第19卷 第3期 2009年3月
285
褶皱相关断裂构造及其地质意义
邓洪菱1 张长厚1,
2＊＊
＊
李海龙1 邹 云1
1. 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京100083
2. 中国地震局地质研究所, 北京100029
摘要 褶皱相关断裂是在褶皱变形过程中, 为了调节褶皱不同部分的应变差异而形成的从属于
褶皱变形的断裂构造, 其中最重要的是背离向斜逆冲构造和指向背斜逆冲构造, 褶皱枢纽楔入式逆冲作用是相对能干性岩层在褶皱转折端部位加厚的重要变形机制. 通过手标本尺度和露头尺度褶皱相关断裂构造的定性分析, 并结合前人已有的相关研究成果, 提出了从断层与相关褶皱规模、断层发育部位与位移量变化特征、断层切层角变化特征以及断层与褶皱构造变形运动学配套关系等方面鉴别褶皱相关断裂构造的多种标志. 褶皱相关断裂构造概念与构造模型, 对于正确认识区域构造演化, 合理进行收缩变形区域平衡地质剖面编制, 以及探索褶皱、断裂构造演化过程, 具有重要意义.
关键词 褶皱相关断裂构造 背离向斜逆冲断层 指向背斜逆冲断层 楔入逆冲断层 构造模式 关于褶皱和断裂构造变形之间的相互关系, 长期存在两种不同的基本模型:一种是在水平挤压作用下首先形成褶皱, 随着褶皱变形逐渐增强在倒转翼因为拉伸变薄而断裂, 进而形成逆冲推覆构造的褶皱-推覆体模型
[1]
propagatio n fo ld ) 、断滑褶皱(detachment fo ld ) 概念和模型的确立[4—6], 尤其是断展褶皱定量几何学模型[7, 8]、断滑褶皱几何学和运动学模型[9—10]、三角剪切断展褶皱概念[11]与定量模型[12—15]的提出, 以及生长地层概念的提出[16]与广泛应用, 断层相关褶皱构造的理论与应用研究取得了一系列重要进展与研究成果.
然而, 自然界还存在着另一种断层-褶皱相互关系的形式, 即褶皱相关断裂构造或调节褶皱变形的断裂构造(fo ld -accom modation faults ) , 其中, 断层是为了调节褶皱作用过程中岩层不同部位应变差异而产生的, 即断裂作用从属于褶皱变形
[20]
[19]
[17, 18]
; 另一种模型则主张断层形成早
[2]
于褶皱变形, 并卷入后续的褶皱变形当中, 或者
认为逆冲断层上盘的不对称背斜和/或下盘不对称向斜是沿着断层发生相对运动时, 断层摩擦阻力导致牵引褶皱作用的结果. 尽管早在1934年, Rich 在研究南阿巴拉契亚造山带前陆褶皱逆冲带构造时, 就提出了下伏阶梯状逆冲断层形态控制了陡倾的Cum berland 单斜和平缓的Powell 谷背斜的断弯褶皱思想[3], 但是, 直到1983年Suppe 才明确提出了断弯褶皱的概念并建立了断层与相关褶皱的定量几何学模型[4], 揭示了在收缩变形期间褶皱与断裂作用可以同时发生, 从而突破了断层-褶皱相互关系的传统观念. 随后, 逆冲断层相关褶皱基本类型———断弯褶皱(fault -bend fold ) 、断展褶皱(fault - 2008-05-28收稿, 2008-07-31收修改稿
＊国家自然科学基金资助项目(批准号:40672150, 40739906) ＊＊通信作者, E -mail :ch angh ou @cugb . edu . cn
. 虽然褶
皱相关断裂构造思想的产生由来已久, 但是对它
们的认识和研究程度远低于断层相关褶皱构造的研究. 无论是在褶皱-断裂构造相互关系的完整把握方面, 还是在正确认识区域尺度构造演化过程, 以及收缩变形区域平衡地质构造剖面的编制与构造复原当中, 这类断裂构造都具有重要的意义, 因此, 本
286
第19卷 第3期 2009年3月
文拟在简要介绍褶皱相关断裂构造基本特征和主要类型的基础上, 通过部分褶皱相关断裂构造实例剖
析, 初步厘定这类构造的识别标志, 并讨论与褶皱相关断裂构造研究有关的几个问题.
造中最重要的一种, 它的产生始于向斜核部, 沿着褶皱转折端向褶皱前翼或后翼传递位移. 它的形成与弯滑褶皱作用相关, 并与弯滑褶皱过程中岩层顺层滑动方向一致, 从向斜核部向着相邻背斜的转折端扩展, 既可以快速穿层调节位移量, 也可以将位移传递到顺层滑动当中. Price (1965) 曾经指出, 当褶皱岩层弯曲的曲率半径小于卷入褶皱变形地层厚度时, 可以形成此类断层, Mitra 对此进行了定量几何学证实. 在递进变形过程中, 随着向斜曲率的逐渐增大, 背离向斜逆冲断层的数目逐渐增多、位移量逐渐增大, 以调节褶皱变形造成的核部空间减小问题, 而且早期形成的断层因递进变形改造而发生弯曲[19].
1. 2 楔入逆冲断层
在弯滑褶皱作用过程中, 褶皱外弧向着褶皱转折端方向运动, 而内弧背离转折端而运动. 当这种顺层滑动发生在能干性不同的互层岩系当中时, 非能干岩层通过连续流动变形产生透入性劈理构造或小型不对称褶皱来调节总体变形, 强硬岩层中则形成楔入式逆冲断层. 这种逆冲作用依次切穿强硬层向上扩展, 将断层滑动位移转移到相邻的发育在软弱岩层中的顺层逆冲断层中, 从而表现出典型的断坪-断坡几何学结构. 楔入逆冲断层的逆冲方向通常与弯滑褶皱作用顺层滑动方向协调一致. 根据断层出现的构造位置的不同, Mitra 将楔入逆冲断层进一步分为翼部楔入逆冲(limb w edge thrust ) (图1(d ) ) 和枢纽楔入逆冲(hinge w edge thrust ) (图1(c ) ) . 在褶皱转折端部位形成的枢纽楔入逆冲构造, 既可以以比较简单的断层形式出现, 也可以出现一系列倾向相同或相反的逆冲断层相互叠置而形成多重楔入式逆冲断层或叠覆楔(overlapping w ed -ges ) , 并成为褶皱转折端大幅度加厚的一种具体变形机制[19].
1. 3 前翼逆冲断层、后翼逆冲断层和前翼-后翼逆冲断层
前翼、后翼分别是指与总体收缩构造变形剪切运动指向相关的不对称背斜的陡倾翼(前翼) 和缓倾翼部(后翼) . 前翼逆冲断层的产生, 一是为了调节因褶皱逐渐紧闭导致的核部空间问题, 在褶皱前翼(-[23]
[19]
1 褶皱相关断裂构造及其主要类型
褶皱相关断层或调节褶皱断裂构造(fold -ac -comm oda tion faults ) , 是指在褶皱演化过程中, 岩层因需要调节褶皱不同部位之间的应变差异而产生的次级断裂构造[19]. 构造地质学家很早就注意到了这些断裂构造, 如De Sitte r 分析了同心褶曲伴生的断裂构造
[20]
, Dahlstro m 根据次级断层发育的构造
位置及其与主要褶皱构造趋向之间的相互关系提出
了一系列术语描述相关的断裂构造, 如用背离向斜逆冲断层(out -of -the -sy ncline thrust ) 描述在不对称褶皱长缓翼中因不同层位之间相对运动产生的小型低角度逆冲断层
[21]
; Bro w n 在美国西部拉拉米前陆
地区基底卷入的构造变形研究中, 用同一术语描述同心褶皱变形中, 为调节褶皱核部逐渐紧闭所导致的体积问题而出现的断裂构造[22]. 最近, M itra 在前人研究基础上对褶皱相关断裂构造进行了定量-半定量化的几何学与运动学综合研究的系统研究奠定了基础.
Mitra 将与褶皱相关的断裂构造归纳为4大类型8种不同的具体类型(图1) :(1) 背离向斜逆冲断层(out -o f -sy ncline thrusts ) 和指向背斜逆冲断层(into -anticline thrusts ) ; (2) 楔入逆冲断层(w edge thrusts ) ; (3) 前翼逆冲断层(forelimb thrusts ) 、后翼逆冲断层(backlim b thrusts ) 和前翼后翼逆冲断层(forelimb -backlimb thrusts ) ; (4) 反冲断层(back
[19]
thrusts ) . 1. 1 背离向斜逆冲断层和指向背斜逆冲断层这两种褶皱相关断层构造具有相同的形成机制, 它们都是在纵弯褶皱变形过程中, 由于褶皱核部遭受到区域上的收缩变形和因岩层弯曲导致的局部压缩双重作用而产生的次级断裂. 断层位移量在褶皱转折端处最小直至断层终止扩展, 在远离褶皱转折端的一定范围内位移量逐渐增大(图1(a ) , (b ) ) .
1a ) [19]
, 为这种构造
第19卷 第3期 2009年3月
287
图1 褶皱相关断层构造类型
(根据文献[19]略改)
m odation thrust ) , 这种断层向前扩展终止于表征褶皱曲率变化的褶皱轴面交汇层中(图1(e ) 之T 点)
[19]
切层角非常大而且通常形成于褶皱变形的后期阶段. 后翼逆冲断层形成于不对称背斜缓倾的后翼(相邻向斜的核部) (图1(f ) 之F 2部分) , 它的产生可能与背离向斜逆冲构造相关. 在褶皱变形过程
中, 随着褶皱逐渐紧闭, 后翼逆冲断层逐渐向下扩展1f 2向T 1, . 第二种情况是相邻背斜、向斜枢纽相对位
置固定, 陡倾背斜前翼逐渐变陡并可能发生倒转的时候产生的低角度逆冲断层, 即所谓前翼剪切逆冲图1g ,
288
第19卷 第3期 2009年3月
(图1(f ) 中由T 1向T 2) 的前翼逆冲断层(图1(f ) 之
F 1部分) 相连, 从而形成前翼-后翼逆冲断层(图1(f ) ) . 前翼-后翼逆冲断层的重要特征是, 在前翼逆冲断层和后翼逆冲断层结合的中部断层位移量最小, 而向前向后两个方向上断层位移量逐渐增大. 1. 4 反冲断层
是与主要褶皱构造及相关主要逆冲断层运动学极性相反的次级逆冲断层. 典型的这类断层从断层弯曲或者断层面曲率较高的区域开始发育, 用以调节断层上盘穿越这类断层弯曲部位时引起的上盘变形, 也可以从主逆冲断层上摩擦阻力较高的点开始产生. 根据Mitra 的描述, 这类断层较多出现在断层相关的断弯褶皱或断展褶皱的后翼, 从断层-褶皱相互关系上看, 与上述从属于褶皱变形的褶皱相关断裂构造存在比较大的区别, 因此本文不予详细阐释.
