学习任务变质岩区构造现象分析

变质岩区构造野外工作方法（地质填图）是一项综合性很强的基础地质研究工作。成层有序的浅变质岩的工作方法与沉积岩工作方法相似，而对层状无序的中深度变质岩和混合岩化强烈地区，则要充分运用遥感新技术，采用构造-地（岩）层、构造岩石研究方法，借助现代测试技术，通过实践→认识→再实践的工作过程，按照合理的工作程序：一是进行地质填图后测制地质剖面；二是填图后，再进行重点地段构造识别与分析。具体工作野外工作方法如下：
一、区域地质填图
首先填绘各种岩性单元（如各类变质岩及其组合、各类混合岩、侵入体及具有控制意义的标志层、标志层组合）等界线，再者是观察和识别各种构造形迹（如褶皱、断层、面理、线理、韧性剪切变形带等），并测量其数据。
将以上所观察到界线的新老关系、构造性质、产状等，用符号和数据标在图上，从而做出构造岩性图。
二、重点地段的构造识别与分析
所谓重点地段是指能比较直观认识各种构造要素几何特征、力学性质及其相互关系的地段，能有效地恢复地层的关系和构造变形的相互关系及变形历史。重点地段构造识别与分析内容有以下几个方面：
（1）观测各种残余构造，注意寻找原始层理，确定地层层序。
（2）测量不同级别的大小褶皱枢纽与轴面的产状，识别褶皱形态特征和成因。
（3）测量不同期次新生面理与线理的产状和大构造的几何关系与成因关系。
（4）观察断层的性质、特征、产状，韧性剪切带特征及其与大构造的成因关系。
（5）识别各期褶皱叠加关系及其干扰型式，结合面理、线理等构造，分析其形成顺序。
（6）运用岩石学的研究，阐明变质岩原岩的性质、变质作用的演化发展及其与构造变形的成因联系。
三、测制地质剖面，建立地层系统
通过以上野外研究，可以区分出的原始沉积地层系统与褶皱变质地层系统。在此基础上，再测制地质剖面，检验构造岩性图上地质界线的含义正确性等。在测制地质剖面的工作中要注意以下几点：
（1）剖面应尽可能横切主期褶皱的岩性单元。
（2）特别要注意利用残余及新生结构要素的特点和关系，确定地层层序。
（3）按精度要求划分岩性组合，确定地层单元和成图地层单元。
四、室内综合分析，编制相关图件
运用测制的变质岩剖面资料并结合相关鉴定结果，编制变质相图、变质事件图表、综合地层柱状图等；对变质岩区的构造研究进行综合分析；编制构造变形事件演化图表、图切构造剖面，并建立构造演化模式图等。
学习指导
变质岩区有成层有序的浅变质岩系和层状无序的中深度变质系，后者的构造不仅形态和方位极其多样，而且往往是多期变形的产物，由于其形成和演化总是同地壳中各种构造-热事件密切地联系在一起，并在构造-热事件过程中又会产生一系列新生的变形与变质构造，因此，它的形成和演化比沉积岩和岩浆岩区的构造更为复杂。
本学习情境要求初步掌握在变质岩区的构造置换、叠加褶皱、韧性剪切带的识别与分析，了解变质岩区构造的野外工作方法。
练习与思考
1.名词解释：构造置换、叠加褶皱、变余构造、糜棱岩、韧性剪切带。
2.试述变质岩区构造基本特征。
3.试述面理置换三种型式野外识别标志。
4.试述共轴叠加和非共轴叠加的异同点。
5.试述野外识别叠加褶皱的主要标志。
6.简述韧性剪切带剪切运动方向的确定标志有哪些。
7.简述糜棱岩的基本特征有哪些。
8.试述变质岩区构造的研究方法有什么特点。

