引言
地质褶皱是地壳中常见的构造形态，由岩石在构造应力作用下发生塑性变形而形成。它们不仅是地质学研究的核心内容，也是矿产资源勘探、工程地质评价和地质灾害防治的重要依据。褶皱的形态分类和平面轮廓特征解析是地质构造分析的基础工作，对于理解区域构造演化历史、预测地下地质结构具有重要意义。
本文将系统介绍地质褶皱的形态分类体系，详细解析各类褶皱的平面轮廓特征，并结合实际案例说明如何在野外和室内工作中准确识别和描述褶皱构造。通过本文的学习，读者将能够掌握褶皱构造的基本分析方法，为后续的地质研究和工程应用打下坚实基础。
褶皱的基本要素
在深入讨论褶皱分类之前，首先需要明确褶皱构造的基本几何要素。一个完整的褶皱包括以下关键部分：
- 核部（Core）：褶皱的中心部分，通常指最老地层出露的区域。
- 翼部（Limb）：褶皱两侧的倾斜部分，连接核部与转折端。
- 轴面（Axial Plane）：通过褶皱各层枢纽的假想平面。
- 枢纽（Hinge Line）：褶皱同一层面上曲率最大的点的连线。
- 转折端（Hinge Zone）：褶皱翼部向另一侧过渡的弯曲部分。
- 轴迹（Axial Trace）：轴面与地面的交线。
这些要素的几何关系决定了褶皱的整体形态，也是分类和描述褶皱的基础。
褶皱的形态分类
按轴面产状分类
根据轴面的倾斜情况，褶皱可分为以下几类：
1. 直立褶皱（Upright Fold）
轴面近于垂直，两翼地层倾向相反，倾角相近。
- 特征：对称性好，枢纽近于水平。
- 实例：阿尔卑斯山地区的典型复式背斜。
2. 斜歪褶皱（Inclined Fold）
轴面倾斜，两翼地层倾向相反，但倾角不等。
- 特征：不对称，一翼陡一翼缓。
- 实例：许多造山带前陆褶皱带常见此类褶皱。
3. 倒转褶皱（Overturned Fold）
轴面倾斜剧烈，导致一翼地层发生倒转。
- 特征：两翼地层倾向相同，但新老关系相反。
- 实例：强烈挤压区的紧密褶皱。
4. 平卧褶皱（Recumbent Fold）
轴面近于水平，上翼被强烈压缩。
- 特征：枢纽水平，常伴随大规模逆冲断层。
- 实例：阿尔卑斯山推覆构造中的典型褶皱。
5. 翻卷褶皱（Inverted Fold）
轴面弯曲，形态复杂。
- 特征：枢纽呈波状起伏。
- 实例：岩浆侵入接触带附近的褶皱。
按枢纽产状分类
根据枢纽的倾伏方向和倾伏角，褶皱可分为：
1. 水平褶皱（Horizontal Fold）
枢纽倾伏角为0°或近于0°。
- 平面特征：地层呈平行条带状分布。
- 实例：大型盆地边缘的平行褶皱。
2. 倾伏褶皱（Plunging Fold）
枢纽以一定角度倾伏。
- 平面特征：地层呈”V”字形或”U”字形分布。
- 实例：大多数背斜和向斜构造。
3. 倾竖褶皱（Vertical Fold）
枢纽近于直立。
- 平面特征：地层呈放射状分布。
- 实例：穹窿构造的边缘部分。
按褶皱弯曲形态分类
1. 圆弧褶皱（Curvilinear Fold）
转折端呈圆弧状，各处曲率半径相近。
- 特征：平滑过渡，常见于韧性变形。
- 实例：泥岩、页岩中的小型褶皱。
2. 尖棱褶皱（Chevron Fold）
转折端呈尖角状，两翼平直。
- 特征：转折端曲率突变，常见于脆性岩层。
- **实例：砂岩、灰岩互层中的褶皱。
3. 箱状褶皱（Box Fold）
转折端平直，两翼陡峭。
- 特征：形态似箱体，常见于强硬岩层。