[19]
表现为在褶皱翼部较大范围内的顺层滑动或小切层角向上切层, 而在转折端岩层产状显著变化的部位
突然以很大的切层角切穿标志层. 此外, 图2(b ) 中的褶皱相关断层位移量表现出有趣的变化, 位置居中的F 2与较高位置的背离向斜逆冲断层F 4和位置较低的断层F 1相比, 其断层位移量明显较小, 而这正好与F 2上覆和下伏岩层均表现为尖棱褶皱, 而它所在的岩层表现为小型箱状褶皱相对应. 从图中可以看出, F 2和F 3所处的b , c 层, 小型箱状褶皱的特征相对明显. 其下伏的a 层发生强烈的弯曲收缩, 标志层呈现出尖棱褶皱的形态. 而上覆的d , e 层因F 4的产生而使褶皱转折端完整形态遭受显著破坏, 但仍表现出尖棱褶皱的特征. 这与Wrede (图3) 所展示的Ruhr 盆地由上至下3个构造层的变形方式十分类似. Ruhr 盆地构造样式的最上层是大型的隔档式褶皱, 最下层则大多表现为紧闭的尖棱褶皱, 而大量的逆冲断层发育在了中间层位(主要是在紧闭背斜的两翼) 从而起到对上下两层之间构造样式的过渡作用. 图2(c ) 表现出更加复杂的褶皱-断裂相互关系, F 2, F 3, F 7, F 8以及F 15具有比较典型的背离向斜逆冲断层的特征, 其他断层的成因可能较为复杂, 本文后面再予讨论. 从这些手标本尺度的褶皱相关断裂构造特征分析还可以发现, 它们不像Mitra 的模型(图1(a ) , (b ) ) 所预计的那样, 自断层起始点很快以较大的切层角切过邻近地层, 而是在相对较大的范围内通过顺层滑动的方式调节不同层之间的相对运动.
图3是在燕山东段辽西喀左五十家子东南窟窿山新元古代景儿峪组中发育的小型褶皱及断裂构造. 变形岩层为中、薄层大理岩夹钙质-泥质板岩, 总体上表现为一个不协调的非对称背斜, 并发育两条褶皱相关断裂构造. F 1在背斜缓倾翼部相对较低的位置沿着相对非能干的岩层存在位移量很小的顺层滑动, 甚至在它切过发生小型平卧褶皱作用的薄层大理岩时几乎表现出没有断层位移, 而在延伸入次级向斜部位时(小型平卧向斜部位) , 位移量随远离小向斜核部显著加大, 呈现出背离向斜逆冲断层的重要特征. 大致在F 1位移量开始加大的层位, 还形成了相反方向的背离向斜逆冲断层F 2. 由于它们的形成以及对缩短位移量的转移, 使背斜外侧变. , F 1
[24]
2 褶皱相关断裂构造实例
为展示褶皱相关断裂构造主要特征, 本文拟着重对手标本尺度和露头尺度的这类构造变形进行定性分析, 因为在这种尺度上可以比较好地观测到构造变形的全貌, 尤其是手标本尺度的变形现象, 可以近似看做天然物理模拟实验的结果. 在这种尺度上对褶皱断裂相互关系的观测结果, 可以为分析区域尺度的、暴露和保存不完善的类似构造关系提供重要的构造模型. 文中讨论的手标本来自成都理工大学, 陈列在中国地质大学(北京) 基础地质实验室中.
2. 1 背离向斜与指向背斜逆冲构造
图2是3个构造标本光面扫描图片以及对其中主要变形现象的素描图, 其中发育典型的背离向斜和指向背斜逆冲断层. 从这些手标本尺度的构造变形现象中可以发现, 由于背斜、向斜规模较小, 背离向斜逆冲断层和指向背斜逆冲断层的区分并不十分严格, 可能与所观测的标志层位置有关. 例如, 在图2(a ) 中, 从断层与相对较低位置的标志层相互关系来讲, F 1, F 4, F 5都可以看做比较典型的背离向斜逆冲断层, 而相对于较高层位的标志层, 如F 1相对于标志层c 和d , 则又可以看做是指向背斜2, F 4,
第19卷 第3期 2009年3月
289
图2 手标本尺度的小型褶皱构造及相关断裂构造
颜色较深的岩性为灰岩, 较浅者为泥灰岩
已经显示出Mitra 模型所展示的前翼-后翼逆冲断层
(图1(f ) ) 的特征.
野外观测表明, 背离向斜逆冲断层并不一定只出现在褶皱翼间角很小的向斜中. 图4是在天津蓟县盘山岩体西部的庄果峪向斜西翼, 中元古界蓟县系铁岭组中厚层大理岩化白云岩中发育的开阔向斜曲褶皱, 在向斜转折端左侧的北东翼形成了两条背离向斜逆冲断层(F 1, F 2) , 断层起始于向斜转折端, 向着翼部位移量逐渐加大. 这种褶皱相关断裂构造可能意味着共同卷入褶皱变形的地层总厚度较
大, 而且变形过程中由于某种原因使顺层滑动难以实现.
,
290
第19卷 第3期 2009年3月
图3 辽西喀左五十家子窟窿山景儿峪组大理岩中
的褶皱与相关断裂构造
紧闭, 可以形成一系列的背离向斜逆冲断层. 图5是蓟县盘山岩体西部庄果峪向斜的一处转折端. 向斜转折端近似于尖棱状, 两翼产状总体表现为南西
翼稍陡、北东翼略缓, 但在北东翼靠近向斜转折端的部位局部地层产状较陡. 在相对较缓的向斜东翼发育了6条背离向斜逆冲断层(F 2—F 7) , 稍远离向斜核部的断层有与上下盘地层共同褶皱的趋向, 与Mitra 定量模拟所预期的背离向斜逆冲断层发育过程及断层产生序列(Mitra , 2002, 之图3) 非常相似. 这些断层起始于褶皱轴面(AS ) 的一侧, 或不同轴面汇聚的位置.
递进变形过程中, 早期形成的褶皱相关断裂构造卷入后期褶皱变形过程的现象也见于露头尺度的褶皱变形与相关断裂构造当中. 图6是燕山中部河北兴隆县营南峪乡清水湖村东部的一个小型褶皱及相关断裂构造, 它位于近东西向展布、向南逆冲的逆冲构造带当中, 变形地层是中元古界长城系高于
第19卷 第3期 2009年3月
291
图6 河北兴隆营南峪乡清水湖村东的褶皱及相关断裂构造
背斜、1个箱状向斜和1个箱状背斜. 其中发育有6条断层, 根据断层运动学性质及其与褶皱变形相互关系, 断层之间的切错和断裂后期变形特征分析, F 1, F 5, F 6形成相对较早, 而且F 5和F 6在后续变形过程中与上下盘地层一起卷入了褶皱变形, 跨
越断层褶皱轴面可以连续延伸. F 3和F 4具有背离向斜逆冲断层的性质, 而且F 4将顺层滑脱断层F 5切错. F 2在运动学上与弯滑褶皱变形期间产生的顺层滑动一致, 并在褶皱转折端处切穿地层. 2. 2 背斜转折端楔入式逆冲与叠覆楔构造纵弯褶皱作用中褶皱核部会出现局部强化的收缩变形, 如果变形岩层能干性较低易于发生塑性变形, 将通过透入性均匀缩短或产生次级褶皱的方式, 使转折端岩层显著加厚. 而在岩石表现为相对能干的情况下, 将在转折端部位形成一系列小型逆冲断层, 沿着这些逆冲断层的滑动和垂直层面的叠置导致褶皱转折端的地层加厚. 如果小型逆冲断层, 楔入式逆冲构造; 当这些逆冲断层以相反的倾向和上盘逆冲方向出现, 导致岩层的交互叠置时, 即形成了所谓褶皱转折端部分的叠覆楔
[19]
. Brow n
(1984) 形象地将这种相反方向逆冲断层反复出现导致褶皱转折端加厚的现象称作“乒乓构造”(ping -[22]pang structure ) , 而W rede 将其称为鱼尾构造[24](fish -tail structure ) . 图7是两个褶皱转折端楔
入式逆冲和叠覆楔的手标本尺度的变形实例, 其中图7(a ) 中由于转折端叠覆楔(F 1、F 5、F 6、F 7、F 8、F 9) 的产生, 导致转折端地层剧烈加厚, 达翼部正常厚度的2. 2倍. 图7(b ) 背斜底部转折端附近发育枢纽逆冲楔, 断层已经发生轻微弯曲表明它们曾经遭受了后期褶皱变形的轻微改造; 较高位置的标志层中发育有3条倾向相反、交叉叠置的逆冲断层(F 8、F 9、F 10) , 它们大致相对于褶皱轴面对称分布, 并且由于这些断层的发育造成标志层厚度在褶皱转折端部位显著增加, 大约是翼部正常厚度的1
292
第19卷 第3期 2009年3月
并不与主要滑脱带相连. Mitra 的这种总结和概
括, 主要是从褶皱相关断裂与断层相关褶皱系统中的断裂构造进行比较的角度作出的, 尽管反映了褶皱相关断裂构造的实质, 但是由于断层位移量本身, 尤其是断层位移量在断层走向和倾向上的变化, 是研究难度较大的内容之一, 因此, 这种鉴别标准在实际研究工作中的适用性尚显不够.
