褶皱是一种常见的构造现象,代表地层发生了连续的弯曲变形,在此过程中会伴生大量裂缝。目前,褶皱相关裂缝的成因机制及其控制因素一直是地质学界的研究热点,但也存在较大的争议。本文研究了碎屑岩褶皱过程中裂缝发育的规律,取得了以下主要几点认识：1、在岩层未褶皱之前,水平状态的地层受到构造挤压应力的影响,形成了早期裂缝,早期裂缝的发育和分布与单层厚度有密切的关系。当单层厚度较小时,地层中发育了与层面垂直的平面共轭裂缝,平面共轭裂缝锐夹角角平分线方向与最大主应力平行,钝角角平分线方向与最小主应力的平行；平面共轭裂缝与单层厚度呈线性反比例关系。当单层厚度较大时,岩层中发育了与层面平行的张裂缝,其延伸较长、规模较大,张裂缝形成以后便控制了低级别裂缝的发育。有限元模拟发现,薄厚相间的地层在受到挤压应力作用后,薄层、厚层中应力分布不同,在厚层中,最大主应力与地层面小角度相交或平行,在这种挤压应力作用下发育的张裂缝与层面应多为小角度相交或平行关系,与层面平行的裂缝将厚度较大的地层“切割”为厚度较薄的地层,在进一步剪切作用下形成大量的级别更低的裂缝系统。2、地层弯曲变形以后,裂缝分维数或密度仍受到地层厚度的约束,在褶皱的转折端,除了保留早期形成的共轭裂缝外,还有后期发育的平行于褶皱枢纽的纵张裂缝,纵张裂缝密度与单层厚度不为线性反比例关系。早晚期裂缝叠加之后,裂缝密度随着地层厚度的增加而减少,与单层厚度成多项式关系。倾斜岩层中厚度越大的地层裂缝的分维数越高,厚度越小的地层中裂缝的分维数越低。3、褶皱变形后,在简单倾斜的地层中,地层倾角变化对裂缝密度有着重要的影响,统计发现,在一定的倾角范围内,裂缝分维数随着地层倾角和地层厚度的增大而增大,而且地层倾角对于裂缝密度的影响要大于地层厚度的影响。在复杂倾斜的地层中,由于倾角的变化,形成一种特殊的、与地层面斜交的构造裂缝。根据夹角与地层相对运动的关系,本文把锐夹角指示邻层相对运动方向的裂缝称为D裂缝,而把锐夹角指示本层相对运动方向的裂缝称为D’裂缝。在剖面上,这种特殊裂缝的组合呈扇形,裂缝密度随着地层厚度的增加而增加。对地层褶皱变形的几何分析,发现这两组裂缝具有相同的成因机制,在褶皱形成的过程中,核部曲率的逐渐增大导致了核部地层的缩短量较大。为了调节这种地层褶皱变形过程中产生缩短量和剩余剪切,便形成了这种特殊的构造裂缝。有限元数值模拟发现,在褶皱的转折端受到派生的局部伸展应力作用,野外观测发现,在保留了早期的平面共轭裂缝同时,还在局部伸展应力的作用下形成了与褶皱枢纽平行的纵张裂缝。4、在同样的挤压构造背景下,碎屑岩岩性对裂缝的发育具有明显的控制作用。在砂岩中,受到垂直于地层面的挤压应力作用形成了张裂缝,统计发现裂缝的分维数随着地层厚度的增加而增加；在泥岩中,发育了密集的与地层面小角度相交的破劈理,研究认为劈理是在简单剪切作用下形成的。5、研究指出,在褶皱过程中相关构造裂缝系统的发育大致可以划分为3个不同的阶段：第一阶段为地层水平状态,此时岩层弯曲变形程度低,但是内部的应变同样会导致早期的构造裂缝的形成；第二阶段为地层弯曲过程中,岩性、地层厚度、地层弯曲的角度以及弯曲的复杂程度控制着裂缝的形成、分布和密度的变化；第三个阶段为褶皱发育以后受到强烈改造的阶段,地层较为陡倾,地层厚度依然控制着裂缝发育,裂缝分维数随着地层厚度的增加而增加。本文提出了褶皱过程与裂缝发育的概念模型：(1)在受到挤压作用以后,未褶皱变形的水平地层中,发育了受层厚控制的早期裂缝。在厚度较小的岩层中,发育了平面共轭裂缝系统,裂缝性质为剪切裂缝,与地层面直交。共轭锐夹角角平分线方向指示最大主应力方向；而在厚度较大的岩层中除发育平面共轭裂缝以外,同时也形成了平行于地层面的张裂缝。(2)持续的褶皱作用导致地层逐渐弯曲变形,在褶皱的转折端部位会因为曲率而发育与派生的伸展应力相关的纵张裂缝；在褶皱翼部受层间剪切作用的影响,发育裂缝多于地层面斜交。裂缝发育受到地层厚度和地层倾角的控制,裂缝分维数随着层厚和地层倾角的增大而增大。(3)在褶皱强烈变形阶段,随着层间剪切作用变强,层间相对滑动变大,发育了大量以地层面斜交的剪切裂缝。在泥岩强烈剪切作用下形成了与地层面小角度相交的劈理构造,在砂岩中会发育张裂缝和剪切裂缝。地层厚度、岩性等是这一阶段裂缝发育的主要控制因素,裂缝密度随着地层厚度的增加而增加。