第三节、褶皱构造与褶皱作用 
　　褶皱构造是我们常见的岩石或地层的弯曲现象，它作为一种基本构造型式在地壳岩石中普遍存在，表现为岩石中的各种面（如地层层面、变质岩中的叶理面、岩浆岩中的流面、断层面、不整合面等）的弯曲。
　　自然界的褶皱千姿百态、复杂多样。褶皱规模也变化极大，小至手标本或显微镜下的微观褶皱，大至卫星相片上的区域性或地壳规模褶皱。褶皱的研究对于揭示一个地质构造及其形成发展具有重要意义，另一方面，许多矿产，包括金属、非金属、煤、石油、地下水等都受褶皱构造的影响和控制。因此，褶皱构造的研究具有重要理论和实际意义。 

一、褶皱与褶皱要素 

1．褶皱的基本类型
　　岩石中发生弯曲形成褶皱的面为褶皱面，它可以是层理、劈理或不整合面等。从单一褶皱面的弯曲形态看，褶皱面上凸弯曲的褶皱为背形，下凹弯曲的褶皱为向形，褶皱面既不上凸也不下凹，而是凸向两侧的褶皱为中性褶皱（图2-3-1）。

　　对于沉积岩层而言，把最老地层位于核部的褶皱称为背斜，最新地层位于核部的褶皱称为向斜。尽管在大多数情况下背形常常就是背斜，向形就是向斜，但在已倒转岩层中发育的褶皱常表现为向形式背斜和背形式向斜，这种褶皱在叠加褶皱地区普遍发育。

2．褶皱要素 
　　为了分析研究自然界千姿百态的褶皱构造，首先需要对组成褶皱的某些特定部位及其几何上的点、线、面等要素进行定义，通称其为褶皱要素（图2-3-2）。

　　枢纽 同一褶皱面上最大弯曲点的连线，可以是直线，也可以是曲线；可以是水平线，也可以是倾斜线。枢纽的方位角通常称为褶皱的轴向。枢纽的产状通常用倾伏向和倾伏角定义，倾伏向即枢纽的倾伏方向，指在包含枢纽线的直立面上测量的与枢纽倾伏方向一致的直立面的走向，倾伏角为枢纽与包含枢纽的直立面走向线之间的锐夹角。

 

  

图2-3-1褶皱面弯曲的基本几何形态类型 
Fig. 2-3-1 Basic geometric patterns of folded surfaces 
a-背形b-向形c, d-中性褶皱 

　　核或核部 褶皱中心部位的岩层或岩石。
　　翼或翼部 泛指褶皱两侧比较平直的部分，准确地说，指褶皱中两个相邻枢纽之间的褶皱面区

 

　　拐点、拐线 在垂直褶皱枢纽的横截面上，相邻的背形和向形共用翼常呈S型弯曲，褶皱面不同凸向的两部分之间的转折点为拐点。如果翼平直，则取其中点为拐点。同一褶皱面上各拐点的连线为拐线。

　　轴面 同一褶皱中各相邻褶皱枢纽连成的面为轴面。轴面是一设想的标志面，可以是平面，也可以是曲面。 轴迹 轴面与任一平面的交线称为轴迹。轴面与地表的交线是十分重要的轴迹。

　　翼间角 指两翼之间的内夹角，圆弧形褶皱的翼间角是指正交剖面上通过两翼拐点的切线之间的夹角。

　　脊线和槽线 同一褶皱面上沿背形最高点的连线为脊线，沿向形最低点的连线称为槽线。 

　　波长和波幅 波长和波幅是量度褶皱规模大小的要素。其度量方法如图2-3-3所示。在褶皱的横切面（正交剖面）中， Soˊ为褶皱的包络线（面），m为连接褶皱拐点的中间线（面），对称褶皱的波长（W）为一个周期性波长的长度，即两个相间拐点之间的距离，波幅（A）为包络线和中间线之间的距离；不对称褶皱的波长有两种定义，波长（Wm）和波幅（Am）与以上定义相同，而波幅（Aa）为包络线和中间线之间轴迹的长度，波长（Wa）为通过两个相间拐点并平行轴迹的两条线间的距离。