W rede 在研究德国Ruhr 盆地构造变形时, 提出了识别褶皱相关断层的5条标志:(1) 断裂构造在几何学及运动学方面与相邻褶皱密切相关, 断层走向总体上与褶皱枢纽走向平行, 并大致相对于褶皱轴面呈对称分布;(2) 断层面上、下盘中褶皱构造具有相似性, 褶皱轴面可以穿越断层并连接在一起; (3) 逆冲断层彼此孤立而且规模有限, 并不需要由断坪连接在一起; (4) 断层可以终止在层面以外, 断尖处与层面存在夹角而并不一定顺层发育; (5) 褶皱相关断裂构造总是沿着运动方向向上切层[24]. 这些标志在Ruhr 盆地的区域性研究中可能是正确而且实用的, 但是是否具有普遍意义尚值得进一步研究. 例如, 其中有些标志是所有逆冲断层的共同特征, 如第(5) 条, 因此对于识别褶皱相关断裂构造不具有本质意义. 而根据W rede 提供的研究实例(Wrede , 2005, 图4) , 其识别标志的第(2) 条, 实际上反映了断层形成之后又与上、下盘地层共同卷入后续褶皱变形的递进变形特征, 与图6之F 3, F 4, F 5, F 6类似. 这些断层是在褶皱作用之前形成的, 还是在褶皱变形发育到一定阶段产生的褶皱相关断裂构造, 实际上存在着不确定性. 因此, 如何正确鉴别褶皱相关断裂构造, 仍然是需要从更多的研究实例中加以总结和概括的重要问题.
根据前人已有的研究成果和我们的实际研究, 认为以下几个方面可以在进行这种构造的识别当中作为参考. (1) 断裂构造的规模, 褶皱相关断裂构造与邻近褶皱相当或相对较小, 即在规模上是从属于褶皱构造的. (2) 沿着断层发生的位移量, 褶皱相关断裂构造, 尤其是背离向斜逆冲构造或指向背斜逆冲断裂, 其位移量向着褶皱转折端部位变小直至消失, 而在褶皱翼部位移量逐渐增大.(3) 断层切层角(cut -o ff angle ) 变化特征, 褶皱相关断裂构造[24]
[19]
图7 小型褶皱转折端附近的枢纽楔与叠覆楔构造
2. 3 褶皱翼部的楔入式逆冲构造
按照M itra 的区分方案, 褶皱翼部楔入逆冲断层是发育在翼部并与弯滑褶皱过程中层间滑动运动学特征协调一致的逆冲断层, 在强弱岩层互层岩系当中的强硬岩层内易于产生这类褶皱相关断裂. 图2(a ) 之F 6, 2(b ) 之F 5属于此类, 图2(c ) 之F 9, F 14也可能是翼部楔入式逆冲断层. 由于岩层之间的能干性差异并不很大, 因此并未呈现出Mitra 模型所预期的非常典型的翼部楔入式逆冲断层. 需要注意的是, 并非分布在褶皱翼部的逆冲断层都属于翼部楔入式逆冲断层, 有些断层的形成可能早于褶皱变形, 不是弯滑褶皱层间滑动作用导致的从属于褶皱变形的褶皱相关断裂构造, 而是不同阶段变形的产物, 相关问题将在本文后面讨论.
3 褶皱相关断裂构造的识别标志
正确识别褶皱相关断裂构造无论对于进行褶皱-断裂关系基础理论研究, 还是对于准确地预测收缩构造变形区域隐伏构造几何学特征和对地震剖面资料进行正确地地质解释, 都具有重要意义. M itra 曾经指出, 与控制褶皱形成的断层相比(断层相关褶皱系统) , 褶皱相关断裂构造的关键性特征是, 它们的位移量较小, 而且位移量向上、向下可以发,
第19卷 第3期 2009年3月
293
展, 但趋向于褶皱转折端切层角加大, 如果断层越过褶皱枢纽, 则更可能出现切层角突然加大的现
象. (4) 从发育位置上看, 更多的褶皱相关断裂构造主要形成于褶皱翼部, 最典型的褶皱相关断裂构造应该表现出相对于褶皱轴面的几何学与运动学的对称性. (5) 从构造运动学上看, 褶皱相关断裂构造的运动学特征, 应该与褶皱变形期间因为岩层弯曲或者层间滑动所需要的岩层破裂和运动方向协调一致, 而不仅是表现出与褶皱变形所需要的区域性收缩作用的一致性.(6) 从产出的构造背景来看, 存在着能干性差异的岩层互层组合, 在温度和围压条件不允许地质体发生总体的强烈塑性流动变形的收缩变形区域, 尤其是总体上看变形表现为同心褶曲的褶皱变形地区当中的断裂构造, 是否属于褶皱相关断裂构造需要特别注意.
动方向是相反的. 而如果用早期较高层位相对向右发生顺层滑动产生层内小型逆冲断层导致岩层加厚, 随后这些小型断层与上下盘岩石共同卷入褶皱变形的两阶段变形模型, 则可以较好地解释这种褶皱及其中断裂构造的相互关系. 图8(b ) 两翼逆冲断层运动方向恰好与弯滑褶皱翼部预期运动方向一致, 可以用弯滑褶皱翼部楔入式逆冲构造简单褶皱相关断裂构造模型予以解释, 而褶皱转折端附近的断层可以是背离向斜或指向背斜逆冲断层被进一步的褶皱变形轻微改造的结果. 图2(a ) 之F 2, F 3, F 7以及图2(c ) 之F 1, F 4, F 6, F 13, 以及图9(a ) 中的断层, 图9(b ) 之F 3—F 12, 图9(c ) 中的F 4, F 5, F 6, F 10, F 11, F 12, F 14, 都表现为相对强硬岩层中的小型断层的形成应该早于褶皱变形, 尤其是图9(b ) 中F 3—F 10断层之间发育的向褶皱核部变窄的小型方解石脉体的发育, 表明在后续褶皱变形过程中沿着早期破裂曾经发生旋转张裂. 其他发育在褶皱翼部的小型逆冲断层可能是褶皱相关断裂构造.
其次, 发育在褶皱转折端附近的叠瓦式楔入逆冲构造, 是形成于褶皱变形之后核部局部强化收缩变形阶段, 还是早在褶皱变形之前即亦产生, 需要特别注意, 尤其是在褶皱翼部明显存在着褶皱变形前的逆冲断层的情况下(图8(a ) ) , 例如, 图2(c ) 之背斜转折端附近以F 5标记的一系列逆冲断层. 它们是在褶皱变形之前形成的小型逆冲断层, 又卷入了后期褶皱变形当中, 还是属于比较典型的枢纽叠瓦楔入逆冲构造, 并不能完全确定, 因为在褶皱翼部明显存在着早于褶皱变形的逆冲断层(如F 1, F 4, F 6) . 如果褶皱变形之前由于收缩变形已经在被相邻非能干岩层夹持的相对强硬岩层当中形成了小型逆冲断层, 这些小型逆冲断层的产生以及导致的强图8 楔入式逆冲断层的鉴别模式
(a ) 表示断层在褶皱前形成; (b ) 则为楔入式逆冲断层
4 讨论与结论
4. 1 褶皱相关断裂构造模型中的褶皱、断裂变形时序
褶皱变形是一种连续的递进变形过程, 而其中断裂构造的出现代表了非连续变形成分的参与. 收缩变形过程中褶皱和断裂出现的先后顺序及其相互
关系, 是变形岩层力学性质(总体能干性和能干性差异) 及其与变形环境条件(温度、围压、变形速率、流体活动) 相互作用的综合结果, 因此, 弄清楚复杂构造变形过程中褶皱-断裂相互关系, 具有重要的基础理论意义. 如果这种变形过程与具有经济意义的流体和气体(含矿热液、石油、天然气) 的运移和富集或者破坏相关, 则这种研究又具有重要的实际意义.
首先, 在构造形迹规模和发育位置上从属于褶皱构造的断裂, 不一定是褶皱相关断裂构造, 还需要从构造运动学的配套关系上加以甄别. 图8表示了两种不同的褶皱-断裂相互关系.
图8(a ) 所示情形表明在褶皱翼部和转折端处发育的总计5条断层, 应该在褶皱变形发生之前即已产生, 并一起卷入后续的褶皱变形当中. 因为, 尽管在背斜的左翼沿着小型断层发生的滑动方向与弯滑褶皱所预期的顺层滑动方向一致, 但是在右翼的
两条小型断层的运动方向与弯滑褶皱翼部的顺层滑
294
第19卷 第3期 2009年3月
Creek Field ) 一构造剖面
[24]
简化的断裂与褶皱相互
关系模型剖面示意图, 整体构造形态和断裂发育情
况得到详细地震勘探和钻探工作资料的控制. 从图中可以看出, 地表所见的断层F 1—F 7实际上是由不对称向斜核部向上发育的7条背离向斜逆冲断层, 其中4条出现在缓倾翼, 3条发育在陡倾翼. 在这些断层中, F 1可观测到的位移量最大. 因此, 在没有考虑背离向斜逆冲断层这一概念模型时, 很有可能会将F 1视作一条控制了该断展褶皱形成的大型逆冲断层, 并在切穿背斜的陡倾翼后向上扩展出露地表. 从而, 也就将其推断为可以向下大幅度延伸(断虚线所示) 并进入下伏滑脱带. 而事实上真正的主逆冲断层是F 9, 它并没有切穿褶皱, 而是终止在了褶皱核部, 并在其扩展尖端部位形成了典型的断展褶皱. 如果在编制这样的平衡剖面图时对褶皱相关断裂构造模型加以参考, 就可能更准确地解释出隐伏断层的发育状况和位移量变化特征, 暴露于地表的断层向向斜核部位移量逐渐减小, 导致断展背斜产生的背斜核部逆冲断层F 8和F 10, 向着褶皱核部方向位移量也逐渐变小. 即使随着构造变形的
图9 断裂变形发生在褶皱变形之前的小型褶皱-断裂构造
加强, 背离向斜逆冲断层有可能和指向背斜逆冲断层连接在一起形成统一的断层, 但是贯通后的断层位移仍然表现出中部位移量最小, 向深部、浅部两端一定范围内位移量增大的特征. 这对于编制和解释平衡地质剖面具有重要的指导意义.
