褶曲

褶皱变形岩层中的一个弯曲

面状构造（如层理、劈理或片理等）形成的弯曲。岩层在构造作用下，或者说是在地应力作用下改变了岩层的原始产状，不仅使岩层发生倾斜，而且形成各样的弯曲。单个的弯曲也称褶曲。褶皱的面向上弯曲，两侧相背倾斜，称为背形；褶皱面向下弯曲，两侧相向倾斜，称为向形。如组成褶皱的各岩层间的时代顺序清楚，则较老岩层位于核心的褶皱称为背斜，较新岩层位于核心的褶皱称为向斜。正常情况下，背斜呈背形，向斜呈向形，是褶皱的两种基本形式。单个褶皱大者可延伸数十公里，小者可见于手标本或在显微镜下才能见到。

简介

褶皱（fold）指岩石在主要由地壳运动所引起的地应力长期作用下所发生的永久性弯曲变形，褶皱是岩层塑型变形的结果，是地壳中广泛发育的地质构造的基本形态之一，尤以在层状岩石中表现最为明显。褶皱的基本单位是褶曲。褶曲是发生了褶皱变形岩层中的一个弯曲。褶曲的规模相差很大，大型褶曲延伸可长达几十至几百km，小型褶曲则可出现于手标本上。

褶皱构造通常指一系列弯曲的岩层，而把一个弯曲称为褶曲。但褶皱和褶曲有时并无严格区别，而且在许多外文中也只是同一个术语。

基本类型

褶曲的形态是多种多样的，褶曲的基本类型只有两种：背斜和向斜。

背斜（anticline）在外形上通常表现为岩层向上的弯曲，核心部位的岩层时代较老，而外侧岩层时代较新。

向斜（syncline）常表现为岩层向下的弯曲，核心部位的岩层时代较新，外侧岩层时代较老。

由于风化剥蚀，造成背斜地段岩层在地面的出露特征是：从中心到两侧，岩层从老到新对称性重复出现。

向斜的出露特征恰好与之相反，从中心到两侧岩层从新到老对称性重复出现。

构造成因

褶皱构造的成因主要包括水平挤压作用、水平扭动作用和垂直运动。

1、水平挤压作用形成的褶皱：由地壳的水平挤压运动产生的褶皱构造，大量地分布于地壳表层的一定深度地带。它的主要特征是：背向斜都很发育，连续分布，排列的很紧闭，等斜褶皱、倒转褶皱等较常见。核部岩层有变厚现象，翼部常有牵引褶皱产生，轴面劈理往往很发育。这样的褶皱和断裂带等构成挤压构造带，它们的规模一般较大。

2、水平扭动作用形成的褶皱：地壳的水平运动，并不意味着完全是单向的挤压作用，在区域性地壳运动中，若挤压力是不均衡的，方向相反的一组力偶时，很容易造成水平扭动作用，水平扭动作用造成的褶皱有如下主要特点：一系列背向斜的褶皱轴线，在空间呈雁行排列（平行错开），褶皱轴线与扭动方向的交角常为锐角，锐角尖指向相对盘岩块的运动方向，锐角的大小与挤压作用的强弱、岩石塑性的大小有关。挤压力大、岩石塑性强，则锐角小，否则就大。一组这样的褶皱有时向一个方向撒开，向另一个方向收敛，组成帚状构造。单个褶皱的内部构造现象与水平挤压作用形成的褶皱基本相同。

3、垂直运动形成的褶皱：垂直运动的表现形式之一是地壳发生较大范围的隆起和拗陷，影响上覆岩层，形成褶皱。这样的褶皱特点是，背斜或向斜单个出现的多，规模较大，两翼倾角较小，褶皱开阔。轴线通常没有一定方向性，有的背斜核部岩层变薄。垂直运动的另一种表现形式是产生基底断裂，由于断块的上下位移，牵动上覆岩层产生褶皱。这种褶皱的分布常局限于基底断裂附近，呈线形分布，褶皱也不剧烈，褶皱核部开阔而平坦其宽度远大于翼部，称为箱形背斜和屉形向斜。

