地質上什麼是a型褶皺
1. 學習任務韌性變形帶的識別與分析
一、韌性變形帶的識別
(一)概述
岩石中呈連續過渡的遞進變形高應變帶,稱為韌性剪切帶;在變質層狀岩石中,當剪應變數達到一定值時,岩石變形出現宏觀上的不連續狀況時,稱為韌性斷裂,後者往往有明顯強弱變形分界面(圖9-20),二者合稱韌性變形帶(也屬狹義韌性剪切帶)。它們是岩石受力產生遞進變形演化階段的不同產物(圖9-21)。
圖9-20 韌性變形帶的兩種構造樣式
圖9-21 韌性剪切帶遞進變形模式
(據張家聲,1988,修改)
韌性變形帶發育在塊狀岩石中,通常形成由弱至強連續過渡的應變糜棱岩帶,並常具有遞進變形的一系列特徵,它無明確的變形邊界,這在變質侵入岩中或厚層的塊狀岩石內(如石英岩、厚層大理岩等)常有發現。韌性變形帶在層狀岩石中,通常是與褶皺作用的面狀構造置換以及順層滑脫作用等密切伴生,變質岩層狀岩石中出現十分特殊的變質構造岩帶。
韌性變形帶的規模大相徑庭:規模宏大的韌性變形帶延伸可達數千米,寬數百米;規模可小至手標本的毫米級。從形態而言,古老的韌性變形可以被後期構造變形影響而發生褶皺,造成多變的形態,而較新的韌性剪切帶常常是呈線形展布(見圖6-1)。
韌性變形帶是地殼中,深層次變形的產物。它是深部地殼中一個構造薄弱帶,通常構成地殼內一個線形的熱液蝕變帶、退變質帶、線形構造岩漿侵入帶和成礦帶,經風化剝蝕而表露於地表。因此,研究它們是窺視地殼深部構造變形作用的一個重要窗口。
(二)韌性變形帶類型
按現代對斷裂構造層次的概念,Sibson(1977)提出斷層雙層模式圖是大家所熟知的。隨著研究工作的不斷深入,使得韌性變形帶的構造層次概念不斷發展和深化。我國地質工作者在研究變質岩區構造時,按構造相的基本觀點,將韌性變形帶分為三種主要類型:
(1)淺部構造相韌性變形帶:與綠片岩相的形成空間大體相同。
(2)中部構造相韌性變形帶:與角閃岩相的形成空間大體相同。
(3)深部構造相韌性變形帶:與麻粒岩相的形成空間大體相同。
不同構造相中的韌性變形帶有其各自特徵性的礦物組成和變質構造岩特徵(表9-1,表9-2)。
表9 -1 不同的脆韌性剪切帶特徵簡表(以長英質岩石中發育的剪切帶為例)
(引自房立民等,1991)
表9 -2 深構造相、中構造相韌性變形帶中岩石變形特徵一覽表
(引自房立民等,1991)
二、糜棱岩的識別
糜棱岩呈狹長帶狀分布,緻密堅硬,礦物多呈顯微細晶,少量呈碎斑。基質細密具有面理構造,面理圍繞碎斑分布,形成似流動構造——糜棱面理。
糜棱岩系列岩石的重要特徵是:礦物在較高溫度和壓力作用下,晶體經塑性變形和明顯的重結晶而形成的具有強烈優選方位,流動構造發育,岩性為條紋狀細粒岩石。通常具有以下特點:①發育在強應變帶內;②表現出強化的面理和線理;③與原岩相比,粒徑更細。
隨著糜棱岩化程度(糜棱岩中細粒化基質性質和含量、主要顆粒粒徑大小以及重結晶作用的程度)的增高,可將糜棱岩進一步劃分為糜棱岩化××岩、初糜棱岩、糜棱岩、超糜棱岩。隨著變形後重結晶的增高,糜棱岩中的細小顆粒因重結晶而增大,並有一些新生礦物出現,使糜棱岩轉變形成各種結晶片岩。基質以重結晶作用為主的糜棱岩,可根據結晶程度和結晶顆粒的大小,分為千糜岩、變余糜棱岩、構造片岩和構造片麻岩。
三、韌性剪切帶標志及剪切運動方向的分析
(一)韌性剪切帶宏觀標志及剪切運動方向的分析
(1)S型面理:S型面理的發育程度和岩石的變質變形程度從剪切帶的邊部向中心逐漸增強(圖9-21)。在各向同性的均質岩石中,韌性剪切帶內部的新生面理與韌性剪切帶的邊界成45°夾角,夾角指向對盤運動方向。自邊緣向中心,這個夾角越來越小,在中心部位,面理與剪切帶的邊界近於平行。宏觀上呈S形(圖9-22)或反S形。這種剪切帶內部面理稱糜棱面理,常用S表示,面理相當於應變橢球體的AB面。其空間展布形式反映了剪切帶內部的應力、應變狀態。
圖9-22 韌性剪切帶內部的 「S」 型面理及其反映的應變變化
(2)S-C組構:除了剪切帶內部的S型或反S型面理外,還常發育有平行剪切帶邊界的面理,稱剪切面理,用C或Sc表示,它是由更細的顆粒或雲母等礦物組成的。在剪切帶內糜棱面理S與剪切面理C相交,構成S-C組構(圖9-23)。S-C組構也可以指示剪切帶內部的應力、應變狀態。
圖9-23 S-C 組構
(3)a型褶皺和鞘褶皺:①褶皺軸與剪切帶內拉伸線理平行的褶皺,稱為a型褶皺,一般發育在剪切帶內強烈剪切部位(圖9-24B、D、E)。而地殼淺層次形成的褶皺,軸垂直於拉伸線理,稱為b型褶皺(圖9-24C)。a型褶皺可以由剪切作用直接導致層狀岩石形成,或是由開闊的b型褶皺隨著剪切變形的加劇改造而成。②鞘褶皺是a型褶皺發育完好時的一種特殊類型,其褶皺軸與拉伸線理平行,形似刀鞘,常呈扁圓狀或舌狀,甚至圓筒狀,多為不對稱褶皺,沿剪切方向拉得很長(圖9-24E,圖9-25)。鞘褶皺常成群出現,大小不一,以中小型為主。
圖9-24 韌性剪切帶中的褶皺
(據Mattauer,1980,略修改)
A—韌性剪切帶中的拉伸線理,M為剪切運動方向,L為拉伸線理;C—褶軸垂直拉伸線理的b型褶皺;
B、D、E—褶皺軸平行拉伸線理的a型褶皺;E—已進一步發育成鞘褶皺
(4)拉伸線理:在剪切帶內的面理上礦物沿最大拉伸方向定向排列,構成平行剪切滑動方向的拉伸線理,用L表示。由於剪切帶內發育良好的S型面理及剪切面上的拉伸線理L,使剪切帶具有良好的面狀構造和線狀構造,有時稱這種構造岩為S-L構造岩。
圖9-25 韌性剪切帶中的鞘褶皺及拉伸線理
(據Gidon)
拉伸線理平行於應變橢球體A軸(即X軸),即平行於剪切運動方向。如糜棱岩中常見的角閃石等礦物定向及生長,以及構造片麻岩中輝石鏈狀分布,它們都產生於韌性剪切作用中。因此,在野外可以根據糜棱岩帶、新生面理帶或退化變質帶、鞘褶皺及其伴生的拉伸線理等構造確定韌性剪切帶的存在,進而判定其剪切方向。其中,拉伸線理平行於其變形時的運動方向。
(5)壓力影:它是在構造應力作用下,礦物在壓力大的方向上發生溶解;而在壓力小的方向上發生沉澱形成的。它廣泛發育在變質岩地區和糜棱岩中,壓力影尾端呈「S」形彎曲,其延伸方向指示剪切運動方向(圖9-26)。
圖9-26 壓力影宏觀示意圖
(二)韌性剪切帶微觀標志及其剪切運動方向的分析
顯微鏡下觀察糜棱岩具有多種韌性變形現象,如旋轉碎斑系、壓力影、顯微S-C組構、雲母魚、晶體剪破與書斜式構造等,可作為剪切運動的指示標志。
