第七章 面理線理.doc

第七章 面理和線理從幾何學(xué)的角度來(lái)看，任何地質(zhì)構(gòu)造都可以概括成面狀構(gòu)造與線狀構(gòu)造兩類(lèi)。斷層面、節(jié)理面、褶皺的軸面以及劈理、片理、片麻理等都屬于面狀構(gòu)造；褶皺樞紐、柱狀礦物的定向排列、各種構(gòu)造面的交線都屬于線狀構(gòu)造。面理和線理是面狀構(gòu)造和線狀構(gòu)造中比較廣泛發(fā)育的兩大類(lèi)型。兩者均有原生及次生之分，根據(jù)面狀構(gòu)造與線狀構(gòu)造在巖體中的分布特點(diǎn)，可分為透人性的和非透人性的。所謂透入性的構(gòu)造是指在一個(gè)地質(zhì)體中按一定的規(guī)律均勻而連續(xù)分布的構(gòu)造，一般它們是呈隱蔽狀態(tài)的，經(jīng)風(fēng)化后才顯示出來(lái)。它們反映了地質(zhì)體的整體呈均勻地發(fā)生變形。而非透人性構(gòu)造是指僅僅產(chǎn)出于地質(zhì)體的局部的構(gòu)造，如在露頭上見(jiàn)到的斷層面或節(jié)理面，變形主要集中在斷層面或節(jié)理面及其附近，其間的巖塊很少或沒(méi)有受到變形。透入性與非透人性是相對(duì)于觀察尺度而言的。有些節(jié)理和斷層在小型尺度范圍內(nèi)是透入性的，而在微型尺度上就不具有透入性。同樣，某些節(jié)理和斷層，在小尺度范圍內(nèi)是非透入性，但從區(qū)域尺度觀察（如從衛(wèi)星照片上觀察），則是平行排列均勻分布的斷裂組就可以看作是透入性構(gòu)造。本章討論的面理和線理，就是廣泛分布于強(qiáng)烈變形巖石當(dāng)中，在露頭上和手標(biāo)本上（即小型尺度上），所看到的透入性面狀構(gòu)造和線狀構(gòu)造。第一節(jié) 面 理透入性的面狀構(gòu)造稱為面理，原生的面理構(gòu)造主要出現(xiàn)在沉積巖與巖漿巖中，次生的面理則發(fā)生在變質(zhì)巖中。本章主要介紹變形變質(zhì)過(guò)程中形成的、展示于手標(biāo)本和露頭尺度上的次透入性面狀構(gòu)造。面理可由礦物組分的分層、顆粒變化顯示出來(lái)，也可由近平行的不連續(xù)面、不等軸礦物或片狀礦物的定向排列，或某些顯微構(gòu)造組合所確定。廣泛發(fā)育于變形變質(zhì)巖石中面理具有多種類(lèi)型（圖7-1），本章主要討論劈理。圖7-1 各類(lèi)面理示意圖（a）由組分分層顯示出來(lái)的面理 （b）由顆粒大小變化顯示出來(lái)的面理 （c）由近平行的不連續(xù)面顯示出來(lái)的面理 （d）:通過(guò)礦物的優(yōu)選方位定向排列顯示出來(lái)的面理 （e）由板狀礦物或透鏡狀礦物集合體優(yōu)選方位顯示出來(lái)的面理 （f）由組分分層以及顆粒的優(yōu)選方位聯(lián)合作用顯示出來(lái)的面理（a）（b）（c）（d）（e）（f）一、劈理的概念次生面理包括劈理、片理、片麻理等，是變質(zhì)巖中最常見(jiàn)的構(gòu)造現(xiàn)象。劈理，是一種由裂面或潛在裂面將巖石按一定方向劈成平行密集的薄片或薄板的構(gòu)造。這種裂面或潛在裂面稱為劈理面，相鄰兩劈理面之間所夾的薄板狀巖片，稱為微劈石(De Sitter，1964)。(a) (b)圖7-2 劈理的結(jié)構(gòu)（劈理域和微劈石）(a)劈理域 (b) 微劈石劈理的基本微觀特征之一是具有域構(gòu)造，表現(xiàn)為巖石中劈理域和微劈石相間平行排列（圖7-2）。劈理域一般是由層狀硅酸鹽礦物(和要是云母)或不溶殘余物富集成的平行或交組狀的薄條帶或薄膜組成。劈理域中原巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造被強(qiáng)烈改造，礦物和礦物集合體的形態(tài)或晶格具有顯著的優(yōu)選方位。