❶ 褶皱的几何分析
自然界中，褶皱的几何形态各式各样。要了解褶皱的几何特征，就必须分析褶皱要素、褶皱层的产状和厚度变化等，并通过地质制图，进一步研究褶皱在横剖面上、纵剖面上、平面上的特征，以揭示褶皱在三维空间的几何特征，确定褶皱的形态类型。
1. 测定褶皱枢纽和轴面产状
小型褶皱或露头完好的褶皱，可在野外直接测定。较大的或露头不完好的圆柱状褶皱，或者视为圆柱状褶皱的段落，可根据同一褶皱层上两翼的若干产状，用赤平投影法求褶皱枢纽的产状。如图 4-1 所示，根据同一岩层在圆柱状褶皱两翼的 4 个产状，求枢纽倾伏的 β 图解和 π 图解。
图 4-1 β 图和 π 图
由此再进一步可利用横截面上的轴迹与枢纽共面的关系等，求轴面产状 ( 具体操作，参见 《构造地质学》教材中 “极射赤平投影在构造地质学中的应用”部分) 。
2. 确定褶皱的主要形态类型
褶皱的几何类型 根据同一褶皱层两翼不同部位产状作成的 β 图或 π 图中，大圆弧是否交会于一点或密集在很小范围内，或者其极点是否大致沿着一大圆弧分布，从而分为圆柱状褶皱和非圆柱状褶皱。
褶皱的产状类型 对于圆柱状褶皱或可视为圆柱状褶皱的段落，可根据轴面和枢纽产状，将褶皱分为七种产状类型: 直立水平褶皱、直立倾伏褶皱、倾竖褶皱、斜歪水平褶皱、斜歪倾伏褶皱、平卧褶皱和斜卧褶皱。
褶皱在横剖面上的形态类型 ①根据轴面和两翼产状，将褶皱分为直立褶皱、斜歪褶皱、倒转褶皱、平卧褶皱、翻卷褶皱。②根据岩层厚度在褶皱转折端和两翼的原生变化及次生变化，将褶皱分为顶薄褶皱、顶厚褶皱和平行褶皱。③根据褶皱层的弯曲形态，将褶皱分为圆弧褶皱、尖棱褶皱、箱状褶皱、扇形褶皱和挠曲。④根据同一褶皱中各褶皱层形态变化的相互关系，将褶皱分为协调褶皱 ( 如平行褶皱与相似褶皱) 和不协调褶皱 ( 如层间褶皱) 。
褶皱的组合型式 一个范围较大的地区，需要查明一系列褶皱的成生联系和空间分布关系，划分组合型式，如将褶皱系列划分为隔档式褶皱、隔槽式褶皱、复背斜和复向斜等。
❷ 学习任务野外褶皱的识别与分析
对褶皱构造的识别主要是通过地质填图来完成，具体的是先要进行遥感资料上的地貌形态、水系格局的解译，从宏观上来识别褶皱的存在。而在地质填图的过程中，首先要确定褶皱的存在，再分析褶皱伴生与派生小构造，以及褶皱后产生的构造形迹、形成时代，最后分析褶皱与矿产的关系。
一、褶皱构造在地貌上的表现及水系的反映
地貌是内、外营力相互作用的结果，构造运动引起岩（地）层发生显着变化，会产生特殊地形。
一般说，小（微）地貌是受外营力支配和岩性约束的，而区域大地貌是受区域构造运动所控制的。在野外首先看到的是地貌，所以我们可以通过以下地貌形象与水系格局来判断褶皱构造的存在。例如：
（1）背斜成山，向斜为谷，一般挽近时期居多，如北京西山等地。
（2）地形倒置则是背斜成谷，向斜为山。
（3）地貌的对称性，反映褶皱构造的对称性。对称平行排列的山脊、山谷可能为水平褶皱，而缓坡（倾向坡、长坡）相对时，则可能为向斜。反之，缓坡（倾向坡、长坡）相背时，则可能为背斜。
（4）山脊（谷）呈之字形，反映褶皱为倾伏的；山脊呈同心圆式且坡陡，可能为穹隆；反之为构造盆地。
（5）地表水系（水体是构造变动最灵敏的反映剂）的格局。若地表呈放射状水系且水系由中心向外流则反映为穹隆构造（爆炸型）；若地表呈环状水系，则反映为温柔型的穹隆构造（图4-30）；如果地表是向心水系且水系由四周向中心流则反映为构造盆地。在盆地中掘井为承压水或可见上升泉。
图4-30 褶皱构造在地貌上的表现
二、野外和各种图件上确定褶皱的存在
