流体动力角砾岩分类及其地质意义

文章编号:1008-0058(2000)01-0018-06流体动力角砾岩分类及其地质意义

汪劲草,彭恩生,孙振家

(中南工业大学资源环境建设学院,湖南长沙　410083)

摘要:根据流体产生异常高压,并在一定条件下分别发生爆发作用、流化作用及水压作用原理,认为从爆发作用到水压作用可分别形成爆发角砾岩系列、流化角砾岩系列及水压角砾岩系列。研究了上述三类流体动力角砾岩的相互关系、鉴别标志及亚类划分。指出异常高压流体在一定条件下既可向增压方向发展,也可向降压方向演化,并以研究实例说明流体动力角砾岩系列岩石的地质作用过程包括爆发作用、流体作用及水压作用三个阶段之一或二或三。

关键词:流体;流体动力角砾岩;爆发作用;流化作用;水(力)压(裂)作用;岩石分类中图分类号:P542;P588.331 文献标识码:A

收稿日期:1999-06-07

基金项目:国家自然科学基金资助项目(49772152)

作者简介:汪劲草,男,1963年生,高级工程师,主要从事构造地质学研究.

迄今,地质学家对断裂构造岩的形成机制与类

型划分进行了深入研究[1～3]。根据不同的变形机制,断层可以划分为脆性、脆-韧性及韧性。主要断裂构造岩类型有角砾岩系列、碎裂岩系列、构造熔岩系列、糜棱岩系列、构造片岩系列、变余糜棱岩系列及糜棱片岩系列[4]。主要变形机制有机械破裂、粒间摩擦、碎裂流动、压溶、扭折、位错、滑移、攀移及蠕变等[5,6]。虽然不乏流体对线型或面型断裂的扩展、运移及其构造岩形成的重要影响,但究其实质,构造动力作用是断裂构造岩形成的地质主因。然而,在脆性域中,却屡见一些与断裂作用无关、分布却十分普遍、产状呈筒状、囊状、脉状及似板状,而且类似于断层角砾岩的系列岩石,如由岩浆活动、热泉活动及水(力)压(裂)作用等产生的系列角砾岩。不容置疑的是:上述系列角砾岩的形成皆与地下流体源(主要是液体H 2O 与混合气体)所产生的异常高压有关,是以流体能量释放为主的流体动力作用过程的产物。认识它对于追踪流体性质、了解地质作用过程、评价矿床成因、预测未知矿体等十分必要。下面将重点讨论由流体动力作用产生非断层角砾岩的地质过程、岩石分类、主要鉴别标志及相互之间关系等问题。

1　异常高压流体演化的三阶段过程

流体包括熔体、液体(H 2O )、气体(CO 2、CO 、CH 4)、超临界液体及未确定流体相[7]。其中,特别是气体及液体水,广泛而大量存在于地球各个层圈,包括气圈、水圈、生物圈、岩石圈、下地幔乃至地核。在地壳中,气体及液体H 2O 主要形成于岩浆作用、变质作用、混合岩化作用、沉积作用、俯冲作用及矿物相变作用等过程中,以分子形式保存于矿物晶格、缺陷、表面、粒间孔隙及各种尺度的裂隙中[8]。其运移方式有两种:一种是外力———构造动力作用开辟通道运移,其间形成断裂构造岩;另一种是内力———流体动力作用开启构造运移,其间形成流体动力角砾岩。流体自启通道是源于流体在地壳中可以形成异常高压。所谓异常高压,即储集空间中的流体压力高于静水压力[9]。产生异常高压的原因主要有岩浆排气、异常地热、地层欠压实、构造运动、矿物相变脱水、烃类及非烃类气体的生成与渗透压力等[9]。有研究表明:当流体(主要是气体)的内能与内压所产生的瞬时作用力远大于围岩的破坏强度极限时,流体会在地下发生迅猛的爆发作用[10];当流体(主要是气体、液体H 2O 及细碎屑的混合物)所产生的浮力大于自由碎屑颗粒的重力时,流体与碎屑的混合物就会发生流化作用[11];当流体(主要是液

