构造地质学：第六章劈理和线理

1、第六章 劈理和线理,一、劈理的概念 二、劈理及其分类 三、劈理产出的构造背景 四劈理的应变意义和形成机制 五劈理的观测方法,1劈 理,2线理,一小型线理 二、大型线理 三、线理的应变意义 四、线理的野外研究,劈理（cleavage)是发育于强烈变形的变质地质体中的一种构造形迹。被定义为一种能按一定方向将岩石分裂成无数薄片或薄板的平行面状构造。 为什么能劈成薄片呢？,1劈 理,一、劈理的概念,肉眼观察（宏观特征） 露头上表现为微片状凸起或条纹，用锤子敲击岩石时，将沿劈理裂开，指示着岩石内部纹理的存在，这种密集的裂面在野外地质中称为“劈理面”。 劈理用产状三要素来度量。,劈理（黑色纹理）,镜下观察

2、（微观特征） 仔细观察岩石粒度的形状、大小和结构时，发现劈理都有一定的组构： 劈理域（薄膜域）：平行或交织状硅酸盐岩或不溶残余物富集形成的三维空间实体。因为富含云母，也称富云母域,简称M域 微劈石（透镜域）：主要由长石、石英组成，缺乏新生矿物定向组构。也称石英域或长石-石英域，简称Q-F域。,劈理的宏观与微观特征对比,宏观特征：片状凸起或条纹,微观特征（镜下）：境域构造,原来岩石的可劈开性,源于三个方面： 层状硅酸盐集中定向排列 颗粒压扁拉长定向排列 存在组分分异条带,构成“潜在薄弱面”！,上述可见，劈理域的认识，使人们注意到劈理面不是一个简单的裂面，而是一条条由矿物晶带和其他难溶矿物组成的三

3、维空间实体，在大多数劈理域内，矿物都按一定方式重新排布，与两侧内部定向不良的微劈石在结构上和成分上逥然不同。,劈理域和微劈石疏密相间，平行排列而显示一种纹理，沿其造成了岩石的可劈性。 可劈性与岩石的矿物颗粒大小、定向以及矿物分异条带宽窄等有关。如岩石颗粒越细，劈开性越强，岩石薄片越薄；反之越厚。 劈理具有明显的各向异性特征，其发育程度及透入性状况往往与岩石所含的矿物定向程度和重结晶程度有关。,所谓透入性：指在观察尺度内的地质体中均匀连续分布的构造。反之，则称为非透入性。 透入性与非透入性是一个尺度的概念：如在一块标本尺度上，呈透入性的劈理，在显微尺度看来是划分性的；,透入性劈理,非透入性劈理,

4、相反，在手标本或露头尺度的化分性节理，在区域尺度与航空照片上看就成了透入性的节理网络系统了。,劈理域的形态及排布 形态：根据劈理的平面度分为平直的、粗糙的、锯齿状的、缝合线的。,据劈理的排布格式分：平行状、波状、平行四边形、多边形、菱形,劈理带的常见型式,劈理,流劈理,破劈理,滑劈理 （折劈理）,板劈理 千枚理 片理 片麻理,传统成因分类及其特征,C.K.Leith(1905)根据劈理的结构及其成因分为流劈理、破劈理、滑劈理三类。后来很多人将 板劈理、片理和片麻理也归为流劈理 的范畴，认为片理 和片麻理是流劈理 的高级形态。,二、劈理及其分类,1、流劈理： 变质岩中常见的次生透入性面状构造。它

5、是由片状、板状或扁圆状矿物或其集合体的平行排列构成。并能使岩石分裂成无数薄片的性能。 根据变质作用的强弱程度，矿物颗粒重结晶的大小给于不同的名称，即板劈理（板岩）、片理（片岩）和片麻理（片麻岩）。,板劈理发育于富泥质的低级变质岩中，矿物颗粒0.5mm, 具有良好可劈性。在显微尺度下，劈理域是由云母或绿泥石等层状硅酸盐富集或薄膜或薄层。微劈石是由富石英、长石等矿物的集合体组成，呈透镜状。 肉眼看不到结晶矿物，岩石为隐晶质。,玄武岩中的板劈理-拉脊山北侧,千枚理和片理共同点是肉眼可分辨结晶矿物。前者发育于富含泥质成分的千枚岩中，劈理面上具丝绢光泽。若结晶粗大，就称为片理。在复矿物组分的片岩中域组构

