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《构造地貌的形成》褶皱与断层解《构造地貌的形成——褶皱与断层解》在我们生活的这个广袤地球上，有着各种各样奇特而壮观的地貌景观。
从雄伟的山脉到深邃的峡谷，从广袤的平原到起伏的丘陵，这些地貌的形成都与地球内部的力量和地质作用密切相关。
其中，构造地貌的形成是一个极其复杂而又引人入胜的过程，而褶皱与断层则是其中最为重要的两种地质构造。
首先，让我们来了解一下褶皱。
褶皱就像是地球表面的“皱纹”，是由于岩石在受到强大的挤压作用时发生弯曲变形而形成的。
想象一下，一块巨大的橡皮被两只手从两端向中间挤压，它就会弯曲、褶皱起来，岩石的褶皱形成过程与此类似。
褶皱可以分为背斜和向斜两种基本类型。
背斜是岩层向上弯曲拱起的部分，它的岩层形态就像是一个倒扣的碗。
而向斜则是岩层向下弯曲凹陷的部分，如同一个正放的碗。
在地表形态上，有时候背斜会形成山岭，向斜会形成谷地。
但这并不是绝对的，因为在长期的风化、侵蚀等外力作用下，背斜顶部由于受到张力的影响，岩石比较破碎，容易被侵蚀成谷地；而向斜槽部受到挤压，岩石坚硬，反而不容易被侵蚀，从而可能形成山岭。
褶皱的规模大小不一，小到在一块岩石上就能看到的微小褶皱，大到绵延数百甚至数千公里的巨大褶皱山脉。
比如，著名的阿尔卑斯山脉、喜马拉雅山脉等都是由大规模的褶皱构造形成的。
这些山脉不仅是地球地质历史的见证，也为人类提供了壮丽的自然景观和丰富的资源。
接下来，我们再说说断层。
断层是岩石在受到强大的压力或张力作用时发生断裂，并沿断裂面发生明显位移而形成的。
断层可以分为正断层、逆断层和平移断层。
正断层是指上盘相对下降，下盘相对上升的断层。
这种断层通常是由于地壳受到张力作用而形成的。
比如，在一些地区，由于地壳的拉伸，地层会沿着断层断裂，上盘下降形成谷地或低地。
逆断层则与正断层相反，是上盘相对上升，下盘相对下降的断层。
它通常是在地壳受到挤压作用时产生的。
逆断层常常会导致地层的重叠和加厚，在地表形成隆起的山脉或高地。
结构地质学中的褶皱与断裂演化过程褶皱与断裂是结构地质学中非常重要的概念，它们揭示了地壳在长时间尺度下的演化过程。
褶皱和断裂现象通常与构造运动有关，地质学家通过研究褶皱和断裂的演化过程，可以了解地球内部的构造变动和岩石形成的原因。
在结构地质学中，褶皱是地壳中岩石层弯曲的现象。
它们通常形成于地球的大地构造运动中，如板块碰撞或山脉的形成过程中。
褶皱的形成是由于岩石受到构造力的作用，导致地层发生变形。
通过研究褶皱的形状、方向和尺度，我们可以了解到地球内部的构造运动和岩石变形的方式。
褶皱的演化过程可以分为几个阶段。
首先是形成褶皱的推力阶段，这是由构造力作用于地壳引起的。
在这个阶段，地壳的岩石层受到推力的挤压，产生了褶皱的初始形态。
随着构造力的不断作用，褶皱逐渐加深和加宽，形成了更加复杂的形态。
接着是褶皱的调整阶段，也称为凸起和坍塌。
在这个阶段，褶皱的顶部会发生变形，可能出现断裂和变形带。
这是由于构造运动的不均匀性导致的，不同部位的地壳承受的应力不同，从而产生了较大的变形。
最后是褶皱的稳定阶段，这是褶皱演化的最后阶段。
在这个阶段，褶皱逐渐达到平衡状态，地壳受到的构造力达到平衡，并保持了相对稳定的形态。
褶皱的稳定阶段可能会持续较长的时间，形成了山脉等地貌特征。
除了褶皱，断裂也是结构地质学中的重要概念。
断裂是地壳中岩石层发生断裂的现象，它通常与构造运动有关。
断裂可以由构造力引起，也可以是地震活动或其他因素造成的。
地质学家通过研究断裂的演化过程，可以了解地壳的应力状态和岩石断裂的原因。
断裂的演化过程可以分为几个阶段。
首先是断裂的形成阶段，这是由于地壳受到应力的作用而发生的。
在这个阶段，地壳中的断层开始发生位移，形成了初步的断裂带。
接着是断裂的扩展阶段，这是断裂演化的重要阶段。
在这个阶段，断裂带逐渐扩大，断层发生较大的位移。
断裂带的扩展会导致地壳发生断裂，形成大的断裂带。
最后是断裂的稳定阶段，这是断裂演化的最后阶段。
断层相关褶皱1.断层相关褶皱在断层作用过程中所形成的褶皱或与断层作用有关的褶皱。
断层相关褶皱理论认为褶皱的产生、发育都与断层的活动密切相关，任何复杂的褶皱都可以由断层转折褶皱、断层传播褶皱和滑脱褶皱组合而成。