微劈石是夾于劈理域間的窄的平板狀或透鏡狀的巖片。微劈石中與劈理域間的邊界可以是截然的，也可以是漸變的，它們緊密相間，使巖石顯現(xiàn)出紋理。正是由于劈理域內(nèi)的層狀硅酸鹽的定向排列使巖石具有潛在的可劈性。 二、劈理的類(lèi)型傳統(tǒng)的劈理的分類(lèi)和命名方法是根據(jù)劈理的成因和結(jié)構(gòu)將劈理劃分為三種基本類(lèi)型：板劈理（流劈理）、破劈理和滑劈理。鮑威爾（C.Mca.Powell，1979）首次提出根據(jù)劈理的域構(gòu)造進(jìn)行分類(lèi)的方案，戴維斯（G.H.Davis，1984）又做了說(shuō)明，根據(jù)劈理域的特征能識(shí)別的尺度，把劈理分為兩大類(lèi)：1連續(xù)劈裂如果劈理域很狹窄，借助偏光顯微鏡和電子顯微鏡才能分辨，這種劈理稱為連續(xù)劈理。根據(jù)劈理中的粒度或域構(gòu)造發(fā)育的程度，連續(xù)劈理可分為板劈理、千枚理和片理。（1）板劈理。發(fā)育在細(xì)粒的低級(jí)變質(zhì)巖中的透入性面狀構(gòu)造，以板巖中的板理為典型。礦物粒徑一般小于0.2mm。板劈理使板巖具有良好的可劈性，使巖石劈成十分平整的薄板（圖7-3）。圖7-3 板劈理（陜西紫陽(yáng)）（2）千枚理。千枚理的特征介于板劈理與片理之間。主要發(fā)育在富泥質(zhì)的千枚巖中，在露頭上以柔和絢麗的絲絹光澤為其主要特色（圖7-4）。（3）片理。發(fā)育在中高級(jí)變質(zhì)巖中的透入性面狀構(gòu)造（圖7-5）。它與板劈理的區(qū)別是結(jié)晶程度的差異。晶體的粒徑大于0.2mm，一般在1-10mm。片理使巖石裂開(kāi)程度不像板巖那樣完美，常劈成透鏡狀或粗糙的板狀。（圖7-4）千枚巖鏡下照片素描（圖7-5）片理野外照片（黑云母石英片巖） 圖7-6 褶劈理野外照片（a）帶狀褶劈理 （b）分隔褶劈理ab2不連續(xù)劈理如果劈理域和微劈石可用肉眼鑒別，這類(lèi)劈理稱為不連續(xù)劈理。不連續(xù)劈理根據(jù)微劈石的結(jié)構(gòu)可分為兩類(lèi)：褶劈理和間隔劈理。（1）褶劈理。褶劈理是由先存的連續(xù)劈理形成緊密相間、平行排列的微褶皺發(fā)展而來(lái)的。其間隔一般為0.1-10mm。根據(jù)其域構(gòu)造的形態(tài)再分為帶狀褶劈理和分隔褶劈理（圖7-6）。帶狀褶劈理的劈理域較寬，域內(nèi)的每一片層狀硅酸鹽礦物以小角度與劈理域的總方位相交。當(dāng)劈理域變得十分窄并切截了微劈石中的連續(xù)劈理，使相鄰的微劈石截然分開(kāi)，則是分隔褶劈理。從帶狀褶劈理到分隔褶劈理還存在有過(guò)渡類(lèi)型。（2）間隔劈理。一般相當(dāng)于破劈理，由一系列的平面交織線帶、縫合線帶的薄膜與其間的微劈石組成（圖7-7）。劈理域一般較窄，間隔常以毫米計(jì)。在顯微尺度上，多數(shù)間隔劈理的細(xì)縫中充填著粘土等不溶殘余物質(zhì)，形成劈理域，并能使兩側(cè)層理錯(cuò)開(kāi)。三、劈理的應(yīng)變意義圖7-7 平行褶皺軸面的間隔劈理有限應(yīng)變測(cè)量表明，劈理一般垂直于最大壓縮方向，平行于壓扁面，即平行于應(yīng)變橢球的AB主應(yīng)變面。在變形巖石中，絕大多數(shù)的劈理與褶皺同期發(fā)育。劈理大致平行于褶皺軸面。在強(qiáng)巖層（如砂巖）與弱巖層（如板巖）組成的褶皺中，強(qiáng)巖層中的劈理常構(gòu)成向背斜核部收斂的扇形，弱巖層中的劈理則成向背斜轉(zhuǎn)折端收斂的反扇形。強(qiáng)弱巖層相間的褶皺巖系中，常形成劈理的折射現(xiàn)象（圖7-8）。在緊閉褶皺中，劈理與軸面幾乎一致，與褶皺兩翼近于平行，僅在轉(zhuǎn)折端處，劈理與層理大角度相交或近于垂直，表明劈理垂直于最大壓縮方向。