6、明显, 层状硅酸盐呈交织状围绕透镜状长英质域分布。具有组构连续、优选定向的特点并以其重结晶粗大显示自己特色。因此使岩石劈成透镜状或粗糙的板状。,内蒙奥陶系云母片岩,甘肃永登千枚岩,片麻理： 它由粒状矿物（长英质）组成的岩石中，由于含有部分呈断续定向分布的暗色片状或柱状矿物（黑云母、角闪石），使岩石显示出明显的面状定向组构，即片麻状构造。 片麻理和条带构造常伴生或交替发育。 有人认为是劈理岩石高度结晶的产物。 上述可见，他们是与组分定向排列引起的，尤其是粘土和云母等片状矿物定向排列的一种面理。是一种变形变质的产物。,内蒙元古界 黑云斜长角山片麻岩,2、破劈理,是指岩石中一组密集平行排列的破裂面。

7、并与岩石中矿物的定向排列无关。它与脆性破裂的节理之间没有明显的界线，实际上是一组密集的剪节理。破劈理常常是近平行的，表面可以是粗糙不平的，甚至是不连续的。因此往往是非透入性的。,3滑劈理： 是指一组切过先存面理的差异性平行滑动面，或先期面理微褶皱（皱纹）形成的面理，也称应变滑劈理、折劈理。,结构形态分类 鲍威尔（1979）根据劈理域组构特征分为：连续劈理和不连续劈理，后来Davis（1984）进行了修正。,（1）连续劈理：岩石中矿物分布均匀，全部定向，劈理域宽度极小，眼睛难以分辨出劈理域和微劈石的劈理，均称为连续劈理。根据连续劈理中的粒度或构造发育的程度，细分为板劈理、千枚理、片理。,（2）不

8、连续劈理：劈理域之间的间隔可以在肉眼尺度下加以确定，露头尺度或手标本尺度上就可显示出不连续的构造特征。 根据微劈石的结构又分为两大类：褶劈理、 间隔劈理,褶劈理：以一定间隔(0.1-10mm)切过先存连续劈理为特征， 早期连续劈理发生挠曲或褶皱。 根据劈理域的宽窄及其与两侧微劈石内组构的关系，分为：,褶劈理,带状褶劈理,分割褶劈理,劈理域与微劈石之间成渐变关系，似成带状，故称带状褶劈理。,劈理域比较窄，并切割了微劈石的连续劈理， 使相邻的微劈石截然分开。,间隔劈理 曾定名为破劈理，有时在显微镜下看到劈理域的主要成分是不溶残余物质，如粘土和碳质成分，尤其在微劈石间错开面上未发现擦痕磨光现象，当劈

9、理切断颗粒时，在相邻的劈理域或微劈石中未发现它截断的部分。说明是破裂成因的间隔劈理实质上与平行的细微剪破裂存在本质差异，因此，现在不少人提出，间隔劈理是压溶成因。,微剪破裂造成的无损耗位移,压溶分异造成的颗粒残缺和假位移,劈理,连续劈理 （流劈理）,不连续劈理,板劈理 千枚理 片理,褶劈理 （滑劈理） 间隔劈理 （破劈理，成因不同）,带状褶劈理 分割褶劈理,请对照两种分类的异同,三、劈理产出的构造背景 劈理无论从几何学上和成因上与褶皱和断层有关，研究它们的关系，对查明大型构造的形态和形成机制十分有益。同时，劈理作为一定变形的应变表现，也成为分析构造变形的物质依据。,1.轴面劈理是指其产状平行或

