线理讲义课件

第七章(二）线理

线理是岩石中发育的一般具有透入性的线状构造。根据成因，线理可分为原生线理和次生线理。前者是成岩过程中形成的线理，如岩浆岩中的流线;后者是指构造变形中形成的线理。本章只讨论次生线理。根据观察的尺度，可将线理划分为小型线理和大型线理，前者指露头或手标本尺度上透入性线状构造，后者指大尺度上不一定具有透入性的线理。六月231第一节小型线理

在强烈变形岩石中，常常弥漫着各种微型或小型的线理，其形态和成因各异，主要有以下几种:一、拉伸线理拉伸线理是拉长的岩石碎屑、砾石、鲕粒、矿物颗粒或集合体等平行排列而显示的线状构造(图7-1A)。它们是岩石组分变形时发生塑性拉长而形成的。其拉长的方向与应变椭球体的最大主应变轴－X轴方向一致。故为一种A(a)轴线理。另一种是由于剪切作用,使物质发生辗滚而拉长,拉长方向垂直于物质辗滚方向,这种拉伸线理为B(b)轴线理。A(a)轴线理垂直于褶皱轴,B(b)轴线理平行于褶皱轴。六月232二、矿物生长线理矿物生长线理是由针状、柱状或板状矿物顺其长轴定向排列而成(图7-1B)。矿物生长线理是岩石在变形和变质作用中矿物在引张方向重结晶生长的结果。因而矿物及其纤维生长的方向往往指示岩石重结晶或塑性流动的拉伸方向。一般平行于应变椭球体的长轴方向排列，故为一种A型线理。六月233图7-1线理的类型A.矿物集合体定向排列显示出的拉伸线理;B.柱状矿物平行排列W成的生长线理;C.面理揉皱形成的皱纹线理;D.交面线理(据F.J.Turner和L.E.Weiss略改，1960)六月234三、皱纹线理皱纹线理由先存面理上微细褶皱的枢纽平行排列而成(图7-1C)。微细褶皱的波长和波幅常在数厘米以下，或仅以mm计。皱纹线理的方向与其所属的同期褶皱的枢纽方向一致，垂直于运动面上物质的运动方向，为B(b)轴线理。需要指出的是，某些面理上的X型极细微的皱纹线理，是X型微剪节理与面理交切的结果。四、交面线理交面线理是两组面理相交或面理与层理相交形成的线理(图7-1D)，常平行于同期褶皱的枢纽方向，为B(b)轴线理。六月235第四节大型线理

变形或变质岩石中常发育一些独特形态的粗大线理，一般不具透入性，但在大尺度上观察，也可看作是透入性的，主要有石香肠构造、窗棂构造、压力影构造等。一、石香肠构造石香肠构造又称布丁构造(boudinage)，是不同力学性质互层的岩系受到垂直或近垂直岩层挤压时形成的。软弱层被压向两侧塑性流动，夹在其中的强硬层不易塑性变形而被拉伸，以致拉断，构成断面上形态各异、平面上呈平行排列的长条状块段，即石香肠。六月236

在被拉断的强硬层的间隔中，或由软弱层呈褶皱楔入，或由变形过程中分泌出的物质所充填。因此，石香肠构造实际上是各种断块、裂隙与楔入褶皱或分泌物其充填的构造组合。为了描述和测量石香肠构造在剖面上及层面上的大小并标定其方位，必须从三度空间来进行其长度(b)、宽度(a)、厚度(c)以及横间隔(T)和纵间隔(L)要素的观察和测定(图7－2)。六月237图7-2石香肠构造的要素及反映的应力方位(据马杏垣，1965)a.石香肠的宽度;b.石香肠的长度;c.石香肠的厚度;L-纵间隔。T-纵间隔六月238

从石香肠构造的形成可知，其长度指示了局部的中间应变轴(Y轴)。故石香肠实际上可看作一种B型线理。石香肠的宽度指示拉伸方同(X轴)或局部的最小主应力(σ3)方向;厚度指示压缩方向(Z轴)或局部的最大主应力(σ1)方向。石香肠构造的三维空前形态一般不易观察，所以对其横断面的描述较多，马否垣曾按其横断面的形态划分为矩形、梯形、藕节状和不规则状等几种类型(图7－3)。石香肠的横断面上形态的变化主要取决于两个因素:①岩层之间的粘度差;②强硬层所受拉伸作用的强弱。六月239锡矿山地区马颈坳一带C1d地层中发育的石香肠构造(A.碳质页岩;B.灰岩)AB六月2310