劈理垂直于最大壓縮方向還有很多證據(jù)，例如含有化石的板巖中，層面上平行劈理跡線方向的化石形體比未變形的要窄，垂直于劈理跡線方向的化石要比未變形的寬，表明劈理是垂直于最大壓縮方向。 雖然大多數(shù)劈理垂直于最大壓縮方向，并平行于應(yīng)變橢球的AB主應(yīng)變面，但不能排除劈理的發(fā)育與剪切應(yīng)變有關(guān)。如韌性剪切帶中具有劈理特征的糜棱巖面理與應(yīng)變橢球的AB主應(yīng)變面不完全平行，而與剪應(yīng)變有一定的關(guān)系。圖7-8 劈理的折射現(xiàn)象四、劈理的野外觀察劈理是變質(zhì)巖區(qū)最常見(jiàn)的面狀礦物。變質(zhì)巖區(qū)的原生層理常被劈理置換或隱蔽，致使野外地質(zhì)調(diào)查時(shí)把劈理誤作為層理，從而導(dǎo)致對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。正確區(qū)別層理和劈理是變質(zhì)巖區(qū)工作時(shí)要解決的首要問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，巖性界面往往就是層理的標(biāo)志。但是，許多變形強(qiáng)烈的劈理化巖石中，淺色的微劈石與深色的劈理域平行相間排列的成分分異層，極易 被誤認(rèn)為是層理。這時(shí)要努力尋找變余的原生構(gòu)造（如交錯(cuò)層、波痕等），并對(duì)標(biāo)志層（如石英層等）進(jìn)行認(rèn)真追索。野外觀察時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）對(duì)劈理性質(zhì)觀察描述，區(qū)分劈理的類(lèi)型，分析劈理與巖石化學(xué)成分、礦物成分及巖石結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。（2）逐層測(cè)量劈理與層理的夾角（3）尋找劈理化巖石中的應(yīng)變測(cè)量標(biāo)志，了解劈理巖石的變形狀態(tài)及其與劈理發(fā)育的關(guān)系。（4）觀察劈理之間以及劈理與其它構(gòu)造的生成順序。（5）采集定向標(biāo)本，為室內(nèi)進(jìn)行顯微構(gòu)造分析作準(zhǔn)備。第二節(jié) 線 理圖7-9 黑云母二長(zhǎng)片麻巖的面理上可見(jiàn)平行的線紋，它代表拉伸的方向一、線理的概念線理，是泛指巖石內(nèi)部或表面的各種平行線狀構(gòu)造，主要是指露頭上或手標(biāo)本上的小尺度透入性線狀構(gòu)造線理可分為原生線和次生線理，前者是成巖過(guò)程中形成的線理，如巖漿巖中的流線；后者是指構(gòu)造變形中形成的線理（圖7-9）。次生線理是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)的重要標(biāo)志，利用它能夠指示構(gòu)造變形中巖石物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向，因此有著重要的構(gòu)造意義。二、線理的分類(lèi)線理的類(lèi)型較多，就其與變形過(guò)程中物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向及其與應(yīng)變主軸的關(guān)系可歸納為兩類(lèi)：一類(lèi)與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向平行，稱為a型線理，若與最大應(yīng)變軸一致，又稱為A型線理；另一類(lèi)與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向垂直，一般平行于應(yīng)變橢球的中間應(yīng)變軸，稱作b型線理或B型線理。