要素

褶曲具备如下要素：核（中心）、翼（两侧）、顶角（两翼交角）、轴面（平分顶角的假想面）、枢纽（轴面与岩层面的交线）、轴（轴面与水平面的交线）、转折端（两翼会合的部分）。

I 核部简称核，泛指褶曲中心部位的岩层。

II 翼部简称翼，泛指褶曲核部两侧的岩层。相邻的背、向斜褶曲共有一个翼。

III 翼间角褶曲的横剖面上两翼同一层面拐点的切线之夹角。

IV 转折端泛指两翼岩层互相过渡的中间弯曲部分。

V 枢纽褶曲的同一层面上各最大弯曲点的连线，也可以看成是轴面与褶曲层面的交线。每一个发生了褶曲的层面都有自己的枢纽。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。

VI 轴面连接褶曲各层面的枢纽构成的面。轴面的产状与其地质面的产状一样，是用走向、倾向和倾角来确定的。但它只是一个假想面，故产状值不能直接测定，常通过赤平投影的方法来近似求得。

VII 轴迹轴面与地面及任一平面的交线。

VIII脊线和槽线脊线指背斜中同一褶曲层面上各最高点的连线；槽线则指向斜中同一褶曲层面上各最低点的连线。脊线和槽线与枢纽的位置通常不是恰好相重合的。在寻找储油构造、开发油、气矿产和地下水资源时，弄清褶曲的脊和槽的确切位置，具有重要的实际意义。

形态分类

除将褶曲区分为背斜和向斜之外，还根据其它方面特征对褶曲进行了多种形态分类。这些分类便于准确描述褶曲的形态，并在一定程度上反映了褶曲的成因，对于岩土工程许多方面都具有意义。

横剖面形态分类

根据褶曲轴面及两翼岩层产状分类可分为四类。

（1）直立褶曲（upright fold）：两翼岩层倾向相反，倾角大致相等，轴面直立。

（2）倾斜褶曲（inclined fold）：两翼岩层倾向相反，倾角明显不等，轴面倾斜。

（3）倒转褶曲（overfold）：两翼岩层倾向相同，一翼岩层层序正常，另一翼岩层发生倒转。

（4）平卧褶曲（recumbent fold）：两翼岩层产状近于水平，一翼岩层层序正常，另一翼岩层发生倒转（该翼老岩层覆盖于新岩层之上）。

（5）翻卷褶曲（convolute fold）：轴面翻转向下弯曲，此种褶曲在外观上是向（背）斜，实际上是背（向）斜，通常由平卧褶曲转折端部分翻卷而成。

纵剖面形态分类

❶依据枢纽的产状，将褶曲分为以下两类。

（1）水平褶曲（nonplunging fold）枢纽近于水平，两翼岩层的走向基本平行。

（2）倾伏褶曲（plunging fold）枢纽倾斜，两翼岩层不平行。在背斜的枢纽倾伏端和向斜的枢纽扬起端，两翼岩层逐渐转折汇合。

（3）倾竖褶曲枢纽近于直立的褶曲

严格的来说，自然界褶曲的枢纽很少是水平的，大多都是倾状的；大规模的褶曲，其枢纽往往是有起伏的。倾竖褶曲比较少见，但在岩层陡立地区，如密云溪翁庄地区，即出现枢纽向东南倾状近80°的一个两翼开阔的倾状向斜构造。

