构造变形与变质地层关系的研究

如题所述

研究结果表明,地层的空间排列规律(地层格局)和构造变形之间存在着密切的联系。这种联系在未变质地层中十分明显,即不同形式的构造变形可以产生不同的地层空间排列形式,如褶皱作用可以导致地层的对称重复,走向逆断层和正断层可以导致地层的不对称重复或缺失,相反,根据地层的空间排列形式可以确定构造变形的特征。在高级变质地层发育地区这种联系也应存在,只不过由于岩石的塑性或超塑性流动及所伴生的新构造要素的形成和构造置换,变质地层的有序度降低,使得地层的空间排列规律复杂化,多期变形的叠加更加剧了这一趋势,在此情况下,如果能查明后期构造变形的特征及其对变质地层的破坏方式,就可以在现存的变质地层排列规律的基础上对所破坏的地层进行有效的恢复和重建,或者对变质地层的破坏影响进行正确的评估,由此建立地层层序并保证其客观性。

1.高级变质区地层被改造的基本方式和效应

在高级变质区,岩石主要以塑性流动的方式发生变形,变形的结果可以使地层的位态发生改变(位变),如地层的弯曲、褶皱;也可以使地层的原始形态发生改变(形变),如地层的加厚、减薄或尖灭;还可以使地层的层序发生破坏(序变)。

相对来说,单纯的“位变”所发生的地层改造效应不大,相反,它可以使地层在空间上形成有规律的地层格局,据此可以判断使地层发生变位的构造特征,如褶皱作用可以导致地层在空间上对称产出,相反,许多大型褶皱也是根据地层的空间产出格局确定的,这在未变质地层或浅变质地层中常见。但通常情况下,高级变质地层在变形过程中发生变位的同时往往伴随着“形变”和“序变”,而“形变”和“序变”对地层的空间排列规律影响较大,“形变”所引起的地层减薄甚至尖灭可以导致“地层缺失、隔层相触”的现象,同时也造成地层空间形态的不规则性,“序变”是构造置换的结果,其改造了地层的原始叠覆状态。

岩石的力学性质、岩石的变形特征和变形强度控制着“形变”和“序变”的程度。在通常情况下,组成地层的岩性差异导致其力学性质的差异和各向异向性,这就决定了整个地层系统变形的不均匀性。如果岩石的流动是顺层流动,所形成的差异性顺层分层剪切变形系统可能导致地层“形变”和“序变”分别发生在特定的层内,新生的叶理近平行地层层面,这一现象即横向构造置换,可以造成地层的“整体有序、局部无序”;如果流动是穿层的,岩石中的新生叶理垂直或斜切早期层面,可能造成不同地层的相互穿插和整个地层的无序化排列,这一现象为纵向构造置换。变形强度大,地层的有序度降低。但是,纵向构造置换所造成的地层穿插深度小于地层单位的厚度时,这种地层穿插可能仅局限于相邻地层之间(图5-2-3),在此情况下,地层的排列状态在具体露头或剖面上貌似无序,但通过详细的地质填图,在消除构造置换的影响后,在较大的尺度上可以发现地层之间的排列规律(图5-2-4),这是“大体有序、具体无序”变质地层的基本表现特征,许多高级变质地层发育区均表现出这种特征。

地层改造方式的查明有利于地层叠覆状态的调查和理解,其中最主要的是对纵向构造置换和横向构造置换方式的查明,这也需要通过下列多方面的工作来完成:

(1)追索地层界面与变形叶理之间的关系。如果岩性界面与变形叶理平行,可能有横向构造置换作用发生,相反,为纵向构造置换。但需要注意的是,在纵向构造置换形成的强变形带中,由于地层的强烈变位或者次生层状构造的切割,地层的层面或岩性界面与新生叶理在许多构造部位都是平行的,这就要求我们对地层界面进行大范围的追索,如果是纵向构造置换,总会在一些位置留下变形叶理切割地层界面的现象。

(2)构造特征的观察。组成地层的岩性、结构和构造的不均一会导致变形的不均匀,在构造置换过程中就会形成强弱不同的变形分带,早期的叶理将会以孤立的“钩状褶皱或叶内褶皱”、断续的“N型褶皱”和相对连续的“W型褶皱”甚至连续的宽缓褶皱分别在强变形带、中变形带或弱变形域中产出。如果弱变形域中岩层面与置换叶理是切层的,应是纵向构造置换,相反,为横向构造置换。

2.地层叠覆特征(有序度)的调查

后期构造变形的结果是,地层的原始叠覆状态和地层的形态发生了改变,导致有序度降低与地层形态的不规则性增强。但地层有序度的高低,仅仅通过不同比例尺的剖面测量不能确定,往往还需要不同比例尺的地质填图。在工作过程中,客观地划分地层单位是查明地层叠覆规律并确定地层有序度的基础。而高级变质地层单位的空间形态和空间延伸由于强烈变形的改造而具有不确定性(图5-2-4)。因此,在填图过程中如果用传统地层学观念为指导,将会以地层自然延伸的规律性和地层厚度的稳定性进行连图,这往往会得出错误的结果。要客观地查明地层的空间排列规律,只有通过加密地质路线、顺层追索和大比例尺地质填图来完成。在此基础上,剖面测量和地质填图的结果可以反映地层在空间上的排列特征,排列的规律性是地层有序度的表现。