 

 

图2-3-3褶皱的波长（W）和波幅（A）（据Ramsay，1967） 
Fig. 2-3-3 The wave lengths and amplitudes of folds (from Ramsay, 1967)
a-对称褶皱波长（W）和波幅（A）；b-不对称褶皱波长（Wm，Wa）和波幅（Am，Aa）
So`-包络面；mm-中间面（拐面）；θ-轴面与中间面的锐角；i-拐点 

 

二、 褶皱的几何形态描述 

　　褶皱最显著的特征是其几何类型（通常称褶皱样式）的复杂多变。然而，褶皱三维空间上的几何形态又很难直观地观察到（小型褶皱除外），因此，在对褶皱的研究过程中，地质学家们常常从不同的断面和不同的角度观察和描述它们的形象特征，从而出现了大量的褶皱名称和术语，下面从几个方面分述一些最常见的褶皱形态类型和术语。
（一） 横截面上褶皱形态的描述 

　　横截面或正交剖面，是指与褶皱枢纽垂直的剖面，图2-3-4为褶皱的水平面、横剖面（直立剖面）和横截面（正交剖面）之间的关系，很显然，正交剖面可以真实反映褶皱的弯曲形态。

 

图2-3-4褶皱的水平面、横截面和横剖面的关系 
Fig. 2-3-4 The horizontal, vertical and normal sections 

 

1．根据轴面和两翼的产状描述褶皱
　　轴面直立、两翼倾向相反，倾角近似相等时，称为直立褶皱；轴面倾斜，两翼倾向相反，但倾角不等时，为斜歪褶皱；轴面倾斜，两翼倾向相同时为倒转褶皱；轴面水平时，为平卧褶皱（图2-3-5）；
2．根据翼间角的大小描述褶皱
　　翼间角的大小反映了褶皱的紧闭程度，也反映了褶皱变形的强度，是描述褶皱形态的一个重要方面。在出露良好横截面的露头上，可以直接测量翼间角；或者测量褶皱两翼的产状，利用赤平投影的方法求得翼间角。 

 

 

 

 

 

 

图2-3-5根据轴面和两翼产状描述褶皱（据Mattauer，1986）
Fig. 2-3-6 Fold classification with occurrences of axial plane and the two limbs (from Mattauer, 1986) 

根据翼间角的大小，可将褶皱描述为以下几类：
平缓褶皱 翼间角小于180°，大于120°。
开阔褶皱 翼间角小于120°，大于70°。
中常褶皱 翼间角小于70°，大于30°。
紧闭褶皱 翼间角小于30°，大于5°。
等斜褶皱 翼间角在5°到0°之间
3．根据褶皱的对称性描述褶皱 如果褶皱的轴面与中间面垂直，且两翼的长度基本相等，则为对称褶皱（图2-3-3a），否则均为不对称褶皱（图2-3-3b）。
4．根据褶皱面的弯曲形态描述褶皱
　　从褶皱面弯曲的几何形态看，褶皱面呈弧形弯曲，称为圆弧状褶皱（图2-3-6a）；两翼平直，转折端呈尖角状，且两翼长度相等，称为尖棱状褶皱或锯齿状褶皱（图2-3-6b ）；两翼长度不等，称为膝折（图2-3-6e ）；两翼陡而转折端平直，褶皱呈箱状，常具一对共轭轴面，称箱状褶皱或共轭褶皱（图2-3-6c ）；褶皱面呈扇状弯曲，称扇形褶皱（图2-3-6d ）；当褶皱面完全闭合呈眼球状时，称眼球状褶皱；缓倾褶皱面的一段突然变陡，形成台阶状弯曲，称为挠曲或膝折。

 

 

 

 

 

 

