线理的分类

如题所述

根据观察的尺度,可将线理划分为小型线理和大型线理,前者指露头或手标本尺度上透入性线状构造,后者指大中尺度上不一定具有透入性的线理。

1.变形岩石中的小型线理

在变形岩石中,常常发育有各种小型或微型透入性线理。按照线理的形态和成因,可以分为以下几类。

图7-32 劈理之间先后交切关系及类型

(据F.J.Turner和L.E.Weiss,1963)

A—新生劈理S2交切并错开S1面;B—新生的S2劈理发育在S1连续劈理微褶皱的倒转翼;C—云母局部富集带构成的S1面理被新生的排列方位所改造,呈现S2面理;D—S2呈晶带切过S1;E—S1面理为云母片构成的连续劈理,并沿褶劈理S2挠曲

(1)拉伸线理

拉伸线理是由拉长的砾石、鲕粒、岩屑、矿物颗粒或矿物集合体等的平行定向排列构成的线状构造(图7-33A)。拉伸线理中的组分虽然都呈长条状,但却有两种完全不同的形成方式。一种拉伸线理是在物质塑性流动过程中产生的伸长变形,它位于运动面(ab面)之上,指示变形中物质运动的方向,代表应变椭球体的长轴方向。另一类拉伸线理是辗滚而成的,正像搓辗软弱的高塑性粘土一样,使物质垂直于力偶作用的方向拉伸。因此,这种拉伸线理常与褶皱的枢纽平行。

(2)矿物生长线理

矿物生长线理主要由针状、柱状等矿物的定向排列构成(图7-33B)。它们都是岩石在变形和变质过程中压溶和重结晶作用的产物,因而矿物长轴方向往往反映岩石重结晶流动的方向,因而矿物及其纤维生长的方向往往指示岩石重结晶或塑性流动的拉伸方向,一般平行于应变椭球体的长轴方向排列,故称为A型线理。例如,角闪石的定向排列就是这类线理的典型。有时,特别是在动力变质带上,在强大应力作用下,矿物生长往往不依其结晶习性,却屈服于应力而拉长,甚至使原来的短柱状或等轴状结晶的矿物出现纤维状结晶。例如在断层擦面上常常看到的纤维状石英、方解石及纤闪石一类的擦抹晶体。

图7-33 线理的类型

(据F.J.Turner和L.E.Weiss,1963略改)

(3)皱纹线理

皱纹线理由先存面理上微细褶皱的枢纽平行排列而成(图7-33C)。皱纹线理通常在千枚岩和片岩中发育较好。微细褶皱的波长和波幅常在数厘米以下,或仅以毫米计。皱纹线理的方向与其所属的同期褶皱的枢纽方向一致。需要指出的是,某些面理上的X型极细微的皱纹线理,是X型微剪节理与面理交切的结果。

(4)交面线理

主要是指层理与面理的交线或面理与面理的交线(图7-33D)。它和皱纹线理一样都平行于该区段的褶皱枢纽。

2.变形岩石中的大型线理

在强烈变形的岩石中常常会遇到一些由于岩层卷曲、肿缩、破裂、辗滚而构成的粗大平行线状构造,统称大型线理。这些线状构造各有其独特的构造型式、成因和不同的构造形态。主要有石香肠构造、窗棂构造、杆状构造和压力影构造等。

(1)石香肠构造

石香肠构造也称布丁构造(Boudinage),是在不同性质的岩石相间成层、互相之间具有明显韧性差的条件下,受到垂直岩层挤压而形成的一种构造,其剖面形态与香肠相似,因而取名石香肠。关于石香肠的形成作用,已通过人工模拟得到了验证。当岩层受到垂直层面的挤压时,软弱岩层会被压扁并向两侧作塑性流动,夹在其中的强硬岩层,在软弱岩层顺层流动引起的摩擦力的拉伸作用下,如果超过其强度极限,强硬岩石则产生破裂并发生位移,以致于构成断面上形态各异、平面上呈一致排列的长条状块段,即石香肠。在拉断强硬岩层的间隔中,两侧软弱岩层呈褶皱形式楔入,或被变形岩层所分泌的物质所充填。因此,在本质上,石香肠构造是各种断块、断裂与各种楔入褶皱、楔入脉状围岩和分泌体的构造组合。

描述和测量石香肠构造必须从三维空间进行(图7-34),包括长度(b)、宽度(a)、厚度(c)以及横间隔(T)和纵间隔(L)等要素。石香肠的长度指示局部的中间应变轴(Y轴),或局部的中间主应力(σ2)的方向,可看做一种B型线理。石香肠的宽度指示拉伸方向(X轴)或局部的最小主应力(σ3)方向;厚度指示压缩方向(Z 轴)或局部的最大主应力(σ1)方向。

图7-34 纵弯褶皱中石香肠构造要素及应力系统

(据马杏垣,1965)

