褶皺

　　層狀巖石受力後形成的波狀彎曲。又稱褶曲。絕大多數的層狀巖石是由堆積在盆地或海岸的平坦的水準成層的沉積物形成的，如果隆升而出露地面，則形成水準巖層。但在很多地方，巖層受水準擠壓而彎曲，形成千姿百態波狀彎曲的褶皺。褶皺層的凸面向上，兩側巖層相背傾斜，較老的巖層位於核部的褶皺稱為背斜；褶皺層的凹面向上，兩側巖層相向傾斜，較新巖層位於核部的褶皺稱為向斜（圖1）。大褶皺的波長可達數十千米，，綿延於山脈之中；小者僅幾厘米或更小，在手標本中或在顯微鏡下能見到。

圖1　向斜（寧夏石嘴山）

　　褶皺要素　褶皺的基本組成部分，用以描述褶皺的形態和產狀（圖2）。包括：①核，褶皺的中心部位。②翼，泛指核部兩側比較平直的部分。③樞紐，同一褶皺面上最大彎曲點的連線。④軸面，各相鄰褶皺面的樞紐連成的面，可以是平面，也可以是不規則的曲面，軸面與地面或其他面的交線稱為該面上的軸跡。⑤軸，理想的圓柱狀褶皺可以由一條平行其自身移動而描繪出該褶皺面彎曲形態的直線，這一直線又稱為褶軸，褶軸隻表明幾何方位意義。非圓柱狀褶皺隻有樞紐線而沒有統一的褶軸。⑥脊線和槽線，在橫剖面上褶皺面的最高點稱為脊，同一褶皺面上脊的連線稱為脊線；反之，褶皺面在剖面上的最低點稱槽，同一褶皺面上槽的連線稱為槽線。

圖2　褶皺的基本組成和三種形態

　　分類　褶皺通常按照軸面的產狀及與褶皺走向垂直的剖面的外形進行分類（圖3）。軸面直立的褶皺稱為直立褶皺；其軸面傾斜的稱為歪斜褶皺；如果歪斜側的巖層倒轉，老的巖層位於新巖層之上，則稱為倒轉褶皺；其軸面近於水平的稱為平臥褶皺（圖4）。樞紐水平的褶皺稱為水平褶皺，其兩翼平行延伸，在地面上呈長條狀，是受到強烈壓縮的造山帶中的褶皺的主要類型，平行造山帶延長可達數十千米；樞紐傾斜的褶皺稱為傾伏褶皺，在平面圖上可以看到巖層的轉折；如果樞紐向兩端都傾伏，在平面圖上褶皺的巖層圍成長圓形，稱為短軸褶皺。有些褶皺在平面圖上成近圓形，稱為等軸褶皺。凸面向上的等軸褶皺稱為穹隆，其巖層自中心區向外傾斜；構造盆地則是巖層由外向內、凹面向下的這種褶皺。短軸褶皺和等軸褶皺一般發育於構造變形比較微弱的地區，是許多油田的主要構造類型。

圖3　自左至右軸面傾斜逐漸減小的幾種褶皺示意圖

圖4　震旦系薄層泥灰巖中的平臥褶皺轉折端（遼寧大連金石灘）

　　根據組成褶皺的巖層厚度變化或根據組成褶皺的各褶皺面之間的幾何關系可分為：①協調褶皺，各褶皺面的彎曲形態一致或作有規律的變化。如果各個層互相平行，垂直層面測量的厚度在褶皺的各部位不變，稱為平行褶皺（圖5）或同心褶皺；如果各個層具有相似的彎曲，即其曲率一致，層的厚度在轉折端強烈加厚，但平行軸面測量的厚度在褶皺各部位不變，這種褶皺稱為相似褶皺。平行褶皺通常是變形不太強烈地區的構造，在油田中常見；相似褶皺是地殼深處韌性剪切帶中的主要褶皺類型，反映巖石受到瞭強烈的變形。一般變形比較強烈的地區，常發育兩者的中間類型，又稱為壓扁的平行褶皺。②不協調褶皺，各褶皺面的彎曲形態彼此有明顯的不同，層的厚度變化很不規則。當地層中存在比較厚的軟弱層（如泥質巖或膏鹽層）作為構造的滑脫層時，其上、下巖層的褶皺形態常明顯不協調。

