褶曲构造地貌.pdf

第十一章 褶曲构造地貌 fold lands or Topographic expression of folded strata 岩层受力发生弯曲，便形成褶曲。褶曲的拱起和凹陷，形成地形高低，称为 原生褶曲构造地貌Initail folded lands；褶曲岩层受外力剥蚀后，还形 成与地质构造有一定联系的各种地形，称为次生褶曲构造地貌。这些统称为 褶曲构造地貌。 原生褶曲构造地貌是新构造活动形成的，又称活动褶曲构造地貌，表现为构 造和地貌的同向性，即褶曲隆起或背斜构造在地表表现为正地形，褶曲拗陷 或向斜构造表现为负地形。原生褶曲构造地貌还反映构造运动控制地貌的形 成与变化，如活动隆起构造常形成各种山地和丘陵，各种地貌面（阶地或夷 平面）呈拱曲变形，活动向斜构造常形成构造盆地或洼地等。不同阶段形成 的地貌经历构造活动时间不同，地貌变形的程度也不一致，时代久远形成的 地貌变形程度比时代新近形成的地貌变形程度要大。 次生褶曲构造地貌的地貌特征和地质构造有时一致，如背斜山或向斜谷；有 时不一致，如向斜山或背斜谷。 控制褶曲地貌发育的因素 1 地壳变形速率 2 褶曲三维几何特征 3 褶曲岩石的差异侵蚀 第一节 原生褶曲构造地貌 一、活动褶曲构造山地 1. 活动褶曲构造山地的分布与结构 Fold mountain belts 活动褶曲构造山地是在水平挤压力的作用下，地表褶曲隆起形成的山地， 新生代构造褶皱带隆起的高山多属于这一类，目前仍在抬升。活动褶曲构 造山地常延伸上千公里，它们的排列形式和形成机制与受力方式有很大关 系。山体的走向大多与作用力方向垂直，有时在某一段受更强水平推挤力 的作用，山地则呈弧形分布，弧顶突出方向表示力的作用方向。活动褶曲 构造山地的岩层发生强烈的褶曲变形，在山地内部或山地边缘发育逆断层 或逆冲断层，断层面向山地方向倾斜，这些断层常伴有水平运动，使断层 间的块体发生侧向移动。弧形山地的外侧地块，沿断层向弧顶两侧方向移 动；弧形山地内侧地块沿断层向弧顶方向移动。 2. 活动褶曲构造山地的形成与发展 我国西北部的许多山地有的是新生代隆起成山的，有的在中生代就已形 成，新生代仍在不断隆升，它们在形成过程和形成以后的发展过程中都 和青藏高原的隆升有密切关系。新生代早期，由于印度板块向北俯冲， 青藏高原开始隆升，上新世时青藏高原海拔大约在1000m左右，第四纪 以来青藏高原迅速抬升对其北部和东北部产生强大的推挤力，因而沿青 藏高原北侧和东北侧边缘形成一系列的褶曲构造山地或使原有山地进一 步抬升，例如祁连山和宁夏南部山地等。 宁夏南部褶曲构造山地由一系列低山和 山地间的盆地构成（图11-1）。由于它 们位于青藏高原东北角，在它的东部有 鄂尔多斯地块，北部有阿拉善地块作为 边界的限制，在青藏高原北东向的挤压 作用下，山地平面分布呈弧顶向东北方 向突出的格局。弧形山地的曲率由西南 向东北方向增大，山地边缘发育平移逆 断层，断层向西南方向倾斜，在弧形山 地的西北段断层左旋水平位移分量大于 垂直位移分量。根据弧形山地的物质组 成看，一些新生代沉积已构成山地的一 部分，而且有强烈褶皱，说明这些弧形 山地形成时代较晚，主要是在早第三纪 开始隆升成山的。 图11-1 宁夏南部弧形山地分布和结 构 1．南华山；2．西华山；3．月亮 山；4．六盘山；5．香山；6．烟筒 山；7．牛首山；8．罗山 3. 