剪切褶皱作用.ppt
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1、第第九章章褶皱的成因分析褶皱的成因分析本章重点内容本章重点内容影响褶皱形成的基本因素;褶皱成因分类;影响褶皱形成的基本因素;褶皱成因分类;纵弯、横弯、弯滑、湾流、剪切、柔流褶皱概纵弯、横弯、弯滑、湾流、剪切、柔流褶皱概念,应变特征与变形特点。念,应变特征与变形特点。引引言言1)褶皱形成是一个比较复杂的过程,一般认为外力作用方式,褶皱形成是一个比较复杂的过程,一般认为外力作用方式,岩石力学性质,以及岩层的厚度大小和岩层组合形式,是影响岩石力学性质,以及岩层的厚度大小和岩层组合形式,是影响褶皱形成的四大基本因素。褶皱形成的四大基本因素。2)长期以来对褶皱的分类,一直采用成因分类方案,其基本长期以来
2、对褶皱的分类,一直采用成因分类方案,其基本类别包括受水平挤压力形成的纵弯褶皱,受垂直压力形成的横类别包括受水平挤压力形成的纵弯褶皱,受垂直压力形成的横弯褶皱,受剪切应力作用形成的剪切,以及受重力作用形成的弯褶皱,受剪切应力作用形成的剪切,以及受重力作用形成的柔流褶皱。柔流褶皱。褶皱的形成方式与其褶皱的形成方式与其受力状态受力状态、变形环境变形环境及及岩层的变形行为岩层的变形行为密切相关。密切相关。从褶皱过程中岩层的从褶皱过程中岩层的变形行为变形行为来看,可把褶皱来看,可把褶皱分为分为主动褶皱主动褶皱和和被动褶皱被动褶皱两类。两类。当各岩层的力学性质和层当各岩层的力学性质和层理积极地控制着褶皱的
3、发育时,理积极地控制着褶皱的发育时,这种褶皱称为这种褶皱称为主动褶皱主动褶皱。主动褶皱中浅构造层次主动褶皱中浅构造层次(km)当各层岩石间的当各层岩石间的韧性差韧性差很小,很小,层理在褶皱变形中不再具有力学层理在褶皱变形中不再具有力学上的不均一性,而只是被动地作上的不均一性,而只是被动地作为变形的标志,这种褶皱称为为变形的标志,这种褶皱称为被被动褶皱动褶皱。被动褶皱下构造层次被动褶皱下构造层次(km)被动褶皱褶皱假象被动褶皱褶皱假象并没有真正发生过一般意并没有真正发生过一般意义的弯曲义的弯曲剪切褶皱剪切褶皱褶皱过程中物质的运动方式:褶皱过程中物质的运动方式:流动流动物质的连续滑移物质的连续滑移
4、(只是一种晶粒尺度或晶格尺度的微小滑动)滑动滑动物质沿不连续面的滑移物质沿不连续面的滑移褶皱作用的基本类型褶皱作用的基本类型纵弯褶皱作用纵弯褶皱作用横弯褶皱作用横弯褶皱作用剪切褶皱作用剪切褶皱作用柔流褶皱作用柔流褶皱作用长期以来对褶皱的分类,一直采用成因分类方案,其长期以来对褶皱的分类,一直采用成因分类方案,其基本类别包括受水平挤压力形成的纵弯褶皱,受垂直压力基本类别包括受水平挤压力形成的纵弯褶皱,受垂直压力形成的横弯褶皱,受剪切应力作用形成的剪切,以及受重形成的横弯褶皱,受剪切应力作用形成的剪切,以及受重力作用形成的柔流褶皱。力作用形成的柔流褶皱。第一节第一节纵弯褶皱作用纵弯褶皱作用定义:纵
5、弯褶皱作用是指岩层受到顺层挤压力的作定义:纵弯褶皱作用是指岩层受到顺层挤压力的作用而形成的褶皱。用而形成的褶皱。一、褶皱主波长的概念一、褶皱主波长的概念(一)单层纵弯褶皱作用(一)单层纵弯褶皱作用岩石的变形行为岩石的变形行为粘度粘度能干层能干层内部阻抗内部阻抗外部阻抗外部阻抗能能干干层层(砂砂岩岩)不不能能干干层层(页页岩岩)主波长理论主波长理论Wi:在粘性介质中粘性较大的粘性板的褶皱的初始主波长:在粘性介质中粘性较大的粘性板的褶皱的初始主波长d强岩层的厚度;强岩层的厚度;1、2强岩层、弱岩层(介质)的粘度强岩层、弱岩层(介质)的粘度12(1)褶皱的主波长与所受作用力的大小没有直接关系,而与褶