在研究某一地区的褶皱构造时，先要将区域内已有的小比例尺地质图、遥感图像、各种地质勘探资料加以综合分析。再在区域内选择露头条件好、交通便利的地段进行横穿区域构造走向的剖面观察，初步了解全区域的地层层序与总体构造特征，从而制订对区内构造的详细工作计划与实施方案。
（一）褶皱形态研究
野外地质填图是查明地层层序、研究褶皱和区域构造的基础，根据古生物化石与岩性特征、沉积特征选择标志层是关键。所谓标志层指岩性、厚度稳定，并有易于识别的特殊标志（如岩性、化石等），区域上分布广泛、横向变化小的岩层。通过选择标志层与地质填图，可以了解褶皱的地面形态、规模大小及分布规律。
（二）观察分析褶皱的出露形态
褶皱的地面出露形态不仅与褶皱本身形态、产状和规模大小有关，而且还受到地形特征的影响，即地形效应。
图4-31所示为一倾伏褶皱，图4-32所示为一斜卧褶皱，它们在不同方向的切面上所出露的形态很不相同。因此，地面或其他任何剖面上褶皱的出露形态都不一定是褶皱形态的真实反映。在野外应尽可能地从不同位置、不同方向去观察分析，才能够正确判断褶皱形态。在露头差的情况下，某些地形也可帮助判断褶皱存在：褶皱翼部往往是倾斜岩层组成的单面山，缓坡方向为岩层的倾斜方向；褶皱核部侵蚀常较强烈，往往形成山谷或河流及泉水出露。因为轴面和枢纽产状是确定褶皱形态和产状的基本要素。对于露头良好的小褶皱，有时可以从露头上直接量得该褶皱的轴面和枢纽产状。但对露头不完整、规模较大的褶皱，往往需要系统地测量两翼同一岩层的产状，用几何做图或赤平投影方法才能确定其轴面和枢纽产状。
图4-31 倾伏褶皱在不同方位切面上出露形态示意图
图4-32 斜卧褶皱块段图
A—岩层露头线转折端点连线；B—箭头所指为枢纽倾伏方向
在野外见到地层发生同斜现象（其中必有一翼倒转但又无化石证据）时，要极力捕捉褶皱转折端，因为转折端处的地层层序是恒正常的，它可建立正常的地层层序。如图4-33中，地点①处地层层序由粗到细，地点②处转折端的地层层序由粗到细（地层层序恒正常），地点③处地层层序由细到粗，通过三个点的地层层序对比，地点①处地层层序与地点②处转折端的地层层序相同，地点①处地层为正常层序；地点③处地层层序与地点②处转折端的地层层序相反，则地点③处地层层序应为倒转层序。所以此褶皱在剖面上应为倒转背斜，平面上为倾伏倒转褶皱。此外，平、剖面转折端的形态具有相似性，因此识别转折端形态有助于褶皱剖面形态的恢复。
图4-33 某地褶皱平面地质图
褶皱在地质图上的分布是褶皱在地面出露形象的平面投影。在地质图上分析褶皱，一定要注意地形的影响效应，地质图的比例尺越大，地形影响越大。一般来说，地面起伏小、轴面近直立、枢纽倾伏较缓的对称褶皱，地质图上各岩层出露界线转折端点的连线，可以代表褶皱的轴迹，其方向大致反映枢纽倾伏方向。但是，对于歪斜倾伏褶皱，尤其是斜卧褶皱和变形较复杂的褶皱，或地形复杂、起伏较大时，两翼岩层出露界线转折端点的连线与枢纽的方向不一致。图4-32 表示一个斜卧褶皱。从地面（假设无起伏）上看，岩层出露界线转折端的连线是南北向的，而枢纽的真实倾伏方向却正东。两者方位相差90°。
（三）编制褶皱横剖面图
褶皱通常具有复杂的立体形态，仅从地面或平面图上观察分析其形态是不够的。地质工作者通常利用褶皱的横剖面（即铅直剖面）配合平面地质图表示褶皱在剖面上的形态特征和在一定深度内的变化，也可运用地震勘探的成果来绘制出褶皱剖面图。
在编制剖面图的过程中，必须考虑褶皱形态的某些变化规律，推测其深部的可能变化状态。如等厚褶皱岩层曲率向深部略有变化，但整个褶皱不可能延伸很深；而对相似褶皱而言，在一定深度范围内，褶皱形态则可能变化不大。
