褶曲（地質学）
構造地質学において、褶曲とは、堆積層などの元々平面であった面が、永久変形によって曲がったり湾曲したり（「褶曲」 ）した状態のことです。岩石の褶曲の大きさは、微細なしわから山ほどの大きさの褶曲まで様々です。褶曲は、単独の褶曲として、または周期的な褶曲（褶曲列として知られる）として発生します。堆積性褶曲は、堆積作用によって形成される褶曲です。
褶曲は、応力、間隙水圧、温度勾配などのさまざまな条件下で形成されます。これは、軟らかい堆積物、あらゆる種類の変成岩、さらには一部の火成岩の主要な流動構造として褶曲が存在することからも明らかです。地域規模で分布する一連の褶曲は、造山帯の一般的な特徴である褶曲帯を構成します。褶曲は、既存の地層が短縮することによって形成されるのが一般的ですが、非平面断層（断層屈曲褶曲）の変位の結果として、伝播する断層の先端（断層伝播褶曲）で、差別圧縮によって、または高レベルの火成岩貫入（例えば、ラコリスの上）の影響によって形成されることもあります。
折り畳み用語
折り曲げヒンジとは、折り畳まれた面における最大曲率の点を結ぶ線です。この線は直線または曲線のいずれかになります。この特徴はヒンジ線と呼ばれることもあります。[ 1 ]
短縮方向に垂直に見た褶曲面は、ヒンジ部とリム部 に分けられます。リム部は褶曲の側面であり、リム部はヒンジ領域で収束します。ヒンジ領域内には、褶曲の曲率半径が最小（最大）となる点であるヒンジポイントがあります。褶曲の山は褶曲面の最高点を表し、谷は最低点を表します。褶曲の変曲点は、リム部において凹面が反転する点であり、通常の褶曲では、これはリム部の中点です。
軸面は、積み重ねられた褶曲面のすべてのヒンジラインを結ぶ平面として定義されます。軸面が平面である場合、それは軸面と呼ばれ、走向と傾斜角によって記述できます。
褶曲には褶軸が存在する。褶軸とは、「直線に最も近い近似値であり、それ自身と平行に移動させたときに褶曲の形状を生成する」ものである[ 2 ]（Ramsay 1967）。褶軸によって生成される褶曲は円筒褶曲と呼ばれる。この用語は、ほぼ円筒形の褶曲も含むように拡張されている。多くの場合、褶軸はヒンジラインと同じである。[ 3 ] [ 4 ]
記述的特徴
折りたたみサイズ
小さな褶曲は露頭でかなり頻繁に見られるが、大きな褶曲は比較的乾燥した地域を除いて滅多に見られない。しかし、小さな褶曲は、関連する大きな褶曲の手がかりとなることがよくある。小さな褶曲は、大きな褶曲と同じ形状と様式、そして大きな褶曲の閉鎖方向を反映しており、その劈開は、大きな褶曲の軸面の姿勢と、褶曲が反転する方向を示している[ 5 ]。
折り畳み形状
褶曲は、平面の肢が角のある軸で交わるシェブロン型、湾曲した肢を持つ尖角型、湾曲した軸を持つ円形、または不等波長の楕円型になることがあります。
折り目の締まり具合
褶曲の緊密さは、褶曲の肢間の角度の大きさ（各肢の変曲線における褶曲面の接線方向の角度）によって定義され、これを褶曲間角度と呼びます。緩やかな褶曲の褶曲間角度は180°から120°、開いた褶曲の褶曲間角度は120°から70°、閉じた褶曲の褶曲間角度は70°から30°、緊密な褶曲の褶曲間角度は30°から0°です。[ 6 ]等傾斜褶曲、または等傾斜褶曲の褶曲間角度は10°から0°で、褶曲間角度は基本的に平行です。
折り畳み対称性
すべての襞が、襞の軸の両側で等しいわけではありません。襞の辺の長さが比較的等しいものは対称襞と呼ばれ、襞の辺の長さが大きく異なるものは非対称襞と呼ばれます。非対称襞は、一般的に、襞が形成された元の展開面に対して、軸が角度をなしています。
対面と輻輳
輻輳は折り畳み軸に垂直な方向で計算されます。
変形スタイルクラス
層の厚さが均一な褶曲は同心褶曲に分類されます。そうでない褶曲は相似褶曲と呼ばれます。相似褶曲は、肢が薄くなり、ヒンジ領域が厚くなる傾向があります。同心褶曲は層の能動的な座屈による反りによって発生しますが、相似褶曲は通常、層が機械的に活動していない何らかの形の剪断流動によって形成されます。ラムゼーは褶曲の分類体系を提案しており、これは褶曲の内側と外側の線の曲率と傾斜等角線（隣接する褶曲面上の等しい傾斜の点を結ぶ線）の挙動に基づいて、側面図で褶曲を記述するのによく使用されます。[ 8 ]
| クラス | 曲率C | コメント |
|---|---|---|
| 1 | C内側> C外側 | 傾斜等角線は収束する |
| 1A | ヒンジ部の直交厚さは四肢部よりも狭い | |
| 1B | 平行折り | |
| 1C | 四肢の直交厚さはヒンジ部分よりも狭い | |
| 2 | C内側= C外側 | 傾斜等角線は平行：相似褶曲 |
