褶皱构造的观测与研究

后勤部长 · 发表于 2010-6-1 21:37

在野外，对于地质构造应首先通过观察和测量搞清其形态，进而通过各种现象与标志分析其力学性质、活动过程和规模，最后结合区域背景探讨其动力来源和形成机制，并分析其控矿作用。

　一、褶皱构造的观测与研究

　　褶皱构造研究的基本任务是，通过野外观察和填图，结合其他资料的综合研究，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及褶皱与矿产等关系提供这方面的基础资料。

　（一）褶皱形态的研究

　1.查明地层层序，追索标志层
　　查明地层层序是研究褶皱和区域构造的基础。首先要注意区别层理和其他次生面状构造，要系统地进行地层研究，根据古生物和岩石沉积特征查明地层层序、时代并按填图要求划分地层单位。在化石缺乏的地区，要注意利用岩石各种原生构造或伴生小构造（如层间小褶皱、劈理等）来查明岩层的产状是正常还是倒转和岩层相对顺序，然后根据地层对称重复的分布关系，确定背斜和向斜的所在。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 指向构造原始产状校正
　　地质填图是研究褶皱的形态、规模和分布特征的重要方法。在填绘地质图时，除填绘所划分的地层单位的界线和其他构造界线外，还应注意追索和填绘标志层，并观测其产状。所谓标志层是指层位稳定，分布广泛，岩石成分和结构构造或所含化石具有明显特征，且厚度不太大而稳定的岩层。

　2.观察褶皱出露形态及其平面图象
　　褶皱的出露形态不仅与褶皱本身形态、产状和规模大小有关，而且还受到地面切割的影响。由于分化侵蚀，地面这个天然切面起伏不平，可以从任意方向切割褶皱，如图2所示，虽是一个简单的圆柱状褶皱，但在不同方向的切面上所出露的形态就各不相同，地面可以是其中任一个面，因此褶皱在地面上的出露形态只是褶皱在这个方向的面上的地形效应，是褶皱不完整的、甚至是被歪曲了的形象。因此，必须通过详细观测，对褶皱在不同位置、不同方向的出露形象进行综合分析，并结合赤平投影的解析和几何作图揭示褶皱的真实形态和产状。

　　　　　　　　　　　　　　　图2 褶皱在不同方位的切面上的出露形态示意图
　　褶皱在地质图上的图象是褶皱在地面出露形象的平面投影。因此，在地质图上分析褶皱形态和产状时，要注意地形效应的影响，地质图的比例尺越大受地形影响越大。一般来说，当地面起伏不大，轴面近直立、枢纽倾伏较缓的褶皱，地质图上的褶皱的各岩层露头线转折端点的连线，就近乎是褶皱的轴迹，其方向大致反映了枢纽倾伏方向但是，对于斜歪倾伏褶皱，尤其是斜卧（重斜）褶皱和形态复杂的褶皱，或地形复杂、起伏较大，则地质图上的两冀岩层露头线转折端点的连线与枢纽方向就不一致了。

　3.根据岩层产状确定褶皱的几何形态
　　（1）褶皱轴面产状和枢纽产状的确定：轴面和枢纽产状（或褶轴）是确定褶皱形态和产状的基本要素。对于露头良好的小型褶皱有时可以从露头上直接量得该褶皱的轴面和枢纽产状。但对于露头不完整，规模较大的褶皱来说往往需要系统地测量两翼同一岩层的产状，用几何作图或赤平投影方法才能确定其轴面和枢纽产状。
　　（2）根据同一剖面上不同层位及不同高度的岩层倾角的变化，并结合同一岩层厚度在褶皱不同部位的变化，可以籍以分析褶皱各层的几何关系，判断是平行褶皱还是相似褶皱，或是顶薄褶皱。
　　（3）转折端处的岩层产状在研究褶皱形态方面有重要意义。无论褶皱两翼岩层层序是正常还是倒转，而在转折端处的岩层层序总是正常的，据此可以帮助确定岩层正常层序。

　4.绘制褶皱剖面图和横截面图
　　褶皱是一个复杂的立体形态地质体。对于褶皱形态的研究，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。一般总是绘制褶皱横剖面图（即铅直剖面）。横剖面可以是实测的，也可以从地质图上用作图法绘制
　　对于变形较强烈的复杂褶皱，要准确地反映褶皱形态，绘制褶皱横截面图（或称为正交剖面图）是一个重要方法。
　　褶皱横截面是指与褶皱枢纽垂直的截面。图3表示一个褶皱的水平面、横剖面（铅直剖面）和横截面的空间关系从图上可以看出，只有横截面才能真实反映褶皱的形态，特别是枢纽倾伏较陡的褶皱更是如此。

　　　　　　　　　　　　　　　图3 褶皱的平面、横剖面和横截面的空间关系
　　此外，还应认真地研究褶皱的纵剖面，了解其纵向变化规律。结合地质图（平面图）、横剖面和纵剖面进行综合研究，就能了解褶皱在三维空间的整体形态及在不同区段内形态的变化特征和变化规律。并可绘立体图解来表示

