1、第七章 面理和线理从几何学的角度来看，任何地质构造都可以概括成面状构造与线状构造两类。断层面、节理面、褶皱的轴面以及劈理、片理、片麻理等都属于面状构造；褶皱枢纽、柱状矿物的定向排列、各种构造面的交线都属于线状构造。面理和线理是面状构造和线状构造中比较广泛发育的两大类型。两者均有原生及次生之分，根据面状构造与线状构造在岩体中的分布特点，可分为透人性的和非透人性的。所谓透入性的构造是指在一个地质体中按一定的规律均匀而连续分布的构造，一般它们是呈隐蔽状态的，经风化后才显示出来。它们反映了地质体的整体呈均匀地发生变形。而非透人性构造是指仅仅产出于地质体的局部的构造，如在露头上见到的断层面或节理面，变形
2、主要集中在断层面或节理面及其附近，其间的岩块很少或没有受到变形。透入性与非透人性是相对于观察尺度而言的。有些节理和断层在小型尺度范围内是透入性的，而在微型尺度上就不具有透入性。同样，某些节理和断层，在小尺度范围内是非透入性，但从区域尺度观察（如从卫星照片上观察），则是平行排列均匀分布的断裂组就可以看作是透入性构造。本章讨论的面理和线理，就是广泛分布于强烈变形岩石当中，在露头上和手标本上（即小型尺度上），所看到的透入性面状构造和线状构造。第一节 面 理透入性的面状构造称为面理，原生的面理构造主要出现在沉积岩与岩浆岩中，次生的面理则发生在变质岩中。本章主要介绍变形变质过程中形成的、展示于手标本和露
3、头尺度上的次透入性面状构造。面理可由矿物组分的分层、颗粒变化显示出来，也可由近平行的不连续面、不等轴矿物或片状矿物的定向排列，或某些显微构造组合所确定。广泛发育于变形变质岩石中面理具有多种类型（图 7-1），本章主要讨论劈理。图 7-1 各类面理示意图（a）由组分分层显示出来的面理 （b）由颗粒大小变化显示出来的面理 （c）由近平行的不连续面显示出来的面理 （d）:通过矿物的优选方位定向排列显示出来的面理 （e）由板状矿物或透镜状矿物集合体优选方位显示出来的面理 （f）由组分分层以及颗粒的优选方位联合作用显示出来的面理（a） （b） （c）（d） （e） （f）一、劈理的概念次生面理包括劈理、
4、片理、片麻理等，是变质岩中最常见的构造现象。劈理，是一种由裂面或潜在裂面将岩石按一定方向劈成平行密集的薄片或薄板的构造。这种裂面或潜在裂面称为劈理面，相邻两劈理面之间所夹的薄板状岩片，称为微劈石(De Sitter，1964)。劈理的基本微观特征之一是具有域构造，表现为岩石中劈理域和微劈石相间平行排列（图 7-2）。劈理域一般是由层状硅酸盐矿物(和要是云母)或不溶残余物富集成的平行或交组状的薄条带或薄膜组成。劈理域中原岩的结构和构造被强烈改造，矿物和矿物集合体的形态或晶格具有显著的优选方位。微劈石是夹于劈理域间的窄的平板状或透镜状的岩片。微劈石中与劈理域间的边界可以是截然的，也可以是渐变的，它
5、们紧密相间，使岩石显现出纹理。正是由于劈理域内的层状硅酸盐的定向排列使岩石具有潜在的可劈性。二、劈理的类型传统的劈理的分类和命名方法是根据劈理的成因和结构将劈理划分为三种基本类型：板劈理（流劈理）、破劈理和滑劈理。鲍威尔（C.Mca.Powell，1979）首次提出根据劈理的域构造进行分类的方案，戴维斯（G.H.Davis，1984）又做了说明，根据劈理域的特征能识别的尺度，把劈理分为两大类：1连续劈裂如果劈理域很狭窄，借助偏光显微镜和电子显微镜才能分辨，这种劈理称为连续劈理。根据劈理中的粒度或域构造发育的程度，连续劈理可分为板劈理、千枚理和片理。（1）板劈理。发育在细粒的低级变质岩中的透入性
6、面状构造，以板岩中的板理为典型。矿物粒径一般小于 0.2mm。板劈理使板岩具有良好的可劈性，使岩石劈成十分平整的薄板（图 7-3）。（2）千枚理。千枚理的特征介于板劈理与片理之间。主要发育在富泥质的千枚岩中，在露头上以柔和绚丽的丝绢光泽为其主要特色（图 7-4）。（3）片理。发育在中高级变质岩中的透入性面状构造（图 7-5）。它与板劈理的区别是结晶程度的差异。晶体的粒径大于 0.2mm，一般在 1-10mm。片理使岩石裂开程度不像板岩那样完美，常劈成透镜状或粗糙的板状。 图 7-3 板劈理（陕西紫阳）(a) (b)图 7-2 劈理的结构（劈理域和微劈石）(a)劈理域 (b) 微劈石（图 7-4
