组成地壳的岩层在构造运动作用下,形成一系列连续的波状弯曲,称为褶皱。通常把褶皱中的一个单独的弯曲称为褶曲。
褶皱是地壳中最常见的地质构造之一,其形态多种多样,但基本形态只有背斜和向斜两种,如图所示。背斜的岩层向上弯曲,核心部分岩层较老
,两翼岩层相背倾斜;而向斜的岩层向下弯曲,核心部分岩层较新,两翼岩层相向倾斜。
1、褶皱要素及褶皱类型
褶皱构造的各个组成部分称为褶皱要素(图)。
(1)核部:褶皱的中心部分(ABC所包围的内部岩层);
(2)翼部:褶皱核部两侧的地层(ABH、CBH所指岩层);
(3)轴面:两翼近似对称面,是一个假想面(DEFH);
(4)枢纽:同一岩层的层面与轴面的交线(BH);
(5)轴线:轴面在水平面上的投影线,平面图上常表现出来为曲线(DH)。
2、褶皱类型
褶皱形态多样,分类方法也较多。
(1)按轴面和两翼岩层的产状可分为直立、斜歪、倒转、平卧和翻卷褶皱(图)。
①直立褶皱(图a):轴面近于垂直,两翼岩层倾斜方向相反,倾角近于相等。
②斜歪褶皱(图b):轴面斜歪,两翼岩层倾斜方向相反,倾角不等。
③倒转褶皱(图c):轴面倾斜,两翼岩层倾斜方向相同。
④平卧褶皱(图d):轴面近于水平,一翼岩层为正常层序,另一翼为倒转层序。
⑤翻卷褶皱(图e):轴面为一曲面。
(2)按横剖面形态,褶皱可分为扇形褶皱、箱形褶皱和单斜(图)。
①扇形褶皱(图a):在横剖面上呈扇形展开,两翼岩层产状有可能同时倒转。
②箱形褶皱(图b):在横剖面上呈箱形展开,顶、底部岩层平缓而两翼岩层产状近于直立。
③单斜(图c):岩层向一个方向由倾斜渐变为平缓。
(3)按枢纽产状,褶皱可分为水平褶皱和倾伏褶皱(图)。
①水平褶皱(图(a)、(a’)):枢纽近于水平,两翼岩层走向平等一致。
②倾伏褶皱(图(b)、(b’)):枢纽倾伏,两翼岩层走向呈弧形相交,对背斜而言,弧形的尖端指向枢纽倾伏方向,而向斜的弧形开口方向指向枢纽倾伏方向。
(4)按褶皱的平面形态,褶皱可分为线状褶皱、短轴褶皱、穹隆与构造盆地(图)。
①线状褶皱(图):褶皱的长宽比大于10:1。
②短轴褶皱(图b右侧):褶皱的长宽比为3:1至10:1。
③穹隆与构造盆地(图b左侧):褶皱的长宽比小于3:1的背斜为穹隆、向斜为构造盆地。
(5)按褶皱的组合形式,可分为复背斜(图)与复向斜(图
)。
野外观察褶皱时,可按下列顺序进行识别:
1、判断有无褶皱存在:垂直岩层走向进行观察,当岩层重复出现对称分布时,即可判断有褶皱存在,但岩层虽有重复出现,但并不对称分布,则可能是断层形成的,不能误认为褶皱。
2、确定褶皱的基本类型:若新岩层在两边,老岩层在中间,即为背斜,若新岩层在中间,老岩层在两边,即为向斜。
3、确定褶皱的形态分类:根据褶皱的形态特征确定其形态分类。
岩层形成褶皱后如未经风化剥蚀,则背斜成山,向斜成谷。但野外的背斜常遭受强烈风化剥蚀而夷为平地,向斜反而成为山脊(图),“高山为谷,深谷为陵”就是这个道理。
褶皱构造对工程的影响程度与工程类型及褶皱类型、褶皱部位密切相关,对于某一具体工程来说,所遇到的褶皱构造往往是其中的一部分,因此褶皱构造的工程地质评价应根据具体情况作具体的分析。
由于褶皱核部是岩层受构造应力最为强烈、最为集中的部位,因此在褶皱核部,不论是公路、隧道或桥梁工程,容易遇到工程地质问题,主要是由于岩层破碎产生的岩体稳定问题和向斜核部地下水的问题。这些问题在隧道工程中往往显得更为突出,容易产生隧道塌顶和涌水现象。
对于褶皱的翼部主要是单斜构造中倾斜岩层引起的顺层滑坡问题。倾斜岩层作为建筑物地基时,一般无特殊不良的影响,但对于深路堑、高切坡及隧道工程等则有影响。对于深路堑、高切坡来说,当路线垂直岩层走向,或路线与岩层走向平行但岩层倾向与边坡倾向相反时(亦称为反向坡、逆向坡,图a),就岩层产状与路线走向的关系而言,对边坡的稳定性是有利的;当路线与岩层走向平行且岩层倾向与边坡倾向一致时(亦称为顺向坡,图
b),稳定性较
差,特别是当边坡倾角大于岩层倾角时且有软弱岩层分布在其中时,稳定性最差。对于隧道工程来说,从褶皱的翼部通过一般较为有利。如果中间有软弱岩层或软弱结构面时,则在顺倾向一侧的洞壁,有时会出现明显的偏压现象,甚至会导致支护结构的破坏,发生局部坍塌。