❶ 褶皺的幾何分析
自然界中，褶皺的幾何形態各式各樣。要了解褶皺的幾何特徵，就必須分析褶皺要素、褶皺層的產狀和厚度變化等，並通過地質制圖，進一步研究褶皺在橫剖面上、縱剖面上、平面上的特徵，以揭示褶皺在三維空間的幾何特徵，確定褶皺的形態類型。
1. 測定褶皺樞紐和軸面產狀
小型褶皺或露頭完好的褶皺，可在野外直接測定。較大的或露頭不完好的圓柱狀褶皺，或者視為圓柱狀褶皺的段落，可根據同一褶皺層上兩翼的若干產狀，用赤平投影法求褶皺樞紐的產狀。如圖 4-1 所示，根據同一岩層在圓柱狀褶皺兩翼的 4 個產狀，求樞紐傾伏的 β 圖解和 π 圖解。
圖 4-1 β 圖和 π 圖
由此再進一步可利用橫截面上的軸跡與樞紐共面的關系等，求軸面產狀 ( 具體操作，參見 《構造地質學》教材中 「極射赤平投影在構造地質學中的應用」部分) 。
2. 確定褶皺的主要形態類型
褶皺的幾何類型 根據同一褶皺層兩翼不同部位產狀作成的 β 圖或 π 圖中，大圓弧是否交會於一點或密集在很小范圍內，或者其極點是否大致沿著一大圓弧分布，從而分為圓柱狀褶皺和非圓柱狀褶皺。
褶皺的產狀類型 對於圓柱狀褶皺或可視為圓柱狀褶皺的段落，可根據軸面和樞紐產狀，將褶皺分為七種產狀類型: 直立水平褶皺、直立傾伏褶皺、傾豎褶皺、斜歪水平褶皺、斜歪傾伏褶皺、平卧褶皺和斜卧褶皺。
褶皺在橫剖面上的形態類型 ①根據軸面和兩翼產狀，將褶皺分為直立褶皺、斜歪褶皺、倒轉褶皺、平卧褶皺、翻卷褶皺。②根據岩層厚度在褶皺轉折端和兩翼的原生變化及次生變化，將褶皺分為頂薄褶皺、頂厚褶皺和平行褶皺。③根據褶皺層的彎曲形態，將褶皺分為圓弧褶皺、尖棱褶皺、箱狀褶皺、扇形褶皺和撓曲。④根據同一褶皺中各褶皺層形態變化的相互關系，將褶皺分為協調褶皺 ( 如平行褶皺與相似褶皺) 和不協調褶皺 ( 如層間褶皺) 。
褶皺的組合型式 一個范圍較大的地區，需要查明一系列褶皺的成生聯系和空間分布關系，劃分組合型式，如將褶皺系列劃分為隔檔式褶皺、隔槽式褶皺、復背斜和復向斜等。
❷ 學習任務野外褶皺的識別與分析
對褶皺構造的識別主要是通過地質填圖來完成，具體的是先要進行遙感資料上的地貌形態、水系格局的解譯，從宏觀上來識別褶皺的存在。而在地質填圖的過程中，首先要確定褶皺的存在，再分析褶皺伴生與派生小構造，以及褶皺後產生的構造形跡、形成時代，最後分析褶皺與礦產的關系。
一、褶皺構造在地貌上的表現及水系的反映
地貌是內、外營力相互作用的結果，構造運動引起岩（地）層發生顯著變化，會產生特殊地形。
一般說，小（微）地貌是受外營力支配和岩性約束的，而區域大地貌是受區域構造運動所控制的。在野外首先看到的是地貌，所以我們可以通過以下地貌形象與水系格局來判斷褶皺構造的存在。例如：
（1）背斜成山，向斜為谷，一般挽近時期居多，如北京西山等地。
（2）地形倒置則是背斜成谷，向斜為山。
（3）地貌的對稱性，反映褶皺構造的對稱性。對稱平行排列的山脊、山谷可能為水平褶皺，而緩坡（傾向坡、長坡）相對時，則可能為向斜。反之，緩坡（傾向坡、長坡）相背時，則可能為背斜。