- 实例：厚层石英砂岩中的褶皱。
4. 梳状褶皱（Comb Fold）
由一系列紧密平行的尖棱褶皱组成。
- 特征：褶皱紧密排列，形似梳子。
- 实例：强烈挤压区的复式褶皱带。
按组合形态分类
1. 复式背斜（Anticlinorium）
由一系列小褶皱组合而成的大型背斜构造。
- 特征：整体呈背斜形态，内部包含次级褶皱。
- 实例：大型造山带的主背斜。
1. 复式向斜（Synclinorium）
由一系列小褶皱组合而成的大型向斜构造。
- 特征：整体呈向斜形态，内部包含次级褶皱。
- 实例：山间盆地的基底构造。
2. 鞘褶皱（Sheath Fold）
三维空间呈鞘状，枢纽强烈弯曲。
- 特征：平面呈封闭曲线，剖面复杂。
- **3. 隆褶皱（Dome）和构造盆地（Basin） 穹窿和盆地构造。
- 特征：平面呈环形，剖面呈圆形。
- 实例：岩浆侵入形成的穹窿。
褶皱平面轮廓特征解析
褶皱在地表的出露形态（平面轮廓）受多种因素影响，包括褶皱类型、枢纽产状、地形起伏和剥蚀程度等。准确解析平面轮廓特征对于褶皱识别和构造分析至关重要。
平面轮廓的基本类型
1. 线状延伸型
褶皱沿某一方向延伸很长，宽度相对较小。
- 特征：轴迹清晰，延伸稳定。
- 识别标志：地层呈条带状分布，走向变化小。
- 实例：大型线状褶皱带。
2. 短轴型
褶皱延伸长度与宽度之比小于3:1。
- 特征：轴迹不连续，延伸不稳定。
- 识别标志：地层呈椭圆状分布。
- **实例：短轴背斜、短轴向斜。
3. 穹窿与盆地
褶皱在平面上呈近圆形或椭圆形。
- 特征：无固定轴迹，地层呈环状分布。
- 识别标志：地层倾伏方向呈放射状。
- **实例：构造穹窿、构造盆地。
枢纽倾伏对平面轮廓的影响
1. 水平褶皱的平面特征
当枢纽倾伏角为0°时：
- 平面轮廓：地层呈平行条带，宽度稳定。
- 识别方法：地层走向平行于轴迹。
- 实例：水平岩层中的褶皱。
2. 倾伏褶皱的平面特征
当枢纽倾伏角不为0°时：
- 平面轮廓：地层呈”V”字形或”U”字形。
- 识别方法：地层倾伏方向与枢纽倾伏方向一致。
- 实例：大多数背斜和向斜构造。
- 关键点：”V”字形开口方向指示倾伏方向。
剥蚀程度对平面轮廓的影响
1. 未剥蚀褶皱
- 平面特征：仅出露顶部，呈孤立点状或线状。
- 识别难度：高，需要结合剖面分析。
- 实例：地表覆盖严重的地区。
2. 中等剥蚀褶皱
- 平面特征：部分核部出露，翼部呈条带状。
- 识别方法：核部地层老于翼部地层。
- 实例：大多数野外褶皱构造。
1. 强烈剥蚀褶皱
- 平面特征：核部大面积出露，翼部呈环状。
- 识别方法：地层倾伏方向呈放射状。
- 实例：古老褶皱山系。
地形对平面轮廓的干扰
1. 地形平行效应
当褶皱轴迹与地形等高线平行时：
- 特征：地层界线与等高线重合，难以识别。
- 解决方法：结合剖面图和构造等值线图。
2. 地形切割效应
当河流切割褶皱时：
- 特征：地层界线呈锯齿状。
- **识别方法：结合地形图和地质图分析。
典型褶皱实例分析
实例1：阿尔卑斯山复式背斜
地质背景：阿尔卑斯山是典型的陆-陆碰撞造山带，发育大规模复式背斜构造。
形态特征：
- 轴面产状：倾向NE，倾角60-80°。
- 枢纽产状：倾伏角15-25°，倾伏方向NE。
- 平面轮廓：呈NE向延伸的线状，长度>500km，宽度50-100km。