10、大致平行于褶皱轴面的劈理。轴面劈理与轴面的平行性取决于组成褶皱岩石的韧性、均一性和褶皱的形态。,岩性均一，平均韧性高、韧性差小的岩系里，轴面劈理域轴面平行性高,褶皱岩层韧性差较大，强弱岩层相间出现的岩系中，强硬岩层的褶皱中轴面 劈理自核部向外呈正扇 撒开，称正扇形劈理。 在较弱岩系里，劈理呈 反扇形收敛，构成 反扇形劈理（倒扇形 劈理）。 在强弱岩层分界处劈理 面就会发生转折，称为 劈理折射现象。,河口群红层中的断层 及断层劈理,正扇形劈理 反扇形劈理,在等斜褶皱中，劈理在褶皱翼与层理大致平行,2.断裂劈理是断裂带和其两盘岩石中的劈理。是在断层形成和两盘运动过程中形成的，实际上这种可叫次生构造

11、面理，包括糜棱面理。,断层劈理-拉脊山,河口群红层中的断层 及断层劈理,32,3、层间劈理 受岩性及层面控制，并与层理斜角的劈理。,4、 顺层劈理是指宏观上与岩性层界面近平行的劈理。实际上也可能是轴面劈理，局部是顺层的。属流劈理。,四劈理的应变意义和形成机制 （一）劈理的应变意义 1、劈理的产生主要反映岩石遭受压扁作用而发生的组构调整，因而劈理面一般代表应变椭球的压扁主平面（XY面），它与褶皱发育有关，常构成轴面劈理。,X,2、剪切变形形成的劈理与 应变椭球体的XY面关系,A、纯剪变形（应变）,B、简单剪切变形（应变）,XY面,Y,X,X,Y,劈理面,劈理面,3、由于岩石力学性质不同，因而其中

12、发育的劈理常以不同角度与层面相交，形成劈理折射现象，强能干层交角大，弱岩层中交角小。,变砂岩,板岩,板岩,4、某些劈理的产生与断层或韧性剪切带的发育有关（以后再讲）,（二)劈理的形成机制 关于劈理的形成机制看法不一，劈理研究历史比较长，在其形成机制上，存在有不同看法，概括起来：,但这种成因不能解释劈理域中的云母为何富集，而且也不能解释劈理域中扁圆状或透镜状石英的存在。,一）机械旋转 1856年索尔比(HCSurby)做实验而提出的。强调岩石受力后，岩石中的板状、长条状矿物要发生旋转，随应力的加大而优选方位越来越明显。,二）压溶作用 这是境域构造形成的主要机制之一： 劈理域中的石英等 易溶矿物迁

13、移成为富 层状硅酸盐的云母域 或不易溶解的残余构 称薄膜域 微劈石中的石英次 生增大，并成为拉长 形态定向排列。石英 物质来自于劈理域析 出及颗粒边缘压溶,溶去,须状结晶增生,10%,30%,50%,60%,垂直最大压缩方向褶劈理的形成过程,三）重结晶作用,垂直于最大压缩方向的生长。 如大理岩中的连续劈理即是方解石定向重结晶形成的。石英岩中劈理是由定向次生加大。,但，定向重结晶作用与机械旋转一样，不能解释域组构等问题。,四）晶体塑性变形 岩石中矿物颗粒通过晶体塑性变形作用，如位错蠕变或固态扩散蠕变，促使扁平状或长条状颗粒沿着应变椭球体 XY主应变面平行排列,矿物或颗粒出现优选方位，形成劈理。

14、总的来讲，不能把劈理的形成机制看成可以用一种能够解释那么简单，实际上，形成过程可能是比较复杂的，它是多种作用过程的结果。,（一）区分劈理和层理方法 寻找变余层理（S0)：层理的识别标志 （二）观察测量劈理和层理产状,五、劈理的观测方法,1确定顶底面。（地层面向）符合层序率的情况下，层理与劈理倾向相同： 劈理倾角地层倾角，正常层位；反之，倒转层序。,（三）劈理与层理几何关系的构造意义,层理与劈理倾向相反：正常层序,2利用 劈理可以确定正倒，恢复褶皱形态 转折端位置；,劈理与层理垂直：褶皱转折端位置 层理与劈理相交的锐角指向褶皱转折端的所在方向,3确定劈理岩石的应变状态和主应力轴,流劈理XY面，

