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| 褶皺 | |
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褶皺(英語:folds )，岩層在形成時，一般是水平的。岩層在構造運動作用下，因受力而發生彎曲，一個彎曲稱褶曲，如果發生的是一系列波狀的彎曲變形，就叫褶皺。
褶皺雖然改變了岩石的原始形態，但岩石並未喪失其連續性和完整性。
基本信息
中文名 褶皺 [1]
外文名 fold [2]
基本組成部分 褶皺要素
分屬 地質學
釋義 岩石中的面受力發生的彎曲而變形
變形面 層理面
拼音 zhezhou
地質學名詞
簡介
褶皺是一個地質學名詞，褶皺是岩石中的各種面(如層面、面理等)受力發生的彎曲而顯示的變形。[1]它是岩石中原來近於平直的面變成了曲面而表現出來的。形成褶皺的變形面絕大多數是層理面;變質岩的劈理、片理或片麻理以及岩漿岩的原生流面等也可成為褶皺面;有時岩層和岩體中的節理面、斷層面或不整合面，受力後也可能變形而形成褶皺。因此，褶皺是地殼上一種常見的地質構造。 它在層狀岩石中表現得最明顯。
有些褶皺的形成就像用雙手從兩邊向中央擠一張平鋪着的報紙。報紙會隆起，隆起得過高以後，頂部又會彎曲塌陷。這就說明了兩種力對褶皺形成的作用。一是水平的壓縮力，一是其自身的重力。另外，褶皺也並不都是向上隆起，褶皺面向上彎曲的稱為背斜;褶皺面向下彎曲的稱為向斜。
一般褶皺很少由一種力量而形成，往往是多種力量造成的。有些褶皺並不明顯，有些褶皺很顯著。它們的大小也相差懸殊，大的綿延幾公里甚至數百公里，小的卻只有幾厘米甚至只有在顯微鏡下才能看到。很多大的褶皺頂部因為表面被風化侵蝕掉而露出岩石的剖面，這樣就可以清晰地看到褶皺的樣子。
岩石中面狀構造(如層理、劈理或片理等)形成的彎曲。單個的彎曲也稱褶曲。褶皺中心部位為較老地層，兩側為較新地層，稱為背斜;褶皺中心部位為新地層，兩側為老地層，稱為向斜。在地層未發生倒轉等其它特殊情況下，背斜呈背形，向斜呈向形，背斜和向斜是褶皺的兩種基本形式。褶皺的規模差別極大，小至手標本或在顯微鏡下的顯微褶皺，大至衛星相片上的區域性褶皺。
褶皺要素是褶皺的基本組成部分，用以描述褶皺的形態和產狀。包括:
①核(core)，系值褶皺的中心部位的岩層。背斜的核是該褶皺中最老的地層，向斜的核是該褶皺中最新的地層。
②翼(limb)，泛指褶皺兩側比較平直的部位。當背斜和向斜相連時，有一翼是兩者共用的。
③轉折端(hinge zone of fold)，指褶皺面(如岩層面)從一翼過渡到另一翼的彎曲部分。轉折端的的形態有圓弧狀、尖棱狀、箱狀和膝狀等，據此分別將褶皺描述為圓弧褶皺(a)、尖棱褶皺(b)、箱狀褶皺(c)、扇狀褶皺(d)和撓曲(e)等。
④樞紐(hinge zone of fold)，指單一褶皺面(如岩層面)上最大彎曲點的連線。樞紐可以是直線，也可以是曲線和折線。樞紐的空間產狀可以是水平的、傾斜的或直立的。
⑤軸面(axial plane)，各相鄰褶皺面(如岩層面)的樞紐連成的面稱為軸面，軸面是一個設想的標誌面，它可以是平直面，可以是曲面，軸面與地面或其他任何面的交線稱軸跡。
⑥拐點，為連續地周期性波形曲線上，上凸與下凹部分的分界點。即褶皺翼部曲率為零的點。
脊線和槽線，同一背形褶皺面的最高點的連線稱為脊線;反之，同一向形褶皺面的最低點的連線稱為槽線。
分類
一般依據褶皺的位態或其在空間的產狀和褶皺的形態進行幾何分類。
1、位態分類或產狀分類根據單個褶皺的樞紐及軸面的產狀分為:
①直立水平褶皺，軸面近於直立(傾角80°~90°)，樞紐近於水平(0°~10°);
②直立傾伏褶皺，軸面近於直立，樞紐傾伏角10°~70°;
③傾豎褶皺，軸面和樞紐均近於直立;
④斜歪水平褶皺，軸面傾斜(傾角20°~80°)，樞紐近水平;
⑤斜歪傾伏褶皺，軸面傾斜，樞紐傾伏;
⑥平臥褶皺，軸面和樞紐均近於水平;
⑦斜臥褶皺，軸面和樞紐的傾向和傾角基本一致，軸面傾角20°~80°。
