学习任务线理的识别与分析

线理是岩石中发育的一般具有透入性的线状构造。泛指岩石内部和表面的各种平行线状构造，其规模一般较小，主要是露头级及更小规模级别。线理一般与圆柱状褶皱的枢纽平行，或是与之垂直。根据褶皱与线理的这种空间几何关系，可以将线理划分为：A型线理——线理与褶皱轴（或枢纽）平行；B 型线理——线理与褶皱轴（或枢纽）垂直。
8.5.2.1 线理构造的类型
（1）拉伸线理
拉长的岩石碎屑、砾石、鲕粒、矿物颗粒或矿物集合体等平行定向排列显示的线理构造。主要是岩石组分变形时发生塑性拉长而形成的，其拉长方向与最大应变轴X轴方向一致，因此是一种A型线理（图8.87a）。
（2）矿物生长线理
由针状、柱状矿物等顺其长轴的定向排列而成的线理，是岩石在变形和变质作用中矿物在引张方向重结晶生长的结果。因而矿物及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，一般平行于最大应变轴，也是一种A型线理（图8.87b）。
（3）皱纹线理
由先存面理上微细褶皱的枢纽平行排列所构成的线理。微细褶皱的波长和波幅小于数厘米，一般以毫米计。皱纹线理的方向与其所属的同期大型褶皱的枢纽方向一致，主要出现在具有先存鳞片变晶结构的岩石中。一般平行于中间应变轴Y，是一种B型线理（图8.87c）。（4）交面线理
由两组面理相交或面理与层理相交形成的线理。平行于同期大型褶皱的枢纽方向，属于B型线理（图8.87d）。

图8.87 小型线理的类型

a—拉伸线理；b—生长线理；c—皱纹线理；d—交面线理
（5）石香肠构造
它是由于不同岩性相间成层的岩层中遭受大角度或垂直于层理方向的挤压而形成的，较软弱的岩层被压扁并向两侧发生塑性流动，而夹于其间的强硬岩层由于不易发生塑性变形，从而受到软弱岩层流动时由层间摩擦产生的平行于层面的拉伸作用，最终使其破裂为各种形式的不连续的断块，断块之间常为脉质充填或软弱岩层挤入其间。石香肠构造在剖面上由于其破裂的方式不同而有不同的形状，如矩形、菱形、藕结形等。在层面上常表现为长方形，其长度指示了局部的中间应变轴，一般与其所在的褶皱枢纽平行，所以可以看作是一种粗大的B型线理（图8.88）。
（6）窗棂构造
它是指岩石表面上一系列平行排列的圆柱状或波状起伏构造。它一般是由夹于软弱岩层间的强硬岩层所构成，其表面常被磨光，并蒙上一层云母或其他矿物的外膜。它是由于受到垂直圆柱体方向的压缩（或剪切旋转）所形成的。与石香肠构造不同，它反映了平行于层理的缩短。但窗棂柱的方向则与石香肠体的长轴一样，都代表了变形时的中间应变轴，亦可把它看作为粗大的B型线理（图8.89）。

