工程地质褶皱：平卧和倒转褶皱要素

褶皱是指岩层受力发生弯曲变形而形成的地质构造形态，是由岩层中原来近乎平直的面变成了曲面而表现出来的。形成褶皱的变形面绝大多数是层理面，而变质岩劈理、片缚或片麻理以及岩浆岩的原生流面等也可以成为褶皱面，即便是岩层和岩体中的节理面、断层面或不整合面，受力后也可能变形而形成褶皱。因此，褶皱是地壳上一种最普遍的地质构造，在层状岩石中它表现得最明显，形象地给予人们以岩石能发生塑性变形的概念。

褶皱的规模差别极大，从巨大的褶皱系和构造盆地到出现在个别露头或手标本上的褶皱，以至显微褶皱构造；褶皱的形态也是千姿百态、复杂多变的。研究褶皱的形态、产状、分布和组合特点及其形成方式和时代，对于揭示一个地区地质构造的形成规律和发展史具有重要意义。许多矿产在成因上或矿体产状和空间分布上与褶皱有密切关系；有些矿体本身就是褶皱层。褶皱构造还不同程度地影响水文地质和工程地质条件。因此，研究褶皱具有重要的理论意义和实用意义。

褶皱的形态是多种多样的，而其基本形式有两种（图 2.5）：一种是岩层向上弯曲，其核心部位的岩层时代较老，外侧岩层较新，称为背斜；另一种是岩层向下弯曲，核心部位的岩层较新，外侧岩层较老，称为向斜。由于后来风化剥蚀的破坏，造成向斜在地面上的出露特征是：从中心向两侧岩层从新到老对称重复出露［图 2.5（a）、（b）左侧］。而背斜在地面上的出露特征却恰好相反，从中心向两侧岩层从老到新对称重复出露［图 2.5（a）、（b）右侧］。

图2.5　背斜和向斜在平面上和剖面上的表征

1.褶皱的组成要素

为了正确描述和研究褶皱，首先要弄清楚褶皱的各个组成部分（褶皱要素）及其相互关系，即要认识褶皱要素（图2.6）。

（1）核部：泛指褶皱中心部分的地层。当剥蚀后，常把出露在地面的褶皱中心部分的地层简称核。

（2）翼部：褶皱核部两侧的地层，简称翼。在横剖面上，两翼之间的最小夹角称为“翼间角”。

（3）转折端：从一翼向另一翼过渡的部分。在横剖面上，转折端常呈弧线形，但有时也可以是一个点或直线。

（4）褶轴：又称褶皱轴线或轴。对圆柱状褶皱而言，褶轴是指一条凭借其自身移动能描绘出褶皱面弯曲形态的直线。

（5）枢纽：在褶皱的各个横剖面上，同一褶皱面的各最大弯曲点的连线叫作枢纽。枢纽可以是直线，也可以是曲线；可以是水平线，也可以是倾斜线。

（6）轴面：一个褶皱内各个相邻褶皱面上的枢纽连成的面，故又称枢纽面。如果褶皱两翼地层倾角基本一致，或两翼厚度基本不变，则可以把轴面看成是翼间角的平分面，或者是大致平分褶皱两翼的对称面。轴面可以是平面，也可以是曲面，轴面与地面或其他面的交线称为该面上的轴迹。轴面产状和任何构造面产状一样，是用其走向、倾向和倾角来确定的。

2.褶皱的形态分类

褶皱形态多种多样，为了更好地描述和研究褶皱，必须对种类繁多的褶皱加以概括和归类。下面介绍几种常用的褶皱形态分类方法。

（1）根据轴面和两翼产状，褶皱可以分为：

直立褶皱：轴面近乎直立，两翼倾向相反，倾角近似相等［图2.7（a）］。

斜歪褶皱：轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不等［图2.7（b）］。

倒转褶皱：轴面倾斜，两翼向同一方向倾斜，一翼的地层倒转［图2.7（c）］。

图2.6　褶皱要素示意图

平卧褶皱：轴面近水平，一翼地层正常，另一翼地层倒转［图2.7（d）］。(www.xing528.com)

翻卷褶皱：轴面弯曲的平卧褶皱［图2.7（e）］。

图2.7　褶皱根据轴面和两翼产状的分类

（2）根据翼间角大小，褶皱可分为：

平缓褶皱：翼间角小于 180°，大于 120°；

开阔褶皱：翼间角小于 120°，大于 70°；

闭合褶皱：翼间角小于 70°，大于 30°；

紧闭褶皱：翼间角小于 30°；

等斜褶皱：翼间角近于 0°，两翼近乎平行。

3.褶皱的识别

褶皱构造，不论其规模大小、形态特征如何，若无断层干扰，则两翼岩层总是对应出现。对于背斜构造，自核部向两翼部方向，地层顺序总是由老到新；向斜则相反，自核部向两侧翼部方向，地层顺序总是由新到老。并且，在两翼如不因地层错断产生缺失和重复时，都是对应出现的。这些特点是褶皱构造地层分布的规律，也是识别褶皱的基本方法。

较常见的直立褶皱和倾斜褶皱，在岩层产状方面也有较明显的规律。例如：背斜构造两翼岩层倾向相反，而且都是向外部倾斜；向斜构造两翼岩层倾向也相反，但向中心倾斜。但倒转褶皱和平卧褶皱则不存在这种产状特征。所以，褶皱的识别应首先抓住地层新老层序这个基本规律。

（1）野外识别褶曲构造的主要方法。

①穿越法，指对垂直岩层走向进行观察的方法。用穿越的方法便于了解岩层的产状、层序及其新老关系。

②追索法，指沿平行岩层走向进行观察的方法。沿平行岩层走向进行追索观察便于查明褶曲延伸的方向及其构造变化的情况。

穿越法和追索法，不仅是野外观察识别褶曲的主要方法，同时也是野外观察和研究其他地质构造现象的一种基本方法。通常以穿越法为主、追索法为辅。

（2）褶曲的工程评价。

①褶曲核部：岩层由于受水平挤压作用，产生许多裂隙，直接影响到岩体的完整性和强度高低，在石灰岩地区还往往使岩溶较为发育。所以在核部布置各种建筑工程，如路桥、坝址、隧道等时，必须注意防治岩层的坍落、漏水及涌水问题。

②褶曲翼部：边坡倾向与岩层倾向相反，或者两者倾向相同但岩层倾角更大，则对开挖边坡的稳定较有利；否则容易造成顺层滑动现象。

③对于隧道等深埋地下的工程，一般应布置在褶皱翼部的均一岩层上，以有利于稳定。