七面理和线理的观察和研究

七、面理和线理的观察和研究面理和线理是变质岩区以及强烈变形区普遍存在的透入性构造。研究这些构造对于阐明一个地区构造的特点及其发展演化的历史，以及对了解矿产的分布规律都有着重要的作用。所以在变质岩区地质调查中，对面理和线理的观察研究，是变质岩区构造分析的基础。在变形较强烈的沉积岩区，也广泛发育着这些构造，它也是分析该区构造的基础材料之一。（一）面理的观察和研究1.面理的类型在变形较强的或变质的岩石中，可见一种次生的平行的密集的潜在破裂面，通称为面理（或剥理），沿着它能把岩石劈成无数的薄片（叫做微劈片）。它包括劈理、片理和片麻理等，它们都是散布于整个岩石中的一种透入性构造。按其特征及形成机制，可把面理分为三个基本类型。（1）流劈理及片理流劈理及片理是指岩石中由于片状、板状或扁圆形的矿物颗粒或集合体的平行排列而引起的能使岩石分裂成无数平行薄片的构造，是岩石组分在变形的塑性流动过程中，在垂直压应力方向上，发生压扁、拉长、旋转以及重结晶作用的结果。所以它们在力学性质上都是压型结构面。流劈理亦称板劈理，它只用于浅变质的岩石中，劈理面上矿物重结晶较小或不显。如果重结晶较好，有肉眼可辨认的片状矿物（如云母等）的平行排列，则称为片理（在片麻岩中称为片麻理）。（2）破劈理破劈理是指岩石中一组密集的平行破裂面，而与岩石中矿物的排列方向无关。其微劈片的厚度一般以毫米计，有时可略宽达几厘米，由于它的密集性及发育于整个岩石中的透入性而与节理相区别，因此它与节理之间常呈过渡关系。一般认为它是一组密集的剪切破裂面，但近来发现有的破劈理可能兼有张性的特征。（3）折劈理亦称滑劈理或应变滑劈理，它们常见于板岩、千枚岩及片岩之中，是切过早期流劈理（或片理）的一组平行剪切面。沿着折劈理面的位置而排列，或沿折劈理方向有新生矿物的生长。从力学性质上看，它多为剪性或压剪性结构面。应当指出，在实际中经常可见到它们间的过渡型式，而非绝然分开的。2.面理与大型构造的关系面理作为构造变形的产物，常与褶皱或断层等大型构造在几何上、成因上有着密切的联系。研究这种关系有助于查明大型构造的形态及其形成机制。大致可有以下几种类型：（1）层间劈理层间劈理的重要特点在于：它的类型及产状受不同层的岩石力学性质所控制。所以在同一应力状态下，在不同岩性的岩层中劈理发育的情况不同，并且受到层间界面的限制。它的形成与构造变形（如褶皱作用）过程中的层间差异性滑动或塑性流动有关。在软硬岩石相间的岩层中，一般在较软弱而韧性的岩层（易于塑性变形）中发育流劈理，代表了层间派生应力场中的压性结构面，所以与层面的交角较小，在褶皱中常形成向背斜顶部收敛的反扇形劈理，在强烈挤压的同斜褶皱翼部，甚至可以与层面基本平行；在比较强硬而脆性的岩层中，由于岩石不易发生塑性变形而易于破裂，所以或不发育劈理，或发育破劈理，劈理面相当于派生应力场中与层间滑动方向成近于直交的一组剪切面（对于这一点还有不同的认识），所以其与层面的交角较大或近于垂直，在褶皱中形成向背斜核部收敛的正扇形劈理，它与层面的夹角又因岩石力学性质不同而略有差别，与岩石的内摩擦角大小有关。因此，当观察不同岩性互层中的劈理时，就好像劈理发生了折射现象。在岩性呈渐变的岩层中，如在具递变层理的岩石中，则劈理也逐渐改变角度而成弧形弯曲。需要指出，在均一岩性中的S形弯曲劈理与劈理的折射不同，它是由于层间滑动或顺层塑性流动过程中引起的，可以指示物质的差异运动方向。根据层间劈理与层理的交角可以判断它所反映的物质运动方向，子啊一般的侧向挤压的褶皱中，都是上层相对下层向背斜顶部运动。劈理与层理的交线垂直于物质运动的方向，代表了中间应变轴，与大褶皱的枢纽方向平行。（2）轴面面理轴面面理常见于强烈褶皱的岩层中，其产状与褶皱轴面平行，大多属流劈理或片理，与轴面一起代表了变形中的压性结构面。在褶皱比较开阔时，它的产状与两翼岩层斜交，当褶皱禁闭到同斜褶皱时，它与两翼的产状就渐趋于一致了。