劈理构造的观察和研究

如题所述

劈理是一种将岩石按一定方向分割成平行密集的薄板或薄片的构造。它们具有一组密集的潜在破裂面(劈理面),用榔头敲击时,岩石容易沿着劈理面裂开,发育于强烈变形的岩石中,具有明显的各向异性特征,发育状况与岩石中片状矿物的含量及其定向的程度密切相关。

8.5.1.1 劈理类型的观察和研究

按劈理构造的结构特征及形成机制,可将其分为三种基本类型。

(1)流劈理及其特征

流劈理是变质岩中最常见的一种次生透入性面状构造,由片状、板状或扁圆状矿物或其集合体平行排列构成,可以使岩石分裂成无数薄片。流劈理是岩石在变质、变形固态流变过程中新生的平行面状构造,是岩石变形时岩石内部矿物发生压扁、拉长、旋转和重结晶作用的结果(图8.78)。根据劈理中粒度大小及岩石的变形程度,流劈理可分为板劈理、千枚理和片理、片麻理。

(2)破劈理及其特征

破劈理是岩石中一组密集的平行状破裂面,劈理面以及相邻劈理面之间夹持的岩片肉眼明显可见(图8.79)。破劈理的劈理面呈微细裂隙,相邻劈理面之间的岩片厚度一般<10cm。劈理面上矿物基本无定向排列。一般来说,破劈理就是密集排列的节理,但破劈理的密集程度和平行定向性比节理更强。破劈理多数发育在不变质或仅轻微变质的岩石中,它们多形成在褶皱翼部,构成顺层劈理或形成在断裂带内及其附近,与断裂带平行排列。一般认为破劈理是沿岩石变形的最大剪应力作用面发育而成的剪裂面,所以破劈理的力学性质多为剪性。

图8.78 流劈理及其矿物定向排列特征

图8.79 破劈理

(3)滑劈理及其特征

滑劈理(又称为应变滑劈理、折劈理、折劈)是发育在先存鳞片变晶结构的板岩、千枚岩及云母片岩中的一组切过先存流劈理的差异性平行滑动面(带)。滑动面(带)中矿物新的定向排列既可以是先存片状矿物被重新定向排列,也可以是沿滑动面重结晶的新生矿物的定向排列(图8.80)。

8.5.1.2 劈理的域结构

劈理的微观特征之一是具有域结构,这也是劈理的最重要结构,表现为岩石中的劈理域和微劈石相间排列(图8.81)。劈理域是由层状硅酸盐或不溶残余物质富集成平行或交织状的薄条带或薄膜,其中原岩的结构已被强烈改造,矿物和矿物集合体的形态具有显著的优选定向方位。微劈石是夹于劈理域之间的区域,由窄的平板状或透镜状的微劈石岩片组成,微劈石岩片中的岩石仍然基本保留了原岩的矿物成分和结构。

图8.80 滑劈理特征

图8.81 劈理的域结构

劈理域和微劈石之间的边界可以是截然的,也可以是过渡的,两者紧密相间,使岩石显出纹理(劈理)。

8.5.1.3 劈理与大型构造的关系

劈理作为岩石变形的产物,其形成不仅与地壳较深层次的变形变质作用相关,而且,与褶皱、断裂以及区域流变构造在几何上和成因上也有着密切的关系。研究这种关系,对查明大型构造的形态和形成机制、大型构造变形的构造环境以及变形岩石的力学行为等都具有重要的意义。

(1)轴面劈理

指产状平行或大致平行褶皱轴面的劈理(图8.82)。发育在强烈褶皱的岩层中,大多为连续性劈理(流劈理)。轴面劈理形成于褶皱作用过程的中晚期阶段,是强烈压扁作用和剪切流变作用的结果。劈理面是典型的挤压变形面。在褶皱比较开阔时,它的产状与两翼岩层斜交,当褶皱紧闭到同斜褶皱时,它与两翼岩层的产状逐渐趋于一致。轴面劈理一般以比较稳定的产状切穿褶皱岩层的层理,常将层理的连续性破坏,甚至完全取代原始的连续层面,在露头上很容易将它误认为层理。

(2)层间劈理

一种受岩性和层面控制的,与层理斜交的劈理(图8.83)。层间劈理受岩性影响显著,强硬层中劈理发育较差,劈理密度小、劈理域窄,以破劈理为主;软弱层中发育较强,流变特征明显,劈理密度大、劈理域宽,以流劈理为主。在强岩层(如砂岩)与弱岩层(如页岩)组成的褶皱中,强岩层中发育的劈理构成向背斜核部收敛的扇形;而弱岩层中的劈理则构成向背斜转折端收敛的反扇形,造成劈理在穿越不同岩层出现折射现象。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,在侧向挤压的褶皱中,一般都是相邻上层相对相邻下层向背斜核部运动。此外,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所在大褶皱的枢纽方向是平行的。