- 组合特征：内部包含多个次级褶皱，呈梳状排列。
平面解析：
- 地层呈NE向条带状分布。
- 核部出露古生代地层，翼部为中生代地层。
- “V”字形开口方向指示NE倾伏方向。
- 剥蚀程度中等，核部部分出露。
实例2：某矿区短轴背斜
地质背景：某煤田位于短轴背斜构造上，背斜控制煤层分布。
形态特征：
- 轴面产状：直立。
- 枢纽产状：倾伏角5-10°，倾伏方向SW。
- 平面轮廓：椭圆形，长轴方向NW，长宽比约2:1。
- 组合特征：简单背斜，无次级褶皱。
平面解析：
- 地层呈环状分布，倾伏方向SW。
- 核部出露最老地层（二叠系），翼部为三叠系。
- 剥蚀程度中等，核部出露面积约10km²。
- 煤层在背斜顶部富集，形成可采煤体。
实例3：某铁矿区鞘褶皱
地质背景：某变质岩区发育鞘褶皱，控制铁矿体形态。
形态特征：
- 轴面产状：变化剧烈，无固定方向。
- 枢纽产状：强烈弯曲，呈鞘状。
- 平面轮廓：封闭曲线，直径约2km。
- 组合特征：三维复杂形态，难以用二维剖面表示。
平面解析：
- 地层呈同心圆状分布。
- 无固定轴迹，枢纽呈环状。
- 剥蚀程度深，核部大面积出露。
- 矿体呈环状分布，与褶皱形态一致。
褶皱识别与描述方法
野外工作方法
1. 地层产状测量
- 要求：准确测量褶皱各部位地层的走向、倾向、倾角。
- 关键点：在核部、翼部、转折端分别测量，至少3-5个点。
- 记录：使用产状符号标注在野外手图上。
2. 地层对比
- 要求：确定核部与翼部的地层新老关系。
- 关键点：寻找标志层，进行横向追索。
- 方法：使用地层柱状图进行对比。
3. 轴迹追索
- 要求：沿褶皱轴面与地表的交线进行追索。
- 关键点：观察地层倾伏方向的变化。
- **方法：使用GPS定位，记录转折端位置。
室内整理方法
1. 构造等值线图
- 用途：表示褶皱三维形态。
- 绘制方法：将地层倾角或高程相同的点连线。
- 实例：背斜构造等值线呈封闭曲线。
2. 赤平极射投影
- 用途：分析褶皱要素的几何关系。
- 应用：求解轴面、枢纽产状。
- 实例：用吴氏网进行产状统计分析。
3. 三维建模
- 用途：重建褶皱三维形态。
- 方法：利用钻孔数据、地震剖面。
- 软件：Petrel、GOCAD等。
褶皱研究的现代技术
1. 无人机摄影测量
- 优势：快速获取高精度地形和地质信息。
- 应用：生成褶皱区域的三维模型。
- 实例：某矿区利用无人机完成1:5000地质填图。
2. 地球物理勘探
- 方法：地震反射、重力、磁法。
- 应用：探测地下褶皱形态。
- 实例：地震剖面上清晰显示背斜构造。
3. 数值模拟
- 方法：有限元分析、离散元模拟。
- 应用：模拟褶皱形成过程。
- 实例：模拟不同应力场下的褶皱发育。
结论
地质褶皱的形态分类和平面轮廓特征解析是地质构造研究的核心内容。通过系统掌握褶皱的几何要素、分类体系和平面识别方法，地质工作者能够准确识别和描述褶皱构造，为矿产资源勘探、工程地质评价和地质灾害防治提供可靠依据。
现代技术的发展为褶皱研究提供了新的手段，但野外工作的基础地位不可替代。只有将传统方法与新技术有机结合，才能全面准确地把握褶皱构造的特征和规律。
在实际工作中，应根据具体地质条件和研究目的，选择合适的分类和描述方法，特别注意褶皱的平面轮廓特征受多种因素影响，需要综合分析才能得出正确结论。# 地质褶皱形态分类与平面轮廓特征解析
