第六章 构造岩

第六章构造岩•一、构造岩研究历史1、定义：由于变形作用使岩石的结构和构造，甚至矿物成分发生变化，形成一种组构、矿物成分与原岩不同的新类型岩石，称之为构造岩(tectonite)2、研究历史：有关构造岩研究已有100多年的历史，最初人们普遍认为构造岩是脆性变形的产物，破裂起主导作用，故称其为碎裂岩或断裂构造岩等，并按碎裂程度的不同，将其划分为断层角砾岩一碎裂岩一糜棱岩系列，这种认识持续了将近一个世纪。本世纪70年代以来，随着对地壳较深层次的变形及其有关岩石的深入研究，岩石变形实验的不断完善，金属物理学理论的逐步引入和透射电子显微术的兴起，人们对构造岩尤其是对糜棱岩的研究，才有了突破性的进展。结合岩石变形实验及对天然变形岩石的观察研究，人们发现构造岩中的糜棱岩并不是脆性破碎后经强烈研磨而成的产物。这样，人们改变了对构造岩的认识，将构造岩划分为碎裂岩系列和糜棱岩系列。前者以脆性变形为主导，后者以塑性变形为主，它们分别代表了地壳浅部断层带和较深部剪切带的产物。二、构造岩的分类及其特征对于构造岩的类型划分，目前较流行的方案主要有两类：一类是以结构为主的分类方案，以（Sibson，1977；Takayi，1982）为代表；另一类方案是按成因机制（wise1984；王嘉阴，1978；孙岩1985）。1、结构分类方案：这种分类法主要考虑了构造岩的结构因素（1977年，Sibson），如：①固结与未固结；②紊乱组构与面理化组构；③碎斑的大小与基质的含量；④重结晶程度等。该分类在我国影响大，应用也广，但也存在不少问题，如未充分注意到以晶粒生长为主的结晶作用，未考虑构造岩的变质程度等。后来，许多人在此基础上进行了进一步的修改和完善，如甘盛飞(1994)提出的以细、中、粗粒为描述性分类及以低、中、高温为成因性分类，钟增球等(1994)根据构造岩的变质级提出的分类(见图6-1)，何绍勋等(1996)在Sibson等人分类方案的基础上增加了以晶粒生长为主的构造片岩、糜棱片岩、变余糜棱岩系列的分类(表6-2)等，2、成因分类：Wise(1984)以应变速率和恢复速率分别为纵、横坐标的分类图(图6-2)也常常被引用。类型构造片麻岩类糜棱岩类构造片岩类构造层次深部构造层次中深部－中浅部构造层次中浅部构造层次变质级别麻粒岩相－高角闪岩相角闪岩相－绿片岩相绿片岩相流体以熔体、富CO2流体发育水溶液和熔体水溶液主导变形机制熔体增强颗粒流动、扩散迁移、膨胀破裂，局部有位错蠕变位错蠕变、粒间滑移、溶解蠕变，局部脆性破裂溶解蠕变、位错蠕变、新矿物化、脆性破裂特征性组构条纹、条带状构造、强直片麻理和宏观不对称流变构造，显微构造具有花岗变晶结构、三边平衡结构、复晶石英条带和膨胀剪切裂隙和愈合裂隙典型糜棱组构、晶内变形组构（变形纹、变形条带、亚晶粒）、核－幔结构、残斑系、应变影、剪切阶步片状变晶结构、显微破裂、晶内变形组构、云母鱼、核－幔结构、应变影岩石分类以特征性同构造矿物组合命名，如二辉斜长构造片麻岩、矽线石榴钾长构造片麻岩等依据基质含量进行分类，分为糜棱岩化岩石（＜10％）初糜棱岩（10～50％）、糜棱岩（50～90％）和超糜棱岩（＞90％）以片状矿物组合命名，如白云母绢云石英构造片岩、绿泥阳起构造片岩等S、L组构L＞＞S，典型L构造岩；S＝L，SL构造岩S＝L，SL构造岩S＝L，SL构造岩；S＞＞L，典型S构造岩三、糜棱岩系列糜棱岩(mylonite)最早是由Lapworth于1885年描述苏格兰高地莫因断层中的岩石时首先提出来的。他认为糜棱岩是一种细粒的具强烈页理化的岩石，是在脆性破碎和研磨作用下形成的，不伴有组分的重结晶作用。后来Christie(1960)虽然发现莫因断层中的糜棱岩普遍发育重结晶现象，但却没有打破糜棱岩为脆性变形产物的观点，认为是后构造重结晶所致。直到70年代，人们对糜棱岩的显微构造、组构等特征及成因机制等才有了新的认识。