❷根据轴面产状和枢纽产状综合分类

（1）直立水平褶曲：轴面近于直立（倾角80°～90°），而枢纽近于水平（倾状角0～10°）。

（2）直立倾状褶曲：轴面近于直立，而枢纽倾斜（倾状角10°～80°）。

（3）倾竖褶曲：轴面和枢纽均近于直立（80°～90°）。

（4）倾斜水平褶曲：轴面倾斜（10°～80°），而枢纽近于水平（0～10°）。

（5）平卧褶曲：轴面近于水平（0～10°），枢纽也近于水平（0～10°）。

（6）倾斜倾状褶曲：轴面倾斜（10°～80°）枢纽也倾伏（10°～80°），但二者的倾向和倾斜程度不一致。

（7）斜卧褶曲：轴面倾斜（10°～80°），枢纽也倾伏（10°～80°），但二者的倾向基本平行，倾角也大致相等。

其中倾斜倾伏褶曲实在自然界中分布最普遍的一类。

转折端形状及两翼特点分类

（1）圆弧褶曲：转折端呈圆滑弧形。

（2）箱型褶曲：转折端平直而两翼陡峭，在两翼转折处呈膝状弯曲，形似箱状。大型箱型褶曲的一翼可称挠曲，即岩层成一面倾斜的台阶状或膝状褶曲。

（3）锯齿状褶曲：也叫尖棱褶曲，转折端是一点，呈锯齿状。这种褶曲常发生在岩性较坚硬且脆的岩层中。

（4）扇形褶曲：转折端平缓而两翼岩层均倒转，在背斜中两翼岩层向轴面倾斜；在向斜中则自轴面向外倾斜。此种褶曲反映了两翼受到较大侧向外压力而逐渐向轴面运动的情况。

平面形态分类

依据褶曲同一岩层在平面上出露的纵沟长度和横向宽度之比将褶曲分为以下四种类型：

（1）线状褶曲（linear fold）长度和宽度之比超过10：1的各种狭长形褶曲。

（2）短轴褶曲（brachyaxis fold）长度和宽度在3：1至10：1范围内的褶曲。

（3）穹窿构造（dome constitution）长度和宽度之比小于3：1的背斜褶曲。

（4）构造盆地（tectonic basin）长度和宽度之比小于3：1的向斜褶曲。

剖面组合

组合类型

指若干个背斜和向斜褶曲在剖面上组合所表现出来的总体特征。

较常见的有：

复背斜和复向斜，皆为由若干次一级的背斜和向斜组合而成的大型褶皱构造。

在同一水平面上观察，若中央地带的次级背斜核部岩层时代老于两侧次级背斜核部岩层的时代，称复背斜；若中央地带的次级向斜核部岩层新于两侧的次级向斜核部的岩层，则称复向斜。

野外识别方法

褶皱的野外识别方法主要有穿越法、追索法两种。

野外观察时，首先判断褶皱存在与否并区别背斜与向斜，然后确定它的形态特征。依据岩石地层和生物地层特征，查明和确立调查区地质年代自老至新的地层层序是首要的工作。岩层受力挤压弯曲后，形成向上隆起的背斜和向下凹陷的向斜，但经地表营力的长期改造，或地壳运动的重新作用，原有的隆起和凹陷在地表面有时可能看不出来。为对褶曲形态做出正确鉴定，此时应主要根据地表面出露岩层的分布特征进行判别。一般来讲，当地表岩层出现对称重复时，则有褶曲存在，如核部岩层老，两翼岩层新，则为背斜；如核部岩层新，两翼岩层老，则为向斜。然后，根据两翼岩层产状和地层界线的分布情况，则可具体判别其横、纵剖面上褶曲形态的具体名称。接着，沿垂直地层走向进行观察，褶皱存在的标志是在沿倾斜方向上相同年代的地层作对称式重复出现。褶皱的规模有较小的，也有很大的，小的褶皱可以在小范围内，通过几个出露在地面的基岩露头进行观察。规模大的褶皱，因分布的范围大，并常受地形高低起伏的影响，很难一览无余，也不可能通过少数几个露头就能窥其全貌。对于这样的大型褶皱构造，在野外就需要采用穿越的方法和追索的方法进行观察。

1.穿越法（traverse method）：穿越法就是沿着选定的调查路线，垂直岩层走向进行观察。穿越法有利于了解岩层的产状、层序及其新老关系。如果在路线通过地带的岩层呈有规律的重复出现，且对称分布，则必为褶皱构造，再根据岩层出露的层序及其新老关系，判断是背斜还是向斜，然后进一步分析两翼岩层的产状和两翼与轴面之间的关系，这样就可判断褶皱的形态类型。就背斜而言，核部岩层较两侧岩层时代老；向斜则核部岩层较两侧岩层时代新。同时，进一步比较两翼岩层倾向及倾角，根据前述的分类标志，确定褶皱的形态分类名称。有时在横剖面上可直接看到岩层弯曲变形形成背斜和向斜。除了观察横剖面特点外，还需了解褶皱枢纽是否倾伏，并确定其倾伏方向。

