陳 龍，施 煒

疊加褶皺研究進(jìn)展綜述

陳 龍1，2，施 煒2

（1.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083；2.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京100081）

疊加褶皺作為地殼構(gòu)造變形中一種常見的地質(zhì)現(xiàn)象，對于確定多期變形和構(gòu)造運動期次，探討構(gòu)造演化歷史以及內(nèi)外生礦床的空間分布、形成與變形特征均有重要研究意義。在回顧疊加褶皺研究歷史與近年來取得的主要進(jìn)展基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地總結(jié)了疊加褶皺幾何學(xué)與運動學(xué)特征，指出疊加褶皺主要有縱彎褶皺作用、橫彎褶皺作用及剪切褶皺作用3種成因機制。在此基礎(chǔ)上，選取典型的疊加褶皺，剖析了其構(gòu)造樣式及形成機制，并探討了疊加褶皺研究的難點與可行研究方法。

疊加褶皺；構(gòu)造樣式；構(gòu)造應(yīng)力場；成因機制；構(gòu)造模擬

0 引言

地殼在構(gòu)造變形過程中，主要表現(xiàn)為構(gòu)造聯(lián)合和構(gòu)造復(fù)合兩種構(gòu)造疊加方式［1～2］。構(gòu)造聯(lián)合是同地同時發(fā)生的2個或2個以上應(yīng)力場、應(yīng)變場、位移場及有關(guān)構(gòu)造的疊加，最為典型的區(qū)域性構(gòu)造聯(lián)合疊加［1］，見于中揚子北緣的雪峰山構(gòu)造帶與大巴山弧形構(gòu)造帶共同構(gòu)成“雙弧構(gòu)造”［3～5］；而構(gòu)造復(fù)合是同地不同時的應(yīng)變場、位移場及有關(guān)構(gòu)造的疊加，是地殼變形中最為常見的構(gòu)造變形現(xiàn)象之一，典型的構(gòu)造復(fù)合疊加現(xiàn)象有斷裂交切、面理線理的穿插、褶皺的疊加干擾等［1］。復(fù)合構(gòu)造很好地記錄了構(gòu)造變形歷史，一直是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中重要研究內(nèi)容之一［2，6～7］。疊加褶皺作為復(fù)合構(gòu)造中一種重要的表現(xiàn)形式［3］，廣泛發(fā)育于具有多期次強烈變形的變質(zhì)巖區(qū)［8］，在沉積巖區(qū)也有發(fā)育［3，9～11］。一般地，疊加褶皺是由于已褶皺的巖層或巖石再次或多次褶皺變形而形成的褶皺綜合形態(tài)［11］，其變形標(biāo)志是先期褶皺軸面再次發(fā)生褶皺變形，或者先期褶皺軸發(fā)生彎曲［2］。研究褶皺構(gòu)造的疊加關(guān)系對于揭示復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)的構(gòu)造變形過程與運動學(xué)特征具有重要意義［13～15］。

在研究方法方面，由于構(gòu)造模擬可以直觀地展示疊加褶皺形態(tài)，再現(xiàn)疊加褶皺作用過程。20世紀(jì)50年代開始，一些研究者相繼開展了相關(guān)的模擬實驗，分析了疊加褶皺的構(gòu)造樣式、褶皺類型與形成機理等［15～20］。其中物理模擬實驗作為研究構(gòu)造變形過程與形成機制的非常有效的方法，得到了廣泛應(yīng)用［21～23］。Reynold等［24］最早利用橡皮泥開展了褶皺疊加樣式的物理模擬實驗，驗證了野外觀察到的新月型與蘑菇型疊加褶皺。Driscoll［25］利用卡片設(shè)計了觀察兩期相似褶皺疊加后幾何學(xué)特征的模型，并詳細(xì)分析了蘭姆賽經(jīng)典疊加褶皺類型中Type1和Type2的平面特征和三維立體特征。其實驗的前提條件是假定地層層理非運動面，為后期劃分疊加褶皺類型提供了一定基礎(chǔ)。Ramsay［13，26］基于剪切疊加褶皺模型首次系統(tǒng)歸納出4種不同類型的疊加褶皺干涉類型。物理模擬實驗總結(jié)了疊加褶皺的構(gòu)造樣式，并對影響疊加褶皺樣式的因素進(jìn)行了探索，研究結(jié)果顯示疊加褶皺樣式的決定因素不是晚期變形的運動方向，而是早期褶皺的幾何學(xué)特征、巖層間顯著的流變性差異［19，27～28］。這一時期，研究者也開展了一些初步的疊加褶皺數(shù)值模擬實驗，分析了2個或者多個方向?qū)δ芨蓪油瑫r擠壓作用的影響［29］。20世紀(jì)80年代，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，疊加褶皺的模擬實驗逐漸轉(zhuǎn)為以數(shù)值模擬為主［15～16］。