到1981年在美国召开了一次国际会议，对糜棱岩的显微构造、变形机制、形成条件及命名原则等广泛地进行了讨论，普遍认为糜棱岩的三个基本特征是：①粒度减小；②出现在较窄的带内；③具增强的页理和线理。糜棱岩中按其碎斑和基质的含量、性质及结构等，可分为糜棱岩化岩石、初糜棱岩、糜棱岩、超糜棱岩及千糜岩等。1．糜棱岩化岩石·岩石初具糜棱结构，基质含量10％，碎斑约占大多数，可见定向拉长现象，略具定向排列。常见的显微构造有：波状消光、双晶弯曲及扭折等，在残斑边缘也可见·少量重结晶。2．初糜棱岩岩石具糜棱结构，基质含量10~／o~50％，碎斑仍占多数。其基质定向性明显，动态重结晶颗粒增多，S-C面理清楚。残斑可出现破裂及各种具塑性-半塑性变形特征的显微构造，如长石双晶扭折、云母褶曲、方解石机械e双晶、石英的带状消光及扭折带、亚晶粒化及重结晶等，石英常发育核幔构造。岩石中出现成分分异，并形成较多的新生矿物。3．糜棱岩·岩石具典型的糜棱结构(图6-7)，基质50％～90％，以动态重结晶为主，残斑少且小。流动构造明显，不仅具纹层状透入性面理；而且常发育明显的矿物线理。残斑和基质常构成不对称碎斑系，初糜棱岩中所具有的各种显微构造更为发育。长英质糜棱岩中长石常为残斑，边部也可见动态重结晶颗粒，形成长石的核幔构造。而石英大部分已重结晶构成基质，并围绕残斑呈纹层状分布，显示明显的流动构造。长英质糜棱岩可发育成十分典型的S-C面理，成分分异明显。4．超糜棱岩岩石具糜棱结构，基质90％，残斑少见，岩石大部分已重结晶，颗粒一般较小，呈纹层状分布，常见不同成分的条带相间构成成分层劈理。岩石的流动构造更为清楚，而S-C面理变得不太明显。由于碎斑少而小，矿物中的各种塑性变形现象除动态重结晶外，均不太发育。整个超糜棱岩几乎都由动态重结晶新晶粒组成。肉眼观察岩石常呈致密状，颜色较深。长英质超糜棱岩与糜棱岩相比，有长石减少而白云母和石英增多的趋势。未固结（1）断层角砾岩（2）断层泥(碎块含量＜30％）固结（1）碎裂岩（2）断层角砾岩（＞1mm）（3）微角砾岩（碎块＜1mm)（4）断层泥(0.02mm)（5）地震岩（6）构造片岩脆性断层带内构造岩分类四、碎裂岩系列•人们在摩擦实验中发现断层泥的存在对断层的粘滑特征有很大的影响，断层泥在断层运动中起着重要的作用。•断层泥是断层反复运动时两侧岩石破碎形成的，断层泥中粘土的含量与生成时间有关，时间越长，粘土含量越多。断层泥的成分主要为粘土矿物，如蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石等混合物，以及一些石英、长石、方解石碎屑等，其组成与断层母岩有关。此外，炭质成分增加，其颜色发暗。•利用断层泥中矿物组合来推测断层形成时的温度、压力状态。断层泥断层泥碎裂岩特征构造角砾岩类一般是指断裂带中的岩石，由于断层两盘的相对运动，或引张、挤压和扭错过程中，发生脆性变形而使岩块坠碎、挤碎或搓碎发生位移后，又被胶结所形成的具角砾状构造的岩石。也称断裂角砾岩。这类岩石在野外就可以正确的定名，因为其中的“角砾”是肉眼能够分辨清楚的。目前多采用斯普瑞((Spry,1969)的规定。＞5mm为砾级，5-1mm为细砾级，1mm为显微砾级，＞l0cm的砾径，可称为巨砾。张性角砾岩压性角砾岩构造角砾岩构造片岩断层角砾岩微角砾岩（micro－breccia）变形强度大，破碎强烈，碎块粒度更细＜１mm,＞0.02mm，发育断层带核部。颜色呈灰黄色、岩石结构质密，但发育密集破劈理构造微角砾岩角砾岩定向组构地震岩（玻化岩、假玄武玻璃）玻化岩(pseudotachylyte)最早由Shand(1916)提出，用于描述南非Pailis地区一种由冲击作用形成的呈脉状的暗色隐晶质岩石。这种岩石一般颜色较深，常呈黑色或黑绿色，外貌很像玄武玻璃，故又称假玄武玻璃，也有人称构造熔岩(何绍勋等，1996)。玻化岩是岩石在高应变速率(由地震或冲击作用引起)下，沿断面快速滑动所形成的一种特殊的构造岩。pseudotachytite•它们以形状不规则的单脉或网状及多期穿插分布于断层带中，与围岩呈侵入关系并有明确的边界。