（4）山脊（谷）呈之字形，反映褶皺為傾伏的；山脊呈同心圓式且坡陡，可能為穹隆；反之為構造盆地。
（5）地表水系（水體是構造變動最靈敏的反映劑）的格局。若地表呈放射狀水系且水系由中心向外流則反映為穹隆構造（爆炸型）；若地表呈環狀水系，則反映為溫柔型的穹隆構造（圖4-30）；如果地表是向心水系且水系由四周向中心流則反映為構造盆地。在盆地中掘井為承壓水或可見上升泉。
圖4-30 褶皺構造在地貌上的表現
二、野外和各種圖件上確定褶皺的存在
在研究某一地區的褶皺構造時，先要將區域內已有的小比例尺地質圖、遙感圖像、各種地質勘探資料加以綜合分析。再在區域內選擇露頭條件好、交通便利的地段進行橫穿區域構造走向的剖面觀察，初步了解全區域的地層層序與總體構造特徵，從而制訂對區內構造的詳細工作計劃與實施方案。
（一）褶皺形態研究
野外地質填圖是查明地層層序、研究褶皺和區域構造的基礎，根據古生物化石與岩性特徵、沉積特徵選擇標志層是關鍵。所謂標志層指岩性、厚度穩定，並有易於識別的特殊標志（如岩性、化石等），區域上分布廣泛、橫向變化小的岩層。通過選擇標志層與地質填圖，可以了解褶皺的地面形態、規模大小及分布規律。
（二）觀察分析褶皺的出露形態
褶皺的地面出露形態不僅與褶皺本身形態、產狀和規模大小有關，而且還受到地形特徵的影響，即地形效應。
圖4-31所示為一傾伏褶皺，圖4-32所示為一斜卧褶皺，它們在不同方向的切面上所出露的形態很不相同。因此，地面或其他任何剖面上褶皺的出露形態都不一定是褶皺形態的真實反映。在野外應盡可能地從不同位置、不同方向去觀察分析，才能夠正確判斷褶皺形態。在露頭差的情況下，某些地形也可幫助判斷褶皺存在：褶皺翼部往往是傾斜岩層組成的單面山，緩坡方向為岩層的傾斜方向；褶皺核部侵蝕常較強烈，往往形成山谷或河流及泉水出露。因為軸面和樞紐產狀是確定褶皺形態和產狀的基本要素。對於露頭良好的小褶皺，有時可以從露頭上直接量得該褶皺的軸面和樞紐產狀。但對露頭不完整、規模較大的褶皺，往往需要系統地測量兩翼同一岩層的產狀，用幾何做圖或赤平投影方法才能確定其軸面和樞紐產狀。
圖4-31 傾伏褶皺在不同方位切面上出露形態示意圖
圖4-32 斜卧褶皺塊段圖
A—岩層露頭線轉折端點連線；B—箭頭所指為樞紐傾伏方向
在野外見到地層發生同斜現象（其中必有一翼倒轉但又無化石證據）時，要極力捕捉褶皺轉折端，因為轉折端處的地層層序是恆正常的，它可建立正常的地層層序。如圖4-33中，地點①處地層層序由粗到細，地點②處轉折端的地層層序由粗到細（地層層序恆正常），地點③處地層層序由細到粗，通過三個點的地層層序對比，地點①處地層層序與地點②處轉折端的地層層序相同，地點①處地層為正常層序；地點③處地層層序與地點②處轉折端的地層層序相反，則地點③處地層層序應為倒轉層序。所以此褶皺在剖面上應為倒轉背斜，平面上為傾伏倒轉褶皺。此外，平、剖面轉折端的形態具有相似性，因此識別轉折端形態有助於褶皺剖面形態的恢復。
圖4-33 某地褶皺平面地質圖