第30卷　第1期　2000年1月 长春科技大学学报JOURNAL OF CHAN GCHUN UNIV ERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLO GY

Vol.30　No.1

Jan.2000　

体H 2O )具有异常高压时,岩石中就会存在水力压裂作用[12～15]。进一步研究表明(见第三节),在一定条件下,流体可以从高温高压相继通过爆发作用、

流化作用、水压作用向低温低压方向转化;也可以在一定条件下,从低温低压相继通过水压作用、流化作用、爆发作用向高温高压方向演化(图1)

。

图1　爆发作用、流化作用及水压作用三者关系图示

Fig.1　Showing the mutu al relation of explosion ,rheomor 2

phism and hydrofracturing

—→正向演化:降温降压,发生的速率逐渐减小;┄→逆向演化:增温增压,发生的速率逐渐增大

表1　流体动力角砾岩分类表

T able 1　Classif ication table of fluid d ynamics breccia

异常高压

超异常高压

碎裂程度

低(温度、压力、应变速率)ϖ高(温度、压力、应变速率)水压角砾岩系列流化角砾岩系列

爆发角砾岩系列角砾

>5mm 基质或(和)胶结物

<5mm 水压角砾岩化××岩初水压角砾岩水压角砾岩超水压角砾岩

　初流化角砾岩流化角砾岩超流化角砾岩

爆发角砾岩化××岩初爆发角砾岩爆发角砾岩超爆发角砾岩

>90%90%～50%50%～10%<10%

<10%10%～50%50%～90%>90%

2　流体动力角砾岩的岩石分类与鉴别

过去,流体动力角砾岩在文献中经常描述的有隐爆角砾岩(或称爆发角砾岩、隐爆发角砾岩、隐爆

碎屑岩等)、流化角砾岩(或称侵入角砾岩、流化碎屑岩、卵石岩墙等)及热液角砾岩(热水角砾岩、水压角砾岩等)。现在的问题是:尽管上述术语在某种程度上能反映岩石的成因及产状,但具体到地质体,既显得笼统,难以准确表达其特征,又过于杂乱,造成同物异名现象。为此,本文拟采用下列分类思路:①以流体动力作用过程为线索,将其划分为爆发作用域、流化作用域及水压作用域,相应的角砾岩大类分别为爆发角砾岩、流化角砾岩及水压角砾岩;②主要根据角砾岩的碎裂程度指标,如粒度、角砾与基质或(和)胶结物比例、分选程度等,将各类角砾岩划分为

爆发(水压)角砾岩化××岩、初爆发(流化、水压)角砾岩、爆发(流化、水压)角砾岩及超爆发(流化、水

压)角砾岩(表1、图2)

。图2　爆发角砾岩系列、流化角砾岩系列及水压角砾岩系

列柱状对比图

Fig.2　Columnar correlation map for explosive breccia se 2

ries ,rheomorphic breccia series and hydrofrac 2turing breccia series

爆发角砾岩系列　地下超强气体过饱和,若内

能及内压达到极限时,会发生猛烈爆发,围岩在极短时间内破碎。如果流体因爆发而过量扩容或逃逸,迅速降低的内压则不能满足碎屑再发生任何流体动力作用,此时形成的角砾岩称为爆发角砾岩。爆发角砾岩围绕中心呈环带分布,中心一般为超爆发角砾岩或爆发角砾岩,往外逐渐过渡到初爆发角砾岩、爆发角砾岩化围岩,这与爆发角砾岩筒的结构一致。如果爆发中心位于两种或两种以上岩性交界处,角砾则会出现相应种类。爆发中心的角砾具有明显而有限的位移,最外的岩石只是被原地震碎。角砾呈棱角至次棱角状,基质与角砾成分及种类相同。矿

物胶结物中包裹体组成主要为气相、气-液相。产9

1第1期 汪劲草,彭恩生,孙振家:流体动力角砾岩分类及其地质意义