2、形態分類
以在與褶皺軸相垂直的正交剖面上的形態進行劃分。根據組成褶皺的岩層厚度變化或各層的曲率變化，利用層的等斜線型式來表示。等斜線即同一翼的相鄰褶皺面上其切線傾角相等的切點的聯線。據此可分為3個類型:
1型，等斜線在背形中成正扇形向內弧收斂，即內弧的曲率比外弧的大。根據其收斂的程度和層的厚度變化可進一步分為3個亞類:IA型褶皺的等斜線強烈收斂，褶皺層的厚度在轉折端比翼部的薄，也稱頂薄褶皺;IH型是理想的平行褶皺，等斜線垂直層面，上下層面互相平行，褶皺層厚度在各處相等，也稱等厚褶皺;IC型褶皺的等斜線略微收斂，層的厚度在轉折端比翼部的略厚。
2型，等斜線互相平行，層的厚度在轉折端明顯大於翼部，但在平行軸面方向上測量的視厚度則各處相等。這類褶皺各層的曲率相同，各層形態相似，故稱相似褶皺。
3型，等斜線在背形中呈反扇形向外弧收斂，層的厚度在轉折端明顯大於翼部，也稱頂厚褶皺。
3、根據組成褶皺的各褶皺面之間的幾何關係分類
①協調褶皺，各褶皺面的彎曲形態一致或作有規律的變化，如平行褶皺和相似褶皺;
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。
組合形式
在同一次構造變形中形成的有成因聯繫的一系列背斜和向斜組成有規律的幾何型式。褶皺的組合型式是區域構造應力場、變形時的溫壓條件和組成褶皺岩層性質的綜合反映。代表性的組合型式有3種:阿爾卑斯式褶皺，又稱全形褶皺。
由一系列線狀褶皺組成褶皺帶，所有褶皺的走向與褶皺帶走向基本一致，背斜向斜連續波狀的同等發育，不同級別的褶皺組合成巨大的復背斜和復向斜。侏羅山式褶皺，又稱過渡型褶皺。由一系列近於平行而間隔的褶皺組成，背斜和向斜的發育程度不同。
典型的侏羅山式褶皺是背斜緊閉而明顯，但兩個背斜之間的向斜平緩開闊而不顯，褶皺層厚基本不變，為等厚褶皺，這種背斜緊閉而向斜開闊的褶皺也稱隔擋式褶皺，如中國四川的華鎣山褶皺。反之，向斜緊閉而明顯但兩個向斜之間的背斜平緩開闊並常呈箱狀的褶皺，稱為隔槽式褶皺。日耳曼式褶皺，又稱斷續褶皺。
發育於構造變形十分微弱的地台蓋層中，以圓形的穹隆或長圓形的短軸背斜為主，翼部傾角極緩。它們可以孤立地產出於近水平的岩層中，也可以成群地出現並有規律的定向排列，如雁列式短背斜。
形成機制
褶皺的形成機制與其受力方式、變形環境及岩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，常見的有:
1。縱彎褶皺作用岩層受到順層擠壓作用而形成褶皺。一般認為岩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。岩層間的力學性質差異在褶皺形成中起着主導作用。如岩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;
相對軟的層作為介質，在均勻壓扁的同時被動地調整和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IC型褶皺。如岩系中各層力學性質差異較小且平均韌性較大，則強和弱的岩層在褶皺的同時共同受到總體的壓扁，可形成IC型到3型的褶皺。縱彎褶皺的軸面垂直擠壓方向，褶軸與中間應變軸一致。
2。橫彎褶皺作用岩層受到與層面近於垂直的力而發生彎曲的作用。由於沉積岩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，也可以由於岩層或其他高塑性層的重力上浮的底闢作用(見底辟構造)引起上覆地層的彎曲，也可由岩漿上涌所引起。
其特點是受褶皺的岩層整體處於拉伸狀態，常成IA型頂薄褶皺，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岩相和厚度的變化。
