盆地（构造）分析PPT课件第六讲 平衡地质剖面的制作-以挤压构造为例.ppt

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1、第六讲 平衡地质剖面的制作 以挤压构造为例 一、导 言 只有了解了逆冲构造带或伸展构造区是如何形成的，我们才有可能了解平衡剖面。 严格地讲，这些不是平衡技术，但它们对于研究构造几何学的工作方法来说是基础内容。 这里，将以挤压构造为例，讨论基本的构造几何形态问题；然后应用已提出的一些方法来系统地分析构造几何形态与变形机制的关系；在此基础上，期望建立可平衡的地质构造剖面。 在此之后，我们才可以进行测量和复原地质剖面，以求“平衡”了。,导 言 最简单的地质情况是，逆冲断层或伸展断层的发展只具单向进程，从一个带的一侧发展到另一侧，并且每个断层构造都遵循同样的发展规律，如断弯褶皱作用。 但由于地层序列、

2、温度或压力的变化及（或）构造应力的变化，这种简单一致的模式实际上是少见的。如断弯褶皱沿走向可以转换为断展褶皱，而后又转换为断弯褶皱等。 这些变化要求我们系统地检查构造沿着或横过走向是如何变化的，以及如何将这些变化纳入我们的平衡剖面。,二、断坡与断坪 Dahlstrom（1970）以褶皱作用在先的观点，探讨了逆冲带的构造。认为滑脱面是褶皱缩短作用的几何结果（图lla）。但是他承认，由于阶梯状逆冲断层形迹引起上盘发生褶皱作用，这种断层作用在先的观点也是一种可能的假说（图11b）。,断坡与断坪 Willis(1893)提出，这两种型式的逆冲断层都存在，并称其为剪逆冲断层（从阶梯形路径处破裂）及破逆冲

3、断层（萌芽于背斜褶皱核部的断层）。Rich（1934）对松树山逆冲构造的断坡一断坪的解释就是有关剪逆冲断层假说的最好例子。,断坡与断坪 认识阶梯状逆冲断层形迹的特点，是借助于平衡剖面方法再造构造几何形态的一个基本方法。 当断层被处理为平面状时（图l2），在滑距、水平错距和地层断距之间仅存在简单的几何关系。,断坡与断坪 但在阶梯状断层中（图l3），滑距是一个一般不等于地层断距的变量；它们是相关的，但不是以一种简单的方式相关。在逆冲作用区通常可见到四种关系： 上盘断坪 下盘断坪 上盘断坪 下盘断坡 上盘断坡 下盘断坪 上盘断坡 下盘断坡,断坡与断坪 这种断坡一断坪逆冲模式使人们对逆冲区的构造组合特

4、征有了许多深入的了解。要想建立可以复原的剖面就需要了解这种组合特征。 Wilson和 stearns（1958）指出，田纳西州东兰特高原逆掩断层中的一系列背斜，每一个都可能与下伏逆冲断层面的断坡有关（图l15），即使其中多数断层并未出露亦是如此。,断坡与断坪 背斜的水平间距是断坡间距的函数。背斜的辐度反映了地层在断坡处的重复量。如果断层继续运动（图16），每个背斜的宽度就会增大，而向斜的宽度则会相应减小。,断坡与断坪 在分析任何一条老剖面或绘制一条新剖面时所遇到的第一个问题就是检查上盘的断坡及断坪是否与下盘的断坡及断坪相匹配，这被称为“模板假说”。上、下盘的断坡及断坪的一致性与断层在运动学上是

5、以剪逆冲断层扩展还是以破逆冲断层扩展无关。复原的断坡其陡缓程度则与逆冲断层的扩展方式有关。剪逆冲断层的断坡一般较缓，而破逆冲断层的断坡倾角是变化的，并且由于相伴的岩层旋转而一般较陡。,断坡与断坪 北美科迪勒拉山的第一批阶梯状逆冲断层的例子是由Douglas（1950）研究出来的，Livingstone逆冲断层（图l7a）尽管现在已发生褶皱，但却是沿着其上盘底部的一层页岩发育的。,Livingstone逆冲断层的主要段落是上盘断坪与下盘断坪叠置在一起的（上盘与下盘层理均大致平行于断层面） （图l7b、c)，而且上、下盘共同发生了褶皱。断层在其它段落则陡然切割了别的地层。因此Douglas(195

6、0）将断层的形态复原为一系列的阶梯形。,三、三维逆冲断层的几何学 Wilson和Stearns（1985）不仅分析了田纳西州坎伯兰特逆掩断层的剖面形态，而且研究了其三维空间形态（图21)。断层的前断坡沿走向终止于隐伏“捩断层”出现的地方，反映这些断坡的背斜亦终止于此。 这些“隐伏横断层”或“捩断层”为侧断坡。,三维逆冲断层的几何学 侧断坡这一术语同斜切上盘、下盘及逆冲断层本身的捩断层应区分开来；同那些与运动方向相一致的、发育于上盘及下盘的捩断层也应区分开来；这些捩断层在与它们相切的逆冲断层的两侧地层位置方面并不发生变化。,三维逆冲断层的几何学 三维逆冲断层几何学研究的最好的实例是田纳西州、弗吉