一般轴面面理总是以比较稳定的产状切穿褶皱岩层的层理，并常将层理的连续性破坏，甚至完全代替了原始的连续层面，在露头上易将它误认为层理。它的形成是在褶皱作用的晚期，在垂直褶皱轴面的主压应力作用下，岩石被压扁的结果，它与层间劈理可有过渡的型式。（3）顺层面理顺层面理都是由代表压性结构面的流劈理或片理、片麻理组成，它们与岩性的分界面平行。关于其成因有好几种不同的解释，主要的有两种。一种认为是重压变质作用的结果，因而认为变质岩中的区域性板理、片理、片麻理与原生层理平行，所以在工作中把它们的产状当做层理的产状来应用。在实际工作中，发现这种观点在不少地方与实际现象并不吻合，因此又有另一种解释，认为所谓的顺层面理实际上并不平行于原始的层理，而是一种强烈的同斜褶皱的轴面面理。当褶皱被挤压到两翼同斜时，不仅使轴面面理与翼部的层理趋于平行，而且由于新生的轴面面理破坏了原始层理的连续性，在变形变质过程中形成平行于轴面面理的变质条带——新的岩性分界面，所以在多数露头中看到面理与“层理”是平行的。只有在找到残余的褶皱转折端，才能清楚地看到面理与层理的关系。不了解这种面理的情况，就会把面理或变质条带的产状当成整个岩系的产状，这时就根本不能辨认出那些复杂的构造，而把许多同斜褶皱被误认为单斜岩系，造成变质岩区构造反而简单的误解。（4）邻断层面理指伴随着断层的形成而形成的一系列流劈理、片理或破劈理，它们的分布只局限于断层带内及其附近。如与受强烈挤压的断层相伴生的平行于断层面的流劈理或片理，形成动力变质带。又如由于断层运动的派生应力场的作用，可以形成的与断层面斜交的流劈理或破劈理，根据它们的方位，可以判断断层的相对运动方向。此外，还有一种后期迭加的面理，它与前期形成的褶皱或断层没有一定的几何关系，而与后期的构造变形有关。为此必须研究不同期面理的互相关系，以探究其变形的砾石，而不能混在一起来应用。3.面理的观测及其应用在地质调查中，对面理的观测主要应包括以下几个方面：（1）正确地区分面理和层理，努力寻找各种层理的标志，尤其是寻找标志层或特殊岩性的透镜体，通过在较大范围内的追索和填图，可以弄清原始层理与次生的面理之间的关系。（2）鉴别面理的类型及其运动方式，系统测量各地的面理产状，根据它与层理的关系，用来帮助分析大构造的特征。（3）研究面理产状在空间的变化，观察各期面理间的相互关系以及与变质作用的关系，可以帮助恢复区域变形史。（4）适当采集定向标本，为进一步研究作准备。根据与褶皱或断层有关的面理，在区域地质调查中，可以帮助查明一些构造的性质，主要有以下方面：（1）根据层间劈理可以确定岩层的差异性运动方向。在一般的纵弯褶皱中，一般上层相对下层向背斜顶部运动。由此，根据劈理与层理的交角关系，可以判断背斜和向斜的位置，从而也可确定岩层的成层顺序。（2）轴面面理与褶皱轴面平行，因此系统测量它的产状就可以确定褶皱轴面的产状。进而根据它与层理的关系，可以确定它所处的构造部位。如面理与层理垂直，则位于褶皱的转折端处；面理与层理倾向相同，面理倾角大于层理倾角，则位于褶皱的正常翼上；面理倾角小于层理倾角，则位于倒转翼上；面理倾向与层理倾向相反，则为褶皱的较陡的一翼。（3）不管层间面理或轴面面理，它与有关的褶皱岩层的交线，都反映了变形的中间应变轴，与褶皱的枢纽相平行。因此系统测量这些交线的产状，就可求得褶皱枢纽的产状。（4）利用与断层有关的面理时，首先求出面理所反映的应力方位，进而就可判断断层的相对运动方向及其性质。需要再次强调的是在多期面理迭加的情况下，必须分清面理间的先后次序及各期面理所反映的构造性质。如果不问面理的成因及其在区域构造中的地位，盲目地根据面理与层理的关系就来确定岩层的层序等，常可造成错误的认识。（二）线理的观察和研究1.线理的类型广义的线理是指岩石内部或表面的各种线状平行构造。它包括原生和次生的线状构造。相对面理而言，狭义的线理是指在露头或手标本的尺度上能看到的透入性次生线状构造。这里我们讨论的是后一种意义上的线理。它们特别发育于变质岩区，一般常与面理密切有关，平行于劈理面或片理面。