与逆(冲)断层相关的褶皱研究综述

(成都理工大学 四川 成都 610059)

前言

在自然界野外露头上我们经常可以看到断层和褶皱，这两个地层发生构造变形的最基本的形式，它们往往如影随形。众所周知，构造变形是在不同时期在不同的温度和压力下形成的，这种脆性和韧性的构造组合方式在空间上的并存堪称鬼斧神工。褶皱体现为岩石的连续韧性变形；而大多数断层都是岩石不连续的破裂变形的脆性剪切裂缝带，在同一地区或同一构造单元内两者常常相伴而生，比如在前陆构造环境中的褶皱和逆冲断层。至于褶皱和断层的主次关系、以及是形成褶皱还是形成断层、包括褶皱作用和冲断作用的主次等问题，需要具体问题具体分析。一般情况下主要取决于如压力、温度、应力场、流体及岩石的组成等具体的构造环境。

断层相关褶皱按形成机制划分主要有断层转折褶皱、断层传播褶皱和断层滑脱褶皱。Rich(1934)在研究阿巴拉契亚山脉时首次提出断层相关褶皱的概念，认为褶皱变形与下伏的断层有关。Suppe(1983)发表的《断层相关褶皱的几何学和运动学》提出了褶皱和断层几何学之间的关系，建立了褶皱形态与断层形态和断层滑动之间的定量关系，首次实现了断层相关褶皱的定量化，奠定了断层相关褶皱理论的基本模型。随后，Erslev(1991)提出了更为广泛适用的三角剪切断层传播褶皱模型，认为在断层端点处存在一个向外发散的剪切区来控制变形；Hardy and Ford(1997)提出了传播褶皱剪切区内的速度场分布模型。断层相关褶皱的理论不断丰富和完善,并在日后的实例中应用,尤其是在前陆冲断带和逆冲断层带的构造解释中。

一、逆冲断层相关褶皱理论模型

(一)断层转折褶皱。断层转折褶皱也称断弯褶皱，是指由于断层转折弯曲，断层上盘岩层按下盘的形状以形成膝折带式的褶皱来调节沿断层面的滑动形成褶皱，通常由断坪-断坡-断坪来构成褶皱的断层面。前翼总是位于断坡的前陆一侧，沿断层面位移量保持恒定。

1.断层转折褶皱的运动学模型。经典断层转折褶皱的运动学模型由Suppe(1983)建立。在断层转折褶皱的几何模型中，活动轴面和不活动轴面位于断层的上方，这两个轴面之间的区域是岩层发生变形的活动区，活动轴面下端位于断层的转折点处。断层转折褶皱作用发生在沿固定于断层转折处的活动轴面上，当发生褶皱以后，它将沿上部断层段发生平移，形成的褶皱后翼长，前翼短背斜一般顶部较平。不活动轴面表示断层滑动刚刚发生时沿活动轴面的质点颗粒的位置，它和活动轴面之间的区域组成膝折带，膝折带的宽度等于断层的滑移量。

断层转折褶皱可分为上凹式断层转折褶皱与上凸式断层褶皱，上凹式断层转折发展成为向斜型断层转折褶皱，上凸式断层转折发展成为背斜型断层转折褶皱。

(二)断层传播褶皱。断层传播褶皱也称断展褶皱，由后断坪和下盘断坡组成，褶皱形成于逆冲断层的终端，与断坡同时形成，断层的几何形态限制了褶皱的形状，形成的的褶皱通常是轴面倾斜的不对称构造。其形成是由于应力的改变导致断层产状改变，由深部层位向浅部层位扩展的逆冲断层，由于应力的减弱，断裂变形被褶皱变形所取代，在其前锋断层端点处形成断层传播褶皱；褶皱作用吸收了滑动量使得沿着褶皱下伏断坡向上发展的逆冲断层的位移逐渐衰减为零。

它的基本特点是:1)形态不对称，前翼陡、窄，后翼宽、缓；2)向斜“固定”在断层端点处；3)随深度加大褶皱越来越紧闭；4)背斜轴面的分叉点与断层端点在同一地层面上；5)背斜轴面在断面上的终止点和断层转折点之间的距离即是断层的倾向滑动量；6)断层滑动量向上减小，至断层端点处变为零。

1.断层传播褶皱形成机制。断层上盘岩石开始滑动时，由于具有较快的滑移速率，使其先于断层面扩展到前锋位置，并积聚较大的内部应变能，因而在前锋位置形成膝折带式褶皱来调节断层面的滑动位移量，而褶皱形态多为紧闭同斜-倒转褶皱。该类褶皱由下伏断层的形态、断坡的产状、上盘岩层的扩展速率、岩石力学性质等共同主导控制形成的。断层与褶皱的几何形态关系是多方面的，一方面断层面一般会切穿褶皱倒转翼，另一方面在断层两盘发育着一套背向斜褶皱。

(三)断层滑脱褶皱。滑脱褶皱是一种常见的褶皱类型。断层滑脱褶皱：也称为滑脱褶皱，没有断坡，只有断坪，通常是在挤压环境下，在一个或多个滑脱层之上形成的收缩背斜。滑脱面通常发育在摩擦系数较低、容易发生塑性变形的地层中。滑脱褶皱通常是对称的，其几何结构从同心褶皱到V型褶皱，也可以是箱状褶皱。

滑脱褶皱的基本特征：1)在滑脱层之下或之中往往存在一条或多条底部滑脱断层；2)底部滑脱层在褶皱核部发生加厚；3)在变形之前，滑脱层之上的能干岩层，在变形过程中厚度，长度不变；4)同生长地层向褶皱顶部厚度减薄，褶皱翼呈扇状旋转；

1.断层滑脱褶皱的运动学特征。Epard和Groshong(1995)引入了翼部旋转模型，该模型描述了在一个固定的平行分离层上滑脱褶皱的演化。其基本假设是在两个标线之间发生变形，并通过褶皱补偿沿滑脱方向的位移，这意味着该模型是局部线平衡的。背斜的扩大引起了变形，该模型强调对称褶皱；描述了具有固定枢纽的滑脱褶皱的演化，以及具有活动枢纽的滑脱褶皱的演化。褶皱生长是翼部旋转的结果。

Poblet and McClay(1996)提出了一种滑脱褶皱的运动学模型，他们提出了三种滑脱褶皱发育机制即翼旋转、膝折带迁移、翼旋转和膝折带迁移混合，它们都是强岩层褶皱作用的几何学和动力学控制的褶皱作用。在褶皱发育过程中，软弱层或者韧性层可以流入或流出褶皱核部，强岩层的长度、厚度和面积不变。

二、结论

断层转折褶皱是指由于断层转折弯曲，断层上盘在下伏断层遇到转折，断层改变运动方向，上盘用褶皱的形式来调节断层面的滑动形成褶皱。其可分为上凹式断层转折褶皱与上凸式断层转折褶皱，其演化的基本要求是断层平面几何形态的变化，如弯曲或斜坡等。

断层传播褶皱的形成是由于应力的改变导致断层产状改变，断层从深部向浅部运动，应力减弱，断层滑动减小，到端点处为零，褶皱吸收了断层的位移滑动量转化为褶皱变形，通常是轴面倾斜的不对称构造。

滑脱褶皱是发育在平行于层面的断层面之上的褶皱，下伏断层近于水平，断层未切割地层，也不发育断层斜坡。滑脱断层平行于刚性岩层，断层的位移向上传递导致了上覆岩层褶皱变形，形成的褶皱通常是对称的