現代構造地質學03

1、第三章 構造解析的內容和方法第一節(jié) 構造解析的基本研究路線 構造解析作為一種分析和解釋變形地質體內部結構和構造規(guī)律及其演化的方法，它的基本研究路線可以概括為： 在地質調查過程中，在不同尺度上把復雜的變形地質體分解成各個不同的構造要素或構造單體進行研究，著重分析其幾何特征、力學性質、變形環(huán)境及其受力狀況和變形過程，組合研究其關系，從構造發(fā)生、發(fā)展、復合、轉化乃至再造的繼續(xù)不斷的變化中去認識各個構造要素或單體在時間上和空間

2、上的相互聯結，進而認識它們在地殼構造運動和演化中，在地殼和巖石圈整體結構中，各占何種地位、起什么作用，各屬哪一構造變形層次和環(huán)境及變形體制或變形場。同時還需把構造—沉積、構造—變質、構造—巖漿、構造—成礦聯系和統(tǒng)一起來，進而才有可能建立起一個地區(qū)構造事件發(fā)展的序列和相應的古構造型式，并在地殼運動的巨系統(tǒng)中，建立起一定尺度上的構造模型。,霍布斯曾以圖解形式討論了某一地質體內那些相互作用使巖石發(fā)生構造變形的各種因素及其相互關系(圖3－1)。

3、,從圖3－1可以使人們有可能獲得這樣一條認識構造的思路： 即什么巖石，在什么環(huán)境條件下，受什么樣應力系作用，以什么變形速率，在什么時間范圍內，以什么變形方式才鑄成今天這樣的構造和組構。但地質上的認識常常是通過反序方法來完成的。 我們現今在地殼表層所看到的構造形跡和構造組合，其地質歷史發(fā)展環(huán)境和條件、經受的力學過程和運動過程、機制形成的過程等，常常是人們無法直接經歷和觀察的，我們所能看到的只是過程終結的產物。因而只能通過

4、分析、反演去探索構造發(fā)生發(fā)展的規(guī)律性；構造解析方法就是這種反序法的具體化。我們從圖3—2，大體可以看出一個完整的構造解析應該具有的內容和程序。,構造解析流程圖,根據不同學者在各類變質巖區(qū)從事構造解析的經驗，提出變質巖區(qū)的構造解析大體應有序地抓好下列10大問題。即： (1)鑒別變質構造地質體的性質和類型； (2)解析地質體內部的面、線構造特征； (3)研究構造置換的過程和方式； (4)確定巖

5、層面向及巖層界面的性質； (5)描述褶皺的樣式和斷層或剪切帶的結構； (6)判別褶皺疊加干擾的格式和斷裂復合的類型； (7)劃分不同變形相的構造群落，確定其組合的主導變形機制及其所屬的構造層次； (8)厘定各構造發(fā)展階段的變形環(huán)境和構造變形場；(9)恢復構造的演化序列，建立綜合地質事件表； (10)建立構造組合系統(tǒng)(型式)，確定構造模型和構造控巖控礦模型。,第二節(jié) 構造幾何分析

6、 在整個構造解析工作中，幾何分析是最基本也是最重要的工作，是通過幾何學的方法來描述地質構造現狀。 為此，首先要根據大型變形地質體內巖性和構造的特點將其分解為各個不同的單體，如成層巖系、斷裂破碎帶、韌性剪切帶、褶皺體、構造透鏡體、變質雜巖塊、各種侵入巖體……。 根據大構造內部各種構造要素，包括物理的和幾何的要素(H．Davis，1984)，如層理、劈理、線理、節(jié)理、褶皺軸面、褶軸……。從形、位、樣、量四個方面去進行全面的解

7、析。不同的研究側面有不同的觀測對象，有不同的描述方法和不同的表達形式，有不同的幾何參考面和坐標系。,一、構造形體的解析 構造形體的解析是以描述和刻畫地質體內各個單體的空間形狀、大小和產狀為主的方法，其觀測的幾何標準是大地基準面和地理坐標系。因而通常用地質填圖的方法對一個地區(qū)的地質構造加以描述。 地質填圖是一切地質工作的基礎，也是構造解析的根本手段。一個地區(qū)地質構造和地質礦產研究程度如何，首先看該地區(qū)地質填圖酌水平和質

8、量。 總的說來，一張好的地質圖應當能夠：,(1)正確反映各種地質體的物質組成特征和時代；(2)正確標明各種構造單體，諸如層狀體(巖層、巖席、順層褶皺帶、剪切帶)、塊狀體(巖體、變質雜巖塊)、墻狀體(巖墻、巖脈、直立斷裂帶、剪切帶)以及其它構造單體的形狀、產狀及其空間分布；(3)恰當地表達各種地質體相互制約關系和接觸關系； (4)合理地反映該區(qū)的地質歷史。 由上可見，地質圖既是構造研究的結果，又是進一步構造研

