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劈理的結構、分類和產出背景

劈理(cleavage)是壹種將巖石按壹定方向分割成平行密集的薄片或薄板的次生面狀構造。它發育在強烈變形輕度變質的巖石裏,具有明顯的各向異性特征,發育狀況往往與巖石中所含片狀礦物的數量及其定向的程度有密切的關系。

(壹)劈理的結構

劈理的基本微觀特征之壹是具有域結構,表現為巖石中劈理域(cleavage domain)和微劈石(microlithon)相間的平行排列(圖8-3)。劈理域常是由層狀結構矽酸鹽或不溶殘余物的平行或交織狀的薄條帶或薄膜,故稱薄膜域。其中原巖的組構(指結構和構造)被強烈改造,礦物和礦物集合體的形態或晶格具有顯著的優選方位。微劈石是夾於劈理域間的窄的平板狀或透鏡狀的巖片,亦稱透鏡域,其中原巖的礦物成分和組構仍基本保留。微劈石與劈理域之間的邊界可以是截然的,也可以是漸變的,它們緊密相間,使巖石顯出紋理。正是由於劈理域內的層狀矽酸鹽礦物的定向排列使巖石具有潛在的可劈性。

(二)劈理的分類

劈理的分類和命名方案很多,這裏介紹目前常用的兩種不同分類方案,即傳統分類方案和結構形態分類方案。

圖8-3 劈理中的劈理域(深色帶)和微劈石(淺色帶)註意兩者中結構的差異;底長2mm

1.傳統分類

這是壹個目前仍在廣泛使用但有待改進的壹種方案。該方案根據劈理的結構及其成因將劈理分為流劈理、破劈理和滑劈理。

◎流劈理(flow cleavage):是變質巖中和強烈變形巖石中最常見的壹種次生透入性的面狀構造,它是由片狀、板狀或扁圓狀礦物或其集合體的平行排列構成的,具有使巖石分裂成無數薄片的性能(圖8-4)。

圖8-4 大理巖中的流劈理

圖8-5 砂巖和粉砂巖中的破劈理(據A.Beach照片素描,1982)上部粉砂巖,中部為長石綠泥石砂巖,下部為石英砂巖;劈理域和微劈石的寬度相應由較小變至最寬和最小

關於流劈理的含義目前尚未完全統壹,但越來越多的人認為,板劈理、片理、片麻理等是不同變質巖類中流劈理的具體表現形式。流劈理泛指巖石在變質固態流變過程中新生的平行面狀構造,它是巖石變形時,巖石內部組分發生壓扁、拉長、旋轉和重結晶作用的產物。

◎破劈理(fracture cleavage):原意是指巖石中壹組密集的剪破裂面,裂面定向與巖石中礦物的排列無關。破劈理的間隔壹般為數毫米至數厘米(圖8-5)。破劈理與剪節理的區別只是發育密集程度和平行排列程度的不同,當其間隔超過數厘米時,就稱作剪節理了。因此,從其原意來看,破劈理與剪節理之間並沒有明顯的界限。但在顯微尺度上,沿破劈理細縫中可觀察到黏土等不溶殘余物質,形成劈理域(圖8-5)。同時,破劈理能使兩側層理發生錯開。雖然這種錯開使它貌似斷層,但它不是滑動面,其上沒有擦痕和磨光面。

◎滑劈理(slip cleavage):滑劈理或應變滑劈理在形態上就是褶劈理,發育於具有先存面理的巖石中,它是壹組切過先存面理的差異性平行滑動面。滑動面實為滑動帶。在滑動帶中,礦物具新的定向排列構成劈理域。這種排列也可以是沿著滑動面重結晶的新生礦物定向排列的產物。滑劈理的微劈石中的先存面理壹般均發生彎曲和形成各式各樣揉皺(圖8-6)。所以,這種劈理通常又稱為褶劈理。

圖8-6 北京大灰廠石炭系板巖中的滑劈理(據宋鴻林薄片照片素描,1978)早期流劈理S1因剪切滑動而成S形彎曲,近劈理面的礦物被拉扭得與滑劈理面S2近於平行視域直徑3mm

2.結構形態分類

這個分類方案目前在歐美國家較為流行,是由鮑威爾(Powell,1979)提出的。它根據劈理化巖石內劈理域結構及其特征能識別的尺度,把劈理分為連續劈理和不連續劈理。