(1)旋轉碎斑系:糜棱岩中相對較硬的礦物或集合體(長石、石榴子石等)構成旋轉碎斑系。其尾端由變形的基質或動態重結晶物質組成,它們多呈單斜對稱形式,從而構成σ型與δ型(圖9-27A)。σ型或δ型旋轉碎斑系,其結晶尾延伸方向指示剪切運動方向。
(2)顯微S-C組構及雲母魚:顯微S-C組構與宏觀S-C組構具有相似的含義。「雲母魚」構造是另一種S-C組構,大多發育在石英雲母片岩中,不對稱的「雲母魚」尾可指示剪切方向(圖9-27B、C)。
(3)晶體剪破與書斜式構造:受剪切作用改造沿Sc面剪破晶體或沿次級剪切破裂剪破晶體並發生平移產生書斜式構造(又稱「多米諾骨牌」構造)。其裂面與剪切帶的銳夾角示剪切方向(圖9-27D)。
圖9-27 韌性剪切帶剪切運動微觀標志
A—旋轉殘斑系;B—顯微S-C組構;C—雲母魚;D—書斜式構造
2. 地質構造中何為翹褶皺
你打錯了吧應該是鞘褶皺,鞘褶皺是指形態與劍鞘相似的褶皺。常見於韌性剪切帶中。由於發育的程度不同,有時也可呈餅狀、舌狀等。其基本特徵是:在垂直於褶皺長軸 (X軸)剖面上的形態以封閉的同心圓狀或眼球狀為典型,也有呈半封閉的 Ω型;在平行X軸垂直中間應變軸 (Y軸)的剖面上為不對稱的緊閉的倒轉或等斜褶皺,並發育軸面面理,其上發育明顯的拉伸線理,線理長軸平行於褶皺的長軸方向,故為 A型褶皺。鞘褶皺常成群出現,以中小型為主,少數可長達數公里。
鞘褶皺的出現反映了岩石經受了很強的韌性剪切變形。通常其最大應變軸和最小應變軸之比可高達10以上。根據鞘褶皺的不對稱性,可以比較確切地判定韌性剪切運動的方向。
鞘褶皺可有不同的形成方式。一種是原來樞紐略有彎曲的褶皺,在剪切過程中沿剪切方向被拉長,褶皺的樞紐受到被動的旋轉而與剪切方向趨於平行,最終形成鞘褶皺(見圖)。多數鞘褶皺是由於剪切過程中的不均勻變形而形成的,剪切引起的局部撓動可使岩層形成局部的不對稱片內褶皺,在遞進的剪切過程中,褶皺被拉得越來越向前突出和變尖,從而使初始的餅狀到舌狀直至形成典型的鞘狀,從初始的樞紐垂直於拉伸方向的B型褶皺變成最終的A型褶皺。其間可以有各種過渡的AB型褶皺。
3. 褶皺的等傾斜線型式分類
Ramsay(1967)根據褶皺橫截面上岩層各部位厚度變化和等傾斜線型式所反映出來的褶皺層面曲率變化特徵,劃分褶皺類型。
如圖4-21所示,在垂直褶皺樞紐方向的褶皺橫截面圖上或照片上,畫兩條分別與上下岩層面相切的平行線AB和CD,B和D分別為兩條直線與褶皺上、下層面的切點,直線BD就是該褶皺的一條等傾斜線。AB、CD與軸面在剖面上的跡線EF的垂線GE相交,夾角為a,兩條平行線間的垂直厚度為ta,在平行褶皺軸面方向上的厚度為Ta,則ta=Ta·cosa。褶皺岩層的厚度是圍繞著褶皺樞紐而變化的,因此ta和Ta是隨著a角大小的變化而改變的。在褶皺樞紐部位 a 角為0°,所以ta=Ta,此時兩種厚度分別記為t0和T0。在褶皺兩翼上的ta和Ta的值是隨著褶皺類型的不同而變化。根據ta/t0和Ta/T0兩種比值的變化,Ramsay(1967)將褶皺分為三類五型(圖4-22)。
圖4-21 褶皺橫截面上ta和Ta的測量
(據J.G.Ramsay,1967)
(1)當ta/t0>1,Ta/T0>seca時,褶皺岩層在樞紐部位的厚度小於其在翼部的厚度,是一種頂薄褶皺,為ⅠA型褶皺(圖4-22A)。
(2)當ta/t0=1,Ta/T0=seca時,褶皺岩層的厚度處處相等,岩層的頂底面相互平行,為ⅠB型褶皺(圖4-22B)。
(3)當1>ta/t0>cosa、seca>Ta/T0>1時,則為平行褶皺向相似褶皺過渡的類型,為ⅠC型褶皺(圖4-22C)。
(4)如果褶皺岩層在平行於軸面方向所測得的厚度處處相等,即Ta/T0=1,同時岩層的垂直厚度ta隨著a角值的變化而變化,這種褶皺稱為相似褶皺,屬Ⅱ型褶皺(圖4-22D)。
(5)當ta/t0>cosa,Ta/T0<1時,這種褶皺岩層在轉折端處的厚度大於其在翼部的厚度,是一種頂厚褶皺,屬Ⅲ型褶皺(圖4-22E)。
如果以a角為橫坐標,分別以ta/t0和Ta/T0為縱坐標,可以畫出兩種厚度比值隨a角變化的圖像,這五種類型的褶皺在圖中占據相應的位置(圖4-22右側圖)。
等傾斜線:又稱等傾角線,是指褶皺層上、下褶皺面傾角相等的切點的連線。在褶皺的橫截面上用三角板和半圓儀作圖(圖4-23),具體步驟如下:
圖4-22 褶皺類型的幾何特徵及參數圖像
(據J.G.Ramsay,1967)
(1)在根據褶皺樞紐傾伏數據所作出的褶皺橫截面圖上或者在垂直於褶皺樞紐的剖面或照片上,用透明紙描繪出各褶皺岩層的彎曲形態,並准確地畫出軸面跡線和實地水平線。
(2)在已經繪制的褶皺橫截面圖上,以標出的水平線為基準,按每間隔一定角度(如以每10°為間隔,即0°,10°,20°,…)的傾角,在同一褶皺岩層上下層面上各作一系列傾角值的切線。
(3)用直線將上、下岩層面上等傾角的切點連接起來,即成為褶皺岩層內有規律分布的等傾斜線。
從圖4-22左圖中可以看到,Ramsay(1967)三類五型的褶皺類型劃分方案中的等傾斜線特徵及其變化規律。
Ⅰ類褶皺:等傾斜線向內弧呈收斂狀,內弧的曲率總是大於外弧的曲率。根據等傾斜線的長度變化和收斂程度又可以進一步劃分為三個亞型。
ⅠA型:等傾斜線向內弧強烈收斂,在背形中呈扇形撒開,各等傾斜線長短差別極大,翼部等傾斜線長度大於其在樞紐部位的長度,內弧曲率遠大於外弧曲率,為典型的頂薄褶皺。
圖4-23 褶皺等傾斜線繪制方法
(據J.G.Ramsay,1967)
ⅠB型:等傾斜線向內弧收斂,並與褶皺岩層面相垂直,各等傾斜線長度大致相等,褶皺岩層厚度不變,內弧曲率大於外弧曲率,為典型的平行褶皺。
ⅠC型:等傾斜線向內弧呈微收斂狀,樞紐部位的等傾斜線比兩翼的略長,反映褶皺兩翼的厚度有變薄的趨勢,內弧曲率略大於外弧曲率,這是平行褶皺向Ⅱ類相似褶皺的過渡類型。
Ⅱ類褶皺:等傾斜線互相平行且等長,褶皺岩層內弧和外弧的曲率相等,相鄰褶皺岩層的傾斜度基本一致,為典型的相似褶皺。
Ⅲ類褶皺:等傾斜線向外弧收斂,向內弧撒開,在背斜中呈倒扇形狀,外弧曲率大於內弧曲率,為典型的頂厚褶皺。
自然界中,多數褶皺都可以歸屬於上述幾種基本類型,但也存在較為復雜的褶皺類型,不能將其簡單地歸並為某一類型。另外在不同岩性層組成的褶皺中,各褶皺層常具有不同的褶皺形態,導致在褶皺在橫截面上的形態出現等傾斜線的折射現象(圖4-24)。
圖4-24 山東五蓮白堊系砂岩及頁岩中的褶皺等傾斜線及其變化
(據朱志澄,2005)
用等傾斜線的方法分析褶皺的形態,能夠精確地測定褶皺的幾何形態,許多可能被忽視的或不可能用傳統的分類方法表現的褶皺特徵,用等傾斜線的方法都能夠清楚地表現出來,並可預測褶皺樣式從一層至另一層的變化及褶皺層內的變化,幫助分析褶皺成因機制。
