（二）褶皱的组合型式

　　在同一构造运动时期和同一构造应力作用下，成因上有联系的一系列背斜和向斜往往按一定的几何规律组合在一起，由此形成的总体褶皱样式称为褶皱的组合型式。褶皱的组合型式往往反映了区域性褶皱的成因、区域应变状态、大地构造属性及地壳运动性质等。从目前的研究结果来看，主要有三种类型的褶皱组合型式：

1．复背斜和复向斜

　　复背斜和复向斜是指褶皱内部岩层被一系列次级褶皱所复杂化的大型背斜褶皱构造和大型向斜构造。次级褶皱与主褶皱常有一定的几何关系，典型的复背斜和复向斜的次级褶皱轴面常常向主褶皱的核部收敛。而枢纽与主褶皱的枢纽平行。复背斜和复向斜在平面上往往为线性褶皱，并且限制在狭窄的地带中，是造山带内的主要褶皱样式。

2． 隔挡式褶皱和隔槽式褶皱

　　隔挡式褶皱又称梳状褶皱或侏罗山式褶皱，由一系列平行的线性背斜和线性向斜相间组成，其中背斜窄而紧闭，形态完整而清楚；背斜之间的向斜则开阔而平缓。隔槽式褶皱与前者相反，向斜紧闭且完整，呈线性排列，背斜则平缓而开阔。这两类组合褶皱的共同特点是背斜和向斜的变形强度不同，较紧闭的褶皱和较开阔的褶皱相间排列。隔挡式褶皱在欧洲侏罗山发育完美，通称侏罗山式褶皱。关于褶皱成因，一般认为是沉积盖层沿刚性基底上的较弱层滑脱变形或薄皮式滑脱的结果 

3．日尔曼式褶皱

　　褶皱以卵圆形穹隆或拉长的短轴背斜为主，褶皱翼部倾角平缓，或近于水平，但是规模可以很大。它们可以独立出现，不伴有相间的向斜；可以成群展布，有规律地定向排列或无序排列。在褶皱的平面排列形式上，还可表现为平行线列式、雁列式、弧形线带式等，并且可以产出于以上各类褶皱组合区，只是变形强度有不同的差异而已。

四、褶皱成因分析 

　　褶皱的千变万化与褶皱成因的复杂性密切相关。褶皱成因的研究是构造地质学的重要内容，主要目的在于了解侧应力、岩石的力学性质、变形环境等诸多因素在褶皱形成过程中的作用。
（一） 纵弯褶皱作用 

　　受顺层挤压应力作用导致岩层弯曲而形成褶皱的作用称纵弯褶皱作用。其最大特征是岩层垂直轴向发生缩短。地壳水平运动是造成这类褶皱作用的主要条件，地壳中多数褶皱与这种褶皱作用有关。

　　纵弯褶皱作用的基本特点是：当一岩层（或一整套岩层粘结很牢作为一个整体）受到顺层挤压应力的作用发生弯曲变形时，层面弯曲的外凸一侧处于顺层拉伸状态，而内凹一侧处于顺层压缩状态，两者之间有一既不拉伸也不压缩的无应变的中和面或中性面（图2-3-10）。

　　当一套层状岩石受到侧向挤压时，岩层的物质运动方式、岩性的力学性质及组合特征，压扁作用对褶皱的形成和发育、褶皱样式及内部构造特征起着十分重要的作用。

1． 褶皱过程中的物质运动方式

　　在褶皱作用过程中，岩层的弯曲往往通过顺层简单剪切作用来调节，这种顺层简单剪切作用有两种方式：弯曲滑动和弯曲流动。

 

 

 

 

 

 

 

图2-3-10纵弯褶皱作用的应变特征（据Ramsay，1987）
Fig. 2-3-10 Strain patterns during flexural folding (from Ramsay) 

 
(1) 弯曲滑动 

　　如果简单剪切在褶皱岩层中不连续分布，也就是说，剪切面之间具有一定厚度时，称为弯曲滑动，如此形成的褶皱称为弯滑褶皱（图2-3-11a），这种作用也因此称为弯滑褶皱作用。其特征是：