9、究的基礎。因此，構造解析工作必須結合地質填圖工作進行，并在地質填圖的基礎上進一步開展。,二、構造位態(tài)的解析 構造位態(tài)的解析一般是在詳細地質填圖的基礎上，在選定的構造區(qū)段中，通過測定構造要素的空間產狀和它們的相互關系，結合赤平投影或數理統(tǒng)計進行構造分析的一種方法，其研究對象是各類構造要素的空間產狀和幾何性質(圖3—3)。 分析中十分強調構造的均勻性和構造均勻區(qū)段的劃分，以及巖層或巖體的組構或組構域的概念，認為變質巖

10、新生構造方位上的規(guī)律性，是一切構造變形的基本幾何特征。一定組構域內有一定型式的方位圖解，反映該區(qū)段內面狀或線狀構造優(yōu)選方位的性質和程度。,因此，構造要素的測量和測量數據的整理必須以構造均勻區(qū)段為單位進行。 所謂構造均勻區(qū)段就是把研究區(qū)劃分為許多較小的區(qū)段，使每個區(qū)段內的一種或幾種構造在給定尺度上具有共同規(guī)律性，以區(qū)別于相鄰區(qū)段的構造。區(qū)段的大小應根據構造解析的要求而定，尺度的大小應以能否控制最主要的構造幾何特征為準繩，即應是面

11、、線構造產狀在空間上按一定格式排布的地段。 通過大量觀測數據在赤平投影圖上的整理和不同型式構造方位圖解的解釋，以確定其組構的對稱性和所示的構造幾何性質。 最后，要把各區(qū)段圖解統(tǒng)一起來，通過不同型式和對稱型的比較，對區(qū)域構造的幾何特征作出判斷。,三、構造樣式的解析 構造樣式(tectonic style)主要是指構造的特征和風格。 正像用建筑式樣來描述建筑物的總特征和總風格一樣，在描述地殼構造中

12、，同樣也可根據其顯著的構造特點劃分為不同的構造樣式。 構造樣式的概述最先由Lugeon(1948)引進構造地質學，主要用來描述褶皺，在褶皺樣式(foldstyle)的描述中，涉及到的特征有褶皺在截面上的形態(tài)、軸面劈理的發(fā)育狀況和圓柱狀程度。以后對其他類型的構造也常用一種或幾種標型特征來作樣式的描述。,構造樣式的解析認為，構造形體的絕對大小和它們與地殼水平基準面的空間關系并不是衡量構造樣式的標準。決定構造樣式異同的是變形地質體內各

13、組成構造要素或參數絕對量值之間的比率或方差；決定于相互具有成生聯系的相互伴生構造之間的依存關系。 不同樣式的構造只有特征的差異而不計較個體大小之差別。 因此，在從事構造樣式的解析過程中十分強調“天然模型”的作用及同一變形環(huán)境中大小構造樣式的“相似性”原則，并可根據對小、微構造的觀察來推論大型構造。,四、構造變形量的解析 構造變形量的解析主要通過對變形巖石進行應變測量的方法來進行，其觀測對象主要是變

14、形巖石內各種應變標志物。 通過標志物原始形狀和最終遺留在巖石內的變形形狀的對比，包括標志物的已知長度和相對長度比的線性標志變化和已知兩條線間原始角度的變化，一般都可以求出其總變形量大小及其在不同構造部位的應變差。常用于應變測量的標志物一般分為兩組，一組是已知原始形狀的物體，如礫石、砂粒、熔巖中氣孔和杏仁構造、板巖內的還原(退色)斑、鮞粒、各類化石和變形晶體等；另一組是一些與變形有關的小、微構造，如壓力影、生長礦物線理、石香腸構造

15、……。有限應變測量,露頭上或薄片上的有限應變測量數據及其統(tǒng)計成果是巖石變形的最終幾何記錄，它定量地表示了巖石構造變形的狀態(tài)、強度和型式(圖3—4)，因而它又能深刻地反映構造的幾何性質。,構造的幾何分析(geometrical analyses)是研究構造空間形態(tài)、分布范圍、排列方式及發(fā)育狀況的方法，目的在于描述構造的幾何形體和幾何性質。 如果說過去傳統(tǒng)的幾何分析多偏重于直接從構造的幾何形狀，尤其是其方位及展布規(guī)律來探討

16、力的作用方式，那么今天強調構造樣式的解析和對構造變形強度的測量，搞清巖石中各點的應變狀態(tài)(包括應變主軸的方向、大小及應變的類型)則是在加深對構造的幾何性質認識的基礎上，來理解構造的變形機制和力學意義。通過構造樣式的對比和區(qū)域性應變分析直接為運動學和動力學的分析提供證據。 構造的形、位、樣、量的全面幾何解析是相互關聯的四個組成部分。單純構造方位的赤平投影統(tǒng)計分析不能認為是全面的構造解析，只有將四個方面分析的成果綜

17、合起來，才可能較全面地了解構造的幾何特征，從而為正確地進行運動學和動力學的構造解析打下堅實的基礎。,第三節(jié) 構造運動學分析 構造運動學的任務在于解釋引起構造發(fā)育的變形運動，即研究改變地質體位置、方位、大小和形狀的平移、旋轉、體變及形變的組合情況。 在巖石脆性變形條件下，如斷層的運動，由于其內部應變不大，運動學研究一般多側重于兩盤巖石位移方向和位移量的大小。 在韌性變形情況下，如韌性剪切帶的運動，由于巖