在野外充分利用地形高差的不同，选适当间距，按不同高程对同一褶皱进行路线观测和做联合剖面，就可观察褶皱向深处的变化趋势，并推测其更深部的形态。例如北京周口店太平山向斜构造向深部的延伸变化特征如图4-34所示，图中Ⅰ-Ⅰ剖面位于303m高程的山顶上，为一正常向斜，而Ⅱ-Ⅱ剖面位置在周口河右岸（高程80m）。综合表明太平山向斜实为一扇形向斜构造。
图4-34 北京周口店太平山向斜不同高度的联合剖面图
（引自武汉地院，1979）
对于枢纽倾伏方向与倾伏角变化复杂的褶皱，则要划分不同的区段，缜密分析褶皱的形态变化。在确有必要时还可编制褶皱的纵剖面图，将纵、横剖（截）面及平面图综合起来，才能充分地反映出褶皱在三度空间的整体形态变化及真实形态。
三、褶皱伴生与派生小构造的分析
岩层在褶皱变形过程中，因其各部分间的相对运动，会产生相应的伴生或派生小构造，诸如小褶皱、节理与小型断层、层间擦痕、破碎带、劈理与线理等。它们与主褶皱有一定依存关系，有规律地成生于主褶皱的一定部位，不同类型的伴生或派生小构造，也会从各自从不同侧面反映主褶皱的特征，所以在褶皱研究中重视对内部小构造的研究，结合主褶皱的形态、产状、岩石力学性质和岩层厚度变化等研究，探讨褶皱成因机制和变形演化规律。
主褶皱内部的次级小褶皱有两类：一是与主褶皱有成因联系并有一定几何关系的小褶皱，称为从属小褶皱；二是与主褶皱无直接成因联系也无一定几何关系的小褶皱，称为独立小褶皱。后者是主褶皱形成之前或之后其他构造运动的产物。
从属褶皱主要发育于能干岩层之间的薄层不能干岩层中，也可以发育于厚度巨大的不能干岩层中的薄层能干岩石中。一般说，在能干岩层中发育劈理，而薄层、能干岩层形成从属褶皱。由纵弯褶皱作用形成的从属褶皱常为不对称褶皱。在背斜中小褶皱表现Z→M→S形，其轴面倒向呈反扇形；在向斜中则为S→W→Z形，其轴面倒向呈正扇形（图4-35）。利用这些层间小褶皱的轴面与主褶皱层面所夹锐角间的方向来指示相邻岩层的相对运动方向，还可利用层间小褶皱轴面的产状与主褶皱层面的产状关系来确定背斜和向斜的位置和岩层的相对层序（小轴面与主层面倾向相同且轴面倾角大于层面倾角为正常层序）。褶皱岩层的层间相对滑动，还会在层面上发育擦痕、阶步。此外，从属褶皱的枢纽与主褶皱枢纽平行，通过研究它就能找出主褶皱中间应变轴（B轴）的方位。
在褶皱构造的研究中，详细研究褶皱的伴生构造，有助于分析褶皱的形成过程与发展演化史。
图4-35 运用层间小褶皱轴面的倾向确定大褶皱类型
A—背斜（Z→M→S形）；B—向斜（S→W→Z形）
四、褶皱后产生的构造形迹分析
在统一应力作用下，形成褶皱的后期过程中，会产生符合“米”字形规则的断裂构造（见学习情境3），这是我们构造分析“米”字形规则中最为重要的一点。如与褶皱轴向平行的纵向逆断层或纵向小型正断层（成生在褶皱轴部），与褶皱轴向垂直的正断层以及与褶皱轴向斜交的左行、右行平移断层，它们破坏褶皱的完整性，使之变得更为支离破碎（图3-12）。
五、褶皱形成时代的分析
褶皱有的是在地质历史中短暂的地史时期内形成的，有的是在较长的地史时期内逐渐产生的。前者常常是岩层受力而发生的褶皱，其形成时期总是与某个时期的构造运动相联系的，可用角度不整合来分析；后者如同沉积褶皱，其形成时期是根据沉积岩相和厚度的分析来确定。
（一）角度不整合分析法
根据区域性角度不整合的形成时代确定褶皱的形成时期，即从不整合面上、下构造形态是否连续一致来推断包括褶皱在内的各种构造的形成时代的上限和下限。如果不整合面以下的地层褶皱，而其上的地层未褶皱，则褶皱运动应发生于不整合面下伏的最新地层沉积之后和上覆最老地层沉积之前。如果不整合面上、下两套地层均产生褶皱，则说明本地区至少发生过两次地壳运动。这时，分析早期（一期）褶皱的形成时代可依据：不整合面上那套地层的褶皱方式单一，形态较简单，而不整合面下的那套褶皱方式与形态更为复杂多变。那么其形成时代的分析可根据不整合面上卷入褶皱的最老地层时代为上限，不整合面下的卷入褶皱的最新地层时代为下限。
