Ch8构造地质学

1、第八章 变质岩区构造,Structural Geology of Metamorphic Rock,变质岩是三大岩类之一。高温高压环境下的变形使得变质岩区构造具有许多不同于沉积岩区的特点。 变质岩区构造研究有助于深部地壳和上地幔结构、深层构造活动以及地壳和大陆演化等重大地球科学问题的研究，对变质岩区矿产资源勘探和开发也具有重要意义。,变质岩是三大岩类之一，在自然界有着广泛的分布，特别是前寒武纪区域变质岩，其出露面积几乎占大陆的17。其中蕴藏着十分丰富的矿产资源，如铁、铜、金、铀、磷等矿产储量的2/3以上都赋存在区域变质岩中，而且多为大型特大型矿床。因此，鉴定区域变质岩的古构造型式，研究各级构造

2、对矿床、矿带的控制以指导矿产预测、勘查和评价，成为变质岩区构造研究的一个重要任务；另一方面，地球科学中的许多重大问题，例如：岩石圈的结构分层和流变性质、深层岩石的构造变动、大陆莫霍面的性质、造山带的结构活动过程与动力学、早期地壳的构成和演化等等，当代地球科学的前沿课题以及岩石学、地球化学和地层学的许多新概念、新内容都同变质岩区研究有着十分密切的关系。 所以，变质岩区的构造研究已成为当代地质构造研究工作者特别关注的课题，也是近年来构造地质学领域内发展最快的分枝学科之一。,对变质岩区的构造的认识长期以来存在两种对立的观点： 一种观点认为：变质岩区，尤其是古老的深变质杂岩区的构造比沉积岩及火山岩区的

3、构造简单得多，构造型式多为平缓褶皱或巨型单斜构造。而露头上所见到的复杂多样的小型褶皱并不代表变质岩区构造主体的面貌； 另一种观点认为：变质岩区的构造不但形态、方位极其多样，而且往往是多期变形的产物，它的形成和演化比沉积岩和岩浆岩区的构造复杂得多，这种观点是目前的主流认识。变质岩区构造之所以复杂，主要是它的形成和演化经历了长(多)期的地质历史进程和各种构造热事件，在每一次构造热事件过程中都产生了一系列新生的与变质作用有关的构造。,主要内容,构造层次 变质岩区构造特征 变质岩区构造研究方法,8.1 构造层次,在地壳深部，岩石物理性质随着深度的增加和温、压的增高发生变化。同期构造在不同深度表现出随深

4、度分带的特点，各带具有不同的构造特征。,8.2 变质岩区构造特征,区域变质作用主要是深构造层次的变形产物。岩石变形以固态流变型式与变质作用相互交织，断裂主要为韧性断层。 一般经历多期构造叠加，构造面貌复杂，构造型式多样。 新生面状和线状构造广泛发育。,8.2.1 变质岩层状构造,强烈多次变形变质岩区往往表现出简单的“层”状构造。 变质岩系中的板劈理、片理和片麻理，一般是通过构造置换而新生的面状构造。 在变质岩区鉴别新生面理，识别和恢复原生层理对于正确认识构造特征和发育历史具有重要的意义。,8.2.2 构造置换,层理在褶皱发展过程中常被新生轴面劈理或片理置换。 先存面理（原生或次生面理）被后期面

5、理置换，往往造成变质岩区构造简单的假象。,构造置换：前期形成的构造在后续变形中被另一种构造代替的现象，主要指面理的置换。,层理的置换通过三个变形阶段完成,早期阶段： 原始层理S0作为运动面，在递进的褶皱过程中发生弯曲，并越来越紧闭；进而产生近于平行褶皱轴面的劈理或片理。但此时层理仍然基本保持着连续性，只显示初步或部分的置换。,中期阶段： 随挤压的加强，两翼层理(S0)的产状与新生的褶皱轴面的劈理或片理(S1)之间的夹角越来越小，强硬岩层被拉断发生石香肠化和片内褶皱。此时原始层理的连续性已逐渐丧失，新生的平行面状构造已开始取得主导地位。,晚期阶段： 完全的置换使层理(S0)全部破坏并消失，原有的

6、岩性单位与新生面理(S1)几乎完全平行，造成了貌似均一的面理或层带，给人以区域性正常沉积序列的假象，使真正的原生地层层序无法确定。,构造的置换过程，实质上就是新生构造使岩层“均一化”的过程，一次重大的全面构造置换，意味着地壳经历了一次重大的构造热事件。在多期变形变质作用地区，当早期构造置换结束，后一次构造热事件又会出现新生的面状构造置换。 构造多期置换的现象是古老变质岩构造变形的一大特点。在一个大的构造变形旋回中，一般都显示了一个从全面置换到部分置换再到局部置换的递减过程。随变质岩构造的韧性递减，置换程度也相应降低。,褶劈理的形成和面理的置换,变质岩区地层系统的双重概念 地层系统指成层岩系的生

