断层与褶皱作用

如题所述

前面介绍的褶皱形成机制的经典模式,主要关注的是对褶皱形态的解释,而对断层作用引起的地层重复(增厚)、缺失(减薄)、流动形成的褶皱构造没有给予足够的重视。早在20个世纪30年代,Rich(1934)在研究阿巴拉契亚造山带时就发现了断层作用形成的褶皱构造,直到80年代之后,以J.Suppe为代表的地质学家相继提出了断层形态与褶皱形态的几何学模型和断层滑动与褶皱发育的运动学模型,认为褶皱的形成与断层作用有关,二者是同时形成的,所以通常将其称为断层相关褶皱理论,并认为是20世纪80年代以来构造地质学领域的重要进展之一。

根据断层性质可将断层相关褶皱划分为与挤压作用有关的断层相关褶皱和与伸展作用有关的断层相关褶皱。关于断层相关褶皱的几何模型很多,这里只介绍几种常见的模型。

(一)与挤压作用有关的断层相关褶皱

在挤压构造体制下,逆冲断层的上盘在沿着台阶状断层面滑动过程中,当从一个低层位断坪经断坡爬升到高层位断坪或者断层面的破裂在断坡的某一部位终止时,在断坡上部就会形成由于地层重复而出现的褶皱构造,这种褶皱就称其为断层相关褶皱。

在断层相关褶皱中,断层面的形态与岩层的力学性质有关,在一般情况下,泥岩、页岩、膏盐岩等软弱岩层通常构成断坪(滑脱面),而砂岩、灰岩、白云岩等强硬岩层通常构成断坡。

断层转折褶皱:是逆冲岩席(上盘)在沿着台阶状断层面爬升断坡过程中被迫弯曲而形成的褶皱(图4-63)。褶皱的形成与断层面上、下岩层的重复有关。断层转折褶皱的特点是:①褶皱前后两翼基本对称,前翼的倾角略大于后翼的倾角,后翼的倾角与下盘断坡的倾角一致;②背斜隆升的最大高度等于下盘断坡切割岩层的厚度。

断层传播褶皱:是指逆冲断层由深部层位向浅部层位扩展时,在逆冲断层断坡端线(点)部位形成的褶皱(图4-64)。断层端线(点)以下部分岩层发生逆冲重叠,断层端线(点)以上未断部分通过褶皱缩短以调节岩层上、下的不一致。断层传播褶皱常见于冲断构造带的前锋带。断层传播褶皱的特点是:①前翼陡,后翼缓,后翼的倾角与下伏逆冲断层的倾角一致;②浅部背斜常表现为不对称的箱状,向深部逐渐过渡为尖棱状的紧闭褶皱;③背斜轴面的分叉点与断层端点在同一岩层面上;④背斜轴面在断层面上的终止点和断层转折点之间的距离就是断层的倾向滑动量,断层的滑动量由深部向上逐渐减小,在断层端线(点)处为零。

图4-63 断层转折褶皱

图4-64 断层传播褶皱

滑脱褶皱:是在滑脱面(断坪)之上形成的收缩褶皱(图4-65)。这种褶皱将滑脱面之上的水平滑移量转化为褶皱变形,与下伏逆冲断层的断坡无关,是直接位于滑脱面(断坪)上的褶皱。滑脱褶皱的特点是:①背斜两翼基本对称,倾角或陡或缓;②滑脱面之上的软弱岩层在褶皱过程中发生流动,在褶皱的核部加厚,强硬岩层的厚度和长度不变。

图4-65 滑脱褶皱

(二)与伸展作用有关的断层相关褶皱

在伸展构造体制下,拆离断层的上盘在沿着断层面滑动过程中,由于拆离断层上盘沿着断层面向下滑移过程中所产生的垮塌作用,在断层上盘形成的褶皱构造,称为滚动(rollover)背斜,滚动背斜的形态受多种因素控制,但最重要的还是取决于下伏拆离断层的形状,根据断层形状的不同,将其划分为单弯滚动背斜和多弯滚动背斜。与伸展作用有关的断层相关褶皱的几何模型很多,也十分复杂,这里仅给出两个比较有代表性的几何模型(图4-66)。

图4-66 滚动背斜模型

(据H.Xiao&J.Suppe,1992)

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