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浅析褶皱的形成机制及识别方法
浅析褶皱形成机制及方法
褶皱是岩层受不同方向的外力作用使岩层发生弯曲,根据受力方向不同可将褶皱的形成机制分为纵弯褶皱、横弯褶皱、剪切褶皱,揉流褶皱作用。结合川东北地区实例分析,以及剪切薄膜动态分析,比较深层次阐述了褶皱形成过程中的纵弯褶皱作用和剪切褶皱作用。结果表明,1.川东北地区早、晚两期褶皱和共轭“X”节理均反映出早期应力场为北西-南东向水平挤压,晚期应力场为北东-南西向挤压。在野外认识褶皱是基于对该地区褶皱出露测定其产状分析,在无法达到褶皱地区条件下,工作人员可以根据当地的地形地质图观察,确定地层新老关系,若有地层重复现象,那么可判断该地区可能有褶皱,再结合相对应的产状确定褶皱类型。
0前言
褶皱的形成机制主要有基本的四大类型,分别为纵弯褶皱、横弯褶皱、剪切褶皱、柔流褶皱作用。受顺层挤压应力作用导致岩层弯曲而形成褶皱的作用称纵弯褶皱作用。使岩层沿轴线方向缩短。而在褶皱形成过程中,其内地层之间会发生相对滑动,岩层之间会因层间滑动作用产生同心节理、层间破碎带等现象。由于两翼的相对滑动,往往在转折端形成空隙,造成虚脱现象,此时如果有成矿物质填充这会形成鞍状矿体。另一种是岩层变形不仅发生层间滑动,而且层内物质自受压的翼部流向转折端,可产生线理、劈理、片理等小构造。地壳水平运动是造成纵弯褶皱作用的主要条件,地壳中多数褶皱与这种褶皱作用有关
当岩层受到和层面垂直的外力作用时,岩层发生弯曲成褶皱的作用叫横弯褶皱作用,受该褶皱作用力的岩层整体处于拉伸状态,各层都没有中和面。往往形成顶薄褶皱。如果岩层呈低韧性状态,褶皱顶部的岩层则由于顺层拉伸而断裂,于背斜顶部形成地堑。如果是穹形隆起,则可形成放射状或环状正断层。地壳差异升降运动,岩浆或岩盐的底辟作用以及同沉积褶皱作用都是横弯褶皱作用的一部分。
在褶皱形成机制中剪切褶皱作用也是形成褶皱的重要组成部分,它是由于切层或顺层剪切而导致褶皱形成的,剪切褶皱作用形成褶皱为较典型的相似褶皱,在横剖面上平行轴面方向所量得的褶皱不同部位的层厚一般是一样的;剪切作用使岩层面沿密集的平行劈理或片理面发生差异滑动而出现出弯曲的外貌。在变质岩中劈理和片理特别发育,因此剪切褶皱作用多发生在变质岩区,它往往使层理或前期的劈理、片理错动成锯齿形或其他形态的褶皱。
而前人很少研究褶皱形成机制中的柔流褶皱作用,它是高塑性岩层(高塑性体)受力的作用时,呈类似粘稠的流体而发生变形形成形态复杂、褶皱要素产状变化大、不协调性普遍的流动褶皱。底辟作用形成的底辟核内的褶皱、高级变质岩石,尤其是麻粒岩相变质岩石中的褶皱都具有强烈塑性流动的特征。这种褶皱机制强调高塑性物质的流动对褶皱形成和褶皱样式的影响。了解了各种形成褶皱机制的特点,那么在野外认识时我们就可以紧抓各个特点辨别形成褶皱机制类型。
1纵弯褶皱作用下的应力分析
褶皱形成的构造主要有背斜和向斜。 根据(黄继钧,2000年4月)对川东北褶皱描述:川东弧形褶皱带主体方向自南而北为北北东-北东-北东东向,弧形向北西方向凸出。从盆地边缘向内亦可分为三带,(1)东带,位于巴东-恩施-彭水一线;(2)中带,位于开江-长寿一线以东至巴东-恩施-彭水一线以西;(3)西带,位于开江-长寿一线以西,主要包括铜罗峡背斜、七里峡背斜、华蓥山背斜及其北延的铁山背斜、黄金口背斜。各带自东向西,由盆地外缘向内部递进推移扩展。叠加褶皱地区早、晚两期应力场虽已消失,但其产物-构造形迹及其组合尚保留在原地,可借以恢复其形成时的应力场特征。
.2利用褶皱两翼优选产状分别求形成时应力方向
在叠加褶皱地区早、晚两期褶皱的形态和两翼产状通常发生了极大改变,但同一期褶皱作用或多期褶皱作用的叠加都不是均匀的。模拟实验和野外观察都发现强烈的褶皱或叠加作用总是集中在某一带或几带,相邻区段发育较差。因此,详细的地质构造填图,比较不同区段各期褶皱的形态、方位和发育程度可以在那些后期褶皱不强烈或对早期褶皱改造较弱的地段判断先期褶皱和后期褶皱的形态和方位,可查明早期和晚期褶皱强度,然后推断强烈改造区段的先期褶皱的样式。为此,可以褶皱叠加地区沿早、晚期褶皱轴延伸方向向外围追索,以求查明早、晚两期褶皱强度、两翼地层产状和轴向等。根据早、晚两期褶皱两翼优选产状k1∠Q1,k2∠Q2,利用下列公式(据刘肇昌,1984,内部资料)和赤平投影方法分别求出早、晚两期褶皱形成时
最大主应力 e1的倾伏角 D1、 倾伏向 h1 ,其值可由 下式求得:
最小主应力 e3的倾伏向为 h3、 倾伏角 为 D3 ,其值可由 下式求得:
由此计算式可以得出褶皱两翼的产状。
图 1 川东北地 区构造纲要图1.白垩系 ; 2. 上
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