变质岩区构造解析的内容和步骤

变质岩区构造的基本特征~

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，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。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。
变质岩区的构造，不但其形态、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区和岩浆岩区的构造复杂得多，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。
变质岩中许多面理是经变质变形而形成的成层构造，如板劈理、千枚理、片理、片麻理等，它们是通过构造置换新产生的。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，与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地层系统两个不同的范畴。
沉积地层系统是浅变质岩区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（元），也就是以S0作为研究的起点，以层理为界面，在此基础上研究其他构造。
褶皱变质地层系统适用于变质程度深或混合岩化变质岩系，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。在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关系，只有片理、片麻理褶皱中的上下关系。

变质岩区构造研究的主要目的，在于鉴定古构造型式以及各级构造对矿床、矿带的控制作用。进行地质填图及构造解析的具体目标，就是正确选定或建立一个能给所有实际资料以最简明概括的解释。因此，全面的构造综合，就是要按照以构造运动为主线，把沉积、变形、变质、岩浆活动和成矿作用诸方面联系起来综合研究。通过上述构造研究及岩石、地层等方面的工作，建立起一个地区的构造变形史和变质史，进而建立起一个地区的能阐明地壳演化和指导找矿的构造模式。
建立变质岩区区域构造模式一般应注意如下几个方面和步骤。
1.大构造背景
同其他岩类的构造一样，不同时代和不同地质构造单元内的区域变质岩石的构造均有其发育的背景。众所周知，古老结晶地盾区的变质岩构造与年青造山带的变质岩构造，无论在变形变质特征上还是在形成的构造动力学条件和热力学条件上，都有着明显的差别。就是在结晶地盾区的稳定地块里，作为克拉通内核的花岗质杂岩区和其中绿岩带的构造也各不相同。因此，要建立起一个地区的构造事件序列和相应的古构造型式，必须首先注意研究区的区域性大构造背景，然后再把观测和统计分析的成果放置到更大尺度的构造中去分析。须知，任何一场构造 热事件中所铸成的构造是由许多不同尺度和不同类型的各种变形变质岩石组成的整体，区域变质岩石的构造一般均涉及上千、上万平方千米的广大区域。研究区的构造，仅仅是这个统一整体的一个部分，决不能只见树木，不见森林。但是，变质岩石的构造是透入性的，一块小小标本或薄片，常常同整个区域的事件有着明显的联系，并且在其中有较多的反映。因此，完整的构造解析，应包括大、中、小、微各个尺度的构造研究，当然也包括认识一个地区变质构造发育的大型乃至巨型的构造背景，如果失去总的前提，一切具体的论断都将失去依托。
2.建立构造群落
在对变形变质岩石的构造要素或单体进行解析的过程中可以发现，尽管一个地区同一时代所生成的构造常常具有多种类型和多种形态，但只要透过这些千差万别的表象去分析，常常发现这些构造是在同一变形环境中以同一机制发生的。这些相互联系和相互依存的构造形迹就可以组合成为一个有机的统一整体。正像同一生态环境中组合而成的生物群落一样，这种具有特定风格而又相互依存的一套构造可称为构造群落（Tectonic community）。构造群落是从构造发育角度来阐明构造共生组合的术语。同一群落的构造都有其相应的变形相的特征。
建立构造群落一般应遵循如下原则：
（1）同一群落的构造应该有类同性质的构造变形面；
（2）同一群落的构造中类同岩石的变形应有相同的风格；
（3）同一群落的构造一般都有其特定的变形组构；
（4）同一构造群落中的各种变形岩石都是属同一变质相。
3.划分构造层次
地壳在垂直方向上的构造环境是变化的，具有分带性，加之岩石的特性差异和界面的分割，各个不同的构造群落就会相应集中于一定的构造变形区段或层位，即隶属于一定的构造层次。例如，混合花岗岩化构造群落，是地壳最深层次高温热变形的构造；广泛发育劈理、片理和线理的固态流变构造群落，是地壳较深层次的热-动力构造等。
如果某一地区的同一层位中有多个构造群落相重叠，那么，在分别确定不同构造群落的层次归属以后，就可以发现，该地区曾出现多个构造层次的转换。根据构造群落划分构造层次，就可以把野外观测的具体构造与其生成的构造-变质环境统一起来。
4.确定构造变形场
不同地区的构造都归属不同的构造变形场。构造变形场是构造的动力与环境的综合，是由某一特定变形机制为主导的。构造变形场一般包括水平压缩、侧向伸展、水平剪切和左右走滑四种基本格式，其间还存在各种各样的过渡型式和组合。确定构造变形场首先要确定其构造的尺度和层次。一般来说，一个地区某一构造发展阶段所属的构造变形场，可以通过其一定尺度范围内的构造层次中的不同类型的构造来确定。例如，在褶皱造山带较深构造层次的区域变质作用过程中，变形主要是大规模近水平的剪切流变，形成近水平劈理带，大型平卧褶皱、韧性剪切带和构造滑动断裂等现象。这种大规模的固态流动变形场（水平力偶作用下的剪切）可能起因于更高一级的地壳缩短，也可能起因于更大规模的深部地壳伸展（图9-29）。此外，变质岩区常见的面理褶皱带、片麻岩穹隆、走滑断裂系及交叉断裂网络等构造，都无一不受某一特定变形场的控制。把不同构造发展阶段的构造复原，按其在空间的配置确定其总体或局部变形场，才能为进一步研究各构造发展阶段的古构造应力场提供依据。

图9-29 褶皱变质造山带中常见的巨型构造变形场

（据E.H.Krank，1957）
A—前寒武纪造山带的伸展构造及隆起边缘因重力扩展导致的水平剪切构造；B—年轻阿尔卑斯型造山带的压缩构造及其导致的近水平的剪切构造
5.进行构造综合
地壳上各种构造、事件和过程是相互制约和相互联系的，并统一于一个有规律的运动过程造成的整体。构造解析的目的就是要阐明地壳中的各级各类构造及其内部构造要素之间的密切联系，即构造综合。构造综合既包括不同尺度、不同层次和不同世代的各种构造的综合，也包括沉积、变形，变质、岩浆活动和成矿作用的全面综合。
当然，影响变质岩区岩石变形的因素一般比未变质岩区的因素多得多。即使是构造本身的许多因素也还未被人们认识。在变质岩区的构造研究上仍面临着重重困难，还没有一套符合各方面实际的工作程式。这需要我们通过实践不断探索，不断总结，逐步达到认识变质岩区构造这个复杂领域的目的。

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。

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