变质岩区构造解析应该包括以下几个方面或步骤。
1.构造的几何分析
构造的几何分析是构造解析的基础。变质岩区构造几何分析的主要任务在于确定和恢复构造的三维空间形态和方位。构造形态主要是通过详细的地质制图查明，构造的方位则主要是在某些特定的区段中，通过测定构造要素及其相互关系，结合赤平投影或数理统计进行统计分析。
变质岩区构造的几何分析常常强调以下两点：
（1）变质岩新生构造方位上的规律性是一切构造变形的基本几何特征。大到广袤山岳，小到一片露头，除了个别例外，它们的外形常常与其内部组成的条理分不开。这里所谓条，主要是指各种平行线状构造；所谓理，则是指各种面状构造。这种外形与内部条理之间的内在联系，是褶皱几何分析的主要依据。如果不同规模的褶皱都是圆柱状的，就可以根据小褶皱枢纽或b线理的产状确定可能存在的大型褶皱枢纽的产状。在一定地区，凡是这些构造相互平行，褶皱也必然是圆柱状的。同一世代的褶皱大都具有相同的轴面劈理或片理，从而可以根据大褶皱两翼上小褶皱枢纽的产状、褶皱变形面与轴面劈理或片理的关系确定大型褶皱的枢纽产状。
（2）由于变质岩区叠加褶皱的普遍存在，所以在构造几何分析中必须注意早期构造对晚期构造的限制和晚期构造对早期构造的改造等叠加变形。由于两期褶皱的叠加，它们所伴生的面理和线理的方位又有了新的规律性，因而需要对这些要素分区进行系统的测量，分别统计，利用赤平投影网探求它们之间的几何关系。在分析中，如果看到一套与褶皱轴面不对称的面理，而且从褶皱的一翼到另一翼方位稳定，构成一个大圆，那么就可以肯定，这套面理是晚期的。如果看到一期面理的投影不具一致的产状，则说明它受到晚期构造的改造。如果被弯曲成褶皱，则应考虑两期叠加褶皱的性质，是弯褶皱叠加于弯褶皱之上，还是剪褶皱叠加于弯褶皱；是弯褶皱叠加于剪褶皱，还是剪褶皱叠加于剪褶皱，不同的叠加类型均有其不同的几何图像。
构造要素的几何分析是一个复杂而多解的课题，这项工作的中心环节仍然是在野外露头上对地质构造的系统观测。
2.构造的样式分析
变质岩区构造的复杂多样是它区别于沉积岩区构造的特点之一。这种复杂性主要表现在一个不大范围内，具有不同世代的不同风格和特征的构造共存。因此，在变质岩区的构造分析中，不仅要十分重视各种类型构造的形态、大小和空间方位，更要注意它们产出的“样式”。
所谓构造样式是指一群有成因联系的构造总体的几何特征，正像一座建筑物的总体风格那样独具特色。
构造样式分析一般在褶皱的横截面上进行。解析的内容有：
（1）褶皱岩层厚度在空间上的变化规律；
（2）褶皱岩层之间的不协调性；
（3）褶皱的紧闭程度以及翼间角的大小；
（4）褶皱的对称性；
（5）褶皱转折端的弯曲型式；
（6）褶皱的圆柱状程度。
描述构造的样式，不仅要注意不同风格的褶皱或断层，而且要十分重视其内部组成的微观特征。详细解剖与褶皱有关的面理、线理，把变形样式与变形组构的研究结合起来。
3.构造变形相的分析
变质岩区构造之所以有别于沉积岩区构造，主要在于它是一种与变质环境有关的产物。因此，构造环境的分析有其特定的意义，对太古宇变质杂岩区构造环境的分析就尤为重要。
在变形环境分析中，可以引用地质学中关于“相”的概念。就是说包括构造岩石本身的各种构造，都是在特定变形环境中对变形条件的反映。因此，在野外通过对构造的研究，可以恢复其变形时的物化环境，探讨不同构造群所处的构造层次，进而阐明各世代构造之间的叠加关系和演化系列。