　　①主要发生在较刚性岩层并且不同岩性层被明显层面分隔的情况下；
　　②在弯曲作用下，各单层虽有中和面，但整个褶皱没有统一的中和面，各弯曲岩层面呈平行关系，形成平行褶皱或同心褶皱。变形较强时，两个刚性岩层间易在褶皱转折端部位形成虚脱现象；　　③弯曲滑动的结果，在岩层中形成同心剪切节理和旋转剪切节理（图2-3-12），在岩层面上形成垂直枢纽的擦痕。

 

 

 

 

2-3-11弯滑褶皱（a）和弯流褶皱（b） 
Fig. 2-3-11 Flexural slip folding and flexural flow folding 

 

（2） 弯曲流动

　　如果简单剪切在褶皱岩层中连续分布，也就是说，这一作用发生在颗粒尺度上，并导致物质流动时，则称为弯曲流动，也称为弯流褶皱作用。其特征为（图2-3-11b）：

 

 

  

 

图2-3-12弯滑褶皱中的节理 
Fig. 2-3-12 Joints formed during flexural slip folding 

 

①大都发生在刚性层间塑性较大的岩层内（如泥岩、页岩、盐层、煤等）。
②在弯曲流动作用下，层内物质发生流动，流动方向一般以两翼向转折端，从而形成顶厚褶皱或相似褶皱；
③由于层内物质塑性流动，在塑性岩层中可以形成线理、叶理等小型构造，甚至形成层间小褶皱，多表现为一翼短、一翼长的不对称褶皱，轴面与相邻上下岩层面的锐交角指向相邻岩层的滑动方向
　　弯曲滑动和弯曲流动作为调节弯曲岩层内部应变的一种方式，不仅可以发生在纵弯褶皱作用过程中，也可以发生在横弯褶皱作用过程中。但在横弯褶皱作用过程中，弯曲滑动和弯曲流动对褶皱的形成和发育、褶皱样式的影响明显不同（见后文）。

2． 岩层力学性质在褶皱发育中的作用

　　纵弯褶皱作用过程中，岩层间力学性质的差异在褶皱形成过程中起着主导作用。岩层中的各向异性是褶皱形成的基础，而各向异性的物质在变形期间的失稳是导致褶皱形成的原因。Biot 和Ramberg在60年代对岩层力学性质在纵弯褶皱形成过程中的作用进行了系统分析，提出了褶皱发育的初始波长理论，阐明了初始褶皱波长与岩层厚度和粘度反差的关系。这一理论较好地解释了自然界褶皱的形态及内部构造特征，可以作为讨论纵弯褶皱作用的基础。
　　对于单一岩层褶皱的发育机制，Biot通过实验和数学模拟，认为褶皱的初始波长与所受作用力的大小没有直接关系，而是与强硬岩层的厚度与强硬岩层与基质的粘度比有关。当岩性一致时，强硬岩层与基质的粘度比为常数，如果岩层的厚度大则其弯曲形成褶皱的波长也大。因此，一套褶皱中的各岩层因其厚度差而形成紧闭程度不同的褶皱，层厚的岩层形成褶皱宽缓，而层薄的岩层形成的褶皱相对紧闭。因此，形成不协调褶皱。而有特殊意义的是，波长与粘度的绝对值无关，这意味着，如果粘度比类似，地壳浅部层呈低韧性的岩石可能与地壳深部层次高韧性岩石具相似的褶皱方式。单层纵弯褶皱中，粘度反差的不同导致不同的褶皱形态。当强硬岩层与基质的强度反差很大时，变形初期，形成波长厚度比大的褶皱，强硬岩层的顺层缩短很小或可忽略不记，而褶皱初始的扩幅速率很大，随着整个系统逐渐压扁，褶皱面上的扩幅速率逐降低，代之以两翼岩层向轴面旋转和翼间角的变小。当进一步压扁时，翼部可能旋转超过10°而相互压紧，形成典型的肠状褶皱。当强硬岩层与基质的强度反差很小时，变形初期，形成波长厚度比小的褶皱。与高反差的情况相反，褶皱的扩幅速率很小，整个系统的侧向压缩使强硬岩层和基质一起发生明显的顺层缩短，不同物质的粘度越接近，顺层缩短越明显。随着整个系统缩短变形，顺层缩短继续进行，褶皱逐渐变得显著，但不能形成肠状褶皱，而是发育明显的圆滑和尖棱转折端相间排列的褶皱，称为尖圆褶皱。当总体收缩量很大时，大致垂直褶皱轴面方向的缩短常使褶皱转折端厚度进一步增大，并使翼部岩层变薄。 
　　在多层岩层褶皱系统中，一套强弱岩层相间所形成的褶皱，其形态不仅与各层的能干性有关，而且也取决于相邻强硬岩岩层（或能干层）的互相影响程度，后者又取决于强硬岩层间的距离及褶皱应变带的宽度。 
　　当夹于弱基质中的强硬岩层发生褶皱时，与强硬岩层相临的软弱岩层受强硬岩层的影响一起弯曲，而远离强硬岩层则以均匀的加厚调节整个系统的顺层压缩，没有受到强硬岩层褶皱弯曲的影响，强硬岩层周围受该强硬岩层纵弯所影响的软弱岩层的所造成的带状区称接触应变带。

