褶皱构造识别及工程评价

一、工作任务

通过褶皱构造识别及工程评价知识的学习，学生应能够承担以下工作任务：

（1）了解褶曲概念、褶曲要素、褶曲分类及褶曲命名。

（2）掌握褶皱构造的类型及识别方法。

（3）掌握褶皱的工程评价方法。

二、相关配套知识

在构造运动作用下，岩层产生的连续弯曲变形形态，称为褶皱构造。褶皱构造的规模差异很大，大型褶皱构造延伸几十千米，小的褶皱构造在手标本上也可见到。

（一）褶 曲

褶皱构造中任何一个单独的弯曲都称为褶曲，褶曲是组成褶皱的基本单元。褶曲有背斜和向斜两种基本形式，见图2-5。

图2-5 褶曲的基本形态

背斜：岩层弯曲向上凸出，核部地层时代老，两翼地层时代新。正常情况下，两翼地层相背倾斜。

向斜：岩层弯曲向下凹陷，核部地层时代新，两翼地层时代老。正常情况下，两翼地层相向倾斜。

背斜与向斜是指地层的形态，与地形的关系并非都是一致的，自然界常有背斜谷和向斜山。

1.褶曲要素

为了描述和表示褶曲在空间的形态特征，对褶曲各个组成部分给予一定的名称，称为褶曲要素，见图2-6。褶曲要素有：

图2-6 褶曲要素

核部，指褶曲中心部位的岩层。

翼部，指褶曲两侧部位的岩层。

轴面，指通过核部大致平分褶曲两翼的假想几何面。根据褶曲的形态，轴面可以是一个平面，也可以是一个曲面；可以是直立的面，也可以是一个倾斜、平卧或卷曲的面。

轴线，指轴面与水平面或垂直面的交线，代表褶曲在水平面或垂直面上的延伸方向。根据轴面的情况，轴线可以是直线，也可以是曲线。

枢纽，指褶曲中同一岩层面上最大弯曲点的连线。根据褶曲的起伏形态，枢纽可以是直线，也可以是曲线；可以是水平线，也可以是倾斜线。

背斜，横剖面上弯曲的最高点称顶，背斜中同一岩层面上最高点的连线叫脊线。

向斜，横剖面上弯曲的最低点称槽，向斜中同一岩层面上最低点的连线叫槽线。

2.褶曲分类

褶曲的形态多种多样，不同形态的褶曲反映了褶曲形成时不同的力学条件及成因。为了更好地描述褶曲在空间的分布，研究其成因，常以褶曲的形态为基础，对褶曲进行分类。下面介绍两种形态分类。

1）按褶曲横剖面形态分类

褶曲按横剖面形态分类即按横剖面上轴面和两翼岩层产状分类，见图2-7。

图2-7 褶曲按横剖面形态分类

直立褶曲：轴面直立，两翼岩层倾向相反，倾角大致相等。(www.xing528.com)

倾斜褶曲：轴面倾斜，两翼岩层倾向相反，倾角不相等。

倒转褶曲：轴面倾斜，两翼岩层倾向相同，其中一翼为倒转岩层。

平卧褶曲：轴面近于水平，两翼岩层产状近于水平，其中一翼为倒转岩层。

2）按褶曲纵剖面形态分类

褶曲按纵剖面形态分类即按枢纽产状分类，参见图2-8。

图2-8 褶曲按纵剖面形态分类

水平褶曲：枢纽近于水平，呈直线状延伸较远，两翼岩层界线基本平行，参见图2-8（a）。若褶曲长宽比大于10∶1，在平面上呈长条状，称为线状褶曲，见图2-9（a）。

倾伏褶曲：枢纽向一端倾伏，另一端昂起，两翼岩层界线不平行，在倾伏端交汇成封闭弯曲线，参见图 2-8（b）。若枢纽两端同时倾伏，则两翼岩层界线呈环状封闭，其长宽比在10∶1～3∶1之间时，称为短轴褶曲，参见图2-9（b）；其长宽比小于3∶1时，背斜称为穹窿构造，向斜称为构造盆地。

图2-9 褶曲在平面上的轮廓

3.褶曲的命名

褶曲命名一般采用综合方法，即把褶曲的轴面产状和枢纽产状结合起来命名，例如直立倾伏向斜，其中的“直立”表示褶曲的轴面是直立的，即两翼岩层倾角相等；“倾伏”表示褶曲的枢纽一端向下倾伏，另一端向上昂起。

