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现代构造地质学2
现代构造地质学读书报告
断层相关褶皱
目录
1断层相关褶皱理论的发展概况1
2断层相关褶皱的类型1
3断层相关褶皱的基本特征2
3.1断层转折褶皱2
3.2断层传播褶皱7
3.3断层滑脱褶皱9
参考文献10
1断层相关褶皱理论的发展概况
通过阅读课本和相关文献,我对断层相关褶皱有了一个较为清晰的认识。
首先,我了解了断层相关褶皱理论的的发展情况,其次对断层相关褶皱的特征有了更深刻的认识。
自从Rich(1934)研究阿巴拉契亚前陆冲断褶皱带以来,在70多年的时间里,人们对冲断推理构造及断层相关褶皱进行了大量的理论研究与实践,发现地壳浅部的褶皱变形与下伏断层的滑移有关。
Suppe(1983)发表的《断层转折褶皱的几何学与运动学》一文,详细地阐述了断层转折褶皱的几何学特征,提出了上盘褶皱与下伏相关断层滑移之间的定量关系,为前陆冲断褶皱带的几何学与运动学分析奠定了基础。
随后断层相关褶皱理论被广泛应用在前陆褶皱冲断带构造研究中。
经过多年的努力,人们相继总结了断层转折褶皱、断层传播褶皱和滑脱褶皱的构造模型和成因机制,为定量化分析和研究前陆褶皱冲断带构造几何学和运动学提供了理论依据(Suppe和Medwedeff,1990;Jamison,1987;Shaw等,2005)。
《断层相关褶皱理论与应用研究新进展》(何登发,JohnSUPPEZ,贾承造,2005)对断层相关褶皱理论的进展进行了较为系统的梳理。
2断层相关褶皱的类型
我们将形成机制与断层活动有成生关系的褶皱称之为断层相关褶皱。
根据断层性质可将断层相关褶皱分为与逆断层相关的断层相关褶皱和与正断层相关的断层相关褶皱。
在自然界中,断层相关褶皱按照形成机制可分为三种类型:
断层转折褶皱、断层传播褶皱、断层滑脱褶皱。
而且这三种类型都已经建立了较为成熟的几何学与运动学模型。
相关概念如下:
1、断层转折褶皱:
由于断层转折弯曲,断层上盘岩石在下伏断层转折部位发生运动时形成的褶皱。
2、断层传播褶皱:
由于断层产状改变,逆冲断层由深部层位向浅部层位扩展时,由于应力的减弱,断裂变形被褶皱变形所取代,在其前锋断层端点处形成传播褶皱。
3、断层滑脱褶皱:
也称为滑脱褶皱,与断层传播褶皱相似,形成于断层端点,但与断坡无关,是发育在平行层面的滑脱面或冲断层之上的褶皱。
3断层相关褶皱的基本特征
断层的形成主要以地质体的变位为主,变形为辅,多为地壳升降运动为主水平运动为辅的构造运动体现。
而褶皱的形成则主要以地质体的变形为主,变位为辅,多为地壳水平运动为主升降运动为辅的构造运动体现。
近年来,对断层相关褶皱理论的研究,地质学家们对断层和褶皱的关系有了更深刻的认识,一般认为褶皱形成于断层之后。
3.1断层转折褶皱
1断层转折褶皱的几何学模型
断层转折褶皱由后断坪、下盘断坡、中断坪、上盘断坡和前断坪构成,其前翼总是位于断坡的前陆一侧。
一般情况下,断层转折褶皱的前翼倾角在10°~30°之间,但有时也可能会大于90°,这种类型的断层转折褶皱与断层传播褶皱难以区分,只能借助运动学来辨别。
经过前人的研究,总结出了两种断层转折褶皱的几何模式图(图1)。
Φ
图1断层转折褶皱的几何模型
FF-前断坪HWR-上盘断坡MF-中断坪FWR-下盘断坡RF-后断坪
λ—转折褶皱轴面与两翼的夹角θ—岩层发生转折前与断层面的切角
β—褶皱前翼岩层与断层的夹角Φ—坡度角(断层上下段最小的夹角)
断层相关褶皱几何模型图的解读:
(1)在向形断层上方形成向形断层转折褶皱,在背形断层上方形成背形断层转折褶皱;
(2)转折褶皱的前翼总是位于断坡的前陆一侧;
(3)断层转折褶皱的前翼倾角即可小于90°也可大于90°,在野外大多数的断层转折褶皱的前翼倾角小于90°。
断层转折褶皱的定量计算可以参考Suppe(1983)提出的计算公式。
假设褶皱过程岩层的长度和厚度不发生变化,断层转折稻皱的几何形态与下伏断层形态有下列定量关系:
式中,θ为断层下段(下断坪)与地层夹角;Φ为断层上、下段最小夹角;β为褶皱前翼岩层与断层夹角,λ为轴面与两侧岩层夹角。
确定四个角度参数(θ,β,φ,λ)中任意两个值,就可以算出其他两个角,各角度关系见图2,参数之间的关系能直接从图中读出。
左图为背形断层转折褶皱,右图为向形断层转折褶皱。
如果能从地震剖面中确定四个几何参数中的任意两个,则能通过读图确定另外两个角度。
图2断层转折褶皱角度参数关系
由于断层转折褶皱能吸收或产生滑移量,断层的滑移量沿着断层的各个斜坡发生改变。
断层滑移率R=S/S0,S为断层上段滑移量,S0为断层下段滑移量。
