经典地质图集，彻底搞明白褶皱！

作为地壳中最基本的

构造型式和   最引人注目的地质现象。

褶皱 是由岩石中的各种面的

弯曲而显示的变形。

（图源@Diane Earl）

（图源@Mikenorton）

（图源@Callan Bentley）

（图源@Callan Bentley）

（图源@PAILIN-SAPPHIRES ）

褶皱的形态千奇百怪、

复杂多样，其规模小可至

显微镜下的微型褶皱，

大可至卫星图上的区域性褶皱。

（图源@Canyonlands by Night & Day）

（图源@James St. John）

（图源@Oklahoma University）

褶皱究竟如何形成？

又具有什么样的特征呢？

（图源@google.com）

   

01

根据形态特征和

组成褶皱的地层面向，

褶皱可被分为两种基本类型：

背斜（ anticline）

和向斜（syncline）   。

（图源@Velosqueak）

背斜外形上多为向上突出的弯曲，

岩层自中心向外倾斜，

核部是老岩层，两翼是新岩层。

背斜顶部受张力作用，

岩性脆弱，易被侵蚀，

在外力作用下形成谷。

背斜（图源@E. R. Degginger）

向斜岩层则一般为

向下突出的弯曲，

岩层愈往中央，愈年轻。

原始形态使向斜可成为谷地，

但由于向斜槽部受挤压，

物质坚实难被侵蚀，   整体经

长期侵蚀后反而可能成为山岭。

向斜（图源@Wilson44691）

褶皱要素是褶皱的

基本组成部分，   主要包括

核、翼、转折端、枢纽、

轴面、拐点以及脊线和槽线   。

（图源@文献[1]）

核   （core）是褶皱的中心部分，

翼   （limb）为褶皱中心

两侧平弧状的部分。

相邻背形和向形共用翼的

褶皱面上凸与下凹部分的

分界点（翼部曲率为零）

被称为 拐点 。

（图源@Learning Geology）

翼间角   是指正交剖面上

两翼间的内夹角，

而单一褶皱面上最大弯曲点的连线

为 枢纽  。褶皱面从一翼过渡到

另一翼的弯曲部分   被称为

转折端   （hinge zone）。

（图源@Brews ohare）

同一   背形褶皱面的

最高点的连线称为 脊线 ；

反之，同一向形褶皱面的

最低点的连线称为 槽线 。

各相邻褶皱面的枢纽连成的

面称为 轴面 （ axial plane），

轴面与地面或其他

任何面的交线称 轴迹 。

轴迹 （图源@baidu.com）

褶皱转折端的形态有

圆弧状、尖棱状、箱状等，

据此褶皱可被描述为以下几种

（图源@Learning Geology）

根据翼间角的大小，

可将褶皱描述为

平缓褶皱、开阔褶皱、中常褶皱、

紧闭褶皱和等斜褶皱   。

（图源@文献[1]）

根据轴面产状和两翼产状，

褶皱可被分为 直立褶皱、斜歪褶皱、

倒转褶皱、平卧褶皱和翻卷褶皱   。

轴面和两翼产状不同的褶皱图示
A.直立褶皱; B.斜歪褶皱; C.倒转褶皱;

D.平卧褶皱; E.翻卷褶皱; P.轴面(或正交剖面上的轴迹)

（图源@文献[1]）

褶皱根据其对称性可分为

对称褶皱和不对称褶皱   。

对称褶皱的轴面与   褶皱

包络面垂直，且两翼长度基本相等。

不对称褶皱的轴面与   褶皱的

包络面斜交，且两翼长度不等。

（图源@Jahangir Alam）

褶皱的平面出露形态可根据

褶皱中的同一褶皱面在平面上

出露的纵向长度和

横向宽度之比来描述。

峡谷地国家公园穹隆构造（图源@Doc Searls ）

长与宽之比近于1:1的褶皱

为等轴褶皱，等轴背斜又称

穹隆构造   （dome），等轴向斜

又称   构造盆地   （basin）。

穹隆构造（左）和   构造盆地（右）   （   图源@Jahangir Alam）

长与宽之比约3:1～10:1的枢纽

向两端倾伏的褶皱为短轴褶皱。

长与宽之比大于10:1的

各类狭长褶皱被称为线状褶皱。

褶皱俯视图（图源@Alexey Sergeev）

   