影响岩石变形环境的因素包括温度、围压、地球化学溶液、作用力方向和应变速率等等。这些因素都可以看成是岩石变形习性的函数。同类岩石变形表现为粘性流动或塑性流动，韧性剪切或脆性破坏，都与它们所处的变形环境有着密切的关系。不同的变形环境必然铸成不同变形相的构造。反之，同类岩石在相同的变形环境中以相同方式变形，也必然会产生同一变形相的构造组合。这样，就有可能根据已知构造样式的研究，去推定那些隐伏的、具有相同环境中生成的构造，用以指导区域的填图和找矿。
4.构造的序列分析
对具有多期变形的变质岩区进行构造解析中，构造序列的建立是认识构造生成及演化的根本。其目的在于透过多样复杂的叠加复合关系，探索构造形成顺序和排列规律，划分构造演化的阶段性。构造是以不可逆过程作旋回式发展的：一个变形旋回可分出若干构造幕，每一幕中又可以按不同的变形过程和变形方式所造成的不同样式的构造，划分成若干构造世代；同一构造世代中，又可根据同一变形环境和变形方式条件下生成构造的先后顺序再划分为若干次。构造的序列分析的任务就是把露头上看到的各种构造划归不同的世代，确定其生成的先后顺序。
研究构造的序列，首先要认识各种叠加褶皱及复合断裂的关系。这种关系表现如下：
（1）被变形的构造老于使其变形的构造；
（2）横切的构造晚于为其所切割的构造。
在野外实践上，建立构造序列必须抓住两个环节：一是主期构造，二是中间构造。主期构造一般是指一个研究地区的多期构造中分布广泛、特征清楚、参数多样、易于识别的一期构造。它们一般都能通过一定比例尺的系统填图，在地质图上得到表现。主期构造的变形面可以是层理，也可以是成层的片理或片麻理，它们在一个地区最终构造格局的建立上起着定型和控制作用。认识并确立了主期构造，就易于把先期构造加以恢复，对后期构造加以筛分。中间构造主要是两期变形之间发育的构造，如岩浆岩侵入体一类的构造。这些构造不一定是透入性的，但它们却反映了构造的不同阶段和条件。其中以岩墙群最为重要。实践证明，不同世代岩墙群往往各具有不同的组分、规模、方位和变形特征，成为划分不同构造演化阶段的标志。
当然，在变质岩区建立构造序列，还必须相应研究与构造有密切关系的变质序列及混合岩化序列。
5.构造的力学分析
构造力学分析的主要目的在于重建不同时期的变形场和构造应力场。例如，通过某些变形标志进行应变测量和进行递进变形分析，研究断裂带的力学性质，分析褶皱的形成方式等，从而重建当时的变形场和构造应力场，恢复起一个地区的应力 应变历史。
变质岩区构造的力学分析，一般包括以下几方面：
（1）构造在几何上的对称性往往由变形作用中的力、应力和内部运动的对称性所控制，通过岩层或岩体内部构造的对称分析，就可以揭示岩石变形时的运动状态和应力状态；
（2）分析构造的递进变化，即应变状态的改变和转化过程；
（3）分析构造样式的重大变化，这种变化可能标志着构造应力场和运动方式的重大转换，用以揭示构造发展的阶段性。
当然，对变质岩构造分析来说，建立在弹性力学基础上的许多准则已经不完全适用了。当我们在研究深层次的，或太古宙、元古宙时期的构造时，不能不充分重视高温条件下蠕变的重要意义，切忌简单搬用表层构造的力学分析方法。

