褶皱——地球的曲线之美

2020.11.03 中国矿业报   

作者：中国地质调查局油气资源调查中心 王步清

褶皱，有着曲线之美。部分高铁站和机场或多或少有褶皱的元素，高铁站如北京南站、长沙南站、哈尔滨西站等，飞机场如西安咸阳机场、韩国仁川机场、新建的北京大兴场；其他一些著名建筑如北京国家大剧院、雅典万国宫、悉尼歌剧院、华盛顿白宫等，也有褶皱的元素；少女的裙子，也常有褶皱，更能展现婀娜多姿之美；地球的褶皱，则是大自然的大手笔，造就奇山异水万千，宝藏矿藏无数，美在风光旖旎，美在造福人类。

一、何为地球的褶皱

地层（地质体）在力的作用下可以形成褶皱，一个完整的褶皱由背斜和向斜构成，剖面形态类似于正弦曲线，背斜曲面向上凸出，向斜曲面向下凸出（图1）。在大自然，我们可以观察到不同级别、不同形态的褶皱。宏观如前文提到的系列山系，宽几十到几百千米，绵延几百到几千千米，宏伟壮观，山间美景无数，奇山异水万千。在我国，有美丽的天山、巍巍昆仑山、雄踞地球的喜玛拉雅山；中观的纵横几米到几千米，可以是一个或几个小山峰，或者是一个几米到几百米的横剖面，有些需要地质学家的推断，有些可以直观看到（图2）。我们暂且把1米以下的称作微观褶皱，它实际上是宏观褶皱、中观褶皱在局部的表现，它反映了更为精细的岩层和岩石颗粒变形。宏观、中观和微观褶皱存在这样一个关系：中观褶皱是更为普遍的存在，宏观褶皱由一系列中观褶皱组成，微观褶皱则是中观褶皱在局部的表现（图3）。

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图1  较标准的地层褶皱变形

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图2  南天山库车地区的秋里塔格背斜

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图3  手标本上看到的褶皱

褶皱有不同的几何形态。有较规则的，也有不规则的，由于（地层）地质体的不均一性及受力的多次性，导致规则的不常见，而不规则的常见（图4）。褶皱有平躺的，称平卧褶皱；有直立的，称直立褶皱；还有沿一定角度向下倾伏，称倾伏褶皱，若完全或近于水平的，称为水平褶皱（图5）。系列褶皱组成的山系在地球表面也呈一定的几何形态，如四川盆地东部的褶皱山系，北东东向，背斜紧闭高陡，向斜开阔平缓，像一把梳子一样，称之为隔档式褶皱；而往东到湘鄂西地区，背斜宽缓，向斜紧闭，背斜形状像个箱子，称之为厢状褶皱，与库车秋里塔格剖面类似。

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图4  形态不规则（左）和相对规则的褶皱（右）

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图5  平卧褶皱（左）和直立褶皱（右）

二、褶皱-地球的曲线之美

地球褶皱之美，美在奇山异水。欧洲的阿尔卑斯山脉是典型的褶皱山系，横亘于欧洲大陆中部，被世人称为“大自然的宫殿”和“真正的地貌陈列馆”。冰川、湖泊、森林、草场，湖光山色，风景十分迷人，是冰雪运动的圣地，探险者的乐园。我国的天山，也是著名的褶皱山系，由三列平行的褶皱山脉组成，位于亚欧大陆腹地，跨中国、哈萨克斯坦等国，天山天池、托木尔峰、库车大峡谷、那拉提草原、巴音布鲁克草原，是天山著名的景点，到了深秋季节，整个天山是一幅画，到处是美景。

地球褶皱之美，美在富集矿藏。因为地层褶皱，可能形成一个倒过来的巨大碗状物，类似于北京国家大剧院的形状，地质学上叫背斜构造，地下生成的石油、天然气可能运移至此碗的下方，形成大规模的油藏或气藏，如克拉2气田、大庆油田、玉门老君庙油田都是在背斜构造下方富集的油气藏；此外，还存有大量的其它油气藏，或多或少与背斜有关。由于地层的承压强度、岩性的不均一性，导致变形存在差异，在背斜的核部，通常发育较好的容矿空间，地下热液沿背斜附近的断裂运移至背斜处，并与地层发生系列化学反应，形成铁矿、铅锌矿、锑矿、金矿、铜矿、铀矿等国计民生所需要的矿体。

地球褶皱之美，美在起起伏伏。褶皱和断裂的共同作用，使得地球的表面起起伏伏，在我国，有三级阶梯地貌，每一级都有从高山，到丘陵再到平原或盆地等几种地形地貌。第一级阶梯高山覆盖冰川，终年不化，成为江河源头，由西向东，奔向东海，中间蕴藏了巨大的水力势能，这些水力势能可转为电能，造福人类，长江三峡、葛洲坝、龙滩、刘家峡等水利水电工程就是利用地势差、水势差进行发电、调水，有效服务民生。起起伏伏的地形还造就了地球良好的生态和生存环境，有山、有水、有良田、有海洋，为人类源源不断提供必需的生存资料和工业发展所需的绿色能源。

注：文中部分图片来自于网络，在此表示感谢

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