02

褶皱的空间位态取决于

轴面和枢纽的产状。

以轴面倾角为横坐标，

枢纽倾伏角为纵坐标，

褶皱可被分为 7种主要类型 。

（图源@Learning Geology）

其中   直立水平褶皱、 直立倾伏褶皱

和倾竖褶皱   轴面直立，表示

褶皱两翼倾向相反，倾角相等。

直立水平褶皱（图源@Krista ）

斜歪水平褶皱和

斜歪倾伏褶皱   轴面倾斜，

表示褶皱两翼倾角不相等。

当两翼倾向同一方向时，

其中一翼地层面向下，即 倒转褶皱 。

倒转褶皱（图源@Britannica）

而 平卧褶皱和斜卧褶皱 中的

一翼地层同样面向下方。

石灰岩平卧褶皱（图源@facstaff.wwu.edu）

根据褶皱中各层弯曲形态的

相互关系可将褶皱分为

协调褶皱和不协调褶皱   。

其中协调褶皱主要包括

平行褶皱和相似褶皱。

平行褶皱   又称同心褶皱、等厚褶皱。

它是一套大致呈

同心状弯曲的褶皱岩层，

同一褶皱层的厚度保持不变，

愈近弯曲中心处岩层褶皱愈强烈，

远离弯曲中心处岩层褶皱愈平缓。

（图源@文献[1]）

相似褶皱   中各岩层成相似弯曲，

即其曲率半径大致相等，

但无共同曲率中心，故褶皱形态

在一定深度内保持不变。

同一岩层的真厚度在

翼部变薄，转折端加厚；

但顺轴面方向的视厚度在

褶皱的不同部位大致相等。

（图源@Britannica）

最典型的不协调褶皱是 底辟构造 。

系地下较深处的密度较小的

高塑性低粘度的岩石向上流动，

拱起甚至刺穿上覆岩层

所形成的穹隆或蘑菇状构造。

一般分为底辟核、核上构造

和核下构造三个部分。

底辟构造（图源@文献[2]）

平行褶皱和相似褶皱只是

褶皱层可能出现的多种形态中

的两种简单类型。而兰姆赛

根据褶皱层的相对曲率

（可用等斜线表示），

提出了一套形态分类。

（图源@Learning Geology）

在地壳一定区域或一定

大地构造单元里，不同形态、

规模和级次的褶皱常以

一定的组合形式展布。

褶皱的组合主要包括

下面三种代表性的典型类型。

阿尔卑斯式褶皱   其基本特点是，

一系列线状褶皱成带状展布，

所有褶皱的走向基本上

与构造带的延伸方向一致；

在整个带内的背斜和向斜呈

连续波状，同等发育，布满全区。

阿尔卑斯式褶皱   （图源@文献[1]）

不同级别的褶皱往往组合成

巨大的复背斜和复向斜。

为强烈地质作用轴向水平挤压的后果，

多构成巨大褶皱山系主体。

阿尔卑斯山褶皱   （图源@google.com）

 

侏罗山式褶皱   又称过渡型褶皱。

由互相平行的背斜和

向斜相间排列而成。

侏罗山式褶皱的代表性构造

是隔档式与隔槽式褶皱。

侏罗山式褶皱   （图源@google.com）

 

隔档式褶皱又称梳状褶皱，

由一系列平等褶皱组成，

其特征是背斜紧闭，发育完整，

而两个背斜之间的向斜平缓开阔。

侏罗山脉背斜（图源@J We）

隔槽式褶皱与前者相反，

特征是向斜紧闭且发育完整，

而两个向斜之间的背斜

平缓开阔，常呈箱状。

侏罗山山脉 （图源@google.com）

日耳曼式褶皱   又称

断续褶皱、日尔曼式褶皱。

这类构造发育于构造变形

十分轻微的地台盖层中，

以卵圆形的穹隆

或长圆形的短轴背斜为主。

日耳曼式褶皱（图源@文献[1]）

褶皱翼部倾角极缓，甚至

近于水平，但规模可以很大，

延长可以数十公里计。

它们可以孤立地产出于

近水平的岩层中，也可以成群地

出现并有规律的定向排列，

如雁列式短背斜。

巴基斯坦雁行褶皱（图源@GoogleEarth）

   

03

褶皱的形成机制与其受力方式、

变形环境及岩层的

变形行为密切相关。

不同的形成机制在不同的

条件下起作用，常见的有：

纵弯褶皱作用   是岩层在

受到侧向的顺层挤压力的作用后

发生弯曲的褶皱作用。

纵弯褶皱形成的前提是

岩层层理和岩层间力学性质的差异。

单岩层纵弯褶皱变形（图源@文献[1]）

如果岩石在力学性质上

是   均匀岩石或两层岩石力学性质

差异较小，则产生均匀压扁；

如果岩石力学性质不一致，

则：强硬层（能干层）呈

正弦曲线状弯曲，

软弱层（非能干层）则均匀压扁。

纵弯褶皱作用下的弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用

（图源@Learning Geology）

横弯褶皱作用   是岩层受到

和层面垂直的外力作用

而发生弯曲的褶皱作用。

一般认为岩层初始产状呈水平状态，

因而横弯褶皱作用的外力是垂向的，

如基底的差异性升降、底辟作用等

都可导致盖层发生横弯褶皱。

纵弯（上）与横弯（下） （图源@Learning Geology）

因褶皱岩层整体处于拉伸状态，

各层都没有中和面。

由于褶皱顶部受侧向拉伸最强，

如岩层韧性较强将形成

顶薄褶皱，又称上薄褶皱。

（图源@文献[1]）

如岩性偏脆性则可能于

背斜顶部形成地堑，或者于

穹状隆起顶部产生

放射状或环状正断层等，

以总体达到岩层伸展的效果。

（图源@文献[3]）

剪切褶皱作用   是岩层沿着

一系列与层面交切的密集面发生

不均匀的剪切滑动而

形成弯曲的褶皱作用。

（图源@Learning Geology）

它一般发生于韧性较大的岩系

或处于地下较深层次的

层状岩系的韧性剪切带中。

这种情况下，整套岩系的

平均韧性较大，各个岩性层间的

韧性差极小而趋于均一化。

剪切褶皱（图源@see.leeds.ac.uk）

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，

岩石可呈类似粘性流体

发生粘滞性流动。

柔流褶皱

在较简单的层流下形成的

柔流褶皱，   实质上仍是一种

剪切褶皱作用，仍有规律可循，

可以再造其所反映的物质运动方式。

柔流褶皱（图源@r/geology）

而在紊流下形成的复杂褶皱，

已很难再造其运动学图像，

因此对区域应变场和

应力场的分析已无实际意义，

但仍可以说明其变形时所处的条件。

柔流褶皱（图源@DIRK WIERSMA / SCIENCE PHOTO LIBRARY）

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