7、）千枚岩镜下照片素描（图 7-5）片理野外照片（黑云母石英片岩）2不连续劈理如果劈理域和微劈石可用肉眼鉴别，这类劈理称为不连续劈理。不连续劈理根据微劈石的结构可分为两类：褶劈理和间隔劈理。（1）褶劈理。褶劈理是由先存的连续劈理形成紧密相间、平行排列的微褶皱发展而来的。其间隔一般为 0.1-10mm。根据其域构造的形态再分为带状褶劈理和分隔褶劈理（图 7-6）。带状褶劈理的劈理域较宽，域内的每一片层状硅酸盐矿物以小角度与劈理域的总方位相交。当劈理域变得十分窄并切截了微劈石中的连续劈理，使相邻的微劈石截然分开，则是分隔褶劈理。从带状褶劈理到分隔褶劈理还存在有过渡类型。（2）间隔劈理。一般相当于破劈
8、理，由一系列的平面交织线带、缝合线带的薄膜与其间的微劈石组成（图 7-7）。劈理域一般较窄，间隔常以毫米计。在显微尺度上，多数间隔劈理的细缝中充填着粘土等不溶残余物质，形成劈理域，并能使两侧层理错开。三、劈理的应变意义有限应变测量表明，劈理一般垂直于最大压缩方向，平行于压扁面，即平行于应变椭球的 AB 主应变面。在变形岩石中，绝大多数的劈理与褶皱同期发育。劈理大致平行于褶皱轴面。在强岩层（如砂岩）与弱岩层（如板岩）组成的褶皱中，强岩层中的劈理常构成向背斜核部收敛的扇形，弱岩层中的劈理则成向背斜转折端收敛的反扇形。强弱岩层相间的褶皱岩系中，常形成劈理的折射现象（图 7-8）。在紧闭褶皱中，劈理与
9、轴面几乎一致，与褶皱两翼近于平行，仅在转折端处，劈理与层理大角度相交或近于垂直，表明劈理垂直于最大压缩方向。图 7-6 褶劈理野外照片（a）带状褶劈理 （b）分隔褶劈理ab图 7-7 平行褶皱轴面的间隔劈理劈理垂直于最大压缩方向还有很多证据，例如含有化石的板岩中，层面上平行劈理迹线方向的化石形体比未变形的要窄，垂直于劈理迹线方向的化石要比未变形的宽，表明劈理是垂直于最大压缩方向。虽然大多数劈理垂直于最大压缩方向，并平行于应变椭球的 AB 主应变面，但不能排除劈理的发育与剪切应变有关。如韧性剪切带中具有劈理特征的糜棱岩面理与应变椭球的 AB主应变面不完全平行，而与剪应变有一定的关系。四、劈理的野
10、外观察劈理是变质岩区最常见的面状矿物。变质岩区的原生层理常被劈理置换或隐蔽，致使野外地质调查时把劈理误作为层理，从而导致对地质构造的错误认识。正确区别层理和劈理是变质岩区工作时要解决的首要问题。一般来说，岩性界面往往就是层理的标志。但是，许多变形强烈的劈理化岩石中，浅色的微劈石与深色的劈理域平行相间排列的成分分异层，极易 被误认为是层理。这时要努力寻找变余的原生构造（如交错层、波痕等），并对标志层（如石英层等）进行认真追索。野外观察时应注意以下几点：（1）对劈理性质观察描述，区分劈理的类型，分析劈理与岩石化学成分、矿物成分及岩石结构之间的关系。（2）逐层测量劈理与层理的夹角（3）寻找劈理化岩石
11、中的应变测量标志，了解劈理岩石的变形状态及其与劈理发育的关系。（4）观察劈理之间以及劈理与其它构造的生成顺序。（5）采集定向标本，为室内进行显微构造分析作准备。第二节 线 理一、线理的概念线理，是泛指岩石内部或表面的各种平行线状构造，主要是指露头上或手标本上的小尺度透入性线状构造线理可分为原生线和次生线理，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（图 7-9）。次生线理是构造运动学的重要标志，利用它能够指示构造变形中岩石物质的运动方向，因此有着重要的构造意义。二、线理的分类线理的类型较多，就其与变形过程中物质的运动方向及其与应变主轴的关系可归纳为两类：一类与物