7、成顺序。 在变质岩发育区，由于“残余”和“新生”两种成层构造并存，在建立地层系统上，同沉积岩区地层学的概念有着本质的不同。应根据构造置换的程度，把地层系统明确地区分为沉积地层系统和褶皱变质系统两个不同的范畴。,沉积地层系统 沉积地层系统原生或残余的成层岩系的顺序，是浅变质岩区里构造置换不太强烈地区的地层系统。 一般原生层状构造保留较好，新生面状构造已经产生并局部地置换原生层理，但原生成层岩层仍保持其连续性。在这种地区，一般要求建立沉积地层系统，并划分与未变质沉积岩区相同的地层单位，也就是以S0作为研究的起点(参照)以层理为界面，在此基础上研究其它构造。 当然，变质岩区建立起的地层系统毕竟经过一

8、定程度的构造热作用影响，其地层的形态、内部结构和厚度、相变与未变质变形前的地层系统肯定存在一定的差异。,褶皱变质地层系统 在变质程度深或混合岩化变质岩系中，由于构造的彻底置换和岩石的变质重建，原生层理已经被全部破坏。因此，只能按新生成层构造所分割的不同构造岩性单元来组建地层。 新生褶皱变质地层系统中的各构造岩石单元，虽然也沿用了地层学中的群、组、段等地层单位，但实际上是指一定的构造岩石组合的岩层在经历构造热事件之后重新建造的地质实体。它并不具有地层学的生成先后的关系，只有片理、片麻理褶皱中的上下关系。,8.2.3 构造的继承,构造的继承与控制 前期构造控制和影响后期构造的发育，保留其主要特点，

9、如构造方位及几何型式的继承等，主要反映前期构造对后期构造的控制作用。,8.2.4 构造的新生,构造的新生主要反映后期构造对前期构造的改造作用 前期构造发育强度较低，后期构造可以不受前期构造的影响或制约，形成一套在方位、几何形态和类型样式上完全不同的构造 后期构造对前期构造进行全面改造，使前期构造卷入到后期构造之中，形成一套完全服从后期变形的全新构造 改造强烈时，前期构造呈残存状态被裹挟于后期构造中，甚至完全消失,8.2.5 构造叠加,构造叠加包括褶皱、断裂、面、线理的叠加，以褶皱叠加最为典型 叠加褶皱又称重褶皱，指已褶皱的岩层再次弯曲变形叠加而成的褶皱,构造叠加可以是不同构造旋回或同一旋回不同

10、构造幕的叠加，也可以是同一期递进变形过程中由于增量应变方位和性质改变而造成的叠加,叠加褶皱,下图是经受了两期变形作用的变质岩区构造图。第二期构造为北西向(S2)的褶皱与轴面劈理叠加于第一期北东向(S1)褶皱构造之上。S1构造面貌在西部基本末变，在东部则被改造得面目全非。,两期变形叠加地区的构造示意图,8.3 变质岩区构造研究方法,主要研究内容 构造几何学特征 构造样式（风格） 构造变形相 构造序列 构造力学特征 地质填图构造解析的基础 构造数据采集 建立构造模式,构造解析：分析和解释地质体内的结果构造的规律及其演化的方法。,8.3.1.1 构造几何学,构造几何学分析的主要任务：确定和恢复构造的

11、三维空间形态和方位 构造形态 根据变质岩区构造填图规范，结合研究区特点进行详细的地质填图 构造方位 在典型区段通过构造要素测定及其相互关系研究，结合极射赤平投影和数理统计进行分析,8.3.1 主要研究内容,8.3.1.2 构造样式,(Tectonic) Style 一群具有成因联系的构造的总体几何特征，类似于建筑中的风格的概念。 构造样式是进行构造分析，建立构造演化序列的重要基础之一。 构造样式的分析主要通过褶皱几何形态的相似性，并对比其他构造要素的总体特征，通过综合分析来确定。,8.3.1.3 构造序列,构造序列：复杂变形变质岩区一般经历了多次变形。不同时期的构造群按其发育顺序构成一个完整系

12、列。 构造序列分析 构造的叠加、置换、继承和新生。 恢复三度空间构造形象、查明构造样式、主次构造的组合关系，进行构造配套。 确立主期构造，筛分并恢复前期构造和后期构造。 典型区段研究基础上的综合分析。 各种尺度构造相结合。,8.3.1.4 构造力学,构造力学分析的目的 重建地质历史时期的变形场和构造应力场 变质岩构造是在高温高压条件下形成的，因此必须考虑高温条件下岩石蠕变的意义，对于在弹性力学基础上建立的许多准则在此条件下已不完全适用，使用时必须仔细分析,8.3.2 地质填图,填图是变质岩区构造研究的重要方法和手段 明确填图目的，填制专题构造图（构造岩性图、形面图等） 选取典型区域，以先构造、