脉体主要由暗色非晶质或隐晶质玻璃基质组成，内有树枝状或球状微晶结构。基质中含有大量母岩的岩屑和晶屑，主要为石英，其次是少量长石;碎屑有熔蚀现象。另外还有气孔、杏仁、球粒、冷凝边和流动等构造。pseudotachytite熔蚀长石碎斑构造片岩五、玻化岩（假玄武玻璃）1、定义：玻化岩(pseudotachylyte)最早由Shand(1916)提出，用于描述南非Pailis地区一种由冲击作用形成的呈脉状的暗色隐晶质岩石。这种岩石一般颜色较深，常呈黑色或黑绿色，外貌很像玄武玻璃，故又称假玄武玻璃，也有人称构造熔岩(何绍勋等，1996)。玻化岩是岩石在高应变速率(由地震或冲击作用引起)下，沿断面快速滑动所形成的一种特殊的构造岩。pseudotachytite•它们以形状不规则的单脉或网状及多期穿插分布于断层带中，与围岩呈侵入关系并有明确的边界。脉体主要由暗色非晶质或隐晶质玻璃基质组成，内有树枝状或球状微晶结构。基质中含有大量母岩的岩屑和晶屑，主要为石英，其次是少量长石;碎屑有熔蚀现象。另外还有气孔、杏仁、球粒、冷凝边和流动等构造。pseudotachytite•①19世纪初到70年代以野外产状及显微镜观察为主的描述阶段;•②70年代到90年代初期对假玄武玻璃的形成条件进行模拟计算，并利用电子显微镜观察其微细结构的电算和电镜阶段;•③从80年代末至今，对假玄武玻璃形成的力学和化学机制进行实验模拟的成因实验研究阶段(孙岩等，1998)。假玄武玻璃特征及其研究现状2、玻化岩形成过程关于玻化岩的成因一直存在两种争议：一种认为是岩石在高应变速率下发生变形、局部高温熔融又迅速冷凝而形成；另一种则认为在高应变速率下岩石发生“爆裂”，形成密集的裂隙，将岩石切割成粉末状，尔后再由粉末凝聚而成。1995年，Spray进行了花岗岩快速滑动导致熔融的实验研究。结果表明，上述两种成因密切相关，而不是互为对立的。其变形过程是：当初始破裂发生时，岩石先形成粗大碎块，而没有熔融现象；随后，磨碎作用使碎块粒度逐渐减小，引起碎块表面积(能)急剧增加(可达3000多倍)；当磨碎作用达到临界应变速率时，由破裂和弹性应变产生的热量超过系统散发的热量，熔融作用开始发生。由此，他认为磨碎是熔融的必要前提，二者是玻化岩形成过程中的不同阶段。3、玻化岩结构和组成由玻璃基质和碎斑两部分：玻基部分可呈流动构造＼条带状构造或碎粉状构造，还可见球状、树枝状微晶结构，气孔和杏仁构造，球粒构造等。有时可见局部结晶，这些结晶质可能是玻化岩形成过程中保留下来的，也可能是玻璃质脱化而成的。碎斑大小不等，但多在0．2mm以下，呈浑圆状或不规则状。其成分依原岩的不同而不同，可以是长石、石英或其它矿物，含量一般较少。碎斑结构的产生主要是因为形成玻化岩时时间短，以及碎屑矿物成分、变形形态和熔体成分的影响等，一般达不到全岩熔融，使玻化岩保存有母岩的岩屑和晶屑，而形成碎斑结构。4、假玄武玻璃的类型•大量假玄武玻璃的TEM.SEM研究发现，假玄武玻璃的基质多由非常细粒的微小晶体组成。传统显微镜下被鉴定为玻璃质的基质，电镜下除少部分确为玻璃质基质外，大部分为微小晶体的集合体。这些微晶体(microlite)常常呈现出由快速冷凝形成的各种形状，如针状残骸状、树枝状、球体状等。所观察到的微晶体主要包括石英、长石、黑云母、角闪石、辉石、石榴子石、钦铁矿、磁铁矿、尖晶石等矿物。•根据假玄武玻璃基质的显微镜观察和粉末X射线的特征(即假玄武玻璃基质中微晶体的有无及结晶程度)，将假玄武玻璃分为5种类型：–①玻璃质型;–②微隐晶质型;–③微晶质型;–④微晶体质型;–⑤混合型。•其基本特征如下:–(1)玻璃质型:由灰黄色一黄褐色玻璃质的基质组成，显微镜下显示均质体特征。粉末X射线分析结果表明，玻璃质基质占全岩的90%,剩余的10%为石英碎片特征.–(2)微隐晶质型:由褐色一褐黑色，微粒化的隐晶质和部分细粒微晶体组成，但显微镜下难以观察其晶体结构。粉末X射线反射曲线的特征显示该基