變質(zhì)巖中除小型線理之外，還有一些粗大線狀構(gòu)造，如石香腸、窗欞譴、桿狀構(gòu)造等。圖7-10 石英巖中礫石拉長(zhǎng)線理1小型線理在變質(zhì)巖石中，常常發(fā)育有各種微型或小型透入性線理，小型線理是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的重要形跡，根據(jù)小型線理的形態(tài)和成因，可分為下列幾類(lèi)：（1）拉長(zhǎng)線理。拉長(zhǎng)線理是巖石碎屑、礫石、鮞粒、礦物顆粒或集合體等平行排列形成的線狀構(gòu)造。它們是巖石組分變形時(shí)發(fā)生塑性拉長(zhǎng)而形成的。其拉長(zhǎng)的方向與應(yīng)變橢球中的最大主應(yīng)變軸A方向一致，故為A型線理（圖7-10）。（2）礦物生長(zhǎng)線理。礦物生長(zhǎng)線理是由針狀、柱狀或板狀礦物順其長(zhǎng)軸作定向排列而成的線理是礦物在定向應(yīng)力作用下沿引張方向重結(jié)晶生長(zhǎng)的結(jié)果，因而礦物及其纖維生長(zhǎng)的方向往往指示巖石重結(jié)晶或塑性流動(dòng)的拉伸方向，屬A型線理（圖7-11）。（3）皺紋線理。皺紋線理是由先成面理構(gòu)成的微細(xì)褶皺的樞紐平行排列而成的線理。微細(xì)褶皺的波長(zhǎng)和波幅常在數(shù)厘米以下，或僅以毫米計(jì)。皺紋線理的方向與其所屬的同期褶皺的樞紐方向一致，屬B型線理（圖7-12）。圖7-13 兩組交面線理交織成網(wǎng)格圖7-11 方解石類(lèi)礦物生長(zhǎng)線理圖7-12 褶皺樞紐處皺紋線理（4）交面線理。交面線理是兩組面理相交或面理與層理相交形成的線理，常為B型線理如圖7-13所示，在薄層灰?guī)r中發(fā)育兩組間隔劈理。劈理張口且被深色灰泥物質(zhì)充填，它們都與層理面相交成交面線，兩組交面線理在層面上構(gòu)成網(wǎng)格。2大型線理圖7-14 菱形石香腸構(gòu)造在強(qiáng)烈變形的巖石中，常常會(huì)遇到一些由于巖層卷曲、腫縮、破裂、輾滾而構(gòu)成的粗大平行線狀構(gòu)造，統(tǒng)稱大型線理。這些線狀構(gòu)造各有其獨(dú)特的構(gòu)造型式、成因和不同的構(gòu)造形態(tài)，一般不具透入性。但在大尺度上觀察也可看作是透入性的，主要包括以下幾種：（1）石香腸構(gòu)造。石香腸構(gòu)造又稱為布丁構(gòu)造，是不同力學(xué)性質(zhì)互層的巖系受到垂直或近垂直巖層的擠壓而形成。軟弱巖層被壓向兩側(cè)塑性流動(dòng)，夾在其中強(qiáng)硬巖層不易塑性變形而被拉斷，構(gòu)成斷面上形態(tài)各異、平面上呈平行排列的長(zhǎng)條狀塊段，即石香腸。在被拉斷的強(qiáng)硬巖層的間隔中，或由軟弱層呈褶皺楔入，或由變形過(guò)程中分泌出的物質(zhì)所充填。因此，石香腸構(gòu)造實(shí)際上是各種斷塊、裂隙與楔入褶皺或分泌物充填的構(gòu)造組合。香腸斷面呈菱形（圖7-14）短形、梯形、藕節(jié)狀和不規(guī)則狀各香腸斷面之間有的拉斷、有的相連。圖7-15 圓拱形腫縮式窗欞構(gòu)造（2）窗欞構(gòu)造。窗欞構(gòu)造是強(qiáng)硬巖層組成的一排圓柱狀或半圓柱狀大型線狀構(gòu)造。欞表面有時(shí)被磨光，并蒙上一層云母等礦物薄膜，其上可以有與其延伸方向一致的溝槽或凸起，并常被與之直交的橫節(jié)理所切割。窗欞構(gòu)造常沿著強(qiáng)弱巖層相鄰的強(qiáng)巖層的界面出現(xiàn)。一系列寬而圓的背形被尖而窄的向形所分開(kāi)，形成嵌入式“褶皺”。