶皱要素

（一）核

核系指平面、剖面上褶皱构造——背斜或向斜中心部位的地层。这是一相对的概念，随着地表剥蚀程度的不同，核部地层的时代会有变化。一般说，中心部位地层最老（背斜）、地层最新（向斜）称为核部，若它们相对较老或相对较新时，则可称为轴部。

（二）翼

翼系指同一褶皱构造核部两侧的地层。背斜两翼的地层时代较核部的新。

（三）转折端

转折端系指背斜或向斜两翼地层汇合转折的部位，也是岩层弯曲最大的部位。转折端形态在平面上和剖面上有相似性，转折端的形态有多样（图4-4）。值得说明的是，若倾伏背斜在平面上的转折端称为倾伏端（外倾转折端），向斜在平面上的转折端称为扬起端（内倾转折端）。

图4-4 转折端形态示意图

（四）枢纽

枢纽系指同一褶皱面上最大弯曲点的连线。枢纽可为直线、曲线；也可为水平线、倾斜线。枢纽的延伸方向，反映褶皱的延伸方向和褶皱的空间形态（图4-5）。枢纽的方位角通常称为褶皱的轴向。枢纽产状通常用倾伏向和倾伏角定义，倾伏向即枢纽的倾伏方向，指在包含枢纽线的直立面上测量的与枢纽倾伏方向一致的直立面的走向，倾伏角为枢纽与包含枢纽的直立面走向线之间的夹角。

图4-5 不同形态产状的褶皱枢纽示意图

（五）轴面

同一褶皱内各相邻褶皱枢纽连成的面，称为轴面。或者说，轴面是大致平分褶皱两翼的对称面。它是一标志面，可为平直面、曲面。在野外工作时，要对轴面量测其产状要素。

（六）轴迹

轴迹系指轴面和地面的交线，或者说，轴面与任意平面的交线。

（七）脊与脊线，槽与槽线

（1）脊与脊线：脊是指背斜的横剖面上同一个岩层面的最高点。把同一背斜同一岩层面在不同横剖面上的脊点连成一线，即为脊线。脊线可为水平或倾伏的直线，也可是曲线或折线。它的延伸方向和形态，反映这一个背斜的延伸方向和空间形态。

（2）槽与槽线：槽是指向斜的横剖面上同一个岩层面的最低点。把同一向斜同一岩层面在不同横剖面上的槽点连成一线，即为槽线。槽线也可是水平或扬起的直线，也可是曲线和折线。它的延伸方向和形态同样反映这一向斜的延伸（扬起）方向和空间的形态。

在野外确定褶皱脊与槽的位置，对寻找油气矿藏及地下水资源，具有重要的现实意义。

（八）褶轴

褶轴又称褶皱轴线或轴，对圆柱状褶皱而言（图4-6A、B），是指一条平行其自身移动能描绘出褶皱面（S）弯曲形态的直线，称为褶轴。若不具备这一特性的褶皱称为非圆柱状褶皱（图4-6C、D、E）。

图4-6 圆柱状褶皱和非圆柱状褶皱

A、B—圆柱状褶皱；C、D、E、F—非圆柱状褶皱，其中D和F为圆锥状褶皱

三、褶皱的翼间角、波长和波幅

（一）翼间角

翼间角系指褶皱两翼间的内夹角，即在褶皱的横剖面上，构成两翼的同一褶皱面拐点的切线间的夹角。圆弧形褶皱的翼间角是指正交剖面上通过两翼拐点的切线之间的夹角。

（二）波长和波幅

波长和波幅是测量褶皱规模大小的要素。其测量方法如图4-7所示。在褶皱的正交剖面中，对称褶皱的波长（W）为一个周期性波长的长度，即两个相同位的拐点之间的距离，波幅（A）为包络线（面）和中间线（面）之间的距离（图4-7A）；而不对称褶皱的波长和波幅，有两种测量方法，一是同前述测量方法（图4-7B）中的波长（W_m）和波幅（A_m）；另一测量方法是在垂直轴面方向测量两个相同拐点间的距离波长（W_a）和顺轴面方向是测量包络线（面）与中间线（面）间的距离波幅（A_a）。

图4-7 褶皱的波长和波幅

（据J.G.Ramsay，1967）

S′₀—包络线（面）；mm—中间线（面）；θ—轴面与中间线（面）的余角；i—拐点