引言
地质褶皱是地壳中常见的构造形态，由岩石在构造应力作用下发生塑性变形而形成。它们不仅是地质学研究的核心内容，也是矿产资源勘探、工程地质评价和地质灾害防治的重要依据。褶皱的形态分类和平面轮廓特征解析是地质构造分析的基础工作，对于理解区域构造演化历史、预测地下地质结构具有重要意义。
本文将系统介绍地质褶皱的形态分类体系，详细解析各类褶皱的平面轮廓特征，并结合实际案例说明如何在野外和室内工作中准确识别和描述褶皱构造。通过本文的学习，读者将能够掌握褶皱构造的基本分析方法，为后续的地质研究和工程应用打下坚实基础。
褶皱的基本要素
在深入讨论褶皱分类之前，首先需要明确褶皱构造的基本几何要素。一个完整的褶皱包括以下关键部分：
- 核部（Core）：褶皱的中心部分，通常指最老地层出露的区域。
- 翼部（Limb）：褶皱两侧的倾斜部分，连接核部与转折端。
- 轴面（Axial Plane）：通过褶皱各层枢纽的假想平面。
- 枢纽（Hinge Line）：褶皱同一层面上曲率最大的点的连线。
- 转折端（Hinge Zone）：褶皱翼部向另一侧过渡的弯曲部分。
- 轴迹（Axial Trace）：轴面与地面的交线。
这些要素的几何关系决定了褶皱的整体形态，也是分类和描述褶皱的基础。
褶皱的形态分类
按轴面产状分类
根据轴面的倾斜情况，褶皱可分为以下几类：
1. 直立褶皱（Upright Fold）
轴面近于垂直，两翼地层倾向相反，倾角相近。
- 特征：对称性好，枢纽近于水平。
- 实例：阿尔卑斯山地区的典型复式背斜。
2. 斜歪褶皱（Inclined Fold）
轴面倾斜，两翼地层倾向相反，但倾角不等。
- 特征：不对称，一翼陡一翼缓。
- 实例：许多造山带前陆褶皱带常见此类褶皱。
3. 倒转褶皱（Overturned Fold）
轴面倾斜剧烈，导致一翼地层发生倒转。
- 特征：两翼地层倾向相同，但新老关系相反。
- 实例：强烈挤压区的紧密褶皱。
4. 平卧褶皱（Recumbent Fold）
轴面近于水平，上翼被强烈压缩。
- 特征：枢纽水平，常伴随大规模逆冲断层。
- 实例：阿尔卑斯山推覆构造中的典型褶皱。
5. 翻卷褶皱（Inverted Fold）
轴面弯曲，形态复杂。
- 特征：枢纽呈波状起伏。
- 实例：岩浆侵入接触带附近的褶皱。
按枢纽产状分类
根据枢纽的倾伏方向和倾伏角，褶皱可分为：
1. 水平褶皱（Horizontal Fold）
枢纽倾伏角为0°或近于0°。
- 平面特征：地层呈平行条带状分布。
- 实例：大型盆地边缘的平行褶皱。
2. 倾伏褶皱（Plunging Fold）
枢纽以一定角度倾伏。
- 平面特征：地层呈”V”字形或”U”字形分布。
- 实例：大多数背斜和向斜构造。
3. 倾竖褶皱（Vertical Fold）
枢纽近于直立。
- 平面特征：地层呈放射状分布。
- 实例：穹窿构造的边缘部分。
按褶皱弯曲形态分类
1. 圆弧褶皱（Curvilinear Fold）
转折端呈圆弧状，各处曲率半径相近。
- 特征：平滑过渡，常见于韧性变形。
- 实例：泥岩、页岩中的小型褶皱。
2. 尖棱褶皱（Chevron Fold）
转折端呈尖角状，两翼平直。
- 特征：转折端曲率突变，常见于脆性岩层。
- 实例：砂岩、灰岩互层中的褶皱。
3. 箱状褶皱（Box Fold）
转折端平直，两翼陡峭。
