與逆(沖)斷層相關的褶皺研究綜述

(成都理工大學 四川 成都 610059)

前言

在自然界野外露頭上我們經?？梢钥吹綌鄬雍婉薨?，這兩個地層發生構造變形的最基本的形式，它們往往如影隨形。眾所周知，構造變形是在不同時期在不同的溫度和壓力下形成的，這種脆性和韌性的構造組合方式在空間上的并存堪稱鬼斧神工。褶皺體現為巖石的連續韌性變形；而大多數斷層都是巖石不連續的破裂變形的脆性剪切裂縫帶，在同一地區或同一構造單元內兩者常常相伴而生，比如在前陸構造環境中的褶皺和逆沖斷層。至于褶皺和斷層的主次關系、以及是形成褶皺還是形成斷層、包括褶皺作用和沖斷作用的主次等問題，需要具體問題具體分析。一般情況下主要取決于如壓力、溫度、應力場、流體及巖石的組成等具體的構造環境。

斷層相關褶皺按形成機制劃分主要有斷層轉折褶皺、斷層傳播褶皺和斷層滑脫褶皺。Rich(1934)在研究阿巴拉契亞山脈時首次提出斷層相關褶皺的概念，認為褶皺變形與下伏的斷層有關。Suppe(1983)發表的《斷層相關褶皺的幾何學和運動學》提出了褶皺和斷層幾何學之間的關系，建立了褶皺形態與斷層形態和斷層滑動之間的定量關系，首次實現了斷層相關褶皺的定量化，奠定了斷層相關褶皺理論的基本模型。隨后，Erslev(1991)提出了更為廣泛適用的三角剪切斷層傳播褶皺模型，認為在斷層端點處存在一個向外發散的剪切區來控制變形；Hardy and Ford(1997)提出了傳播褶皺剪切區內的速度場分布模型。斷層相關褶皺的理論不斷豐富和完善,并在日后的實例中應用,尤其是在前陸沖斷帶和逆沖斷層帶的構造解釋中。

一、逆沖斷層相關褶皺理論模型

(一)斷層轉折褶皺。斷層轉折褶皺也稱斷彎褶皺，是指由于斷層轉折彎曲，斷層上盤巖層按下盤的形狀以形成膝折帶式的褶皺來調節沿斷層面的滑動形成褶皺，通常由斷坪-斷坡-斷坪來構成褶皺的斷層面。前翼總是位于斷坡的前陸一側，沿斷層面位移量保持恒定。

1.斷層轉折褶皺的運動學模型。經典斷層轉折褶皺的運動學模型由Suppe(1983)建立。在斷層轉折褶皺的幾何模型中，活動軸面和不活動軸面位于斷層的上方，這兩個軸面之間的區域是巖層發生變形的活動區，活動軸面下端位于斷層的轉折點處。斷層轉折褶皺作用發生在沿固定于斷層轉折處的活動軸面上，當發生褶皺以后，它將沿上部斷層段發生平移，形成的褶皺后翼長，前翼短背斜一般頂部較平。不活動軸面表示斷層滑動剛剛發生時沿活動軸面的質點顆粒的位置，它和活動軸面之間的區域組成膝折帶，膝折帶的寬度等于斷層的滑移量。

斷層轉折褶皺可分為上凹式斷層轉折褶皺與上凸式斷層褶皺，上凹式斷層轉折發展成為向斜型斷層轉折褶皺，上凸式斷層轉折發展成為背斜型斷層轉折褶皺。

(二)斷層傳播褶皺。斷層傳播褶皺也稱斷展褶皺，由后斷坪和下盤斷坡組成，褶皺形成于逆沖斷層的終端，與斷坡同時形成，斷層的幾何形態限制了褶皺的形狀，形成的的褶皺通常是軸面傾斜的不對稱構造。其形成是由于應力的改變導致斷層產狀改變，由深部層位向淺部層位擴展的逆沖斷層，由于應力的減弱，斷裂變形被褶皺變形所取代，在其前鋒斷層端點處形成斷層傳播褶皺；褶皺作用吸收了滑動量使得沿著褶皺下伏斷坡向上發展的逆沖斷層的位移逐漸衰減為零。