4. 褶皺構造的野外觀察和研究
4.2.1.1 常見的褶皺分類
(1)褶皺的位態分類(Ricard,1971)
根據褶皺軸面和樞紐的產狀,褶皺可分為七種類型:
直立水平褶皺:軸面傾角80°~90°,樞紐傾伏角0°~10°;
直立傾伏褶皺:軸面傾角80°~90°,樞紐傾伏角10°~80°;
傾豎褶皺:軸面傾角80°~90°,樞紐傾伏角80°~90°;
斜歪水平褶皺:軸面傾角10°~80°,樞紐傾伏角0°~10°;
斜歪傾伏褶皺:軸面傾角10°~80°,樞紐傾伏角10°~80°;且軸面傾向與樞紐傾伏向不一致;
平卧褶皺:軸面傾角0°~10°,樞紐傾伏角0°~10°;
斜卧褶皺:軸面傾角10°~80°,樞紐傾伏角10°~80°,且軸面傾向與樞紐傾伏向基本一致。
(2)褶皺的形態分類(Ramsay,1962)
根據褶皺橫截面上等斜線的關系,將褶皺分為3類5型。
1)Ⅰ型褶皺:等斜線向內弧收斂,內弧曲率大於外弧曲率。再根據褶皺層厚度變化細分為三型。
ⅠA型褶皺:褶皺層厚度在轉折端部位比翼部小,可稱頂薄褶皺;
ⅠB型褶皺:褶皺層的厚度在各部位相等,是理想的平行褶皺;
ⅠC型褶皺:轉折端處的厚度比翼部略大,是平行褶皺(ⅠB型褶皺)和相似褶皺(Ⅱ型褶皺)的過渡類型。
2)Ⅱ型褶皺:等斜線相互平行,內弧和外弧曲率相同,為典型的相似褶皺。
3)Ⅲ型褶皺:等斜線向外弧收斂,外弧曲率大於內弧曲率,為典型的頂厚褶皺。
4.2.1.2 褶皺構造的野外觀察與分析
在區域地質調查中,查明褶皺構造的形態、產狀和組合分布特點,探討褶皺形成機制和形成時代,對研究區域地質構造特徵及其發展演化歷史、探索礦產的形成及其產狀和分布、了解水文地質和工程地質條件具有重要的意義。因此褶皺構造的觀察與研究,常被地質工作者所注重。就褶皺的規模來講,大體上可以兩種:一種是較大規模的,其軸向延伸幾千米、幾十千米乃至幾百千米的大型褶皺;另一種是在野外有限的露頭上可視其全貌的小型褶曲構造。
在野外對褶皺構造應注意收集如下幾個方面的資料並進行詳細研究:
(1)褶皺構造在調查區內出露的位置、規模、軸長、出露寬度、長寬比,進行平面上形態分類,如穹隆構造、構造盆地、短軸褶皺、線狀褶皺等。
(2)褶皺構造的地層組成和地層層序,追索標志層和兩翼岩性的變化等。推斷褶皺形成的時代。
(3)測量褶皺兩翼及轉折端的岩層產狀,分析軸面、樞紐的產狀,查明兩翼地層是正常層序還是倒轉層序。據此可將褶皺進行位態分類(如里卡德分類)和翼間角分類等。
(4)查明同一岩層厚度在褶皺不同部位的變化,將褶皺進行分類,如等厚褶皺、頂厚褶皺(相似褶皺)、頂薄褶皺等,進而研究其形成機制。如等厚褶皺常是彎滑褶皺作用形成的;頂厚褶皺或者相似褶皺可能是彎流褶皺作用形成的;而頂薄褶皺既可能是橫彎褶皺作用所致,又可能是同沉積褶皺作用的產物。同沉積褶皺作用形成的背斜特點為:①頂部岩層厚度小,層數少,單層厚度薄。兩翼厚度大,層數多,單層厚度也大。②兩翼傾角自下而上逐漸變緩。③岩石結構構造上表現為頂部粗、翼部細,這些是區別成岩後形成的頂薄褶皺的主要依據。
(5)褶皺構造的空間組合關系。查明褶皺與其他褶皺、斷裂的相互關系。注意是否有疊加褶皺的存在。確定褶皺形成的時代及其所反映的地殼應力場,研究褶皺構造與礦產形成及分布的關系。
(6)充分應用各種圖件或照片來表示褶皺,如平面圖、剖面圖、素描圖等。
5. 剪切帶控礦問題
剪切帶對金礦床的控制具有一定的普遍性,產於變質地層單元內的中溫金礦床很多都賦存在剪切變形帶中。因此探討剪切帶與金成礦的關系問題既有重要的理論意義,也有極大的找礦價值。
(一)含金剪切帶的特徵、類型和演化
含金剪切帶是指一種成礦或控礦的韌性、脆-韌性或脆性剪切帶構造系統,它表現為一套已片理化(葉理化)和糜棱岩化,並普遍遭受不同程度熱液蝕變和含有工業金礦體的構造岩石組合,它常位於狹長而又長期活動的大型構造通道內,呈線狀分布,長幾十公里至幾百公里,寬幾百米至數公里。其宏觀特徵表現為強烈的片理化帶、線性延展的蝕變和退(進)變質帶;露頭尺度上,出現勾狀褶皺、A型褶皺、眼球狀構造、石英的定向拉長和石香腸等;微觀構造特徵更為復雜多樣,如石英的核幔構造、亞顆粒、殘斑眼球和旋轉眼球構造、顯微S-C組構、書斜式構造、波狀消光、變形雙晶、壓力影和雲母魚等;超顯微的構造特徵表現出石英的位錯。
不同的含金剪切帶在產狀、變形、運動學、力學和形成條件等方面不盡相同。如在產狀上有低角度和高角度之分,順層和切層之分,在運動學上有逆沖推覆、走滑(右行與左行)和拆離之別,在變形特點上有韌性、韌-脆性、脆-韌性之異,在形成條件方面有高壓型、低壓型和退變質型的不同。研究表明,小營盤、柏枝岩、排山樓、十八頃壕、河台、金山以及小秦嶺等金礦的容礦剪切帶都具有顯著的逆沖或逆沖走滑性質;而夾皮溝北西向剪切帶、排山樓北北東向剪切帶及金廠峪金礦和南龍王廟金礦容礦剪切帶主要具有走滑的性質;此外小秦嶺界面性質剪切帶、五台山綠岩帶邊界剪切帶具有拆離或正向剪切的性質。
剪切帶的應變特點包含時間和空間兩個結構序列。從空間結構上看,韌性剪切帶對應於地殼的中深層次(>15km),韌-脆性剪切帶對應於地殼的中淺層次(5~15km),而脆性剪切帶對應於地殼的淺層次(<5km)。從時間結構上看,含金的剪切帶往往都經歷了長期的演化歷史和多期次變形作用的疊加,多數剪切帶至少包括兩次剪切變形作用,早期以韌性或脆-韌性為主,而晚期有韌-脆性或脆性疊加。研究表明,金礦化與剪切帶的時空結構關系直接影響金礦床的規模和產狀。定位層次深、時間早的金礦化一般以浸染和交代型為主,產狀不穩定,礦體呈「雞窩狀」分布,變化大、規模小,表現出這一特點的金礦如南龍王廟、十八頃壕、柏枝岩等鐵建造內的金礦化等。而定位層次淺,時間晚的金礦化既有浸染狀也有脈狀,一般產狀穩定,延伸長、深度大、規模也大,如小秦嶺、夾皮溝、排山樓、金廠峪、小營盤、貓嶺、金山等。
(二)剪切帶控礦的空間特徵
在一定區域內,剪切帶對金礦床的控製作用反映在各種不同的尺度上,大到成礦帶、礦床集中區,小到細小的礦脈,也即剪切帶控礦具有多級性、規律性。含金剪切帶一般由韌性和脆-韌性剪切帶組成,區域性韌性剪切帶是一級構造,它控制了礦帶和礦田的分布,如夾皮溝地區北西向剪切帶長達40多公里,控制了北西向礦帶的分布;小秦嶺地區的金礦床可分為南、北、中等三條礦帶和亞帶,它們與多條平行排列的區域性剪切帶相對應。脆-韌性剪切帶是二級構造,它控制了金礦床的產出,礦體往往產於剪切帶內強應變和脆性疊加帶,從遠礦圍岩到礦體頂底板由糜棱岩化岩石→初糜棱岩→糜棱岩。此外礦體也產於弧形剪切帶的弧頂擴容區域、剪切帶的轉彎部位(圖6-4)、剪切帶寬窄急變處、不同方向剪切帶的交叉和復合處、差別明顯的不同岩石類型之間。三級控礦構造包括剪切帶中的糜棱面理和脆-韌性剪切帶內的R、P、D、T等裂隙系統,它們控制了礦脈產出的方位、分布和形態。如五台山綠岩帶中狐狸山金礦床含金石英脈的分布即與里德爾裂隙系統一致(圖6-5),而夾皮溝金礦礦脈與糜棱葉理的交角也符合里德爾剪切模型(表6-8)。