图8.88 石香肠构造


图8.89 窗棂构造

（7）杆状构造
它一般是由石英或其他成分较单一的圆柱体组成，如石英棒。它的物质来源于围岩中分泌出来的脉体，在变形过程中，经透镜体化后又由于强烈的辗滚作用而形成棒状体。除石英脉外，其他如混合岩中的长英质条带或变质分异作用形成的物性不同的条带也可形成杆状构造。与窗棂构造相似，其长轴方向与运动方向垂直，是强烈变形的岩石中的一种B型线理。
（8）铅笔构造
铅笔构造是轻微变质的泥质或粉砂质岩石中发育的使岩石劈成铅笔状长条的一种线状构造。它们通常是透入性劈理（或剪切面）与层面相交而成。这种铅笔构造具有较规则的断面形态，平行于同期褶皱的褶轴，铅笔构造长轴平行于有限应变椭球体的Y轴，因此它是一种B型线理。
8.5.2.2 线理构造的观察研究
线理在解决构造的几何学和运动性方面具有重要意义，能够较好地反映岩石变形过程中物质运动的方向。线理总是位于运动面之上，线理的长轴方向要么与物质运动方向平行，要么与物质运动方向垂直，因而能够清楚地指示物质的主要运动方向。因此，通过对线理的鉴别，有助于分析大型构造的形成方式和过程。线理常常附着在面理之上，因此，线理的观察与面理的观察研究一般同步进行。
（1）区分原生线理和次生线理
在变形岩石中，除了次生的线理构造外，还残存原生的线理构造，如砾石的原生定向排列、岩浆岩的流线等，因此，在野外地质观察中，首先要区分原生线理和次生线理。注意线理展布规律与所在地质体的关系。
（2）确定线理的成因类型
对于次生线理，要划分线理的类型，认识线理的构造性质，确定其成因（剪切、拉伸、碾滚）。
（3）测量线理的产状
线理的空间方位的确定是识别线理类型和确定它与大型构造几何关系的关键，所以要在野外测量线理的产状要素，测量其侧伏向和侧伏角，并确定线理的倾伏向和倾伏角。在测量线理产状时，切忌把任意露头面上见到的相互平行的迹线当作线理。线理只有在面理面上的线状迹线才是真正的线理。只是在面理面上看到的拉长矿物的集合体的定向排列，才是真正的线理，其他切面上的线状方向或“长轴”的定向排列都不是真正的线理。
（4）认识线理与大型构造的关系
（a）作为强烈变形产物的线理，在造山带区，最主要的运动是与褶皱轴相垂直的运动，因此，线理与同期大型褶皱和断裂具有一定的几何关系，如果大型褶皱为弯滑褶皱，则层间滑动产生的摩擦线理总是与褶皱枢纽垂直。当摩擦线理与层面走向直交时，指示褶皱枢纽是水平的。当摩擦线理与层面走向斜交时，则指示褶皱枢纽是倾伏的，而且线理的侧伏角与枢纽的侧伏角互为余角。
（b）如果大型褶皱发育轴面劈理，则劈理与层理的交面线理（B型线理）必定平行于褶皱轴。
（c）如果褶皱发育在强弱互层的岩系中，褶皱中发育各种B型线理，如寄生褶皱、石香肠构造、窗棂构造和杆状构造等，能反映大型褶皱褶轴的方位。
（d）在劈理面上垂直于B轴的A型线理的方向代表褶皱内部物质运动方向，线理与轴面劈理的倾斜相反，指示褶皱生长方向。
（5）观察线理相互交切关系、建立线理构造变形序列
线理的叠加表现为早期线理被改造和晚期线理的出现。晚期线理一般比较直观，切割、掩蔽早期线理；早期线理相对隐蔽而不太连续。线理叠加反映了两次不同轴向的运动（或）变形。

在变形岩石中，除了次生的线状构造外，还可能残存原生的线状构造，如砾石的原生定向排列、岩浆岩的流线等。因此，在野外地质观察中，首先要区分原生线理和次生线理。在区分两者时，除在单个露头上注意研究线理的主要特征外，还要在更大范围内研究它们展布规律及其与其他构造的关系，这样才能查明其成因，区分两类线理。
确定了次生线理后，还要根据其基本特征确定线理的类型。线理空间方位的确定是识别线理类型和确定它与所属大构造几何关系的关键。测量线理产状也同测量其他线状构造的产状一样，量度其倾伏向、倾伏角或侧伏向、侧伏角。
值得注意的是，测量线理产状时，切忌把任意露头面上见到的相互平行的迹线当作线理。线理只有在面理上的线状迹线才是真正的线理。如图8-23，只是在面理(S1)上看到的拉长矿物集合体的定向排列，才是真正的线理，其他切面上的线状方向或“长轴”的定向排列，都不是真正的线理。因此，线理的测量一定要在与其伴生的面理上进行。

图8-23 拉长的砾石所显示的线理

(据E.Cloos，1946，修改)
只有在面理S1面上，才能看到砾石的最长轴，其他断面上看到的都是视长轴

图8-24 运动面的坐标系

(据J.G.Dennis，1967)
a—在运动面ab上，平行运动方向；b—在运动面上，垂直于a轴
线理还是构造运动学的重要标志之一。它们既能够指示构造变形中岩石物质的运动方向，又能用于分析构造变形场内岩石的有限应变状态。一般地，在挤压、拉伸和压扁等情况下，构造变形中运动学坐标系a、b、c轴(图8-24)的方位与应变椭球体的主应变轴X、Y、Z轴(或 A、B、C 轴)的方位一一对应，互为一致。在这种情况下形成的拉伸线理、矿物生长线理等的方位既能代表变形岩石中物质的运动方向，又能代表岩石有限应变椭球体的最大主应变轴(X轴)的方位；而石香肠、窗棂构造和皱纹线理等的方位则代表了岩石有限应变椭球体的中间应变主轴(Y轴)的方位。但在简单剪切变形中两者并不完全一致。因单剪变形中剪切面是运动面(图8-25A)，其上的剪切方向为a轴；b轴位于ab面上，与a轴垂直，而单剪变形是旋转变形，最大主应变轴(X轴，或A轴)和最小主应变轴(Z轴，或C轴)随着变形的进行而发生旋转，与运动轴(a轴和c轴)的方向完全不同。只有中间主应变轴(Y轴)不变，并与b轴的方位相一致。因此，在这种情况下形成的矿物生长线理和拉伸线理的方位只能代表岩石有限应变椭球体的最大主应变轴(X轴)的方位，而不能代表岩石变形过程中物质运动的方位(图8-25)。不过，在这种情况下形成的皱纹线理和交面线理等的方位仍能代表岩石有限应变椭球体的中间主应变轴(Y轴)的方位。因此，必须在变形岩石有限应变状态及其他构造形迹(如褶皱、断层和剪切带等)研究的基础上，结合线理与面理和其他构造之间的关系的综合研究，才能有效地运用线理来分析和判断构造变形中岩石物质的运动学方位。