从图4-36中可以看出，该区发生过两次褶皱运动：第一次表现为白垩系与侏罗系之间的角度不整合；第二次表现为新生界新近系中新统与中生界地层之间的角度不整合。
图4-36 新疆喀拉扎山附近地质图
（二）同位素测年法
根据与褶皱同时形成的岩浆岩侵入体的岩石同位素年龄来确定褶皱的形成时间。
（三）叠加褶皱分析法
根据褶皱的重叠现象，分析多期褶皱形成的先后顺序。同一时期形成的褶皱，它们的排列组合往往呈现一定的规律，可以用统一的应力作用方式来解释。而不同时期形成的褶皱构造，由于应力作用方式不同，先后两套褶皱常有相互干扰或产生叠加现象（如横跨褶皱）。据此可以判断褶皱构造形成的先后顺序。
描述褶皱的形成时代通常可根据组成褶皱地层的时代来描述，如早古生代褶皱、晚古生代褶皱、中生代褶皱等；也可根据形成褶皱的构造运动名称来描述，如加里东期褶皱、海西期褶皱、印支期褶皱、燕山期褶皱等。
六、褶皱与矿产的关系分析
在褶皱形成过程中，在某些构造部位特别易于出现层间裂隙。在这些裂隙中，每当有中低温矿液富集则形成层状、似层状矿体或矿柱。概括起来，主要类型有两种。
（一）褶皱轴部层间裂隙破碎所控制的矿体
这类矿体常发育于背斜的转折端处，形似马鞍，故名鞍状矿体，它是由于两翼的上部岩层向上滑动，层间滑动的剪切力作用，便产生与褶皱轴面倾斜近于平行的次生张力，背斜的转折端正是这种次生张力的集中地段，由此产生层间张开，形成良好的储矿构造（图4-37，图4-38）。这种褶皱轴部层间破碎所控制的矿体常是中低温的金、汞、重晶石等矿床。
图4-37 某矿区的鞍状矿体示意剖面图
1—碳质板岩；2—泥质白云岩；3—紫红色砂板岩互层；4—铁矿体；F—断层
图4-38 几种不同形态的鞍状矿体实例
（二）褶皱翼部层间破碎所控制的矿体
在褶皱形成的过程中，两翼的岩（地）层会产生向背斜顶部的剪切力作用，其派生的张力会引起翼部地层层间张开，它是有利的储矿构造。若后期有热液充填，则形成似层状矿床，如山东某铜矿的矿体。
此外，转折端部位通常还是油气藏、地下水资源储集的有利地段，褶皱控制沉积矿床分布状态，在变质岩区还控制变质矿床。由此可见，研究褶皱与矿产的关系有重要现实意义。
学习指导
自然界中的褶皱千姿百态，规模相差悬殊，它是在地壳运动过程中，岩层（体）受力发生的弯曲变形现象。许多矿产资源，以及石油、天然气、地下水都受褶皱影响和控制。
本学习情境的重点为褶皱要素、背向斜概念、褶皱的分类与描述特征。本学习情境的难点为褶皱构造识别与分析、阅读分析地质图和绘制图切剖面。
练习与思考
1.何谓背向斜和背向形？
2.试述褶皱要素，画图示之。
3.为什么会产生褶皱？
4.枢纽与脊线在何种情形下会趋同？
5.褶皱有哪些常见分类？其依据是什么？
6.里卡德褶皱位态分类有何优点？写出七种褶皱类型名称。
7.试述平行褶皱、相似褶皱、顶薄褶皱的特点。
8.简述褶皱组合型式的特点。并画图示之。
9.试述底辟构造的结构组成与特点。
10.简述纵弯褶皱的特征。
11.试述为何在野外要极力捕捉褶皱转折端？
12.如何在地质图上判定褶皱的存在？
13.褶皱的形成时代如何分析与确定？
❸ 褶皱构造的研究内容及方法
褶皱构造研究的基本任务是: 通过野外观察和填图，结合各种地质勘探 (如物探、钻探和地质工程等) 手段和航片、卫片的图像解译等所取得的地质资料的综合研究，查明褶皱的形态、产状和组合分布特点，探讨褶皱形成机制和形成时代，为研究区域地质构造特征、褶皱与矿产及水文、工程地质的关系提供有价值的基础资料。