少数情况下在不具有面理的岩石中可以单独发育线理。线理的形成反映了变形变质过程中物质的运动，所以线理总是位于运动面（ab面）上。按照它与a轴方向的线理，称为a轴线理；另一类是与运动方向垂直，平行于中间应变的，即平行于a轴方向的线理，称为a轴线理；另一类是与运动方向垂直，平行于中间应变轴方向的线理称为b轴线理。这两种线理在构造分析中指示了不同的构造方位，所以对它们的区分是研究线理的最重要之点。按照线理的形态特征，通常可有以下几种类型：（1）“拉长的”砾石、鲕粒及矿物颗粒或集合体的平行排列它们的形成是在变形过程中，岩石中组分被压扁，并沿应变椭球体的a轴拉长变形的结果，构成a轴线理，指示了变形中物质的流动方向。如果被变形的组分原来为球状（如鲕粒），则还可以从其场、中、短三周的方位和大小，来确定各处三个主应变轴的方位及计算塑性变形量的大小。另一种“拉长的”组分的定向排列，是由于剪切过程中物质发生辗滚被搓成长条状而定向的。这种定向的线理垂直于剪切滑动的方向，构成b轴线理。（2）长条状矿物的定向排列它们是在定向应力作用下，矿物沿压应力方向溶解而扩散到拉伸方向上重结晶生长的结果，为a轴线理。（3）滑动面上的擦痕或纤维状矿物的定向排列它们是滑动过程中沿滑动方向上形成的线理，代表了滑动的方向，为a轴线理（4）面理的交切线在褶皱岩层中，劈理与早期的面理或层理相交，构成交切的线理。这类线理方向与它同期的褶皱轴向平行，为b轴线理。（5）面理皱纹的枢纽线它们是早期面理面上的小皱纹，其波长和幅度常在数厘米以下。它们可以由一系列小的从属褶皱的枢纽平行排列而成，但更多的是与折劈理有关，由沿折劈理的相对滑移或垂直劈理面的挤压，从而在早期面理上形成各种形式的（尖棱的、波状的、挠曲状的）大致平行的皱纹。因此，这也是一种b轴线理。（6）香肠构造它是在不同岩性相间成层的岩层中遭受大角度或垂直于层理方向的挤压下形成的构造。由于岩层在变形时的物性差异，较软弱的岩层被压扁向两侧发生塑性流动，而夹于其间的强硬岩层由于不易发生塑性变形，从而受到软弱岩层流动时由于层间摩擦所产生的平行于层面的拉伸，最终使其破裂为各种形式的不连续的断块，断块之间常为脉质充填或软弱岩层挤入其间。香肠构造在剖面上由于其破裂的方式不同而可有不同的形状，如矩形、菱形、藕结形等。在层面上常表现为长方形，其长度指示了局部的中间应变轴，一般与其所在的褶皱枢纽平行，所以可以看作是一种粗大的b轴线理。（7）窗棂构造它是指岩石表面上一系列平行排列的圆柱状或波状起伏的构造。它一般是由夹于软弱岩层间的强硬岩层所构成，其表面常被磨光，并蒙上一层云母或其它矿物的外膜。它是由于垂直圆柱体方向的压缩（或剪切旋转）所形成的。与香肠构造不同，它反映了平行于层理的缩短。但窗棂柱的方向则与石香肠体的长轴一样，都代表了变形时的中间应变轴，亦可把它看作为粗大的b轴线理。（8）杆状构造它一般是由石英或其它成分较单一的圆柱体组成，如石英棒。它的物质来源于围岩中分泌出来的脉体，在变形过程中，经透镜体化后又由于强烈的辗滚作用而形成棒状体，除石英脉外，其它如混合岩中的长英质条带或变质分异作用形成的物性不同的条带也可形成杆状构造。与窗棂构造相似，其长轴方向与运动方向垂直，是强烈变形的岩石中的一种b轴线理。2.线理的观测及应用对线理进行观测时，首先是认识线理，区别它们的类型，统计测量其产状。一般因线理和面理常同时存在于岩石中，只有在面理面上才能测得线理的真正倾向及倾角。切不可把露头面与面理面的交线误作为线理方向来测量。把线理与面理一起以特定的符号标于构造图上，进一步研究线理在区内的分布规律，如b轴线理代表了变形中的中间应变轴方向，在一次构造变形区，常具有稳定的方位，与区域的褶皱轴向平行。a轴线理反映了局部的运动方向或拉伸方向，从各局部的a轴线理分布情况，结合面理的特点，可以分析全区变形时的物质运动情况。在多期变形区，区分出不同期次的面理和线理，研究它们在空间的展布规律，是恢复变形历史的重要方面