7、尼亚州及肯塔基州的松树山逆冲席（图 22）。,三维逆冲断层的几何学 Harris（1970）及Harris和 Milici（1977）用立体图说明了该逆冲席之下的复杂的下盘几何形态（图23，2一4）。,三维逆冲断层的几何学 松树山迎冲席的侧向终端 Jacksboro及 Russell Fork断层均为侧断坡构造。 就Russell Fork断层和 Jacksboro断层的北西段来说，该逆冲断层的上盘与下盘已发生相对位移，但实际上上盘并未向上叠置到下盘上。 在Jacksboro断片的南东段落则具有上盘的下古生界逆冲叠置到下盘的宾西法尼亚系岩石之上，这些地层后来已被剥蚀掉了。,四、地层断距图解 如

8、前所述，逆冲断层面在三维空间上均呈阶梯形（有前断坡和侧断坡）。在横剖面中从底部断坪到前断坡，再到下一个断坪，地层断距表现出一种系统变化（图31，A 压 A、A压B、A压C、B压C、C压C）。,地层断距图解 横过一个侧断坡，地层断距在纵向上也会发生变化。地层断距图解是把上盘地层相对于下盘地层关系标于地理横座标上(图3一2)。,地层断距图解 在多数平面地质图上，断层在每个层位内运动的相对平面图距离可用于识别断坡与断坪。横剖面中重要的断坪通常在纵剖面内也是主要的断坪。因此地层断距图解可提供如何标出地下逆冲断层路径的信息。,地层断距图解 我们可将美国怀俄明州西部Absaroka和Darby逆冲断层作为

9、利用地层断距图了解逆冲断层几何特征的例子。 在爱达荷一怀俄明一犹他州北部的逆冲带中，若干个逆冲席表现出逆冲断层位置的侧向变化，这种现象被认为是由于侧断坡的存在的缘故（图3一4，AB）。,地层断距图解 Darby逆冲断层在McDougal山（MtM）向北并向上切过了近300m的地层剖面（A），在该逆冲带北部，Absaroka前缘逆冲断层向上切割剖面；向南，其分支与St.John逆冲断层相连（B）。,地层断距图解 Absaroka逆冲系统的纵向地层断距图解（图35），在蛇河表现出一个重要的转换带（侧断坡）。 Darby逆冲断层除在McDougal山（MtM）向北并向上切过了近300m的地层剖面（A

10、点）形成一个小型侧断坡外，在蛇河也表现出一个重要的转换带（侧断坡）。,地层断距图解 在图解上Absaroka（St.John）逆冲断层的上盘迹线与St.John逆冲断层的迹线一致，这说明，虽然在蛇河南北的不同山脉中该逆冲席具有不同的名字，但它们都是这同一逆冲席的底界。在蛇河以北，Absaroka（虚线）上盘是一个介于主逆冲席及其下盘之间的独立的逆冲席。图中垂直的实线表示地层断距在从Bbsaroka（St.John）逆冲断面上分出来的分支断层处的变化。,断层优选图解 Dahlstrom（1970）介绍了断层优选图解（FPD直方图解，图36），用来说明加拿大落基山山麓带和前山带中，在每个地层单位中

11、的断层长度（在平面图上测量）。相对断层优选值是将每一个地层单位内断层线的平面长度除以该地层的厚度，然后将每个值进行标准化处理而得出的。,断层优选图解 Dahlstrom的图解仅考虑了下盘的地层，其实也可考虑整个地层剖面。FPD直方图可用来在一个地区判断最适于发生滑脱的层位。另一方面，在地形起伏较大的地区，断层线是弯曲的，因而相对于地形平缓的地区来说，其平面长度将会被夸大。,五、切层线图 由平面图件资料识别二维及三维构造几何形态最好的方法之一就是绘制切层线叠置图（图4l）。切层线是地层界面与断层面的交线。如果切层线在平面图上呈间隔较密的排布（在岩层厚度较稳定的情况下），则这些切层线就可以指示一个

12、断坡区；如果它们的排布间隔很大，则可指示断坪区（图4一2）。平行于逆冲断层区域走向的切层线明确表示了前断坡，斜交区域走向的切层线则表示斜或侧断坡。,切层线图 Absaroka和 Darby逆冲断层为了解切层线如何说明构造几何形态提供一个很好的例子。在Darby逆冲断层的McDougal山地区（图4一3），Darby逆冲断层的地层断距图解（图35）表明了一个向北上切的断坡。这是一个斜侵蚀面上的前断坡还是受到侵蚀的向北上切的侧断坡呢？,该区的Darby逆冲断层发生了褶皱，造成了几个凹部并使其产状近于水平。密西西比系宾夕法尼亚系界面的切层线，在McDougal山南侧，位于主断层线以东(已侵蚀)；在M