15、Z轴，为挤压面 劈理近轴面； Z轴，轴面也是挤压面 请问主应力轴？,4观察劈理之间的交切关系，帮助建立构造序列。用S0 、 S1 、 S2 、 Sn 表示新老顺序，其中S0表示原生层理，其余为劈理。 5确定劈理岩石变形和变质状况 正确确定劈理岩石的变质岩名称，了解劈理及其发展的温压环境 观察劈理域层状硅酸盐矿物组合，变形程度和重结晶状况，用以了解变形变质作用的过程,一、线理(Lineation）：是指岩石中发育的各种线状构造。线理有原生的和次生的，原生的如砾石，次生的是在后期构造作用下形成的，今天所涉及的是后者，如小褶皱的枢纽、石香肠等。 线理是反映变形岩石运动学的良好标志，因此，他的研究对构

16、造分析是具有十分重要的意义。,2线 理,关于描述构造的符号，应分清三种不同的概念。,主有限应变： X Y Z 组构对称轴： A B C 单剪运动轴： a b c,以上三种坐标系的用法常被混淆，实际工作中，最容易测定的是主有限应变轴。它们与运动轴的关系与应变场类型有关：纯剪应变，两者互相对应；单剪应变，两者不对称,纯剪应变，三者互相对应；,简单剪切变形（应变）对应关系,注意！A线理与X轴方向不一致,A（X）轴：代表物质（运动）的流动方向，位于运动面上（AB面或XY面） 根据线理与A和B轴的关系分为： 线理运动方向平行A轴、称A线理 线理运动方向平行B轴、称B线理,变形岩石中依观察的尺度，可将线理

17、划分为: 小型线理:指露头或手标本尺度上透入性线状构造。 大型线理:指大中尺度上不一定具有透入性的线理。,二小型线理 1拉伸（长）线理 是岩石中的某种组分或标志体拉长而显示的平行定向线理。如拉长的砾石、矿物颗粒、岩屑、鲕粒或集合体等。,形成方式有两种,1、物质塑性流动过程中生成的伸长变形 它位于运动面（ab）上，指示物质变形的流动方向，代表应变椭球体的X轴方向，为A线理。 2、碾滚方式形成-搓辗软弱的高塑性粘土一样，使物质垂直于剪切作用的方向拉长，一般情况下线理褶皱枢纽，为B线理。,角砾岩构造透境体： 在大砾石的低压区基质发生塑性流动，小砾石被拉长，在透镜体表面可见拉伸线理，与透镜体长轴平行。

18、有基质流动线的不对称弯曲情况分析判断（左图），在透镜体发育时具有沿拉伸线理方向的右行剪切作用。母体砾石中的脆性破裂是先存的。,拉伸线理,拉伸线理,脆性破裂,拉长砾石,举例,2矿物生长线理 由针状、柱状等矿物的定向排列显示的平行排列的线理，最常见的是在递进变形过程中形成的矿物生长纤维。,如压力影、同构造脉中的生长纤维以及在滑动面上的滑膜晶体（类似擦痕）可明确表示岩石的运动方向,北京西山 板岩中压力影,A线理,断层面（ab面）上的滑膜晶体（方解石）,陡坎面向对盘运动方向,3皱纹线理 早期劈理或片理揉皱的枢纽平行排列显示的线理。或是滑劈理在先存面理上的小褶皱显示出来。B（型 ）线理,皱纹线理,举例,

19、在云母片岩中早期片理（S1）的片理褶皱（F2）中发育的褶劈理。在片理（S1）的“Z 弯折部位，褶劈理（S2）集中发育，劈理域间隔平均3mm,微褶皱近膝折型（黑色标志层），一翼拉薄。 在片理面上见两枢纽线理：L1矿物拉伸线理；L2皱纹线理。 根据片理S1和S2之几何关系，标本所处大构造的位置如附图所示,S1,S0,4交面线理 层理与面理（次生）的交线或次生面理与次生面理的交线。这两种线理一般属于B型线理，。,甘肃华臧寺-天祝县 板理与褶劈理交线,三大型线理 （一）石香肠构造 石香肠构造（boudinage）也称布丁构造。 它是在不同性质的岩系中受到垂直岩层的挤压而形成的一种构造。形似香肠，故称石