12、质运动方向平行，称为 a 型线理，若与最大应变轴一致，又称为 A 型线理；另一类与物质运动方向垂直，一般平行于应变椭球的中间应变轴，称作 b型线理或 B 型线理。变质岩中除小型线理之外，还有一些粗大线状构造，如石香肠、窗棂谴、杆状构造等。图 7-8 劈理的折射现象图 7-9 黑云母二长片麻岩的面理上可见平行的线纹，它代表拉伸的方向1小型线理在变质岩石中，常常发育有各种微型或小型透入性线理，小型线理是构造运动的重要形迹，根据小型线理的形态和成因，可分为下列几类：（1）拉长线理。拉长线理是岩石碎屑、砾石、鲕粒、矿物颗粒或集合体等平行排列形成的线状构造。它们是岩石组分变形时发生塑性拉长而形成的。其拉
13、长的方向与应变椭球中的最大主应变轴 A 方向一致，故为 A 型线理（图 7-10）。（2）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作定向排列而成的线理是矿物在定向应力作用下沿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，属 A 型线理（图 7-11）。（3）皱纹线理。皱纹线理是由先成面理构成的微细褶皱的枢纽平行排列而成的线理。微细褶皱的波长和波幅常在数厘米以下，或仅以毫米计。皱纹线理的方向与其所属的同期褶皱的枢纽方向一致，属 B 型线理（图 7-12）。图 7-11 方解石类矿物生长线理 图 7-12 褶皱枢纽处皱纹线理（4）交面
14、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，常为 B 型线理如图 7-13 所示，在薄层灰岩中发育两组间隔劈理。劈理张口且被深色灰泥物质充填，它们都与层理面相交成交面线，两组交面线理在层面上构成网格。2大型线理在强烈变形的岩石中，常常会遇到一些由于岩层卷曲、肿缩、破裂、辗滚而构成的粗大平行线状构造，统称大型线理。这些线状构造各有其独特的构造型式、成因和不同的构造形态，一般不具透入性。但在大尺度上观察也可看作是透入性的，主要包括以下几种：（1）石香肠构造。石香肠构造又称为布丁构造，是不同力学性质互层的岩系受到垂直或近垂直岩层的挤压而形成。软弱岩层被压向两侧塑性流动，夹在其中强硬岩层不
15、易塑性变形而被拉断，构图 7-10 石英岩中砾石拉长线理图 7-14 菱形石香肠构造图 7-13 两组交面线理交织成网格成断面上形态各异、平面上呈平行排列的长条状块段，即石香肠。在被拉断的强硬岩层的间隔中，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充填的构造组合。香肠断面呈菱形（图 7-14）短形、梯形、藕节状和不规则状各香肠断面之间有的拉断、有的相连。（2）窗棂构造。窗棂构造是强硬岩层组成的一排圆柱状或半圆柱状大型线状构造。棂表面有时被磨光，并蒙上一层云母等矿物薄膜，其上可以有与其延伸方向一致的沟槽或凸起，并常被与之直交的
16、横节理所切割。窗棂构造常沿着强弱岩层相邻的强岩层的界面出现。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”。软弱岩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，从面铸成一系列圆柱形的肿缩式窗棂构造（图 7-15）。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。窗棂构造的棂柱一般互相平行延伸，但也有扭转的棂柱，表明其不仅受到了平行层理的缩短，还可能受到一定程度的扭曲，使棂柱发生辗滚和扭转。窗棂构造与石香肠构造不同，反映了平行层理的缩短，而石香肠构造则反映垂直层理的压缩。但是，窗棂柱的方向与香肠体的长轴一样，都代表了变椭球体的 B 轴。故为 B 型线理