当岩层间的粘度差很大，最强硬岩层在应变很小时就出现张裂，进一步的拉伸使断块分离，则形成横剖面上为矩形的石香肠(图7－3A，图7-4中第1层)。当岩层的粘度差为中等时，较强硬的岩层常常先发生明显的变薄或细颈化，进而被剪裂而拉断，形成菱形或透镜状的石香肠(图7－3B、图7－3C、图7-4中第2、3层)。如果岩层中的粘度差很小，则相对强硬的岩层可能只发生肿缩，形成细颈相连的藕节状石香肠(图7-3C、图7-4中第3层)。软弱层的塑性流动使石香肠体的边缘受到剪切改造，原为矩形的石香肠体可以变成桶状和透镜状，端部成鱼嘴状(图7－4)。六月2311图7-3北京西山各种石香肠的形态(据马杏垣,1965)A.矩形石香肠;B.菱形石香肠;C.藕节形石香肠六月2312图7-4石香肠构造的递进发展图示(据J.G.Ramsay，1967)

强岩层1、2、3和4，按强度递减的顺序排列，第四层与介质的性质相同;A-C代表变形的发展方向六月2313

在石香肠化的岩石中，常见有石香肠体相对于围岩的层理发生一定角度的偏转甚至旋转。这些现象可能是顺石香肠的层理剪切作用的结果。但石香肠体的旋转也可以由于强硬层的延长方向与应变主轴斜交所致。旋转石香肠体常以角度不对称为特征，各石香肠体之间的楔褶皱也旋转成一翼长一翼短的不对称型式。石香肠构造的三维空间的变化反映不同的应变状态，当应变处于单向拉伸的平面应变时(即λ1＞λ2＝1＞λ3)，则强硬层只发育一组石香肠(图7-5A)。当应变处于双向拉伸时(即λ1＞λ2＞1＞＞λ3)，强硬层将向两个方向张裂形成“巧克力方盘”式石香肠构造(图7-5B)。六月2314图7-5石香肠构造(据R.G.Park修改，1963)A.长条状石香肠构造;B.两个方向拉伸产生的“巧克力方盘”石香肠构造六月2315二、窗棂构造

窗棂构造是强硬层组成的形似一排棂柱的半圆柱状大型线状构造。棂柱表面有时被磨光，并蒙上一层云母等矿物薄膜，其上常有与其延伸方向一致的沟槽或凸起，并常被与之直交的横节理所切割。窗棂构造常沿着强弱岩层相邻的强硬层的界面出现(图7-6和图7-7)。一系列宽而圆的背形被尖而窄的向形所分开，形成嵌入式“褶皱”。软弱层总是以尖而窄的向形嵌入强硬层，强硬层面呈圆拱状的背形突向软弱层，从而铸成一系列圆柱形的肿缩式窗棂构造。六月2316图7-6砂岩层和板岩层接触面上的窗棂构造(据A.Pilger等,1957)图7-7北京大灰厂奥陶系白云岩卷曲形成的窗棂构造(宋姚生据照片素描，1978)六月2317

实验证明，窗棂构造是岩层受到顺层强烈缩短引起纵弯失稳形成的。实验还证实窗棂构造的主波长与强弱岩层之间的粘性差有关。此外，也有人把外貌与一排棂柱相似的褶皱构造称为褶皱式窗棂构造。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。六月2318三、杆状构造

杆状构造是由石英等单矿物组成的比较细小的棒状体。杆状体常产出于变质岩内小褶皱的转折端。杆状体的长度一般较小，从数厘米至十数厘米。与窗棂构造的主要不同在于多数杆状体是由变形过程中同构造分泌物质所组成。最典型的杆状构造是石英棒组成的杆状构造(图7-8)。石英棒的物质来源于硅质岩石，在变质过程中分泌出来并集中于褶皱转折端低压带，以石英脉形式产出。也有一些石英棒是先存的石英细脉随着围岩的褶皱辗滚而成。此外，断层作用造成的低压空间也有利于石英、方解石的沉淀，因辗滚而形成石英棒、方解石棒，产出于断裂带中。六月2319图7-8硅质片岩中的石英棒(Q)(据G.WilsOn，1961)

六月2320四、铅笔构造

铅笔构造是轻微变质的泥质或粉砂质岩石中常见的使岩石劈成铅笔状长条的一种线状构造。根据铅笔构造的形成作用，可分为两类:①劈理与层理交切的结果或剪切面与层理交切的结果;②成岩压实与顺层挤压变形共同作用的结果。

(1)交切面的铅笔构造

通常是透入性劈理面或剪切面与层面相交而成。交面的铅笔构造常具有较规则的断面形状，平行于同期褶皱的褶轴。六月2321(2)压实与变形共同作用下形成的铅笔构造其形成过程如下:初始泥质和粉砂质沉积物在垂直层面的压实作用下，随着沉积物的压实和孔隙水的排逸，引起原始沉积物的体积损失，形成单轴旋转扁球体型的应变(图7-9A)。在其后的构造变形中，由于平行层理的压缩及沿垂直方向的拉伸，使岩石变形成单轴旋转长球体型，其应变椭球体的轴值X＞Y＝Z。这时，片状、柱状和针状矿物发生旋转，顺X轴方向定向排列，致使岩石顺X轴方向易于劈开。岩石可破裂成大小不一的碎条，称作铅笔构造(图7-9C)。这种铅笔构造最主要的特征是没有面状构造要素，横截面常呈不规则的多边形或弧形(图7-10)，其长轴虽平行于岩石中有限应变椭球体的X轴方向，但是又平行于区域构造变形的B轴方向(图7-9C)。六月2322图7-9铅笔构造的发展阶段及应变状态示意图(上图)(据J.G.Ramsay，1983)A.页岩的初始压实阶段B.早期变形阶段;C.铅笔构造阶段，D.为构造应变轴图7-10铅笔构造(据J.G.Ramsay，1981)(下图)六月2323五、压力影构造