圖5　中三疊統砂巖板中的平行褶皺（四川木裡一碗水）

　　形成機制　褶皺的形成與其受力方式、變形環境及巖層的變形行為密切相關，不同的形成機制在不同的條件下起作用。常見的形成機制有：①縱彎褶皺作用，巖層受到順層擠壓而形成褶皺的作用。一般認為巖層在褶皺前處於初始的水平狀態，所以縱彎褶皺作用是地殼受水平擠壓的結果。巖層間的力學性質差異在褶皺形成中起著主導作用。如巖系中各層力學性質很不一致，則在順層擠壓下，強硬層就會失穩而發生正弦曲線狀彎曲，形成等厚褶皺；相對軟弱的層作為介質，在均勻壓扁的同時被動地調整以適應由強硬層引起的彎曲形態。進一步擠壓下，強硬層的褶皺變得越緊閉，可使翼部被壓扁而成壓扁的平行褶皺。如巖系中各層力學性質差異較小且平均韌性較大，則相對強和弱的巖層在褶皺的同時共同受到總體的壓扁，可形成相似褶皺或頂厚褶皺。縱彎褶皺的軸面垂直擠壓方向，褶軸與中間應變軸一致。②橫彎褶皺作用，巖層受到與層面近於垂直的力而發生彎曲的作用。由於沉積巖層初始狀態是水平的，因此，橫彎褶皺作用的外力是垂向的。它可以是由於基底的斷塊升降引起蓋層的彎曲；也可以是由於鹽層或其他高塑性層的重力上浮的底辟作用（見底辟構造）引起上覆地層的彎曲；也可由巖漿上湧所引起。其特點是受褶皺的巖層整體處於拉伸狀態，常成頂薄褶皺，或在頂部形成地塹。當基底的差異性升降與表層的沉積作用同時進行時，則為同沉積褶皺，背斜表現為水下隆起，向斜表現為水下凹陷，從而可引起沉積層的巖相和厚度的變化。③剪切褶皺作用，又稱滑褶皺作用，是巖層沿著一系列與層面斜交的密集面發生不均勻的剪切而形成褶皺。它一般發生於韌性較大的巖系（如含鹽層）或較深層次的層狀巖系的韌性剪切帶中。這時，各巖性層間的韌性差極小而趨於均一化，而整套巖系的平均韌性較大，在變形中，巖性差異和層面隻作為標志而不再具有力學意義上的不均一性，由於受差異性剪切而被動地彎曲，因而又稱被動褶皺。其軸面平行於剪切面，因此沿軸面測量的層的視厚度相等，是典型的相似褶皺。④流褶皺，巖石在較高的溫度和壓力下可以成為具高韌性和低黏度的固態物質，呈類似於黏性流體的黏滯性流動而變形，形成形態非常復雜的褶皺。深變質巖和混合巖化巖石中常可見小型的流褶皺。在比較簡單的層流條件下形成的流褶皺，實際上仍是一種剪切褶皺，仍有規律可循。在紊流條件下形成的復雜褶皺，已很難再造其運動學圖像，對分析其所受的應力場已無實際意義，但說明瞭其生成時的條件。

　　由地表非構造運動力的作用也可形成褶皺。這類褶皺僅限於地殼表層，屬表生構造。如山坡上重力造成的蠕動構造，可使巖層發生膝狀彎曲，甚至翻轉成平臥式卷曲。地面及水下滑坡，沉積巖成巖過程中的差異壓實作用等，都能使沉積巖層產生不同形態的褶皺。這類褶皺一般規模不大，往往局限於某一層或少數巖層中。