4. 3 背离向斜逆冲构造与“逆冲断层”和“正断层”共存现象
背离向斜逆冲断层并不总是发育在不对称向斜的缓倾翼, 也可以出现在向斜的陡倾翼(图10) . 当陡倾翼尚未发生倒转之时, 这些背离向斜逆冲断层可以表现为高角度的逆冲断层(图10, 图2(a ) 之F 4) , 从更大的尺度上则可能形成从盆地区域向相邻造山带区域逆冲的逆冲构造. 随着收缩变形的持续, 发育在陡倾翼的这类断层在露头上可能表现为高角度的“正断层”, 如图2(a ) 之F 1. 这种“正断层”与缓倾翼低角度背离向斜逆冲断层同是区域收缩变形以及褶皱变形导致的局部强化收缩变形的结果, 它们所夹持的地层被从强烈收缩的褶皱核部“挤出”(crow ding ) , 因此地表露头尺度上观测到的““”, [22]
置, 即所谓褶皱成核部位(nucleation sites ) 侧更易形成楔形张裂变形, 如图9(b ) 所示.
[19]
, 那
么在进一步的褶皱变形过程中可能在褶皱转折端外
4. 2 背离向斜逆冲构造模型对收缩变形区平衡剖面编制的意义
背离向斜逆冲构造的重要特征之一, 是其位移量向着向斜转折端部位逐渐减小直至消失. 由于多数背离向斜逆冲构造发育在不对称向斜的缓倾翼, 因此在这类构造保存或暴露不完全的情况下, 按照褶皱不对称性及其与逆冲构造的相互关系, 比较常见的是将逆冲断层向下延伸到向斜陡倾翼之下甚至完全穿过陡倾翼而与下伏可能存在的主要逆冲断层相连. 这样处理的结果, 是人为地夸大了收缩变形造成的缩短量. 而背离向斜逆冲构造, 为收缩变形区域构造解释和平衡剖面复原提供了另外一种重要的构造模型, 即断层有可能向下终止或消失于向斜的转折端部位而不切穿向斜构造.
第19卷 第3期 2009年3月
295
图10 背离向斜逆冲断层发育特征与剖面平衡问题示意图
(根据文献[22]之图97简化和修改)
背景下产生, 而不一定是在收缩变形之后应力松弛阶段或应力体制发生转换之后再形成“正断层”.
这是否可以作为造山带区域发现的逆冲作用和“伸展拆离”作用同时发生的一种模型, 需要具体研究证实. 同时提醒我们, 在造山带伸展构造研究中, 尤其是与造山带走向大致平行的浅层次高角度正断层代表的造山带伸展构造变形, 是造山后伸展构造变形的结果, 还是形成于强烈收缩变形期间, 需要特别注意, 这还关系到造山带区域构造变形的应力状态的转变与否的问题. 4. 4 结论
作为自然界中两种最重要的分别代表连续变形和非连续变形的构造形迹———褶皱和断裂构造, 其相互关系的深入研究具有重要的理论意义和实际意义. 除了过去25年来得到系统深入研究的断裂为主导、控制褶皱变形及其几何学特征和演化过程的断层相关褶皱构造之外, 褶皱相关断裂构造也是一种重要的褶皱-断裂构造关系类型. M itra [19]对褶皱相关断裂构造进行的系统定量化分析和类型总结, 具有重要的参考和借鉴意义. 但是, 由于其定量几何学分析, 基本上假定了不存在顺层滑动, 而自然界中的实际变形可能尽可能首先利用包括层面在内) 和调节应变, 因此, 实际观测到的褶皱相关断裂构
造与Mitra 模型预期存在着差异. 尤其是, 其第8种具体类型———反冲断层(图1(h ) ) , 从严格的褶皱相关断裂构造的含义上去甄别, 不应该作为褶皱相关断裂构造的一种类型.
前翼逆冲断层、后翼逆冲断层和前翼-后翼逆冲断层, 具有重要的递进变形分析理论意义. 但是, 由于在变形强化到形成统一的逆冲断层之后, 原有的断裂-褶皱关系遭到改造和破坏, 给这类褶皱-断裂相互关系的鉴别带来困难. 实际上, 有可能通过开展位移量沿着断层倾向上的变化特征分析, 从中筛分出是否存在这种类型的褶皱-断裂关系, 并对构造演化过程研究和平衡剖面的合理编制提供重要的参考模型. 枢纽楔入逆冲断层是浅部构造层次褶皱变形过程中, 转折端加厚的重要机制; 同时由于其通常处于构造高点部位, 有可能成为储油气构造的重要构造成分, 实际工作中应特别重视. 褶皱相关断裂中最常见的要数背离向斜逆冲构造和指向背斜逆冲构造, 这种构造模型对于正确编制收缩构造区平衡地质剖面具有重要指导意义.
本文在前人研究基础上, 结合手标本尺度和露头尺度褶皱相关断裂构造剖析, 初步总结提出了识6,
296
第19卷 第3期 2009年3月
构造变形区域进行构造样式研究和定量构造几何学、运动学研究时参考. 但是, 由于有关褶皱相关
断裂构造研究刚刚开始, 其研究深度远不及断裂相关褶皱构造, 因此, 这些识别标志需要在更多褶皱相关断裂构造被认识和深入研究之后, 予以修正和补充.
致谢 本文手标本尺度褶皱-断裂相互关系研究得到中国地质大学(北京) 基础地质实验室曹秀华老师的大力帮助; 两位审稿人对论文进行了细致深入地审阅并提出了非常好的、具有重要启发意义的意见和建议, 为论文的修改和提高起到了重要的促进作用. 在此对上述人士表示衷心感谢.
参 考 文 献
1 Heim A . Geologie der S chw eiz . In :Leipzig CH , T anchnitz ,
1919, 704
2 Bu xtor A . Prognosen u nd befu nde beim Hauenstemb asisund
Grenchenberg tu nnel un d die Bedeu tu ng der letzeren fur die geol -ogie des Juragebirges . Verhand lungen der Naturforschenden Ge -s ellschaft in Bas el , 1916, 27:184—205
3 Rich J L . M echanics of low -anlge overthru st faulting as illus tra -ted by Cumberland thrus t block , Virginia , Ken tu cky , and Ten -nessee . Am . Ass oc . Petroleum Geologis ts Bu ll , 1934, 18(20) :1584—1596
4 S uppe J . Geometry and kinematics of fault -b end folding . Ameri -can Jou rn al of Science , 1983, 283:684—721
5 Jamison WJ . Geometric analysis of fold development in over -th ru st terranes . Jou rnal of S tru ctural Geology , 1987, 9:207—219
6 S uppe J , M edwedeff DA . Geom etry and kin ematics of fault -pro -pogation folding . Eclogacgeol Helv , 1990, 83(3) :409—4547 S uppe J . Principles of S tru ctural Geology . P rentice -H all , Inc ,
Englew ood Cliffs , New Jersey , 1985, 07632:341—3528 M itra S . Fault -propogation fold :Geometry , kinematic evolu -tion , and hyd rocarb on . AAPG Bulletin , 1990, 74:921—9459 Homza TX , W allace WK . Geometric and kinem atic models for
detachment folds w ith fixed and variable detachment depths .
Jou rnal of S tru ctural Geology , 1995, 17(4) :575—588
10 M Itra S . A unified kin ematic model for the evolu tion of detach -ment folds . Jou rnal of S tructural Geology , 2003, 25:1659—1673
11 Ers lev EA . T rishear fault -propogation folding . Geology , 1991,
19:617—620
12 Allm endin ger RW , S haw JH . Estimation of fault propagation
dis tance from fold sh ape :Implications for earthquake hazard as -sessment . Geology , 2000, 28(12) :1099—1102
13 Cris tallini EO . Backlimb trishear :A kinematic model for cu rved
folds developed over angular fault bends . Jou rnal of S tru ctural Geology , 2002, 24:289—295
14 Joh nson KM , Johns on AM . M echanical models of trishear -like
folds . Journal of Structu ral Geology , 2002, 24:277—28715 Cardozo N , et al . M echanical models of fault p ropagation folds
and comparis on to the trishear kinematic model . Journal of Structu ral Geology , 2003, 25:1—18
16 Su ppe J , Chou G T , Hook SC . Rates of folding and faulting de -termined from grow th strata . In :M cClay K R , ed . T hrus t Tec -tonics . London :Chapman &H all , 1992, 105—121
17 M cC lay KR . T hrus t tectonics and hy drocarbon sy stems ; Intro -duction . In :M cC lay KR , ed . T hrus t Tectonics and H ydrocar -bon Systems :AAPG M em oir , 2004, 82:ix —xx
18 何登发, John Suppe , 贾承造. 断层相关褶皱理论与应用研究新
进展. 地学前缘, 2005, 12(4) :353—364
19 M itra S . Fold -accommodation faults . AAPG Bu lletin , 2002, 86:
671—693
20 De S itter LU . Structu ral Geology , 2d ed . New York :M cGraw -H ill , 1964, 551
21 Dahlstrom C DA . S tructural geology in the eastern m argin of the
Canadian Rocky M ou ntain s . Bulletin of Canadian Petroleum Ge -ology , 1970, 18:332—406
22 Brow n W G . Basem en t involved tectonics foreland areas . AAPG
Continuin g Education Course Note S eries , 1984, 26:9223 Cloos E . Wedging , bedding plane s l ip , and g ravity tectonics in
the Appalachians (ab s . ) . Geological Society of Am erica Ab -stracts , 1964, 76:239
24 W rede V . Th rusting in a folded regime :Fold accomm odation
faults in the Ruh r basin , Germany . Journal of S tru ctural Geolo -gy , 2005, 27:789—803
第19卷 第3期 2009年3月
285
褶皱相关断裂构造及其地质意义
邓洪菱1 张长厚1,
2＊＊
＊
李海龙1 邹 云1
1. 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京100083
2. 中国地震局地质研究所, 北京100029
摘要 褶皱相关断裂是在褶皱变形过程中, 为了调节褶皱不同部分的应变差异而形成的从属于
褶皱变形的断裂构造, 其中最重要的是背离向斜逆冲构造和指向背斜逆冲构造, 褶皱枢纽楔入式逆冲作用是相对能干性岩层在褶皱转折端部位加厚的重要变形机制. 通过手标本尺度和露头尺度褶皱相关断裂构造的定性分析, 并结合前人已有的相关研究成果, 提出了从断层与相关褶皱规模、断层发育部位与位移量变化特征、断层切层角变化特征以及断层与褶皱构造变形运动学配套关系等方面鉴别褶皱相关断裂构造的多种标志. 褶皱相关断裂构造概念与构造模型, 对于正确认识区域构造演化, 合理进行收缩变形区域平衡地质剖面编制, 以及探索褶皱、断裂构造演化过程, 具有重要意义.