13、cDougal 山北侧，则刚好位于断层线以西；在MtM，切层线的走向与区域逆冲断层的走向以直角相交；因此勾画出一个侧断坡。,切层线图 如果看一下Darby和Absaroka的平面图型式（图4一3），就会看出，在大尺度的逆冲带区域延伸上。在一条东西向的线上，两个主逆冲断层均向西凹进。 Absaroka逆冲断层的地层断距图解（图 35）显示出该区 Absaroka冲断面的地层位置未发生变化。,为什么会出现向西的凹进？如果考虑到Darby逆冲断层上盘的向北上切的侧断坡必然会在它后面留下一个对应物，即下盘的向北上切的侧断坡，问题就易于解释了。 Absaroka断面的等高线（以断面构造之下寒武系沿脱面的

14、地层深度计）显示出一个侧向的向南数百米的下降。这与预计的Darby的下盘侧断坡存在位置及辐度上均一致。对 Darby逆冲断层侧断坡的了解也解释了 Absaroka逆冲席的构造。,切层线图 切层线的型式对于确定局部逆冲顺序也提供了一个系统的方法。在一正常的阶梯状逆冲断层上，从后陆到前陆出露地层逐渐变新的切层线（图4l）。如果切层线是以这种方式有规律地变化的，则有理由认为，该断层切穿了一套原先未发生过变形的地层，而且逆冲顺序是从后陆向前陆发展的。切割早期褶皱（图44）或逆冲断层的断层将会显示不规则的或系统反向的切层线型式。,六、逆冲断层系 为了编制和平衡地质剖面，有必要进一步了解褶皱逆冲系统中典型

15、的几何形态，这些典型的几何学模式可以帮助我们了解理想的构造是如何配置在一起的；为我们在缺乏露头及详细资料的地区建立剖面提供类比的依据；此外，逆冲断层的几何形态还可以提供地质构造的运动学及演化方面的线索，这在地质剖面的运动学平衡方面是非常重要的。,单一逆冲席的几何形态。 一个简单显露的逆冲席由其前缘的显露断层（首缘断层）及尾部的尾缘断层（下一个逆冲席的首缘断层）所围限（图6la)。在一个逆冲席中通常可出现三种类型的褶皱：在逆冲席位移通过下伏逆冲断层的断坡时，由于弯曲作用形成的断坡背斜；由于逆冲席内部缩短作用引起的席内褶皱和逆冲席前缘的紧闭褶皱。席内褶皱通常以“盲”叠瓦构造为核，这是由于上覆褶皱的

16、缩短作用需要下伏的叠瓦构造的缩短作用来平衡（Faill，1969，1973）。Suppe（1983）称断坡背斜为断弯褶皱（ faultbend fold）， Suppe和Medwedeff（1984）将核部具叠瓦断层的褶皱定义为断展褶皱（faultProPagation fold）。,单一逆冲席的几何形态。 上述逆冲构造类型可定义为“前冲”，因为逆冲席内所有的构造均倒向前陆，所有的位移亦朝向前陆。大多数逆冲系主要由前冲断层组成。但不同规模的逆冲断层也可指向后陆，如果一套理想的水平岩层受到平行层理的水平缩短作用，前冲断层与后冲断层发生的机会应是同等的。加拿大西北地区的弗兰克林山脉就是一个同时兼有

17、前冲及后冲构造的例子（图61b）。在向克拉通方向变尖的沉积楔内，层面向后陆倾斜。主逆冲断面及前冲断层通常利用这些与相应的剪切面呈低角度的先存薄弱面，而更易发育。 由于断坡处的应力集中，也可见到后冲断层（图6-1c）。,简单的逆冲系 逆冲叠瓦构造（图62）形成时可以出露于地表，也可能以盲断层的形式向上消失于褶皱的核部，或向上并入一条先存的逆冲断层而形成双重构造。,简单的逆冲系 位于一条主逆冲断层上盘的位移量较小的叠瓦构造称为“首叠瓦扇”，位于一条主逆冲断层下盘的位移量较小的迭瓦构造称为“尾叠瓦扇”。一般认为首迭叠瓦扇的发展顺序为“后展”式，而尾迭瓦扇的发展顺序是由后陆朝向前陆的“前展”式。 应当

18、注意的是，在侵蚀之后，盲逆冲断层的端缘及双重构造的顶板断层均可被侵蚀掉，这样，二者均具有出露的叠瓦扇的平面图型。,盲逆冲系 扩展端缘位于地下的逆冲断层称为盲逆冲断层。其位移向剖面上部转入褶皱，这可能是逆冲断层扩展的结果，也可能是滑脱作用的结果。核部无逆冲断层的滑脱褶皱或 Dahlstrom的“同心褶皱”通常被称为“抬离”褶皱。另外，逆冲断层的位移还可转人透入性变形带或强压溶带。,盲逆冲系盲逆冲断层系可以包括很大的断坡褶皱，并具有类似于大多数逆冲席的几何形态，所不同的是，前部逆冲断层的端缘不出露（图63）。,盲逆冲系 确定现今仍存在的“盲冲断层”可能相对容易，但确定古“盲冲断层”可能较难。古老的