6、皱的主波长与所受作用力的大小没有直接关系,而与强岩层的厚度及层与介质的粘度比有关。强岩层的厚度及层与介质的粘度比有关。(2)褶皱主波长与褶皱层的原始厚度褶皱主波长与褶皱层的原始厚度d成正比。成正比。(3)褶皱的主波长褶皱的主波长Wi与强硬层和介质的粘度比与强硬层和介质的粘度比(u1/u2)的立方根成正比。的立方根成正比。得到以下认识:得到以下认识:也就是说:(也就是说:(1)褶皱波长与岩层的厚度:)褶皱波长与岩层的厚度:层厚层厚波长;波长;层薄层薄波短;波短;(2)褶皱波长与岩层的粘度比:)褶皱波长与岩层的粘度比:粘度比大粘度比大波长;波长;粘度比小粘度比小波短;波短;当当 1=2时,只有顺层
7、均匀缩短,时,只有顺层均匀缩短,而不会发生褶皱。而不会发生褶皱。强硬层与介质的能干性差大强硬层与介质的能干性差大当当 1/2 50时,形成肠状褶皱时,形成肠状褶皱肠状褶皱肠状褶皱强硬层与介质的能干性差小强硬层与介质的能干性差小尖圆褶皱尖圆褶皱(二)多层纵弯褶皱作用(二)多层纵弯褶皱作用一套强硬层、软弱层相间组成的褶皱,其形一套强硬层、软弱层相间组成的褶皱,其形态不仅与各层的能干性有关,而且也取决于相态不仅与各层的能干性有关,而且也取决于相邻强硬层的互相影响程度。后者又取决于强硬邻强硬层的互相影响程度。后者又取决于强硬层间的距离及褶皱层的接触应变带的宽度。层间的距离及褶皱层的接触应变带的宽度。1
8、接触应变的概念接触应变的概念软岩层夹硬岩层,受二者界面间结合力的影响,在硬岩软岩层夹硬岩层,受二者界面间结合力的影响,在硬岩层附近的软岩层随同发生褶皱,离硬岩层较远的软岩层不出现层附近的软岩层随同发生褶皱,离硬岩层较远的软岩层不出现褶皱(顺层缩短)的现象。褶皱(顺层缩短)的现象。(如图如图9-1A)*标志:标志:硬岩层褶皱凹部的软岩层硬岩层褶皱凹部的软岩层形成顶厚褶皱;形成顶厚褶皱;位居硬岩层褶皱凸部的软岩层位居硬岩层褶皱凸部的软岩层形成顶薄褶皱;形成顶薄褶皱;2.硬岩层间距大小对褶皱形态的影响硬岩层间距大小对褶皱形态的影响1)间距大间距大形成不协调褶皱形成不协调褶皱(如图如图9-1B)2)间
9、距小间距小协调褶皱协调褶皱(如图如图9-1C)3)硬岩层初始厚度或粘度不同硬岩层初始厚度或粘度不同复协调褶皱图复协调褶皱图(如图如图9-1D)*复协调褶皱:硬厚层与软岩层褶皱持总体协调,具体不协复协调褶皱:硬厚层与软岩层褶皱持总体协调,具体不协调的褶皱组合关系。调的褶皱组合关系。纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳为两种模式:纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳为两种模式:中中和面褶皱作用和面褶皱作用和和顺层剪切作用顺层剪切作用(弯流褶皱作用和弯滑(弯流褶皱作用和弯滑褶皱作用)褶皱作用)二、中和面褶皱作用和顺层剪切作用二、中和面褶皱作用和顺层剪切作用1.概念概念(1)褶皱层中部有一个无应变的中和面。图褶皱
10、层中部有一个无应变的中和面。图9-12A(2)各层厚度保持不变(平行褶皱)各层厚度保持不变(平行褶皱)2.应变特征应变特征外弧拉张伸长,内弧挤压缩短,中和面无应变,(由图外弧拉张伸长,内弧挤压缩短,中和面无应变,(由图9-12,A中应变中应变椭圆特征可知)椭圆特征可知)3.变形特点变形特点(1)劈理劈理:发育在外弧时发育在外弧时与岩层层面平行;发育在内弧时与岩层层面平行;发育在内弧时与岩层层与岩层层面垂直。图面垂直。图9-12B(2)张裂张裂:发育在外弧时发育在外弧时与岩层层面垂直;发育在内弧时与岩层层面垂直;发育在内弧时与岩层层与岩层层面平行。图面平行。图9-12C(3)剪裂剪裂:发育在内弧
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