图2-3-6 根据褶皱的弯曲形态描述的褶皱（说明见正文） 
Fig. 2-3-6 Fold classification with fold patterns 
5.根据褶皱内各层弯曲形态的关系描述褶皱 

 

　　褶皱中各层弯曲形态基本一致或呈有规律的渐变关系，称协调褶皱。反之， 褶皱中各层弯曲形态明显不同，称之为不协调褶皱。不协调褶皱比较普遍。

6.根据褶皱岩层的厚度变化、曲率大小变化描述褶皱

　　褶皱岩层的厚度变化和弯曲曲率变化也是褶皱形态变化的一个重要方面。传统上，据此描述褶皱基本上是围绕两个几何模式，即平行褶皱和相似褶皱。在平行褶皱中，同一岩层垂直岩层层面的厚度在整个褶皱中是恒定不变的，因此，也称之为等厚褶皱。同心褶皱是平行褶皱的一个特例，即褶皱的各单个褶皱面几乎具相同的曲率，在横截面上呈圆弧状。在相似褶皱中，同一岩层的厚度变化相当大，褶皱转折端的厚度大，翼部的厚度小，这样的褶皱也称为顶厚褶皱。相似褶皱各褶皱面的弯曲形态相似，在平行轴面方向上量度同一褶皱层顶底面间的距离（视厚度）处处相等，因此，相似褶皱为顶厚褶皱的一种特例。此外，还有一种褶皱，转折端厚度小，翼部厚度大，称之为顶薄褶皱。
（二）其它褶皱形态描述

1．纵切面上的褶皱形态：包含褶皱枢纽的铅直剖面为纵切面。根据枢纽与水平面的关系，可将褶皱描述为:水平褶皱（枢纽倾伏角在0°-10 °），倾伏褶皱（枢纽倾伏角在10°-80°）和倾竖褶皱（枢纽倾伏角在80°-90°）。

2．平面上的褶皱形态：即褶皱在地表面出露的形态。同一褶皱面的延伸长度和两翼宽度之比小于3:1时，称为等轴褶皱，等轴背斜又称穹隆构造，等轴向斜又称构造盆地；当长宽比在3:1-10:1之间时，称短轴褶皱；长宽比超过10:1时，为线性褶皱（图2-3-7）。

 

 

 

 

Fig. 2-3-7 Surface patterns of folds 
A为线性褶皱； B为穹隆和构造盆地 

 

图2-3-7 褶皱的平面形态（据刘德良等 1997） 

3．圆柱状褶皱和非圆柱状褶皱：如果褶皱面上的所有各点都能找出平行于褶皱枢纽的线，称为圆柱状褶皱，平行枢纽的线则称为褶皱轴。不具备上述特征的褶皱称为非圆柱状褶皱。地壳中的大多数褶皱从整体上来看都是非圆柱状褶皱。
三、褶皱的分类 

(一) 褶皱分类

　　在对褶皱的研究过程中，构造地质学家们一直试图对褶皱构造进行系统的分类，但到目前为止，远没形成综合褶皱各方面特征的统一分类方案。近年来，比较系统、便于使用而且通行的分类方案有两种。现简述如下:

1. 褶皱的位态分类

　　Rickard（1971）根据轴面倾角，枢纽倾伏角和侧伏角三个变量绘制出一个类似岩石命名分区图的三角投影网图，并根据三角网图内各项数据的规律变化，将三角投影网图划分为七个区，分别代表七种特征的褶皱类型（图2-3-8）。
Ⅰ. 直立水平褶皱 轴面近于直立（倾角80°-90°），枢纽近于水平（倾伏角0°-10°）（图2-3-8中Ⅰ区）。
Ⅱ.直立倾伏褶皱 轴面近于直立，枢纽倾伏角10°-80°（图2-3-8中Ⅱ区）。
Ⅲ.倾竖褶皱 轴面和枢纽近直立，倾角和倾伏角均为80°-90°（图2-3-8中Ⅲ区）
Ⅳ.斜歪水平褶皱 轴面倾斜（倾角10 °–80°），枢纽近于水平（倾伏角0°-10°）（图2-3-8中Ⅳ区）。
Ⅴ.平卧褶皱 轴面和枢纽均近水平，倾角和倾伏角0°-10°（图2-3-8中Ⅴ区）

