区域地质调查7.变质岩区调方法

1、第七章 变质岩区填图方法 20013.12.12第一节 概述一、变质岩区研究取得的重大进展 最突出的成就有以下八个方面：1.早期地壳的物质组成-高级变质区与花岗绿岩地体（低级变质）的关系 是硅镁质还是硅铝质？是刚性、塑性，还是刚塑性交替出现？众说纷云, 观点不一, 目前有3种认识， 二者是：不同时代、不同构造环境的产物， 二者是：同时代，但构造环境不同； 高级变质区是：花岗一绿岩地体深部产物。 据国外 多数资料看，二者可能属不同构造环境的产物（C .Kondie ) ，但也有相反的意见。 2.同变质构造的研究日益深入，取得了一些新的进展，改变了对变质岩系构造的传统认识：主要表现在对多期透入性构

2、造置换面理塑性环境下的褶皱构造、韧性剪切构造及同变质构造岩的研究，并根据不同的构造机制划分出具有区域意义或全球意义的不同构造类型。 (1) 韧性剪切带：是了解中深层次物质状态和构造特征的窗口，特别是前寒武纪变质地质学中受到普遍重视的重要构造现象。 (2)韧性剪切带：形成于碰撞挤压、上隆拉伸及走滑各种环境中，因而它常为推覆构造、滑覆构造和走滑构造的主要形式。它具有不同的规模，较大规模的韧性剪切带常是不同构造域或不同变质地质体的边界。 (3)韧性剪切带：是一个活动带，由于韧性推覆或韧性滑脱和走滑，常破坏地质体的原始空间关系，造成不同时代、不同空间部位的构造岩片堆叠、地层不连续，因而韧性剪切带的发育

3、程度是选择填图方法的重要依据之一。 黑脑包韧性剪切带(4)韧性剪切带：是热液活动和某些金属（如金）的成矿有利场所，近年来对它进行了地球化学研究，以了解化学元素活动状况及其与成矿的关系。 3.变质作用过程是一个与构造作用极为密切的动态的演变过程。一般认为： (1)克拉通早期演化阶段形成面积型高级变质作用区； (2)活动大陆边缘（挤压环境，多为造山带）形成带状线性无序构造变质带； (3)被动大陆边缘（拉伸环境）形成层状有序轻微变质区；克拉通内裂谷变质带，对应拉张和挤压环境的为裂谷的张合。 4.变质岩石是变质环境动态演化的产物-变质岩石学-变质地质学变质岩石学从静态的纯描述性的研究方法解脱出来，从多

4、期改造（变形、变质）的概念、事件序次演化的概念、改造事件的环境概念和改造事件的性质的概念出发进行变质岩石的宏观观察，并且结合微观观察，用动态和综合分析研究的方法，将变质岩石学研究演变扩展为变质地质学研究。 5.关于改造作用的问题是指对原岩建造或先存的变质地质体所施加的包括“位态”、“形态”和“物态”的后期改造作用，是一种在塑性环境下的特殊改造形式。改造作用包括构造变形、变质作用及化学元素的活动交代作用。 从改造作用总的趋势看，异常的次生趋同表现是改造作用发展的最终成果，但同岩的次生异化则是改造作用演化过程中的中间阶段或由于改造作用发展不均衡的结果。 6.地球化学工作方法日益成为研究解决变质地质

5、学领域中有关地质间题的手段当前主要趋向，一是与岩石成因相联系，二是与大地构造和地壳演化相联系（孙大中，1990 ）。当前在研究地质体的成因和地质作用方面最常用的元素为大离子亲石元素（LIL ）、亲硫过渡性金属元素（T ME ）、稀土元素（REE ）、放射性元素，以及C02 一H20 流体相。根据地质体的地球化学特征探讨地慢性状、原岩性质及环境（构造层次），区分不同的演化系列及划分对比不同的地质体，研究分异演化程度，探索大地构造环境及海陆环境，查明变质地质体形成的温压条件。 7. pT-t 轨迹与变质地体演化动力学的研究主要是通过在构造变形过程中温度、压力变化关系的研究探讨构造变动模式。目前已总

