[科普中国]-纵弯褶皱作用

纵弯褶皱作用（buckling）是岩层在受到侧向的顺层挤压力的作用后发生弯曲的褶皱作用。

简介纵弯褶皱形成的前提岩层层理和岩层间力学性质的差异，这在褶皱形成过程中起关键作用。如果岩石在力学性质上是均匀岩石或两层岩石力学性质（特别是韧性）差异较小，则产生均匀压扁；如果岩石力学性质不一致，则：强硬层（能干层）呈正弦曲线状弯曲，软弱层（非能干层）则均匀压扁。1

成因机制主波长理论单层褶皱的主波长理论是毕奥（M.A. Biol，1957年）和兰姆伯瑞（H. Rambery，1963年）根据野外褶皱观测资料以及模拟实验、数理分析得出，2岩层在受侧向压力时，因材料失稳导致了各种波长褶皱的生成，这些不同波长褶皱的生长速率是不一致的，其中某一初始波长发育最好、波幅增长最快，最终控制着褶皱的成长和发育的称主波长。褶皱主波长与力的大小无关，只与介质的力学性质有关，褶皱主波长与褶皱层厚度d成正比、与强硬层和软弱层的粘度比的立方根成正比，厚度、粘度比越大，褶皱的波长就越大。1

接触应变带多层岩层褶皱的纵弯褶皱作用提出控制褶皱形态的因素包括各层的粘度以及相邻层相互影响（强硬层的间距、接触应变带的宽度）。2接触应变带是指“硬层”褶皱对基质的影响范围。接触应变带以外，介质不产生明显的褶皱，仅仅发生均匀缩短。由接触应变带与强硬层间距的关系将褶皱分为协调、不协调和复协调褶皱三种。两“硬层”间隔远，互不影响，形成各自特征波长的褶皱，整个岩系不协调，则形成不协调褶皱；两个“硬层”间隔小，相互干扰，但厚度、粘度相同，形成协调褶皱。硬层间隔小（位于接触应变带内），各层的粘度、厚度不同，形成复协调褶皱。1

应变分布型式纵弯褶皱的应变分布型式可以归纳为两种模式：中和面褶皱作用、顺层剪切作用，其中后者又分为弯流褶皱作用和弯滑褶皱作用两种。1

中和面褶皱作用由于层的切向长度变化而成的单层弯曲，类似于力学中所讲的平板梁的弯曲。因其中有一个无应变面即中和面，故称为中和面褶皱作用。强硬层往往以此方式弯曲。层内的应变特征为：平面应变，褶皱轴平行于中间应变轴；厚度不变，形成IB型平行褶皱形态；外弧伸长，内弧缩短。在岩层中部具中和面，各点应变椭球体的压扁面在中和面外侧平行层面排列，在中和面内侧垂直层面成正扇形排列。1

内部伴生一系列小构造。岩石韧性很小时，抗张强度差，发生脆性破裂，外侧形成张节理呈正扇形分布；2内侧形成顺层张裂，为脉体充填时则呈顺层张裂脉分布；岩石韧性中等时，抗剪强度差，形成共轭剪裂。其内侧共轭剪裂可发展为逆冲断层，外侧共轭剪裂可发展为顶部地堑；岩石韧性大时，外侧因拉伸而变薄或形成平行层理的流劈理；内侧因挤压而加厚，可形成正扇形劈理，也可形成次级小褶皱。1

顺层剪切作用包括弯流褶皱作用和弯滑褶皱作用两种。弯滑褶皱作用易发生在结合不牢的薄的强岩层之间，或多个薄的强岩层之间夹极薄的软岩层之中，如中薄层砂岩、砂叶岩互层等岩层；弯流褶皱作用则易发生在韧性高的岩层中，如泥灰岩、页岩、盐岩类岩层中。1

弯滑褶皱作用的特点是平面应变；各层厚度不变，保持平衡，形成平行褶皱，但层内没有中和面；各相邻层的上层相对向背斜转折端滑动，下层向相邻向斜转折端滑动，一方面在层面上形成垂直于枢纽的擦痕，另一方面在转折端形成空隙，造成虚脱现象；塑性层小褶皱的轴面与其上、下相邻的褶皱面所夹锐角指示相邻岩层滑动方向。1

弯流褶皱作用的特点是平面应变；无中和面；层内物质向转折端流动，形成相似褶皱或顶厚褶皱。岩层弯曲变形时不仅发生层间滑动，而且某些岩层内部还出现物质流动现象，上下层面对褶皱层内物质的流动起着控制作用。1

强烈压扁作用岩层在顺层挤压的过程中，总要引起平行与主压应力方向的缩短和垂直于主压应力方向的伸长，即压扁作用。2强烈压扁作用对褶皱的影响是纵弯褶皱越强，压扁作用越强，褶皱越紧闭；厚度变化---翼部变薄，转折端加厚。1

劈理型式与纵弯褶皱伴生的劈理型式形象地反映了褶皱层内的应变型式。在弱岩层和强岩层相间的情况下，劈理将在不同的岩层界面上发生折射。1

利用劈理与层理关系可判断正常地层和倒转地层，判断经验法则为在正常翼，劈理与层理倾斜一致，劈理倾角比层理的倾角陡，为正常层序，判断背斜在左侧；在倒转翼，劈理倾向与层理一致，劈理倾角比层理倾角缓，为倒转层序，背斜在右侧。1

本词条内容贡献者为:

郝庆菊 - 副教授 - 西南大学