13、后地层的步骤来进行,变质岩区构造解析基础地质制图变质岩区地质制图原则：地质制图是一切地质工作的基础，也是进行构造解析的基本手段。随着人们对变质岩区构造特征认识的不断深入，变质岩区地质制图工作的原则和方法也相应与沉积岩区制图的原则和方法有所不同，一般采用“先构造、后地层，地层构造工作并举”的思维和工作方法。,变质岩区地质制图步骤：在变质岩区，尤其是在地层层序不清的变质混合岩化强烈地区，地质制图可按以下步骤进行：填绘构造岩性图 构造岩性图包括两方面内容：a:各种岩性单元包括各类变质岩及其组合、各类混合岩、侵入体，以及具有控制意义的标志层、标志层组合；b:各种构造及其数据，包括面理、线理、褶皱、断层

14、等。 构造岩性图是一切地质图件的基础，是第一性的实际材料。,编制或填绘构造形面图 构造形面图是表示一个透入性变形面理的空间展布趋势图。目的在于把一个地区的构造形象反映出来，因此，正确确定主期褶皱变形面的性质和展布就成为该项工作的关键；选择关键地段进行深入的构造研究 所谓关键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。这些地段既有利于恢复地层的关系；也有利于恢复构造变形的相互关系。,测制地质剖面、全面建立地层系统 在剖面工作中应注意：a：剖面尽可能横切主期褶皱的岩性单元；b：注意利用残余及新生构造要素的特征和关系，确定地层的正常与倒转；c：按一定比例尺要求划分岩性组合

15、，确定地层单元；d：审定岩性构造图上各种地质界线的地质含义，确定地质界线及成图地层单元。所建立的地层系统根据实际情况，既可以是沉积地层系统；也可以是褶皱变质地层系统；甚至是两者的结合。,成图阶段 按新审定的地层系统对构造岩性图和形面图进行全面综合，然后再到野外进行实地修图。在修图过程中，一定要注意叠加褶皱型式的多样性及古断裂的特殊性。 变质岩区地质图的图面结构一般都比较复杂，为了避免图面负担过重，要求工作目的明确，有针对性地突出重要的地质现象。有时也可以采取单向制图，分别测制岩石分布图、构造图，甚至更详细的面理线理分布图、混合岩化程度图等。,8.3.3 构造数据采集与分析,构造数据采集步骤 均

16、匀布置采点 在完成构造岩性图或形面图的基础上，按工作的不同尺度要求布置测点。 构造要素测量 面状构造和线状构造 数量与质量 测量之前，必须区分清楚各种构造的形态特征、力学性质、生成顺序和空间展布等，并按不同世代和类型分别予以测量和编录。测量的数量应以达到统计学要求为原则。 数据处理 手工作图或计算机程序处理 极射赤平投影图解判读,划分构造均匀区段、分区统计 构造解析数据的整理工作必须以构造均匀区段为单位进行。所谓构造均匀区段，即把研究区划分为许多较小地段，使每个地段内的一种或数种构造在给定尺度上具有共同规律，以区别与相邻区段上构造的特点。 区段的大小应根据构造解析的要求而定，以能否控制最主要的

17、构造为准，但必须满足三个条件：褶皱在该地段必须是圆柱状的，若非圆柱状，就要将褶皱再分段，使各段具有近似圆柱体的几何特征；褶皱几何形态相同的连续变形区段；某种面状构造的产状基本一致的地段。,方位图解的解释和对比 方位图是变质岩区各种结构要素的一种统计图解，是判别面理线理构造方位的常用图。,1、鉴别方位图解型式 方位图解的不同型式代表面状或线状构造的优选方位的性质和程度，构造研究中常见的优选方位型式有：,极密型代表有关构造统计上的平行性。,大圆环带型如果极点代表线状构造，表示这些线理都在一个平面上；如果是面状构造的极点，则这些面为一个围绕环带轴的圆柱状带中，显示出褶皱轴的优选方位。,小圆环带型在图

18、中呈小圆环状分布，反映绕轴旋转的锥状分布的线状构造的投影。,2、确定图解的组构对称性常见的岩石组构对称型式及其构造意义有：,轴对称型代表轴应变，反映原生成层组构或完全置换而新生的褶皱变质岩层组构；,斜方对称型 代表典型的均匀三轴应变。,单斜对称型 代表各种旋转应变，为均匀剪切变形的图型，也变形岩石中最普遍的对称型式。,三斜对称型一般代表两期或两期以上的构造叠加的图型。,3、不同区段图解对比 在对各区段的方位图解解释之后，还必须把各区段图解统一起来考虑，通过不同型式和对称型的比较，对区域构造特征作出判断。常常发现一个大型直立复式背斜两翼上的小构造的对称性，总比轴部的对称性为低。在叠加变形地区，早期褶皱控制区段的组构图解一般比较简单，而叠加改造强烈区段的组构要相对复杂等等。,8.3.4 建立构造模式,在野外研究基础上，综合分析各种构造现象，结合区域大地构造背景建立构造模式。