6、结出:p-T 一t 顺时针演化的大陆碰撞模式p-T 一t 逆时针演化的大陆拉张模式（李树勋），这些研究成果，不仅用于造山带，也用于高级变质区。 8.对变质岩系按照岩石地层（广义的）单位进行分类。这既是填图工作的需要，也是研究变质地质学的基础。以反映变质岩系岩石地层单位为基本内容的地质图，具有内容丰富、直观性和客观性强，在某种程度上反映了演化的动态过程，并具有表达方式灵活多样的特点。 二、变质岩区“区调”填图方法体系 在变质岩区进行地质填图应该正确处理建造与改造的关系，用构造分析的方法分析研究填图中有关变质地质学问题。变质岩区“区调”填图方法体系以构造变形、变质作用理论为指导，以同一成因类型原岩

7、建造的变质岩石或变质岩石组合填图单位为基础，以构造分析方法为手段，以地质事件为主线的填图方法体系。根据原岩建造的性质和改造作用的程度，可分为：1.构造一地层-事件法；2.构造一岩层-事件法；3.构造一岩石-事件法； 构造一地 (岩)层-事件法；三、 变质岩区研究内容及基本要求 1.浅变质的沉积岩和火山岩原则上按沉积岩区和火山岩要求进行。 2.查明变质岩石的矿物成分，结构构造，岩石类型及岩石化学，地球化学以及变形特征，恢复原岩。 3.查明不同岩石类型的空间分布以及它们之间的接触关系,建立序次。4.查明变质变形作用的特征类型、划分变质相带和相系，探讨变质作用发生、发展的地质环境。 5.研究变质岩的

8、原岩建造类型，探讨其形成的大地构造环境，以及变质作用和成矿作用的关系。6.根据变质、变形作用的特征及复杂程度和岩石类型，划分构造一地层单位、构造岩石单位，分别建立地层层序、变质岩层构造叠置序列,并研究其新老关系和岩石单位热动力事件演化序列。 第二节 变质岩区填图工作中常用的几个概念1.变质作用是指内生成因的热力学作用的总和，它使原岩经过这一转化，通过重结晶、结构构造的改变以及有时有新物质的加入，变为新的具有其特征的岩石类型。 2区域低温动力变质作用绿片岩相。它是强应力和低温条件下形成具有劈理和片理的低级变质岩系。它往往与构造作用紧密相关，主要见于不同时期造山带地区，如秦岭、天山等地。3 区域动

9、力热流变质作用它以出现递增变质带为特征。有明显的变形作用。构造环境以克拉通内裂谷为主，如山西的五台岩群均属裂谷中的火山一沉积岩系。4 区域中高温变质作用一般产于太古宙克拉通内，是地壳演化早期所特有的一种变质作用类型。形成角闪岩相或麻粒岩相的单相变质作用。一般不能划分递增变质带。地热梯度较高，一般为中压型和低压型，亦有高压相型。 5糜棱岩化作用“糜棱岩”一词源于希腊语“mylon ” ，原有磨碎之意。形成机制：韧性应变或晶体塑性变形相伴随的同构造重结晶作用造成的粒度减小。这一结论已被岩石变形试验、光学显微镜与电子显微镜观察所证实，并在1981 年4 月在美国彭罗斯召开的“糜棱岩的意义和成因”会议

10、上，得到各国学者的承认。 图2-23花岗质糜棱岩中的石英矩形条带构造 第三节 变质岩区工作方法、浅变质的沉积岩区-采用构造一地层一事件法 浅变质的沉积岩、火山岩，其构造不太复杂，可利用沉积示顶标志、构造指向、标 志层或标志层组合，经构造解析能建立恢复地层层序的地区，可以建立群、组、段单位，但 一般多是在填图工作中后期才能建立正式地层单位。填图单位仍按沉积岩区：群、组、段划分填图单位例如：太行山古元古代岩石地层单位划分为： 甘陶河群：南寺掌组、南寺组、嵩亭组二、中高级变质岩区-构造一地(岩)层一事件法构造一地层一事件法与构造一岩层一事件法两种填图方法，对层状无序无法建立层序的则采用构造岩层单位填