压力影构造是矿物生长线理的另一种表现，常产出于低级变质岩中。压力影构造由岩石中相对刚性的物体及其两侧(或四周)在变形中发育的同构造纤维状结晶矿物组成(图7-11)。岩石中作为相对刚性的物体的有黄铁矿、磁铁矿、还有化石、砾石、岩屑和变斑晶等。变形一般不强，只出现微破裂、波状消光、变形纹等。核心物体两侧的结晶纤维常由石英、方解石、云母或绿泥石等矿物组成。六月2324

在应力作用下，这些相对刚性的物体在变形时将引起局部的不均匀应变，使其周围的韧性基质从相对刚性的物体表面拉开，形成低压引张区，为矿物提供了生长的场所。在压溶作用下，基质中易溶物质从矿物界面上发生溶解，并从受压边界向低压引张区运移，沿着最大拉伸方向(X轴)生长成纤维状的影中矿物。纤维的生长方向随着变形过程中最大拉伸轴方向的变化而变化。因此，相对刚性的物体两侧的影中矿物的不同形状反映了不同的应变状态在挤压变形或纯剪变形中，相对刚性的物体两侧的结晶纤维常呈对称状(图7-11A、B)。六月2325图7-11不同类型的压力影(据A.Nicolas，1987)A.垂直核心矿钩表面的石英纤维;B.垂直核心矿物表面生长的四组石英纤维;C.单斜对称的石英纤维六月2326

在单剪作用下，随着非共轴的递进变形;最大主应变轴(X轴)发生偏转。因此，相对刚性的物体两侧的结晶纤维呈现出单斜对称的形状。对黄铁矿晶体进行旋转变形模拟实验结果表明不对称的影中矿物的结晶纤维生长情况随着剪切应变量的大小呈有规律的变化。因此，通过对压力影构造中矿物结晶纤维生长方向的测定，可以确定变形的主应变轴方位及其变化。六月2327第三节线理的观察与研究

在变形岩石中，除了次生的线状构造外;，还可能残存原生的线状构造，如砾石的原生定向排列、岩浆岩的流线等。因此，在野外地质观察中，首先要区分原生线理和次生线理。在区分两者时，除在单个露头上注意研究线理的主要特征外，还要在更大范围内研究它们展布规律及其与其他构造的关系，这样才能查明真成因，区分两类线理。六月2328

确定了次生线理后，还要根据其基本特征确定线理的类型。线理在空间方位的确定是识别线理类型和确定它与所属大构造几何关系的关键。测量线理产状也同测量其他线状构造的产状一样，量度其指向、倾伏角、侧伏向和侧伏角。值得注意的是，测量线理产状时，切忌把任意露头面上见到的相互平行的迹线当作线理。线理只有在面理面上的线状迹线才是真正的线理。如图7-12，只是在面理面(S1)上看到的拉长矿物集合体的定向排列，才是真正的线理，其他切面上的线状方向或“长轴”定向排列，都不是真正的线理。因此，线理的测量一定要在与其伴生的面理上进行。六月2329图7-12拉长的砾石所显示的线理(据E.Cloos，1946,改编)

只有在面理S1面上，才能看到砾石的最长轴，其他断面上看到的都是视伸长轴六月2330

线理还是构造运动学的重要标志之一。它们既能够指示构造变形中岩石物质的运动方向，又能用于分析构造变形场内岩石的有限应变状态。一般地，在挤压、拉伸和压扁等情况下，构造变形中运动学坐标系a、b、c轴(图7-13)的方位与应变椭球体的主应变轴X、Y、Z轴(或A、B、C轴)的方位一一对应，互为一致。在这种情况下形成的拉伸线理、矿物生长线理等的方位既能代表变形岩石中物质的运动方向，又能代表岩石有限应变椭球体的最大主应变轴--X轴的方位;而石香肠、窗棂构造和皱纹线理等的方位则代表了岩石有限应变椭球体的中间应变主轴－Y轴的方位。六月2331图7-13运动面的坐标系(据J.G.Dennis，1967)a.在运动面ab上，平行运动方向b.在运动面上，垂直于a轴图7-14单剪作用下的运动学坐标系(A)和应变椭球的主应变轴(B)六月2332

但在简单剪切变形中两者并