19、逆冲带一般自形成之后均经历了长期的侵蚀作用，现在出露的断层可能当时是盲逆冲断层。因此，如果没有保留同造山的碎屑沉积（已剥蚀），我们就无法确定一条逆冲断层是否是盲断层。 如果一个逆冲席冲到了它本身的岩屑堆之上，即使同造山沉积物（未固结的）连续地覆盖了逆冲断层的前缘，这条逆冲断层亦应被认为是出露的。如果同造山岩屑堆不明显，且逆冲断层现在出露地表，其位移量可达数十公里，这样的逆冲断层亦可能是出露的。,双重构造几何形态的变化 一个主逆冲席一旦发生运动（图64a），新的一条逆冲断层可以从逆冲席的前方发育。如果它不与早期逆冲断层联合，则仅形成一个叠瓦分叉断层；如果第二代逆冲断层与主逆冲断层联合，则形成一个

20、马石断片（horse）。与主逆冲断层联合的一系列次级逆冲断层造成一组叠置在一起的隐伏断片（马石）即双重构造。 双重构造最主要的运动发生在主上盘和断片之下的主断层上。断片之间的逆冲断层通常是不活动的。 理论上讲，断片的规模可以变化很大。怀俄明的Absaroka逆冲系统中识别出的断片走向长度可由50m到15km，断片的位移量变化亦很大。,双重构造几何形态的变化 双重构造的几何形态取决于位移量（图64b）。如果在一个双重构造中，每个叠瓦片的位移量和间距是常数，而且单个叠瓦片的位移量接近变形前叠瓦片间距的一半，则形成一个“正常的”平顶的双重构造，叠瓦片内的构造向后陆倾斜（倾向后陆双重构造）（图64d）

21、。当叠瓦片的位移量与间距相等时，则形成“背形垛”（图64e）。当位移量接近间距的两倍时，则会形成平顶的“向前陆倾斜的双重构造”（图64f、 g）。,双重构造几何形态的变化 如果叠瓦片上的位移量小于间距的一半，则会形成一个具“崎岖的”或“波形的”顶板的双重构造。如果叠瓦片的位移量比间距小得多，就会形成隔离的断坡背斜。严格按术语来说这种情况仍然属于双重构造。因为这些叠瓦断层仍是从一个单一的底板断层分叉出来又并入一个单一的顶板断层。然而，这种构造缺乏一般双重构造的那种紧密的叠瓦排列（图68）。,双重断层带的几何形态 最常见的双重断层带由顶板逆冲断层、底板逆冲断层及夹于它们之间的迭瓦断片组成，每个叠瓦

22、断片的位移量一般小于顶、底板逆冲断层的位移量。顶板逆冲断层可以是平的或波状的，可以平行于层理或以低角度向上切割地层剖面，每个断片中的地层均褶皱呈长S型，其首缘为上盘断坡，尾缘为下盘断坡。,双重断层带的几何形态 双重断层带最好的实例之一（可能并非最简单的）出露在加拿大落基山LeWis逆冲席的 Cate Creek和 Haig Brook构造窗（图 66）。 Fermor和 Price（1976）利用 Haig Brook构造造窗的陡崖露头，建立了该构造的一条平衡剖面。,双重断层带的演化 Boyer建立了各种模式，并对不同的逆冲顺序产生的几何形态进行了分析。这些模式可归为两大类，即向前的扩展序列及

23、向后的扩展序列。逆冲断层由后陆向前陆扩展的模式似乎是唯一能够使预期的和观察到的双重构造几何形态相附合的模式（图67a）。,双重断层带的演化双重构造形成了一个从下部滑脱面到上部滑脱面的位移传递带。图 67a中表示了一个由三个叠瓦片的发育而组成的双重构造。初始状态包括一个位移量为S0的主逆冲席。当一个叠瓦片就位时，其位移S1向上转入顶板逆冲断层，则主逆冲席的位移量成为S0S1。后两个叠瓦片的演化亦是如此。,双重断层带的演化当沿活动的底板断层的位移减弱时，双重构造下面的位移就增加到其前方的顶板断层上。例如，叠瓦片1的顶板位移量为S0，其底板可达S1S2S3，而叠瓦片3的顶板位移量是S0S1S2，其底

24、板位移量仅为S3，双重构造前部（上滑脱面）与后部（下滑脱面）的位移量是相等的，为S0S1S2S3。,双重断层带的演化 双重构造和断坡背斜可以相互重叠、干扰，形成复杂的组合型式（如 Mitra， 1986，图68）。,双重断层带的演化 在一个真正的双重构造中，顶板及底板逆冲断层均不切割每个断片中的层理。但在违序双重构造中，顶板断层可能重新活动; 或一条平缓逆冲断层切过一个先存的叠瓦扇（图67b）。,双重构造沿逆冲带形成后，可以在后期逆冲带演化中受到再次变形。此外，逆冲带变形区可常见倾向前陆的后期伸展断层带（Wojtal，1986），这种晚期的伸展断层作用都会强烈地破坏早期形成的简单的压性的双重构

25、造。,复合逆冲系统 复合系统具有上述构造分类中两个或两个以上的构造类型组合而成的几何形态。叠置的双重构造及三角带就是两种这样的复合系统。 叠置的双重构造与叠瓦构造。 叠置的双重构造由两个或更多的双重构造重叠在一起构成。一个双重构造的顶板断面就构成了其上面一个双重构造的底板断面。 Boyer和Elliott（1982）对伏于祖父山构造窗之下的这种构造进行了描述，上双重构造包括了前寒武基底和最上部的前寒武一寒武纪碎屑沉积，它叠置在一个由寒武奥陶纪被动陆缘沉积构成的下双重构造上。 显露叠瓦扇往往也可以压覆在双重断层构造之上。,三角带 三角带是双重构造与后冲断层的组合型式（图69）。同双重构造一样，其

