劈理及线理

上一页下一页2007年8月1日星期三第七章劈理及线理从几何的角度来看,任何地质构造都可以概括成面状构造和线状构造。岩层层面、断层面、节理面、褶皱的轴面及劈理、片理、片麻理等都属于面状构造;褶皱枢纽、柱状矿物的定向排列、各种构造面的交线都属于线状构造。本章讨论的劈理和线理是面状构造和线状构造中比较广泛发育的两大类型。面状构造和线状构造都可分为“透入性”和“非透入性”两类。所谓透入性构造,一般是指均匀地弥漫于地质体中的构造,它反映了这一地质体作为一个整体,已均匀地发生了变形。非透入性构造则是以一种不连续面分散地存在于地质体中，变形只集中在不连续面本身及其附近,并把均匀连续的地质体分划成若干部分,所以又称为“分划性”构造。构造的渗入性和非透入性这两个概念是相对的。如图7—1中S2，在小型尺度上观察是透人性构造,而以微型尺度上去看,则应为分划性构造。同样,肉眼直观认为是分划性的构造,如某些节理群和断层群,但从航片或卫片上去观察,则又应该属于透入性构造了。本章讨论的劈理和线理,是广泛分布于强烈变形岩石当中,在露头上和手标本上(即小型尺度上)所看到的透入性面状构造和线状构造。第一节劈理劈理是一种将岩石按一定方向分割成平行密集的薄片或薄板的次生面状构造。它发育在强烈变形的岩石里,具有明显的各向异性特征，发育状况往往与岩石中所含片状矿物的数量及其定向的程度有着密切关系。劈理与片理、片麻理等合称面理(foliation)。它们的差别视形成过程中机械作用的大小和重结晶作用的强弱而定。一般说来,对劈理的研究似乎更侧重它的力学成因,而片理则以其构造矿物晶体的粗大指示着较高级的重结晶作用。至于片麻理,主要出现在深变质岩系里,由颜色深浅不同的重结晶矿物分集条带构成,一般看作是热应力作用的构造。一、劈理岩石的域组构具有劈理的岩石都有一组密集的潜在裂开面,称为“劈理面”。当用锤子敲击时,岩石易沿着劈理面裂开,显示岩石内部纹理的存在,并据此来测量劈理的空间方位。劈理是变质岩石中最常见的透入性面状构造,当对劈理岩石详细观察时,会发现所有劈理都有一定的组构。组构涉及岩石颗粒的大小、形状、结构和定向性。劈理岩石的组构主要通过片状矿物及压扁颗粒的定向排列显示出来。矿物及组构的系统变化,在劈理岩石中呈现出两种不同的组构域,即劈理域(cleavagedomain)和微劈石域(microlithondomain)。劈理岩石域组构的分析,使人们注意到,劈理面并不是一个简单的裂面,而是一条条相互平行的,由矿物晶带或其他难溶物质组成的三维空间实体。在大多数劈理域内,矿物都按一定方式重新排列，以区别于两侧内部定向不良,缺乏新生矿物定向组构的微劈理域（图7—2）。(一)劈理域的形态及排布1.劈理的平面度劈理的延展能力决定于岩石的性质及劈理化的程度。不同劈理化岩石中劈理域的形态各异。按劈理域垂直断面上形态的平直程度,平面度可分为四种:平直的、粗糙的、锯齿状的和缝合线状的(图7—3)。一般来说,在均匀泥质岩中,劈理多是平直的,常常将岩石分裂呈平行板状;在变质砂岩或其他粒状组分构成的岩石中,劈理多稀疏分布;发育于大理岩、石英岩等单矿物岩中的劈理间隔很宽,可呈缝合线状或锯齿状。2.劈理的排布格式劈理域在空间有不同的排布格式,反映着劈理域和微劈石域之间的相互关系。按劈理的定向排布格式,劈理可以分为两类。一类是劈理域沿某一方向平行或近于平行展布的平列劈理;另一类是劈理域沿两个方向或两个以上方向展布,相互交织成网状的交织劈理。其间微劈石也相应呈平行板状或透镜状(图7—4)。劈理排布格式的描述同观测尺度密切相关,板岩劈理在宏观上多呈平直的平行板状,一般多被描述成平列劈理,但在显微镜下,劈理域之间的排布却是交织状的。因此,劈理的描述是有一定尺度的。(二)微劈石的结构微劈石是劈理化岩石中劈理域之间的部分,组构上不具定向或定向不良。一般存在两种型式,一种由粒状矿物组成,组构比较紊乱,没有明显的优选方位;另一种微劈石内部,常保存有先存板岩和千枚岩的面理,具一定的优选方法。