軟弱巖層總是以尖而窄的向形嵌入強(qiáng)硬層，強(qiáng)硬層面呈圓拱狀的背形突向軟弱層，從面鑄成一系列圓柱形的腫縮式窗欞構(gòu)造（圖7-15）。實(shí)驗(yàn)證明，窗欞構(gòu)造是巖層受到順層強(qiáng)烈縮短引起縱彎失穩(wěn)形成的。窗欞構(gòu)造的欞柱一般互相平行延伸，但也有扭轉(zhuǎn)的欞柱，表明其不僅受到了平行層理的縮短，還可能受到一定程度的扭曲，使欞柱發(fā)生輾滾和扭轉(zhuǎn)。窗欞構(gòu)造與石香腸構(gòu)造不同，反映了平行層理的縮短，而石香腸構(gòu)造則反映垂直層理的壓縮。但是，窗欞柱的方向與香腸體的長(zhǎng)軸一樣，都代表了變橢球體的B軸。故為B型線理。（3）桿狀構(gòu)造圖7-16 硅質(zhì)片巖中的石英棒（Q）。桿狀構(gòu)造是由石英等單晶礦物組成的比較細(xì)小的棒狀體。桿狀體常產(chǎn)出于變質(zhì)巖內(nèi)小褶皺的轉(zhuǎn)折端，桿狀體的長(zhǎng)度一般較小，從數(shù)厘米至十?dāng)?shù)厘米，與窗欞構(gòu)造的主要不同在于多數(shù)桿狀構(gòu)造是由變形過(guò)程中產(chǎn)生的折離物質(zhì)所組成。最典型的桿狀構(gòu)造是石英棒組成的桿狀構(gòu)造（圖7-16），石英棒的物質(zhì)來(lái)源可以是硅質(zhì)巖石在變質(zhì)過(guò)程 中的分泌物，這些分泌物集中于褶皺轉(zhuǎn)折端低壓地帶呈石英脈產(chǎn)出，也有一些石英棒是先成的石英細(xì)脈隨著圍巖的褶皺輾滾而成。同樣，由于斷層作用造成的低壓空間也有利于石英、方解石的沉淀，因而輾滾的石英棒、方解石棒在斷層帶中也很發(fā)育。桿狀構(gòu)造的長(zhǎng)軸與褶皺平行，并與運(yùn)動(dòng)方向直交，故為B型線理。圖7-17 鉛筆構(gòu)造（4）鉛筆構(gòu)造。鉛筆構(gòu)造是泥質(zhì)或粉砂質(zhì)巖石中被劈成鉛筆狀長(zhǎng)條的一種線狀構(gòu)造（圖7-17）。鉛筆構(gòu)造的形成作用可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是成巖壓實(shí)與巖層擠壓變形共同作用的結(jié)果另一類(lèi)是變形面理與層理交切的結(jié)果。巖石可破裂成大小不一的碎條，稱作鉛筆構(gòu)造。這種構(gòu)造最主要的特征是沒(méi)有面狀構(gòu)造要素。橫截面常是不規(guī)則的多邊形或弧形。鉛筆構(gòu)造平行于區(qū)域構(gòu)造變形的B軸方向故為B型線理。另一種鉛筆構(gòu)造是交面的鉛筆構(gòu)造。它常由透入性的劈理面與層面相交而成。交面的鉛筆構(gòu)造常具有規(guī)則的斷面形狀，常平行于同期褶皺的褶軸。為B型線理。（5）壓力影構(gòu)造。壓力影構(gòu)造是另一類(lèi)礦物生長(zhǎng)線理，屬A型線理。常產(chǎn)出于低級(jí)變質(zhì)巖中。壓力影構(gòu)造由巖石中強(qiáng)硬個(gè)體及其兩側(cè)或四周在變形中發(fā)育的構(gòu)造纖維狀結(jié)晶礦物組成。作為強(qiáng)硬個(gè)體的有黃鐵礦、磁鐵礦，還有化石、礫石、巖屑和變斑晶等，變形一般不強(qiáng)，只出現(xiàn)微破裂、變形紋等。核心礦物兩側(cè)的結(jié)晶纖維常由石英、方解石、云母或綠泥石等礦物組成。在應(yīng)力作用下，這些強(qiáng)硬物體在變形時(shí)將引起局部的不均勻應(yīng)變，使其周?chē)捻g性基質(zhì)從堅(jiān)硬物體表面拉開(kāi)，形成低壓引張區(qū)。為礦物提供了生長(zhǎng)的場(chǎng)所。在壓溶作用下，基質(zhì)中的易溶物質(zhì)在礦物界面上發(fā)生溶解。并從高壓邊界向低壓引張區(qū)運(yùn)移。沿著最大拉伸方向（A軸）生長(zhǎng)成