图8-25 单剪作用下的运动学坐标系和应变椭球的主应变轴

如前所述，线理的研究应与产出的大构造或区域性构造的研究密切结合，这样不仅有助于对线理等小构造形成机制和发育过程的深入理解，而且为大构造甚至区域构造的研究提供有益的重要信息。例如不同类型线理在所在褶皱不同部位发育的程度及其变化，可以指示各部位变形时的运动学和动力学状态；通过石香肠类型的变化，可以了解变形时岩石的黏性及其差异等。为了深入研究线理，有时采取定向标本以便室内研究也是必要的。

线理泛指岩石内部和表面的各种平行线状构造，它是构造变形的重要标志，具有重要的构造指向意义。线理按成因分为原生线理和次生线理，按规模大小分为小型和大型线理。

一、小型线理

在成层有序的浅变质岩系岩石中，常发育各种小型、微型透入性线理，按其成因与形态有以下几类：

（1）拉伸线理：拉长的岩石碎屑、砾石、鲕粒、颗粒或矿物集合体等定向排列显示的线理构造。拉伸线理有两种形成方式，其一是岩石组分变形时发生塑性拉长而形成的，其拉长方向与最大应变轴——X轴方向一致，属A轴线理（图7-29A），其二是由于辗滚作用而形成的，即物质垂直于力偶作用方向延伸，这种拉伸线理常与褶皱的枢纽平行，属B轴线理。

（2）矿物生长线理：由针状、柱状矿物等顺其长轴的平行排列而成的线理（图7-29B）。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活动的方向。例如，角闪石的平行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的矿物出现纤维状结晶。这在“三位一体”的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就是强有力的诠释。

（3）皱纹线理：由先存面理上微细褶皱枢纽平行排列所构成的线理。其波长和波幅小于数厘米，一般以毫米计，这种线理称为皱纹线理（图7-29C）。它常与滑劈理有关，其延长方向也与同期大型褶皱的枢纽方向一致，属B轴线理。

（4）交面线理：由两组面理相交或面理与层理相交形成的线理称为交面线理（图7-29D）。它与皱纹线理都是平行于同期褶皱的枢纽方向，属B轴线理。

图7-29 线理的类型

（据Turner和Weiss，1963）

二、大型线理

在强烈变形的岩石中，常会遇到一些由于岩层卷曲、辗滚、肿缩、破裂而构成的粗大平行线状构造统称为大型线理。这些线状构造各有独特的构造型式、成因和不同的构造形态。这类构造除学习情境4涉及的部分以外，现就最常见的石香肠构造、窗棂构造、杆状构造和铅笔状构造叙述如下：

（一）石香肠构造

石香肠构造又称为布丁构造，是不同力学性质互层的岩系岩层受到垂直或近垂直的挤压而形成的一种形似香肠的构造，故名石香肠构造。

石香肠构造的三维空间几何要素有长度（b）、宽度（a）、厚度（c）、横间隔（T）、纵间隔（L）等（图7-30）。从图7-30中石香肠的空间定位可知：香肠宽度方向指示拉伸方向A（或x）；厚度方向指示压缩方向C（或z）；其延长方向平行于中间应变轴B（或y）。因此，它大部分属于B型线理。

图7-30 石香肠构造要素及反映的应力方位

（据马杏垣，1965）

石香肠的横断面形态特征与拉断裂面的力学性质、能干层初始断裂的性质和方向有关。据此可将石香肠构造分为矩形、菱形、藕节状和不规则状等几种类型。

（1）张裂型石香肠构造：由垂直于层面的脆性张裂拉开，单个石香肠呈四方柱状（图7-31），断面形态呈矩形，平行褶皱枢纽排列。拉开结合部的低压空间区常被周围分泌的脉体充填。如在野外常见的是：在石灰岩区被分泌的方解石脉充填，砂岩区被分泌的石英脉充填，有时还可见破碎的角砾被脉体填充或者是不能干岩层形成对称性较好的褶皱楔入到脆性张裂中。