　　如果两强硬岩层相隔很远，超过接触应变带的范围，则两层各自弯曲而互不影响，各自形成具有与自身厚度和与基质粘度差相关的特征波长的褶皱，由此构成不协调褶皱。如果强硬岩层之间的距离很近，以使各层周围的接触应变带互相重叠，则可能出现两种类型的几何影响：各强硬岩层厚度和之间的距离大致相近，而且强弱岩层的粘度差相似，则形成协调褶皱；如果各强硬岩层的厚度不同或强弱岩层韧性差明显不同，则各个强硬岩层很可能使其自己的特征波长影响总的褶皱形式，形成多种波长的褶皱复合岩层，称为多级协调褶皱。
3．压扁作用及影响

　　岩层在发生褶皱的过程中，经常受到垂直轴面方向的挤压作用，即压扁作用。压扁作用贯穿于整个褶皱作用过程中，按褶皱发育的不同阶段可分为前褶皱压扁作用，同褶皱压扁作用和后褶皱压扁作用。 前褶皱压扁作用指褶皱形成之前，即岩层受力但尚未弯曲时的压扁作用，所产生的结果是，岩层均匀缩短而厚度增大。普遍认为，岩层间的韧性差较小而平均韧性较大时，前褶皱压扁作用显著。很显然，在高温高压的环境中，前褶皱压扁作用所产生的效果要大得多。

　　同褶皱压扁作用指岩层弯曲褶皱的同时出现的压扁作用。岩层内部各点的应变状态也随之发生变化，褶皱岩层内部各点的应变椭圆不断压扁，其长轴方位也逐渐旋转到与轴面平行的方向上（图2-3-13）。此时，在近平行于褶皱轴面方向上，就可形成新的叶理，称为轴面叶理（见第六节）。压扁越强烈，应变椭球越扁，整个褶皱也越扁平，轴面叶理也越发育。与此同时，压扁作用的的增强，褶皱层的厚度也相应发生变化，翼部岩层越压越薄，转折端的岩层则越来越厚，从而使整个褶皱从等厚向顶厚褶皱发展。系统统计同一褶皱层翼部厚度和转折端厚度与岩层倾角的关系，可以求出压扁作用造成的岩层缩短应变（参见Ramsay 1987）。

　　后褶皱压扁作用，指出现于褶皱晚期阶段的压扁作用。这个阶段，岩层不再发生进一步的弯曲，继而代之的是平行轴面的新的面状结构（轴面叶理）的形成和低韧性岩层（较刚性岩层）被拉断形成石香肠构造（或构造透镜体）和无根钩状褶皱。

　　在褶皱作用过程中，压扁作用的影响效果受岩层的流变学特征（或力学性质）和变形环境所控制。如果褶皱岩层整体上呈刚性（低韧性），则压扁作用的效果就不明显。如果褶皱岩层整体上显韧性，则压扁作用的效果就十分显著。  

 

 