- 特征：形态似箱体，常见于强硬岩层。
- 实例：厚层石英砂岩中的褶皱。
4. 梳状褶皱（Comb Fold）
由一系列紧密平行的尖棱褶皱组成。
- 特征：褶皱紧密排列，形似梳子。
- 实例：强烈挤压区的复式褶皱带。
按组合形态分类
1. 复式背斜（Anticlinorium）
由一系列小褶皱组合而成的大型背斜构造。
- 特征：整体呈背斜形态，内部包含次级褶皱。
- 实例：大型造山带的主背斜。
2. 复式向斜（Synclinorium）
由一系列小褶皱组合而成的大型向斜构造。
- 特征：整体呈向斜形态，内部包含次级褶皱。
- 实例：山间盆地的基底构造。
3. 鞘褶皱（Sheath Fold）
三维空间呈鞘状，枢纽强烈弯曲。
- 特征：平面呈封闭曲线，剖面复杂。
- 实例：韧性剪切带中的典型褶皱。
4. 隆褶皱（Dome）和构造盆地（Basin）
穹窿和盆地构造。
- 特征：平面呈环形，剖面呈圆形。
- 实例：岩浆侵入形成的穹窿。
褶皱平面轮廓特征解析
褶皱在地表的出露形态（平面轮廓）受多种因素影响，包括褶皱类型、枢纽产状、地形起伏和剥蚀程度等。准确解析平面轮廓特征对于褶皱识别和构造分析至关重要。
平面轮廓的基本类型
1. 线状延伸型
褶皱沿某一方向延伸很长，宽度相对较小。
- 特征：轴迹清晰，延伸稳定。
- 识别标志：地层呈条带状分布，走向变化小。
- 实例：大型线状褶皱带。
2. 短轴型
褶皱延伸长度与宽度之比小于3:1。
- 特征：轴迹不连续，延伸不稳定。
- 识别标志：地层呈椭圆状分布。
- 实例：短轴背斜、短轴向斜。
3. 穹窿与盆地
褶皱在平面上呈近圆形或椭圆形。
- 特征：无固定轴迹，地层呈环状分布。
- 识别标志：地层倾伏方向呈放射状。
- 实例：构造穹窿、构造盆地。
枢纽倾伏对平面轮廓的影响
1. 水平褶皱的平面特征
当枢纽倾伏角为0°时：
- 平面轮廓：地层呈平行条带，宽度稳定。
- 识别方法：地层走向平行于轴迹。
- 实例：水平岩层中的褶皱。
2. 倾伏褶皱的平面特征
当枢纽倾伏角不为0°时：
- 平面轮廓：地层呈”V”字形或”U”字形。
- 识别方法：地层倾伏方向与枢纽倾伏方向一致。
- 实例：大多数背斜和向斜构造。
- 关键点：”V”字形开口方向指示倾伏方向。
剥蚀程度对平面轮廓的影响
1. 未剥蚀褶皱
- 平面特征：仅出露顶部，呈孤立点状或线状。
- 识别难度：高，需要结合剖面分析。
- 实例：地表覆盖严重的地区。
2. 中等剥蚀褶皱
- 平面特征：部分核部出露，翼部呈条带状。
- 识别方法：核部地层老于翼部地层。
- 实例：大多数野外褶皱构造。
3. 强烈剥蚀褶皱
- 平面特征：核部大面积出露，翼部呈环状。
- 识别方法：地层倾伏方向呈放射状。
- 实例：古老褶皱山系。
地形对平面轮廓的干扰
1. 地形平行效应
当褶皱轴迹与地形等高线平行时：
- 特征：地层界线与等高线重合，难以识别。
- 解决方法：结合剖面图和构造等值线图。
2. 地形切割效应
当河流切割褶皱时：
- 特征：地层界线呈锯齿状。
- 识别方法：结合地形图和地质图分析。
典型褶皱实例分析
实例1：阿尔卑斯山复式背斜
地质背景：阿尔卑斯山是典型的陆-陆碰撞造山带，发育大规模复式背斜构造。
形态特征：
- 轴面产状：倾向NE，倾角60-80°。
- 枢纽产状：倾伏角15-25°，倾伏方向NE。
- 平面轮廓：呈NE向延伸的线状，长度>500km，宽度50-100km。
