构造地质学56

第五章面理一、面理的概念二、劈理的类型三、劈理的形成机制四、劈理的应变意义五、劈理的野外观察一、面理的概念1、透入性和非透入性概念（1）透入性构造所谓透入性构造是指在一个地质体中均匀连续分布的构造，它反映了地质体的整体发生了变形。（2）“非透入性”构造“非透入性”构造指那些仅仅产出于地质体的局部的构造，如断层面或节理面，变形主要集中在断层面或节理面及其附近，其间的岩块很少或没有受到变形。透入性与尺度的关系:透入性与非透入性是相对于观察尺度而言。A、显微尺度：颗粒界面的定向排列构成略具透入性的面状构造S1B、小微尺度：颗粒界面在上层内构成透入性面状构造S1，上下两个不同组分层之间的分隔面S2在这一尺度上是非透入性的C、小型尺度：互相平行于S2，构成透入性面状构造D、中小型尺度：膝折面S3将岩体分为两部分，S3是非透入性的E、中型尺度：S3是一系列紧密排列的膝折面，可以看作是透入性的，该尺度上的分隔面则应该是岩浆岩体与具膝折构造的板岩之间的界面S4S1S2S2S3S4S32、面理面理是一种面状构造，包括成岩过程中形成的原生面状构造，如侵入体中的流面。本章主要介绍变形和变质过程中形成的、展现于手标本和露头尺度上的次生透入性面状构造。面理可由矿物组分的分层、颗粒变化显示出来，也可由近平行的不连续面、不等轴矿物或片状矿物的定向排列，或某些显微构造组合所确定。面理广泛发育于变形变质岩石中，具有多种类型，本章主要讨论劈理。ABEDCF二、劈理的类型1、劈理的概念劈理是指变形岩石中能沿次生的密集平行排列的潜在分裂面将岩石分割成无数薄板或薄片的面状构造。2、劈理的结构劈理的基本微观特征之一是具有域构造，表现为岩石中劈理域和微劈石相间平行排列。劈理域中原岩的组构（指结构和构造）被强烈改造，矿物和矿物集合体的形态或晶格具有显著的优选方位。微劈石中原岩的矿物成分和组构仍基本保留。微劈石与劈理域间的边界可以是截然的，也可以是渐变的，它们紧密相间，使岩石显现出纹理。正是由于劈理域内的层状硅酸盐的定向排列使岩石具有潜在的可劈性。3、劈理的类型（1）长期以来，劈理的分类和命名很不一致，多数人采用的是雷思（C.K.Leith,1905）或克尼尔（J.L.Knill，1960）的分类方案。根据劈理的成因和结构将劈理划分为三种基本类型：板劈理（流劈理）、破劈理和滑劈理。板劈理（流劈理）是由于岩石中矿物组分的平行排列形成的劈理；破劈理是岩石中一组密集的剪裂面，与矿物组份的平行排列无关；滑劈理或应变劈理是切过先存流劈理的差异性平行滑动面。近年来的研究发现，这三种劈理的形成方式与所赋予的术语，与客观实际并不相符。为此，地质学者们渐渐地抛弃劈理分类中的成因含义，强调从几何结构进行描述。（2）鲍威尔（C.Mca.Powell,1979）首次提出根据劈理的域结构进行分类的方案，之后戴维斯（G.H.Davis,1984）又做了明确的阐述。首先，根据劈理域的特征能识别的尺度，把劈理分为二大类：A：如果劈理域和微劈石可用肉眼鉴别，这类劈理称为不连续劈理；B：如果劈理域很狭窄，借助偏光显微镜和电子显微镜才能分辨，则这种劈理称连续劈理。劈理连续劈理不连续劈理板劈理千枚理片理褶劈理间隔劈理4、连续劈理根据劈理中的粒度或域构造发育的程度，连续劈理可分为板劈理、千枚理和片理。（1）板劈理发育在细粒的低级变质岩中的透入性面状构造，以板岩中的板理最典型。矿物粒径一般小于0.2mm。板劈理使板岩具有良好的可劈性，使岩石劈成十分平整的薄板。在显微尺度上，劈理域是由云母或绿泥石等层状硅酸盐富集成薄膜或薄层（称为M域），宽约0.005mm，层状硅酸盐成平行面状或交织状排列；微劈石是由富石英、长石等浅色矿物的集合体组成（称为QF域），呈透镜状，宽约1mm-0.01mm或以下，夹在劈理域中平行劈理域排列，微劈石一般仍保持原岩性质，其中矿物颗粒常近于等轴状，缺乏明显的优选方位。此外，在缺少层状硅酸盐的变质岩中，扁平状或长条状矿物成定向排列可形成无域构造的连续劈理。