疊加褶皺通常發(fā)育于強烈構(gòu)造變形的變質(zhì)巖區(qū)或韌性剪切帶，因此早期的相關(guān)工作主要集中于這些區(qū)域的疊加變形。其疊加褶皺一般為中、小、微型，可直接觀察不同切面形態(tài)和三維形態(tài)。在褶皺變形過程中常伴有與同期褶皺相關(guān)的透入性面理、線理構(gòu)造，為分析疊加褶皺類型、構(gòu)造樣式、疊加次序以及疊加過程提供了有利條件［14］，這些區(qū)域的疊加褶皺一般以剪切機制形成的相似褶皺為主。因此，早期的工作著重探討了剪切褶皺類型、干擾形式以及疊加褶皺作用，明確了褶皺疊加作用方式主要決定于各自變形條件（晚期疊加方向、早期褶皺剖面形態(tài)等）［13～14，26～32］。這些研究極大地豐富了構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容，疊加褶皺的研究也逐漸成為構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究的重要內(nèi)容之一，隨后疊加褶皺的逐漸應(yīng)用于礦產(chǎn)資源調(diào)查之中［33～36］。

實際上，沉積巖區(qū)同樣普遍發(fā)育疊加褶皺，由于其疊加變形控制礦產(chǎn)資源分布，尤其是油氣運聚過程［1］。因此，自20世紀(jì)90年代以來，越來越多的研究者開始關(guān)注沉積巖區(qū)疊加褶皺的構(gòu)造解析。川東北地區(qū)發(fā)育區(qū)域尺度的“雙弧構(gòu)造”，即大巴山弧形構(gòu)造與雪峰山弧形構(gòu)造，弧形構(gòu)造內(nèi)部可見典型的疊加褶皺［37～38］。早期的工作主要從力學(xué)原理對疊加褶皺進(jìn)行了幾何學(xué)和運動學(xué)解析［3，11］。近年來，研究者通過大量的野外構(gòu)造測量，著重同褶皺滑動矢量觀測與分析，反演了其構(gòu)造應(yīng)力場［4，37，39］；另外一些研究主要針對大巴山獨特的弧形構(gòu)造形態(tài)與疊加構(gòu)造的成因機制，開展了詳細(xì)的構(gòu)造數(shù)值模擬和物理模擬研究［40～43］，在此基礎(chǔ)上探討了疊加構(gòu)造對油氣運聚控制作用［42］。同樣，雪峰山中部發(fā)育另一區(qū)域尺度的疊加褶皺，即湘中疊加褶皺［44］，由于該疊加褶皺對探討華南大陸中生代大地構(gòu)造背景具有重要指示意義，使得其成為近年來構(gòu)造地質(zhì)領(lǐng)域的研究熱點地區(qū)［44～45］。