17、。（3）杆状构造。杆状构造是由石英等单晶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构造是由变形过程中产生的折离物质所组成。最典型的杆状构造是石英棒组成的杆状构造（图 7-16），石英棒的物质来源可以是硅质岩石在变质过程 中的分泌物，这些分泌物集中于褶皱转折端低压地带呈石英脉产出，也有一些石英棒是先成的石英细脉随着围岩的褶皱辗滚而成。同样，由于断层作用造成的低压空间也有利于石英、方解石的沉淀，因而辗滚的石英棒、方解石棒在断层带中也很发育。杆状构造的长轴与褶皱平行，并与运动方向直交，故为 B 型线理。
18、（4）铅笔构造。铅笔构造是泥质或粉砂质岩石中被劈成铅笔状长条的一种线状构造（图 7-17）。铅笔构造的形成作用可分为两类：一类是成岩压实与岩层挤压变形共同作用的结果另一类是变形面理与层理交切的结果。岩石可破裂成大小不一的碎条，称作铅笔构造。这种构造最主要的特征是没有面状构造要素。横截面常是不规则的多边形或弧形。铅笔构造平行于区域构造变形的 B 轴方向故为 B 型线理。另一种铅笔构造是交面的铅笔构造。它常由透入性的劈理面与层面相交而成。交面的铅笔构造常具有规则的断面形状，常平行于同期褶皱的褶轴。为 B 型线理。（5）压力影构造。压力影构造是另一类矿物生长线理，属 A 型线理。常产图 7-15 圆
19、拱形肿缩式窗棂构造图 7-16 硅质片岩中的石英棒（Q ）图 7-17 铅笔构造出于低级变质岩中。压力影构造由岩石中强硬个体及其两侧或四周在变形中发育的构造纤维状结晶矿物组成。作为强硬个体的有黄铁矿、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、变形纹等。核心矿物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。在应力作用下，这些强硬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坚硬物体表面拉开，形成低压引张区。为矿物提供了生长的场所。在压溶作用下，基质中的易溶物质在矿物界面上发生溶解。并从高压边界向低压引张区运移。沿着最大拉伸方向（A 轴）生长成纤维状的
20、影中矿物（图 7-18）。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。坚硬核心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，坚硬核心两侧的结晶纤维常呈对称形状，在单剪作用下，随着非共轴的递进变形，最大主应变轴（A 轴）发生偏转。因此，坚硬核心体两侧的结晶纤维呈现出单斜对称的形状。黄铁矿晶体旋转变形模拟实验表明。不对称的影中矿物的结晶纤维生长随着剪切应变量的大小呈有规律的变化。通过对压力影中矿物结晶生长方向测定，可以确定变形的主应变轴方位及其变化。三、 线理的识别和测量变形岩石中除了次生线状构造外，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
21、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。但区分这两者较为困难。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的展布规律及其与其他构造的关系，才能查明成因并加以区分。对于次生线理，要根据其基本特征及其与运动面的关系确定线理的类型。线理空间的确定是识别线理类型和确定与所属大构造几何关系的关键。线理产状也与其他线状构造产状一样，量度其指向和倾伏向或侧伏向和侧伏角。值得注意的是，在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，其他切面上的线状方向或“长轴”的定向排列，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。图 7-18 眼球状压力影