图2-3-13 褶皱发育过程中的压扁作用对褶皱的影响
Fig. 2-3-13 The effect of flattening during folding 

（二） 横弯褶皱作用 

　　岩层受到与岩层面垂直的外力作用而发生弯曲形成褶皱的过程称为横弯褶皱作用。地壳物质的垂直升降运动是造成这种作用的地质条件，其中，岩浆的上升顶托，岩盐、石膏或粘土等低粘度、低密度易流动物质的上拱穿刺、基底的断块升降等都是导致横弯褶皱作用的重要因素。 横弯褶皱的一般特征是：
（1）受褶皱的岩层整体处于拉伸状态，各层都没有中和面。
（2）横弯褶皱作用往往形成顶薄褶皱。
（3）在横弯褶皱作用中，如果岩层呈低韧性状态，褶皱顶部的岩层则由于顺层拉伸而断裂，于背斜顶部形成地堑。如果是穹形隆起，则可形成放射状或环状正断层。
（4）在横弯褶皱作用过程中，也可发生弯滑和弯流作用，但与纵弯褶皱作用相比，滑动方式相反，所形成的褶皱多是轴面向外倾倒的平卧或斜卧不对称褶皱（图2-3-14）。

 

 

 

 

 

图2-3-14 基底隆升时两翼岩层内的小褶皱与劈理（据Dennis, 1987） 
Fig. 2-3-14 Minor folds and cleavage development as a result of flowage of mantling layers (2, 3, 4) down the flanks of a rising arch in the basement (from Dennis, 1987) 

 

　　底辟褶皱是地下深处的高塑性物质（岩盐、石膏等）在重力差异作用下呈圆柱状或厚塞状向上流动刺穿上覆岩层而形成的一种构造现象。底辟构造一般包括三部分：
①高塑性物质组成的底辟核，核内物质往往呈现复杂的塑性变形；
②核上构造（上覆岩层），往往是外形不规则的穹隆或短轴背斜，其内部构造特征如上述横弯褶皱的基本特征；
③核下构造，一般比较简单。当底辟核为岩盐时，称为岩丘构造，典型的盐丘直径2-3km，边部陡倾，可以向下延伸达几公里。内部构造通常十分复杂，大量发育紧闭陡倾伏褶皱、重褶皱和多次重褶皱现象。普遍认为，盐丘的形成是由于盐层与其上覆密度较大的围岩间密度差异所引起的浮力使盐层多次向上运动造成的结果。

　　如果底辟核是侵入岩，岩浆上升侵入围岩，并使上覆岩层上拱形成穹隆，这种作用过程也称岩浆底辟作用。岩浆底辟作用是一种重要的地质作用，它不仅导致广泛的沉积岩层发育地区出现以岩浆岩为底辟核的穹隆形成，太古宙高级变质岩区发育的典型构造样式“卵形构造”或称“片麻岩穹隆”，也多认为与岩浆底辟作用有关（Ftetcher 1972；Ramberg， 1967；傅昭仁，1983；刘先文，1992）。此外，岩浆底辟作用也是一些造山前伸展体制的构造型式的基本动力（杨振升，1987）。

（三）剪切褶皱作用 

　　由于切层或顺层剪切而导致褶皱形成的作用为剪切褶皱作用。为此，根据剪切作用面和参与褶皱的面状组构（层理、劈理、片理等）的关系以及剪切方向与褶皱枢纽的关系，可把剪切褶皱作用分为两类，切层剪切褶皱作用与顺层剪切褶皱作用。

1． 切层剪切褶皱作用

　　即传统意义的剪切褶皱作用，也称滑褶皱作用（图2-3-15），指沿着一系列垂直或斜交岩层层面的密集叶理或破裂面发生不均匀剪切使岩层层面错动弯曲而形成褶皱的一种作用。其中，作为褶皱面的各种面状构造（层理、劈理等）仅作为反映滑动结果的被动标志，因此，又称之为被动褶皱作用。切层剪切褶皱作用的主要变形特征包括： （1）不论剪切作用面与褶皱面斜交或垂直，必定有一组透入性的面状构造（劈理、片理、片麻理等）与褶皱构造共存，这组面状构造为褶皱的轴面叶理。

（2）从理论模式看，切层剪切作用为简单剪切变形，剪切面就是褶皱中每一点应变椭球的圆切面，每一点的应变都是平面剪切应变。

（3）平行轴面方向上岩层的厚度不变，但垂直厚度在褶皱转折端变厚，在翼部减薄，形成相似褶皱或兰姆赛分类的Ⅱ类褶皱。

（4）褶皱岩层中没有中和面。任一剪切面上所有各点的应变都是相等的。 （5）剪切面上剪切作用的方向不一定与褶皱轴直交，唯一的条件是不能与层平行。与层呈任何角度的剪切都会有褶皱发育，但如果剪切量一定，当剪切方向与褶皱枢纽垂直时，褶皱幅度最大。 （6）对原来垂直剪切面的岩层来说，在褶皱枢纽线两侧的剪切方向相反。