1 疊加褶皺的類型及幾何學(xué)特征

疊加褶皺的干涉類型及幾何學(xué)特征是研究疊加褶皺的基礎(chǔ)，然而自然界中，褶皺的疊加變形非常復(fù)雜。

目前關(guān)于疊加褶皺的干涉類型有多種劃分方式，最經(jīng)典的是Ramsay［26］分類方案，即以2個角度（α，早期褶皺方向與晚期褶皺軸之夾角；β，早期褶皺軸平面之極方向與后期滑移方向間夾角）作為判據(jù)，劃分出4種經(jīng)典的褶皺疊加方式及干擾類型（見圖1）：類型0，無效疊加作用；類型1，穹窿－盆地型；類型2，穹窿狀－新月形－磨菇狀型式；類型3，收斂－離散型。此外基于縱彎褶皺機制對這些簡單剪切疊加模式產(chǎn)生的幾何復(fù)雜性，縱彎疊加褶皺的晚期褶皺分為斜向縱彎褶皺（Oblique flow buckling）與垂向縱彎褶皺（Normal flow buckling）［14，26］。Thiessen等［15］認(rèn)為前述α角作判據(jù)不理想，因此引入另外2個與兩期褶皺軸平面或極方向及樞紐軸有關(guān)的角度γ和δ，定義了重褶類型，連續(xù)變化這2個參數(shù)值進(jìn)行計算，從而獲取了諸多復(fù)雜的二維重褶干涉類型圖象［16］。隨后的工作主要基于大量野外和實驗研究，指出早世代的褶皺受到平行樞紐的疊加縮短作用，主要形成2類縱彎疊加褶皺：在第一類中，以小的晚世代褶皺疊加在大的早世代褶皺之上為特征，前者往往跨過開闊的后者樞紐部位，形成類似于Ramsay分類中類型1的干涉樣式，但早世代褶皺的軸面一般未發(fā)生彎曲；第二類中，相對緊閉的早世代褶皺的軸面、樞紐因疊加變形發(fā)生彎曲，發(fā)育于其一翼的晚世代背斜與另一翼向斜相連，形成類似于Ramsay分類中類型2的干涉樣式。Ghosh等［31～32］進(jìn)一步在實驗研究的基礎(chǔ)上，明確了疊加褶皺的類型主要受控于早期褶皺初始翼間角的開合程度，并將這兩類縱彎疊加褶皺歸納為4種（單層變形）或5種（多層變形）干擾類型（見圖2）。

圖1 Ramsay疊加褶皺的干涉類型［14，26］Fig.1 Intersecting types of Ramsay superposed floding

圖2 縱彎疊加褶皺（多層變形）干擾類型［31～32］Fig.2 Interference patterns of superposed buckle fold（multi?layers deformation）

杜思清等［46］認(rèn)為早期褶皺樞紐、拐線的遷移是縱彎疊加褶皺的一種機制，并據(jù)此提出橫跨型、遷移型和重褶型3種基本類型（見圖3），褶皺的構(gòu)造樣式同樣也與早期褶皺的翼間角有關(guān)。

圖3 疊加褶皺的基本類型［46］Fig.3 Principal types of superposed folds

2 疊加褶皺形成的控制因素

研究表明，控制褶皺疊加作用的因素很多，主要有早期褶皺的剖面形態(tài)［20，27～28］，翼間角、曲率與波長［47］，早期褶皺的側(cè)向變化，早晚擠壓變形應(yīng)力場方向的夾角［28，48］，早期褶皺劈理［49］，變形巖層的流變性［51］與各項異性［52～53］。其中早期褶皺的幾何和剖面形態(tài)是決定疊加褶皺變形機制、疊加類型及軸面方向的最主要因素，導(dǎo)致疊加方式的復(fù)雜性和多樣性。如果某一地區(qū)早期褶皺具有不同的剖面形態(tài)，那么不同類型的疊加褶皺將相伴共存，同時，多層縱彎疊加褶皺模式比單層變形更復(fù)雜多變。

模擬實驗與野外觀測表明，在縱彎疊加變形作用下，早期褶皺軸面的彎曲只能發(fā)生于早期褶皺緊閉的情況下［53］。然而，在相垂直的2方向同時收縮變形的情況下，變形巖層的韌性差將取代早期褶皺的幾何形態(tài)而成為決定疊加褶皺類型的主要因素。低韌性差巖層形成Type1類型干涉褶皺，高韌性差巖層形成Type1和Type2的混合類型。前陸盆地發(fā)育的早期往往經(jīng)歷過伸展構(gòu)造變形階段，這些伸展構(gòu)造不但可通過對晚期構(gòu)造3D應(yīng)力和應(yīng)變場的影響，導(dǎo)致不協(xié)調(diào)疊加褶皺的形成［54］，而且還能以構(gòu)造反轉(zhuǎn)的方式控制疊加褶皺樣式［55］。地表作用及前陸盆地變形前沉積物厚度也可影響褶皺及其干涉類型［48，56］，如西班牙東Iberian地區(qū)，早期具直翼的箱狀褶皺的樞紐帶風(fēng)化剝蝕減除再褶皺變形時的阻力，使早期褶皺的東翼獨立發(fā)生再褶皺形成軸面直立的蛇狀褶皺。此外，重力在疊加褶皺形成過程中有抑止、降低早晚世代褶皺波幅的作用，因此能促進(jìn)Type2類型干涉褶皺的形成［50］。