2.断层转折褶皱(Fault一BendFold)SuPPe(1983)建立了断层转折摺皱的几何学和运动学模型，断层(台阶状断层)由下断坪(水平断面，位于较低层位)、断坡(倾斜断面)、上断坪(水平断面，位于较高层位)组成。
当上盘地层通过断坡时发生褶皱，形成断层转折褶皱。
大邑背斜深部构造样式主要是断层转折褶皱及在断层转折褶皱产生过程中，在断坡处引发的突发构造和在上断坪处产生的次级断层构成(图1)。
断展褶皱（Fault-propagation fold，FPF），或称为断层传播褶皱，或断层扩展褶皱，也被称为断层端线褶皱。
断展褶皱的形成与断坡的形成大致同时，所形成的褶皱背斜一般具有明显的不对称性，前翼陡，后翼缓，在较低层位上的背斜构造为尖棱状，在较高的层位上背斜可能出现平顶，是断层扩张作用的结果。
背斜的轴面向岩层运动的方向倾倒。
上盘断层的断距在断坡方向上越来越小，最后消失于断层端线。
断层端线位于前方不对称向斜的最下枢纽处。
图1 断层转折褶皱的形成过程以单个台阶状断层产生的断层转折褶皱为例(图1)，图中轴面A、B(固定轴面)终止于下盘的X、Y点，轴面A‘、B’(活动轴面)终止于上盘的X‘、Y’点，当地层沿断层运动时，轴面A、B相对于下盘保持静止，上盘地层在通过轴面A、B时发生变形，轴面A‘、B‘则随着上盘地层一起运动，上盘地层在通过轴面A‘、B’时不发生变形；在断层开始位移的时候，首先形成两个膝折带A一A‘、B一B’(图1. a)，随着位移的增加，两个膝折带的宽度增加，构造幅度增大，背斜平顶宽度减小(图1. b)；当点Y‘到达点X时，轴面B‘突然停止随上盘的移动，并在X点固定于下盘，而轴面A从下盘点X被释放，开始随上盘点Y’运动，这时，构造幅度与膝折带A一A‘、B一B’的宽度达到最大，背斜平顶宽度达到最小，这时轴面A、A‘为活动轴面，轴面B、B‘为固定轴面(图1.c。
断层褶皱的概念及分类
断层褶皱是地球地壳中常见的地质构造形态，是地壳皮层中岩石、土层在地壳运动过程中发生断裂和弯曲而形成的。
断层是指岩石或土壤层在地壳运动中受力超过其抗力时发生断裂。
断层可以分为几种类型：
1. 正断层（逆断层）：正断层是指岩层在垂直于断层面方向上的相对上升（下降）。
正断层常伴随着水平挤压力，是构造抬升和山脉形成的重要原因。
2. 逆断层（倒转断层）：逆断层是指岩层在垂直于断层面方向上的相对下降（上升），与岩层原来的水平方向相对。
3. 侧错断层（走滑断层）：侧错断层是指岩层沿着断层面的平行方向发生滑动，而不发生垂直方向上的上升或下降。
4. 层错断层：层错断层是指岩层沿断层面滑动时，断层面的切向和垂向分量都有可观的位移。
褶皱是指岩层在地壳运动过程中由于构造应力的作用而发生的弯曲。
褶皱可以分为几种类型：
1. 波状褶皱：波状褶皱是指岩层的弯曲形成波动状的曲线，其波峰和波谷分别对应岩层的凸起和凹陷部分。
2. 折片状褶皱：折片状褶皱是指岩层在构造运动中出现的狭长褶皱，形状类似于扑克牌中的扇形折叠。
3. 褶曲状褶皱：褶曲状褶皱是指岩层的弯曲形成弯曲且闭合的弧形褶皱，常伴随着产生盆地和山脊的构造运动。
褶皱和断层常常同时出现，它们是地壳发生变形和岩层形成的重要地质现象。
断层相关褶皱摘要：形成机制与断层活动有生成联系的褶皱称为断层相关褶皱。
断层与褶皱有空间和几何关系，它们的形成是相互关联的。
本文通过对相关文献书籍的阅读，对断层相关褶皱理论和形成过程以及其应用，进行一些讨论和总结。
关键词：断层相关褶皱反牵引褶皱断层转折褶皱断层传播褶皱断层滑脱褶皱一、前言R ich (1934 )提出断层转折褶皱的几何学概念以来,Suppe(1983)首次将其定量化, 建立了褶皱形态与断层形态和断层滑动之间的定量关系, 奠立了断层相关褶皱理论的基本模型。
近20多年来，断层相关褶皱的二维几何学和运动学模型研究已经取得了十分显著的进展。
恢复断层或褶皱的演化历史, 近年来也取得重要进展。
利用一系列正演或反演方法可以再现构造演化的过程, 数值模拟技术取得重要进步。
考虑到地层的岩石组成及岩石变形的行为, 断层相关褶皱研究也向力学模型迈进。
断层是岩石不连续的破裂变形, 大多数断层都是脆性剪切裂缝带。