◎連續劈理:凡巖石中礦物均勻分布,全部定向,或劈理域寬度極小,以至只能借助偏光顯微鏡和電子顯微鏡才能分辨劈理域和微劈石的劈理,均稱為連續劈理。連續劈理又細分為板劈理、千枚理和片理。據此,前述的流劈理(圖8-4)即屬於連續劈理。

◎不連續劈理:劈理域在巖石中具有明顯間隔,用肉眼就能直接鑒別劈理域和微劈石的劈理,稱為不連續劈理。不連續劈理又分為褶劈理和間隔劈理。據此,前述的破劈理(圖8-5)和滑劈理(圖8-6)可屬於不連續劈理。

鮑威爾認為劈理的傳統分類具有成因含意,並不符合地質實際,而且不易準確定名,於是提出以形態為主的分類,對各類劈理作了定量的劃分。如對間隔劈理,根據劈理域的間隔大小,又進壹步細分為弱間隔、中等間隔、強間隔和很強間隔劈理。其實,根據筆者的實踐,即使借助偏光顯微鏡等手段,也難以對鮑威爾的分類給予準確定名。劈理定名或其界定的困難是因各類劈理常常是連續過渡的,或構造遞進疊加造成的。

(三)劈理產出的構造背景

劈理的形成不僅與地殼較深層次的變形變質作用相關,而且與褶皺、斷層(剪切帶)和區域性流變構造在幾何上和成因上都有著密切的關系。下面著重討論與褶皺有關的軸面劈理、與成層構造有關的層間劈理和順層劈理、與斷層有關的劈理及區域性劈理。

◎軸面劈理(axialplanecleavage):是指其產狀平行於或大致平行於褶皺軸面的劈理。這類劈理主要發育在強烈褶皺的地質體裏。

軸面劈理的產狀與褶皺軸面的關系取決於組成褶皺巖石的黏度、均壹性和褶皺的形態。在巖性均壹、黏度及黏度差較小的巖系裏,軸面劈理與軸面的平行性也愈高。反之,在巖石黏度差較大、強弱巖石相間的不均勻巖系裏,軸面劈理則發生散開和聚斂現象(圖8-7)。

軸面劈理形成於褶皺作用過程的中晚期階段,是強烈壓扁作用和剪切流變的結果。

◎層間劈理(interlayercleavage):是壹種受巖性及層面控制,與層理斜交的劈理。在黏度不同的巖層內,劈理的類型、間隔、產狀各不相同。壹般來說,在相對強硬巖石中的劈理密度小、間隔寬,與層面夾角較大;反之,在相對軟弱的巖層裏劈理密度大間隔小,與層面夾角相對較小。從而在強弱相間的相鄰巖層接觸面及其附近出現劈理折射現象,也可在相同巖層裏因顆粒粒度由粗到細的變化而使劈理發生弧形變化(圖8-8)。

圖8-7 軸面劈理散開和聚斂現象

圖8-8 北京孤山口霧迷山組中的劈理折射較弱的鈣質千枚巖發育弧形的連續劈理,較強的矽質石灰巖(左側)發育有與層理近直交的稀疏的不連續劈理,露頭寬約2m

層間劈理的形成,主要與巖石的不同力學性質和層間界面的控制作用有關。層間界面常常控制著不同巖層內的物質運動,從而在不同的巖層內發生相應的劈理化變形。

◎順層劈理(bedding cleavage):壹般是指在宏觀上與巖性界面近於平行的劈理。它們在褶皺中作為變形面隨褶皺而彎曲。順層劈理是巖石在變質作用下的塑性流變過程中形成的,壹般為流劈理。

◎斷裂劈理:包括斷裂帶內及其附近兩盤巖石中發育的各種劈理,這些劈理是在斷層的形成和兩盤相對運動過程中產生的。其產狀與斷層面斜交或近於平行。在強烈變形的韌性剪切帶裏多為流劈理,呈S形展布,但在脆性或脆-韌性斷裂破碎帶裏,則多為破劈理和褶劈理。劈理常與斷層面交成銳角,其尖端指向對盤巖塊相對運動的方向(圖8-9)。

◎區域性劈理:壹般是指與個別褶皺和斷裂(剪切帶)無壹定成因關系,而是以其穩定產狀疊加在前期褶皺、斷裂和巖體之上的劈理。壹般是在區域性構造應力作用下變形變質過程中形成的,多為流劈理或滑劈理。

圖8-9 西藏當雄斯米奪溫泉斷裂帶中的劈理(據宋鴻林和王新華,1974)