关键词 褶皱相关断裂构造 背离向斜逆冲断层 指向背斜逆冲断层 楔入逆冲断层 构造模式 关于褶皱和断裂构造变形之间的相互关系, 长期存在两种不同的基本模型:一种是在水平挤压作用下首先形成褶皱, 随着褶皱变形逐渐增强在倒转翼因为拉伸变薄而断裂, 进而形成逆冲推覆构造的褶皱-推覆体模型
[1]
propagatio n fo ld ) 、断滑褶皱(detachment fo ld ) 概念和模型的确立[4—6], 尤其是断展褶皱定量几何学模型[7, 8]、断滑褶皱几何学和运动学模型[9—10]、三角剪切断展褶皱概念[11]与定量模型[12—15]的提出, 以及生长地层概念的提出[16]与广泛应用, 断层相关褶皱构造的理论与应用研究取得了一系列重要进展与研究成果.
然而, 自然界还存在着另一种断层-褶皱相互关系的形式, 即褶皱相关断裂构造或调节褶皱变形的断裂构造(fo ld -accom modation faults ) , 其中, 断层是为了调节褶皱作用过程中岩层不同部位应变差异而产生的, 即断裂作用从属于褶皱变形
[20]
[19]
[17, 18]
; 另一种模型则主张断层形成早
[2]
于褶皱变形, 并卷入后续的褶皱变形当中, 或者
认为逆冲断层上盘的不对称背斜和/或下盘不对称向斜是沿着断层发生相对运动时, 断层摩擦阻力导致牵引褶皱作用的结果. 尽管早在1934年, Rich 在研究南阿巴拉契亚造山带前陆褶皱逆冲带构造时, 就提出了下伏阶梯状逆冲断层形态控制了陡倾的Cum berland 单斜和平缓的Powell 谷背斜的断弯褶皱思想[3], 但是, 直到1983年Suppe 才明确提出了断弯褶皱的概念并建立了断层与相关褶皱的定量几何学模型[4], 揭示了在收缩变形期间褶皱与断裂作用可以同时发生, 从而突破了断层-褶皱相互关系的传统观念. 随后, 逆冲断层相关褶皱基本类型———断弯褶皱(fault -bend fold ) 、断展褶皱(fault - 2008-05-28收稿, 2008-07-31收修改稿
＊国家自然科学基金资助项目(批准号:40672150, 40739906) ＊＊通信作者, E -mail :ch angh ou @cugb . edu . cn
. 虽然褶
皱相关断裂构造思想的产生由来已久, 但是对它
们的认识和研究程度远低于断层相关褶皱构造的研究. 无论是在褶皱-断裂构造相互关系的完整把握方面, 还是在正确认识区域尺度构造演化过程, 以及收缩变形区域平衡地质构造剖面的编制与构造复原当中, 这类断裂构造都具有重要的意义, 因此, 本
286
第19卷 第3期 2009年3月
文拟在简要介绍褶皱相关断裂构造基本特征和主要类型的基础上, 通过部分褶皱相关断裂构造实例剖
析, 初步厘定这类构造的识别标志, 并讨论与褶皱相关断裂构造研究有关的几个问题.
造中最重要的一种, 它的产生始于向斜核部, 沿着褶皱转折端向褶皱前翼或后翼传递位移. 它的形成与弯滑褶皱作用相关, 并与弯滑褶皱过程中岩层顺层滑动方向一致, 从向斜核部向着相邻背斜的转折端扩展, 既可以快速穿层调节位移量, 也可以将位移传递到顺层滑动当中. Price (1965) 曾经指出, 当褶皱岩层弯曲的曲率半径小于卷入褶皱变形地层厚度时, 可以形成此类断层, Mitra 对此进行了定量几何学证实. 在递进变形过程中, 随着向斜曲率的逐渐增大, 背离向斜逆冲断层的数目逐渐增多、位移量逐渐增大, 以调节褶皱变形造成的核部空间减小问题, 而且早期形成的断层因递进变形改造而发生弯曲[19].
1. 2 楔入逆冲断层
在弯滑褶皱作用过程中, 褶皱外弧向着褶皱转折端方向运动, 而内弧背离转折端而运动. 当这种顺层滑动发生在能干性不同的互层岩系当中时, 非能干岩层通过连续流动变形产生透入性劈理构造或小型不对称褶皱来调节总体变形, 强硬岩层中则形成楔入式逆冲断层. 这种逆冲作用依次切穿强硬层向上扩展, 将断层滑动位移转移到相邻的发育在软弱岩层中的顺层逆冲断层中, 从而表现出典型的断坪-断坡几何学结构. 楔入逆冲断层的逆冲方向通常与弯滑褶皱作用顺层滑动方向协调一致. 根据断层出现的构造位置的不同, Mitra 将楔入逆冲断层进一步分为翼部楔入逆冲(limb w edge thrust ) (图1(d ) ) 和枢纽楔入逆冲(hinge w edge thrust ) (图1(c ) ) . 在褶皱转折端部位形成的枢纽楔入逆冲构造, 既可以以比较简单的断层形式出现, 也可以出现一系列倾向相同或相反的逆冲断层相互叠置而形成多重楔入式逆冲断层或叠覆楔(overlapping w ed -ges ) , 并成为褶皱转折端大幅度加厚的一种具体变形机制[19].
1. 3 前翼逆冲断层、后翼逆冲断层和前翼-后翼逆冲断层
前翼、后翼分别是指与总体收缩构造变形剪切运动指向相关的不对称背斜的陡倾翼(前翼) 和缓倾翼部(后翼) . 前翼逆冲断层的产生, 一是为了调节因褶皱逐渐紧闭导致的核部空间问题, 在褶皱前翼(-[23]
[19]
1 褶皱相关断裂构造及其主要类型
褶皱相关断层或调节褶皱断裂构造(fold -ac -comm oda tion faults ) , 是指在褶皱演化过程中, 岩层因需要调节褶皱不同部位之间的应变差异而产生的次级断裂构造[19]. 构造地质学家很早就注意到了这些断裂构造, 如De Sitte r 分析了同心褶曲伴生的断裂构造
[20]
, Dahlstro m 根据次级断层发育的构造
位置及其与主要褶皱构造趋向之间的相互关系提出
了一系列术语描述相关的断裂构造, 如用背离向斜逆冲断层(out -of -the -sy ncline thrust ) 描述在不对称褶皱长缓翼中因不同层位之间相对运动产生的小型低角度逆冲断层
[21]
; Bro w n 在美国西部拉拉米前陆
地区基底卷入的构造变形研究中, 用同一术语描述同心褶皱变形中, 为调节褶皱核部逐渐紧闭所导致的体积问题而出现的断裂构造[22]. 最近, M itra 在前人研究基础上对褶皱相关断裂构造进行了定量-半定量化的几何学与运动学综合研究的系统研究奠定了基础.
Mitra 将与褶皱相关的断裂构造归纳为4大类型8种不同的具体类型(图1) :(1) 背离向斜逆冲断层(out -o f -sy ncline thrusts ) 和指向背斜逆冲断层(into -anticline thrusts ) ; (2) 楔入逆冲断层(w edge thrusts ) ; (3) 前翼逆冲断层(forelimb thrusts ) 、后翼逆冲断层(backlim b thrusts ) 和前翼后翼逆冲断层(forelimb -backlimb thrusts ) ; (4) 反冲断层(back
[19]
thrusts ) . 1. 1 背离向斜逆冲断层和指向背斜逆冲断层这两种褶皱相关断层构造具有相同的形成机制, 它们都是在纵弯褶皱变形过程中, 由于褶皱核部遭受到区域上的收缩变形和因岩层弯曲导致的局部压缩双重作用而产生的次级断裂. 断层位移量在褶皱转折端处最小直至断层终止扩展, 在远离褶皱转折端的一定范围内位移量逐渐增大(图1(a ) , (b ) ) .
1a ) [19]
, 为这种构造
第19卷 第3期 2009年3月
287
图1 褶皱相关断层构造类型
(根据文献[19]略改)
m odation thrust ) , 这种断层向前扩展终止于表征褶皱曲率变化的褶皱轴面交汇层中(图1(e ) 之T 点)
[19]
切层角非常大而且通常形成于褶皱变形的后期阶段. 后翼逆冲断层形成于不对称背斜缓倾的后翼(相邻向斜的核部) (图1(f ) 之F 2部分) , 它的产生可能与背离向斜逆冲构造相关. 在褶皱变形过程
中, 随着褶皱逐渐紧闭, 后翼逆冲断层逐渐向下扩展1f 2向T 1, . 第二种情况是相邻背斜、向斜枢纽相对位
置固定, 陡倾背斜前翼逐渐变陡并可能发生倒转的时候产生的低角度逆冲断层, 即所谓前翼剪切逆冲图1g ,
288
第19卷 第3期 2009年3月
(图1(f ) 中由T 1向T 2) 的前翼逆冲断层(图1(f ) 之
F 1部分) 相连, 从而形成前翼-后翼逆冲断层(图1(f ) ) . 前翼-后翼逆冲断层的重要特征是, 在前翼逆冲断层和后翼逆冲断层结合的中部断层位移量最小, 而向前向后两个方向上断层位移量逐渐增大. 1. 4 反冲断层
是与主要褶皱构造及相关主要逆冲断层运动学极性相反的次级逆冲断层. 典型的这类断层从断层弯曲或者断层面曲率较高的区域开始发育, 用以调节断层上盘穿越这类断层弯曲部位时引起的上盘变形, 也可以从主逆冲断层上摩擦阻力较高的点开始产生. 根据Mitra 的描述, 这类断层较多出现在断层相关的断弯褶皱或断展褶皱的后翼, 从断层-褶皱相互关系上看, 与上述从属于褶皱变形的褶皱相关断裂构造存在比较大的区别, 因此本文不予详细阐释.