褶皺在地質圖上的分布是褶皺在地面出露形象的平面投影。在地質圖上分析褶皺，一定要注意地形的影響效應，地質圖的比例尺越大，地形影響越大。一般來說，地面起伏小、軸面近直立、樞紐傾伏較緩的對稱褶皺，地質圖上各岩層出露界線轉折端點的連線，可以代表褶皺的軸跡，其方向大致反映樞紐傾伏方向。但是，對於歪斜傾伏褶皺，尤其是斜卧褶皺和變形較復雜的褶皺，或地形復雜、起伏較大時，兩翼岩層出露界線轉折端點的連線與樞紐的方向不一致。圖4-32 表示一個斜卧褶皺。從地面（假設無起伏）上看，岩層出露界線轉折端的連線是南北向的，而樞紐的真實傾伏方向卻正東。兩者方位相差90°。
（三）編制褶皺橫剖面圖
褶皺通常具有復雜的立體形態，僅從地面或平面圖上觀察分析其形態是不夠的。地質工作者通常利用褶皺的橫剖面（即鉛直剖面）配合平面地質圖表示褶皺在剖面上的形態特徵和在一定深度內的變化，也可運用地震勘探的成果來繪制出褶皺剖面圖。
在編制剖面圖的過程中，必須考慮褶皺形態的某些變化規律，推測其深部的可能變化狀態。如等厚褶皺岩層曲率向深部略有變化，但整個褶皺不可能延伸很深；而對相似褶皺而言，在一定深度范圍內，褶皺形態則可能變化不大。
在野外充分利用地形高差的不同，選適當間距，按不同高程對同一褶皺進行路線觀測和做聯合剖面，就可觀察褶皺向深處的變化趨勢，並推測其更深部的形態。例如北京周口店太平山向斜構造向深部的延伸變化特徵如圖4-34所示，圖中Ⅰ-Ⅰ剖面位於303m高程的山頂上，為一正常向斜，而Ⅱ-Ⅱ剖面位置在周口河右岸（高程80m）。綜合表明太平山向斜實為一扇形向斜構造。
圖4-34 北京周口店太平山向斜不同高度的聯合剖面圖
（引自武漢地院，1979）
對於樞紐傾伏方向與傾伏角變化復雜的褶皺，則要劃分不同的區段，縝密分析褶皺的形態變化。在確有必要時還可編制褶皺的縱剖面圖，將縱、橫剖（截）面及平面圖綜合起來，才能充分地反映出褶皺在三度空間的整體形態變化及真實形態。
三、褶皺伴生與派生小構造的分析
岩層在褶皺變形過程中，因其各部分間的相對運動，會產生相應的伴生或派生小構造，諸如小褶皺、節理與小型斷層、層間擦痕、破碎帶、劈理與線理等。它們與主褶皺有一定依存關系，有規律地成生於主褶皺的一定部位，不同類型的伴生或派生小構造，也會從各自從不同側面反映主褶皺的特徵，所以在褶皺研究中重視對內部小構造的研究，結合主褶皺的形態、產狀、岩石力學性質和岩層厚度變化等研究，探討褶皺成因機制和變形演化規律。
主褶皺內部的次級小褶皺有兩類：一是與主褶皺有成因聯系並有一定幾何關系的小褶皺，稱為從屬小褶皺；二是與主褶皺無直接成因聯系也無一定幾何關系的小褶皺，稱為獨立小褶皺。後者是主褶皺形成之前或之後其他構造運動的產物。
從屬褶皺主要發育於能幹岩層之間的薄層不能幹岩層中，也可以發育於厚度巨大的不能幹岩層中的薄層能幹岩石中。一般說，在能幹岩層中發育劈理，而薄層、能幹岩層形成從屬褶皺。由縱彎褶皺作用形成的從屬褶皺常為不對稱褶皺。在背斜中小褶皺表現Z→M→S形，其軸面倒向呈反扇形；在向斜中則為S→W→Z形，其軸面倒向呈正扇形（圖4-35）。利用這些層間小褶皺的軸面與主褶皺層面所夾銳角間的方向來指示相鄰岩層的相對運動方向，還可利用層間小褶皺軸面的產狀與主褶皺層面的產狀關系來確定背斜和向斜的位置和岩層的相對層序（小軸面與主層面傾向相同且軸面傾角大於層面傾角為正常層序）。褶皺岩層的層間相對滑動，還會在層面上發育擦痕、階步。此外，從屬褶皺的樞紐與主褶皺樞紐平行，通過研究它就能找出主褶皺中間應變軸（B軸）的方位。