18、石的大小和形狀都受到了變化，因而運動學的研究應以應變分析為前提。,當代構造運動學的解析認為：迄今展示在人們面前的各種構造現象都是地殼運動歷史的天然紀錄。地殼上的每一構造事件總會或多或少地在變形巖石上遺留下當時變形的形象及其相對位移的蹤跡，成為人們反演其運動狀態(tài)和歷史的依據。特別是那些與大尺度構造直接相關的一系列小型或微型構造要素，不僅可以用來闡明大型構造的變形樣式，而且還直接指示局部構造運動的方向和性質，指示各地質單體內的應變狀況，乃至

19、不同變形作用幕的時間程序，使之有可能在簡單的構造要素和構造單體的構造運動學解析的基礎上，判明區(qū)域的構造歷史。 根據目前對構造運動學任務的理解，全面的構造運動學解析大體可包括如下四個方面：,一、構造變形方式的解析 所謂構造變形方式一般是指巖石在構造變形中是采取直移、旋轉、體變和形變等運動方式中哪一種為主導或何種組合。 不變形地塊的運動，一般以直移運動為主導。在變形地質體中，形變通常會在巖石內部產生顯著的定向

20、排列，它反映影響巖石全部物質系統(tǒng)的透入性運動。這種運動可能利用一些先存地質面，也可以利用變形過程中新生構造面，以調節(jié)形變所需要。新生的構造面包括節(jié)理、斷層、劈理和片理、片麻理。,因此，在構造的運動學解析中，人們常常用滑動或流動的術語來描述變形巖石物質系統(tǒng)的運動(圖3—5)。 所謂流動，一般是指巖石內部物質各單元體之間所作的透入性相對運動，并導致其新生構造面、線之間呈緊密平行或近平行排列，并彌漫于整個巖石。 而巖石的滑動

21、，則主要是指沿分劃巖塊之間構造面所作的相對移動。當然，這兩種運動方式的確定必須在給定尺度下來討論，在宏觀條件下，看起來發(fā)生了流動的褶皺巖層，在縮小一個尺度觀察，則可以看到它是由許多“微斷裂”的大量的小滑動位移所形成，在研究板劈理和褶劈理的實驗和鏡下觀察中都得出了如下運動學結論：相對密集的滑動面上的系統(tǒng)運動是造成巖石明顯形變的主要原因之一。,二、構造運動方向的確定 在地質填圖中，為了確定斷層的性質，一般都十分重視兩盤相對運動方向，

22、各種教科書中也提供了不少行之有效的方法，甚至通過標志層或標志物的相對錯位來確定其位移矢量的大小。但在韌性剪切變形中如何確定變形巖石物質運動的方向，近年來才有較好的總結，發(fā)現了許多有價值的指示構造運動方向的小型構造和顯微構造，并將這些構造的運動學解釋應用于重建區(qū)域巖石的構造位移場(displacement field)，這些運動學標志有： 不對稱褶皺的倒向、鞘褶皺指向、拉伸線理、旋轉石香腸、S形雁列脈、旋轉碎斑系、S-C面理、不對

23、稱壓力影和石英、方解石C組構等等非共軸旋轉變形構造。,這些構造在變形變質體中廣泛分布，易于識別，如果能得到恰如其份的運動學解釋，就能在其所在某一構造區(qū)段，具體地指明巖石變形時的局部運動方向，成為建立區(qū)域巖石構造位移場的有力證據。 當然，要準確地說出一個構造帶(如韌性剪切帶)曾經發(fā)生過多大變形和位移，除了確定其運動指向而外，還必須作出其應變狀態(tài)的估算，并把局部的研究成果放回到大尺度構造系統(tǒng)中去。只有在一個地區(qū)作出其變形格式的估計之

24、后，才能對大的或小的地殼塊體之間的相對運動作出判斷。近年來，人們對韌性或韌脆性變形巖石的研究中，已對許多小型或微型構造的形成機制作出了合理的解釋，并將其運動學上的理解成功地運用于大陸古板塊聚合帶和大陸韌性伸展構造系統(tǒng)。,三、遞進應變狀態(tài)的解析 構造的運動學認為，巖石在變形過程中，即使在同一動力的持續(xù)作用下，巖石內部的應變狀態(tài)也將隨變形過程的發(fā)展而導致其性質和方位的變化，。進而導致構造變形的發(fā)展及其力學性質的轉化，構成遞

25、進變形。研究一個地區(qū)巖石的遞進變形不僅涉及到變形的空間分布，也涉及到時間因素，即巖石變形的歷史過程。 所謂遞進變形是指物體從初始狀態(tài)變化到最終狀態(tài)的過程，是一個由許多次微量應變逐次疊加發(fā)展的過程，是無數瞬時增量應變逐漸累積為有限應變或總應變的過程。構造變形的總過程可以是均勻的或非均勻的，也可以是共軸或非共軸的(圖3—6)。,變質構造巖及其組構的形成是巖石在變質作用條件下，巖石主要以韌性方式發(fā)生變形的結果。巖石在固態(tài)流變