26、位移也是通过一系列叠瓦断层由下部层位向上部转移，但是一旦位移集中于上部滑脱面后，又转移到倾向前陆倒向后陆的后冲断层上。,三角带 “三角带”这个术语，即由这种构造的三角形几何形态而来：底部为向后陆缓倾的逆冲断层，在后陆一侧为倾向后陆的叠瓦构造，在前陆则为倾向前陆的后冲构造。 用于这种构造的其它术语有“三角构造（delta structure）”（不应与由于断层成为反倾而形成的背形构造相混淆）、“被动顶板双重构造（Passiveroofduplex）”、及“尖劈构造（delamination）”。,三角带楔开沉积层的剖面，很象利斧劈木，当叠瓦构造沿一个上部滑动面加人时，上部地层就会被向后剥离或被抬

27、起。随着逆冲断层端线的向前扩展，叠瓦断片楔入时，位移就转换为三角带前部后冲断层上的指向后陆的位移。,除阿尔伯特向斜（Jones1982）之外，其它三角带的实例包括台湾南部的南辽背斜（Suppe，1983），怀俄明逆冲带北段及中段的反向断层构造（Hunter，1987）及犹他州的构造（Lawton， 1985）。,转移带 逆冲断层不可能沿走向无限延伸。逆冲断层很可能始于局部的微小破裂，而后向上并沿走向增长。随着位移的增加，逆冲断层也沿走向不断增长，位移量与长度之比近于 007（Elliott， 1976）。当逆冲断层相互接近和错列时，它们就组成了位移转移带（Dahlstrom，1970）（图61

28、0）。当一条断层上位移增加时，相邻断层上的位移就减小。,转移带 加拿大落基山逆冲断层的平面图型式（Dahlstrom，1970）（图611）就是用位移转移带的概念解释的。这种位移转移带在其他挤压构造区也十分普遍。,七、变形顺序 在任何一个地区，在研究构造几何形态重建的问题时，变形顺序都是一个关键性的问题。复杂断块的正确复原只能按照变形作用的相反顺序进行。一般情况下，根据沉积学和古生物学的研究以及下述的构造假说，即逆冲断层的区域性发展已被充分地证明是从后陆朝向前陆的。爱达荷一怀俄明一犹他逆冲带就是世界上利用沉积学和古生物学进行了年代厘定的最好例子；此外，加拿大落基山的研究也提供典型实例。,逆冲断

29、层的时间顺序 Dahlstrom（1970）提出了两种具相反逆冲顺序的叠瓦构造。如果一个逆冲席的首缘达到地表，受到阻碍，并进而发育成叠瓦状，其顺序将会从前向后（图71）。如果在主逆冲席向上位移至现今出露的位置之前，在深部就发生叠瓦作用，则逆冲顺序将是从后向前。 如果整个叠瓦系均显示出比下盘岩层具更发育的透入性的变形组构，则可以推断，叠瓦作用发生于深部，并在后来整体被抬升到现今的位置。 如果后方的叠瓦片显示出脆性变形组构，而前方叠瓦片表示出更韧性的变形组构，则可推断后方叠瓦片形成于浅部，发展顺序是从前向后。,逆冲作用顺序 逆冲作用的顺序的意义：当资料有限，但具有逆冲作用顺序的证据时，则运动学平衡

30、及复原方法就可以限制一些多解性。如果有严格的资料控制，但在建立平衡剖面时遇到了一些问题，则这些问题很可能与对逆冲作用顺序的认识有关。 目前流行的看法是，逆冲断层的发展顺序是从后陆朝向前陆。这种发展顺序的证据来自褶皱了的逆冲断层的型式（图72）和前渊及同造山碎屑岩相向克拉通方向的迁移（图 73ab）。,逆冲作用顺序 逆冲断层的发展顺序是从后陆朝向前陆。这种发展顺序的证据来自褶皱了的逆冲断层的型式（图72）。,逆冲作用顺序 逆冲断层的发展顺序是从后陆朝向前陆。这种发展顺序的证据来自前渊及同造山碎屑岩相向克拉通方向的迁移（图73）。 爱达荷一怀俄明一犹他逆冲带是利用沉积学和古生物学进行年代厘定的最好

31、例子。,八、褶皱及断层向深部的标绘 褶皱向深部的标绘 图8一1中的褶皱是用Busk（1929)方法向地表及地下标绘的，这种方法要求褶皱是同心状的。图中地层为侏罗系（Jsp）、（Jtc）、（Jn），三迭系（Tra)、（Tri）、（Trwd）及二迭系（Pr）。这一褶皱剖面是沿爱达荷逆冲带的熊溪编制的（Boyer，1986）。,褶皱向深部的标绘 这个褶皱是通过在6个露头上（标号16）对观察到的或推断的地层界面及代表性 产状确定的。图中对每两个相邻的露头点均作出垂线以确定园孤的圆心。例如，在露头1和2所作的垂直于层面的直线（A V和 AB）相交于A，A即为这两个露头点间圆弧的圆心。利用圆规及圆心 A就

