断层转折褶皱相关研究及应用的分析

(成都理工大学 四川 成都 610059)

一、断层转折褶皱模型

(一)概述

断层转折褶皱的几何学首先是由Rich(1934)在研究阿巴拉契亚山低角度逆掩断裂作用时提出的，半个世纪之后，Suppe(1983)将其定量化，建立了断层形态与褶皱形态之间的几何学关系，以及断层滑动与褶皱发育的运动学模型。

断层转折褶皱是由于断层转折弯曲，断层上盘岩石在下伏断层转折部位发生运动时形成，上盘岩石以形成膝折带式褶皱来调节沿着断层面的滑动。可分为2种基本类型：上凹式断层转折褶皱和上凸式断层转折褶皱。断层转折褶皱作用沿固定在断层转折处的活动轴面发生，当地层在活动轴面处产生褶皱以后，将沿上部断层段发生平移。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。它与活动轴面界定的膝折带的宽度与断层滑动量成正比。

(二)断层转折褶皱的特征

1)上凹式断层转折褶皱的活动轴面为向斜轴面固定在断层转折处，相对下盘固定，上盘物质通过其向前运动。不活动轴面为背斜轴面相对上盘固定，随上盘一起向前运动，断层转折后断层滑动量变大；上凸式断层转折褶皱的活动轴面为背斜轴面固定在断层转折处，相对下盘固定，上盘物质通过其向前运动。不活动轴面为向斜轴面相对上盘固定，随上盘一起向前运动,断层转折后断层滑动量变小。

2)随着断层滑动量的加大，膝折带变宽。

3)只有不活动轴面和活动轴面之间的地层产状变化，为一不协调块体。

4)若断层是圆滑转折，褶皱的产状也是圆滑变化。

5)当存在冲断层断坡时，将形成断坡背斜。连接上、下滑脱层(断坪)的断坡经历了两次断层转折，因此，断坡背斜实际上是前翼背斜式断层转折褶皱与后翼向斜式断层转折褶皱的复合体，即复合式断层转折褶皱作用。

(三)剪切断层转折褶皱模型

经典的断层转折褶皱是在断坡上地层发生挠曲滑动形成。John Suppe(2004)考虑到软弱岩层在形成断层转折褶皱的过程中的剪切变形作用，提出了剪切断层转折褶皱作用理论。剪切断层转折褶皱在变形时具有较大的非弯滑分量，形成一类特征鲜明的断坡背斜，体现在:背斜后翼倾角较断坡角要小，在很多情况下远远小于断坡角；后翼的生长构造具有翼旋转的特点；背斜前翼短、后翼长，后翼的宽度不等。分为单剪断层转折褶皱和纯剪断层转折褶皱2种基本类型。

单剪断层转折褶皱：滑脱层遭受外部施加的层平行简单剪切，无底部断层。软弱岩层在断层转折褶皱发育过程中在断坡上缩短与增厚，褶皱后翼会向上旋转。

纯剪断层转折褶皱：滑脱层在底部断层上滑动，在断坡之上发生缩短与加厚，而无外加的层平行单剪。软弱岩层在断层转折褶皱发育过程中剪切变薄，褶皱后翼会向下旋转。

(四)断层转折褶皱角度计算

假定褶皱过程中地层厚度与层长守恒，则断层形态与褶皱形态之间存在如下的关系(图1)。

γ：褶皱翼间角的一半

θ：断层转折前地层和断层的夹角

β：断层转折后地层和断层的夹角

φ：断层转折前和转折后的角度变化量

上述公式中，有两个定量等式，所以如果已知其中两个角的数值，另外两个角就可以根据上述公式计算出。

图1 断层转折褶皱的地质模型[1]

二、断层转折褶皱剥蚀后的识别

在野外实际地质情况中地层常被剥蚀，这对于断层转折褶皱的识别造成了很大的困扰。不同剥蚀程度的识别方式如下:

1.地形水平，地层褶皱，断层转折，此种情况的鉴别与未剥蚀的断层转折褶皱基本相同。

2.断层上盘被剥蚀，地层没有褶皱，断层面上有擦痕。

3.只能见到褶皱的前翼，前翼呈不协调侵入体，这是这种情况识别最重要的标志。与断层滑脱褶皱的区别是断层滑脱褶皱常发育多个褶皱，形成隔挡式褶皱或隔槽式褶皱。

三、断层转折褶皱理论的应用

(一)地震剖面解释

断层或褶皱在地层剖面中的同相轴不清晰或很杂乱，这对剖面的解释会造成很大的困扰。运用断层转折褶皱理论可以对剖面进行较准确的解释：

1.先根据断层转折褶皱特点鉴别是否是断层转折褶皱：

(1)断层的上盘褶皱变形，下盘不变形或变形程度小于上盘；

(2)只有活动轴面和不活动轴面之间的地层产状变化；

2.根据断层转折褶皱模型解释剖面。

(二)构造形成时期确定

断层和褶皱同时形成，确定断层形成时期即可确定褶皱形成时期；确定褶皱形成时期即可确定断层形成时期。

(三)构造形成机制分析

断层和褶皱的成因有联系，在断层转折褶皱的形成过程中，可能会发育多条次级小断裂将构造复杂化。也可能在形成断层转折褶皱之后叠加其他构造，或者先存构造叠加断层转折褶皱。运用断层转折褶皱理论，有助于构造形成机制的分析。

(四)构造恢复

断层和褶皱同时形成，恢复时要同时恢复。