表6-8糜棱葉理與含金石英脈產狀表
註:夾皮溝本區選的是新二、四、六、老三、五等5條大型礦脈。
圖6-4小秦嶺60號脈東段1936m中段礦體產出位置及應力分析平面圖(據黎世美等,1994)
1—含金剪切帶;2—工業礦體;3—應變橢球體表示局部引張部位的應力狀態;4—不同層次的作用力方向
圖6-5狐狸山含金石英脈的型式圖
A—為狐狸山金礦在近於垂直拉伸線理(La)斷面上剪切葉理(Sc)和硅化石英脈D(中心剪切脈)及P脈(斜剪切脈=La)之間的關系素描圖,圖的上方為西,下方為東;B—為狐狸山礦區YD103號平硐口含金石英脈的排列型式素描,P脈為硅化石英脈,D脈為白色的細晶石英脈,小斷裂是沿節理的輕微錯動
(三)剪切帶控礦的時間特徵
從時間特點方面看,剪切變形作用和成礦作用的關系大致可分為兩種:一種為同時關系,另一種為間斷關系。
同時關系是指成礦作用與剪切變形作用發育在同一地質事件之內,礦床的形成與剪切變形的演化同步進行或稍稍滯後。根據許多學者(Bonnemaison等,1986,1990;Colvine等,1988;Hodgson,1989)的研究,在這種情況下剪切變形作用和成礦作用往往要經歷多幕多階段的演化序列。一般來說早期在強烈剪切變形和熱液蝕變的雙重作用下,在剪切帶的核部形成浸染狀的金礦化;接著是石英脈的形成,隨後在韌-脆性變形條件下,石英脈發生破碎形成金的富集;晚期階段在張力構造體系或脆性變形中形成石英網脈和富金礦化。
間斷關系是指剪切變形作用和主成礦作用不發生在同一個地質時代,兩者之間有較長的時間間隔,礦床相對於變形作用具明顯的後生性。剪切帶對成礦的控制主要反映在導礦和容礦作用上。
從我國金礦床的產出特徵和形成時代看,上述兩類金礦床都存在。其中與剪切變形作用同時形成的金礦床,如南龍王廟、夾皮溝、排山樓、金廠峪、小營盤、貓嶺、河台、金山等,而晚於剪切變形作用形成的金礦床以小秦嶺、膠東為代表。在同時形成的金礦床中可以看到礦石的塑性變形特徵,如具有一定延展性礦物的黃鐵礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦等的定向拉長(圖6-6);石英脈呈條帶狀、透鏡狀產出;含金石英脈中石英在高壓透射電鏡下具位錯現象等(圖6-7)。間斷關系形成的金礦床其礦脈和礦石礦物的變形一般很弱到無,成礦同位素年代資料同礦區內的岩漿熱事件一致。
圖6-6黃鐵礦與韌性剪切變形的關系
a、b—與韌性剪切變形同期;c、d、e、f—韌性剪切變形之前或早期;a、b、c、d、e產於夾皮溝(呂建生,1994);f產於金廠峪(楊振升,1991)
(四)剪切變形在成礦中的作用
剪切帶之所以為重要的含金構造,是由其特定的形成條件所決定的。大量的研究資料表明,剪切帶在成礦中的作用是復雜多樣的,各種因素的耦合演化、互為因果、相互推動促使了礦床的形成。概括而言主要體現在以下幾個方面:
圖6-7夾皮溝金礦含金石英脈透射電鏡下的錯位構造
a—87c743樣;b—88c1004樣
1.深部流體上升的通道或導礦構造。如前所述,含金剪切帶一般都是多級序的,而主幹剪切帶通常具有地殼規模的特徵,其切割很深,為深部流體的上升和淺部流體的下行提供了通道條件。而從另一個角度看,剪切帶多發育於地質體(地體、地塊、板塊等)的邊部,與造山或造盆作用緊密相關,而這些邊界又是各種地質流體非常活躍的地區,因而也為剪切帶成礦提供良好的物質條件。
2.形成含礦熱液。剪切變形不僅是一種物理的地質作用,而且也是化學的地質作用。岩石在遭受強烈的剪切變形時,一般都要發生退變或進變質作用,隨著礦物晶格的變形和新舊礦物的替換,一部分水和離子分解出來,游離於礦物之間或剪切裂隙內,它們一面聚合,一面又和岩石之間發生化學反應,在礦物粒度不斷變細、元素結合能降低的情況下,這種反應的速度會逐漸提高,從而導致含礦熱液的形成。構造地球化學研究表明,礦體兩側經歷剪切變形的岩石金含量常明顯降低,形成一定范圍的貧金區,這反映了構造側分泌作用的存在。
3.驅動力。金礦流體的流動必須具備兩個條件,其一是溶液的內力,打開通道而遷移,如強大的內壓力作用、熱能等;其二是構造的外力作用,剪切作用增強了岩石的可透性,為礦液運移開辟了通道,礦液受構造擠壓和泵吸作用而流動。
4.容礦空間。深度很大的主幹剪切帶,常常不是賦存金的最佳場所,次級剪切帶在它形成的初級階段實際上包含了許多封閉裂隙,這種裂隙空間基本保持真空狀態,隨著進一步發展演化,規模不斷延伸擴大,當與主帶貫通時,就使主次帶之間產生了溫壓梯度,含礦流體必定向自由能低的較為封閉的空間聚集,並在那裡沉澱成礦。
5.良好的物理化學圈閉。相比較而言,韌-脆性剪切帶一般是剪切帶中成礦最好的地段,這是因為韌-脆性剪切帶是地殼中重要的物理化學條件轉變帶,該帶以下岩石的滲透率較低,而其上較大,深部流體在此可發生自由對流,並與上部下滲的天水混合冷卻,導致含礦流體的失穩沉澱。韌-脆性剪切帶的深度大致發生在8~15km,溫度大致在240~360℃,與成礦的溫壓條件基本一致。
6.多期多階段的作用。大規模的剪切帶一般都是多期多階段活動的長壽構造,這為成礦物質的多期次疊加、富集提供了可能性。
6. 褶皺構造的觀察與研究
韌性變形帶中的褶皺構造是十分特殊又復雜多樣的,它們與區域褶皺構造作用所形成的褶皺是有明顯區別。
韌性變形帶中的褶皺與區域褶皺構造作用形成的褶皺的主要區別是:首先,兩者的形成條件及其形成過程明顯不同,韌性變形帶中的褶皺是和變形帶形成作用直接相關,不論是哪一種類型的變形帶,褶皺都限定於這一特殊的變形帶內,離開變形帶就不見有這種類型褶皺,它們是帶內剪切流動變形的產物;而區域性褶皺則是產生在層狀岩石中的具有統一規律的褶皺產物,從某種意義上是透入性的,是區域構造作用產物。其次,變形帶中的褶皺變形的產生常是帶內物性不均一性和韌性差明顯的岩石的不均塑性流動形成的新生面理構成的褶皺。因而,它們最重要特徵是分布的不均一性和形態的極其多樣性,因此,它們在變形帶中的產出是不連續的,在這種情況下褶皺形態學研究主要是為變形帶的運動學機制提供證據;而區域性褶皺在空間分布上是呈有規律的組合關系,不同級別褶皺具有密切的空間幾何關系,可以通過小型褶皺研究探討同期大型褶皺的幾何特徵;這一點顯然與變形帶的褶皺不同。但這里應指出,在復雜的多期變形區,韌性變形帶整體可能捲入後期的區域性的褶皺變形中,當這一情況產生時,最重要的任務是首先查明捲入褶皺的韌性變形帶是否存在,然後,在這個基礎上再分別進行研究,這樣才不致產生失誤。