图7-31 张裂型石香肠的形态

（2）剪裂型石香肠构造：由斜交能干岩层层面的脆性剪切破裂切开，单个石香肠呈菱形或平行四边形断面的斜方柱状，断面形态呈菱形、梯形，平行褶皱枢纽排列（图7-32）。多个剪裂石香肠在横剖面上常呈斜列式排布，其结合部的低压空间常有不对称褶皱的楔入。

图7-32 剪裂型石香肠的形态

（3）黏滞型石香肠构造：当整套岩层平均韧性较高，即不能干性占主导时，且其中占次要地位的薄层能干岩层在压力作用下，就会产生拉伸、流动造成能干岩层发生缩颈或呈藕断丝连状，这种石香肠就称为黏滞型石香肠构造。其断面形态常呈藕节状、透镜状等（图7-33左）。在江西青塘煤矿就见有大套煤系地层，其能干性软弱，而其中所夹的中薄层状石英砂岩常被动式形成黏滞型石香肠（图7-33右）。在有些地方，当变形很大时，这种藕断丝连状石香肠就像漂在不能干岩层中的构造透镜体（大部分是煤矸石构成）。

图7-33 黏滞型石香肠的形态

此外，野外还可见褶皱型石香肠、不规则石香肠构造以及在横弯褶皱作用形成的背斜顶部可见巧克力状石香肠构造。

（二）窗棂构造

窗棂构造见于强烈变形的岩石中。在外形上形成一系列平行排列的浑圆柱状棂柱。表面常有一层应力矿物外膜，是一种大型线理构造。一般认为窗棂构造与褶皱轴方向平行，代表粗大的拉伸线理。属B轴线理。

窗棂构造主要出现在能干层与不能干层之间（如砂岩和页岩之间）的层面上，而且都是能干岩层发生强烈的卷曲而构成，在能干岩石层面上有擦痕和磨光镜面以及槽纹，它们与窗棂构造延伸方向一致，而横节理常与窗棂构造延长方向垂直。

一般说，窗棂构造的形成取决于岩石的力学性质、地处的构造部位和变形环境。窗棂构造按其形态和成因可分以下几类：

（1）节理型窗棂构造：节理型窗棂构造常发育在纵弯褶皱的能干岩层的转折端处，它受纵张节理控制，即由楔形张节理插入、切割、破坏能干岩层而形成（图7-34）。

图7-34 节理型窗棂构造素描图

（2）肿缩型窗棂构造：这种肿缩型窗棂构造是岩层受顺层挤压缩短时，不能干岩层不均匀地强楔入造成能干岩层表面形成一系列波形、谷形，一旦不能干岩层脱落，在能干岩层层面上，就会显现肿缩型窗棂构造（图7-35）。

图7-35 肿缩型窗棂构造素描图

（3）褶皱型窗棂构造：主要发育在大套强韧性岩层（不能干岩层）中，其较薄的能干岩层被迫形成一系列小型圆柱形状寄生褶皱。这类构造称为褶皱型窗棂构造（图7-36）。

图7-36 褶皱型窗棂构造素描图

（三）杆状构造

在变质岩区由于强烈的挤压，导致在岩石中分泌出的石英脉、方解石脉等，又在进一步的挤压、碾搓作用下，形成棒状体，形似旗杆故名杆状构造。又由于大部分为石英成分，亦称石英棒（图7-37）。这种杆状构造常成带成束集中的产于变质岩层中的小褶皱转折端部位，恰似一道风景线。所以说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碾滚的结果，它属典型的B轴线理。

图7-37 硅质片麻岩中的石英棒

（据G.Wilson）

（四）铅笔状构造

铅笔状构造是轻微变质的泥质板岩和粉砂质板岩石中常见的一种线状构造，它是由于两组或两组以上平行的面状构造交切，将岩石劈成长条多边形铅笔状而得名。在野外某些浅变质岩地区铅笔状构造密集分布，大部分属B轴线理。

三、线理的野外研究

在野外对线理的研究中，除了鉴别它们的类型外，还要区分不同期次的线理，以及线理与大型构造的关系。并按类型和期次标示在地质构造图上。这有助于分析大型构造的形成方式和过程。