（2）千枚理千枚理的特征介于板劈理与片理之间。主要发育在富泥质的千枚岩中，在露头上以柔和绚丽的丝绢光泽为其主要特色。千枚岩镜下照片素描图（3）片理发育在中-高级变质岩中的透入性面状构造。黑云母石英片岩的野外照片片理与板劈理的区别是结晶程度的差异。晶体的粒径一般大于0.2mm，一般在1-10mm。片理使岩石裂开程度不像板岩那样完美，但仍显著，常劈成透镜状或粗糙的板状。另一种片理发育于粒状单矿岩（石英岩、大理石）中，层状硅酸盐稀疏分布，片理主要以拉长、压扁的粒状矿物的连续平行排列显示出来。5、不连续劈理不连续劈理根据微劈石的结构可分为两类，褶劈理和间隔劈理。（1）褶劈理以一定可见的间隔切过先存连续劈理的岩石为特征。其间隔一般为0.1-10mm。褶劈理是由先存的连续劈理形成紧密相间、平行排列的微褶皱发展而来的。褶劈理面大致平行微褶皱的轴面。微劈石一般以石英长石为主。其次是层状硅酸盐矿物，其中保存有先存连续劈理的微褶皱。劈理域常由微褶皱翼部发展而来，富集层状硅酸盐，长英质矿物含量减少并变细。根据其域构造的形态再分为带状褶劈理和分隔褶劈理。还有一些介于两者之间的过渡类型。劈理域边缘层状硅酸盐矿物逐渐减少，与微劈石过渡，并与微劈石内微褶皱的一翼相连，使劈理域与微劈理石之间成渐变关系，似成带状，称作带状褶劈理。带状褶劈理的劈理域较宽，域内的每一片层状硅酸盐矿物以小角度与劈理域的总方位相交。当劈理域变得十分窄，并切截了微劈石中的连续劈理，使相邻的微劈石截然分开，则是分隔褶劈理。（2）间隔劈理一般相当于破劈理，由一系列的平面交织线带、缝合线带的薄膜与其间的微劈石组成。在变质砂石与板岩互层中，变质砂岩中的间隔劈理与板岩的板劈理或褶劈理相互过渡，也说明这两类劈理在成因上有一定的联系。为了避免对其成因上的混淆，现在已趋向废弃破劈理这一术语，而采用间隔劈理。劈理域一般较窄，间隔常以毫米计。在显微尺度上，多数间隔劈理的细缝中充填着粘土等不溶残余物质，形成劈理域，并能使两侧层理错开。平行褶皱轴面的间隔劈理压溶成因的间隔劈理NOTE:破劈理与微断层有什么区别？虽然破劈理看似微断层，但它不是滑动面，其上没有擦痕和磨光面，如有化石被劈理穿切，劈理域的两侧找不到化石的对应部分，而是在一侧常只遗留下化石的极小一部分，或完全被溶蚀掉。这说明破劈理并非由剪切破裂机制形成，而主要是压溶作用的不溶残余物堆积形成劈理域，进而形成破劈理。三、劈理的形成机制劈理的基本特征是具有域构造。如何解释劈理的这一特征及其形成机制？如何模拟出与天然劈理相同的各种劈理？这是地质学家长期以来探索的课题。经典的解释认为，原岩在压扁作用下由于矿物组分的机械旋转、矿物的定向结晶或沿着紧密间隔裂隙状的不连续面的简单剪切变形而成。虽然，这些机制对劈理的形成都可能有作用，但不能充分地解释域构造的形成。近来的研究认为，劈理的形成与压溶作用引起母岩中物质迁移关系最为密切，并与岩石的缩短作用及体积损耗有关。1、机械旋转早在1856年，索尔比（H.C,Sorby）根据对退色斑的有限应变测量确定了垂直劈理有75%的缩短，并根据板岩的岩石学研究的粘土压缩实验提出，白云母等片状矿物在变形过程中的旋转与刚性颗粒在塑性流动基质中旋转一样，一直旋转到与压缩垂直的平面上。索尔比据此试图用机械旋转机制来解释板劈理的形成。食盐和云母集合体在压扁作用下形成的优选方位实验（据B.E.Hobbs，1976）虽然机械旋转使片状、板状矿物垂直于缩短方向定向排列为解释劈理域中的白云母定向排列提供了途径。然而机械旋转不能解释劈理域中的云母的富集，也不能解释劈理域中扁圆状或透镜状石英的存在。2、重结晶作用定向重结晶作用在板劈理的形成中较为明显。板岩中的云母或层状硅酸盐矿物的（001）面垂直于最大压缩方向排列。由于云母的定向生长，可能促使其中的石英等矿物成长条状或扁平状，使石英等矿物具有形态上的优选方向。垂直于主压应力方向上石英的次生加大（据A.Nicolas，1987）此外，无域构造的连续劈理的形成与定向重结晶有关。