经典地质图集，彻底搞明白褶皱！

作为地壳中最基本的

构造型式和最引人注目的地质现象。

褶皱是由岩石中的各种面的

弯曲而显示的变形。

（图源@Diane Earl）

（图源@Mikenorton）

（图源@Callan Bentley）

（图源@Callan Bentley）

（图源@PAILIN-SAPPHIRES ）

褶皱的形态千奇百怪、

复杂多样，其规模小可至

显微镜下的微型褶皱，

大可至卫星图上的区域性褶皱。

（图源@Canyonlands by Night & Day）

（图源@James St. John）

（图源@Oklahoma University）

褶皱究竟如何形成？

又具有什么样的特征呢？

01

根据形态特征和

组成褶皱的地层面向，

褶皱可被分为两种基本类型：

背斜（ anticline）

和向斜（syncline）。

（图源@Velosqueak）

背斜外形上多为向上突出的弯曲，

岩层自中心向外倾斜，

核部是老岩层，两翼是新岩层。

背斜顶部受张力作用，

岩性脆弱，易被侵蚀，

在外力作用下形成谷。

背斜（图源@E. R. Degginger）

向斜岩层则一般为

向下突出的弯曲，

岩层愈往中央，愈年轻。

原始形态使向斜可成为谷地，

但由于向斜槽部受挤压，

物质坚实难被侵蚀，整体经

长期侵蚀后反而可能成为山岭。

向斜（图源@Wilson44691）

褶皱要素是褶皱的

基本组成部分，主要包括

核、翼、转折端、枢纽、

轴面、拐点以及脊线和槽线。

（图源@文献[1]）

核（core）是褶皱的中心部分，

翼（limb）为褶皱中心

两侧平弧状的部分。

相邻背形和向形共用翼的

褶皱面上凸与下凹部分的

分界点（翼部曲率为零）

被称为拐点。

（图源@Learning Geology）

翼间角是指正交剖面上

两翼间的内夹角，

而单一褶皱面上最大弯曲点的连线

为枢纽 。褶皱面从一翼过渡到

另一翼的弯曲部分被称为

转折端（hinge zone）。

（图源@Brews ohare）

同一背形褶皱面的

最高点的连线称为脊线；

反之，同一向形褶皱面的

最低点的连线称为槽线。

各相邻褶皱面的枢纽连成的

面称为轴面（ axial plane），

轴面与地面或其他

任何面的交线称轴迹。

轴迹

褶皱转折端的形态有

圆弧状、尖棱状、箱状等，

据此褶皱可被描述为以下几种

（图源@Learning Geology）

根据翼间角的大小，

可将褶皱描述为

平缓褶皱、开阔褶皱、中常褶皱、

紧闭褶皱和等斜褶皱。

（图源@文献[1]）

根据轴面产状和两翼产状，

褶皱可被分为直立褶皱、斜歪褶皱、

倒转褶皱、平卧褶皱和翻卷褶皱。

（图源@文献[1]）

褶皱根据其对称性可分为

对称褶皱和不对称褶皱。

对称褶皱的轴面与褶皱

包络面垂直，且两翼长度基本相等。

不对称褶皱的轴面与褶皱的

包络面斜交，且两翼长度不等。

（图源@Jahangir Alam）

褶皱的平面出露形态可根据

褶皱中的同一褶皱面在平面上

出露的纵向长度和

横向宽度之比来描述。

峡谷地国家公园穹隆构造（图源@Doc Searls ）

长与宽之比近于1:1的褶皱

为等轴褶皱，等轴背斜又称

穹隆构造（dome），等轴向斜

又称构造盆地（basin）。

长与宽之比约3:1～10:1的枢纽

向两端倾伏的褶皱为短轴褶皱。

长与宽之比大于10:1的

各类狭长褶皱被称为线状褶皱。

褶皱俯视图（图源@Alexey Sergeev）

02

褶皱的空间位态取决于

轴面和枢纽的产状。

以轴面倾角为横坐标，

枢纽倾伏角为纵坐标，

褶皱可被分为7种主要类型。

（图源@Learning Geology）

其中直立水平褶皱、直立倾伏褶皱

和倾竖褶皱轴面直立，表示

褶皱两翼倾向相反，倾角相等。

直立水平褶皱（图源@Krista ）

斜歪水平褶皱和

斜歪倾伏褶皱轴面倾斜，

表示褶皱两翼倾角不相等。

当两翼倾向同一方向时，

其中一翼地层面向下，即倒转褶皱。

倒转褶皱（图源@Britannica）

而平卧褶皱和斜卧褶皱中的

一翼地层同样面向下方。

石灰岩平卧褶皱（图源@facstaff.wwu.edu）

根据褶皱中各层弯曲形态的

相互关系可将褶皱分为

协调褶皱和不协调褶皱。

其中协调褶皱主要包括

平行褶皱和相似褶皱。

平行褶皱又称同心褶皱、等厚褶皱。

它是一套大致呈

同心状弯曲的褶皱岩层，

同一褶皱层的厚度保持不变，

愈近弯曲中心处岩层褶皱愈强烈，

远离弯曲中心处岩层褶皱愈平缓。

相似褶皱中各岩层成相似弯曲，

即其曲率半径大致相等，

但无共同曲率中心，故褶皱形态

在一定深度内保持不变。

同一岩层的真厚度在

翼部变薄，转折端加厚；

但顺轴面方向的视厚度在

褶皱的不同部位大致相等。

最典型的不协调褶皱是底辟构造。

系地下较深处的密度较小的

高塑性低粘度的岩石向上流动，

拱起甚至刺穿上覆岩层

所形成的穹隆或蘑菇状构造。

一般分为底辟核、核上构造

和核下构造三个部分。

底辟构造（图源@文献[2]）

平行褶皱和相似褶皱只是

褶皱层可能出现的多种形态中

的两种简单类型。而兰姆赛

根据褶皱层的相对曲率

（可用等斜线表示），