11、图。填图单位：岩群、岩组、岩段单位：是与群、组、段相对应的基本单位。构造一地(岩)层一事件法特点：层与层之间的界面大多数情况下为构造变形面，或者原岩石地层从整体上发生强烈的面理置换，从而破坏了岩石地层的原生叠置关系，使其失去了连续性而无法建立和恢复完整的地层层序的变质岩系。由于改造作用的不均衡性，有序、无序状态关系较复杂。 1.构造岩层单位的定义系指岩石地层经强烈的构造改造，使原来沉积叠覆关系遭受破坏而形成的一套岩层序列，是构造作用对岩石地层进行了既符合构造运动规律又受岩石强干性制约的分割，从而形成构造岩石地层单位。 每一个构造岩石地层单位的界面为构造界面，或者发生强烈的面理置换和片内构造变形

12、，使得难以或无法厘定岩石地层层序、建立岩石地层柱。(1)岩组的定义为构造界面所围限的一种岩石地层，更多的情况是两种以上的岩石地层组成的正式单位。(2)岩群的定义它一般是由区域性规模构造变质岩带所围限的多个组或岩组组成的高级正式单位，常常缺失群级岩石地层单位所固有的顶底不整合界面。岩群：反映不同大地构造环境的原岩建造类型和变质作用类型，以及重大区域性地质事件（如岩浆活动）区别于相邻的变质地体，并显示其做为群级单位的身分。相邻的岩群既可能属于不同造山带的产物（此时往往是由于远距离构造位移拼贴的结果），也可能属于超群就地改造的结果。 ( 二)原岩建造类型的恢复：按常规可从地质体的产状形态、岩层组合、

13、结构构造、图解判别及副矿物、矿物组合等方法来判别原岩性质。 ( 三 ）示顶标志的判别：示顶标志是鉴定地层层序的标准。它包括在沉积过程中形成的原生构造和后期构造变形所形成的次生构造形迹。 1.原生沉积标志： 原生层状构造在浅变质岩系一般可以保存，有时在角闪岩相变质岩系中亦能看到。 原生沉积构造，主要是指沉积过程中形成的，并能指明层序新老关系的某些特征。据原生沉积构造所产出的构造位置不同，其意义也有所不同。2.次生构造标志：( a ）劈理降向：在一次褶皱中（即层褶皱），利用褶皱中的劈理降向、以及劈理（S1 ）产状和层理（S0）产状关系，不仅可以判别地层正倒，还可以确定轴面位置和褶皱形态。在褶皱转折

14、端处，劈理（S1 ）与层理（S 0）近直角；在翼部，其劈理降向发生变化，即当劈理降向相向时为背斜，相背时为向斜。当岩层为正常翼时, S 0 与S1倾向一致，倾角S1 S0 。或S 0 与S1倾向相反；当岩层倒转时， S 0与S 1倾向一致，倾角S0 S1 。A 劈理的降向在垂直于组构面线的平面内，晚期组构面为了平行于早期组构面，其旋转的上部分量水平投影所指示的方向(图427)3.褶皱倒向：在一次褶皱形成的多级组合褶皱中，运用同期形成的不对称小褶皱的倒向来确定大褶皱转折端位置，可取得良好效果。还可用次级不对称褶皱轴面（S1 ）与层理（S0）产状关系及小褶皱形态（符号表示）来判断大一级的褶皱转折端