　（二）确定褶皱形成的时代

　　有些褶皱是在地质历史中短暂的地史时期内形成的，有些是在较长的地史时期内逐渐产生的。前者常常是岩层成岩后受力而发生褶皱，其形成时期总是与某个时期的构造运动相联系，可用角度不整合和岩浆岩体的同位素年龄来分析。后者即同沉积褶皱，其形成时期是根据沉积岩相和厚度的分析来确定。

　1.角度不整合分析法
　　大多数褶皱是成岩后，或主要是成岩后形成的，它们的形成时代也主要是根据区域性角度不整合时代来确定。若不整合面以上的地层未褶皱，而不整合面以下的地层均褶皱，则褶皱形成时代通常看成与角度不整合所代表的时代相一致，即不整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、形态都互不相同，则至少发生过两次褶皱运动。如果一个地区存在两个角度不整合，且两个不整合面上下的地层均褶皱，而褶皱形态又不一样，则该区发生过至少三次褶皱运动。

　2.同位素年龄测定法
　　由岩浆上拱作用形成的褶皱，其形成时间就是岩浆岩体的同位素年龄。
　　构造运动不仅可以形成褶皱构造，而且常导致岩浆活动，在搞清三者关系的前提下，可用岩浆岩的同位素年龄来确定褶皱的形成时期。
　　参加褶皱变形的火山喷发岩或顺层侵入岩的同位素年龄是褶皱形成的最早时刻，未参加褶皱变形的火山喷发岩或顺层侵入岩的同位素年龄则是褶皱形成的最晚时刻。据此可确定褶皱形成的时间范围。
　　根据参与褶皱变形的地层的时代和岩浆岩的同位素年龄，有时也可确定褶皱的形成时期。

　 3.岩性厚度分析法
　　此方法主要用于分析同沉积岩褶皱的形成时期，需要系统地测量参与褶皱变形的各个地层的厚度变化情况。若同一地层在褶皱的翼部和核部的厚度不同，则该地层时代是褶皱发育时期之一，其厚度差反映了褶皱的发育强度。若同一地层在褶皱各部位的厚度无变化，则说明该地层时代在该区无褶皱作用。
　　岩性岩相的变化也可用于判断褶皱的形成时期。同沉积背斜在发育时期，其核部岩性往往较粗，而翼部岩性常较细在实际应用中，岩性岩相的变化不可单独使用，需与厚度变化配合起来。
　　运用此法应注意排除弯流作用和压扁作用等的干扰。
　　此外，还可以根据褶皱的重叠现象，分析多期褶皱形成的先后顺序，因为同一时期形成的褶皱，它们的排列组合往往有着一定的规律，可以用统一的应力作用方式解释，而不同时期形成的构造，由于应力作用不同，先后两套构造常有相互切割、相互干扰或叠加现象。据此可以判断褶皱构造形成的先后顺序。

　（三）褶皱形成机制分析

　　沉积岩层的褶皱作用主要包括两种，即纵弯褶皱作用和横弯褶皱作用。前者指岩层受到顺层挤压力作用而发生褶皱，后者指岩层受到与层面垂直的外力作用而发生褶皱。两种作用形成的褶皱在其形态、组合关系、层间滑动方向、层间小褶皱以及与断裂的组合关系等方面都存在明显差别。

　1.平面形态及组合
　　纵弯褶皱作用形成的褶皱通常为长轴状和线状，而且一系列褶皱同时发育，背斜、向斜相间排列。横弯褶皱作用形成的背斜常为短轴背斜和穹窿构造，常单个背斜孤立存在。

　2.剖面形态
　　纵弯褶皱作用常形成顶厚褶皱，而横弯褶皱作用形成的常为顶薄背斜。

　3.层间滑动方向
　　纵弯褶皱作用引起的层间滑动规律是：各相邻的上层相对向背斜转折端滑动，各相邻下层则相对向向斜转折端滑动（图4）。横弯褶皱作用引起的层间滑动规律刚好相反，即各相邻上层背斜离背转折端滑动，各相邻下层向背斜转折端滑动（图5）。

　　图4 纵弯褶皱作用的层间滑动规律　图5 横弯褶皱作用引起的弯流作用

　4.层间小褶皱
　　在褶皱作用过程种，夹持在强硬厚岩层之间的薄岩层或塑形岩层，由于弯滑作用和弯流作用，常形成层间小褶皱。这些层间小褶皱多为不对称褶皱，其轴面与上下邻层的锐夹角指示该相邻层相对滑动方向。若小褶皱轴面与上部相邻岩层面的锐夹角指向背斜转折端，则为纵弯褶皱作用所致（图6）。若小褶皱轴面与下部相邻岩层面的锐夹角指向背斜转折端，则是横弯褶皱作用的结果（图5）。

图6 纵弯褶皱作用形成的层间小褶皱
（据E.W.Spencer 1977）（箭头表示顺层滑动方向）

　5.与断裂的组合关系
　　在同一应力作用下不仅形成褶皱，还可形成断裂构造，有时两者之间存在派生关系。利用断裂与褶皱的组合关系可以推断褶皱的成因机制。伴随纵弯褶皱作用常形成纵向逆断层和横向正断层，在背斜转折端常派生纵向张节理和纵向正断层，在背斜枢纽倾伏部位常派生横向张节理和横向正断层。横弯褶皱作用常派生放射状和同心环状张节理和正断层。