3。剪切褶皺作用又稱滑褶皺作用，是岩層沿着一系列與層面交切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岩系(如含鹽層)或較深層次的層狀岩系的韌性剪切帶中。這時，各岩性層間的韌性差極小而趨於均一化，而整套岩系的平均韌性較大。在變形中，岩性差異和層面只作為標誌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。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。
流褶皺
岩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，形成形態非常複雜的褶皺。深變質岩和混合岩化岩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複雜褶皺，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，但說明了其生成時的條件。
由地表非構造運動的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，可使岩層發生膝狀彎曲，甚至翻轉成平臥式捲曲。地面及水下滑坡，沉積岩成岩過程中的差異壓實作用等，都能使沉積岩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岩層中。
辨別褶皺構造
褶皺構造是地質構造的重要組成部分，幾乎在所有的沉積岩及部分變質岩構成的山地都會存在不同規模的褶皺構造。小型的褶皺構造可以在一個地質剖面上窺其一個側面的完整形態;而大型構造往往長寬超過數千米到數萬米。在野外研究褶皺構造的方法有:
(一)地質方法
1. 岩層觀察與測量
必須對一個地區的岩層順序、岩性、厚度、各露頭產狀等進 行測量或基本搞清楚，才能正確地分析和判斷褶曲是否存在。然後根據新老岩層對稱重複出現的特點判斷是背斜還是向斜;再根據軸面產狀、兩翼產狀以及樞紐產狀等判斷褶曲的形態(包括橫剖面、縱剖面和水平面)。
2. 野外路線考察
一是採取穿越法，即垂直岩層走向進行觀察，以便穿越所有岩層並了解岩層的順序、產狀、出露寬度及新老岩層的分布特徵。二是在穿越法的基礎上，採取追索法，即沿着某一標誌層的延伸方向進行觀察，以便了解兩翼是平行延伸還是逐漸匯合等情況。這兩種方法可以交叉使用，或以穿越法為主，追索法為輔，以便獲知褶曲構造在三維空間的形態輪廓。
(二)地貌方法
各種 軟硬薄厚不同，構造不同，在地貌上常有明顯的反映。例如，堅硬岩層常形成高山、陡崖或山脊，柔軟地層常形成緩坡或低谷，等等。與褶皺構造有關的地貌形態有:
1.水平岩層
有些水平岩層不是原始產狀，而是大型褶皺構造的一部分，例如轉折端部分，扇形褶皺的頂部或槽部，構造盆地的底部，撓曲的轉折部分等，這樣的岩層常表現為四周為斷崖峭壁的平緩台地、方山以及構造盆地的平緩盆底。
2. 單斜岩層
大型褶曲構造的一個翼或構造盆地的邊緣部分，常表現為一系列單斜岩層。這樣的岩層，在傾向方向存在順岩層層面進行的面狀侵蝕，故地形面常與岩層坡度大體一致;而在反傾向方向進行的侵蝕，常沿着垂直裂隙呈塊體剝落，形成陡坡和峭壁。因此，如果單斜岩層傾角較小(如20°~30°)，則形成一邊陡坡一邊緩坡的山，叫做單面山;如果單斜岩層傾角較大(如50°~60°)，則形成兩邊皆陡峻的山，叫豬背山或豬背脊。
3. 穹窿構造、短背斜和構造盆地
前二者常形成一組或多組同心圓或橢圓式分布的山脊，如果岩層產狀平緩，里坡陡而外坡緩。有時在這樣的地區發育成放射狀或環狀水系。在構造盆地地區，四周常為由老岩層構成的高山，至盆地底部岩層轉為平緩，並且多出現較新的岩層。如四川盆地，北部大巴山主要由古生界和前古生界岩層組成，在盆地中心則主要由中生界及新生界岩層組成。
4. 水平褶皺及傾伏褶皺
在水平褶皺地區，常沿兩翼走向形成互相平行而對稱排列的山脊和山谷。在傾伏褶皺地區，常形成弧形或"之"字形展布的山脊和山谷。
5. 背斜和向斜
地形優勢與地質構造基本一致，即形成背斜山和向斜谷。但在更多的情況下，是在背斜部位侵蝕成谷，而在向斜部位發育成山，即形成背斜谷和向斜山。這種地形與構造不相吻合的現象稱地形倒置。