两者常常出现在同一地区或同一构造单元内。
岩石沿着断面滑动可以转变为多种类型的褶皱, 褶皱在发育过程中在枢纽带、背斜顶部也可以形成次级断层。
关于两者关系的讨论由来已久, 至于是形成断层还是褶皱主要取决于具体的构造环境, 例如应力场、温度、压力、流体及岩石的组成等。
大多数褶皱起源于下伏断层倾角的变化, 或是断层滑动量向褶皱位移的逐渐传替与正断层相关的褶皱。
二、断层相关褶皱的类型根据断层性质可以将断层相关褶皱分为与逆断层相关的褶皱和与正断层相关的褶皱。
2.1与正断层相关的褶皱反牵引褶皱：向上弯曲的铲式正断层，由于正断层的运动，上下盘之间形成了一种潜在的空隙，随后上盘岩层在重力的作用下弯曲垮塌进入空隙形成反牵引弯曲的褶皱。
形成过程如图：形成铲式正断层——断层滑动时上下盘之间产生空隙——上盘在重力的牵引下向下垮塌进入空隙形成反牵引褶皱即滚动背斜。
图2-1 反牵引褶皱简易图示2.2与逆断层相关的断层在逆冲断层相关褶皱中, 断层转折褶皱、断层传播褶皱和滑脱褶皱是 3种最基本的类型。
伸展断层相关褶皱类型及成因机制摘要：断层相关褶皱的动力学成因并非只有挤压作用，在伸展应力作用下也可形成伸展断层相关褶皱。
为了全面理解伸展断层相关褶皱的运动学和动力学特征，本文利用Move软件重现伸展断层传播褶皱和伸展断层转折褶皱演化过程，并探讨其成因机制，得到如下认识：①伸展断层传播褶皱的形成受控制于地腹深部断层活动，是浅部构造变形对深部构造变位的响应。
②铲式正断层相关褶皱是伸展作用下地层由于重力弯曲变形，发育形成的反牵引褶皱（滚动背斜）。
③坡坪坡式正断层相关褶皱是台阶状正断层控制作用下发育形成的背-向斜复合褶皱。
关键词：伸展断层相关褶皱；演化过程；成因机制Types and genetic mechanism of extensional fault-related foldsAbstract: The dynamic origin of fault-related folds is not only compression, but also extensional fault-related folds can be formed under extension. In order to understand the kinematic and dynamic characteristics of extensional fault-related folds, this paper uses Move software to reproduce the evolution process of extensional fault-propagation folds and extensional fault-bend folds, and discussestheir genetic mechanisms. The following understandings are obtained:① The extensional fault-propagation folds is controlled by deep-state fault activity, which is the response of shallow structuraldeformation to deep structural displacement. ② The listric normalfault-related folds is a reverse traction fold (rolling anticline) developed due to gravity bending deformation of strata under extension.③ The ramp-flat-ranmp normal fault-related folds is a anticline-syncline compound fold developed under the control of step type normal fault.Key words: extensional fault-related folds, evolution process, genetic mechanism1 引言断层相关褶皱是指在断层发育过程中由于地层弯曲变形而伴生发育的褶皱[1]。
