2020年岩土工程师答疑:如何在野外认识褶皱构造?

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问题：

如何在野外认识褶皱构造?

答疑：

褶皱构造是地质构造的重要组成部分，几乎在所有的沉积岩及部分变质岩构成的山地都会存在不同规模的褶皱构造。小型的褶皱构造可以在一个地质剖面上窥其一个侧面的全貌;而大型构造往往长宽超过数千米到数万米。这样的褶皱构造，虽然在野外观察了一段很长的距离，但仍然未出其一个翼的范围。如果该地区有现成的地质图，应该首先查阅已有的地质图件，并进行分析。下面简述一下在野外研究褶皱构造的方法。

(一)地质方法

1.必须对一个地区的岩层顺序、岩性、厚度、各露头产状等进行测量或基本搞清楚，才能正确地分析和判断褶曲是否存在。然后根据新老岩层对称重复出现的特点判断是背斜还是向斜;再根据轴面产状、两翼产状以及枢纽产状等判断褶曲的形态(包括横剖面、纵剖面和水平面)。

2.在野外布置考察路线，一是采取穿越法，即垂直岩层走向进行观察，以便穿越所有岩层并了解岩层的顺序、产状、出露宽度及新老岩层的分布特征。二是在穿越法的基础上，采取追索法，即沿着某一标志层(即厚度比较稳定、岩性比较固定鲜明、在地貌上的反映比较突出的岩层)的延伸方向进行观察，以便了解两翼是否平行延伸，

还是逐渐汇合等情况。这两种方法可以交插使用，或以穿越法为主，追索法为辅，以便获知褶曲构造在三度空间的形态轮廓。

(二)地貌方法

各种岩层软硬薄厚不同，构造不同，在地貌上常有明显的反映。例如，坚硬岩层常形成高山、陡崖或山脊，柔软地层常形成缓坡或低谷，等等。下面扼要介绍几点与褶皱构造有关的地貌形态：

1.水平岩层 有些水平岩层不是原始产状，而是大型褶皱构造的一部分，例如转折端部分，扇形褶曲的顶部或槽部，构造盆地的底部，挠曲的转折部分等，这样的岩层常表现为四周为断崖峭壁的平缓台地、方山(平顶的山)以及构造盆地的平缓盆底。

2.单斜岩层 大型褶曲构造的一个翼或构造盆地的边缘部分，常表现为一系列单斜岩层。这样的岩层，一边在倾向方向顺着层面进行面状侵蚀，故地形面常与岩层坡度大体一致;一边在反倾向方向进行侵蚀，常沿着垂直裂隙呈块体剥落，形成陡坡和峭壁。因此，如果单斜岩层倾角较小(如20°—30°)，则形成一边陡坡一边缓坡的山，叫做单面山;如果单斜岩层倾角较大(如50°—60°)，则形成两边皆陡峻的山，叫猪背崖。

3.穹窿构造、短背斜和构造盆地 前二者常形成一组或多组同心圆或椭圆式分布的山脊，如果岩层产状平缓，里坡陡而外坡缓。有时在这样地区发育成放射状或环状水系。在构造盆地地区，四周常为由老岩层构成的高山，至盆地底部岩层转为平缓，并且多出现较新的岩层。如四川盆地，北部大巴山主由古生代和前古生代岩层组成，在盆地中心则主由中生代及新生代岩层组成。但应指出，大型构造盆地的地貌形态常为次一级构造所复杂化，如四川盆地东部出现一系列隔档式褶皱形成的山地和沟谷。

4.水平褶皱及倾伏褶皱 在前者地区，常沿两翼走向形成互相平行而对称排列的山脊和山谷。

在倾伏褶皱地区，常形成弧形或“之”字形展布的山脊和山谷。

5.背斜和向斜 地形有时与地质构造基本一致，即形成背斜山和向斜谷。

但在更多的情况下，是在背斜部位侵蚀成谷，而在向斜部位发育成山，即形成背斜谷和向斜山。这种地形与构造不相吻合的现象称地形倒置。为什么会产生这种情况?当岩层褶曲后，岩层顶面受张应力而伸长，底面受压应力而缩短，岩层顶面和底面之间有一个既未伸长也未缩短的“中和面”。在褶曲前假设岩层中划出许多单位球体，褶曲后它们形成各种应变椭球体，便可一目了然岩层在褶曲后内部应力分布的特征。

据上图示，不难理解在背斜顶部因受张应力作用，极易形成一组平行轴面的张裂隙，给外力侵蚀作用提供了条件，如果核部岩层较软，那就更相得益彰，最后侵蚀谷地。在向斜槽部，因受压应力作用，岩石往往挤压密实，难于破坏，如果核部岩层较硬，那就更难侵蚀风化，最后突起形成高山。

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