(3)顺层劈理

一般指宏观上与岩性界面近平行的劈理。随岩层的弯曲而弯曲,例如在褶皱中作为变形面随褶皱而弯曲。顺层劈理一般为流劈理,它们的成因主要有两种。第一种观点,由于它们随褶皱弯曲,表明其形成于褶皱之前,是沉积变质(埋藏变质)过程中上覆重载重结晶作用的结果。第二种观点,顺层面理可以是一种强烈的同斜褶皱的轴面劈理,当褶皱被挤压到两翼同斜时,不仅使轴面劈理与翼部的层理趋于平行,而且由于新生的轴面劈理破坏了原始层理的连续性,在变形变质过程中形成了平行于轴面劈理的变质条带的新的岩性分界面,所以在多数露头中看到劈理与“层理”是平行的。只有找到残余的褶皱转折端,才能清楚地看到劈理与层理的关系。

图8.82 轴面劈理

图8.83 层间劈理

(4)断裂劈理

包括断裂带内部及其附近两盘岩石中发育的各种劈理,这些劈理是在断层形成和两盘运动过程中形成的。劈理产状与断层面斜交或近于平行,劈理面与断层相交锐夹角方向指向对盘岩块相对运动的方向。在韧性断层带多发育流劈理;在脆性或脆-韧性断层破碎带,则多为破劈理和褶劈理。

(5)区域性劈理

区域性劈理与所在的个别构造(如断裂、褶皱、剪切带等)无空间几何关系和成因联系,而是以稳定的产状叠加在前期褶皱、断裂和岩体之上。一般是在区域性构造应力作用下变形变质过程中形成的,多为流劈理和滑劈理。

8.5.1.4 劈理的观察与研究

(1)区分劈理与层理

劈理是变质岩区最常见的面状构造。在变质岩区,劈理的发育常常把层理所掩盖,使人很容易把劈理误认为层理(图8.84),将复杂的褶皱岩层当作简单的单斜岩层,其结果可能导致地层层序、岩相、厚度等诸多方面得出错误的结论。所以,正确区分劈理和层理是变质岩区地质调查的首要问题。区分层理和劈理,要注意观测平行面状构造是否存在原生沉积标志(如粒序层、交错层、波痕等)。此外,特别要注意对特殊岩性和结构、构造的标志层的寻找,通过较大范围的追索,区分层理和劈理之间的几何关系和空间展布规律。

图8.84 由成分差异显示出的原始层理以及后期的次生劈理构造关系图

(2)测定劈理参数和描述劈理结构特征

观察劈理的结构和几何形态,鉴别劈理域和微劈石的岩石化学、矿物成分及其相互关系,以确定劈理的类型。

(a)测量劈理间隔:在垂直劈理的横截面上或垂直劈理面的定向标本上观察和测定劈理域之间的距离(即微劈石厚度)。劈理间隔分为四级:

大间隔>10mm

小间隔 1~10mm

微间隔 0.1~1mm

连续<0.1mm

(b)观察和描述劈理域形态:观察描述劈理的平面度,按劈理域垂直断面上形态的平直程度,劈理的平面度可描述为平直状、粗糙状、锯齿状、缝合线状。观察描述劈理定向排布格式,按劈理域的定向排布格式,劈理可描述为平行状、波状、多边形、平行四边形和菱形。

(c)观察和描述微劈石结构:区分是否有先存的平行面状构造,观察微劈石的矿物组成、定向性以及膝折、挠曲、揉皱等结构。

(3)观察和测量劈理与层理的产状关系

发育于沉积岩层中的劈理与层理存在一定的空间几何关系,这种关系可以用来确定褶皱构造的类型(背斜还是向斜)及其部位;还可以用来判断地层层序是否倒转。如果劈理与其所在褶皱是同期纵弯褶皱作用产生的,劈理与层理具有以下关系:

(a)劈理与层理所交锐角方向指示相邻岩层运动方向(图8.85)。

图8.85 劈理与褶皱岩层之间关系图

(b)如果劈理位于纵弯褶皱的一翼,则劈理与层理所交锐角方向指示相邻上岩层向背斜转折端部位运动。

(c)根据纵弯褶皱的层间滑动规律,如果岩层倾向与劈理倾向相反,或两者倾向相同但岩层倾角<劈理倾角,则岩层层序是正常的;如果两者倾向一致而岩层倾角>劈理倾角,则岩层层序是倒转的(图8.86)。

图8.86 利用劈理与层理关系判断岩层层序示意图

(d)如果褶皱是圆柱状的,劈理与层理的交线与所在区段的褶皱枢纽平行,则代表褶皱变形时的中间应变轴。

(4)观察劈理与岩性之间的关系和劈理化岩石的应变状态,确定岩石变形机制和构造环境

(a)观察劈理所在岩石的性质及岩层的厚度,确定劈理类型,测量劈理与层理之间的夹角和劈理间隔,描绘劈理的折射和弯曲。

(b)测量劈理面上的压力影、变形化石、鲕粒等应变现象,推测三个主应变轴方位,分析岩石变形强烈程度,了解岩石变形机制。

(c)结合变质岩石学的研究,观察劈理发育处的重结晶程度,研究同一组分岩石变质深浅程度和相应劈理在空间上的分带现象,揭示劈理的生成条件和埋藏深度。

(5)观测劈理之间的交切关系、确定劈理之间的相对发育顺序

劈理是构造变形的产物,每一期劈理的出现代表一次构造运动事件。建立劈理发生发展序列,分析劈理的叠加关系及其劈理形成先后顺序对建立构造演化历史具有重要的意义。一般来说,在相交切的劈理中,被切割劈理形成时代早,切割其他劈理的劈理形成时代相对晚。

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