| 3 | C内側< C外側 | 傾斜等角線は発散する |
折り方の種類
リニア
- 背斜: 直線的。地層は通常、軸の中心から離れて傾斜し、方向に関係なく、最も古い地層が中心にあります。
- 向斜: 線状、地層は通常、軸の中心に向かって傾斜し、方向に関係なく最も新しい地層が中心に位置する。
- 反形：線状、地層は軸の中心から離れて傾斜し、年代は不明、または反転している。
- シンフォーム：線状、地層は軸中心に向かって傾斜、年代不明、または反転。
- 単斜: 線状で、各側の水平層の間に一方向に地層が傾斜している。
- 横臥位: 直線状の褶曲軸面が低い角度で向いており、褶曲の一方の肢で地層が反転している状態。
他の
- ドーム: 非線形、地層は中心からあらゆる方向に傾斜し、最も古い地層が中心にあります。
- 盆地: 非線形、地層はどの方向でも中心に向かって傾斜し、最も新しい地層が中心にある。
- シェブロン：直線の肢と小さなヒンジを備えた角張った折り目
- スランプ: 典型的には単斜斜面であり、堆積作用および岩石化作用の際の差別的な圧縮または溶解の結果である。
- プティグマティック：褶曲は無秩序で、ランダムかつ不連続である。堆積性スランプ褶曲、ミグマタイト、デコルマン剥離帯に典型的に見られる。
- 寄生的：より長い波長の褶曲構造の中に形成される短波長の褶曲 - 通常は層厚の違いと関連している[ 9 ]
- 不調和：隣接する層で異なる波長と形状を持つ折り畳み[ 9 ]
(ホモクラインでは、地層は同じ方向に傾斜しますが、必ずしも褶曲しているわけではありません。)
折り畳みの原因
褶曲は、あらゆるスケール、あらゆる岩石の種類、地殻のあらゆる層に現れます。褶曲は様々な原因から生じます。
層平行短縮
層状の岩石が層状に平行に短縮すると、この変形は均質短縮、逆断層、褶曲など、様々な方法で吸収される。この反応は、力学的層の厚さと層間の特性の対比に依存する。層状化が褶曲し始めると、褶曲の様式もこれらの特性に依存する。より非力な基質中に孤立した厚い層が褶曲を制御し、典型的には基質の変形によって吸収された典型的な丸みを帯びたバックル褶曲を生成する。砂岩-頁岩層のように、特性の異なる層が規則的に交互に重なる場合、通常、キンクバンド褶曲、ボックス褶曲、シェブロン褶曲が形成される。[ 10 ]
断層関連の褶曲
多くの褶曲は断層と直接関係しており、断層の伝播、変位、隣接する断層間の歪みの調整と関連しています。
断層屈曲褶曲
断層屈曲褶曲は、非平面断層に沿った変位によって生じます。非垂直断層の場合、変位が進むにつれて断層を挟んだ不整合を吸収するために上盤が変形します。断層屈曲褶曲は、伸張断層と逆断層の両方で発生します。伸張断層では、リストリック断層の上盤にロールオーバー背斜が形成されます。 [ 11 ]逆断層では、逆断層があるデタッチメントレベルから別のデタッチメントレベルに分断するたびに、ランプ背斜が形成されます。この高角度のランプ上での変位が褶曲を引き起こします。[ 12 ]
断層伝播褶曲
断層伝播褶曲、あるいは先端線褶曲は、既存の断層上で変位が生じ、それ以上伝播しない場合に発生します。逆断層と正断層の両方において、この褶曲は上部の断層層の褶曲につながり、多くの場合単斜面を形成します。[ 13 ]
分離折り畳み
逆断層が平面状のデタッチメント上で断層伝播を伴わずに変位し続けると、デタッチメント褶曲（典型的には箱褶曲）が形成されることがある。これは通常、ジュラ山脈のように良好なデタッチメント上で発生し、ジュラ山脈では中期三畳紀の蒸発岩上にデタッチメントが発生している。[ 14 ]
剪断帯における褶曲
単純剪断に近い剪断帯には、典型的には、全体的な剪断方向と一致する、軽微な非対称褶曲が含まれる。これらの褶曲の中には、大きく湾曲したヒンジ線を持つものがあり、鞘褶曲と呼ばれる。剪断帯の褶曲は、遺伝的に形成される場合もあれば、剪断前の層構造の配向によって形成される場合もあれば、剪断流内の不安定性によって形成される場合もある。[ 15 ]
堆積物の褶曲
最近堆積した堆積物は通常、機械的に弱く、岩石化して褶曲を形成する前に再移動しやすい性質があります。テクトニクス起源の褶曲と区別するために、このような構造は堆積同期構造（堆積中に形成される構造）と呼ばれます。
スランプ褶曲：固結の不十分な堆積物中にスランプが形成されると、その定着過程において、特にその先端部で褶曲が一般的に生じる。スランプ褶曲の非対称性は、堆積岩層における古地殻斜面の方向を決定するために用いられる。[ 16 ]
脱水：地震活動によって引き起こされる可能性のある砂質堆積物の急速な脱水により、回旋状の層理が形成される可能性がある。[ 17 ]