15、及地层产状的正倒。在叠加褶皱区，只能用同期形成的不对称褶皱倒向、符号、锐夹角指向等来判断大一级的褶皱形态，及其所处构造部位和褶皱地层的正倒。当褶皱两翼倒向一致或发生不同规律的褶皱倒向时，则说明有早期平卧褶皱存在；不对称次级小褶皱不对称的大褶皱中如果属于圆柱状褶翼的次级小褶皱多呈对称分布，但都是一翼长，一翼短；一翼像Z字，一翼像S，故常称Z型或S型次级褶皱。在背斜构造中，小褶皱从左翼开始一核部(转折端)+右翼，分别表现为Z型+M型+S型；如果在向斜中则从左翼到右翼，小褶皱的形态则是由S型+W型+Z型。a，小褶皱早于大褶皱时，大褶皱中的小褶皱轴面的组合形式如发散状(图433a)。b，小褶皱晚于大褶

16、皱时，小褶皱的轴面作平行排列(图4-33b)4.构造面向：是在已确定有褶皱存在的前提下，利用原生沉积构造标志来反映褶皱的性质及特征。 ( 四）重建层序的方法：1.层状构造性质的鉴别：变质岩区普遍发育各种性质的层状构造（包括条带状构造），研究和鉴别这些构造是原生层构造( S0），还是次生层构造( S1或S2 ），是建立层序的关键所在。如果对它们的性质不加研究和区别，特别是对由早期大型平卧或倒覆褶皱所形成的轴面构造不加以鉴别，统把面理和条带当成原生沉积构造（层理）来看待，并据此建立层序，进行地层划分，必将导致错误结果。 2.真假沉积构造的观察：要认真研究各种构造假象，并充分利用综合标志来区分是原生

17、沉积构造还是次生构造变形。3. 褶皱转折端的找寻：在确定褶皱已存在的情况下，就要通过褶皱两翼岩层或沿劈理面上观察岩层变新方向，确定构造面向，藉以判断褶皱的性质，同时根据褶皱枢纽及交面线理（S0 Sl或Sl / S2）来确定褶皱的位态特征。 4.地（岩）层产状的确定：通过对褶皱包络面的研究来确定因为地（岩）层产状及出露线在很小范围内就会发生变化，总体地层产状和局部产状可出现不同情况。地层出露线由总体产状（即褶皱包络面和地形相切的V字形法则）来决定，而与局部产状所控制的出露线相差甚大。因此，可据平面、剖面图的不同比列尺要求，对次级褶皱作归并处理，用相应一级的褶皱包络面来勾绘地层界线，简化连线方式，

18、确定地层总体产状。二、构造一岩石一事件法在以变质侵入体为主的变质岩区，由于侵入岩均已遭受了较强烈的、甚至是多次的变质一变形作用的改造，使原始的侵入体岩貌及组构特征已基本或大部分消失贻尽，并被改造成为各类长英质片麻岩和麻粒岩，其原岩是古老的深成岩，则应采用构造一岩石一事件法进行填图。(一)构造岩石单位 1.定义 是指构造变形复杂、变质程度较高（一般为角闪岩相一麻粒岩相）的侵入体。它们的原生结构构造已基本消失，以致无法进行谱系单位划分或归并方面的研究。可按构造岩石单位填图 。 2.填图单位的划分： ( 1)片麻岩体 (2)片麻岩套 (3)片麻杂岩、片岩、杂岩(原岩性质不明时分别使用之)。(1)片麻

19、岩体大致相当于侵入体或单元的由单一岩体构成的正式岩石单位。(2)片麻岩套由两种以上具有演化关系的变质侵入体所组成的正式岩石单位。它们的时空分布关系密切，但由于改造作用强烈，无法厘定其时序关系，然而能按其不同的岩石类型进行填图时，称为片麻岩套。当对其内部无法按岩石类型进行填图时，则采用片麻杂岩岩石单位名称。它大致相当于超单元。 (3)非正式单位如对其内部各变质侵入体无法进行划分时，则使用非正式单位片麻杂岩、片岩、杂岩：原岩性质不明时分别使用之。(二)野外识别标志：1. 不同岩石之间的切割关系；2.所含包体或捕虏体的差异；3. 所含脉岩的特征；4.注意岩石填图单位之间的接触界线的变化：同一岩石填图