　　切层剪切褶皱作用是一个广为引用的经典褶皱作用模式。尽管实验研究和理论研究证实了这种剪切作用的可行性（Ramsay等, 1987），但也确定了这种剪切褶皱作用的局限性，即褶皱的形成条件是：先于褶皱形成的一系列密集简单剪切面和不均匀简单剪切作用，这种条件可发生在规模较大，并且剪切应变不均匀的剪切带中。对于中浅变质岩区普遍发育的具有轴面劈理的褶皱而言，滑褶皱作用的贡献是很有限的。 ⑵ 顺层剪切褶皱作用

　　顺层剪切褶皱作用是指平行于面状构造（层理、片理、糜棱叶理等）的简单剪切而导致早期面状构造发生褶皱的一种作用，顺层剪切褶皱作用的主要变形特征是：

1）所形成的褶皱往往局限于某一固定的岩层或某一岩性层中，或者单个零星发育，或者呈数个褶皱组合的形式发育，并在纵向上或横向上延伸不远即消失。规模较小，常为手标本规模（几厘米）或露头规模（几十米、上百米）。

 

 

 

 

 

图2-3-15 理想的剪切褶皱作用模式（据Hobbs et al., 1979） 
Fig. 2-3-15 Ideal shear folding model (from Hobbs et al., 1979)

 
2）褶皱一翼长，一翼短,为不对称非圆柱状褶皱，轴面往往与褶皱周围的岩层层面等面状构造斜交。鞘褶皱是顺层剪切褶皱作用的典型褶皱型式。顺层剪切褶皱作用所形成的褶皱或者作为纵弯褶皱的内部小构造赋存于强硬岩层之间的软弱岩层之中，或者产于大型韧性剪切带之中近年来随着对韧性剪切带内褶皱构造的研究，这种顺层剪切褶皱构造的样式和成因（详见第四章第四节）也逐渐为人们认识。 
（四）柔流褶皱作用 

　　高塑性岩层（高塑性体）受力的作用时，呈类似粘稠的流体而发生变形形成形态复杂、褶皱要素产状变化大、不协调性普遍的流动褶皱。底辟作用形成的底辟核内的褶皱、高级变质岩石，尤其是麻粒岩相变质岩石中的褶皱都具有强烈塑性流动的特征。这种褶皱机制强调高塑性物质的流动对褶皱形成和褶皱样式的影响，与前述几种成因机制并不矛盾，但显然不是一种独立的成因机制，而是对前述几种成因机制的补充。

五、叠加褶皱及其基本型式 

叠加褶皱又称重褶皱，是已经褶皱的岩层再次弯曲变形而形成的褶皱。多发育于变形作用强烈而复杂的地区或造山带内。就形成时间而言，叠加褶皱可以是两个以上构造旋回中的变形叠加造成的，也可以是同一构造旋回不同构造幕变形叠加的结果，甚至同一期递进变形过程中由于增量应变方位和性质的改变而造成的。总之，叠加褶皱反映了多期、多阶段变形的产物。 （一）叠加褶皱基本型式

叠加褶皱在许多地区的存在虽然早已发现，但是，对于叠加型式的研究却起始于20世纪50年代。在叠加褶皱发育地区，由于各期褶皱作用的方位、方式、规模和强度不同，以及岩石力学性质的差异，叠加褶皱的样式也十分复杂，类型极其繁多，因而，曾有许多对叠加褶皱样式的描述和分类。Ramsay总结的两期褶皱叠加的四种基本型式也因其系统性和全面性而广为引用，成为经典的两期褶皱叠加型式（图2-3-16）。

Ramsay以早期褶皱为纵弯褶皱，后期褶皱为滑褶皱为前提提出四种基本叠加型式：

1．类型0无效叠加作用

两期褶皱相互作用没形成一般认为叠加褶皱所具有的几何现象，所产生的三维几何特征实际上与单期变形产生的褶皱构造相似。如果两期褶皱具有相同的波长，那么最终的形态取决于两个叠加波形的同相或不同相关系。或者同相波形叠加而仅导致褶皱振幅增大（图2-3-16类型0或图2-3-17c），或者不同相波形相互抵消而使褶皱消失，或者是上述两者之间的过渡。如果两期褶皱波长不同，则可能形成各种类型的多级协调褶皱。这种叠加型式虽然从理论上存在，但目前还没有这方面的报道。