26、過程中，一般不出現明顯的宏觀破裂而使形態(tài)改變。這一遞進變形的進程，在微觀尺度上，由復雜的顆粒尺度的變形機制所控制(Poirier，1985；Behrmann和Mainprice，1987)；但在較大尺度上，變形則可以按流體的連續(xù)流動來進行描述。 當然，在遞進變形中，“流動”是指瞬時流動而盲，并且由一定體積物質中所有質點的運動方向所限定。在遞進變形的每一瞬間，質點的運動方向都是互不相同的。因此，任一瞬間的物質流動都可以用

27、一組質點的位移矢量或拉伸比(ε)以及由設定質點組成的線段(物質線)的角速度(ω)進行描述(圖3—7)。,1．均勻流動和非均勻流動 變質構造巖石的變形機制主要是固態(tài)流動。在流動中，物體內各質點的應變狀態(tài)及應變變化的連續(xù)性各不相同。一般劃分為均勻流動和非均勻流動兩大類。 均勻流動可以用金屬紗網或一疊卡片的運動來模擬，如構成“層流”(圖3—5B)。均勻流動變形前的直線，變形后仍是直線；變形前的平行線，變形后仍相互平行；圓形變成

28、橢圓。 非均勻流動則不具有上述特征，變形前的直線和平行線將不再保持直線狀和平行狀，圓形亦不再成為橢圓。如果變形線呈旋渦狀，甚至在極端情況下成為渦流，使巖層在強烈遞進變形中，形成復雜的多期疊加干擾假象。 當然均勻和非均勻的概念是相對的，在更小尺度上，非均勻流動常常可分解成若干均勻流動區(qū)段來研究。,2．共軸流動和非共軸流動 在遞進流動變形條件下，具有最大和最小拉伸比的線段在空間上總是相互正交的，這兩、條線段

29、正是流動過程中的“主拉伸軸”。 在二維流動分析時，一般將兩條正交線的角速度的和稱為流動的渦流強度(Means等，1980)。 因此，與主拉伸軸一致的線段的角速度可以用來對流動進行分類，并將流動區(qū)分為共軸和非共軸兩種基本類型(圖3—8) (Passchier等，1990)。,(1)共軸流動。共軸流動是指在均勻流動過程中，與主拉伸軸一致的物質線不發(fā)生轉動。在這種情況下，流動的渦流強度為零。在遞進變形中，

30、如果上述物質線在整個時間內總代表拉伸軸，僅其余物質線發(fā)生轉動，則構成共軸遞進變形。共軸遞進變形是純剪切變形的內在機制。(2)非共軸流動。非共軸流動是指在均勻流動過程中，與主拉伸軸一致的物質線發(fā)生轉動。在這種情況下，流動的渦流強度是一個常數，在非共軸的遞進變形期間，不同的物質線依次起著主拉伸軸的作用。然而，有另外兩條線，即圖3—8中的a或許會保持不變。 非共軸簡單剪切是一個極端的表現，在簡單剪切條件下，只有一條線不轉動。因此，從

31、三維簡單剪切角度來看，它就是所謂的“流面”(flow plane)。,四、變形路徑的解析 變形路徑是研究變形地質體內部物質運動軌跡及其鑄成構造形跡的過程。 在按運動學準則描述構造變形歷史的過程中，應十分強調和注意不同樣式的構造有不同的變形路徑。 一些外形和產狀完全相似的構造，也可能由不同的變形路徑所鑄成。 一條斷層，它可以通過兩盤一次性剛體位移到達目前的位置，也可能是沿同一斷裂面多次和多方向遞進直移或間斷

32、直移的結果。其中某一標志點運動的軌跡就構成了該斷層的位移路徑。 同樣，一個傾伏倒轉褶皺也可能有多條變形路徑(圖3—11)。,對天然構造變形路徑的研究，主要依靠巖石運動過程中遺留下來的相對位移的蹤跡。其中，正確識別和測量指示前進運動方向的拉伸線理，并作出其空間分布圖具有重要意義。如果后繼變形的強度較弱，先存殘余構造要素能夠得到保存，早期變形路徑就比較容易恢復。反之，如果后繼變形的強度較大，破壞了原有的構造要素，實際工作所能反映的一般

33、只能是最后一期的變形軌跡。,第四節(jié) 構造動力學分析 構造動力學分析的目的是闡明產生構造的力、應力及力學過程，描述引起變形的應力的相對大小和方位，建立起一個地區(qū)的構造應力場(structural stress field)(圖3—12)。 對于有意義的動力學分析來說，必須能夠解釋構造運動學的運動方式和構造的物理學及幾何學特征。這是一項困難的工作，因為要作出有意義的推斷，必須涉及變形材料的變形習性、物理

34、狀態(tài)和應變的速率，以及其它與之相關的邊界條件。至于力源的討論，則還涉及采用的大地物理及大地構造假說的問題。 在構造動力學研究中，建立構造成因模式具有十分重要的意義。模式，是對變形構造形成條件的說明。但對一個構造系統(tǒng)的解釋應該選擇哪一種模式，取決于人們對該構造的理解深度，并且往往涉及所持的理論觀點。,構造動力學的解釋常常需要根據對天然構造系統(tǒng)的實際觀測資料作出構造應力場的假設，擬定形成構造的各種環(huán)境因素，如溫度、圍壓、應變速率以及