- 组合特征：内部包含多个次级褶皱，呈梳状排列。
平面解析：
- 地层呈NE向条带状分布。
- 核部出露古生代地层，翼部为中生代地层。
- “V”字形开口方向指示NE倾伏方向。
- 剥蚀程度中等，核部部分出露。
实例2：某矿区短轴背斜
地质背景：某煤田位于短轴背斜构造上，背斜控制煤层分布。
形态特征：
- 轴面产状：直立。
- 枢纽产状：倾伏角5-10°，倾伏方向SW。
- 平面轮廓：椭圆形，长轴方向NW，长宽比约2:1。
- 组合特征：简单背斜，无次级褶皱。
平面解析：
- 地层呈环状分布，倾伏方向SW。
- 核部出露最老地层（二叠系），翼部为三叠系。
- 剥蚀程度中等，核部出露面积约10km²。
- 煤层在背斜顶部富集，形成可采煤体。
实例3：某铁矿区鞘褶皱
地质背景：某变质岩区发育鞘褶皱，控制铁矿体形态。
形态特征：
- 轴面产状：变化剧烈，无固定方向。
- 枢纽产状：强烈弯曲，呈鞘状。
- 平面轮廓：封闭曲线，直径约2km。
- 组合特征：三维复杂形态，难以用二维剖面表示。
平面解析：
- 地层呈同心圆状分布。
- 无固定轴迹，枢纽呈环状。
- 剥蚀程度深，核部大面积出露。
- 矿体呈环状分布，与褶皱形态一致。
褶皱识别与描述方法
野外工作方法
1. 地层产状测量
- 要求：准确测量褶皱各部位地层的走向、倾向、倾角。
- 关键点：在核部、翼部、转折端分别测量，至少3-5个点。
- 记录：使用产状符号标注在野外手图上。
2. 地层对比
- 要求：确定核部与翼部的地层新老关系。
- 关键点：寻找标志层，进行横向追索。
- 方法：使用地层柱状图进行对比。
3. 轴迹追索
- 要求：沿褶皱轴面与地表的交线进行追索。
- 关键点：观察地层倾伏方向的变化。
- 方法：使用GPS定位，记录转折端位置。
室内整理方法
1. 构造等值线图
- 用途：表示褶皱三维形态。
- 绘制方法：将地层倾角或高程相同的点连线。
- 实例：背斜构造等值线呈封闭曲线。
2. 赤平极射投影
- 用途：分析褶皱要素的几何关系。
- 应用：求解轴面、枢纽产状。
- 实例：用吴氏网进行产状统计分析。
3. 三维建模
- 用途：重建褶皱三维形态。
- 方法：利用钻孔数据、地震剖面。
- 软件：Petrel、GOCAD等。
褶皱研究的现代技术
1. 无人机摄影测量
- 优势：快速获取高精度地形和地质信息。
- 应用：生成褶皱区域的三维模型。
- 实例：某矿区利用无人机完成1:5000地质填图。
2. 地球物理勘探
- 方法：地震反射、重力、磁法。
- 应用：探测地下褶皱形态。
- 实例：地震剖面上清晰显示背斜构造。
3. 数值模拟
- 方法：有限元分析、离散元模拟。
- 应用：模拟褶皱形成过程。
- 实例：模拟不同应力场下的褶皱发育。
结论
地质褶皱的形态分类和平面轮廓特征解析是地质构造研究的核心内容。通过系统掌握褶皱的几何要素、分类体系和平面识别方法，地质工作者能够准确识别和描述褶皱构造，为矿产资源勘探、工程地质评价和地质灾害防治提供可靠依据。
现代技术的发展为褶皱研究提供了新的手段，但野外工作的基础地位不可替代。只有将传统方法与新技术有机结合，才能全面准确地把握褶皱构造的特征和规律。
在实际工作中，应根据具体地质条件和研究目的，选择合适的分类和描述方法，特别注意褶皱的平面轮廓特征受多种因素影响，需要综合分析才能得出正确结论。