一、变质岩层成层构造的分析

成层构造是产生褶皱变形的必要前提。但是，对成层有序浅变质和层状无序（中深变质）的变质岩系褶皱来说，情况比较复杂，不但各种原生成层构造可作为变形面，而且各种次生面理也会产生褶皱变形。因此，在野外面对如此复杂的变形变质的构造现象，并从中识别原岩层理和恢复原岩层序，是我们地质工作者必须掌握的基本技能，在识别分析成层构造的过程中，须区别以下成层构造：

（1）变余层理：系指沉积或火山沉积形成的层理在遭受变质变形时，原始层理（S₀）被保存下来的一种层状构造。在成层有序的浅变质岩系地层中是常见的（图9-14）。

图9-14 成层有序浅变质岩中的变余层理构造

（据李德伦，2001，修改）

A—具有明显沉积韵律的变余层理：1—含砾石英岩；2—具粒级层的细粒片麻岩；3—黑云片岩及细粒黑云片麻岩；

4—石榴黑云片岩。B—变形产生轴面片理，但变余层理保留：1，2—细粒片麻岩；3—片岩；4—大理岩

（2）置换条带：指早期层状构造（原始层理S₀或早期形成的面理S₁），在递进变形的过程中，被晚期面理（S₁或S₂）强烈改造形成的一种次生层状构造。在层状无序的中深变质岩系中，这种构造置换作用普遍存在。

（3）分异条带：具有粒状结构特征的块状岩石或厚层状岩石，经变质变形作用，岩石发生变质分异而形成的条带状构造。这种条带的规模大小与构造变形作用的强弱密切相关。随着变质变形强度的增加，依次出现块状构造→片麻状构造→条纹、条带状构造逐渐过渡的现象。

在变质岩区野外工作时，针对成层有序的浅变质岩系要仔细寻找各种变余构造。如变余波痕、变余泥裂、变余交错层、变余递变层理等，建立地层系统；而对层状无序的中深变质岩系，则要按照构造-岩石研究方法，采用基本一致岩石成分、相同的岩貌和地球化学特征，以及相似的构造变形序列来建立地层系统。

二、构造置换的分析

构造置换系指岩层中的一种构造在经过递进变形之后被另一种构造所代替的现象。在变形地质体的演化过程中，最常见和最重要的构造置换是面状构造的置换，线状构造也相应发生置换。

构造置换作用不仅可以将原有的平行面状构造转换到与褶皱轴面或韧性剪切带相平行的位置，而且还可以将原来为块状的岩体变形分解为具有新生平行面状构造的层状岩石。构造置换的结果，不仅使先存构造发生几何上的改造，而且在变质固态流变过程中还不断产生新的构造要素；使先存岩石内部组构发生调整，并经动力成岩作用，将先存岩石重建为新的变质岩。因此，构造置换的过程，既是一个构造物理变形过程，又是一个构造化学变质分异过程。

面状构造的置换首先是层理的置换。下面就野外常见的原生层理在褶皱发育过程中被新生的面理置换形式的三个阶段进行叙述：

面理置换就是一种面理被另一种面理改造或代替的现象。

面理置换最简单的方式，正如特纳和韦斯的褶皱四阶段换位图解所示。这种方式在浅变质区是经常可以见到的，它们表现以物理换位方式进行，出现新生面理不同程度地改造先期面理。

我国地质工作者在研究变质岩区构造时，将面理置换型式给予形象化的三种不同面理置换型式（图9-15）。

图9-15 面理构造置换形式及样式类型分布示意图

（1）“W”型置换：它代表先期面理（S_n）被新生面理（S_n＋1），在不对称褶皱的陡翼上产生的局部置换的一种型式。S_n与S_n＋1多为截割关系，原有褶皱的完整性未破坏，先期面理的完整性保存较好。

（2）“N”型置换：这个类型是一种过渡置换型式。它是随着压扁作用增强，新生面理（S_n＋1）对先期面理（S_n）的置换已较明显，原有的褶皱样式已遭明显改造，褶皱多呈钩状残片或呈新生面理（S_n＋1）内的片内钩状褶皱。但通过钩状褶皱或残片还可建立起原有褶皱的形象。