自1983年Suppe John基于面积和厚度守恒原则建立起“断层转折褶皱”的几何定量关系以来[2]，断层传播褶皱和滑脱褶皱等断层相关褶皱理论受到了密切关注，并被广泛应用于挤压环境下复杂褶皱构造解析和含油气盆地研究之中[3-5]。
但是褶皱形成的动力学环境并非只有挤压动力学一种，国内外学者在对美国的盆岭伸展区、莱茵地堑，国内海拉尔盆地、松辽盆地以及渤海湾盆地等地区的研究表明，与断层伴生的褶皱也可以发育在伸展动力学环境之下[6-10]。
为了区别于挤压环境下的断层相关褶皱，常称之为伸展断层相关褶皱。
随着伸展构造研究的不断深入，伸展断层相关褶皱的油气地质意义越发受到关注。
断层对盆地内油气的运聚起到关键控制作用，褶皱可以为油气藏的聚集提供有利圈闭，此外，还可以根据断层上下盘地层厚度、褶皱变形等特征来反推断裂的发育时期、活动期次以及所处动力学环境等，从而实现精确刻画油源断裂、指导油气勘探开发目的[11-13]。
本文在结合前人研究基础上，利用Move软件重现伸展断层相关褶皱形成演化过程，解析其成因机制，旨在为全面理解伸展断层相关褶皱提供理论支撑。
2 伸展断层相关褶皱分类伸展环境下，由于正断层几何形态、活动性的改变以及断层之间的相互作用，往往发育多种与断层发育演化过程有直接关系的褶皱。
根据断层线与褶皱轴线的接触关系，可将伸展断层相关褶皱划分为横向褶皱、纵向褶皱和斜向褶皱[8,14-15]。
根据褶皱成因机制，又可将伸展断层相关褶皱划分为伸展断层传播褶皱、伸展断层转折褶皱、牵引褶皱和横向褶皱等（图1）。
为了更加明确褶皱和断层之间的成因联系，本文主要开展伸展断层传播褶皱和伸展断层转折褶皱的研究。
伸展断层传播褶皱是由于伸展作用下隐伏正断层的活动而导致上覆地层发生被动弯曲变形，也有称之为强制褶皱[12]。
该类褶皱常表现出前翼陡窄、后翼宽缓的不对称形态。
隐伏正断层活动在浅部地层中形成一个三角形变形区域。
区域内，地层弯曲变形，形成褶皱，且越靠近断层端点，变形越强烈，褶皱越紧闭；区域外，地层未受到断层影响，不发生形变（图1a）。
伸展断层转折褶皱是由于伸展作用下正断层断面倾角变化而引起地层发生褶皱弯曲（图1b）。
常见的特殊类型有铲式断面控制作用下的滚动背斜、坡坪坡式断面控制作用下的背-向斜复合褶皱等。
图1 伸展正断层相关褶皱典型类型3 伸展断层相关褶皱发育演化过程构造演化分析就是从时间的角度去分析构造发育演化过程和变化规律，有助于理解其构造运动学特征。
伸展断层传播褶皱发育受控于地腹深部的隐伏正断层。
当隐伏正断层开始活动，被断层所切割的地层顺断层面向下滑移错动，而上覆未被断层错断的地层为了保持变形的协调性，形成一个变形三角区。
随着断距的不断增大，三角形区域内的岩层变形越来越强烈，且越靠近断层端点处，岩层形变越大（图2a）。
铲式正断层相关褶皱是伸展断层转折褶皱的特殊类型之一。
在伸展作用下，断上盘岩层发生弯曲变形，形成反牵引褶皱（滚动背斜）。
变形区域受铲式断层的规模控制，靠近断层处岩层发生变形，而远离断层处岩层未发生弯曲变形。
随着伸展量的增大，构造形态基本保持一致，但滚动背斜的规模随之增大（图2b）。
坡坪坡式正断层相关褶皱是伸展作用下所形成的背-向斜复合褶皱。
受拉张应力作用，岩层顺坡坪坡式断层滑脱拆离，在断坡处岩层弯曲变形，形成向斜；断坪处岩层未发生变形，形成背斜。
随着断距的增大，向斜规模越来越大，而背斜规模越来越小；如断距继续增大，可以预见背斜将消失（图2c）。
图2 伸展断层相关褶皱演化示意图4 成因机制伸展断层传播褶皱的形成实际上是伸展作用下地腹隐伏正断层活动在上覆地层中的响应，深部正断层的构造变位引起上覆地层的构造变形，发育形成伸展断层传播褶皱。
隐伏正断层活动向浅部地层传播过程中，形成一个由两条剪切边界所围限的三角形区域。
区域内，岩层发生弯曲变形，且越靠近断层端点，岩层变形越强烈，而区域外岩层基本不发生变形。
铲式断层相关褶皱的发育主要受控于断面形态（上陡下缓的铲式）和岩层重力。
在伸展作用下，铲式断层两盘岩层被拉开拆离，在断面处形成虚空的可容空间，断上盘岩层为了填补这种潜在空隙，在重力驱动下发生弯曲变形，从而形成铲式断层相关褶皱，也称之为滚动背斜。