这种先存的面理也可在后继劈理化过程中发生细微褶皱。(三)劈理的间隔劈理间隔是指两劈理面在垂直方向上的距离。即垂直劈理断面上劈理域与微劈石域宽度之和。按劈理的定义,域式劈理的间隔有其相对上下限,一般倾向于上限定在5—10cm,下限规定于0.01mm(C.McA.Powell,1979)。劈理间隔随岩性和劈理类型不同而不同(图7—5),一般砂质岩石中的劈理间隔宽，泥质岩石中的间隔窄。（四）劈理域的相对宽度劈理域的相对宽度一般用劈理域宽度与微劈石宽度的比,或劈理域宽度的总量在岩石测线总长中所占百分率来计量。劈理域的相对宽度是研究劈理样式的重要参数。如果劈理域相对宽度窄,劈理岩石就会显示出面状分割的特点;如果劈理域相对宽度大,则在岩石中构成劈理带(图7一6)。二、劈理的分类劈理的分类和命名有多种方案,下面介绍目前常用的两种不同分类方案,即传统方案和结构分类方案。(一)劈理的传统分类这是一个目前仍在广泛使用但有待改进的一种方案。该方案将劈理分为流劈理、破劈理及滑劈理。1.流劈理流劈理是变质岩中最常见的一种次生透入性的面状构造,它是由片状、板状或扁圆状矿物或其集合体的平行排列构成的,具有使岩石分裂成无数薄片的性能(图7一7)。关于流劈理的涵义,目前尚未完全统一。一些人认为,流劈理是板劈理的同义词,它只用于浅变质岩,其基本特点是劈理面上矿物的重结晶程度很低或不显著。如果重结晶较为明显,由肉眼可以辨认出片状矿物的平行排列时,则应称为片理乃至片麻理。但是越来越多的人认为,板劈理、片理、片麻理只不过是不同变质岩类中流劈理的不同表现。流劈理一词应泛指岩石在变质固态流变过程中新生的平行面状构造,它是岩石变形时,岩石内部组分发生压扁、拉长、旋转和重结晶作用的结果。2.破劈理破劈理的原意是指岩石中一组密集的剪破裂面,裂面定向与岩石中矿物的排列元关。破劈理的间隔一般为数毫米到数厘米。按这一概念,破劈理只是以其密集性和平行性与剪节理相区别,当其间隔超过数厘米时,就称作剪节理了。因此认为,破劈理与剪节理之间并没有明显的界线。破劈理主要发育于轻微变质或不变质岩石中。关于破劈理的性质,过去根据地表褶皱翼部和平行断层发育的密集破裂,认为破劈理为剪裂面。但是褶皱转折端也发育有“破劈理”,这就不是剪切破裂机制所能解释的。又有人提出用张性破裂来解释,这又引起一些混乱。破劈理这一术语虽然在野外地质工作中广泛应用,但对其成因一直存有争议。由于认识上的差异和不同,甚至一些压溶分异劈理也被描述为破劈理(图7—9)。3.滑劈理滑劈理或应变滑劈理也是一个有争议的术语。其所以称为滑劈理,是因为把它看成是剪切滑动的结果。滑劈理在形态上就是褶劈理,发育于具有先存鳞片变晶结构的面理岩石之中,它是一组切过先存流劈理的差异性平行滑动面。滑动面实为滑动带。在滑动带中,矿物具新的定向排列。这种排列可以是先存片状矿物被旋转到与滑动面平行或近于平行的结果,也可以是沿着滑动面重结晶的新生矿物定向排列的结果。滑劈理的微劈石中的先存面理一般均发生弯曲和形成各式各样揉皱(图7—10)。关于滑劈理的成因也有不同解释。一般常见的向同一方向挠曲的滑劈理,普遍认为是一组与主应力轴斜交的切过早期流劈理的剪切面。对于那些与伴生褶皱轴面平行的复杂的揉皱式滑劈理,成因解释尚不统一。一些人根据从挠曲到复杂揉皱的一系列过渡型式,认为这种滑劈理是一种递进变形的产物。劈理在剪切破裂的基础上,随着应力不断作用及微劈石不断压扁,使劈理面朝着变形椭球体AB面方向旋转,直到与最大主压应力方向垂直。其间微劈石内的揉皱也由微弱而趋强烈(图7一11)。但也应注意到,许多滑劈理的滑动是发育在早先揉皱基础上的。到底是先破裂后褶皱还是先揉皱后破裂,或是其他原因,到目前一直存在着争论。（二）劈理的结构分类近年来实践证明:“用带有成因含义的术语来描述劈理构造弊病很多(C.McA.Powell,1979)”。因此,需要有一个描述劈理组构和形态的分类方案。下面我们综合地介绍G.E.