活动褶曲构造山地的地貌变形 褶曲构造山地受水平挤压力的作用而不断拱曲上升或沿山地两侧断层整体 抬升，使山地夷平面和阶地发生构造变形，同一级夷平面或阶地呈上拱形 状或向一个方向倾斜翘起，通过断裂处的夷平面和阶地则被错断而不连 续。活动褶曲构造山地在发育过程中，山体不断向推挤的前方隆起扩大， 形成地貌转换带，早期的山麓堆积区抬升成山地的一部分，由山麓堆积地 貌转换为侵蚀地貌，山前洪积扇抬升而受切割解体，洪积扇的扇顶向山前 更远的地方迁移，形成串珠状的洪积扇。活动褶曲构造山地内常有一些山 间盆地发育，它们或是因构造挠曲下降而成，或是由断裂作用所致，山间 盆地的沉积物随着盆地的不断下陷而加厚和变形。 祁连山位于青藏高原边缘，呈北西走向，延伸1千多公里，山地由一系列北 西向平行山岭与山间盆地组成，许多山岭和山间盆地的分布都受北西西向或 北西向断层控制。山地内发育三级夷平面 最高的第一级夷平面形成于中生代末至早第三纪，大约在渐新世至中新世初 因山地隆起而解体，构成连续的山峰顶面； 第二级夷平面形成于晚第三纪，其隆起解体的时间在上新世末至更新世初 期，表现为和缓的山坡和山地河流谷肩以上的宽谷； 第三级夷平面形成于早更新世至中更新世，形成山间盆地的红层顶部侵蚀面 或山麓平台面。 上述三级夷平面都发生不同程度构造变形，同一级夷平面在通过断层处发生 高差变化，由于受到山地北缘断层的逆冲翘起而使夷平面向西南方向倾斜， 局部山地夷平面则向东北方向倾斜。山地内的山间盆地许多是因挤压陷落而 成，它们夹在两山岭之间，呈长条形，盆地的两侧以逆断层为界，由于盆地 在发育过程中不断受北东方向的挤压力作用而使盆地内填充的新生代沉积发 生褶皱。祁连山的北部山麓在长期挤压力作用下形成地貌转换带，许多以堆 积作用为主的下沉地带转变为以侵蚀作用为主的抬升地带，原先的洪积扇被 切割形成洪积台地或洪积扇的扇顶向盆地方向迁移。 二、挤压构造盆地 在挤压力作用下，地表拗陷或沿逆断层陷落形成的盆地称为挤压构造盆地。通常把 由拗陷作用形成的盆地称拗陷盆地；由逆断层或逆掩断层为边界陷落而成的盆地称 压陷盆地。 1．挤压构造盆地形态特征 挤压构造盆地多呈长条形，盆地的长轴方向与压力方向垂直。拗陷盆地常是挤压构 造盆地发育的初期阶段，如盆地继续受挤压将发生断裂，盆地进一步加深，宽度缩 小形成压陷盆地。 构造盆地 拗陷盆地-没有边 界断层 断陷盆地-有边界 断层 张（裂）陷盆地- 边界断层为正断 层 压陷盆地-边界断 层为逆断层 2．挤压构造盆地结构 挤压构造盆地可划分为山前拱断隆起台地、盆地中央拗陷平原、盆地内背斜隆起低山 丘陵和盆地边缘倾斜平原等四个地貌单元，它们大致平行分布（图11-3）。拱断隆起 台地的前缘陡坎由逆断层作用形成，由于逆断层的强烈逆冲，使台地面向山地方向倾 斜，台地被沟谷切割。中央拗陷平原沉积了厚度达千米的松散沉积物，从拗陷边缘洪 积相到拗陷中心的河湖相逐渐过渡，构成向斜构造，在拗陷区地面平坦，河流蜿蜒曲 折。盆地中的隆起低山丘陵是一个新生的背斜构造，地貌上呈现一排纵向分布的小 丘，隆起的一侧和两侧常有逆断层发育，如隆起的丘陵低山抬升速度较快，幅度很 大，横穿丘陵低山的河流将发生改道，这里就有一些废弃的古河道；如隆起抬升幅度 较小，速度较慢，河流则能沿原来流路下切而成峡谷，其阶地纵剖面线呈上拱形态。 