提出了一套形态分类。

（图源@Learning Geology）

在地壳一定区域或一定

大地构造单元里，不同形态、

规模和级次的褶皱常以

一定的组合形式展布。

褶皱的组合主要包括

下面三种代表性的典型类型。

阿尔卑斯式褶皱其基本特点是，

一系列线状褶皱成带状展布，

所有褶皱的走向基本上

与构造带的延伸方向一致；

在整个带内的背斜和向斜呈

连续波状，同等发育，布满全区。

阿尔卑斯式褶皱

不同级别的褶皱往往组合成

巨大的复背斜和复向斜。

为强烈地质作用轴向水平挤压的后果，

多构成巨大褶皱山系主体。

阿尔卑斯山褶皱

侏罗山式褶皱又称过渡型褶皱。

由互相平行的背斜和

向斜相间排列而成。

侏罗山式褶皱的代表性构造

是隔档式与隔槽式褶皱。

侏罗山式褶皱

隔档式褶皱又称梳状褶皱，

由一系列平等褶皱组成，

其特征是背斜紧闭，发育完整，

而两个背斜之间的向斜平缓开阔。

侏罗山脉背斜（图源@J We）

隔槽式褶皱与前者相反，

特征是向斜紧闭且发育完整，

而两个向斜之间的背斜

平缓开阔，常呈箱状。

侏罗山山脉

日耳曼式褶皱又称

断续褶皱、日尔曼式褶皱。

这类构造发育于构造变形

十分轻微的地台盖层中，

以卵圆形的穹隆

或长圆形的短轴背斜为主。

日耳曼式褶皱（图源@文献[1]）

褶皱翼部倾角极缓，甚至

近于水平，但规模可以很大，

延长可以数十公里计。

它们可以孤立地产出于

近水平的岩层中，也可以成群地

出现并有规律的定向排列，

如雁列式短背斜。

巴基斯坦雁行褶皱（图源@GoogleEarth）

03

褶皱的形成机制与其受力方式、

变形环境及岩层的

变形行为密切相关。

不同的形成机制在不同的

条件下起作用，常见的有：

纵弯褶皱作用是岩层在

受到侧向的顺层挤压力的作用后

发生弯曲的褶皱作用。

纵弯褶皱形成的前提是

岩层层理和岩层间力学性质的差异。

单岩层纵弯褶皱变形（图源@文献[1]）

如果岩石在力学性质上

是均匀岩石或两层岩石力学性质

差异较小，则产生均匀压扁；

如果岩石力学性质不一致，

则：强硬层（能干层）呈

正弦曲线状弯曲，

软弱层（非能干层）则均匀压扁。

纵弯褶皱作用下的弯滑褶皱作用和弯流褶皱作用

横弯褶皱作用是岩层受到

和层面垂直的外力作用

而发生弯曲的褶皱作用。

一般认为岩层初始产状呈水平状态，

因而横弯褶皱作用的外力是垂向的，

如基底的差异性升降、底辟作用等

都可导致盖层发生横弯褶皱。

纵弯（上）与横弯（下）

因褶皱岩层整体处于拉伸状态，

各层都没有中和面。

由于褶皱顶部受侧向拉伸最强，

如岩层韧性较强将形成

顶薄褶皱，又称上薄褶皱。

（图源@文献[1]）

如岩性偏脆性则可能于

背斜顶部形成地堑，或者于

穹状隆起顶部产生

放射状或环状正断层等，

以总体达到岩层伸展的效果。

（图源@文献[3]）

剪切褶皱作用是岩层沿着

一系列与层面交切的密集面发生

不均匀的剪切滑动而

形成弯曲的褶皱作用。

它一般发生于韧性较大的岩系

或处于地下较深层次的

层状岩系的韧性剪切带中。

这种情况下，整套岩系的

平均韧性较大，各个岩性层间的

韧性差极小而趋于均一化。

剪切褶皱（图源@see.leeds.ac.uk）

柔流褶皱作用是一种

固态流变条件下的褶皱作用，

发生在具有高韧性

和低粘度的岩石中，

岩石可呈类似粘性流体

发生粘滞性流动。

柔流褶皱

在较简单的层流下形成的

柔流褶皱，实质上仍是一种

剪切褶皱作用，仍有规律可循，

可以再造其所反映的物质运动方式。

柔流褶皱（图源@r/geology）

而在紊流下形成的复杂褶皱，

已很难再造其运动学图像，

因此对区域应变场和

应力场的分析已无实际意义，

但仍可以说明其变形时所处的条件。

参考资料：

[1] 徐开礼, 朱志澄. 构造地质学-第二版[M]. 地质出版社, 1989.

[2] Zhang Y , Krause M , Mutti M . The Formation and Structure Evolution of Zechstein (Upper Permian) Salt in Northeast German Basin: A Review[J]. Open Journal of Geology, 2013, 03(8):411-426.

[3] Carruthers D , Cartwright J , Jackson M P A , et al. Origin and timing of layer-bound radial faulting around North Sea salt stocks: New insights into the evolving stress state around rising diapirs[J]. Marine & Petroleum Geology, 2013, 48:130-148.

[4] 俞鸿年, 卢华复. 构造地质学原理[M]. 南京大学出版社, 1998.

[5]org.cambridge.ebooks.online.book.Author. Structural Geology[M].

Google Earth、NASA、YouTube、维基百科、搜狐、百度百科等