它的基本特點是:1)形態不對稱，前翼陡、窄，后翼寬、緩；2)向斜“固定”在斷層端點處；3)隨深度加大褶皺越來越緊閉；4)背斜軸面的分叉點與斷層端點在同一地層面上；5)背斜軸面在斷面上的終止點和斷層轉折點之間的距離即是斷層的傾向滑動量；6)斷層滑動量向上減小，至斷層端點處變為零。

1.斷層傳播褶皺形成機制。斷層上盤巖石開始滑動時，由于具有較快的滑移速率，使其先于斷層面擴展到前鋒位置，并積聚較大的內部應變能，因而在前鋒位置形成膝折帶式褶皺來調節斷層面的滑動位移量，而褶皺形態多為緊閉同斜-倒轉褶皺。該類褶皺由下伏斷層的形態、斷坡的產狀、上盤巖層的擴展速率、巖石力學性質等共同主導控制形成的。斷層與褶皺的幾何形態關系是多方面的，一方面斷層面一般會切穿褶皺倒轉翼，另一方面在斷層兩盤發育著一套背向斜褶皺。

(三)斷層滑脫褶皺。滑脫褶皺是一種常見的褶皺類型。斷層滑脫褶皺：也稱為滑脫褶皺，沒有斷坡，只有斷坪，通常是在擠壓環境下，在一個或多個滑脫層之上形成的收縮背斜?；撁嫱ǔ０l育在摩擦系數較低、容易發生塑性變形的地層中?；擇薨櫷ǔＪ菍ΨQ的，其幾何結構從同心褶皺到V型褶皺，也可以是箱狀褶皺。

滑脫褶皺的基本特征：1)在滑脫層之下或之中往往存在一條或多條底部滑脫斷層；2)底部滑脫層在褶皺核部發生加厚；3)在變形之前，滑脫層之上的能干巖層，在變形過程中厚度，長度不變；4)同生長地層向褶皺頂部厚度減薄，褶皺翼呈扇狀旋轉；

1.斷層滑脫褶皺的運動學特征。Epard和Groshong(1995)引入了翼部旋轉模型，該模型描述了在一個固定的平行分離層上滑脫褶皺的演化。其基本假設是在兩個標線之間發生變形，并通過褶皺補償沿滑脫方向的位移，這意味著該模型是局部線平衡的。背斜的擴大引起了變形，該模型強調對稱褶皺；描述了具有固定樞紐的滑脫褶皺的演化，以及具有活動樞紐的滑脫褶皺的演化。褶皺生長是翼部旋轉的結果。

Poblet and McClay(1996)提出了一種滑脫褶皺的運動學模型，他們提出了三種滑脫褶皺發育機制即翼旋轉、膝折帶遷移、翼旋轉和膝折帶遷移混合，它們都是強巖層褶皺作用的幾何學和動力學控制的褶皺作用。在褶皺發育過程中，軟弱層或者韌性層可以流入或流出褶皺核部，強巖層的長度、厚度和面積不變。

二、結論

斷層轉折褶皺是指由于斷層轉折彎曲，斷層上盤在下伏斷層遇到轉折，斷層改變運動方向，上盤用褶皺的形式來調節斷層面的滑動形成褶皺。其可分為上凹式斷層轉折褶皺與上凸式斷層轉折褶皺，其演化的基本要求是斷層平面幾何形態的變化，如彎曲或斜坡等。

斷層傳播褶皺的形成是由于應力的改變導致斷層產狀改變，斷層從深部向淺部運動，應力減弱，斷層滑動減小，到端點處為零，褶皺吸收了斷層的位移滑動量轉化為褶皺變形，通常是軸面傾斜的不對稱構造。

滑脫褶皺是發育在平行于層面的斷層面之上的褶皺，下伏斷層近于水平，斷層未切割地層，也不發育斷層斜坡?；摂鄬悠叫杏趧傂詭r層，斷層的位移向上傳遞導致了上覆巖層褶皺變形，形成的褶皺通常是對稱的