2020年巖土工程師答疑:如何在野外認識褶皺構(gòu)造?

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問題：

如何在野外認識褶皺構(gòu)造?

答疑：

褶皺構(gòu)造是地質(zhì)構(gòu)造的重要組成部分，幾乎在所有的沉積巖及部分變質(zhì)巖構(gòu)成的山地都會存在不同規(guī)模的褶皺構(gòu)造。小型的褶皺構(gòu)造可以在一個地質(zhì)剖面上窺其一個側(cè)面的全貌;而大型構(gòu)造往往長寬超過數(shù)千米到數(shù)萬米。這樣的褶皺構(gòu)造，雖然在野外觀察了一段很長的距離，但仍然未出其一個翼的范圍。如果該地區(qū)有現(xiàn)成的地質(zhì)圖，應該首先查閱已有的地質(zhì)圖件，并進行分析。下面簡述一下在野外研究褶皺構(gòu)造的方法。

(一)地質(zhì)方法

1.必須對一個地區(qū)的巖層順序、巖性、厚度、各露頭產(chǎn)狀等進行測量或基本搞清楚，才能正確地分析和判斷褶曲是否存在。然后根據(jù)新老巖層對稱重復出現(xiàn)的特點判斷是背斜還是向斜;再根據(jù)軸面產(chǎn)狀、兩翼產(chǎn)狀以及樞紐產(chǎn)狀等判斷褶曲的形態(tài)(包括橫剖面、縱剖面和水平面)。

2.在野外布置考察路線，一是采取穿越法，即垂直巖層走向進行觀察，以便穿越所有巖層并了解巖層的順序、產(chǎn)狀、出露寬度及新老巖層的分布特征。二是在穿越法的基礎(chǔ)上，采取追索法，即沿著某一標志層(即厚度比較穩(wěn)定、巖性比較固定鮮明、在地貌上的反映比較突出的巖層)的延伸方向進行觀察，以便了解兩翼是否平行延伸，

還是逐漸匯合等情況。這兩種方法可以交插使用，或以穿越法為主，追索法為輔，以便獲知褶曲構(gòu)造在三度空間的形態(tài)輪廓。

(二)地貌方法

各種巖層軟硬薄厚不同，構(gòu)造不同，在地貌上常有明顯的反映。例如，堅硬巖層常形成高山、陡崖或山脊，柔軟地層常形成緩坡或低谷，等等。下面扼要介紹幾點與褶皺構(gòu)造有關(guān)的地貌形態(tài)：

1.水平巖層 有些水平巖層不是原始產(chǎn)狀，而是大型褶皺構(gòu)造的一部分，例如轉(zhuǎn)折端部分，扇形褶曲的頂部或槽部，構(gòu)造盆地的底部，撓曲的轉(zhuǎn)折部分等，這樣的巖層常表現(xiàn)為四周為斷崖峭壁的平緩臺地、方山(平頂?shù)纳?以及構(gòu)造盆地的平緩盆底。

2.單斜巖層 大型褶曲構(gòu)造的一個翼或構(gòu)造盆地的邊緣部分，常表現(xiàn)為一系列單斜巖層。這樣的巖層，一邊在傾向方向順著層面進行面狀侵蝕，故地形面常與巖層坡度大體一致;一邊在反傾向方向進行侵蝕，常沿著垂直裂隙呈塊體剝落，形成陡坡和峭壁。因此，如果單斜巖層傾角較小(如20°—30°)，則形成一邊陡坡一邊緩坡的山，叫做單面山;如果單斜巖層傾角較大(如50°—60°)，則形成兩邊皆陡峻的山，叫豬背崖。

3.穹窿構(gòu)造、短背斜和構(gòu)造盆地 前二者常形成一組或多組同心圓或橢圓式分布的山脊，如果巖層產(chǎn)狀平緩，里坡陡而外坡緩。有時在這樣地區(qū)發(fā)育成放射狀或環(huán)狀水系。在構(gòu)造盆地地區(qū)，四周常為由老巖層構(gòu)成的高山，至盆地底部巖層轉(zhuǎn)為平緩，并且多出現(xiàn)較新的巖層。如四川盆地，北部大巴山主由古生代和前古生代巖層組成，在盆地中心則主由中生代及新生代巖層組成。但應指出，大型構(gòu)造盆地的地貌形態(tài)常為次一級構(gòu)造所復雜化，如四川盆地東部出現(xiàn)一系列隔檔式褶皺形成的山地和溝谷。

4.水平褶皺及傾伏褶皺 在前者地區(qū)，常沿兩翼走向形成互相平行而對稱排列的山脊和山谷。

在傾伏褶皺地區(qū)，常形成弧形或“之”字形展布的山脊和山谷。

5.背斜和向斜 地形有時與地質(zhì)構(gòu)造基本一致，即形成背斜山和向斜谷。

但在更多的情況下，是在背斜部位侵蝕成谷，而在向斜部位發(fā)育成山，即形成背斜谷和向斜山。這種地形與構(gòu)造不相吻合的現(xiàn)象稱地形倒置。為什么會產(chǎn)生這種情況?當巖層褶曲后，巖層頂面受張應力而伸長，底面受壓應力而縮短，巖層頂面和底面之間有一個既未伸長也未縮短的“中和面”。在褶曲前假設(shè)巖層中劃出許多單位球體，褶曲后它們形成各種應變橢球體，便可一目了然巖層在褶曲后內(nèi)部應力分布的特征。

據(jù)上圖示，不難理解在背斜頂部因受張應力作用，極易形成一組平行軸面的張裂隙，給外力侵蝕作用提供了條件，如果核部巖層較軟，那就更相得益彰，最后侵蝕谷地。在向斜槽部，因受壓應力作用，巖石往往擠壓密實，難于破壞，如果核部巖層較硬，那就更難侵蝕風化，最后突起形成高山。

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