3 疊加褶皺形成機制

疊加褶皺形成機制主要有縱彎褶皺作用、橫彎褶皺作用、剪切疊加褶皺等。

3.1 縱彎褶皺作用

地殼淺部，褶皺的巖層再次發(fā)生褶皺變形時多屬主動變形行為，因此與主動褶皺相關(guān)的縱彎褶皺的干涉類型更易發(fā)育和常見。而在縱彎疊加褶皺作用下，褶皺面在運動學(xué)上是主動的，早期褶皺并不是被動褶皺的面或線，它明顯控制晚期褶皺的發(fā)育，影響其幾何形態(tài)及軸向。故晚期褶皺不是一組規(guī)則的波，實現(xiàn)再次褶皺的關(guān)鍵是晚期褶皺橫過早期褶皺軸的協(xié)調(diào)相容問題，具體存在3種方式：①由于早期褶皺兩翼的旋轉(zhuǎn)剪切導(dǎo)致軸面發(fā)生斷裂滑動，使兩翼獨立褶皺；②早期褶皺變緊閉甚至同斜而趨于平行，使兩翼一致再褶皺；③在褶皺面內(nèi)發(fā)育附加的剪切應(yīng)變，形成疊加的斜向縱彎褶皺。Ramsay［14，26］強調(diào)斜向縱彎褶皺作用是實現(xiàn)縱彎疊加褶皺的一個重要途徑，指出為使早期褶皺兩翼不同方向的晚期褶皺以相容的方式進(jìn)行，早期褶皺兩翼的晚期褶皺的差異流動方向很可能不再垂直于這些翼部任何不同方向的晚期褶皺軸，這不同于總體位移垂直于褶皺樞紐的正向縱彎褶皺，其位移面多類似于剪切褶皺中的位移面，因此稱為斜向縱彎褶皺。這種縱彎褶皺僅在特定的條件下形成，主要為逆沖系統(tǒng)相關(guān)的褶皺疊加變形導(dǎo)致的協(xié)調(diào)構(gòu)造，據(jù)其形態(tài)、產(chǎn)出部位等差異，不同研究者分別稱之為接合褶皺、角褶皺等［57～59］。這些構(gòu)造往往局部產(chǎn)出，其控制因素仍存爭議。

此外，早期褶皺的樞紐置換是縱彎疊加褶皺的另一重要形成機制。當(dāng)中等緊閉的非同斜褶皺在與軸向大角度相交的擠壓應(yīng)力場中再次縱彎褶皺時，由于早期褶皺兩翼方向不同的晚期褶皺，導(dǎo)致原始樞紐（F1）所在質(zhì)點線失去樞紐屬性，并發(fā)生扭曲變形，而被一新生成的強烈彎曲的樞紐（F1′）替代，即早期褶皺發(fā)生了樞紐置換作用，在早期褶皺兩側(cè)形成一系列對應(yīng)新生成的樞紐（F1′）的晚期褶皺［31～32］。新生褶皺樞紐（F1′）在褶皺展平后仍為曲線，其原始跡線不能恢復(fù)。在引起褶皺變形的兩期擠壓應(yīng)力方向交角較低（小于60°）時，早期褶皺會發(fā)生旋轉(zhuǎn)、變位，并直接轉(zhuǎn)變成晚期褶皺，而不形成真正意義上的疊加褶皺，類似于Ramsay類型0無效疊加褶皺現(xiàn)象。此過程中往往伴隨早期褶皺樞紐遷移作用，即原樞紐位置發(fā)生了主動、連續(xù)的旋轉(zhuǎn)、變化而位于褶皺面的不同質(zhì)點線上。樞紐遷移是非常普遍的縱彎褶皺變形機制［3，46］，不僅在多世代褶皺相關(guān)疊加變形時存在，在同一期褶皺的生長過程中也會發(fā)生。褶皺層的能干性對樞紐遷移強度有明顯影響，一般情況下，二者成正相關(guān)，樞紐遷移量決定于縱彎縮短及層面應(yīng)變的速率［49］。

主控制器與傳感器節(jié)點分別與ESP8266模塊通過串口連接,程序下載完成后,無線傳感器節(jié)點與主控制器加入路由器的網(wǎng)絡(luò)中,建立WIFI連接,主控制器作為服務(wù)端與PC端網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手相連,傳感器節(jié)點發(fā)送“Hello WIFI”字符串給主控制器,主控制器接收后通過以太網(wǎng)將字符發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手進(jìn)行顯示。網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手界面如圖7所示,測試結(jié)果表明,主控制器與無線傳感器節(jié)點可實現(xiàn)無線WIFI連接,并且數(shù)據(jù)收發(fā)正常。