35、流體壓力等等，并通過實驗來重演其運動學和動力學過程。然而這項任務是十分艱難的，因為任何實驗都不可能完全重演長達以百萬年計的構造過程。目前的動力學模式偏于定性。 多層次和多因素地研究構造動力學模式，是現代構造地質學的又一特征。譬如在造山作用動力學體制上，不僅強調通過其變形機制和構造組合去認識不同構造發(fā)展階段的構造體制，而且還應注意其整個構造歷史的動力學體制的轉換。 例如Carmignani在重塑北亞平寧的增生楔的動力學

36、機制變化過程中，由于微板塊向下俯沖時，增生楔加厚，最后導致過厚的不穩(wěn)定楔狀體內部應力狀態(tài)發(fā)生改變，使增生楔上部從擠壓體制向拉張體制轉換(圖3—13)。,自板塊構造理論提出以來，大陸構造的動力學研究已進入到一個全新的領域。大陸扳塊或陸塊的裂開、離散、俯沖、碰撞、走滑、轉換和旋轉等過程的恢復，以及在此基礎上進一步進行的大陸構造演化歷史的再造，已成為近20年來大陸構造及造山帶研究的主要內容。 對地殼或巖石圈復雜的多層結構的認識

37、，薄皮構造、拆離構造、逆沖推覆構造、鱷魚構造、韌性流層構造和韌性剪切帶、構造增生楔、變質核雜巖等等一系列新理論指導下的構造型式的建立和解釋，以及在此基礎上提出的碰撞、俯沖造山理論，大陸側向生長(島弧累積)和垂向生長理論，玄武巖漿和花崗巖漿的板底墊托作用理論，陸內造山和伸展造盆造山理論，特別是對大陸莫霍面的重新認識，即把它看成是控制大陸巖石圈運動學和動力學過程的殼—幔過渡活動帶等研究的新進展，都為大陸構造動力學研究提供了新的思路。進而促使

38、盆地及造山帶的分類從簡單的幾何學、運動學分類轉向動力學成因分類。按照動力機制來劃分盆地和山鏈的類型(Howell，1980；Wilson，1990，Sengor，1990)。,第五節(jié) 構造變形相分析 在地球科學中，第一次提出構造相(tectonic facies)的概念是在1953年，L.L．Sloss等在討論綜合相的長篇報告中，首次在研究沉積中強調構造因素對相的形成有重大意義，用構造相這一概念來表達同一組地層中，一地與另一

39、地在構造方面的區(qū)別，并提出構造相應從地層單位的全部構造方面來劃分。 繼后，B·E·哈茵在原蘇聯應用了這一概念，但多用于構造對沉積的控制，如地槽相、陸臺相、山前拗陷相等。 真正全面地把相的概念用于構造變形者還應首推E．Hansen。他在《應變相》一書中指出，相的概念也可以用于巖石的應變特征，在野外可按應變的不同表現來進行構造分類；認為露頭上變形巖石的小型構造在特定的應變環(huán)境里形成，伺類型的

40、應變環(huán)境產生同一應變相的構造特征，并提出通過構造樣式分析來建立應變相的12條原則和方法(Hansen，1971)。,近年來，不少人又進一步把變形相(deformation facies)與應變測量的構造研究結合起來，并指出，不同變形相的同一巖石的應變量必然存在差異(I．S．Zagorcev，1986)。 同時，原蘇聯學者帕塔拉哈(E．И．Паталаха)在哈薩克斯坦研究的基礎上，發(fā)展了褶皺帶地殼變形的“構造相”研究，

41、并且用構造相分析方法進行了地質填圖和編圖。他認為構造相是根據巖石的構造共生組合的特有變形程度劃分的自然巖石系列，是各個褶皺成因類型中構造成熟度的表現；并把層狀巖石的變形程度和構造共生組合與地殼中一定深度的熱力學條件聯系起來。,在變形相概念提出前后，美國和西歐的學者對巖石變形環(huán)境的研究進行了大量的工作。諸如漢丁、格里格斯等的各種巖石力學試驗的成果；凱里(Carey，1954)和多納斯(Donath等，1964)等關于固流體變形和巖石韌性與

42、各種變形環(huán)境因素的函數關系的理解； 特別是法國學者馬托埃(Mattauer，1980)關于構造層次概念的確立，以及西普松(R．H．Sibson，1977)等關于斷層雙重結構模式的提出等等，把巖石變形的幾何特征、運動學狀況及動力成因等研究與地殼一定深度的變形環(huán)境聯系起來，使構造變形相分析成為構造解析中一項必不可缺的內容。其思路具有旺盛的生命力，可能代表著當代構造地質學發(fā)展的趨勢。 在我國，構造變形相的研究也得到了人們的重

43、視。并認為變形相的概念可以間接地從應變環(huán)境的角度幫助建立構造序列。,一、構造變形相的概念和術語 “相”(facies)的原意是外貌，1669年由斯丹諾引入地質文獻。開始只用于表述沉積巖層的外貌。即用沉積相或巖相的概念來表述巖層形成時的地理環(huán)境，所以巖相分析常和古地理分析密切聯系在一起。 以后，又把相的概念擴大到巖石學的另外的領域——巖漿巖、變質巖以及成因礦物學，如變質相、礦物相等。