韌性變形帶的褶皺的研究已進行了許多有意義工作,其中Mattauer(1980)進行了系統的概括(圖4-3-5)。鞘褶皺或A型褶皺一般發育在韌性剪切帶的強烈剪切變形部位,其最本質的特點是拉伸線理於褶皺軸趨近平行。它們在剪切帶中成群出現,大小不等,沿剪切帶拉伸也不盡相同。這類褶皺可以是受剪切作用直接形成,也可能由先存B型褶皺隨變形加劇使褶皺樞紐強烈彎曲,甚至拉長呈刀鞘狀,使褶皺伸長於拉伸線理平行。在韌性剪切帶中,常常可以由邊部到其強烈變形帶看見從B型褶皺到A型褶皺的演變過程(圖4-3-5)。
圖4-3-5 韌性剪切帶中的褶皺構造
(據Mattauer,1980)
a—韌性剪切運動於其拉伸線理;b—褶皺軸平行於拉伸線理的A型褶皺;c—B型褶皺樞紐變形;d—鞘褶皺;e—復雜型褶皺;f—晚期褶皺倒轉翼上的倒轉B型褶皺;M—剪切運動方向;L—拉伸線理
表4-3-1 韌性剪切帶內鞘褶皺形態與變形強度關系
褶皺形態的觀察與研究中首先注意不同斷面的褶皺形態特徵(表4-3-1)。一般情況下在明確了變形帶內的線理產狀前提下,分別對垂直和平行線狀構造的剖面進行分析,常常在橫剖面中(YZ面)即垂直X軸(運動方向)剖面上褶皺形態樣式復雜多樣。而在垂直Y軸(平行運動方向)的剖面上褶皺形態樣式較為簡單,常呈不同傾斜的歪斜式褶皺,甚至出現平行條帶,而不見褶皺出現。在對變形帶褶皺樣式進行描述時,應首先確定觀察剖面的類型和方位,然後素描其形態樣式。在記錄上不出現具有成因意義的一些術語,例如A型褶皺等。這些術語可以在進行變形帶的褶皺成因研究時,在充分綜合分析基礎上進行討論時使用,這主要是避免產生失誤。此外,在進行褶皺樣式的觀察中,應特別注意捲入褶皺的面理類型和岩石類型,這對正確建立變形帶的演化是有意的。在一些具有長期發育的變形帶中出現有疊加褶皺的現象,但這種情況主要見於局部地段。特別是變形帶中塑性流動受阻的部位常見。這種疊加褶皺是不具有區域意義的。
在對褶皺樣式觀測的同時,應注意與其伴生的構造資料的收集,例如新的次生面理的特徵,以及褶皺樞紐的系統的測量,尤其後者常可為綜合分析時提供運動學依據。
7. 變質岩區的褶皺
(一)變質岩區褶皺的基本特徵
變質岩區的褶皺不同於一般未變質沉積岩及火山岩層的褶皺,基本特徵如下:
(1)褶皺面和褶皺層的類型繁多:在變質岩區,捲入褶皺的面狀構造除了原生層面,更多的是新生劈理、片理、片麻理;不僅有原生的角度不整合,也有構造作用形成的斷裂面、韌性剪切帶、構造滑脫面,還有各種侵入岩體的接觸面。捲入褶皺的岩層不僅有原生的和經構造置換而形成的沉積岩層和火山岩層,也有各種岩脈、岩牆或岩席,還有構造作用再造的假層狀侵入岩。因而,在變質岩的同一構造部位上,往往有各種不同性質的變形面先後捲入同一褶皺構造系統之中。
由於捲入褶皺的變形面的性質不同,它們的先存產狀自然不完全平行,甚至明顯斜交,當它們同時捲入較晚一期褶皺時,兩種變形面將會產生不同樣式的褶皺,這一類褶皺稱為相交面褶皺,多見於淺變質岩區。
(2)新生葉理伴隨褶皺形成:變質岩區的褶皺通常形成於地殼中、下部,形成的溫、壓條件較高,因此,在岩石塑性變形過程中,普遍有一組新生葉理平行軸面或以相對軸面呈規律的分布方式形成,並且隨著岩石的遞進變形,新生葉理逐漸發育,並破壞改造了褶皺。
(3)褶皺樣式的復雜多變性:岩石變形時的固態流變特徵十分顯著,從而使形成的褶皺樣式十分復雜。多級褶皺共同產出,褶皺要素產狀變化較大,褶皺的不協調性顯著。
(4)褶皺形成機制的復雜性:變質岩區褶皺構造形成機制的復雜性,隨著對變質岩區構造研究的深入逐漸被認識。變質岩區相似或頂厚褶皺形成時滑褶皺作用的地位受到質疑,縱彎褶皺作用、強烈壓扁作用、韌性剪切帶中簡單剪切或順層剪切褶皺作用以及順層流褶層(楊振升等,1995;單文琅等,1985)的意義得到肯定。在多期變形、變質岩區,多種成因機制形成的褶皺共存現象十分普遍。
(5)疊加褶皺廣泛發育:多期變形造成的褶皺疊加現象在變質岩區廣泛出現,可以形成多種褶皺疊加的構造圖案。而且,這種疊加褶皺的形式和疊加圖案可能比 Ramsay(1967)提出的疊加類型更加復雜,因為Ramsay(1967)提出的褶皺疊加主要是從幾何學角度考慮的,實際上強烈的構造置換和褶皺形成機制可能導致褶皺疊加方式的增加和褶皺疊加圖案的復雜化。
(二)變質岩區的褶皺樣式及分類
1.關於褶皺分類
雖然第四章第三節中討論的有關褶皺定性描述、半定量或定量分類(Richard,1971;Ramsay,1976)對自然界所有褶皺的研究均具指導意義,但是,隨著對於變質岩區褶皺復雜性認識的深入,用於反映變質岩區褶皺特徵的分類和褶皺術語也相繼出現。
(1)根據構造層次劃分褶皺。隨著構造層次的變深,溫壓條件也逐漸增加,岩石的韌性行為增加,對變形的反映也不同,構造層次對變質和變形作用的控制也逐漸被認識,為此,馬托埃(Mattauer,1980)提出了下部構造層次以流動褶皺和壓扁褶皺為特徵;中部構造層次以等厚褶皺為特徵的劃分對比。卡扎柯夫(Казакоб,1976)也曾認為變質岩區常見的褶皺類型為縱向彎曲褶皺和層流褶皺,並把褶皺按內部應力狀態和伴生的小褶皺進一步分為兩類四型,即:
A-Ⅰ型:轉折端和核部未變形的彎曲褶皺;
A-Ⅱ型:具有核部擠壓帶和轉折部拉張帶的彎曲褶皺;
A-Ⅲ型:轉折端和核部具有均勻變形的彎曲褶皺;
B-Ⅳ型:層流褶皺。
(2)根據褶皺面性質,褶皺內部構造特徵,變形機制和變形相、變質相的特徵劃分褶皺。這是傅昭仁等(1996)提出的褶皺分類,依據以上原則,將變質岩層中的褶皺劃分為三個基本類型:
順層掩卧褶皺:產於不同尺度的順層剪切帶內,褶皺面為原生層理,其原始軸面產狀近於水平,有共同傾伏方向,褶皺限制於某一特定的層內,可見順層拉伸的石香腸構造、窗欞構造、桿狀構造與之共生。
緊密壓扁褶皺:出現在許多造山帶中,是壓扁作用的產物,褶皺面可以是新生葉理或變質條帶,或者是早期構造的滑斷面,褶皺可以是對稱的,可以是不對稱的。
深熔柔流褶皺:主要發育於高級變質岩區,規模不大,構造方位不穩定,通常與高級變質條件下的韌性剪切變形作用相關。