20、单位不同岩石类型之间界线是过渡的。而不同岩石填图单位之间的界线有的清楚、截然，有的显得模糊，但界线两侧岩石都有明显差异。(二)长英质片麻岩的研究内容和方法：1. 岩石类型的观察和研究： 由于长英质片麻岩（特别是麻粒岩相）经常含有大量的包体、脉体，又经历了复杂的变形、变质、局部重熔等作用的改造，在露头上岩石的矿物种属、含量以及结构构造的变化都是很大的、不均一的。所以要从整体岩石的基本特征观察研究岩石的矿物组成和结构变化，以及不同岩石类型或同一岩石类型不同组构之间的关系。 因此，在野外观察和研究中就要建立起沉积、火山、侵入、变质和变形等事件的顺序。 2.包体的观察和研究：产在花岗质岩石中的包体，从

21、其来源与花岗质岩石之间的关系，可分为同源包体（残渣、残留体）和异源包体（捕虏体）。 异源包体（捕虏体）辉长岩捕虏体3. 脉体的研究：长英质片麻岩中不同成因、不同期次、不同类型的脉体均很发育，对脉 体的种类、内部组构、产状、形态、变形变质特征以及与主体岩石之间的关系等都要注意观察描述和研究。内蒙包头市黑脑包地区化探找矿远景区地质图-基性岩脉 比例尺：1：10000辉绿岩脉4.变形的研究：( a ）对面理和线理的形态、发育程度及其运动学标志，如片理面、多期面理、线理和复合面理等进行研究；( b ）对褶皱的形态、规模、产状类型及卷入褶皱中的地质体等研究，要注意区分包体中残留的褶皱、与剪切带伴生的曲线

22、型小褶皱、鞘褶皱，具有区域尺度的褶皱和叠加褶皱，以及麻粒岩相条件下由于岩石塑性流动造成复杂的塑流褶皱现象；( c ）注意观察研究长英质片麻岩中经常发育的不同期次、不同构造层次、不同尺度的韧性剪切带。其中要特别注意对叠加褶皱、韧性剪切带的观察研究，并将它们明确地表示在地质图上。 1韧性剪切带中糜棱岩构造特征5. 变质作用的研究：变质作用是地壳形成和演化过程中，由于地壳的变化或地壳与地慢相互作用引起的一件重要地质作用。 它基本上是在固态条件下，由于温度、压力或应力作用使原来的岩石的矿物成分和结构发生改变，同时形成相应的变质岩石。 变质作用类型的划分是：以反映热流变化的变质相和变质相系为基础，并结合

23、变质作用在发生发展期间的大地构造环境。研究内容包括：( a ）变质作用的起始态，即大地构造环境和原岩建造；( b ）变质作用的进行态，主要包括反映变质作用物化状态的变质带、变质相、变质相系，以及pTt 轨迹；( C ）变质作用的后继态，主要与变质作用有关的花岗质岩浆作用。其中最重要的是正确鉴别划分变质相，变质相的研究不仅靠镜下对岩石进行矿物学、矿相学研究来完成，同时在野外要观察研究岩石的变质特征、确定变质相的空间、时序关系及相互转变的特征，研究变形作用和变质作用之间的关系等，尤其要注意麻粒岩相的退变质及其与变形作用的关系，以正确识别判断变质相。6.长英质片麻岩的岩石学、岩相学和地球化学研究。（

24、a ）显微镜下对岩石的矿物和组构进行深入的测试研究，特别是对它们复杂世代关系、转变特征，结合野外地质关系进行分析研究，以解释不同矿物和不同组构的地质意义；( b ）对岩石进行常量元素、微量元素、稀土元素以及同位素地球化学的研究。绿泥糜棱片岩糜棱结构、眼球构造7. 长英质片麻岩时代的确定： 通过不同的岩石单位之间的切割关系以及所含包体、脉体，与变质变形事件之间的关系来确定其相对时代。 同位素年龄测定方法：可据情况分别采用锆石U 一Pb 一致线、Sm 一Nd 法、Rb 一Sr 法等。1ABC判断某金矿区石英脉穿插新老关系(三).变质基性岩墙的研究：目前已成为前寒武纪基础地质研究课题之一。提供地壳早