44、關于“相”的概念，雖然歐美、原蘇聯及我國的不同學者有不同的理解，但大多數人還是沿用R．C. Moore的定義，即“相”的概念表述的是“過去地質時期的條件、作用和事變的總和產物之外貌”。也可以說，相是地質體生成環(huán)境和形成作用的物質表現。 因此，當將相的概念用于表述構造時，自然也是在同樣的涵義下使用的。,在構造變形相分析中，常用的有關術語定義如下： 構造變形相(tectonicdeformationfacies)

45、：是巖石在地殼運動過程中一定變形環(huán)境的構造表現，是一定物理化學條件范圍內形成的各種巖層和巖體的以某一變形機制的變形為主導的變形構造的共生組合。 一個變形相是一個等物理系。它可以包含多個不同成分和產狀的不同變形樣式的變形地質體的構造組合，但這些不同的構造及其組合之間卻有著固定的、可以預測的對應關系，共同組成一個能反映其構造生態(tài)環(huán)境的構造群落。一般在某一地區(qū)的某一構造發(fā)展階段上，一個變形相的構造可以以某一變形機制為主導的構造

46、組合為代表。因此，構造變形相常常按巖石變形時占主導地位的變形機制來命名。如果在一個地區(qū)某一構造發(fā)展階段上，變形時的物理化學環(huán)境條件類似，但由于二組或二組以上的變形地質體變形習性差異明顯，不同部分的主導變形機制不同時，可以再根據其各自的構造組合的特點細分為若干亞相。,不同的變形相有不同的變形環(huán)境，有不同的構造群落，有不同的變形相標志。研究一個地區(qū)的變形相有利于確定構造層次及其變化。 構造群落(tectonic community

47、)：代表同一變形條件下所產生的那些具有成生聯系、并組合成一個統(tǒng)一整體的各種構造形跡的總合。用以從構造生態(tài)的角度來闡明同一變形環(huán)境中產生的構造形跡之間的相互關系。 應變相(strain facies)：是E．Hansen(1971)建立的概念，指在特定環(huán)境中生成的構造的應變表現。在一定的意義上可以看成是構造變形相的同義詞。 構造相(tectonic facies)：在其應用歷史上，曾有多種不同涵義，一般常

48、用作構造變形相的同義詞。但鑒于它最早用于沉積巖的構造控制，相對應變相而言，它應該是一定構造環(huán)境(tectonic environment)中全部地質的和變形的構造表現。構造相的劃分應包括建造和改造兩個方面。,變形相標志：指與特定變形相有關的某種構造形跡或構造組合。變形相標志可以見于不同的構造尺度。例如，不同的構造巖系列、同類構造巖中不同礦物組分的顯微構造特征、不同形成機制的新面理，等等，都各自反映了不同的構造變形相。多種變形相標志組合的

49、確定，必須考慮不同巖石變形習性導致的差異。 變形相變：隨著構造環(huán)境在空間上的變遷，那些控制構造發(fā)育的物理、化學條件也相應改變，從而導致構造生態(tài)的變化，使一個地區(qū)的一種構造群落在另一地區(qū)過渡為另一種構造群落。這種地質構造在空間上的變化和差異，稱為構造的變形相變。構造的變形相變反映了構造在空間層次上的變化。例如在同一變形幕的構造變形中，總會存在從深層次到淺層次、從造山帶核部到邊緣帶的變形相變。變形相變首先體現在同一巖石變形相標志的

50、變化。,變形相轉換：指構造變形相在時間上的變化。隨著多期變形—變質作用的改造，同一巖層在同一地區(qū)的不同構造世代中，會出現變形習性或構造變形面的轉換，從而形成不同變形相構造的疊加。這種構造變形相隨時間而改變的現象稱為變形相的轉換。 變形相序列：前后相繼的變形相轉換在同一變形地質體中構成的不同構造群落的疊加順序。 構造變形相圖：是用來表示一個地區(qū)不同層次變形相分布的圖件。圖件上每一個相區(qū)，一般都應表

51、示劃歸為某一變形相或亞相的變形地質體，它們都各具特定的變形相標志和各自區(qū)別于另一變形相區(qū)的構造群落。 構造變形相圖，可以用來表示同一變形世代中的變形相變；也可以用來表示不同變形世代的、反映其主導變形相的變形地質體的空間分布。如北京西山前侏羅系地層分布區(qū)主導變形相為變質固態(tài)流動變形相；侏羅系分布區(qū)主導變形相為彎曲—滑動變形相；白堊系以上地層分布區(qū)以脆裂剪切變形相為主導。,構造變形相圖的編制，至今還處于摸索階段。

52、 原蘇聯帕塔拉哈(E．И．Паталаха1984)曾按A、B、C三個不同構造變形等級(構造相)和它們的18種構造巖性表現編制過準噶爾阿拉泰的構造相圖。 北京西山南部構造變形相圖 則是主要依據不同變形旋回中形成的主期構造的變形變質巖層巖體及其斷裂內的構造群落所反映的構造變形相的分布來制圖的，用以反映該區(qū)四種基本變形相之間空間關系(圖3—14)。,二、構造變形相分析的任務和內容 構造變形相分析