進(jìn)一步研究表明，樞紐置換與樞紐遷移兩種褶皺變形機制多伴隨著早期褶皺翼間角的變化［60］，雖然人們很早就認(rèn)識到疊加褶皺變形過程中存在早期褶皺變開闊與緊閉，但關(guān)于這幾種變形機制的相互聯(lián)系與作用方式，目前缺乏具體研究。

3.2 橫彎褶皺作用

巖層受到與巖層面垂直的外力作用而發(fā)生彎曲形成褶皺的過程稱為橫彎褶皺作用。地殼物質(zhì)的垂直升降運動是產(chǎn)生這種作用的基本條件，如巖漿的上升頂托，以及巖鹽、石膏或黏土等低黏度、低密度易流動物質(zhì)的上拱刺穿上覆巖層，基底的斷塊升降等，均是導(dǎo)致橫彎褶皺作用的重要因素，因此也稱為底辟褶皺作用［61］。

底辟構(gòu)造一般包括3部分：①高塑性物質(zhì)組成的底辟核，核內(nèi)物質(zhì)往往呈現(xiàn)復(fù)雜的塑性變形；②核上構(gòu)造（上覆巖層）往往是外形不規(guī)則的穹隆或短軸背斜，其內(nèi)部構(gòu)造特征如上述橫彎褶皺的基本特征；③核下構(gòu)造一般比較簡單。

當(dāng)?shù)妆俸藶閹r鹽時，稱為巖丘構(gòu)造。典型的鹽丘直徑2～3 km，邊部陡傾，可以向下延伸達(dá)幾千米。內(nèi)部構(gòu)造通常十分復(fù)雜，大量發(fā)育緊閉陡傾伏褶皺、重褶皺和多次重褶皺現(xiàn)象，如美國Utah州中部出露的典型底辟疊加褶皺［62］。許多學(xué)者研究認(rèn)為鹽丘的形成是由于鹽層與其上覆密度較大的圍巖間密度的差異所致［63～64］。如果底辟核是侵入巖，巖漿上升侵入圍巖，并使上覆巖層上拱形成穹隆，這種作用過程也稱巖漿底辟作用。巖漿底辟作用是一種重要的地質(zhì)作用，它不僅導(dǎo)致廣泛的沉積巖層發(fā)育地區(qū)出現(xiàn)以巖漿巖為底辟核的穹隆形成，太古宙高級變質(zhì)巖區(qū)發(fā)育的典型構(gòu)造樣式“卵形構(gòu)造”或稱“片麻巖穹隆”，也多認(rèn)為與巖漿底辟作用有關(guān)［65］。

3.3 剪切疊加褶皺

剪切褶皺作用又稱滑褶皺作用，是巖層沿著一系列與層面不平行的密集劈理發(fā)生差異滑動形成的褶皺，屬于典型的相似褶皺。原始層面在這種褶皺作用中已不起控制作用，只是反映滑動結(jié)果的標(biāo)志［61］。剪切疊加褶皺與主動－縱彎疊加褶皺存在很大差別［27，29，66～67］，其形成機制一直存在爭議［13］。剪切疊加褶皺是被動褶皺作用形成的，其褶皺面在運動學(xué)上是完全被動的，褶皺面的質(zhì)點和質(zhì)點線的位移與橫過層面的滑動、流動或剪切有關(guān)，而與褶皺本身的空間位態(tài)無關(guān)，因此相關(guān)的疊加褶皺系統(tǒng)可比擬為2組獨立波的干擾型式，其形成的褶皺疊加類型僅受控于疊加的收縮或伸展應(yīng)力場的大小及其相對早世代褶皺的方向，與早世代褶皺的剖面形態(tài)無關(guān)［14，26］。一些研究者認(rèn)為大多數(shù)剪切褶皺是在強烈變形條件下，在先期褶皺的基礎(chǔ)上再發(fā)生的，不是單純的與層面斜交的剪切作用的產(chǎn)物，而是縱彎和剪切2種機制聯(lián)合作用的產(chǎn)物［68］。解決剪切褶皺形成機制的關(guān)鍵在于滑動面的成因，學(xué)者們對軸面劈理的成因進(jìn)行了許多研究［69］，指出其作為一個物質(zhì)面，初始和最終的發(fā)育均垂直于應(yīng)變橢球體的最小應(yīng)變方向，并認(rèn)為其具有擠壓和剪切的雙重力學(xué)性質(zhì)［68］。