32、可以画出该段其它地层界面，所画圆弧的范围仅限于界线AB和AV之间。同样，圆心B由露头2和3确定，其间的褶皱延伸于直线AB和CW之间。,褶皱向深部的标绘 在剖面的右侧，露头点4和5出现了问题，因为它们的倾角是一致的，圆心在无限远处。因此这两个点限定了一个以直线CX和DY为界的单斜区。在用露头点3和4及5和6分别确定了圆心C和D之后，自然出现一个向左延伸的背斜弧和向右延伸的向斜弧。应注意这些弧线并未在直线CW处对齐。另外在剖面左端地层Jsp的顶界延入地下，则地表应出过Ku地层，但实际上露头为Jsp地层。,这样的问题在用这种方法编制剖面时是常见的，产生这种错误的主要原因是地质资料不完善，而且实际的褶

33、皱极少有完全平行式的。因此有必要根据实际情况修改。,褶皱向深部的标绘 同心状褶皱的编制法（ Busk，1929），在褶皱的核部出现了一个空间问题，导致了缩短程度随深度的变化而不平衡。解决这个空间问题的一种方法就是利用不协调褶皱作用（图82）。,褶皱向深部的标绘 当褶皱具有膝折带几何形态时，同样会出现这样的问题（Faill， 1973）（图 83）。如果将膝折带向深处延伸，褶皱最终将会在膝折带汇合处消失。 由于这类构造涉及到褶皱的缩短程度随深度的增加而逐渐减小，所以在建立区域平衡剖面过程中就会产生问题。,褶皱向深部的标绘 Faill（1973）指出，褶皱在浅部的缩短可以通过深部的逆冲作用来平衡（

34、图84）。并认为宾夕法尼亚谷岭区的大复式背斜核部就可能存在这样的从基底滑脱而分支出来的叠瓦构造。,褶皱向深部的标绘 GogueI（1962）将不协调褶皱作用与类似的断层一褶皱转换构造结合起来（图85），解释阿尔卑斯Basses剖面中的褶皱几何特征。,褶皱向深部的标绘 Boyer（1986）也将Faill的断层褶皱及膝折模式结合起来解释爱达荷逆冲带中褶皱的构造轮廓（图87）。Suppe（1985）将这些构造定义为“断展褶皱”，并建立了有关方程，精确地预测了它们的几何特征，因而有助于正确地将这些褶皱向深处标绘。,褶皱向深部的标绘 许多作者使用由Rich（1934）提出的箱状褶皱几何模式来解释断层系

35、及相关的褶皱几何特征（图88，Boyer， 1978； Suppe,1983； Boyer,1986b）。,滑脱面深度计算及断层向深部的标绘 如果已识别出区域性的滑脱面或主要的滑动面，就可以通过从逆冲带的前缘起始绘制剖面以建立起这个滑脱面在剖面上的迹线及深度（Roeder等，1978）（图89， 810）。另一种方法是利用地层厚度资料来确定到主滑脱带的局部深度。在图810上面的剖面中，层面A与滑脱面B之间的距离可确定为逆冲席的厚度t。由钻井或地表资料可确定位于前缘逆冲断层的下盘层A的位置，利用厚度t可确定A层之下的滑脱面的深度及编制下盘的构造。,滑脱面深度计算及断层向深部的标绘 另一种方法是利

36、用地层厚度资料来确定到主滑脱带的局部深度。在图810上面的剖面中，层面A与滑脱面B之间的距离可确定为逆冲席的厚度t。由钻井或地表资料可确定位于前缘逆冲断层的下盘层A的位置，利用厚度t可确定A层之下的滑脱面的深度及编制下盘的构造。,滑脱面深度计算及断层向深部的标绘 剖面平衡的原理被用来估算造山缩短作用及沿脱面的深度（Chamberlain，1910以来）已有90多年了。应用这种方法的假设包括：（1）变形为平面应变，即在垂直剖面方向上无运动；（2）面积守恒，意味着无压实作用或体积损失，如物质的压溶；（3）变形过程中线长守恒。 如果这些假设均成立，则抬升的面积A2 缩短的面积A1（图 811）。缩短

37、量等于褶皱的弦长Lc与孤长La之差。滑脱面的深度t可用抬升的面积A2除以褶皱的弧长与弦长之差计算出来。同样，如果通过地震资料或其它方法能知道滑脱面的深度t ，则缩短量可用抬升的面积A2除以t得到。,滑脱面深度计算及断层向深部的标绘 滑脱面深度的计算可以用来标绘断层向深部的延伸（图812）。例如，已知地表地质情况及一条逆冲断层的出露位置，如何向深部标绘这些褶皱和前缘逆冲断层呢？首先，用野外观测的数据确定逆冲断层的倾角，并将断层按该倾角向地下延伸较短距离。然后将滑脱面深度计算法应用于褶皱C，计算基底断层的深度。最后连接地表断层至所计算的断层位置，此时应注意上覆逆冲席中的膝折面。,滑脱面深度计算及断