[19]
表现为在褶皱翼部较大范围内的顺层滑动或小切层角向上切层, 而在转折端岩层产状显著变化的部位
突然以很大的切层角切穿标志层. 此外, 图2(b ) 中的褶皱相关断层位移量表现出有趣的变化, 位置居中的F 2与较高位置的背离向斜逆冲断层F 4和位置较低的断层F 1相比, 其断层位移量明显较小, 而这正好与F 2上覆和下伏岩层均表现为尖棱褶皱, 而它所在的岩层表现为小型箱状褶皱相对应. 从图中可以看出, F 2和F 3所处的b , c 层, 小型箱状褶皱的特征相对明显. 其下伏的a 层发生强烈的弯曲收缩, 标志层呈现出尖棱褶皱的形态. 而上覆的d , e 层因F 4的产生而使褶皱转折端完整形态遭受显著破坏, 但仍表现出尖棱褶皱的特征. 这与Wrede (图3) 所展示的Ruhr 盆地由上至下3个构造层的变形方式十分类似. Ruhr 盆地构造样式的最上层是大型的隔档式褶皱, 最下层则大多表现为紧闭的尖棱褶皱, 而大量的逆冲断层发育在了中间层位(主要是在紧闭背斜的两翼) 从而起到对上下两层之间构造样式的过渡作用. 图2(c ) 表现出更加复杂的褶皱-断裂相互关系, F 2, F 3, F 7, F 8以及F 15具有比较典型的背离向斜逆冲断层的特征, 其他断层的成因可能较为复杂, 本文后面再予讨论. 从这些手标本尺度的褶皱相关断裂构造特征分析还可以发现, 它们不像Mitra 的模型(图1(a ) , (b ) ) 所预计的那样, 自断层起始点很快以较大的切层角切过邻近地层, 而是在相对较大的范围内通过顺层滑动的方式调节不同层之间的相对运动.
图3是在燕山东段辽西喀左五十家子东南窟窿山新元古代景儿峪组中发育的小型褶皱及断裂构造. 变形岩层为中、薄层大理岩夹钙质-泥质板岩, 总体上表现为一个不协调的非对称背斜, 并发育两条褶皱相关断裂构造. F 1在背斜缓倾翼部相对较低的位置沿着相对非能干的岩层存在位移量很小的顺层滑动, 甚至在它切过发生小型平卧褶皱作用的薄层大理岩时几乎表现出没有断层位移, 而在延伸入次级向斜部位时(小型平卧向斜部位) , 位移量随远离小向斜核部显著加大, 呈现出背离向斜逆冲断层的重要特征. 大致在F 1位移量开始加大的层位, 还形成了相反方向的背离向斜逆冲断层F 2. 由于它们的形成以及对缩短位移量的转移, 使背斜外侧变. , F 1
[24]
2 褶皱相关断裂构造实例
为展示褶皱相关断裂构造主要特征, 本文拟着重对手标本尺度和露头尺度的这类构造变形进行定性分析, 因为在这种尺度上可以比较好地观测到构造变形的全貌, 尤其是手标本尺度的变形现象, 可以近似看做天然物理模拟实验的结果. 在这种尺度上对褶皱断裂相互关系的观测结果, 可以为分析区域尺度的、暴露和保存不完善的类似构造关系提供重要的构造模型. 文中讨论的手标本来自成都理工大学, 陈列在中国地质大学(北京) 基础地质实验室中.
2. 1 背离向斜与指向背斜逆冲构造
图2是3个构造标本光面扫描图片以及对其中主要变形现象的素描图, 其中发育典型的背离向斜和指向背斜逆冲断层. 从这些手标本尺度的构造变形现象中可以发现, 由于背斜、向斜规模较小, 背离向斜逆冲断层和指向背斜逆冲断层的区分并不十分严格, 可能与所观测的标志层位置有关. 例如, 在图2(a ) 中, 从断层与相对较低位置的标志层相互关系来讲, F 1, F 4, F 5都可以看做比较典型的背离向斜逆冲断层, 而相对于较高层位的标志层, 如F 1相对于标志层c 和d , 则又可以看做是指向背斜2, F 4,
第19卷 第3期 2009年3月
289
图2 手标本尺度的小型褶皱构造及相关断裂构造
颜色较深的岩性为灰岩, 较浅者为泥灰岩
已经显示出Mitra 模型所展示的前翼-后翼逆冲断层
(图1(f ) ) 的特征.
野外观测表明, 背离向斜逆冲断层并不一定只出现在褶皱翼间角很小的向斜中. 图4是在天津蓟县盘山岩体西部的庄果峪向斜西翼, 中元古界蓟县系铁岭组中厚层大理岩化白云岩中发育的开阔向斜曲褶皱, 在向斜转折端左侧的北东翼形成了两条背离向斜逆冲断层(F 1, F 2) , 断层起始于向斜转折端, 向着翼部位移量逐渐加大. 这种褶皱相关断裂构造可能意味着共同卷入褶皱变形的地层总厚度较
大, 而且变形过程中由于某种原因使顺层滑动难以实现.
,
290
第19卷 第3期 2009年3月
图3 辽西喀左五十家子窟窿山景儿峪组大理岩中
的褶皱与相关断裂构造
紧闭, 可以形成一系列的背离向斜逆冲断层. 图5是蓟县盘山岩体西部庄果峪向斜的一处转折端. 向斜转折端近似于尖棱状, 两翼产状总体表现为南西
翼稍陡、北东翼略缓, 但在北东翼靠近向斜转折端的部位局部地层产状较陡. 在相对较缓的向斜东翼发育了6条背离向斜逆冲断层(F 2—F 7) , 稍远离向斜核部的断层有与上下盘地层共同褶皱的趋向, 与Mitra 定量模拟所预期的背离向斜逆冲断层发育过程及断层产生序列(Mitra , 2002, 之图3) 非常相似. 这些断层起始于褶皱轴面(AS ) 的一侧, 或不同轴面汇聚的位置.
递进变形过程中, 早期形成的褶皱相关断裂构造卷入后期褶皱变形过程的现象也见于露头尺度的褶皱变形与相关断裂构造当中. 图6是燕山中部河北兴隆县营南峪乡清水湖村东部的一个小型褶皱及相关断裂构造, 它位于近东西向展布、向南逆冲的逆冲构造带当中, 变形地层是中元古界长城系高于
第19卷 第3期 2009年3月
291
图6 河北兴隆营南峪乡清水湖村东的褶皱及相关断裂构造
背斜、1个箱状向斜和1个箱状背斜. 其中发育有6条断层, 根据断层运动学性质及其与褶皱变形相互关系, 断层之间的切错和断裂后期变形特征分析, F 1, F 5, F 6形成相对较早, 而且F 5和F 6在后续变形过程中与上下盘地层一起卷入了褶皱变形, 跨
越断层褶皱轴面可以连续延伸. F 3和F 4具有背离向斜逆冲断层的性质, 而且F 4将顺层滑脱断层F 5切错. F 2在运动学上与弯滑褶皱变形期间产生的顺层滑动一致, 并在褶皱转折端处切穿地层. 2. 2 背斜转折端楔入式逆冲与叠覆楔构造纵弯褶皱作用中褶皱核部会出现局部强化的收缩变形, 如果变形岩层能干性较低易于发生塑性变形, 将通过透入性均匀缩短或产生次级褶皱的方式, 使转折端岩层显著加厚. 而在岩石表现为相对能干的情况下, 将在转折端部位形成一系列小型逆冲断层, 沿着这些逆冲断层的滑动和垂直层面的叠置导致褶皱转折端的地层加厚. 如果小型逆冲断层, 楔入式逆冲构造; 当这些逆冲断层以相反的倾向和上盘逆冲方向出现, 导致岩层的交互叠置时, 即形成了所谓褶皱转折端部分的叠覆楔
[19]
. Brow n
(1984) 形象地将这种相反方向逆冲断层反复出现导致褶皱转折端加厚的现象称作“乒乓构造”(ping -[22]pang structure ) , 而W rede 将其称为鱼尾构造[24](fish -tail structure ) . 图7是两个褶皱转折端楔
入式逆冲和叠覆楔的手标本尺度的变形实例, 其中图7(a ) 中由于转折端叠覆楔(F 1、F 5、F 6、F 7、F 8、F 9) 的产生, 导致转折端地层剧烈加厚, 达翼部正常厚度的2. 2倍. 图7(b ) 背斜底部转折端附近发育枢纽逆冲楔, 断层已经发生轻微弯曲表明它们曾经遭受了后期褶皱变形的轻微改造; 较高位置的标志层中发育有3条倾向相反、交叉叠置的逆冲断层(F 8、F 9、F 10) , 它们大致相对于褶皱轴面对称分布, 并且由于这些断层的发育造成标志层厚度在褶皱转折端部位显著增加, 大约是翼部正常厚度的1
292
第19卷 第3期 2009年3月
并不与主要滑脱带相连. Mitra 的这种总结和概
括, 主要是从褶皱相关断裂与断层相关褶皱系统中的断裂构造进行比较的角度作出的, 尽管反映了褶皱相关断裂构造的实质, 但是由于断层位移量本身, 尤其是断层位移量在断层走向和倾向上的变化, 是研究难度较大的内容之一, 因此, 这种鉴别标准在实际研究工作中的适用性尚显不够.