(3)根據褶皺樞紐與運動方向的關系劃分褶皺。通常用於簡單剪切作用機制所形成褶皺的劃分或描述:
A型褶皺:一般將樞紐平行簡單剪切方向的褶皺稱為A型褶皺,這類褶皺的樞紐常常與拉伸線理或礦物線理平行。
B型褶皺:樞紐與拉伸線理垂直的稱為B型褶皺。
(4)根據褶皺過程中岩層的變形行為劃分褶皺。可把褶皺分為主動褶皺和被動褶皺兩類:
主動褶皺:當受褶皺的層狀岩系,其各層之間岩石的韌性差比較顯著,即層的力學性質積極地控制著褶皺的發育時,這種褶皺稱為主動褶皺。多納斯等稱其為彎曲褶皺。它們通常形成於地殼的中淺構造層次(深度約數千米內)。
被動褶皺:在地殼的中構造層次,由於溫度和圍壓的增高,各層岩石均顯示極大的韌性,如果岩石間的韌性差達到均一,則層理在褶皺變形中不再具有力學上的不均一性,只是被動地作為變形的標志,這種褶皺稱為被動褶皺。
盡管許多地質學家試圖對變質岩區的褶皺類型進行劃分,但由於變質岩區褶皺樣式的復雜性,到目前為止還沒有一個完善的分類方案。上述分類方案無疑對於我們從事變質岩區褶皺構造分析時提供了一個啟發,即注意變質岩區褶皺的特殊性和復雜性,從褶皺成因機制、構造層次、變形面特徵等多方面考慮,在不斷積累野外資料和有效的實驗研究中制定出更為實用的分類方案。
2.變質岩區的基本褶皺樣式及特點
以褶皺形成機制為基礎,結合褶皺幾何形態特點和伴生的組構要素特點,將變質岩區褶皺分為順層剪切褶皺、縱彎褶皺和片麻岩穹隆三個基本類型。
(1)順層剪切褶皺
順層剪切褶皺也稱為變質固態流變褶皺(傅昭仁等,1996),盡管二者含義基本一致,但「變質固態流變褶皺」似乎更多強調在褶皺形成過程中岩石強烈塑性流動的性質,為了與滑褶皺作用(剪切褶皺作用)相區別,使用「順層剪切褶皺」一詞定義該類褶皺。
順層剪切褶皺作用是指平行於先存葉理面(原生層理、次生葉理)的剪切作用形成褶皺的過程。實際上,這種順層剪切形成褶皺的作用最初被用於描述縱彎褶皺作用和橫彎褶皺作用過程中由於層間滑動而形成的層間褶皺,稱為彎流褶皺作用。但近年來,隨著韌性剪切帶研究及變質岩區構造研究的深入,逐漸發現這種順層剪切褶皺作用已不再是縱彎和橫彎褶皺作用過程中起輔助性的褶皺機制,而是一種在變質岩石中廣泛發生的主導性的褶皺形成機制,所形成的褶皺為順層剪切褶皺。
順層剪切褶皺的幾何和產出特徵如下:
1)順層剪切流變褶皺是剪切變形的產物,通常產於韌性剪切帶中或發生剪切變形的變質層狀岩石中。其中一個特例是產於變質地層中,形成順層剪切帶,這種順層剪切帶在中、淺變質岩區往往產於相對軟弱(或黏度系數大)的變質岩層中,構成層間順層剪切帶;在高級變質岩區,順層剪切變形可能是多種不同岩性的岩層都捲入變形。
2)順層剪切流變褶皺在XY截面上表現為一翼長、一翼短不對稱褶皺(圖10-8)。在一定構造區段里,往往形成發育成熟度不等、傾向相同但軸面傾角變化不一的不對稱褶皺系列。按其截面上的褶皺面形態,可歸結為圖10-9所示的序列模型,此模型可以反映剪切流變褶皺從萌芽到成熟的發展過程。隨著遞進變形的發生,褶皺軸面產狀逐漸旋轉,形成的褶皺被拉斷成無根褶皺或褶皺構造透鏡體,有些甚至重褶成共軸疊加褶皺。
圖10-8 大青山高級變質雜岩中近水平順層滑脫韌性剪切帶中的不對稱剪切褶皺(箭頭指示剪切方向)
在三維空間上,大多數順層剪切流變褶皺呈非圓柱狀,各級樞紐斜列分布,並呈波狀彎曲,與拉伸線理垂直或斜交,即所謂豆莢狀褶皺,因而同一露頭上測量的主褶皺和次級褶皺的局部樞紐產狀往往不一致。如果剪切流動不均勻,褶皺樞紐會逐漸彎曲,從平直→舌狀→鞘狀變化,形成鞘褶皺(參見圖10-28)。
3)褶皺往往限制在一定的層內,通常以褶皺單體或小規模褶皺群落的形式產出;上、下各層褶皺的發育彼此獨立(圖10-9~圖10-11);在褶皺體內,各層之間,由於岩層的能乾性和厚度、黏結度等習性不同,褶皺往往具有不協調和半協調變形特徵。
圖10-9 順層剪切流變褶皺的幾何模型(XY切面)
(據Hansen,1971)
W—褶皺寬度;H—褶皺短翼高度
圖10-10 北京西山奧陶系紋帶灰岩中的分層剪切褶皺
(據傅昭仁等,1996)
圖10-11 大青山高級變質雜岩中近水平順層剪切變形的褶皺特徵
(據徐仲元,2003)
A、B產於石榴雲母片麻岩岩組;C、D產於黑雲角閃片麻岩岩組(⊥X剖面)
4)順層剪切流變褶皺最根本的特點是,褶皺體內發育有新生的軸面葉理和拉伸線理。軸面葉理和拉伸線理的發育程度與應變有關,隨著遞進變形的發生,軸面葉理和拉伸線理逐漸發育,並逐漸置換早期參與褶皺的葉理,同時,逐漸旋轉到與剪切面平行。
(2)縱彎流變褶皺
縱彎流變褶皺是順層擠壓的結果,是縱彎褶皺作用的產物,與順層剪切流變褶皺的特徵明顯不同,主要特徵如下:
1)縱彎流變褶皺產於造山帶內,通常與板岩劈理帶或陡傾葉理帶共生。板岩劈理帶和陡傾葉理帶均屬於造山作用的產物,二者的構造特徵基本相同,但形成的構造環境不同,前者形成於綠片岩相變質環境,後者則形成於角閃岩相-麻粒岩相環境。
2)縱彎流變褶皺XY截面上多表現為軸面直立或陡傾的褶皺,通常是由不同序次褶皺組成的復式褶皺,主褶皺通常是對稱的,但次級褶皺可以是對稱,也可以是不對稱的。隨著變形的增強,褶皺從寬緩漸變為緊閉,翼間角也逐漸變小。不論褶皺的形態如何變化,在同一構造帶中,所有褶皺的軸面產狀相對穩定(圖10-12)。
圖10-12 大青山高級變質雜岩中東西向陡傾葉理帶的縱彎褶皺
在三維空間上,該類褶皺大多為圓柱狀褶皺,褶皺樞紐可以是水平的,也可以是傾伏的,但多平行排列,並垂直運動方向,為B型褶皺。
3)在弱變形區域,褶皺是連續成群產出的,並發育與軸面平行的軸面葉理。但隨著遞進變形的發生,逐漸強烈的縱向構造置換破壞了褶皺的連續性,使褶皺呈無根褶皺或褶皺構造透鏡體產出。
(3)卵形構造或片麻岩穹隆
卵形構造或片麻岩穹隆是變質岩區的一種經典褶皺樣式。主要包括由花崗質混合岩或片麻岩組成的核,其上覆蓋了變質沉積岩或變質火山岩的蓋層。核部岩石的中心部位具岩漿岩結晶結構,接近接觸帶葉理漸趨發育,岩體葉理構造與蓋層中的葉理及二者之間的接觸面彼此平行。一般從片麻岩核向外傾斜,構成穹隆構造。
片麻岩穹隆主要發育在太古宙克拉通地區,尤其是變質深成岩發育的高級變質地區,主要表現為由片麻理、條帶狀構造、表殼岩包體的長軸及各種脈體呈有規律的空間排列而顯示出環形構造,在平面上多呈橢圓形或卵形構造(圖10-13),且多構成卵形構造群,或卵形構造區。
圖10-13 阿爾丹地盾中部的片麻岩褶皺卵形隆起
(據薩洛普.Л.И.,1971)