盆地倾斜平原常在隆起丘陵的一侧发育，由单斜构造组成，地貌上表现为缓倾斜平 原，随着丘陵的抬升幅度增高和范围扩大，倾斜平原的坡度也相应加大，倾斜平原上 发育一些宽浅河道。 图11-3 酒泉盆地西 部地区沉积结构和地 貌剖面略图 I．祁连山山前拱断 隆起山地；II．盆地 中央拗陷平原； III．盆地北部冲错掀 斜平原； IV．火烧沟拱曲隆起 低山；V．花海拗陷 盆地 三．挤压构造盆地之间的横向隆起 挤压构造盆地间呈雁行式斜列的高地，称为横向隆起。它们分割盆地，发育 在盆地边缘主干断裂拐弯处，靠近主动块体的一侧，在盆地内呈斜列分布。 横向隆起常成一背斜构造，它的轴向与隆起延伸方向一致，或沿一侧或两侧 有逆冲断层发育，并沿断层翘起或为两断层之间整体抬升。 横向隆起的形成比较复杂，主要有两种 （1）控制挤压构造盆地的压剪性断层，当其活动时在断层走向转弯处形成挤 压应力，则形成隆起。例如左旋运动的北西向压性断层，当断层向右弯曲， 在断层弯曲的区域，将处于挤压应力状态而使地表上拱形成背斜隆起。如压 应力继续加大，则在横向隆起的两侧发育逆断层，形成断层面向隆起方向倾 斜的地垒。 （2）在挤压构造盆地中形成一些菱形块体，它们与盆地带呈斜列分布，由于菱形块体 掀斜运动，在块体翘起的一侧成为横向隆起高地。菱形块体在掀斜运动时常伴有旋转运 动，因而在横向隆起侧方常发育走滑逆断层（图11-4）。 图11-4河西走廊块体运动和旋转模式图（根据虢顺民等） 1.盆地横向隆起；2.盆地；3.逆断层；4.正断层；5.走滑断层；6.第四纪盆地；7.块体 倾斜方向和倾斜角；8.块体旋转方向；9.区域构造应力场；10.新构造前的原始块体 四、拱曲上升与阶地变形 褶曲构造山地或一些处于水平挤压应力状态地区，阶地都发生拱曲变形。拱 曲形似背斜，拱曲上升处的阶地表现为隆起变形。 1．河流阶地拱曲变形 正常状态下的河流阶地，各级阶地纵向分布大致平行，由于构造拱曲运动的 影响，阶地纵剖面表现为向上拱起（图11-5）。 图11-5 永定河峡谷段幽州附近的河流阶地构造变形 上盘的 褶皱和 强烈的 地表破 裂在 1980年 阿尔及 利亚艾 尔阿斯 南木地 震 （M7.3 ）中发 生 （Philip and Meghrao u, 1983） 。 1983柯林加地震（M 6．5） 发生在背斜山下部的断层上， 该背斜位于中加州圣安德烈斯 断层东40－80千米，是位于圣 加郡谷边界的一系列第四纪话 动构造之一（图10-6）。在褶 皱和上升开始之前存在的季节 性河流，横跨正在生长的背斜 构造，这种活动构造作用已经 显著改变了它们的河道并使它 们的河床变形（King and Stein, 1983）。 图10-6 1983年5月柯林加地震震中区地表沉积物 简图。现今河道以实线表示，老河道以虚线表 示。点线表示大地测量线路。（据King and Stein ，1983） 左图 洛斯加多斯溪的河流阶地及河床剖面。 右图 洛斯加多斯溪阶地的隆起。实线表示阶地。虚线表示水准测量结果（King and Stein，1983） 拱曲运动可以发生在阶地形成之后，也可能与阶地同时形成，这将在阶地形态特征 上有不同表现。拱曲构造如发生在所有阶地形成之后，各级阶地变形程度相同；如 果拱曲构造和各级阶地同时形成，则时代愈老的阶地变形程度愈大。根据这一原 理，可以从阶地变形特征和程度来分析构造活动的时代、次数和幅度。