目前疊加褶皺的研究一般集中在單一褶皺形成機制，而自然界的褶皺實際上并非形成于單一機制，褶皺的幾何形態(tài)往往是其相關(guān)構(gòu)造、位置、時間等變化的綜合反映，顯示了大陸地殼變形在時間和空間上的非均一性，是幾種機制聯(lián)合作用的結(jié)果，具有復(fù)雜的變形應(yīng)力場［50］。在同一構(gòu)造事件的遞進(jìn)變形過程中，因擠壓方向的連續(xù)變化或多個方向同時作用的收縮變形也能導(dǎo)致疊加褶皺或類似疊加褶皺作用的發(fā)生［19，70～71］，其產(chǎn)生的疊加褶皺比兩期構(gòu)造事件引起的疊加褶皺的幾何形態(tài)往往更無序，難以區(qū)分。研究表明，前陸擠壓變形帶中斷裂相關(guān)褶皺的疊加褶皺類型及形成機制基本能用縱彎褶皺機制得到解釋［74］；而斷裂相關(guān)的膝折褶皺的疊加干涉與縱彎褶皺的干涉機制不同，褶皺疊加的型式主要受逆沖斷層控制。由于斷裂切割深度、時空活動變化更能引起一些特殊的疊加褶皺干涉型式［73～74］，因此探討疊加褶皺的形成機制時，需要根據(jù)實際情況，在詳細(xì)的構(gòu)造解析工作基礎(chǔ)上，才可能做出合理的解釋。

4 實例分析

結(jié)合上述疊加褶皺的研究進(jìn)展，本文選取了國內(nèi)外相關(guān)的典型實例，總結(jié)其疊加褶皺類型、構(gòu)造樣式與形成機理。

4.1 大巴山前陸疊加褶皺

大巴山前陸位于中揚子板塊西北緣，通過城口—房縣斷裂帶與大巴山逆沖推覆帶相接，共同構(gòu)成大巴山造山帶［75］?？傮w上，大巴山前陸表現(xiàn)為一系列北北西—北西—東西走向緊密排列的向南西突出的弧形褶皺和斷裂組成的縮短帶［39］。大巴山前陸疊加褶皺以大巴山前陸西段最為典型，樂光禹等［3］分析了區(qū)域內(nèi)多組系褶皺斷裂帶的遞進(jìn)擴展和疊加干擾過程，指出米倉山背斜和南側(cè)向斜以較大波長的大型寬緩褶皺為特征，而大巴山構(gòu)造前陸是由較小波長的緊閉褶皺組成，其中高級別的褶皺可從包絡(luò)面或中面的露頭形態(tài)確定。疊加褶皺成因機制是，近南北向大巴山構(gòu)造帶的前緣帶疊加在東西向米倉山復(fù)式背斜之上，形成復(fù)雜的橫跨疊加褶皺類型［39，76］，相當(dāng)于Ghosh［29］的1類疊加褶皺?？傮w上表現(xiàn)為近東西向與近南北向2組褶皺疊加形成的橫跨疊加褶皺［9，38～39，42，75］（見圖4），同褶皺變形分析表明其分別受近東西向與近南北向構(gòu)造擠壓作用控制［9］（見圖4）。大比例尺構(gòu)造填圖與構(gòu)造觀測表明，大巴山前陸中段的構(gòu)造樣式同樣以橫跨疊加褶皺為特征［10］，而大巴山前陸東段則表現(xiàn)為共軸疊加褶皺、斜跨疊加褶皺和聯(lián)合構(gòu)造3種構(gòu)造樣式的疊加褶皺，疊加褶皺源于近東西向、北西向和北東向3組不同方位的褶皺構(gòu)造相互疊加［39，42］。