2.追索法（tracking method）：就是平行岩层走向进行观察的方法。平行岩层走向进行追索观察，便于查明褶皱延伸的方向及其构造变化的情况。

沿同一时代岩层走向进行追索，如果两翼岩层走向相互平行，表明枢纽水平。如果两翼岩层走向呈弧形闭合，表明其枢纽倾伏。根据弧形尖端指向或弧形开口方向以及转折部位实际测量的方法可确定枢纽倾伏方向。从地形上看，岩石变形之初，背斜相对地势高成山，向斜地势低成谷，这时地形是地质构造的直接反映。然而经过较长时间的剥蚀后，背斜核部因裂隙发育易遭受风化剥蚀往往成沟谷或低地，向斜核部紧闭，不易遭受风化剥蚀，最后相对成山，背斜成谷，向斜成山称为地形倒置现象。

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.褶曲核部岩层由于受水平挤压作用，产生许多裂隙，直接影响到岩体完整性和强度高低，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，如路桥、坝址、隧道等，必须注意防治岩层的坍落、漏水及涌水问题。

2.在褶曲翼部布置建筑工程时，如果开挖边坡的走向近于平行岩层走向，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。如果开挖边坡的走向与岩层走向的夹角在40°以上，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。因此，在褶曲翼部布置建筑工程时，重点注意岩层的倾向及倾角的大小。

3.对于隧道等深埋地下工程，一般应布置在褶皱的翼部，因为隧道通过均一岩层有利稳定。

其他解释

褶曲有两种类型：背斜褶曲和向斜褶曲。

背斜一般向上凸起，形成山岭；向斜一般向下凹陷，形成谷地。但是对于背斜有时凸起部分被风化了，凸起不明显。

有两句话：新老新是背斜；老新老是向斜。

褶曲对工程的影响：褶皱构造：褶皱是岩层弯曲形成的构造。在地壳岩石中褶皱弯曲的规模差别很大，从显微构造直到巨大的构造盆地和地槽带均属褶皱构造。在松散的沉积物，沉积岩，各类变质岩，甚至某些火成岩中的原生流动构造，都有褶皱发育，这说明褶皱可由多种压力环境下形成，其形态多种多样。褶皱构造的基本类型主要有两种：背斜和向斜。背斜的特征是岩层向上弯曲，中心核部较老，两侧岩层依次变新；向斜则相反，岩层向下弯曲，核部较新，两侧依次变老。如岩层未经剥蚀，则背斜成山，向斜成谷，地表仅见到最新地层。若岩层受剥蚀，则地表可出现不同时代的地层露头。

和工程建设的关系：褶皱构造对工程的影响程度与工程类型及褶皱类型、褶皱部位密切相关，对于某一具体工程来说，所遇到的褶皱构造往往是其中的一部分，因此褶皱构造的工程地质评价应根据具体情况作具体的分析。在褶皱的翼部主要是单斜构造中倾斜岩层引起的顺层滑坡问题。

褶皱核部：由于褶皱核部是岩层受构造应力最为强烈、最为集中的部位，因此在褶皱核部，不论是公路、隧道或桥梁工程，容易遇到工程地质问题，主要是由于岩层破碎产生的岩体稳定问题和向斜核部地下水的问题。这些问题在隧道工程中往往显得更为突出，容易产生隧道塌顶和涌水现象。

褶皱的翼部：主要是单斜构造中倾斜岩层引起的顺层滑坡问题。倾斜岩层作为建筑物地基时，一般无特殊不良的影响，但对于深路堑、高切坡及隧道工程等则有影响。对于深路堑、高切坡来说，当路线垂直岩层走向，或路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反时形成反向坡，就岩层产状与路线走向的关系而言，对边坡的稳定性是有利的；当路线与岩层走向平行且岩层倾向与边坡倾向一致时形成顺向坡，稳定性较差，特别是当边坡倾角大于岩层倾角时且有软弱岩层分布在其中时，稳定性最差。对于隧道工程来说，从褶皱的翼部通过一般较为有利。如果中间有软弱岩层或软弱结构面时，则在顺倾向一侧的洞壁，有时会出现明显的偏压现象，甚至会导致支护结构的破坏，发生局部坍塌。

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