当不同时代 的各级阶地拱曲变形程度一致时，说明只发生一次拱曲运动，构造活动的时代是在 最新阶地形成时或形成后，拱曲变形的幅度就是最新一级阶地的变形幅度（图11-6 （a））。如果老阶地拱曲变形强，新阶地变形弱，各级阶地从老到新变形逐渐减 小，说明在最老阶地形成时到最新阶地形成时的长期过程中，拱曲构造一直在活动 （图11-6（b））。如果老阶地变形强，新阶地变形弱，其中有某两级阶地变形程度 相同，说明构造长期活动过程中，其中有间断（图11-6（c））。如果老阶地拱曲变 形，新阶地没有变形，说明构造活动近期停止（图11-6（d））。 图11-6 河流 阶地拱曲变形 的几种模式 在拱曲运动的上升与下降转变处，由于升降区转折部位常有变化，使阶地的级 数、类型和结构都有所不同。当一条河流在形成发展中，河流下切形成阶地，同 时上游拱曲，下游拗陷，而且拱曲上升和拗陷下降的转折部位从河流上游向下游 方向迁移，这将导致出露的阶地级数从上游向下游逐渐减少，同一级阶地的类型 在每一转折点的上游段和下游段形将有不同，从上游到下游将由基座阶地依次变 为内叠阶地、上叠阶地直至埋藏阶地（图11-7）。 图11-7 拱曲 升降部位迁移 与阶地特征 A，B，C为不 同时期升隆转 折点的位置； 1、2、3、4、 5、6为阶地剖 面位置 2．海岸阶地的拱曲变形 同一级海岸阶地，受褶曲构造的影 响，阶地面发生高低变化，形成拱 曲和拗陷，隆起部位的海岸向岸外 突出如半岛，岸外海水也相应变 浅，拗陷处常成小海湾。这种现象 在我国台湾的东海岸尤为清楚，如 台东山脉东面的同一级海岸阶地， 从花莲港到台东港有六处隆起，阶 地面向上拱曲，海岸略向海外突 出；两隆起之间隔着微微向下挠曲 的地段，阶地面向下拗陷，海岸线 也微微向陆凹进，海底等深线也随 着隆起与拗陷而发生弯曲（图11- 8）。 图11-8 台湾东海岸陆上与水下沿走 向断层上的近期横向褶曲，剖面 图表示花莲与台东之间海岸阶 地的横向隆起（根据毕庆昌） 图由海岸线记录并用剖 面说明的地壳褶皱。 A 新西兰北岛怀拉拉巴 海岸上全新世海岸线纵剖 面，显示表现于下伏第三 纪岩石中的紧密褶皱。每 一海岸线可能属地震成 因，表示褶皱作用是递增 式而不是连续的。最高 （6ka）海岸线由图解法 断代。据Wellman （1971b）修改。 B 沿智利阿劳果海岸更 新世海岸线的纵剖面，揭 示未显示于基岩而显示于 当地山脉轮廓线剖面的宽 阔褶皱。估计最低海岸线 年龄为120ka。据Kaizuka 等（1973）修改。C 历史同震海岸线剖面，表示阿拉斯加湾 （1964）和智利海岸（1960广阔的地壳翘 曲。这些剖面不是连续的而是由很不规则海岸 线上的大量点圈定的。据Plafker（1972修 改。 第二节 次生褶曲构造地貌 一、向斜山synclinal ridge和背斜谷anticlinal valley 岩层发生褶曲在地表形成高低起伏，背斜成山anticlinal ridge向斜成谷synclinal valley，它们的地貌形态和构造一致成为顺地貌initial 。如果褶曲构造受外力 作用在张节理较发育的背斜轴部，侵蚀作用较强，发育成谷地，即背斜谷，而向斜 处形成山地，即向斜山，地貌形态和构造不一致，这种地貌称为逆地貌 topographic inversion。 一般来说，顺地貌往往是一些年轻褶曲构造地貌，即原生褶曲构造地貌，由于受侵 蚀作用的时间短，地貌发育时间较近，构造表现的地貌形态尚未完全破坏。