然而，这种可容空间并不会真实存在，因为断层活动和岩层变形是同时发生进行的。
坡坪坡式正断层相关褶皱的形成主要受控于断面形态的变化，断层通常包括断坡-断坪-断坡三部分。
在伸展作用下，断上盘岩层顺着坡坪坡式断层发生拆离滑脱。
在断坡处，岩层为了填补伸展作用下所形成的潜在空隙而发生重力弯曲下陷，发育向斜；在断坪处，岩层顺层滑脱形成相对构造高点，发育背斜，在断坡-断坡的组合作用下，发育形成背-向斜复合褶皱。
结论①伸展断层传播褶皱的形成受控制于地腹深部断层活动，是浅部构造变形对深部构造变位的响应。
②铲式正断层相关褶皱是伸展作用下地层由于重力弯曲变形，发育形成的反牵引褶皱（滚动背斜）。
③坡坪坡式正断层相关褶皱是台阶状正断层控制作用下发育形成的背-向斜复合褶皱，在断坡处发育向斜，在断坪处形成背斜。
参考文献[1]李忠权. 构造地质学[M]. 北京: 地质出版社, 2010.[2]Suppe J. Geometry and kinematics of fault-bend folding [J]. American Journal of Science, 1983, 283(7), 684-721.[3]冯建伟, 孙建芳, 张亚军, 等. 塔里木盆地库车坳陷断层相关褶皱对裂缝发育的控制[J]. 石油与天然气地质, 2020, 41(03): 543-557.[4]刘志宏, 宋健, 刘希雯, 等. 松辽盆地南部白垩纪-古近纪挤压构造的发现与盆地性质探讨[J]. 岩石学报, 2020, 36(08): 2383-2393.[5]汪新, 贾承造, 杨树锋. 南天山库车褶皱冲断带构造几何学和运动学[J]. 地质科学, 2002, 37(03): 372-384.[6]Khalil S M, McClay K R. Extensional fault-related folding inthe northwestern Red Sea, Egypt: segmented fault growth, fault linkages, corner folds and basin evolution[J]. Geological Society, London, Special Publications, 2020, 476(1): 49-81.[7]Susanne U J, Colby J V, James J B. Geometry, mechanisms and significance of extensional folds from examples in the Rocky Mountain Basin and Range province, U. S. A [J]. Journal of Structural Geology, 1998, 20(7): 841-856.[8]蒙赵红, 陈均亮, 张晓东, 等. 徐家围子断陷断层相关褶皱类型及演化模式[J]. 大庆石油地质与开发, 2015, 34(01): 7-10.[9]杨克基, 漆家福, 余一欣, 等. 渤海湾地区断层相关褶皱及其油气地质意义[J]. 石油地球物理勘探, 2016, 51(03): 625-636+420.[10]张莹. 伸展褶皱及其对油气聚集的控制作用——以海拉尔盆地贝中次凹为例[J]. 岩性油气藏, 2012, 24(02): 16-20+76.[11]陈发景, 陈昭年. 纵向伸展断背斜类型及成因[J]. 现代地质, 2021, 35(06): 1789-1796.[12]郎岳. 正断层相关褶皱及其对油气运聚的控制作用[D]. 东北石油大学, 2016.[13]任启强, 戴俊生, 徐珂, 等. 伸展断层相关褶皱恢复方法及应用[J]. 断块油气田, 2015, 22(05): 574-578.[14]Schlische R W. Geometry and origin of fault-related folds in extensional settings[J]. AAPG Bulletin, 1995, 79(11): 1661-1678.[15]樊俊雷, 曹远志, 韩伟. 伸展断层相关褶皱作用研究进展[J]. 内蒙古石油化工, 2008, 34(22): 6-7.。
