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线状构造

线状构造泛指地质体中所有呈线条状的构造要素,是一个不具成因含义的描述性术语。线状构造包括:①原生的:如沉积岩的线形沟槽、岩浆岩的流线等;②次生的:构造变动形成的线理、杆状构造、窗棂构造、断层迹线、褶皱枢纽和各种构造面的交线等;③地壳中延长很远的直线或舒缓曲线形构造或地貌,如呈线状排列的洼地或湖泊,线状排列的火山口等;④在遥感影像中一切呈现为线性的影像,而不论是由地质、地貌或其他原因所引起的。

线状构造在地壳岩石中极为发育,大到巨型的线状褶皱、断层线,小到手标本甚至显微镜下所见的矿物生长线理。这些在手标本、显微尺度和露头尺度上透入性的线状构造通常称为线理。根据成因,线理可分为原生线理(在成岩过程中形成的线理)和次生线理(指在构造变形中形成的线理),在本文中主要讨论次生线理。根据尺度大小,线理可分为小型线理和大型线理。露头尺度的线状构造称大型线理,而手标本或更小尺度的则称小型线理。根据运动关系,线理可分为A型线理和B型线理。 [1]

直线的产状是直线在空间的方位和倾斜程度。直线的产状要素包括倾伏向(或指向)和倾伏角;也可用其所在平面上的侧伏向和侧伏角来表示。

直线在空间方位的表示,类似于前述面状构造产状要素中的倾斜线的方位表示法。直线的倾伏向指该直线在水平面上的投影线所指示的向下倾斜的方位。直线的倾伏角指该直线的倾斜角度,即该直线与其水平投影线之间的夹角。

在线状构造与面状构造密切相关时,通常可用直线在平面上的侧伏角来表示。例如,一般线理要在面理面上测量,这时可用线理在面理面上的侧伏角和面理的产状一起来表示线理的产状。一条直线在其所在倾斜面上的侧伏角,是指该直线与该斜面的走向线问所夹的锐角;侧伏向指构成上述锐角I孢走向线的那一端的方位。如一条直线的侧伏为24°NE,表示其与所在面走向线的NE端的侧伏角为24。

值得注意的是,在野外研究线理时,不要把任意露头面上见到的相互平行的迹线当做线理。不论A型线理还是B型线理,只有在同期构造的面理面(AB面)上,才是其真正的表象。在不同方向的切面上都可以见到一些线状的交迹,但只有在劈理面(s)上所看到的拉长的矿物集合体的定向排列,才是真正的拉伸线理。因此,线理的测量一定要在与其伴生的面理面上进行。 [2]

线理是在构造变形过程中形成的,其实质是在应力作用下物质的迁移组合和重结晶的过程,因此,线理能指示变形过程中物质运动的方向。在挤压或拉伸条件下,物质运动的坐标轴a、b、c的方向与应变椭球体的主应变轴方向(X、Y、Z轴)一致,即物质的最大运动方向(口轴方向)与最小应力方向(a)或应变椭球体的X轴方向一致。自然界中线理种类很多,就其在变形过程中与物质运动方向或主应变轴方向的关系可分为A型线理和B型线理。

A型线理又称a线理,线理方向与物质运动方向(口轴)或最大主应变轴(X轴)方向平行,如矿物生长线理、拉伸线理等。

B型线理又称b线理,线理方向与物质运动方向(口轴)或最大主应变轴(x轴)方向垂直,而平行于中间应变主轴(y轴)方向,这类线理多属于交面线理或褶皱线理。

拉伸线理是由拉长的岩石碎屑、砾石、鲕粒、矿物颗粒或矿物集合体等平行排列而显示的小型线状构造。拉伸线理是组成岩石的某些组分被拉长呈韧性变形而形成,其拉伸方向或线理的展布方向与应变椭球体中最大主应变轴(X轴)方向或物质运动方向a轴相一致,所以属A型线理。

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形成。这类线理多是岩石在受拉张条件下,晶体沿张应力(a3)方向生长的结果,因而矿物生长方向或纤维定向排列方向代表物质的塑性流动方向或岩石受拉伸的方向,所以也属A型线理。 [3]