53、的任務是： 根據對各類天然構造形跡的定性、定量分析，透過它們的不同應變表現來進行構造分類，并進一步鑒定它們各自的變形行為，用以反演其生成和演化過程中的力學、物理化學條件，恢復其構造—熱環(huán)境，進而從構造生態(tài)的角度闡明某地區(qū)各世代構造的空間層次和演化過程。 因此，構造變形相分析的基本途徑就是探索影響巖石變形的因素及其物質過程。,對一個地區(qū)構造變形相的研究大體包括如下四個方面的內容： (1)根據巖

54、石變形構造的觀測和對比，結合巖石力學實驗的資料，確定巖石的變形習性，建立同一環(huán)境中巖石能干度的差異表，以示巖石的抗變形能力。 (2)根據構造的樣式及變形量大小的測量，特別是顯微和超微構造的觀察，確定巖石變形的物質過程，深入了解顆粒內和顆粒邊界的變形效應，探討巖石的變形機制和物質過程的選擇。反演和估算構造變形時的溫度、壓力、應變速率以及地球化學流體的成分和狀態(tài)等構造物理—化學參數，確定它們對巖石變形習性的影響，進而

55、從宏觀上討論區(qū)域構造與環(huán)境之間的成生聯系。確定不同構造變形環(huán)境的構造變形相標志。,(3)根據類同巖石在類同的變形環(huán)境中，以類同的方式變形，必然會產生同一變形相的構造效應，組成一定的構造樣式群的原則，把那些同一構造變形環(huán)境下所產生的具有成生聯系并組合成一個統(tǒng)一整體的各種構造形跡總合起來，建立起反映當地某一世代構造生態(tài)環(huán)境的構造群落(tectonic community)。不同的構造群落各有其不同的主導變形機制，反應變形巖石周圍的物理化學條

56、件的垂直或水平分帶，隸屬于不同的構造層次(tectonic level)。 (4)根據同一地質體在不同時期不同構造環(huán)境中的應變表現，把具有不同樣式的構造群落分開并確定其多相共存的疊加關系，進而建立起一個地區(qū)的變形相序列。變形相序列的劃分是構造序列分析的重要組成和發(fā)展，它反映構造演化過程中地殼巖石變形的質的變化。,三、構造變形相分析的工作準則 在構造幾何學和運動學的觀測分析基礎上，為了正確地從構造生

57、態(tài)的角度去解析各種巖石變形中蘊含的反映變形環(huán)境、條件和事變的信息； 正確地劃分構造群落，進而認識不同變形相的相變、轉換和序列，探討地質時期中構造的生成、發(fā)展、演化規(guī)律及其空間分布規(guī)律，在構造變形相分析中必須遵循“同相異樣”和“同物異相”的工作準則。 “同相異樣” “同物異相”,(一)同相異樣準則 所謂同相異樣是指：在同一變形環(huán)境中，由于參與變形的巖石的變形習性不同，因而即使在同一構造力

58、的作用下，也會鑄成不同類型、不同樣式和具有不同有限應變狀態(tài)的構造。 但是，它們之間的差異僅僅取決于變形巖石的自身因素，與外部環(huán)境條件無關。因此不能單純根據構造形跡的幾何特征的差異來分相，而是應當透過千差萬別的表象，從中找出它們之間的內在聯系。因為在共同的變形條件下產生的構造，必然會具有各自一定的標志性構造要素，反映同一構造變形相的信息。抓住這些成因線索，就有可能從生態(tài)的角度把同一世代的不同類型、不同樣式和不同有限應變狀態(tài)

59、的構造有機地聯系起來，建立起相應的構造群落。,對一個地區(qū)的某一世代的構造按同相異樣準則分析的過程，也就是建立構造群落的過程。對一個構造群落來說，其最主要的標志應當包括： (1)同一群落的構造一般應是同一性質的構造變形面(S面)鑄成的； (2)是同一變形場的產物，以同一變形機制為主導； (3)其新生構造要素蘊含有同相的變形—變質標志；這些幾何要素雖然形態(tài)各異，但常常具有相似的變形組構和大致相同的優(yōu)選定向；

60、(4)同一構造群落中，類同的巖性層的構造樣式相仿；對不同巖性的構造樣式差異，一般皆可通過巖石變形習性的解析找到其原因； (5)具有相同的動力變質或熱動力變質反應及相同的變形—變質歷史。,(二)同物異相準則 所謂同物異相是指：同類巖石在不同的構造變形環(huán)境和不同的構造事件中，由于巖石變形習性隨環(huán)境因素的改變而變化，以致產生不同變形相的構造效應。因此，在分析和對比不同構造單元或不同構造世代的構造變形相時，必須采用同類

61、巖石或同類標志對比的原則。 這是劃分不同構造群落、區(qū)別不同變形相的工作準則。 同物異相準則在構造變形相分析中經常用來對比不同構造單位同期發(fā)育的構造差異和過渡，對變形相的相變作出說明。構造的變形相變和變形相帶的劃分是造山帶的普遍構造現象，反映造山帶構造變形環(huán)境的走向延續(xù)和橫向變化。 實例：南秦嶺造山帶志留紀泥質巖石的變形：從山陽一帶紅色頁巖的淺層次層理變形構造、到旬陽地區(qū)綠色板巖的較深