25、期的构造特征、陆壳的状态，通过岩墙群的分布重建刚性大陆地块，采用地球化学方法研究模拟产生基性岩墙的岩浆源，分异出岩浆源的地慢的物理和化学过程，为寻找铬、镍等矿产提供线索。因此，分析研究变质基性岩墙对划分填图单位，搞清地质构造特征、确定地质事件顺序，为普查找矿和科研提供基础资料，都有较重要意义。 变质基性岩墙的研究内容有： 1. 详细观察描述岩石的主要矿物组成和组构（包括原生的、变形的）以及它们的均匀程度、变形、变质作用，是否有其他岩石或矿物的包体、混合岩化现象等。 2. 形状、产状、规模、密集程度及排列方式、与围岩的关系。 3. 内部构造研究：如内部组构和矿物成分是否均一，有否冷凝边以及是否出

26、现新生的叶理等。 4.变形特征的研究：岩墙是否遭受变形作用的改造、形成的褶皱样式和不同部位的变形程度；在后期改造作用强烈的地区要注意与包体的区分。 5.岩石学、矿相学和组构特征的显微镜下观察研究：岩石的矿物学、矿相学特征，分析不同世代矿物、组构的形成条件和相互转变的特征，阐述区域岩浆作用、的内在联系。 6. 地球化学研究：主要通过岩石的常量元素、微量元素、稀土元素，甚至某些同位素，对岩墙的物质成分特征进行研究、划分对比，了解岩墙的原始岩浆及分异出岩浆的地慢特征。此项工作视测区条件和要求选择进行。 (四)地质事件序列的研究与地质事件表的建立在变质岩区进行区域地质填图工作中，要求得到研究区内地质事

27、件序列和地壳构造形成与演化规律的认识。但在变质岩区，多期、多相的构造一变质事件的改造和叠加，往往使地质事件序列遭到程度不同的破坏，甚至造成某些事件的完全消失，从而形成了许多令人费解的奇特地质现象。 区域地质事件研究内容：1.变质岩石系列和岩石关系研究：变质岩石系列是指填图区内变质表壳岩和变质侵入岩形成与演化的自然序列。对变质岩石系列建立，是依据其形成的自然过程，将其具有密切共生关系的一套原岩建造，划归为一个特定的地质单元，排列在特定的位置上。因此，变质岩石系列的建立，是确立变质岩区地质事件的基础。要特别注意抓住具有计时标志性质的地质体或地质单位（简称标时体）的研究，如：基性岩墙群的研究，它是划

28、分地壳构造演化阶段和不同岩性单位的依据，也是研究大陆壳刚性块体开始处于拉伸变形状态的主要记录。 2.构造变形序列的建立 构造序列与构造形迹组合的研究：( 1）构造序列：是指在强烈构造运动旋回或造山期，由于地壳运动的脉动性，即地壳运动的激变期与宁静期的交替，往往在同一构造旋回期内依次出现多个激变期，与其相应出现了多个变形幕。这样就出现在一个构造旋回期内由多个变形幕所形成的多个构造形迹共生组合，它们按形成先后依次出现。( 2 ）构造形迹组合：指某一特定的空间部位（一定的构造相），在同一变形幕中，在成因上有密切联系的各项构造要素总和称为构造形迹共生组合，或称为一个世代构造。变质岩区，尤其复杂变形区内构造序列与构造形迹组合的研究，是变质岩区地质事件表内不可缺少的内容。3.多期、多相变质作用及变形作用关系的研究：岩石中的变质作用及其演化，它不仅与区域性热流状态有关，而且也与区域动力条件有密切关系。因此时常表现出明显的多种变质作用类型、多相变质及多期变质作用共存。查清多