W rede 在研究德国Ruhr 盆地构造变形时, 提出了识别褶皱相关断层的5条标志:(1) 断裂构造在几何学及运动学方面与相邻褶皱密切相关, 断层走向总体上与褶皱枢纽走向平行, 并大致相对于褶皱轴面呈对称分布;(2) 断层面上、下盘中褶皱构造具有相似性, 褶皱轴面可以穿越断层并连接在一起; (3) 逆冲断层彼此孤立而且规模有限, 并不需要由断坪连接在一起; (4) 断层可以终止在层面以外, 断尖处与层面存在夹角而并不一定顺层发育; (5) 褶皱相关断裂构造总是沿着运动方向向上切层[24]. 这些标志在Ruhr 盆地的区域性研究中可能是正确而且实用的, 但是是否具有普遍意义尚值得进一步研究. 例如, 其中有些标志是所有逆冲断层的共同特征, 如第(5) 条, 因此对于识别褶皱相关断裂构造不具有本质意义. 而根据W rede 提供的研究实例(Wrede , 2005, 图4) , 其识别标志的第(2) 条, 实际上反映了断层形成之后又与上、下盘地层共同卷入后续褶皱变形的递进变形特征, 与图6之F 3, F 4, F 5, F 6类似. 这些断层是在褶皱作用之前形成的, 还是在褶皱变形发育到一定阶段产生的褶皱相关断裂构造, 实际上存在着不确定性. 因此, 如何正确鉴别褶皱相关断裂构造, 仍然是需要从更多的研究实例中加以总结和概括的重要问题.
根据前人已有的研究成果和我们的实际研究, 认为以下几个方面可以在进行这种构造的识别当中作为参考. (1) 断裂构造的规模, 褶皱相关断裂构造与邻近褶皱相当或相对较小, 即在规模上是从属于褶皱构造的. (2) 沿着断层发生的位移量, 褶皱相关断裂构造, 尤其是背离向斜逆冲构造或指向背斜逆冲断裂, 其位移量向着褶皱转折端部位变小直至消失, 而在褶皱翼部位移量逐渐增大.(3) 断层切层角(cut -o ff angle ) 变化特征, 褶皱相关断裂构造[24]
[19]
图7 小型褶皱转折端附近的枢纽楔与叠覆楔构造
2. 3 褶皱翼部的楔入式逆冲构造
按照M itra 的区分方案, 褶皱翼部楔入逆冲断层是发育在翼部并与弯滑褶皱过程中层间滑动运动学特征协调一致的逆冲断层, 在强弱岩层互层岩系当中的强硬岩层内易于产生这类褶皱相关断裂. 图2(a ) 之F 6, 2(b ) 之F 5属于此类, 图2(c ) 之F 9, F 14也可能是翼部楔入式逆冲断层. 由于岩层之间的能干性差异并不很大, 因此并未呈现出Mitra 模型所预期的非常典型的翼部楔入式逆冲断层. 需要注意的是, 并非分布在褶皱翼部的逆冲断层都属于翼部楔入式逆冲断层, 有些断层的形成可能早于褶皱变形, 不是弯滑褶皱层间滑动作用导致的从属于褶皱变形的褶皱相关断裂构造, 而是不同阶段变形的产物, 相关问题将在本文后面讨论.
3 褶皱相关断裂构造的识别标志
正确识别褶皱相关断裂构造无论对于进行褶皱-断裂关系基础理论研究, 还是对于准确地预测收缩构造变形区域隐伏构造几何学特征和对地震剖面资料进行正确地地质解释, 都具有重要意义. M itra 曾经指出, 与控制褶皱形成的断层相比(断层相关褶皱系统) , 褶皱相关断裂构造的关键性特征是, 它们的位移量较小, 而且位移量向上、向下可以发,
第19卷 第3期 2009年3月
293
展, 但趋向于褶皱转折端切层角加大, 如果断层越过褶皱枢纽, 则更可能出现切层角突然加大的现
象. (4) 从发育位置上看, 更多的褶皱相关断裂构造主要形成于褶皱翼部, 最典型的褶皱相关断裂构造应该表现出相对于褶皱轴面的几何学与运动学的对称性. (5) 从构造运动学上看, 褶皱相关断裂构造的运动学特征, 应该与褶皱变形期间因为岩层弯曲或者层间滑动所需要的岩层破裂和运动方向协调一致, 而不仅是表现出与褶皱变形所需要的区域性收缩作用的一致性.(6) 从产出的构造背景来看, 存在着能干性差异的岩层互层组合, 在温度和围压条件不允许地质体发生总体的强烈塑性流动变形的收缩变形区域, 尤其是总体上看变形表现为同心褶曲的褶皱变形地区当中的断裂构造, 是否属于褶皱相关断裂构造需要特别注意.
动方向是相反的. 而如果用早期较高层位相对向右发生顺层滑动产生层内小型逆冲断层导致岩层加厚, 随后这些小型断层与上下盘岩石共同卷入褶皱变形的两阶段变形模型, 则可以较好地解释这种褶皱及其中断裂构造的相互关系. 图8(b ) 两翼逆冲断层运动方向恰好与弯滑褶皱翼部预期运动方向一致, 可以用弯滑褶皱翼部楔入式逆冲构造简单褶皱相关断裂构造模型予以解释, 而褶皱转折端附近的断层可以是背离向斜或指向背斜逆冲断层被进一步的褶皱变形轻微改造的结果. 图2(a ) 之F 2, F 3, F 7以及图2(c ) 之F 1, F 4, F 6, F 13, 以及图9(a ) 中的断层, 图9(b ) 之F 3—F 12, 图9(c ) 中的F 4, F 5, F 6, F 10, F 11, F 12, F 14, 都表现为相对强硬岩层中的小型断层的形成应该早于褶皱变形, 尤其是图9(b ) 中F 3—F 10断层之间发育的向褶皱核部变窄的小型方解石脉体的发育, 表明在后续褶皱变形过程中沿着早期破裂曾经发生旋转张裂. 其他发育在褶皱翼部的小型逆冲断层可能是褶皱相关断裂构造.
其次, 发育在褶皱转折端附近的叠瓦式楔入逆冲构造, 是形成于褶皱变形之后核部局部强化收缩变形阶段, 还是早在褶皱变形之前即亦产生, 需要特别注意, 尤其是在褶皱翼部明显存在着褶皱变形前的逆冲断层的情况下(图8(a ) ) , 例如, 图2(c ) 之背斜转折端附近以F 5标记的一系列逆冲断层. 它们是在褶皱变形之前形成的小型逆冲断层, 又卷入了后期褶皱变形当中, 还是属于比较典型的枢纽叠瓦楔入逆冲构造, 并不能完全确定, 因为在褶皱翼部明显存在着早于褶皱变形的逆冲断层(如F 1, F 4, F 6) . 如果褶皱变形之前由于收缩变形已经在被相邻非能干岩层夹持的相对强硬岩层当中形成了小型逆冲断层, 这些小型逆冲断层的产生以及导致的强图8 楔入式逆冲断层的鉴别模式
(a ) 表示断层在褶皱前形成; (b ) 则为楔入式逆冲断层
4 讨论与结论
4. 1 褶皱相关断裂构造模型中的褶皱、断裂变形时序
褶皱变形是一种连续的递进变形过程, 而其中断裂构造的出现代表了非连续变形成分的参与. 收缩变形过程中褶皱和断裂出现的先后顺序及其相互
关系, 是变形岩层力学性质(总体能干性和能干性差异) 及其与变形环境条件(温度、围压、变形速率、流体活动) 相互作用的综合结果, 因此, 弄清楚复杂构造变形过程中褶皱-断裂相互关系, 具有重要的基础理论意义. 如果这种变形过程与具有经济意义的流体和气体(含矿热液、石油、天然气) 的运移和富集或者破坏相关, 则这种研究又具有重要的实际意义.
首先, 在构造形迹规模和发育位置上从属于褶皱构造的断裂, 不一定是褶皱相关断裂构造, 还需要从构造运动学的配套关系上加以甄别. 图8表示了两种不同的褶皱-断裂相互关系.
图8(a ) 所示情形表明在褶皱翼部和转折端处发育的总计5条断层, 应该在褶皱变形发生之前即已产生, 并一起卷入后续的褶皱变形当中. 因为, 尽管在背斜的左翼沿着小型断层发生的滑动方向与弯滑褶皱所预期的顺层滑动方向一致, 但是在右翼的
两条小型断层的运动方向与弯滑褶皱翼部的顺层滑
294
第19卷 第3期 2009年3月
Creek Field ) 一构造剖面
[24]
简化的断裂与褶皱相互
关系模型剖面示意图, 整体构造形态和断裂发育情
况得到详细地震勘探和钻探工作资料的控制. 从图中可以看出, 地表所见的断层F 1—F 7实际上是由不对称向斜核部向上发育的7条背离向斜逆冲断层, 其中4条出现在缓倾翼, 3条发育在陡倾翼. 在这些断层中, F 1可观测到的位移量最大. 因此, 在没有考虑背离向斜逆冲断层这一概念模型时, 很有可能会将F 1视作一条控制了该断展褶皱形成的大型逆冲断层, 并在切穿背斜的陡倾翼后向上扩展出露地表. 从而, 也就将其推断为可以向下大幅度延伸(断虚线所示) 并进入下伏滑脱带. 而事实上真正的主逆冲断层是F 9, 它并没有切穿褶皱, 而是终止在了褶皱核部, 并在其扩展尖端部位形成了典型的断展褶皱. 如果在编制这样的平衡剖面图时对褶皱相关断裂构造模型加以参考, 就可能更准确地解释出隐伏断层的发育状况和位移量变化特征, 暴露于地表的断层向向斜核部位移量逐渐减小, 导致断展背斜产生的背斜核部逆冲断层F 8和F 10, 向着褶皱核部方向位移量也逐渐变小. 即使随着构造变形的
图9 断裂变形发生在褶皱变形之前的小型褶皱-断裂构造
加强, 背离向斜逆冲断层有可能和指向背斜逆冲断层连接在一起形成统一的断层, 但是贯通后的断层位移仍然表现出中部位移量最小, 向深部、浅部两端一定范围内位移量增大的特征. 这对于编制和解释平衡地质剖面具有重要的指导意义.