2．类型 1 穹隆-盆地型式

晚期褶皱的最大应变轴（或流动方向a2）与早期褶皱的轴面平行或低角度相交，但两期褶皱的中间应变轴（B1与b2）（平行褶皱枢纽）高角度相交或垂直。这种叠加型式相当于所谓的“横跨褶皱”或“斜跨褶皱”。早期褶皱一般为轴面近于直立的较开阔褶皱，被后期褶皱叠加后，轴面形态变化不大，但枢纽被弯曲呈有规律的波状起伏，常见的形态为一系列穹隆和构造盆地相间的构造（图2-3-16类型1； 图2-3-17a, b）。两期背形叠加形成穹隆构造，两期向形叠加形成构造盆地，晚期背形横过早期向形或者晚期向形横过早期背形时，背形枢纽倾伏，向形枢纽仰起形成鞍状构造。

值得指出的是，穹隆和构造盆地的存在并不完全意味着叠加褶皱事件，上文所述的底辟褶皱或底辟构造也可以形成类似的样式。但不同的是两期叠加变形事件形成的穹隆和构造盆地具有高度的几何规律，叠加褶皱内与两期变形有关的褶皱通常在样式、波幅、波长及伴生的小型构造方面均有系统的差别。
图2-3-16 两期褶皱叠加的四种基本型式（据J.G. Ramsay，1987） 
Fig. 2-3-16 Four basic types of superposed folds (from Ramsay, 1987) 

 

 

类型2 穹隆状-新月状-蘑菇状型式

　　晚期褶皱的最大应变轴（a2）与早期褶皱轴面夹角很大，两期褶皱枢纽（代表中间应变轴B1与b2）呈中等或大角度相交。这时早期褶皱轴面和枢纽均发生强烈弯曲（图2-3-16类型2），在水平切面则形成复杂的新月形、蘑菇形等图形（图2-3-17g，h）。

类型3 收敛-离散型式（共轴叠加褶皱）

　　晚期褶皱的最大应变轴a2与早期褶皱的轴面夹角很大，但两褶皱的枢纽近于平行，此时早期褶皱的轴面发生弯曲而枢纽不发生弯曲。这种叠加型式在横截面上可以出现双重转折和钩状闭合等形态（图2-3-16类型3 c）。

　　尽管兰姆赛提出的上述四类褶皱叠加型式从理论上尽可能地概括了两期褶皱的叠加方式，但是，实际工作中遇到的露头形态或地层特征可能更加复杂。因为兰姆赛提出的四类褶皱叠加型式仅是从早期褶皱的轴面与枢纽和后期褶皱的枢纽和最大应变主轴的几何叠加关系考虑的，而早期褶皱的产状、规模和几何形态，后期叠加褶皱的形成方式、产状、规模以及岩石的流变性都是影响褶皱叠加型式的主要因素。

（二）叠加褶皱的野外观察

　　由于叠加褶皱的复杂性，对叠加褶皱的研究也是一个复杂的过程。其中最基本的问题是在野外识别和确定叠加褶皱的存在。认识和鉴别叠加褶皱的主要标志包括：

1．重褶现象，在褶皱的同一切面上。不仅有先存褶皱轴面的重新弯曲，而且还有褶皱面或褶皱岩层的双重转折现象。
图2-3-17所示叠加型式在水平面上产生的主要假干涉型式（据J.G. Ramsay，1967） 
Fig. 2-3-17 The surface patterns of superposition (from Ramsay, 1967) 

 

 

2．新生构造有规律地变化，新生叶理和线理一般代表一期构造变形，它们有规律地弯曲一般意味着新生褶皱变形面在新的构造应力场中的又一次弯曲变形。如轴面叶理的弯曲，置换作用形成似层理的重褶皱，以及褶皱枢纽有规律的变位等。

3．两组不同类型且不同方位的叶理或线理有规律地交切。

4．陡倾伏褶皱的广泛发育也是叠加褶皱可能存在的标志之一。