（3）“I”型置换：它是一种完全置换型式。原有的褶皱已几乎殆尽，先期面理和岩性层也几乎全部被改造并平行于新生面理（S_n＋1）。有时，偶尔可以在新生面理带内见有残片的先期面理褶皱的透镜体或岩条。当面理置换到此等程度时，岩石中“新生岩性层”产生，在区域上常呈线形条带状岩系延伸，勿将其视为岩石产状。

三、叠加褶皱的露头型式分析

早期褶皱形成后经过后期褶皱的叠加，称为叠加褶皱。若以层理作变形面形成的褶皱，称为层褶；若以片理作变形面形成的褶皱，称为片褶；若以脉状、墙状、层状等侵入体作变形面形成的褶皱，称为脉褶。

不同岩性层露头的排列型式是发现和确定叠加褶皱的基本依据。兰姆赛（J.G.Ramsay，1967）根据晚期褶皱叠加于三种不同位态的早期褶皱之上出现的情形，建立出三种干扰型式的叠加褶皱：

第Ⅰ型——穹盆型式

它是晚期褶皱“横跨”叠加于早期水平直立褶皱（图9-16A）之上，形成所谓的横跨褶皱。其差异滑动方向（a₂）与早期褶皱轴面平行，b₂与早期褶皱枢纽成大角度相交或垂直，造成早期褶皱的变形面重复变形，形成“穹-盆构造”（图9-16C），即在两期背形叠加处形成穹隆；两期向形叠加处形成构造盆地；背、向形叠加处形成鞍状构造。

图9-16 第Ⅰ型叠加褶皱型式

（据J.G.Ramsay，1967）

A—早期褶皱原形；B—晚期褶皱原形；

C—叠加后的褶皱型式

a₂—晚期褶皱滑动方向；b₂—晚期褶皱枢纽

图9-17 第Ⅱ型叠加褶皱型式

（据J.G.Ramsay，1967）

A—早期褶皱原形；B—晚期褶皱原形；

C—叠加后的褶皱型式

a₂—晚期褶皱滑动方向；b₂—晚期褶皱枢纽

第Ⅱ型——新月形蘑菇状型式

它是指晚期褶皱枢纽（b₂）与早期平卧褶皱（图9-17A）枢纽大角度相交或垂直，但晚期褶皱的运动方向（a₂）与早期褶皱的轴面垂直。从而造成早期褶皱的轴面和两翼因沿a₂方向差异性滑动而被重褶成一系列的背形和向形，早期褶皱的枢纽也随之上拱和下凹。当早期褶皱两翼倾角不等时，在晚期褶皱的纵剖面上，可看到同一岩层上、下两翼褶皱枢纽的产状各不相同。这种空间组合型式，若剥蚀深度不同，平面上则可呈现出一系列有规律变化的新月形、蘑菇形等露头型式（图9-17B）。

第Ⅲ型——倾伏扬起型式

它是指晚期斜卧褶皱“共轴”叠加于早期斜卧褶皱（图9-18A）之上。造成早期褶皱轴面和两翼再次褶皱弯曲，其早期褶皱枢纽未发生波状弯曲，此时，在平面上可见的叠加褶皱露头型式，呈现倾伏背形或扬起向形的态势，而在横剖面上可见两次转折图形（图9-18B）。

图9-18 第Ⅲ型叠加褶皱型式

（据J.G.Ramsay，1967）

A—早期褶皱原形；B—晚期褶皱原形

综合以上型式，早期褶皱轴面的上述三种叠加干扰型式是最基本的。野外实际工作中遇到的露头形态会更加复杂。这是因为早期褶皱的位态是多样的，晚期褶皱叠加方向角度它可是多变的，以及地形剥蚀程度不同等因素的影响，因此，一定会出现各种各样的叠加褶皱干扰（图9-19）。

图9-19 两期褶皱叠加干扰露头形态示意图

（转引自李忠权等，2010）