逆地貌 则往往受长期侵蚀，地貌发育的时间久远，外力作用已破坏了原来的构造形态。当 然，逆地貌再经长期剥蚀破坏，有可能使构造形态和地貌形态一致，称再顺地貌。 顺地貌和逆地貌的发育除了时间因素外，还与原始构造产状、岩层软硬组合情况有 关。例如褶曲比较舒缓，起伏较小，而且坚硬岩层较厚，有利于顺地貌的长期存 在；反之，褶曲比较陡峭，起伏很大，软岩层较厚，易于发育成逆地貌。如果软硬 岩层均等，就可能产生另一种情况，背斜部分纵张裂隙较发育，易形成谷地，成逆 地貌，向斜部分亦成谷地，为顺地貌。这时顺地貌与逆地貌同时并存，这往往是次 生褶曲构造地貌发育过程的过渡阶段。 由相互叠加的软硬岩层构成的短轴倾伏褶曲，经外力剥蚀后，硬岩层突起，地貌上往 往表现为之字形山脊（图11-9）。 图11-9 倾伏褶曲构造上的“之”字形山脊（根据R. 锐次） 二、单面山和猪背脊 背斜构造或向斜构造经长期侵蚀作用或构造作用而遭到破坏，其一翼成为单斜构 造。如果单斜构造由于软硬岩层相间排列，就形成单面山和猪背脊。 1．单面山 单面山是沿岩层走向延伸的山岭，两坡不对称，一坡短而陡，一坡长而缓（图11- 10（a））。单面山的一坡与岩层倾向相反，称前坡scarp face；与岩层倾向一致 的坡，称后坡dip slope。前坡较陡峭，常成悬崖峭壁，悬崖的高度与坚硬岩层的 厚度成正比；后坡比较平缓，与层面大致相当，是一个长而缓的平整的坡面。 2．猪背脊 猪背脊是指形成于岩层倾斜角度较大的单斜构造地貌。由于岩层斜角大，岩层面所 控制的后坡与侵蚀所造成的前坡在坡度和长度上大致相等（图11-10（b））。猪背 脊是单面山的一个特例。 图11-10 单面山（a）和猪背脊（b），（c） 三、褶曲构造控制的河谷发育 在褶曲构造上发育的各种河 谷，常受岩层走向和倾向控 制。例如顺着岩层倾向发育的 河流，称为顺向河 （consequent stream（图11- 11中的C）。顺向河发育后， 地面岩层进一步破坏，新出露 一些硬度较小的岩层，被侵蚀 形成一些低地，河流则沿此低 地发育，河流流向和岩层走向 一致，称为次成河（图11-11中 的S）。次成河发育在顺向河之 后，一般为顺向河的支流。次 成河形成后，它的两侧发育的 支流，一侧支流是逆着岩层倾 向一坡发育的河流，它们的流 向与岩层倾向相反，称逆向河 （图11-11中的O）；另一侧支 流则是顺着新出露的岩层倾向 发育的河流，称再顺向河（图 11-11中的R）。再顺向河发育 的时间比顺向河要晚。 图11-11 背斜构造上的水系发育（根据戴维斯） C 顺向河；S 次成河；O 逆向河；R 再顺向河 第三节 穹隆构造地貌 穹隆是一个没有明显走向的背斜隆起，它的平面轮廓呈圆形或椭圆形，长宽比小于 31，组成穹隆构造的地层从中心向四周倾斜。当地壳下部岩浆侵入到上部地层中或 者岩盐成塑性状态侵入到沉积岩中，都能使地壳上部岩层上拱，形成穹隆构造。塑 性岩盐侵入到地层中形成的穹隆，又叫盐丘。 一、穹隆构造的地貌发育 规模巨大的穹隆构造常由岩浆侵入沉积岩层而成，其外部是沉积岩盖层，内核是岩 浆岩体。当盖层被剥蚀以后，核心就出露，在穹隆的周围形成单斜山地和各种河 谷，而在穹隆的中心形成岩浆岩山地（图11-12）。 图11-12 穹隆构造地貌的发 育（根据斯特拉勒） C．顺向河；S．次成河； R．