在褶皺構造的研究中，詳細研究褶皺的伴生構造，有助於分析褶皺的形成過程與發展演化史。
圖4-35 運用層間小褶皺軸面的傾向確定大褶皺類型
A—背斜（Z→M→S形）；B—向斜（S→W→Z形）
四、褶皺後產生的構造形跡分析
在統一應力作用下，形成褶皺的後期過程中，會產生符合「米」字形規則的斷裂構造（見學習情境3），這是我們構造分析「米」字形規則中最為重要的一點。如與褶皺軸向平行的縱向逆斷層或縱向小型正斷層（成生在褶皺軸部），與褶皺軸向垂直的正斷層以及與褶皺軸向斜交的左行、右行平移斷層，它們破壞褶皺的完整性，使之變得更為支離破碎（圖3-12）。
五、褶皺形成時代的分析
褶皺有的是在地質歷史中短暫的地史時期內形成的，有的是在較長的地史時期內逐漸產生的。前者常常是岩層受力而發生的褶皺，其形成時期總是與某個時期的構造運動相聯系的，可用角度不整合來分析；後者如同沉積褶皺，其形成時期是根據沉積岩相和厚度的分析來確定。
（一）角度不整合分析法
根據區域性角度不整合的形成時代確定褶皺的形成時期，即從不整合面上、下構造形態是否連續一致來推斷包括褶皺在內的各種構造的形成時代的上限和下限。如果不整合面以下的地層褶皺，而其上的地層未褶皺，則褶皺運動應發生於不整合面下伏的最新地層沉積之後和上覆最老地層沉積之前。如果不整合面上、下兩套地層均產生褶皺，則說明本地區至少發生過兩次地殼運動。這時，分析早期（一期）褶皺的形成時代可依據：不整合面上那套地層的褶皺方式單一，形態較簡單，而不整合面下的那套褶皺方式與形態更為復雜多變。那麼其形成時代的分析可根據不整合面上捲入褶皺的最老地層時代為上限，不整合面下的捲入褶皺的最新地層時代為下限。
從圖4-36中可以看出，該區發生過兩次褶皺運動：第一次表現為白堊系與侏羅系之間的角度不整合；第二次表現為新生界新近系中新統與中生界地層之間的角度不整合。
圖4-36 新疆喀拉扎山附近地質圖
（二）同位素測年法
根據與褶皺同時形成的岩漿岩侵入體的岩石同位素年齡來確定褶皺的形成時間。
（三）疊加褶皺分析法
根據褶皺的重疊現象，分析多期褶皺形成的先後順序。同一時期形成的褶皺，它們的排列組合往往呈現一定的規律，可以用統一的應力作用方式來解釋。而不同時期形成的褶皺構造，由於應力作用方式不同，先後兩套褶皺常有相互干擾或產生疊加現象（如橫跨褶皺）。據此可以判斷褶皺構造形成的先後順序。
描述褶皺的形成時代通常可根據組成褶皺地層的時代來描述，如早古生代褶皺、晚古生代褶皺、中生代褶皺等；也可根據形成褶皺的構造運動名稱來描述，如加里東期褶皺、海西期褶皺、印支期褶皺、燕山期褶皺等。
六、褶皺與礦產的關系分析