1—在航空照片上看到的岩層走向;2—在航空照片上判讀的以及經過詳細地質測量追索的不同石英岩層(伊葉格拉亞群的庫魯姆坎組及斯旺奇特組);3—地層界線(a—詳測確定的,b—中比例尺地質測量確定的);4—二級褶皺軸走向(示意);5—前寒武紀斷裂線(僅表示西部);6—地台蓋層(前寒武紀、寒武紀以及侏羅紀地層)。褶皺卵形隆起:Ⅰ—上阿爾丹;Ⅱ—烏斯蒙;Ⅲ—下提姆朴湯
在一些造山帶中,或者孤立地產出,或者由多個呈線性排列分布。其地質特點與太古宙克拉通的卵形構造也有一定的區別。不同片麻岩穹隆的內部構造和成分組成等特徵具有很大的變化,成因也有所不同。主要包括兩種基本類型:
1)疊加褶皺片麻岩穹隆:類似於Ramsay(1987)所提出的穹隆-盆地型褶皺疊加型式。由兩期大型褶皺干擾產生一系列類似扁平狀圓柱體的穹隆和盆地構造(傅昭仁等,1996)。
2)以岩漿底辟為主導機制所形成的片麻岩穹隆:與鹽丘構造相近,塑性或近熔融狀花崗質岩石比上覆變質上殼岩密度小,造成重力失穩,從而導致花崗質岩石上拱,形成片麻岩穹隆(Hobbs,1976)。Fletcher(1972),Ramberg(1967)的實驗再現了這一過程。分熔岩漿上浮和岩漿的「氣球膨脹式」侵位也是太古宙克拉通和一些古元古代造山帶中片麻岩穹隆形成的主要原因(楊振升,1985)。由於許多片麻岩穹隆的主體岩石由多期活動的變質深成侵入體組成(何家善等,1998),因此,這種片麻岩穹隆的形成實際上是一個長期的、由多次岩漿活動產生的復雜的底辟侵位過程。
造山帶中的片麻岩穹隆是造山運動或疊加造山運動的產物(Eskola,1949;Hobbs et al.,1976)。近期研究發現,有些造山帶內的片麻岩穹隆實際上是前造山期伸展體制下形成的,作為該體制下所形成的隆滑構造的內核(楊振升,1995)或岩漿核雜岩(劉俊來等,1996)。由於後期收縮體制下的變形,而使該片麻岩穹隆特徵復雜化。
8. 答地質特徵應該怎麼答呢
首先,要知道具體地質特徵當然有具體的分析方式.
一、本區概括
包括自然氣候、交通條件和人口、文化、歷史情況.大概就行了,這不是主要的.
二、本區地形
描述本區的地形地貌,如果沒有字數限制,越詳細、越精確越好.
在描述各個地行地貌單元時別忘了加上海拔范圍,最後還要分別寫上最高點、最低點的位置和相應的海拔.
三、本區岩層特徵
包括岩層的年代、岩性、產狀、出露范圍,各岩層的接觸關系及其上的小型構造單元(露頭尺度上的各種小褶皺、斷裂及面狀和線狀構造)的產狀、產生年代和過程(包括應力分析),甚至可以把微型(偏光顯微鏡下)和超微(電子顯微鏡下)構造也寫上.
反正和上一點一樣,如果沒有字數限制,越詳細、越精確越好.但不要顯得沒有條理,若有多個構造單元就按產生年代書寫.
四、本區構造特徵
這是整個地質分析的核心啊,不過一般不涉及小型、微型或超微型的,如果你上面寫了這里就不用寫了,如果你上面沒寫這里就可以寫上,當然也可以不寫.
一般按構造單元從早到晚的順序描述,當不能確定年代時,按從大到小描述.描述本區的巨型構造單元包括類型(一般為山系或區域性地貌構造單元)、分布和大小、產生年代和過程(包括應力分析)以及由其所引起的在較小構造尺度上發生的變化;大型構造(1:200000)包括類型、分布和大小、產狀、產生年代和過程(包括應力分析)以及在較小尺度上發生的變化;中型構造(1:5000)和大型構造包括的內容一樣.但是如果本區沒有那麼大,就只需點出本區所處的巨型、大型等等構造單元條件,直到滿足的真正需要.
需要注意的是,除上述相同點外,不同類型的構造單元在具體描述時並不一樣.如描述斷層時,還需描述斷層的類型、伴生構造和組合形式;在描述褶皺時,還需描述褶皺的形態[剖面形態(轉折端形態、緊閉度、對稱性和協調性)和平面形態]、位態(樞紐產狀、軸面產狀和位態分類)、組合形式和Ramsay分類;在描述線理時,還需描述線理是a型還是b型;等等等等.
總之,具體問題具體分析.
五、本區地質演化史
這就是地質學的工作,根據上面的鋪墊,完成重建本區地質演化過程.老要求,能寫多詳細寫多詳細,但是一定要注意:不能憑想像,要憑現象.
9. 怎樣分析地質特徵
首先,要知道具體地質特徵當然有具體的分析方式。然後嘛:
一、本區概括
包括自然氣候、交通條件和人口、文化、歷史情況。大概就行了,這不是主要的。
二、本區地形
描述本區的地形地貌,如果沒有字數限制,越詳細、越精確越好。
在描述各個地行地貌單元時別忘了加上海拔范圍,最後還要分別寫上最高點、最低點的位置和相應的海拔。
三、本區岩層特徵
包括岩層的年代、岩性、產狀、出露范圍,各岩層的接觸關系及其上的小型構造單元(露頭尺度上的各種小褶皺、斷裂及面狀和線狀構造)的產狀、產生年代和過程(包括應力分析),甚至可以把微型(偏光顯微鏡下)和超微(電子顯微鏡下)構造也寫上。
反正和上一點一樣,如果沒有字數限制,越詳細、越精確越好。但不要顯得沒有條理,若有多個構造單元就按產生年代書寫。
四、本區構造特徵
這是整個地質分析的核心啊,不過一般不涉及小型、微型或超微型的,如果你上面寫了這里就不用寫了,如果你上面沒寫這里就可以寫上,當然也可以不寫。
一般按構造單元從早到晚的順序描述,當不能確定年代時,按從大到小描述。描述本區的巨型構造單元包括類型(一般為山系或區域性地貌構造單元)、分布和大小、產生年代和過程(包括應力分析)以及由其所引起的在較小構造尺度上發生的變化;大型構造(1:200000)包括類型、分布和大小、產狀、產生年代和過程(包括應力分析)以及在較小尺度上發生的變化;中型構造(1:5000)和大型構造包括的內容一樣。但是如果本區沒有那麼大,就只需點出本區所處的巨型、大型等等構造單元條件,直到滿足的真正需要。
需要注意的是,除上述相同點外,不同類型的構造單元在具體描述時並不一樣。如描述斷層時,還需描述斷層的類型、伴生構造和組合形式;在描述褶皺時,還需描述褶皺的形態[剖面形態(轉折端形態、緊閉度、對稱性和協調性)和平面形態]、位態(樞紐產狀、軸面產狀和位態分類)、組合形式和Ramsay分類;在描述線理時,還需描述線理是a型還是b型;等等等等。
總之,具體問題具體分析,樓主可以告訴我究竟想分析什麼,然後我再有針對性地回答。
五、本區地質演化史
這就是地質學的工作,根據上面的鋪墊,完成重建本區地質演化過程。老要求,能寫多詳細寫多詳細,但是一定要注意:不能憑想像,要憑現象。
差不多了吧。
10. 褶皺的觀察內容
野外對褶皺研究首先是幾何學的觀察,目的在於查明褶皺的空間形態、展布方向、內部結構及各個要素之間的相互關系,建立褶皺的構造樣式,進而推斷其形成環境和可能的形成機制。其觀察研究要點可概括為以下幾個方面。
1.褶皺的識別