如果断层下段(下断坪)与地层夹角不等于零(θ≠0),背形断层转折褶皱吸收滑移量,滑移率(R)小于1;向形断层转折褶皱则增加滑移量,滑移率(R)大于1。
如果断层下段(下断坪)与地层夹角等于零(θ=0),则R=1。
如果(6θ≠0),应用Suppe(1983)的断层转折褶皱理论,确定四个角度参数(θ,β,Φ,λ)中的任意两个,通过图3就能确定滑移率R。
图3断层转折褶皱滑移率
2断层转折褶皱的运动学特征
断层转折裙皱的运动学模型由Suppe(1983)建立。
如图4所示,岩层变形发生在活动轴面和不活动轴面之间的区域,这两个轴面位于断层的上方,活动轴面下端位于断层的拐点(断层面倾角发生变化的位置)上。
变形首先发生于活动轴面,活动轴面左侧的岩层未发生倾斜变形,变形岩层沿断层向上滑移。
不活动轴面代表了活动轴面的原始位置,变形前不活动轴面与活动轴面重合,变形发生后不活动轴面与活动轴面分离,活动轴面位置不变,不活动轴面沿断层面滑移,不活动铀面与活动轴面之间的区域组成膝折带,膝折带的宽度等于断层的滑移量。
膝折带迁移(加宽)形成断层转折褶皱,褶皱翼部倾斜岩层的倾角不变,倾斜岩层的宽度与断层滑移量呈正比关系。
这样形成的褶皱后翼长(取决于下盘断坡),前冀短,后冀平缓,前翼倾角可达10°—30°以上,背斜一般发育平顶。
按断层面的产状,可将断层分为向形断层与背形断层。
向形断层转折榷皱形成于向上凹曲的向形断层之上(图5a),其活动轴面位于褶皱向斜区(断层的拐点上);不活动轴面位于褶皱背斜区,随断层的滑移而迁移。
背形断层转折褶皱形成于向下凹曲的背形断层之上(图5a);活动轴面固定在断层拐点上,通常位于褶皱背斜区;不活动轴面则位于向斜区,并随断层上盘一起运动。
图4断层转折褶皱运动模式图
图5两类断层转折褶皱运动学模型
断层转折褶皱运动学模型图的解读:
(1)在发生转折之前,位于拐点处的活动轴和不活动轴是重合的,当岩层受力开始运动时,在拐点处活动轴是固定的,而非活动轴则随岩层推移前进,因此这里所说的活动轴与非活动轴的意思并非是指轴的活动,而是说在这个轴面上岩层会发生转折运动;我们也不难发现活动轴与非活动轴之间的膝折带的距离即为断层的滑移量;在图5中可发现,对于向形断层形成的转折褶皱来说,活动轴位于向斜区的拐点处,而不活动轴随岩层推移到背斜区;对于背形断层形成的转折褶皱来说,与之相反;
(2)转折褶皱能吸收或者产生滑移量,向形断层转折褶皱上段的膝折带宽度大于下段的膝折带宽度,S>S0因此R=S/S0>1,产生滑移量。
背形断层转折褶皱与之相反,S 3.2断层传播褶皱 1断层传播褶皱的几何模型 断层传播褶皱由后断坪和下盘断坡组成,前翼陡立后翼缓倾,形成轴面倾斜的不对称构造,沿着褶皱下伏断坡向上发展的逆冲断层的位移逐渐衰减为零(图6)。 图6断层传播褶皱的几何模型 FWR-下盘段坡RF-后断坪θ-断层下段与岩层的切角δ-断坡角γ-翼间角 对断层传播褶皱几何模型的解读: (1)一般情况下,传播褶皱前后翼不对称,前翼陡,后翼宽缓; (2)上盘在固定的下盘上运动,下盘岩石不变形; (3)在端点处形成向斜; (4)断坡上的位移向上逐渐减小(图6中③>①); (5)断坡切穿向斜褶皱向上发育。 2断层传播褶皱的运动学特征 现今传播褶皱的运动学模型有两种: (1)层厚不变的断层传播褶皱运动型模型; (2)固定轴的断层传播褶皱运动模型。 图7断层传播褶皱运动学模型 对断层传播褶皱运动学模型的解读: (1)传播褶皱都是先经过端点向上推移,属于向形断层传播褶皱,吸收能量,因此断坡下部的滑移量大于上部的滑移量; (2)传播褶皱会在断坡的上部垮塌形成背斜,因此其前翼一般停留在断坡之上; (3)向斜固定在断层的转折处; (4)随着深度加大褶皱越来越紧闭,从浅到深表现为从不对称的箱状褶皱转变为尖棱状褶皱; (5)背斜轴面在断面上的终点和断层转折点之间的距离即是断层的倾向滑动量; (6)断层滑动量向上减小,至断层断点处变为零。 根据传播断层的几何关系式: 由上式可知,知道α,γ1,θ,γ*中任意两个的值就能求出其余两个。 3.3断层滑脱褶皱 1断层滑脱褶皱的几何学模型 图8断层滑脱褶皱的几何模型 对断层滑脱褶皱几何模型的解读: (1)在滑脱层底部或者滑脱层之中形成了平行断层,在收到水平挤压力的作用下,岩层沿平行断层的位移传递到上盘地层中形成褶皱; (2)在形成褶皱的过程中,软弱层会在褶皱核部加厚,而强硬层厚度不变。 参考文献 【1】章连香,符斌.断层相关褶皱理论与应用研究新进展【J】.地学前缘(中国地质人学(北京)北京人学),2013,12(4): 353-355. 【2】曾佐勋,樊光明.构造地质学(第三版)【M】.武汉: 中国地质大学出版社,2008: 87-190.
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