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1、褶皱构造的理论变形分析余祖成中国科学院地质研究所,北京,,为地壳中水平地层的褶皱构造在传统构造地质学中被认为是无可非议的压性构造形迹或近水平的构造动力在地块中形成挤压作用时的产物由于构造的力学分析一般沿用简支梁受纵向挤压的数学力学模型因而认为,构造线与最大压应力迹线重合由于同一应力应变,在同一应力场下只允许有一个最大压应力方向,,微分体的应力状态所以地层的褶皱变形既,也只使在地块受到两向挤压的情况下会产生与此联合应力场中最大压应力方向相垂直的单基于此,构造地质学一般认为,,向褶皱一次构造运动只能形
2、成一个方向的褶皱系同一地区,无论其相互关系如何,存在的不同方向的褶皱构造都应是不同构造期中的不同构造应力场下的复#∃合产物!∀,张文佑教授运用历史分析与力学分析相结合的方法,对两向褶皱的形成及演化进行了大量的研究,,并在调查南方含油地层时指出贵州泥盆纪地层中存在着两个互相垂直的同期褶皱!习钟大赛等在研究川南燕山期构造时也确认该区存在同期两向褶皱囚系近期笔者对攀西,,、地区拉拉多金属成矿带控矿褶皱构造的研究也发现同一矿体受同期形成的沿北西北东两正交方向延伸的褶皱系控制两,,向褶皱实际上是一种较为普遍的构
3、造地质现象它不仅在很多地区广泛分布而且常常,,、,控制着多种有用矿产的形成因而探讨其形成机制发生发展的历史条件与力学条件具有重要意义,,、,一般在地层的物质组成空间分布相对稳定几何长度宽度远大于厚度的情况下可认、,为地质体宏观上是均匀的连续的各相同性在受到水平或近水平的外力作用时的构造变形,相似于薄板,对典型条件下的构造变形,程序%&∋斗本文用薄板失稳理论进行理论分析给出了具体算例一、地层在与层面平行的单向侧压条件下的褶皱变形,仅可能在最,相似于传统构造地质学一般沿用的简支梁弯曲形成的单向褶皱简单条件
4、即薄板的两对边支承且可自由相向移动,,在远离支承边部分板受到沿长度不变的横向载荷时形成柱面弯曲‘(),,、更为一般的相似于变形地块不同的边界受力条件和约束条件如相邻地块的断层接触、,、、、不整合接触侵人接触等薄板边界支承可有铰支简支固支弹支等在这些条件下变形体边界往往不能自由移动,当其弯曲时,,大小由位移∗而定,支承边界在变形体内引起拉应力并影响板中的应力分布和应变分布本文,+,−.年/月−日收到科学通报+,−0年梦,‘0∃23457矩形薄板受到与板面平行的单向纵压作用在四边简支条件下的褶皱变形16
5、在两边简支条件下的褶皱变形〔0∃8‘397以及其它相似条件下的薄板压屈数学力学解析表,:,,,+表明薄板变形挠度∗均是坐标和9的函数即相似条件下的地层褶皱应沿:9两个、,方,向展开形成正交或近于正交的两向褶皱构造理论变形研究表明相似于板的地层褶皱完全沿单一方向延伸的情况是少有的+表不同边界条件下矩形板压曲的基本形式边界支承条件压曲基木形式临界条件留2≅8,+二.一<竺兰卫汀ΑΒ四边简支艺艺;口>=俩高“夕?=那爷纂’=#≅·2、!,〕甜一%9Χ‘<。Β。两边简支两边固定罕一冬毒
6、谕·2、一%,Δ‘<Β三边简支一边自由川∗罕一舟∀纂丝鉴竺〕·<汀9两、Δ<竺些边简支两边自由闭砂Ε少4Δ坦一万>,“石人·Κ≅,Γ」冗ΓΕ才、。娜允Η”兀ΙΑΑ四边简支双向挤压&0Φ,·Ε理一ϑ,(∀<(」刀Λ入落+。,Λ八,了荡—召—?万为什么多数地区对褶皱构造的研究都归结为单向褶皱或两向不同时期的褶皱复合呢Μ实质上这就是理论变形研究向传统构造地质学提出的问题所在,#∃!%∋日(门&刀!!∀一一三一一)下不刃幸矛鑫厂声奎瑞之爪一、祷沐孰之兰夕峰毛至∗鑫瑞酬,%图单向侧压条件下的简
7、支板褶皱变形+图中正值示上隆负值示下坳以下同,试分析图%构造地质学的一般工作方法,、所示的褶皱形式是根据野外变形地层产状岩、,性地层层位出露情况的定点调查和测量结果进行室内制图并综合分析由于野外工作受地、,,形地质条件限制调查只可能在一些条件允许的点上进行针对图%所示的褶皱如果测点落在∋、−线及其附近时,不难想象,构造分析的结论将是一沿.,方向延伸的单向褶皱且为、、、,沿/方向挤压作用的产物∗如测点各落在∋−01线上的一些部位上时构造分析一般为,、早期沿2方向挤压作用形成的轴向为.的单向褶皱晚期沿(方
8、向挤压作用形成的相对规模,较小的轴向为2的褶皱横跨复合即为两期构造变形的综合产物然而理论变形分析却与此相差甚远‘”,,∀,按薄板失稳理论受单向侧压的简支板在》3的情形下基本平衡方程为4第期科学通报,”护一口一劣妇洲ΑΕ一叮ΗΝ.+一Ι冲护Ε其边界条件为65牙%!,=78+,&/;<,/;3—9/:满足条件的解为7>∃:?竺些∃:?竺卫艺+≅,3/,7,当方向褶皱半波数%时有压屈临界条件)+),华3‘Α,,。,3,其中1为板的抗弯刚度左为板厚为板长为