1. 褶皱几何学研究
在着手研究一个地区褶皱构造之前，首先应通过对包括研究区在内的小比例尺地质图及航空相片、卫星相片的解译分析，或在露头良好的地带进行横穿区域构造线的路线观察，了解全区的地层时代、层序及构造总体的特征，如区域构造线方向及其变化、背斜和向斜发育特点，进而初步推断褶皱的组合型式。
在初步确定褶皱的存在后，可通过以下具体手段进一步确定褶皱的几何形态:
1) 测定褶皱轴面和枢纽的产状。褶皱轴面和枢纽产状是确定褶皱几何形态和产状的基本要素。对于规模较小、出露完整的褶皱可以从露头上直接量得该褶皱的轴面和枢纽产状。但对于规模较大、出露不完整的褶皱，往往需要系统地测量其褶皱面的产状，然后用赤平投影间接计算轴面和枢纽的产状 (详见第八章) 。
2) 绘制褶皱剖面图及褶皱横截面图。褶皱是一个复杂的立体形态地质体。对褶皱形态的研究，除通过野外填绘的地质图来表示外，往往还要用剖面图来表示。从褶皱横剖面上可以根据其褶皱岩层的产状和厚度变化确定是平行褶皱还是相似褶皱，或是顶薄褶皱等。
3) 观察褶皱的平面地质图上的出露形态。在大比例尺地质图上，褶皱出露形态不仅与褶皱形态、产状和规模大小有关，而且还受到地形起伏的影响。因此从地质图上确定褶皱的三维形态时应考虑由地形引起的视觉效应。
2. 褶皱纵深变化研究
由于形成褶皱的岩石力学性质、厚度和变形条件的差异以及褶皱的形态、规模的不同，褶皱在地表的形态和深部形态是有变化的。研究褶皱形态的纵深变化对于了解褶皱的形成机制与环境有着很重要的意义。如何进行这方面的研究，可从以下几方面着手:
1) 从横切褶皱的峡谷深沟的陡崖上，有时可直接观察到褶皱内部的形态变化和变化趋势。或者在地面不同高程上对同一褶皱进行观察和作横剖面，但应用这种方法时要注意不同高程的剖面水平位置不能相距太远，否则会将褶皱纵向上的变化误认为深部变化。
2) 从褶皱的地表形态特征推断它向地下延伸的变化。如根据地面出露特征分析为顶薄褶皱，则可据以推断其两翼岩层向深部很可能变厚、变陡; 如地表观察为平行褶皱，则褶皱曲率向深部将逐渐变大或变小，整个褶皱不可能延伸很深; 如为相似褶皱，且整套岩层岩性也较一致，则褶皱的形态可能延伸到一定深度还基本不变。当褶皱岩系中有软弱岩层时，则在软弱岩上、下的褶皱形态可能变化很大，形成不协调褶皱。
3) 利用物探和钻探所取得的资料确定褶皱深部形态的特点和变化是比较有效的方法。地震资料和电法、磁法等资料都可一定程度地反映褶皱构造往深部的变化。但在使用这种方法所得的资料时，必须结合地面地质构造的详细观察和研究，才能得出符合客观实际的结论。
3. 褶皱运动学研究
褶皱是岩层变化作用的产物，研究褶皱内部的小构造有助于解释褶皱的形成过程和演化历史。岩层在褶皱变形过程中，会在岩层内形成许多次级小构造，诸如小褶皱、节理与断层、层间滑动擦痕与破碎带、劈理与线理等等。它们都有规律地发育于主褶皱的一定部位，与主褶皱有一定的几何关系，各自从一个侧面反映出主褶皱的运动学特征，为研究褶皱的形成机制和变形历史提供线索。在应用小构造解析褶皱的演化过程时，应将一定时期形成的小构造进行配套，不能将与主褶皱形成无关的小构造也考虑在内。
4. 褶皱形成时代研究
前面已经提到，除同沉积褶皱外，大多数褶皱是在成岩后形成的，它们的形成时代也主要是根据区域性角度不整合时代来定。不整合面以下的一套地层均褶皱，而其上的地层未褶皱，则褶皱形成时代通常看作与角度不整合所代表的时代相一致，即不整合面下伏褶皱中最新地层沉积之后、上覆最老地层沉积之前。如果不整合面上、下地层均褶皱，但褶皱方式、形态均互不相同，则至少发生过两次褶皱。