鲍雷达尔(Borradaile)和G.H.戴维斯(Davis)等人的方案。这个方案主要是依据劈理岩石内部的组构和能识别的尺度,把劈理分为连续劈理和不连续劈理。凡岩石中矿物均匀分布,全部定向,或劈理域间隔极小,以至只能在显微镜下才能分辨劈理域和微劈石的劈理,均称为连续劈理。反之,劈理域在岩石中具有明显间隔,劈理域及微劈石域在肉眼尺度下就能分辨者,则称之为不连续劈理。1.连续劈理连续劈理发育于变质岩石中,按其变形特征及其重结晶的状况,可分为板劈理、千枚理、片理和片麻理。(1)板劈理板劈理主要发育于富泥质的低级变质岩中,岩石内部颗粒很细。发育良好的板劈理有良好的可劈性,使岩石劈裂成十分平整的石板。但是,在显微尺度下,板劈理的劈理域却是呈交织状排布,表现为富云母层状硅酸盐域和富石英长石的透镜状域。从图7—12中可以看出,在微劈石内,主要组成为粒状矿物或其集合体,缺乏明显的优选方位。相反在劈理域内,原岩的组构几乎完全转化为强烈定向的层状硅酸盐矿物条带。板岩中原岩的矿物品粒、碎屑、结核、化石、斑点等均发生变形,成为良好的应变标志。当包体与基质之间韧性差小时,包体随基质一道发生类同的应变;当包体与基质之间韧性差较大时,就会导致绿泥石和石英一类增生矿物的出现,沿着劈理面在低压空间生长,造成压力影构造。增生石英呈竹节式纤维生长,可指示不同发展阶段中的运动方向(图7—13)。(2)千枚理和片理千枚岩和片岩以其结晶矿物较大、肉眼可见与板劈理相区别。根据岩石中层状硅酸岩矿物的多少,可以分为三类不同的千枚理和片理。一种是富层状硅酸岩岩石中的千枚理和片理。这种岩石中的云母类矿物沿面理平行排列,层状硅酸盐域几乎遍布整个岩石,构成所谓“千枚状构造”(图7—14);另一类是复矿物岩中的片理,这种片理的域组构特征十分明显,层状硅酸盐域呈交织状绕透镜状长英质域分布,无论劈理域或微劈石域都卷入变形和重结晶作用,并以其重结晶显著而显示其特色(图7—15);第三类片理发育于粒状单矿物岩中,层状硅酸呈稀疏分布,片理主要是依靠拉长、压扁的粒状矿物的连续排列而显示出来(图7一7)。(3)片麻理片麻理是深度变质岩区广泛存在的另一种连续面理。它是劈理岩石高度重结晶的产物,由深浅两色矿物条带构成(图7—16)。单矿物角闪石岩、辉石岩和斜长石岩也发育有片麻理,它由柱状或板状矿物晶体平行排列而成。片麻理在深变质岩区多成层展布,其中早期构造变形的形迹多已消失,构成新生的区域性地质面。2.不连续劈理不连续劈理域之间的间隔可以在肉眼尺度下加以确定,在露头或手标本上就可显示其不连续的构造特征。不连续劈理按微劈石域的结构,可分为间隔劈理和褶劈理。(1)间隔劈理过去许多间隔劈理被定为破劈理。间隔劈理在显微尺度下观察,劈理域的主要成分是粘土质和碳质等不溶残余物(Nickelsen,1972)。当劈理切断化石时,很难在相邻的劈理域内和微劈石中找见被截断的部分(图7—17)。这样,有人提出,过去一些破劈理实质上与滑动元关。这种由不溶残余物构成劈理域的问隔劈理是压溶成因的,对过去用以论证剪切破裂成因的论据一一层理错位也有了新的解释,被认为是压溶密合后的假错位(图7—18)。(2)褶劈理褶劈理以一定可见的间隔切过先有连续劈理为特色,间隔大小以0.1mm到1cm。早期连续劈理发生挠曲或微细裙皱。根据劈理域的宽窄及其与两侧微劈石内组构的关系,可将褶劈理细分为渐变褶劈理、带状褶劈理和分隔褶劈理(discretecrenulatincleavage)如图7一19。关于褶劈理的成因,近年一些学者(D.R.Gray和D.W.Durney,1979)强调压溶作用在褶劈理形成中的意义。他们提出,褶劈理域多出现于连续劈理褶皱的翼部,不溶物质相对在此集中,活动物质则进入褶皱转折端。可见褶劈理的发育与劈理化岩石的缩短关系密切(图7—20)。三、不同地质背景上发育的劈理从上述两个劈理分类方案的讨论可以看出,劈理的形成与地壳较深层次的变形变质作用相关。压扁作用、压溶作用和剪切滑动作用在岩