褶纹线理是先存面理上微细褶皱枢纽密集平行排列组成的线理,褶皱的波长和波幅都在数厘米以下,或仅为毫米级。这类线理在多次变形变质的千枚岩、片岩中最为发育,因其展布方向与同期褶皱轴方向一致,故属于B型线理。

1交面线理是由两组面理相交的线理,多属B型线理。

2断层面上的擦痕线理属A型线理。

3韧性剪切带中的鞘褶皱属A型线理。 [4]

大型线理是指在露头尺度的线状构造,其规模一般在几厘米至几十米。大型线理在露头尺度上是非透人性的,常见有3种。

石香肠构造又称布丁构造(boudinage),它发育在具有不同力学性质互层的岩系中,当岩层受到垂直或近垂直层面的挤压时,强硬岩层被拉伸、甚至拉断趋于破裂,软弱岩层压向两侧塑性流动,并充填到强硬层被拉张的破裂空间中,从而形成在构造剖面上形态各异、层面上呈平行排列的长条状块段,即石香肠构造。

窗棂构造是由强硬层组成的形似一排半圆柱状的大型线理。其形态类似古代窗棂(mullion)而得名。窗棂构造实质是强硬层构造的宽圆形背形镶嵌在软弱层构成的紧闭褶皱中,其半圆柱面光滑,常附有云母、绿泥石等片状矿物的薄膜。窗棂构造的棂柱一般呈平行稳定延伸,其形成的受力方式与石香肠不同,前者为平行层理的挤压,后者为平行层理的拉伸或垂直层理的挤压。“窗棂”柱的延伸方向与主应变轴y轴一致,也属大型B型线理。

杆状构造是由石英、方解石或其他成分相对单一的强硬岩石物质构成,它们成带成束地在一定的变质岩层中呈棒状体出现,其长度一般为在数厘米至数十厘米。杆状构造多产于变质岩区小褶皱的转折端,是变质过程中同构造分泌的产物。典型的杆状构造是石英棒,它可以是早期岩脉在褶皱过程中滚动而形成,也可以是硅质物质集中于转折端低压区,由分泌而形成,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。杆状构造是强烈变形和变质分异作用的联合产物,是垂直褶皱枢纽方向作辗滚运动的结果,所以,其延伸方向与小褶皱枢纽或应变主轴y轴一致,是一种大型B型线理。

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。铅笔构造的形成通常有两种成因:一是劈理与层理交切的结果或剪切面与层理交切的结果;二是成岩压实与顺层挤压变形共同作用的结果。铅笔构造的规模一般取决于岩层厚度和劈理间隔的大小,在露头上由于释荷而裂开呈长数厘米至十厘米长的棒状碎条,断面呈菱形到多边形。

在自然界中,面状构造和线状构造往往是同时发育的,所以观察和研究要同时进行,也只有将两者的研究结果作综合分析,才能得到更满意的结果。在片理面中有一箭石被拉长,箭石中矿物生长线理为拉伸方向(ρ3),而片理面为挤压面(ρ1),由此可知原岩受变形的三轴应力方位俩垂直片理,ρ3近南北,ρ2近东西,但如果只知道片理或生长线理中的一个产状,仍不能知道三个应力方位。同理,在研究褶皱构造时,只有确定轴面产状(ρ1)和枢纽的产状(ρ2),才可以确定褶皱形成过程中所受的三轴应力状态,断面上擦痕线理和断带中矿物生长线理只能帮助确定断盘运动方向或一个应力方位,所以,必须结合断面性质才能确定三轴应力方位。

除了上面讨论的露头尺度及其以下的线状构造外,把分析线状、面状小构造的原理用于分析区域性的、甚至全球的大型面、线状构造也是可行的。如巨型造山带的延伸方向是受到垂直其走向的区域性挤压,而由板块碰撞形成的造山带,它的展布方向与板块的对接(俯冲)方向垂直。 [5]

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