38、层向深部的标绘 图813到图815展示的是Dahlstrom（1969）利用滑脱面深度的计算技术建立的一条通过加拿大落基山Bighorn背斜的剖面。,滑脱面深度计算及断层向深部的标绘 Dahlstrom（1969）利用滑脱面深度计算法确定出，该滑脱面位于元古界内部，这条逆冲断层向东在Howell溪背斜附近出露。我们可通过把该断层的预测地下位置与地表位置相连，就可以得到最后结果。,九、褶皱与断层的关系 在逆冲断层带及压缩区，已经识别出几种重要的大尺度的褶皱作用机制。 （1）断弯褶皱作用:是当上盘断块沿非平面状断层面滑移时发生弯曲的一种作用。图91a表示了由滑脱面的一个较陡的台阶引起的最简单的断弯

39、褶皱的逐步发育情况。,褶皱与断层的关系 （2）断展褶皱作用：是在正扩展的逆冲断层端缘形成褶皱的一种作用。与断弯褶皱不同，这一作用通常产生具有陡倾甚至倒转前翼的强不对称褶皱。图91b表示了一个简单的断坡型断展褶皱的逐步发育情况。并非所有的逆冲断层均按这种扩展机制增长，有许多是按库伦破裂机制发育的。,（2）断展褶皱作用：并非所有的逆冲断层均按这种扩展机制增长，有许多是按库伦破裂机制发育的。通常，断层通过的层位不同，其扩展的机制亦有所不同，结果会导致切过先形成的构造，其中断展褶皱在形成以后就会被切过并沿新的断层发生位移（Suppe等，1984）。由于这个原因，断展褶皱通常是以被破坏的形式例如，以直接

40、位于逆冲断层下盘的倒转向斜的形式出露的。 早先，象断展褶皱这样的构造被称为破逆冲断层。一些盲逆冲断层终止于断展褶皱，即沿它们的扩展方向转为褶皱。,褶皱与断层的关系 （3）滑脱褶皱作用是直接位于沿脱面之上的一种褶皱作用（例如，经典的侏罗山箱形褶皱，图3b）。实际上，这类构造涉及到滑脱面上盘的抬高及等斜褶皱作用，因此有时亦被称为“抬离褶皱”。这种机制显然需要一个非常软弱的滑脱层，而且不如前两种机制普遍。,十、倾角谱分析 仅涉及一条断层而且具有充分约束条件的问题是比较容易解决的。较为复杂，但具有充分约束条件的多条断层的问题也是可以解决的，目前已经有了这方面的理论。 然而，通常的情况是面对复杂的、涉及

41、到一系列叠瓦断层，但又控制不充分的构造，因此需要某些其它的方法。 一种比较成功的方法是假定在一个地区或一条剖面内所有的逆冲断层初始均以同样的角度从主滑脱面上分叉出来。当然，逆冲断层的倾角会由于伴随叠瓦作用的褶皱而发生改变，但这些变化可以容易地根据初始切层角计算出来（Suppe,1983)。,倾角谱分析 根据初始切层角及叠瓦数可以建立起一个断弯褶皱前翼及后翼的单峰的倾角谱（表1）。例如，初始切层角为16的三个叠瓦将使前倾角分别为17、37和59，后倾角则分别为16、31和44；初始切层角为14的三个叠瓦将产生分别为15、31和49的前倾角和分别为14、27和39的后倾角。与叠瓦作用相关的前倾角及

42、后倾角的定量变化如图10l所示。,倾角谱分析 如果所有逆冲断层的初始切层角并非一致，或者如果逆冲断层不是平直的，则倾角谱必然会出现相应的偏离。即使如此，关于这个常量初始切层角的假定在许多剖面中仍获得了很好的效果。另外，这个假定还具有某些经验的与理论的基础。,倾角谱分析 图102为据台湾西部逆冲带精确测定的初始上切层角的直方图。被假定为以库伦破裂方式扩展的42条逆冲断层的平均及标准偏差为13.32.4；这个值与对台湾逆冲带整体结构的理论预测及实验室岩石强度测量的结果是一致的。 应当强调，以其它机制发生的断层扩展作用可能以完全不同的角度上切地层剖面；例如，以断展褶皱作用机制扩展的断层，其上切层角度

43、可以比以破裂扩展作用机制的断层大10左右（图102），因而不能使用这一方法。,倾角谱分析 一般的步骤如下： （1）收集所能得到的产状资料，并绘制在相应深度剖面上。 （2）划分均一倾角的区段。 （3）将所划的均一倾角与理论上的倾角谱（表1）对比，并确定出最合适的初始切层角。注意：在比较过程中，还要对区域性倾斜情况作出估计，所观察到的前倾角需加上区域性倾角，所观察到的后倾角则要减去区域性倾角。 （4）将每一个均一倾角区标上依据最佳拟合初始切层角所建立的模式倾角。如这些倾角区可能属组1和第2序列的前倾角区以及后倾角区（如图10l中，标为+I，+，-I和-）。倾角的序列指出了在一个均一倾角区之下最少的