（一）确定线理定向与运动轴型

线理是构造运动方向的重要标志之一。它既能够指示构造变形物质的运动方向，也能用于分析构造应变场内岩石的有限应变状态。它具有良好的指向性，对线理的分析中多采用桑德尔（B.Sander，1926）坐标系。

根据桑德尔的构造变形中运动学坐标系与构造应变椭球体坐标的关系，对与褶皱有关的线理的空间特征和几何关系，可以得出如下结论（图7-38）：①所有线理不是与圆柱状褶皱的枢纽平行就是与之垂直。若与褶皱轴（或枢纽）平行者称之为B（b）轴线理；与褶皱轴（或枢纽）垂直者称之为A（a）轴线理。②A（a）轴线理指示物质运动方向，代表变形椭球体的拉伸应变轴（x轴）；而交切、旋转和碾滚成因的线理主要为B（b）轴线理，线理方位代表变形椭球体的中间应变轴（y轴）。

图7-38 桑德尔坐标系

a—运动方向；b—褶皱轴；

ac—垂直ab面；ab—运动面

（二）线理与大型构造关系的识别

在造山带中，作为强烈变形产物的线理与同期大型褶皱和断裂具有如下几何关系（图7-39）：

（1）如果在大型弯滑褶皱中，由于层间滑动产生的摩擦线理一定是与褶皱枢纽垂直。基于这一规律，当野外见到摩擦线理与层理走向垂直时，说明该褶皱枢纽一定是水平的；如果摩擦线理与层面走向斜交时，则指示褶皱枢纽必是倾伏的。而且线理的侧伏角与枢纽的侧伏角互为余角。线理侧伏向与枢纽的倾伏向互为补角。

（2）如果在大型纵弯褶皱中发育的轴面劈理，则劈理与层理的交面线理必定平行于褶皱轴，属B轴线理。

（3）如果褶皱发育在能干与不能干岩层互层的岩系中，褶皱的翼部由于剪切、旋转或辗滚等作用下，常发育各种b轴线理。如寄生褶皱、石香肠构造、窗棂构造和杆状构造等，它们都能反映大型褶皱轴的方位，且都属b轴线理。

（4）在断裂滑动面上，摩擦成因的a线理（如擦痕）指示断层的运动方向；而剪切、碾滚成因的b线理则代表断层系统中的中间轴，它指示断层在三度空间的真实延伸方向；当b线理水平时，延伸才与断层走向一致。所以，在断层研究中，要严格区分断层运动方向、断层延伸方向以及走向这三个完全不同的概念。

图7-39 变质岩中小构造与大构造关系

（据G.Wilson，1961）

A—根据苏格兰萨德兰北部阿莫音见到的构造绘制的平卧褶皱；B—根据康尔郡亭塔盖尔地区小构造绘制的平缓逆掩断层

As—轴面片理；Sc—褶劈理；Fc—间隔劈理；Foc—断层劈理；Cf—细褶皱，锯齿状褶皱；Pf—寄生褶皱；Df—从属褶皱；Mf—小褶皱；Bou—石香肠构造；M—窗棂构造；R—杆状构造；L—拉长砾石、拉长火山弹及其拉长线理

（三）观察线理叠加关系，建立线理构造的变形序列

线理的叠加表现为早期线理被改造和晚期线理的出现。晚期线理一般比较直观，切割、掩蔽早期线理；早期线理相对隐蔽而不太连续。线理叠加反映了两次不同轴向的运动变形。线理的叠加需要通过大量的线理方位的测量统计才能真正地认识。线理叠加常在变质岩区形成一道极为赏心悦目的地质景观（图7-40）。

图7-40 辽宁海城千枚岩中叠加线理素描

学习指导

本学习情境主要论述在变质岩区和变形强烈地区出现的小型构造，它们的识别有助于恢复大构造，同时这些面理、线理也是韧性剪切带的主要产物。自然界有许多内生矿产的细脉均沿各类劈理充填，野外应格外地重视劈理与线理的识别与分析。

本学习情境重点为劈理、线理的基本特征，难点为劈理、线理的识别。

练习与思考

1.名词解释：破劈理、滑劈理、流劈理、轴面劈理、透入性、B（b）轴线理、A（a）轴线理、石香肠构造。

2.试述劈理的四大特性。

3.利用劈理如何确定层序的正常与倒转？并画图示之。

4.试述轴面劈理在判断大构造的意义。

5.区域性劈理的类型有哪些？

6.试述变形岩石中的小型线理的类型及指向性。

7.试述变形岩石中的大型线理的类型。

8.石香肠构造类型有哪些特征？

9.试述杆状构造有何构造意义。