在褶皺形成過程中，在某些構造部位特別易於出現層間裂隙。在這些裂隙中，每當有中低溫礦液富集則形成層狀、似層狀礦體或礦柱。概括起來，主要類型有兩種。
（一）褶皺軸部層間裂隙破碎所控制的礦體
這類礦體常發育於背斜的轉折端處，形似馬鞍，故名鞍狀礦體，它是由於兩翼的上部岩層向上滑動，層間滑動的剪切力作用，便產生與褶皺軸面傾斜近於平行的次生張力，背斜的轉折端正是這種次生張力的集中地段，由此產生層間張開，形成良好的儲礦構造（圖4-37，圖4-38）。這種褶皺軸部層間破碎所控制的礦體常是中低溫的金、汞、重晶石等礦床。
圖4-37 某礦區的鞍狀礦體示意剖面圖
1—碳質板岩；2—泥質白雲岩；3—紫紅色砂板岩互層；4—鐵礦體；F—斷層
圖4-38 幾種不同形態的鞍狀礦體實例
（二）褶皺翼部層間破碎所控制的礦體
在褶皺形成的過程中，兩翼的岩（地）層會產生向背斜頂部的剪切力作用，其派生的張力會引起翼部地層層間張開，它是有利的儲礦構造。若後期有熱液充填，則形成似層狀礦床，如山東某銅礦的礦體。
此外，轉折端部位通常還是油氣藏、地下水資源儲集的有利地段，褶皺控制沉積礦床分布狀態，在變質岩區還控制變質礦床。由此可見，研究褶皺與礦產的關系有重要現實意義。
學習指導
自然界中的褶皺千姿百態，規模相差懸殊，它是在地殼運動過程中，岩層（體）受力發生的彎曲變形現象。許多礦產資源，以及石油、天然氣、地下水都受褶皺影響和控制。
本學習情境的重點為褶皺要素、背向斜概念、褶皺的分類與描述特徵。本學習情境的難點為褶皺構造識別與分析、閱讀分析地質圖和繪制圖切剖面。
練習與思考
1.何謂背向斜和背向形？
2.試述褶皺要素，畫圖示之。
3.為什麼會產生褶皺？
4.樞紐與脊線在何種情形下會趨同？
5.褶皺有哪些常見分類？其依據是什麼？
6.里卡德褶皺位態分類有何優點？寫出七種褶皺類型名稱。
7.試述平行褶皺、相似褶皺、頂薄褶皺的特點。
8.簡述褶皺組合型式的特點。並畫圖示之。
9.試述底辟構造的結構組成與特點。
10.簡述縱彎褶皺的特徵。
11.試述為何在野外要極力捕捉褶皺轉折端？
12.如何在地質圖上判定褶皺的存在？
13.褶皺的形成時代如何分析與確定？
❸ 褶皺構造的研究內容及方法
褶皺構造研究的基本任務是: 通過野外觀察和填圖，結合各種地質勘探 (如物探、鑽探和地質工程等) 手段和航片、衛片的圖像解譯等所取得的地質資料的綜合研究，查明褶皺的形態、產狀和組合分布特點，探討褶皺形成機制和形成時代，為研究區域地質構造特徵、褶皺與礦產及水文、工程地質的關系提供有價值的基礎資料。
1. 褶皺幾何學研究
在著手研究一個地區褶皺構造之前，首先應通過對包括研究區在內的小比例尺地質圖及航空相片、衛星相片的解譯分析，或在露頭良好的地帶進行橫穿區域構造線的路線觀察，了解全區的地層時代、層序及構造總體的特徵，如區域構造線方向及其變化、背斜和向斜發育特點，進而初步推斷褶皺的組合型式。
在初步確定褶皺的存在後，可通過以下具體手段進一步確定褶皺的幾何形態:
1) 測定褶皺軸面和樞紐的產狀。褶皺軸面和樞紐產狀是確定褶皺幾何形態和產狀的基本要素。對於規模較小、出露完整的褶皺可以從露頭上直接量得該褶皺的軸面和樞紐產狀。但對於規模較大、出露不完整的褶皺，往往需要系統地測量其褶皺面的產狀，然後用赤平投影間接計算軸面和樞紐的產狀 (詳見第八章) 。
2) 繪制褶皺剖面圖及褶皺橫截面圖。褶皺是一個復雜的立體形態地質體。對褶皺形態的研究，除通過野外填繪的地質圖來表示外，往往還要用剖面圖來表示。從褶皺橫剖面上可以根據其褶皺岩層的產狀和厚度變化確定是平行褶皺還是相似褶皺，或是頂薄褶皺等。
3) 觀察褶皺的平面地質圖上的出露形態。在大比例尺地質圖上，褶皺出露形態不僅與褶皺形態、產狀和規模大小有關，而且還受到地形起伏的影響。因此從地質圖上確定褶皺的三維形態時應考慮由地形引起的視覺效應。
2. 褶皺縱深變化研究
由於形成褶皺的岩石力學性質、厚度和變形條件的差異以及褶皺的形態、規模的不同，褶皺在地表的形態和深部形態是有變化的。研究褶皺形態的縱深變化對於了解褶皺的形成機制與環境有著很重要的意義。如何進行這方面的研究，可從以下幾方面著手:
1) 從橫切褶皺的峽谷深溝的陡崖上，有時可直接觀察到褶皺內部的形態變化和變化趨勢。或者在地面不同高程上對同一褶皺進行觀察和作橫剖面，但應用這種方法時要注意不同高程的剖面水平位置不能相距太遠，否則會將褶皺縱向上的變化誤認為深部變化。
2) 從褶皺的地表形態特徵推斷它向地下延伸的變化。如根據地面出露特徵分析為頂薄褶皺，則可據以推斷其兩翼岩層向深部很可能變厚、變陡; 如地表觀察為平行褶皺，則褶皺曲率向深部將逐漸變大或變小，整個褶皺不可能延伸很深; 如為相似褶皺，且整套岩層岩性也較一致，則褶皺的形態可能延伸到一定深度還基本不變。當褶皺岩系中有軟弱岩層時，則在軟弱岩上、下的褶皺形態可能變化很大，形成不協調褶皺。
3) 利用物探和鑽探所取得的資料確定褶皺深部形態的特點和變化是比較有效的方法。地震資料和電法、磁法等資料都可一定程度地反映褶皺構造往深部的變化。但在使用這種方法所得的資料時，必須結合地面地質構造的詳細觀察和研究，才能得出符合客觀實際的結論。
3. 褶皺運動學研究
褶皺是岩層變化作用的產物，研究褶皺內部的小構造有助於解釋褶皺的形成過程和演化歷史。岩層在褶皺變形過程中，會在岩層內形成許多次級小構造，諸如小褶皺、節理與斷層、層間滑動擦痕與破碎帶、劈理與線理等等。它們都有規律地發育於主褶皺的一定部位，與主褶皺有一定的幾何關系，各自從一個側面反映出主褶皺的運動學特徵，為研究褶皺的形成機制和變形歷史提供線索。在應用小構造解析褶皺的演化過程時，應將一定時期形成的小構造進行配套，不能將與主褶皺形成無關的小構造也考慮在內。
4. 褶皺形成時代研究
前面已經提到，除同沉積褶皺外，大多數褶皺是在成岩後形成的，它們的形成時代也主要是根據區域性角度不整合時代來定。不整合面以下的一套地層均褶皺，而其上的地層未褶皺，則褶皺形成時代通常看作與角度不整合所代表的時代相一致，即不整合面下伏褶皺中最新地層沉積之後、上覆最老地層沉積之前。如果不整合面上、下地層均褶皺，但褶皺方式、形態均互不相同，則至少發生過兩次褶皺。