石香肠构造的三维空间形态一般不易观察,所以对其横断面的描述较多,马杏垣教授曾按其横断面形态划分为矩形、菱形、梯形、藕节状和不规则状等几种类型(图7-35)。这种分类也在一定程度上反映其力学性质。从石香肠形成过程来看,形态的变化主要取决于两个因素:①岩层之间粘度差;②强硬层所受拉伸作用的强弱。当岩层间粘度差很大,最强硬岩层在应变很小时就出现张裂,进一步拉伸使断块分离,则形成横剖面上为矩形的石香肠(图7-35A,图7-36A中第1层)。当岩层的粘度差为中等时,较强硬的岩层常常先发生明显的变薄或细颈化,进而被剪裂而拉断、形成菱形或透镜状的石香肠(图7-35B,图7-36A中第2、3层)。如果岩层中的粘度差很小,则相对强硬的岩层可能只发生伸缩,形成细颈相连的藕节状石香肠(图7-35C,图7-36A中第4层)。软弱层的塑性流动使石香肠边缘受剪切作用改造,原为矩形状的石香肠也可变成桶状和透镜状,两端呈鱼嘴状。因此,石香肠的横断面形态特征与拉断裂面的力学性质有关(强硬层初始断裂的性质和方向),据此可将石香肠构造作如下的(力学)成因分类:

张裂型石香肠构造 这类石香肠是由于垂直于层面的脆性张裂造成的,单体石香肠呈四方柱体,断面呈矩形(图7-35A),长柱平行于褶皱枢纽排列。在石香肠块段的拉开、结合部造成低压空间,常被周围分泌的脉体充填,如从围岩中分泌的方解石、石英等。有时还掺杂着破碎的角砾。楔入于这类石香肠间的褶皱对称性良好,由于褶皱楔入的结果,常常迫使石香肠块段呈双凸形肿缩,形似一串灯笼。

剪裂型石香肠构造 主要是在垂直层面的挤压作用下,强岩层发生脆性剪切破裂的结果。单个石香肠呈菱形(图7-35B)、梯形断面或平行四边形断面的斜方柱体,长柱平行褶皱枢纽排列。当石香肠相互位移不大时,石香肠块段之间常有斜叠现象,其间的挤入褶皱的对称性较差,软弱围岩甚至呈脉状楔入。如果剪裂型石香肠发育在纵弯褶皱翼部,则可根据石香肠旋转方向判定相邻岩层运动方向和确定地层层序。

粘滞型石香肠构造 粘滞型石香肠是在整个岩体平均韧性较高,其中相对强硬的岩层是受到拉伸作用而形成的。较强岩层因拉伸流动先造成细颈,进而在细颈处断裂形成石香肠。粘滞型石香肠的形态差异甚大,断面常呈藕节状(图7-35C)、透镜状、蝌蚪状,从层面上看成平行排列,当变形量大时,这种石香肠就演变成“漂浮”在弱岩层中的构造透镜体了。

褶皱型石香肠构造 褶皱型石香肠是在岩层韧性更高的条件下,强硬岩层强烈褶皱基础上发育而成;有时在强硬岩层被粘滞拉断以后,由于围岩尚保持较高的塑性,褶皱断块还可能在物质流动过程中进一步弯曲,或进一步旋转呈现各种扭动形式,因而形态极不规则(图7-35E)。

石香肠构造的发育与褶皱作用后期阶段有着密切的联系,不同的褶皱作用过程中形成的石香肠形态也各不相同。例如在纵弯褶皱中,当褶皱两翼岩层弯曲到与轴面呈低角度斜交时,近乎垂直层面的挤压作用就可以导致石香肠构造的产生,造成一种长轴平行褶皱枢纽的大型线理。因此,它在圆柱状褶皱系统中,指示着中间应变轴的方向,而其断面上的宽度(a)和厚度(c)则反映石香肠拉伸和缩短的应变情况(图7-34)。反之在横弯褶皱中,由于拱曲的结果,在背斜顶部往往发育长度和宽度大体相近的石香肠,在空间呈“巧克力方盘”状(7-37B)。

图7-35 北京西山的各种石香肠断面形态

(据马杏垣,1965)

(2)窗棂构造

窗棂构造(mullion structure)是强硬岩层组成的形似一排棂柱的半圆柱状大型线状构造。是强烈褶皱岩层中一种大型线理,有时表面被磨光并蒙上一层应力矿物外膜。窗棂构造常沿着强弱岩层相邻的硬岩层一侧的界面上发育,由强硬岩层的卷曲形成一系列宽而圆的背形和尖而窄的向形构成;软弱层总是以尖而窄的向形嵌入强硬层,强硬层呈圆拱状背形突出于软弱层,从而铸成一系列圆柱状的肿缩式窗棂构造。棂柱上还可以发育次一级的棂柱,并平行于高一级棂柱(图7-38)。

图7-36 石香肠构造的递进发展图

(据J.G.Ramsay,1967)

强岩层1、2、3和4按脆性递减的顺序排列,第4层与介质的性质相同;A→C代表变形的发展方向

图7-37 石香肠构造

(据R.G.Park,1963,修改)