由于方解石的定向重结晶使大理石具有连续劈理的特征。石英岩中的劈理，由定向次生加大的石英和胶结物定向重结晶形成的云母所组成。大理岩中的连续劈理定向重结晶能使颗粒拉长或压扁，对劈理的形成起着重要的作用，但与机械旋转机制一样，定向重结晶不足以解释板劈理的域构造的形成，也不能解释劈理的劈理域中的石英、长石颗粒强烈变细的事实。3、压溶作用70年代以来，对劈理进行了大量的研究。许多学者都认识到岩石通过压溶作用而压扁是劈理形成的重要因素。压溶作用发生在垂直最大压缩方向的颗粒边界上，溶解出的物质由化学势能控制下向低应力区迁移和堆积。板岩中的石英、长石在垂直压缩方向上被溶解，使其颗粒变成透镜状或长条状，压溶作用不断地在垂直压缩方向的颗粒边界或层的界面上推进，渐渐地使石英或石英集合体变成透镜状，形成微劈石。溶解处的物质迁移至低应力区形成须状增生物、压力影或分导脉。岩石中的粘土或云母等不溶残余相对富集，云母等片状矿物在应力作用下递进旋转而定向排列，形成劈理域（M域）。褶劈理的形成过程中，先存的连续劈理在顺层或与层斜交的缩短作用下，发生纵弯褶皱作用形成微褶皱。当应变状态所需要的缩短作用超过只凭褶皱所达到的量时，岩石开始有压溶作用使物质溶失而缩短。沿着褶皱翼部易溶的浅色长英质被溶失，云母或层状硅酸盐的不溶残余相对富集，形成劈理域。微褶皱的转折端相对富集了粒状的石英和长石等浅色矿物。又因微褶皱翼部溶解出的物质在溶解中沿着化学势能的路径迁移到转折端，使石英等矿物次生加大，形成富石英的微劈石。因此，褶劈理的形态和间隔的大小与微褶皱的主波长有关，与横截微褶皱翼部的溶解所引起的缩短量有关。递进缩短变形中褶劈理的发育过程及其应变量的关系（据D.R.Gray，1979）10%60%50%30%劈理域最初与整体缩短方向可成多种角度相交，但递进变形中压扁作用使劈理域近于垂直缩短方向排列。垂直于最大缩短方向的强烈的压溶作用可以使褶皱翼部可溶物质全部溶掉，使微劈石中的连续劈理被断层似的截断，与劈理域截然相接，形成分隔褶劈理。压溶作用能较合理地解释了板劈理和褶皱劈理的域构造的形成及其特征，在间隔劈理的形成中同样起着重要作用。发育在泥灰岩中的间隔劈理，由于压溶作用使可溶物质迁出，粘土质或碳质的不溶残余堆积成缝合线状的劈理域。劈理形成机制是一个复杂的尚未解决的问题，压溶作用已经证明是劈理形成的主导机制，但也不能完全排除其它各种机制的作用或参与。斯宾塞（E.W.Spencer,1977）等提出，未固结沉积物会在压实作用下形成劈理。而且区域性劈理与层理一致的现象，说明深埋地下的岩石有可能在“负荷变质”作用下形成区域性连续劈理。四、劈理的应变意义有限应变测量表明，劈理一般垂直于最大压缩方向，平行于压扁面，即平行于应变椭球的XY主应变面。在变形岩石中，绝大多数的劈理与褶皱同期发育。劈理大致平行于褶皱轴面。在强岩层（如砂岩）与弱岩层（如板岩）组成的褶皱中，强岩层中的劈理常构成向背斜部收敛的扇形，弱岩层中的劈理则成向背斜转折端收敛的反扇形，二者相交，形成劈理的折射现象。劈理的折射在紧闭褶皱中，劈理与轴面几乎一致，与褶皱两翼近于平行，仅在转折端处，劈理与层理大角度相交或近于垂直，表明劈理垂直于最大压缩方向。劈理垂直于最大压缩方向还有很多证据。例如含有化石的板岩中，层面上的化石在平行劈理迹线方向的形体比未变形的要窄，垂直于劈理迹线方向的化石要比未变形的宽，表明劈理是垂直于最大压缩方向，相当于应变椭球的XY主应变面。含笔石的板岩虽然大多数劈理垂直于最大压缩方向，并平行于应变椭球的XY主应变面，但不能排除劈理的发育与剪切应变有关。如韧性剪切带中具有劈理特征的糜棱岩面理，就是由于在剪应变作用下，矿物平行剪切方向定向排列形成的。有些情况下劈理与应变椭球的XY主应变面不完全平行，而与剪应变有一定的关系。五、劈理的野外观察劈理是变质岩区最常见的面状构造。变质岩区的原生层理常被劈理置换或隐蔽，致使野外地质调查时把劈理误作为层