3.地层空间形态和排列规律的剖面恢复

对于“整体有序、局部无序”和“大体有序、具体无序”的高级变质地层,通过构造筛分的方法,研究各期构造对地层的改造特征,并对变质地层的剖面形态进行恢复,使其空间排列方式达到或接近原始状态,在此基础上,讨论其地层层序。

变质地层剖面形态的恢复需要在下列工作的基础上进行:

(1)在查明地层空间展布特征的基础上,进行系统的贯穿性剖面测量;

(2)不仅要查明变质地层岩石组合的类型和特征,更重要的是查明剖面上变质地层的原生构造和次生构造特征(包括其产状)、地层界面与次生界面的关系。

(3)查明变质地层在平面和剖面上的延伸或展布特征。

现以内蒙古大青山-乌拉山地区孔兹岩系的剖面测量和恢复为例说明这项工作的过程及其意义。

图5-3-1为内蒙古大青山-乌拉山地区高级变质杂岩中的一段实测剖面(图5-3-1a)和地层剖面形态复原图(图5-3-1b)。通过剖面测量,可以把剖面上的岩石组合划分为3类:①浅色麻粒岩组合,由浅色麻粒岩、黑云紫苏二长片麻岩夹中色麻粒岩、暗色麻粒岩组成,局部存在浅色麻粒岩-中色麻粒岩-暗色麻粒岩的韵律;②榴云片麻岩组合,由石榴石墨矽线堇青片麻岩、石墨矽线片麻岩、石墨片麻岩、石榴黑云片麻岩夹黑云片麻岩组成,局部见石英岩;③大理岩组合,以厚层蛇纹石化橄榄白云质大理岩、石英条带白云质大理岩、白云质大理岩为主,与榴云片麻岩组合接触部位有薄层白云质大理岩夹细粒透辉石英岩、透闪石岩和橄榄石岩。这3个组合在剖面上交替产出,表现出浅色麻粒岩组合夹大理岩、大理岩组合与榴云片麻岩组合互层、榴云片麻岩组合与浅色麻粒岩组合互层的现象。为了查明这3个岩石组合是一套单斜岩层的组成部分,还是3个独立的岩石地层单位,在剖面测量过程中对岩石中的变形构造、岩石组合在平面、剖面上的延伸和排列特征进行了研究,结果发现:①除整个剖面北侧(白菜沟以北)外,剖面上的岩石中仅发育一期叶理,叶理普遍与地层界面平行,并有规律地发生变化(图5-3-1a);②在剖面上,这些岩石组合的出露宽度不一,在一些出露宽度较小的部位对岩石组合的界面进行追索,发现这些界面与岩石中的叶理一起发生褶皱;③在平面上,与大理岩交错产出的榴云片麻岩组合向东西两侧均逐渐收缩,在平面上呈不规则的椭圆形,其两侧为大面积的大理岩组合。根据上述特征,判断剖面上这些组合的排列是褶皱作用的产物,褶皱作用的变形面是早期顺层叶理、岩性条带和岩层。根据剖面上地层界面和叶理产状对地层组合的剖面形态进行恢复,可以确定,在褶皱之前岩石组合自下而上的排列顺序依次为:浅色麻粒岩组合、榴云片麻岩组合、大理岩组合。而通过剖面形态恢复,可以发现,榴云片麻岩组合的厚度有减薄甚至尖灭现象,这应与早期顺层剪切变形有关。

图5-3-1 内蒙古大青山地区土默特右旗公山湾乡白菜沟—麻绳铺变质地层实测剖面

a—b图方框内的一段实测剖面,图中的序号为分层号;b—剖面复原图:①浅色麻粒岩组合;②榴云片麻岩组合;③大理岩组合;④三叠纪钾长花岗岩。将其展平后,这些变质地层自上而下的排列顺序依次为大理岩组合、榴云片麻岩组合和浅色麻粒岩组合

为了了解地层尖灭或缺失现象的普遍性和成因,图5-3-2又列出该区两个近南北向的剖面,剖面复原的结果,均表明这种地层的减薄、尖灭甚至在一些部位缺失,在区内是普遍存在的,从构造特征上分析,该现象与变质地层的后期褶皱和纵向置换无关,应与早期顺层剪切变形有关。同时,将这些恢复后的地层展平后,这些变质地层自上而下排列顺序为:大理岩组合、榴云片麻岩组合、浅色片麻岩组合、深色片麻岩组合、中色麻粒岩组合。

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