構(gòu)造模擬與詳細(xì)的構(gòu)造測量表明，大巴山前陸疊加褶皺源于向南西突出的弧形褶皺帶疊加于近東西向褶皺構(gòu)造之上形成［9］，弧形構(gòu)造向南西擴展，大巴山西段前緣受到較早生成的東西向米倉山復(fù)背斜限制，以不同級別的強烈褶皺疊加在寬緩的米倉山復(fù)式背斜帶之上，兩者軸向正交，形成橫跨疊加褶皺［3］，局部位置可見典型的露頭尺度穹窿構(gòu)造［38］?？傮w上，大巴山前陸晚期的弧形褶皺帶卷入的最新地層為中侏羅統(tǒng)，結(jié)合大巴山逆沖推覆體構(gòu)造年代學(xué)研究［10，77］，大巴山疊加褶皺形成于中侏羅世晚期—早白堊世早期。其形成機制可歸結(jié)為造山帶前陸擴展模式［79］，即南秦嶺造山帶整體沿城口—房縣斷裂帶向南西逆沖推覆過程中，受漢南—米倉山地塊和神農(nóng)架—黃陵地塊的阻擋，導(dǎo)致大巴山構(gòu)造帶由北東向南西的顯著縮短，疊加在早期近東西向構(gòu)造帶之上，在其前陸形成多種樣式的疊加褶皺［9，42］。

4.2 伊比利亞山東部疊加褶皺

圖4 大巴山前陸西段疊加褶皺及其構(gòu)造應(yīng)力場特征［38］Fig.4 Superposed folds and tectonic stress fields in the western segment of Dabashan Foreland Belt

伊比利亞山東部疊加褶皺出露于西班牙東部的阿里亞加地區(qū)第三紀(jì)地層中（見圖5）。在地質(zhì)填圖與遙感影像解譯基礎(chǔ)上，結(jié)合野外褶皺相關(guān)疊加構(gòu)造測量表明，該區(qū)主要發(fā)育東北東向褶皺和北北西—南南東向褶皺，疊加褶皺樣式主要有2大類型、5種模型。Type1a為T型疊加褶皺，晚期褶皺與早期不同走向的褶皺末端位置相連接，典型例子主要出露在Los Olmos附近（見圖5）。Type1b為“接觸型”疊加褶皺，晚期褶皺形成于早期褶皺其中一翼上，并與其樞紐相連。這類疊加褶皺多發(fā)現(xiàn)于早期北北西—南南東向褶皺西翼，典型的有La Lastra向斜、Campos背斜、Camarillas背斜等；Type1c為L型疊加褶皺，在形成時間序列上存在不確定性，但在幾何模型上還是屬于不同機制下的產(chǎn)物。Skjernaa認(rèn)為這種疊加類型不屬于單一褶皺形成的“月亮型”［18］。L型疊加褶皺僅在阿里亞加地區(qū)東北角的第三紀(jì)地層可見；Type1d為“蛇形”疊加褶皺，早期直立褶皺遭受平行于樞紐的構(gòu)造擠壓作用，導(dǎo)致其中一翼的地層發(fā)生不協(xié)調(diào)變形；阿里亞加地區(qū)出露的Type2基本是Type2a，與Ghosh［31］第三種模型基本一致，典型的例子出露在古近系盆地的東北緣，由于晚期東北東—西南西向褶皺的疊加使早期北西—南東背斜的波長大幅度變化。詳細(xì)的構(gòu)造測量，結(jié)合地層接觸關(guān)系與卷入變形的地層特征分析表明，伊比利亞山東部主要受2期構(gòu)造擠壓作用控制。早期東北東—西南西向構(gòu)造擠壓作用導(dǎo)致區(qū)內(nèi)北北西—南南東向褶皺和逆沖斷層形成，由于北北西—南南東向褶皺影響了完整的古近紀(jì)地層，確定Campos背斜的東翼形成于中始新世，西翼形成于漸新世—中新世［48］。中始新世—晚漸新世時期北北東—北東向構(gòu)造擠壓作用導(dǎo)致東北東向褶皺并疊加于早期的北北西—南南東向褶皺，形成疊加褶皺［48］。動力學(xué)機制方面，早期北北西—南南東向褶皺和晚期東北東—西南西向褶皺的形成分別可能與阿爾卑斯陸內(nèi)造山北東向擠壓和南東—南南東向擠壓有關(guān)，即中始新世—晚漸新世的北北東—北東向構(gòu)造擠壓作用導(dǎo)致區(qū)域性褶皺與斷層構(gòu)造發(fā)育，早中新世則主要受南東—南南東向構(gòu)造擠壓作用，導(dǎo)致歐洲和非洲之間的造山帶從比利牛斯山移動到伊比利亞邊緣的貝蒂克山。

圖5 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖［48］Fig.5 Geological sketch of the Mt.Ibérian