（二）褶皱构造的类型

复背斜与复向斜：由一系列连续弯曲的褶曲组成的一个大背斜或大向斜，前者称复背斜，后者称复向斜，见图2-10（a）、（b）。复背斜和复向斜一般出现在构造运动作用强烈的地区。我国的昆仑山、祁连山、秦岭等都属于这种复杂的褶皱山系。

图2-10 复背斜和复向斜

隔挡式与隔槽式：由一系列轴线在平面上平行延伸的连续弯曲的褶曲组成。当背斜狭窄，向斜宽缓时，称隔挡式，见图 2-11（a）；当背斜宽缓，向斜狭窄时，称隔槽式，见图2-11（b）。这两种褶皱多出现在构造运动相对缓和的地区。

图2-11 隔挡式和隔槽式褶皱

（三）褶皱构造的识别

在野外辨认褶皱时，首先判断褶皱是否存在并且区别背斜与向斜，然后确定其形态特征。在少数情况下，比如在山区河谷或道路两侧，岩层的弯曲可能直接暴露，是背斜还是向斜一目了然；在多数情况下，地面岩层呈倾斜状态，无法看清岩层的弯曲全貌，应按科学的方法进行观察分析。

首先应注意，地形上的高低并不是判别背斜与向斜的标志。岩石变形之初，背斜为高地，向斜为低地。这时的地形是地质构造的直观反映。但经过较长时间的剥蚀后，由于背斜轴部裂隙发育，岩层较破碎，且地形突出，剥蚀作用进行得较快，可能使背斜变成低地或沟谷。与此相反，向斜核部低洼，常有剥蚀产物在此堆积，剥蚀速度较背斜轴部慢，最终导致向斜的地形较相邻背斜高，形成向斜山。

其次，在地表垂直于岩层走向进行观察，当地层出现以某地层为核心，向两侧呈对称重复分布时，便可判断存在褶皱构造。当核部岩层相对较老，两翼岩层相对较新时，为背斜；当核部岩层相对较新，两翼岩层相对较老时，则为向斜。然后顺岩层走向观察并实测两翼岩层产状则可具体判别其横、纵剖面上褶曲的形态，进而确定褶曲的具体名称。参见图2-8（a）应为直立水平向斜、直立水平背斜；图2-8（b）为直立倾伏向斜和直立倾伏背斜。

（四）褶皱形成时代

褶皱是地壳运动的产物。多数褶皱是在一次构造运动中形成的，也有少数褶皱是经历了多次构造运动形成的。因此，分析确定褶皱的形成时代，对于确定产生该褶皱的地壳运动发生的时代提供了依据。

确定褶皱形成时代的基本原则是，褶皱形成的相对年代介于组成该褶皱岩层中最新的地层年代与上覆未被褶皱岩层中最老地层的年代之间。在一套卷入褶皱构造的整合地层中，褶皱的形成年代晚于其中最新地层的年代。如果区内地层有不整合接触，则可利用不整合面帮助确定褶皱的形成时代，即不整合面以下的褶皱形成时代晚于卷入该褶皱的最新地层的年代，而早于不整合面之上最老的地层年代。

（五）褶皱的工程评价

褶皱构造对工程建筑有以下几方面的影响：

（1）褶皱核部岩层由于受水平挤压作用，产生许多裂隙，直接影响岩体完整性和强度，在石灰岩地区还往往使岩溶较为发育，所以在核部布置各种建筑工程，如厂房、路桥、坝址、隧道等，必须注意岩层的坍塌、漏水及涌水问题。

（2）在褶皱翼部布置建筑工程时，如果开挖边坡的走向近似平行于岩层走向，且边坡倾向与岩层倾向一致，边坡坡角大于岩层倾角，则容易造成顺层滑动现象。如果边坡走向与岩层走向的夹角在40° 以上或两者走向一致，且边坡倾向与岩层倾向相反，或者两者倾向相同但岩层倾角更大，则对开挖边坡的稳定较有利。

（3）对于隧道或道路工程线路等深埋地下工程，一般应布置在褶皱翼部。因为背斜顶部岩层受张力作用可能塌落，向斜核部则是储水较丰富的地段。