62、層次的板劈理構造、再到石泉地區(qū)黑色片巖的更深層次片理構造的空間遞變，就是最好的變形相變的實例。,北京西山地區(qū)印支或更早期的變形相變的研究，同樣說明了同物異相準則的實用意義。根據該地變形相變研究的經驗，這一準則應用于如下3個方面：1．構造地層對比 構造地層對比一般在如下三個方面進行比較： (1)同一組地層中相同巖性層的變質礦物組合的空間變化； (2)同類巖性層內部結構要素的特征及構造置換的類型和程度；

63、(3)同一組地層的厚度因構造作用而發(fā)生的空間變化及其變化率。 進行變形相變的構造地層對比研究除野外觀察對比、求異外，還要求進行詳細巖石學研究，采用多種測試手段，如單礦物電子探針分析、X光衍射分析、巖石化學全分析、鏡下及電子顯微鏡下觀測等，對不同地區(qū)的巖石學特征及其變化規(guī)律的研究可以證明，一個地區(qū)的巖石變形—變質作用由弱到強的系統(tǒng)變化。,2．構造樣式的對比 構造樣式的對比主要是按相同層位和相同巖性層的同一世

64、代變形進行，即按同物異相準則對相鄰構造單位的小型構造和顯微構造特征進行比較。不僅要注意單個構造形跡的樣式，更要注意整個構造要素群的樣式對比。在變形巖石中，各類構造發(fā)育的均勻性和透入性程度也是反映構造生態(tài)環(huán)境的重要方面。 總之，構造變形相變的最直接的表現就是各區(qū)發(fā)育不同的構造群落。 如北京西山香腸構造(圖3—15)，在北部較能干的鮞狀灰?guī)r、砂巖中僅出現節(jié)理式香腸構造，但在南部，則只有能干的白云巖、石英巖內才

65、有香腸構造發(fā)生，而且多呈粘滯型透鏡狀，甚至呈不規(guī)則的褶皺、旋轉石香腸，其間谷積山北坡一帶，具有明顯的過渡性質，巖石的韌性流變構造主要發(fā)育在較軟弱和軟弱巖層中，最能干巖層仍然有一定韌—脆性或脆—韌性變形的特點。,節(jié)理式石香腸,剪節(jié)理式石香腸,腫縮式張裂型石香腸,藕節(jié)式粘滯型張裂石香腸,梯狀粘滯型剪裂石香腸,褶皺型石香腸,3．有限應變狀態(tài)的對比 對變形巖石有限應變狀態(tài)進行對比，應具體注意： (1)在同一層位的相同巖性層中進行應變

66、測量； (2)用相當構造部位(如同屬褶皺轉折端)上的同種應變標志進行對比。如果要對比早期的構造應變狀態(tài)，一般應在晚期變形的無應變域或弱應變域中進行測量； (3)用同一種測量方法和計算方法的成果進行對比。 在北京西山對以上各方面的對比研究，認為北京西山印支或更早期變形旋回第一世代的構造變形相變十分明顯，變形相變與變質相變在空間上是同步一致的，從北向南可以劃分出三個相互過渡的變形—變質相帶，見下表。,四、構造

67、變形相序列的劃分原則 劃分變形相序列除了從幾何學和運動學角度研究不同構造之間的輩分關系外，更需要詳細分析變形相的轉換。北京西山構造變形相轉換的標志有如下6個方面： (1)巖石變形習性的轉換：因構造作用使巖石發(fā)生變形—變質重建，從而使其能干性和各向異性發(fā)生重大改變。如泥、頁巖轉換成板巖、千枚巖或片巖；灰?guī)r轉換為大理巖；砂巖轉換為石英巖等等，因而使各世代構造的物質基礎不同。 (2)構造變形面的轉換：如

68、由以層理為變形面轉換為以新生面理為變形面。這里又牽扯到構造置換類型、方式和程度的轉換。,(3)變形體制的轉換：如由伸展構造轉換為壓縮構造。 (4)變形機制的轉換：如，在宏觀上，從分層剪切被動褶皺轉換為縱彎褶皺；在微觀上，從以晶質塑性變形為主導轉換成以壓溶擴散為主導。 (5)運動方向和方式的轉換：如不同世代構造要素優(yōu)選定向方位的轉換。 (6)構造樣式及共生構造組合的轉換：實質上是在前述研究基礎上劃分不同的構造

69、群落，最終揭示不同期構造變形相的轉換和疊加關系，建立構造變形相序列。,第六節(jié) 構造序列分析 構造序列分析認為，一個地區(qū)的構造是地殼不斷遞進變形和變形分階段演化相結合的產物。這種演化總是以不可逆的運動進程作旋回式的發(fā)展。特別是前寒武紀變質巖區(qū)的構造，一般都有很長的變形歷史，存在有多個變形旋回(deformation cycle)的構造。 一般地講，一個理想的構造變形旋回應該反映一個變形變質地體的發(fā)生、發(fā)