空間上地層的對稱重復是確定褶皺的基本方法。多數情況下,在一定區域內應選擇和確定標志層,並對其進行追索,以確定剖面上是否存在轉折端,平面上是否存在傾伏端或揚起端。在變質岩發育且構造變形較強地區,要注意對沉積岩的原生沉積構造進行研究,以判定是正常層位或倒轉層位;利用同一構造期次形成的小構造對高一級構造進行研究恢復。
從上述褶皺分類可以看出,褶皺位態由軸面和樞紐兩個要素確定。對於直線狀樞紐或平面狀軸面,只需測量其中一個要素就可以確定褶皺的方位,但不能確定其位態,因為具有相同樞紐方位的褶皺具不同的位態,軸面可以是曲面,樞紐也可以是曲線。
實際工作中,露頭上可見的褶皺全部暴露時,可用羅盤直接度量其樞紐的傾伏向、傾伏角和軸面的傾向、傾角。若樞紐、軸面為曲線(曲面),則必須測量若干代表性區段的產狀來說明二者的變化。當褶皺沒有完全剝露時,只要能測量出褶軸(或樞紐)、軸跡、軸面3個要素中任何兩個要素,就可用赤平投影方法求出另一個的數據;對大型褶皺的軸面和樞紐則需要用π或β圖解求導。
褶皺形態一般是在正交剖面上進行觀察和描述。由於露頭面不規則和褶皺本身形態、位態等方面的復雜性而使褶皺輪廓可能呈現出一個多解的現象(畸變面)。故觀察視線應與樞紐保持一致,沿其傾伏方向下進行。只有對不同位置、不同方向出露的形跡進行綜合分析才能得出褶皺的真實形態。
對褶皺橫剖面形態的研究應側重於樞紐、軸面、轉折端形態、翼間角、包絡面以及波長和波幅等褶皺要素、參數的觀察、測量和描述。根據需要可自行設計表格,將上述諸項信息存集備用。
2.褶皺樣式
對褶皺研究,不僅著眼於其形態、位態,還必須研究它們的樣式。F.J.特納和L.E.韋斯(1963)將褶皺樣式分為10種類型,其依據可概括為:①褶皺層的平行性或相似性;②褶皺的不連續性及不協調性;③褶皺的緊閉性和翼間夾角大小;④褶皺的對稱性;⑤成雙的共軛褶皺。
褶皺樣式有許多是取決於兩個褶皺面之間的單層橫截面的形態,上述蘭姆賽的分類可視為描述褶皺基本樣式的方法之一。為研究褶皺樣式,必須取得岩層傾角和相關的厚度等原始數據資料。這些資料可以從順樞紐方向的有關圖件、露頭或手標本、素描圖或相當於正交剖面上進行收集。在野外工作中,如果褶皺出露良好,且斷面相當於正交剖面,全部工作可以直接在露頭上操作。根據一定間隔測量有關厚度的參數,分別編制厚度變化曲線圖,並與相關圖示的標准線進行比較,即可確定褶皺的形態類型或樣式。
影響褶皺樣式還有另外一些因素,如捲入褶皺的岩石類型、組成褶皺岩層的能乾性的差異等。在相同變形條件下,弱岩層易發生塑性流變,因此,褶皺樣式隨岩層能乾性而發生變化。若強弱岩層相間,一般情況下板岩可能形成尖棱狀褶皺,而砂岩則可能形成圓弧狀褶皺,二者組合為尖圓褶皺樣式;如果兩強硬層間距很大,其間弱岩層形成獨立小褶皺,則構成不協調褶皺;若間距很小,兩強岩層一並彎曲變形而形成協調褶皺。
3.褶皺的伴生構造
在褶皺形成過程中,不同部位的局部變形環境可有差異。褶皺層的某段可以伸長或縮短,而有些部分則無任何應變。因此,褶皺不同部位形成不同類型的派生、伴生小構造可與主褶皺保持一定的幾何關系,各自從一個側面反映出主褶皺的基本特徵。藉助這些從屬構造闡明大褶皺的幾何特徵,分析褶皺形成機制及發育過程是野外地質工作中常採用的手段之一。
1)褶皺兩翼的小構造:層間擦痕(線)的觀察與測量可用以判斷相鄰岩層相對位移方向和主褶皺轉折端位置以及類型(水平褶皺、傾伏褶皺、A型褶皺、B型褶皺等)。對翼部從屬褶皺觀察與測量,可據其不對稱類型(s或z形)、傾伏方向來確定它們處於大褶皺的位置並進一步恢復大褶皺總體形態。
2)褶皺轉折端的小構造:觀察節理和小斷層的類型、特徵,鑒別其力學性質,測量其產狀要素,利用它們的組合系統和方位分析轉折端的應力、應變狀態;從屬褶皺類型(M或W形)及其隨剖面深度的變化狀況,也是研究內容之一;在這些資料的基礎上再結合地層時代關系確定褶皺性質(背斜、向斜)。另外,還應認真觀察轉折端的虛脫現象及被岩漿、礦液充填的情況。
4.疊加褶皺的野外研究
1)疊加褶皺的識別准則:①早期褶皺的軸面、變形面、樞紐等構造要素在後期褶皺作用中發生明顯的變形和變位;②晚期面理、線理等新生構造要素的出現;③眼球狀等封閉褶皺構造的出現;④原生示頂構造與褶皺伴生構造指向矛盾;⑤重褶現象及雙重褶皺要素存在;⑥兩組不同類型和不同方位的面理或線理有規律的交切;⑦與同期褶皺規律不相符合的反常小褶皺出現。露頭上直接觀察小褶皺重褶與否,是判斷疊加褶皺的最可靠標志。當早、晚兩期褶皺要素不平行時,露頭或填圖(大、中比例尺者尤為明顯)可呈現一系列封閉狀的各種圖案,如「蘑菇形」、「新月形」等,其次是陡傾或傾豎褶皺的廣泛發育。
2)判斷重褶露頭所處區域疊加褶皺的部位。應用蘭姆賽的三類五型基本型式、層理和劈(片)理關系及小型褶皺特徵很容易判別其所處區域構造的部位。如在露頭上看到小褶皺重褶,則這個露頭可能處於早期褶皺的轉折端;若在露頭上看到S0∥S1∥S2,這個露頭一般歸屬疊加褶皺的翼部;若看到S2和S1呈直交,這個露頭可視為後期褶皺轉折端部位。
3)疊加褶皺型式判斷。根據褶皺的構造要素,主要是兩期疊加褶皺的軸面和樞紐的疊加關系可劃分疊加褶皺的型式。早期一系列緊閉褶皺和晚期開闊褶皺的樞紐近於平行,且早期褶皺軸面業作為晚期褶皺變形面發生彎曲,則二者顯示為共軸疊加褶皺的型式。
4)疊加褶皺觀測要點及圖面表達方式:①疊加褶皺在三度空間上的形態和位態;②不同期次的面理和線理的測量統計及分析;③建立褶皺形成序列;④疊加褶皺的表達方式可分為剖面表達——在剖面的上方或地下深處用虛線示出重褶圖形,剖面本身仍按常規畫出岩性花紋及晚期面理;構造綱要圖表達——在圖面上用不同的符號、線條示出各期褶皺軸跡,在晚期褶皺軸跡通過處,較早形成的地質體如岩脈、地質界線、早期斷層或剪切帶等也應協調變化(圖6-17)。
圖6-17 登封紙坊水庫壩東水渠壁五指嶺組中疊加褶皺素描
(據馬杏垣等,1981,略有修改)
5.觀察研究褶皺的一般程序
在地質調查過程中若發現露頭良好的褶皺正交剖面時,應做如下觀察、描述、測量和記錄。
1)確定觀察點和繪制褶皺素描圖,記錄褶皺的地理位置和所處的大褶皺部位。
2)褶皺發育狀況及相關地質概況:①褶皺核部和兩翼的地層及岩性;②褶皺兩翼、樞紐和軸面等要素的產狀;③褶皺對稱性;④褶皺在強層和弱層中發育的差異性;⑤褶皺伴生組合要素及各自表現特徵;⑥盡可能實地收集不同部位岩層厚度及其變化等原始資料並在正交剖面上拍照。
3)根據收集的數據、資料和信息對褶皺形態、位態、樣式等初步進行幾何學分析;經綜合歸納和深入研究後再對其成因機制進行解釋。