4. 3 背离向斜逆冲构造与“逆冲断层”和“正断层”共存现象
背离向斜逆冲断层并不总是发育在不对称向斜的缓倾翼, 也可以出现在向斜的陡倾翼(图10) . 当陡倾翼尚未发生倒转之时, 这些背离向斜逆冲断层可以表现为高角度的逆冲断层(图10, 图2(a ) 之F 4) , 从更大的尺度上则可能形成从盆地区域向相邻造山带区域逆冲的逆冲构造. 随着收缩变形的持续, 发育在陡倾翼的这类断层在露头上可能表现为高角度的“正断层”, 如图2(a ) 之F 1. 这种“正断层”与缓倾翼低角度背离向斜逆冲断层同是区域收缩变形以及褶皱变形导致的局部强化收缩变形的结果, 它们所夹持的地层被从强烈收缩的褶皱核部“挤出”(crow ding ) , 因此地表露头尺度上观测到的““”, [22]
置, 即所谓褶皱成核部位(nucleation sites ) 侧更易形成楔形张裂变形, 如图9(b ) 所示.
[19]
, 那
么在进一步的褶皱变形过程中可能在褶皱转折端外
4. 2 背离向斜逆冲构造模型对收缩变形区平衡剖面编制的意义
背离向斜逆冲构造的重要特征之一, 是其位移量向着向斜转折端部位逐渐减小直至消失. 由于多数背离向斜逆冲构造发育在不对称向斜的缓倾翼, 因此在这类构造保存或暴露不完全的情况下, 按照褶皱不对称性及其与逆冲构造的相互关系, 比较常见的是将逆冲断层向下延伸到向斜陡倾翼之下甚至完全穿过陡倾翼而与下伏可能存在的主要逆冲断层相连. 这样处理的结果, 是人为地夸大了收缩变形造成的缩短量. 而背离向斜逆冲构造, 为收缩变形区域构造解释和平衡剖面复原提供了另外一种重要的构造模型, 即断层有可能向下终止或消失于向斜的转折端部位而不切穿向斜构造.
第19卷 第3期 2009年3月
295
图10 背离向斜逆冲断层发育特征与剖面平衡问题示意图
(根据文献[22]之图97简化和修改)
背景下产生, 而不一定是在收缩变形之后应力松弛阶段或应力体制发生转换之后再形成“正断层”.
这是否可以作为造山带区域发现的逆冲作用和“伸展拆离”作用同时发生的一种模型, 需要具体研究证实. 同时提醒我们, 在造山带伸展构造研究中, 尤其是与造山带走向大致平行的浅层次高角度正断层代表的造山带伸展构造变形, 是造山后伸展构造变形的结果, 还是形成于强烈收缩变形期间, 需要特别注意, 这还关系到造山带区域构造变形的应力状态的转变与否的问题. 4. 4 结论
作为自然界中两种最重要的分别代表连续变形和非连续变形的构造形迹———褶皱和断裂构造, 其相互关系的深入研究具有重要的理论意义和实际意义. 除了过去25年来得到系统深入研究的断裂为主导、控制褶皱变形及其几何学特征和演化过程的断层相关褶皱构造之外, 褶皱相关断裂构造也是一种重要的褶皱-断裂构造关系类型. M itra [19]对褶皱相关断裂构造进行的系统定量化分析和类型总结, 具有重要的参考和借鉴意义. 但是, 由于其定量几何学分析, 基本上假定了不存在顺层滑动, 而自然界中的实际变形可能尽可能首先利用包括层面在内) 和调节应变, 因此, 实际观测到的褶皱相关断裂构
造与Mitra 模型预期存在着差异. 尤其是, 其第8种具体类型———反冲断层(图1(h ) ) , 从严格的褶皱相关断裂构造的含义上去甄别, 不应该作为褶皱相关断裂构造的一种类型.
前翼逆冲断层、后翼逆冲断层和前翼-后翼逆冲断层, 具有重要的递进变形分析理论意义. 但是, 由于在变形强化到形成统一的逆冲断层之后, 原有的断裂-褶皱关系遭到改造和破坏, 给这类褶皱-断裂相互关系的鉴别带来困难. 实际上, 有可能通过开展位移量沿着断层倾向上的变化特征分析, 从中筛分出是否存在这种类型的褶皱-断裂关系, 并对构造演化过程研究和平衡剖面的合理编制提供重要的参考模型. 枢纽楔入逆冲断层是浅部构造层次褶皱变形过程中, 转折端加厚的重要机制; 同时由于其通常处于构造高点部位, 有可能成为储油气构造的重要构造成分, 实际工作中应特别重视. 褶皱相关断裂中最常见的要数背离向斜逆冲构造和指向背斜逆冲构造, 这种构造模型对于正确编制收缩构造区平衡地质剖面具有重要指导意义.
本文在前人研究基础上, 结合手标本尺度和露头尺度褶皱相关断裂构造剖析, 初步总结提出了识6,
296
第19卷 第3期 2009年3月
构造变形区域进行构造样式研究和定量构造几何学、运动学研究时参考. 但是, 由于有关褶皱相关
断裂构造研究刚刚开始, 其研究深度远不及断裂相关褶皱构造, 因此, 这些识别标志需要在更多褶皱相关断裂构造被认识和深入研究之后, 予以修正和补充.
致谢 本文手标本尺度褶皱-断裂相互关系研究得到中国地质大学(北京) 基础地质实验室曹秀华老师的大力帮助; 两位审稿人对论文进行了细致深入地审阅并提出了非常好的、具有重要启发意义的意见和建议, 为论文的修改和提高起到了重要的促进作用. 在此对上述人士表示衷心感谢.
参 考 文 献
1 Heim A . Geologie der S chw eiz . In :Leipzig CH , T anchnitz ,
1919, 704
2 Bu xtor A . Prognosen u nd befu nde beim Hauenstemb asisund
Grenchenberg tu nnel un d die Bedeu tu ng der letzeren fur die geol -ogie des Juragebirges . Verhand lungen der Naturforschenden Ge -s ellschaft in Bas el , 1916, 27:184—205
3 Rich J L . M echanics of low -anlge overthru st faulting as illus tra -ted by Cumberland thrus t block , Virginia , Ken tu cky , and Ten -nessee . Am . Ass oc . Petroleum Geologis ts Bu ll , 1934, 18(20) :1584—1596
4 S uppe J . Geometry and kinematics of fault -b end folding . Ameri -can Jou rn al of Science , 1983, 283:684—721
5 Jamison WJ . Geometric analysis of fold development in over -th ru st terranes . Jou rnal of S tru ctural Geology , 1987, 9:207—219
6 S uppe J , M edwedeff DA . Geom etry and kin ematics of fault -pro -pogation folding . Eclogacgeol Helv , 1990, 83(3) :409—4547 S uppe J . Principles of S tru ctural Geology . P rentice -H all , Inc ,
Englew ood Cliffs , New Jersey , 1985, 07632:341—3528 M itra S . Fault -propogation fold :Geometry , kinematic evolu -tion , and hyd rocarb on . AAPG Bulletin , 1990, 74:921—9459 Homza TX , W allace WK . Geometric and kinem atic models for
detachment folds w ith fixed and variable detachment depths .
Jou rnal of S tru ctural Geology , 1995, 17(4) :575—588
10 M Itra S . A unified kin ematic model for the evolu tion of detach -ment folds . Jou rnal of S tructural Geology , 2003, 25:1659—1673
11 Ers lev EA . T rishear fault -propogation folding . Geology , 1991,
19:617—620
12 Allm endin ger RW , S haw JH . Estimation of fault propagation
dis tance from fold sh ape :Implications for earthquake hazard as -sessment . Geology , 2000, 28(12) :1099—1102
13 Cris tallini EO . Backlimb trishear :A kinematic model for cu rved
folds developed over angular fault bends . Jou rnal of S tru ctural Geology , 2002, 24:289—295
14 Joh nson KM , Johns on AM . M echanical models of trishear -like
folds . Journal of Structu ral Geology , 2002, 24:277—28715 Cardozo N , et al . M echanical models of fault p ropagation folds
and comparis on to the trishear kinematic model . Journal of Structu ral Geology , 2003, 25:1—18
16 Su ppe J , Chou G T , Hook SC . Rates of folding and faulting de -termined from grow th strata . In :M cClay K R , ed . T hrus t Tec -tonics . London :Chapman &H all , 1992, 105—121
17 M cC lay KR . T hrus t tectonics and hy drocarbon sy stems ; Intro -duction . In :M cC lay KR , ed . T hrus t Tectonics and H ydrocar -bon Systems :AAPG M em oir , 2004, 82:ix —xx
18 何登发, John Suppe , 贾承造. 断层相关褶皱理论与应用研究新
进展. 地学前缘, 2005, 12(4) :353—364
19 M itra S . Fold -accommodation faults . AAPG Bu lletin , 2002, 86:
671—693
20 De S itter LU . Structu ral Geology , 2d ed . New York :M cGraw -H ill , 1964, 551
21 Dahlstrom C DA . S tructural geology in the eastern m argin of the
Canadian Rocky M ou ntain s . Bulletin of Canadian Petroleum Ge -ology , 1970, 18:332—406
22 Brow n W G . Basem en t involved tectonics foreland areas . AAPG
Continuin g Education Course Note S eries , 1984, 26:9223 Cloos E . Wedging , bedding plane s l ip , and g ravity tectonics in
the Appalachians (ab s . ) . Geological Society of Am erica Ab -stracts , 1964, 76:239
24 W rede V . Th rusting in a folded regime :Fold accomm odation
faults in the Ruh r basin , Germany . Journal of S tru ctural Geolo -gy , 2005, 27:789—803