5 存在問題與展望

地殼淺層次巖層中的褶皺多為大中型尺度，野外露頭尺度疊加褶皺非常有限，而且往往缺乏各種伴生的透入性構(gòu)造，使得疊加褶皺的構(gòu)造樣式研究存在一定困難。地層疊加變形過程中，往往沒有相關(guān)的同變形礦物生成，使得疊加變形絕對時限難以確定。在強烈變形區(qū)，地層變形更為復(fù)雜，由于變形巖石性質(zhì)及邊界條件的差異等，往往會出現(xiàn)遞進(jìn)變形導(dǎo)致的褶皺軸面連續(xù)變形及褶皺軸線發(fā)生彎曲等現(xiàn)象，但這并不一定指示褶皺疊加作用。這些問題導(dǎo)致疊加褶皺的研究存在很大難度。目前多數(shù)研究仍然以定性或者半定量為主，但疊加褶皺的數(shù)字化、定量化與可視化是其發(fā)展趨勢。此外，疊加褶皺系統(tǒng)內(nèi)的許多力學(xué)問題也一直是相關(guān)研究的難點，Ramsay［14］曾指出：“還沒有人在任何精確的理論基礎(chǔ)上研究過這樣復(fù)雜連接的多層系統(tǒng)巖層可能形成的失穩(wěn)。”

如何更有效地解析疊加褶皺，是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域需要不斷探索的任務(wù)之一。疊加褶皺的幾何學(xué)分析是其研究基礎(chǔ)，除通過詳細(xì)的大比例尺構(gòu)造填圖與野外調(diào)查之外，需要結(jié)合地球物理數(shù)據(jù)所提供的深部結(jié)構(gòu)，從小、中、大尺度等多個層次進(jìn)行分析。疊加褶皺的運動學(xué)是褶皺構(gòu)造研究中的難點和重點，目前多運用數(shù)值模擬與物理模擬研究。在數(shù)值模擬研究中由于有限元方法自身在大變形模擬方面的不足，使得其在探討疊加褶皺的形成機制方面顯得非常有限。目前隨著基于離散元的大變形數(shù)值模擬軟件不斷進(jìn)步，疊加褶皺的構(gòu)造模擬正逐漸成熟。實際上，疊加褶皺的構(gòu)造模擬研究，需要同時結(jié)合野外調(diào)查，才能獲得其可靠運動學(xué)特征。近年來一些研究者為獲得疊加變形運動學(xué)的直接證據(jù)，開展了同褶皺變形構(gòu)造測量工作，嘗試通過測量同褶皺變形所伴生的滑動矢量，恢復(fù)褶皺變形的構(gòu)造應(yīng)力場，進(jìn)而提出研究區(qū)的構(gòu)造演化［5，39～60，42］。

總之，疊加褶皺研究需要在大比例尺構(gòu)造填圖與詳細(xì)的野外構(gòu)造觀測基礎(chǔ)上，通過精細(xì)構(gòu)造解析和變形序列分析，結(jié)合深部地質(zhì)構(gòu)造分析，才能查明其三維幾何形態(tài)、構(gòu)造樣式與運動學(xué)特征。并結(jié)合構(gòu)造年代學(xué)與構(gòu)造模擬研究，定量化地再現(xiàn)其形成序列與發(fā)育機制。

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SUPERPOSED FOLD：AN OVERVIEW

CHEN Long1，2，SHI Wei2
（1.School of Geosciences and Info?Physics，Central South University，Changsha 410083，China；2.Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100081，China）

Superposed fold，representing one of the most significant structures，is predominately derived from multistage crustal shortening，documenting a multiphase tectonic evolution history in a certain region.In order to deepen the understanding of the superposed fold，this paper gives an overview of the previous studies for superposed fold，and mainly focused on the structural style and formation mechanism.Here we suggest a superposed fold is dominantly originated from buckling folding，bending folding or shear folding，as reveled by an amount of field observation，physical and numerical simulation；then we give two case studies on the superposed fold.Additionally this paper summarizes a number of issues and probable methods on superposed fold analyzing.

superposed fold；structural style；tectonic stress fields；formation mechanism；numerical simulation

P542＋.2

A

1006?6616（2014）04?0455?14

2014?06?18

國家自然科學(xué)基金項目（No.41172184）

陳龍（1990?），男，碩士研究生，主要從事中、新生代構(gòu)造變形研究。E?mail：chenlong201406＠sina.com

施煒（1971?），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，副研究員，主要從事中、新生代構(gòu)造研究。E?mail：shiweinmg＠163.com