再顺向河；M．结晶岩 山地；P．穹隆中央高原； F．单面山；H．穹隆外围 的水平岩层 上述情况是穹隆构造形成后由外力剥蚀形成的地貌特征。有些穹隆构造是活动的，现 今仍在上升，地表表现为隆起高地，常形成放射状水系。黑海北部的第聂伯丘陵就是 一个活动穹隆，根据重复水准测量得到的地壳上升速率等值线是围绕丘陵中央分布 的，在隆起中心的上升最大速率为8 mm/a，从中心向外上升速率逐渐减小，这里的 河流从隆起中心流向四周，呈放射状水系，河流纵剖面变形带围绕隆起中心分布（图 11-13）。变形带是穹隆抬升梯度较大部位，常是断裂活动所为。此外，如有流经活 动穹隆构造上的河流，其河流阶地显示上凸的特征，就像前面所说的褶曲构造所形成 的河流阶地变形那样。如果穹隆上升幅度较大，速度较快，还可使流经活动穹隆上的 河流发生改道，留下古河道形成风口，古河道内能保留许多过去河流冲积物。 图11-13 克里沃罗格穹隆现 代隆升与河流分布（根据 Л.Н.宾里斯卡雅） 1. 河流；2．现代地壳运动 速度等值线；3．河床纵剖面 变形带 二、盐丘 1．盐丘的形态和结构 盐丘是由盐体组成核部的穹隆构造。在美国一些盐丘高出周围地面数米至十几米， 个别可达25m，直径达1.5km。盐丘的平面呈圆形或椭圆形。椭圆形的盐丘，其长轴 可达千米，短轴为数百米，坡面比较平缓。盐丘的顶部常发育着一些断层和裂隙。 在地形上已无明显突出的盐丘，它们形成时间较早，近期没有活动。 盐丘的内部结构较复杂。许多盐丘的内核，其侧壁向外陡倾，顶部浑圆（图11- 14B、D）。有些内核是对称的，周围倾斜的角度大致相等，顶部平坦（图11- 14A）。有些内核是不对称的，各边倾斜角度不等，甚至有的侧边向内倾，成蘑菇 状（图11-14C）。 图11-14 盐丘内部结构（根据M.P. 毕令斯）1．岩盐; 2．盖岩 盐丘内核主要是由岩盐构成，上面有盖岩层。但有些盐丘内核是由粘土层及含盐层 与岩盐交互成层。盐体上的盖岩常由石灰岩、石膏和硬石膏组成，少数盐丘的盖岩 层中含有大量硫磺。也有一些盐丘没有盖岩层。 有些盐丘核上拱，上覆沉积岩被重力断层折断，这些断层常呈放射状排列或平行排 列（图11-15）。 图11-15 盐丘上的断层（F为断层，数字单位为英尺）（根据M.P. 毕令斯） 2．盐丘的成因 盐丘是由岩盐成塑性状态侵入其周围的沉积岩中形成的。岩盐来自下面的早期沉积的 某一岩层。岩盐成流体上升可能有两种原因（1）由于塑性岩盐的密度比周围沉积 岩的密度要小，若原生盐层的顶部有一个小的背斜构造，岩盐就由此上升；（2）由 于构造作用的横向压力的挤压，使盐挤入背斜顶部的沉积岩中，形成底劈褶曲。 3．盐丘的演化 根据盐丘核周围岩层的变形和地层的角度不整合关系，可以确定盐丘的演化历史。如 图11-16所示，a层沉积之后，b层沉积之前就有明显隆起，表现为盐体穿过a层升起， 并切断沉积地层使a沉积岩变形隆起，随之进行侵蚀夷平，将隆起的部位降低，之后b 层沉积，盐丘再次上升，使b层轻微变形（图11-16（a））。如果盐丘上拱和沉积物 的堆积同时进行，则盐丘顶部的沉积层有弯曲变形，但变形程度较下层小，沉积层厚 度变薄（图11-16（b））。 地形上有表现的盐丘大多是近期活动形成的。如果盐丘上的更新世或全新世的砂砾层 被隆起，很显然这是第四纪盐丘活动造成的。 图11-16 盐丘 活动时代的分 析（根据M.P. 毕令斯）