44、叠瓦数目。,倾角谱分析 一般的步骤如下： （5）暂时性地定位并建立起等分均一倾角区之间褶皱的轴面。对一个给定的初始切层角，只有很少的几个相应的轴面方位。 （6）根据上、下盘的切层部位及断层线解释这些轴面的型式（断弯褶皱作用中的每一个轴面均沿着断层倾角或切层角发生变化的线终止于断层上，见图101）。这是最困难而无固定程序的一步，主要取决于解释者的经验和技巧。,倾角谱分析 图103中简略给出了松树山逆冲席的一条剖面的基本资料。这些资料源于1：24000地表填图及Brooks钻井。均一倾角域分析表明，初始切层角为15，区域性倾斜近零度。按最佳拟合的初始切层角，将这些均一倾角区标上模式倾角符号（，0，

45、I和一，如图103所示）。,倾角谱分析 轴面的产状通过平分这些翼间角来确定（假定岩层厚度守恒）。Brooks钻井在产状水平的寒武系罗美组之下打到了松树山逆冲断层的下盘产状水平的志留系，由此可确定西侧松树山逆冲断层的深度。如图103左侧所示。,倾角谱分析 以上是主要的控制条件和分析的初始步骤。下一步必须提出解释轴面、前倾翼及后倾翼型式的设想，该剖面显示了第二序列的前倾角及后倾角，因此可以考虑其中至少存在两个叠瓦片。我们不妨考查一下图101中两个叠瓦的剖面与该实际剖面的可比性；主要差异显然是Brooks钻井附近的较宽的平顶及右侧的瓦伦谷逆冲断层。我们尚未直接掌握的主要信息就是未变形的罗美组滑脱面的

46、深度。,倾角谱分析 现有两个控制条件：（l）所观察到的地层厚度，（2）轴面的位置。瓦伦谷逆冲断层以东的轴面（标号1）特别重要，因为与理论的剖面（图10l）相比，它显然是由沿松树山逆冲断层罗美组的下盘断坡所引起的（见图104）。现在可以参照图101把剖面建立起来。在通过逼近法对某些轴面的位置进行调整之后，就可以得出如图104所示的结论。这样便获得了一个高度平衡的剖面。,倾角谱分析 应当注意，断层形态与褶皱形态之间的定量关系在较快地获得平衡剖面的过程中起到了两个作用： （1）该理论可用以定量地评价倾角数据； （2）该理论可用以定量地编制可能的构造的精确模式（如图101），并用以与实际构造定量地相比

47、较，通过样式识别而得出整个结论。 这比较复杂的构造来说具有重要的实用价值。,十一、断层形态与褶皱形态之间的定量关系 断弯褶皱作用 依据合理的平衡假设，断层形态（和）与褶皱形态（）之间的定量关系（据SuPPe，1983年公式修改）为：,断弯褶皱作用 如果假设剪切为零，就可以得出断弯褶皱作用机制的断层形态与褶皱形态之间的唯一的关系（如图112所示）。 这个关系可用于剖面的编制与平衡中的实际问题，但是应注意，有时我们会遇到不得不考虑剪切不为零的情况。,断弯褶皱作用,断弯褶皱作用 （1）对简单且控制条件充分的问题的应用 在这样的条件下应用断弯褶皱作用的关系是比较容易的。图113为台湾西部褶皱逆冲带中胡

48、口杨梅背斜顶部一条不完全的剖面。该剖面的控制条件是详细的地表填图、两个钻井及一些地震资料。钻井A很重要，它打到了二倍于正常厚度的上新世Chinshui页岩及其下正常厚度的地层，说明该钻井所处的小褶皱并未扩展到Chinshui页岩之下。我们不妨假设，该褶皱是一个与使Chinshui页岩在钻井A处产生重复的断层有关的断弯褶皱。现在来验证一下这个假设。,（1）对简单的且控制条件充分的问题的应用 图114中表示了两个设想，这两个设想均涉及到一条逆冲断层从Chinchui页岩中的一个滑脱面上切到另一个滑脱面的简单台阶，在解法1中逆冲断层向北上切，而在解法2中逆冲断层向南上切。关键的角度观察结果是Chin

49、shui页岩底部及以下地层的倾角为5，而在两个钻井之间Cbinshui页岩顶部的最小倾角是32，在剖面线以外的地表测量的角度基本一致，但略低于这个角度。,（1）对简单的且控制条件充分的问题的应用 因此在解法1中32527应为，而在解法2中则为 27 。对于解法1，用图112可以确定出34。则可预测出地表的地层倾角是34529。但这个预测的角度比地表实测角度16大得多，因此解法1是不正确的。对于解释2，利用图112可以确定出22，因此预测的地表倾角为22517，这个角度与实测结果相当吻合，因此解法2是正确的。,（1）对简单的且控制条件充分的问题的应用 在这个例子中还可以作出进一步的断弯作用解释。剖面中的两个钻井和其它的钻井揭示出深部存在一个背斜。从剖面可看到浅部的断层是如何受深部背斜（ 58）改造的。深部背斜断块位于下盘并以凸面朝向断层；造成浅部的断层及地层变形，这与地表产状相吻合。虎口杨梅剖面的最终解释如图115。,需要指出的是