圧縮：断層ブロックや岩礁などの古い構造の上に異なる圧縮作用によって新しい層序で褶曲が形成されることがある。[ 18 ]
火成岩の貫入
火成岩の貫入は周囲の 母岩を変形させる傾向がある。地表近くの高位貫入の場合、この変形は貫入岩の上部に集中し、しばしばラコリスの上部表面のように褶曲の形をとる。[ 19 ]
フローフォールディング
岩石層の柔軟性はコンピテンスと呼ばれます。コンピテンスのある層または岩石層は、加えられた荷重に耐えて崩壊せず、比較的強いです。一方、コンピテンスのない層は比較的弱いです。岩石が流体のように振舞う場合、例えば岩塩のような非常に弱い岩石や、十分深く埋まっている岩石の場合、通常は流動褶曲（抵抗がほとんどないため受動褶曲とも呼ばれます）を示します。つまり、地層は歪むことなく移動し、周囲のより硬い岩石によって押し付けられた形状をとるように見えます。地層は単に褶曲の目印として機能します。[ 21 ]このような褶曲は、多くの火成岩の貫入岩や氷河の氷の特徴でもあります。[ 22 ]
折りたたみ機構
岩石の褶曲は、層の変形と岩盤の体積保存のバランスをとることによって起こります。これはいくつかのメカニズムによって起こります。
曲げ滑り
曲げ滑りは、褶曲した地層の層間に層平行滑りを生み出すことで褶曲を可能にし、全体として変形をもたらします。電話帳を曲げるのとよく似ています。電話帳では、ページ間の滑りによって体積が保たれます。
強固な岩盤の圧縮によって形成された褶曲は、「屈曲褶曲」と呼ばれます。
座屈
典型的には、褶曲は平面とその内部体積の単純な座屈によって生じると考えられています。体積変化は、層が平行に縮むことで体積が吸収され、厚みが増します。このメカニズムによる褶曲は、細くなった肢が水平方向に縮み、太くなったヒンジが垂直方向に縮むという、類似の褶曲様式の典型です。
質量変位
褶曲変形が曲げ滑りや体積変化による短縮（座屈）によって吸収できない場合、岩石は一般的に応力経路から除去されます。これは変成作用の一種である圧力溶解によって達成されます。圧力溶解では、岩石は高ひずみ領域の構成成分を溶解し、低ひずみ領域に再堆積することで短縮します。このようにして生成された褶曲の例としては、ミグマタイトや強い軸平面劈開を伴う領域が挙げられます。
折り畳みの仕組み
岩石の褶曲は、岩石が位置する応力場と、応力が加えられた時点の岩石の レオロジー、つまり応力に対する反応方法を中心に形成されます。
褶曲の対象となる層のレオロジーは、現場で測定される褶曲の特徴を決定します。変形しやすい岩石は、短波長で振幅の大きい褶曲を多く形成します。変形しにくい岩石は、長波長で振幅の小さい褶曲を形成します。
経済への影響
鉱業
ヒンジ状に折り畳まれた岩石層は、ヒンジ部における大きな変形に対応する必要があります。その結果、層間に空隙が生じます。これらの空隙、特に空隙内の水圧が空隙外よりも低いという事実は、鉱物の堆積の引き金となります。数百万年をかけて、このプロセスは広大な岩石層から大量の微量鉱物を集め、非常に集中した場所に堆積させることができます。これが鉱脈の形成メカニズムである可能性があります。要約すると、貴重な鉱物の鉱脈を探す際には、高度に褶曲した岩石を探すのが賢明であり、これが鉱業業界が地質学的褶曲の理論に非常に関心を持つ理由です。[ 23 ]
石油産業
背斜トラップは岩石の褶曲によって形成されます。例えば、透水性の低い頁岩に覆われた多孔質の砂岩ユニットが背斜に褶曲すると、褶曲の頂上に石油が蓄積し、炭化水素トラップが形成される可能性があります。ほとんどの背斜トラップは、横方向の圧力によって岩石層が褶曲することによって形成されますが、堆積物が圧縮されることによっても発生することがあります。[ 24 ]
参照
注記
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さらに読む
- マックナイト、トム・L.、ヘス、ダレル (2000). 「内部プロセス：褶曲」 . 『自然地理学：景観の鑑賞』. アッパーサドルリバー、ニュージャージー州: プレンティス・ホール. pp. 409–14 . ISBN 0-13-020263-0– アーカイブ財団経由。
- ポラード、デイビッド・D.、フレッチャー、レイモンド・C. (2005). 『構造地質学の基礎』ケンブリッジ大学出版局. ISBN 0-521-83927-0– アーカイブ財団経由。
- ラムゼー、JG、1967年、「岩石の褶曲と破砕」：マグロウヒルブックカンパニー、ニューヨーク、560ページ、ISBN 193066589X
外部リンク