 

图2-3-8 褶皱的位态分类 (据Richard, Ragan, 1973 及Hobbs et al., 1976 综合编绘）
Fig. 2-3-8 Fold classification with occurrence parameters 
(revised from Richard, Ragan, 1973; Hobbs et al., 1976)Ⅰ-Ⅶ-褶皱产状类型分区；β-枢纽极点；A-轴面投影大圆；π-褶皱面的π圆（环带）
Ⅵ. 斜歪倾伏褶皱 轴面倾斜（倾角10°-80°），枢纽倾伏 （倾伏角10°-80°）（图2-3-8中Ⅵ区）。
Ⅶ 斜卧褶皱 轴面倾角和枢纽倾伏角均为10°-80°，倾向和倾伏向一致，倾角和倾伏角大致相等，枢纽在轴面上的侧伏角为80°-90°（图2-3-8中Ⅶ区）。
　　以上七类褶皱反映了轴面和枢纽产状的连续变化系列，因此包含了自然界可以出现的各种产状的褶皱。三角投影网图上所划分的七个区，分别代表七大类型褶皱产状的变化范围。图内各区范围的大小也大致反映出该类褶皱在自然界出现的几率大小及其过渡类型的一般变化规律，其中Ⅵ区范围最大，表明斜歪倾伏褶皱在地壳中最常见，它是产状变化最大的一类褶皱。　　这一分类使对褶皱形态的研究从定性描述提高到半定量的水平，为应用统计方法分析褶皱形态和产状特征提供了条件。 
2．根据岩层厚度和等倾斜线变化的褶皱分类
　　Ramsay（1967）根据横截面上褶皱岩层的厚度参数t和T以及等倾斜线的排列方式提出的褶皱分类方案。参数t称为正交厚度，指在横截面上岩层上下层面相同倾角（α）部位所作的与岩层面切线之间的垂直距离，因其随倾角α变化而变化，所以记作tα；而参数T称为轴面厚度，是与轴面平行的两条切线之间的距离，记作Tα。在轴面上，参数t和T为标准厚度，分别记作t0和T0。此处tα=Tα，等倾斜线是岩层上下层面具有相同倾角点的连线（图2-3-9），具体作法见（Ramsay, 1967）。
据此，可把褶皱分为三类五型：
Ⅰ类 褶皱的等倾斜线向内弧呈收敛状，内弧曲率总是比外弧大，Tα> T0（图2-3-9）。可细分为三个亚型：
ⅠA型 等倾斜线向内弧呈强烈收敛状，各线长短差别极大，内弧曲率远比外弧大，tα> t0，为典型的顶薄褶皱。
ⅠB型 等倾斜线也向内弧收敛，并与褶皱面垂直，各线长短大致相等，tα= t0，内弧曲率仍大于外弧，为典型的平行褶皱。
ⅠC型 等倾斜线向内弧轻微收敛，转折端等倾斜线比附近两翼的略长，反映两翼厚度有变薄的趋势，tα<t0，为Ⅰ型平行褶皱向Ⅱ类相似褶皱过渡的型式。

 

图2-3-9 褶皱类型的等倾斜线特征（据Ramsay, 1976） 
Fig. 2-3-9 Dip isogons of different types of folds (from Ramsay, 1976)Ⅲ类 等倾斜线向外弧收敛，向内弧撒开，外弧曲率大于内弧曲率，Tα< T0，tα<t0，为典型的顶厚褶皱。
Ramsay应用褶皱构造的几何数据来描述和划分褶皱类型，对褶皱形成机制的研究有一定的指导意义。

 
Ⅱ类 等倾斜线平行且等长，内弧曲率和外弧曲率相等，Tα= T0 tα<t0，为典型的相似褶皱。