A—长条状石香肠构造;B—两个方向拉伸产生的“巧克力方盘”石香肠构造

窗棂构造与石香肠构造不同,前者反映沿平行层面的缩短;而后者反映垂直层理的压缩。窗棂构造的长轴与石香肠的长轴一样,都代表应变椭球体的中间应变轴(Y轴),所以窗棂构造也是一种B线理。

(3)铅笔构造

铅笔构造是轻微变质的泥质或粉砂质岩石中常见的使岩石劈成铅笔状长条的一种线状构造。根据铅笔构造的形成作用,可分为两类:①劈理与层理交切或剪切面与层理交切的结果;②成岩压实与顺层挤压变形共同作用的结果。

交切面的铅笔构造 通常是透入性劈理面或剪切面与层面相交而成。交面的铅笔构造常具有较规则的断面形状,平行于同期褶皱的褶轴。

压实与变形共同作用下形成的铅笔构造 其形成过程如下:初始泥质和粉砂质沉积物在垂直层面的压实作用下,随着沉积物的压实和孔隙水的排远,引起原始沉积物的体积损失,形成单轴旋转扁球体型的应变(图7-39A)。在其后的构造变形中,由于平行层理的压缩及沿垂直层理方向的拉坤,使岩石变形成单轴旋转长球体型,其应变椭球体的轴值x>y=z。这时,片状、柱状和针状矿物发生旋转,顺 X 轴方向定向排列,致使岩石顺x轴方向易于劈开。岩石可破裂成大小不一的碎条,称作铅笔构造(图7-39C)。这种铅笔构造主要的特征是没有面状构造要素,横截面常呈不规则的多边形或弧形,其长轴平行于岩石中有限应变椭球体的x轴方向,又平行于区域构造变形的B轴方向(因7-39C)。

图7-38 窗棂构造

(据Marshak S.et al.,1998)

图7-39 铅笔构造的发展阶段及应变状态示意图

(据J.G.Ramsay,1983)

(4)杆状构造

图7-40 铅笔构造

(据J.G.Ramsay,1981)

图7-41 硅质片岩中的石英棒

(据G.Wilson,1961)

杆状构造是由石英、方解石或其他成分单一的强硬岩石物质构成,它们成带、成束地在一定变质岩层中出现。它与窗棂构造的主要区别是:杆状体是由变质作用中产生的析离物质组成,析离物质在未分裂或碾滚成棒以前,一般呈囊状、透镜状或似层状分布于面理之间,特别在褶皱转折端附近低压带之中,这种分泌脉在含硅岩石中多为石英,在碳酸盐岩类岩石中多为方解石、白云石。杆状构造的形成可以是早已存在的石英脉经褶皱或断裂作用而被碾成杆状,但更多的是在构造作用中边分凝、边旋转而成,因此,杆状体长轴多与褶皱轴平行。

在断裂带中,由于断层运动造成的低压空间,有利于石英、方解石的分泌,因而在后继运动的作用下,石英脉、方解石脉也常常碾滚成石英棒、方解石棒。杆状构造是强烈变形和变质分异作用的联合产物,是垂直褶皱枢纽方向作辗滚运动的结果,因此,也是一种平行于B轴的线理(图7-41)。

(5)压力影构造

压力影构造是矿物生长线理的另外一种表现,常产出于低级变质岩之中。压力影构造由岩石中相对刚性的物体及其两侧(或四周)在变形中发育的同构造纤维状结晶矿物组成,岩石中作为相对刚性的物体有黄铁矿、磁铁矿,还有化石、砾石、岩屑和变斑晶等。变形一般不强,只出现微破裂,具波状消光、变形纹等。核心物体两侧的结晶纤维常由石英、方解石、云母或绿泥石等矿物组成。

在应力作用下,这些相对刚性的物体在变形时将引起局部的不均匀应变,使周围的韧性基质从相对刚性的物体表面拉开,形成低压引张区,为矿物提供了生长的场所。在压溶作用下,基质中易溶物质从矿物界面上发生溶解,并从受压边界向低压引张区运移,沿着最大拉伸方向(X轴)生长为纤维状的影中矿物。纤维的生长方向随着变形过程中最大拉伸轴方向的变化而变化。因此,相对刚性的物体两侧的影中矿物的不同形状反映了不同的应变状态。在挤压变形或纯剪变形中,相对刚性的物体两侧的结晶纤维常呈对称状(图7-42A、B),在单剪作用下,随着非共轴的递进变形,最大主应变轴(X轴)发生偏转。因此,相对刚性的物体两侧的结晶纤维呈现出单斜对称的形状。黄铁矿晶体旋转变形模拟实验表明,不对称的影中矿物的结晶纤维生长情况随着剪切应变量的大小呈有规律的变化。因此,通过对压力影构造中矿物结晶纤维生长方向的测定,可以确定变形的主应变轴方位及其变化。

图7-42 不同类型的压力影

(据Nicolas,1987)

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