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褶皱作用

（应变和流变学分析）

1.褶皱作用的基本概念及其类型

1.1褶皱作用的基本概念

褶皱的形成方式与其受力状

态、变形环境及岩层的变形行

为密切相关。从褶皱过程中岩

层的变形行为来看，可把褶皱

分为主动褶皱和被动褶皱两类。

•主动褶皱

当各岩层的力学性质和层

理积极地控制着褶皱的发育时，

这种褶皱称为主动褶皱。

•被动褶皱

当各层岩石间的韧性差很

小，层理在褶皱变形中不再具

有力学上的不均一性，而只是

被动地作为变形的标志，这种

褶皱称为被动褶皱。

•剪切褶皱

许多被动褶皱是由沿平

行剪切面的不均匀剪切而形

成的，所以亦称剪切褶皱。

1.2褶皱作用的基本类型

•纵弯褶皱作用

•横弯褶皱作用

•剪切褶皱作用

•柔流褶皱作用

1.2.1纵弯褶皱作用

平行于地质界面的挤压作

用引起的弯曲作用。

1.2.2横弯褶皱作用

垂直于地质界面的挤压作

用引起的弯曲作用。

1.2.3剪切褶皱作用

与地质界面斜交的剪切力偶作用

引起的弯曲作用称剪切褶皱作用。

1.2.4柔流褶皱作用

岩石体在高韧性和低粘度条件下发生

类似粘性流体的粘滞性流动形成的褶皱作

用行为称柔流褶皱作用。如肠状褶皱。

2.纵弯褶皱作用

2.1单层纵弯褶皱作用

2.1.1单个能干层在不能干基质中

的纵弯褶皱作用

•岩石能干性

岩石抵抗塑性变形的能力。

•韧性

岩石发生破裂前的塑性变形

（应变）量。

能不

干能

的干

（的

砂（

岩页

）岩

）

•影响岩石能干性的主要因素

物质组成

结构构造

温度

压力

流体

作用时间等

2.1.2能干层发生褶皱作用的

主波长理论

假设：能干岩层的厚度=h粘度=

不能干基质的厚度不限定粘度=0

在褶皱作用过程中（图中P为平行层

施加的作用力，K为基质（介质）的阻力）

，当能干层发生弯曲褶皱时，垂直于层面

发生的位移为u，并假设发生褶皱的初始

波长为L0，其相应的位移为0。

则有：

u=0exp[t/a]sin（2x/L0）

（1）

（1）中t为时间，a为能干层与

介质的函数，x为平行层的距离。

这样，主导褶皱的波长L

（主波长）为：

1/3

L=2h[/60]（2）

（2）式中L的制约因素为：

能干层的厚度和能干层与基质

（介质）之间的粘度比的立方

根。

对于弹性材料，则有：

1/3

L=2h[B/6B0]（3）

2

B=E/（1－）（4）

其中：B和B0为能干层和

基质的弹性模量，E为扬氏模

量，为泊松比。

2.1.3主波长理论的构造物理学

意义

•当岩性一定时，/0比为常

数，褶皱的波长L与层厚h成

正比关系。

•当层厚一定时，h为常数，褶

皱的波长L与层和介质之间的

粘度比/0非线性成正比关

系：

当/050时，形成肠状褶皱

当/010时，形成肿缩式褶皱

当=0时，只有顺层均匀缩短，

而不会发生褶皱。

2.1.4影响褶皱波长发育的

主要因素

•层厚h

•粘度比/0

•温度、应力和应变速率对粘度

的影响

•温度、应力和应变速率对粘度的

影响

=