20、香肠构造。 根据硬岩层初始断裂的性质和方向，分为下列类型：,1 、张裂型石香肠：空间上呈四方柱状，平行褶皱枢纽排列；断面呈矩形。香肠体拉开部位（张裂）常被分泌脉充填。有时被楔入褶皱挤入，褶皱对称。,张裂及其脉充填,对称楔入褶皱,一般称为矩形石香肠,2、剪裂型石香肠 层面挤压，强硬层发生脆性剪裂破裂的结果。单体香肠呈菱形或四边形断面的斜方柱体。,菱形石香肠,梯形石香肠,3、粘滞型石香肠 层面挤压下，岩石平距韧性较高，其中相对强层受到拉伸形成。多形成透镜状、藕节状 、蝌蚪状等形态。当变形量大时，就可以称构造透镜体。,构造透镜体。,藕节状,蝌蚪状,4、褶皱式石香肠 岩石韧性更高的条件下，强硬层强烈褶

21、皱的基础上发育的；有时在强硬层被粘滞拉断以后，物质继续流动过程中进一步弯曲，或进一步旋转呈扭动型式，因而呈不规则形态。,石香肠与与纵弯褶皱的关系,石香肠长轴平行于 褶皱枢纽，B线理,特殊：石香肠沿两个方向拉开，形成巧克力方盘,香肠构造的几何参数和应力状态,横间隔,纵间隔,长,宽,高,窗棂构造是强硬层平行排列的拉长体，外形像哥德式教堂窗棂（圆柱状），詹姆斯称作窗棂构造 有不同成因，但共同点是形成在层面或其它先存面上，而不是层中。可以简单认为是强硬层面上一种大型槽纹。 常见的有：,（二）窗棂构造,节理式窗棂构造,1节理式窗棂构造 受纵节（张）控制，经常发育在褶皱转折端位置。长轴平行褶皱枢纽。,2肿

22、缩式窗棂构造 韧性差较大的岩层中，岩层受到挤压缩短时，与软岩层的接触的较厚岩层面上常著称泼状背形，软岩层则在背形之间相应形成紧闭的褶皱揳入。,硬岩层,软岩层,3褶皱式窗棂构造：发育在较薄的岩层里，是由一系列小圆柱状寄生褶皱组成。,窗棂构造与石香肠构造不同。前者反映了平行层理的缩短，而石香肠构造则反映了垂直层理的压缩。但窗棂柱的方向与香肠体的长轴一样，都代表了应变椭球体的Y轴，故亦为一种B型线理。,（三）杆状构造 杆状构造是由石英、方解石或其它成分的单一强矿物构成的棒状体。是强烈变质、变形分异作用的联合产物，碾磨而成的杆状构造。杆的长轴多与褶皱轴平行。,杆状构造与窗棂构造的主要区别是由变质变形过

23、程中同构造分泌物质所组成的。,（四）铅笔构造,它是泥质岩石或泥质板岩或粉砂质板岩褶皱岩层中常见的一种线状构造。通常由二组或二组以上平行面状构造交切、分割而成。有的是劈理与劈理交切，有的是层理与劈理交切。其规模一般决定于岩层的厚度和劈理的间隔。由于释荷作用的影响，使铅笔构造的各组交面裂开，从而在露头上呈火柴到棒状碎条，其断面多成菱形到多边形。,四、线理的观察与研究 1. 区分原生和次生的线理； 原生的，如层理与交错层的交线；河流砾石的定向排列；变质岩中残存的线理，如变余火山岩流线等。 2. 确定线理的类型 确定哪些是拉伸还是剪切成因的，确定A、b线理(与应变轴关系)；并分别进行描述测量，注意一定要在运动面上测量线理。,3. 正确进行线理定向，确定线理的运动轴型,利用桑德尔坐标系统分析与褶皱有关的线理的空间特征，可以得出如下关系,层间擦线可以指示相邻岩层运动的滑方向，线理层面走向