第六章 构造岩

2、初碎裂岩
岩石具碎裂结构或碎裂斑结构。碎块位移或转动较大。碎块 呈残留碎斑状，被碎基所包围。碎基含量约占10％～50％， 但岩石中碎斑仍多于碎基，碎斑粒已变小，一般小于2mm二 碎斑中常见破裂和边缘粒化现象。初碎裂岩可在不同程度上 保留原岩的性质和结构。若变形后具碎斑结构，亦称为碎斑 岩。
3、碎裂岩 岩石具碎裂结构，碎斑少而小，岩石大部分已破碎为碎 粒、碎粉，碎基约占50％～90％。颗粒趋于均一，原岩结 构难以辨认。若碎粒较多，由碎粒与碎粉组成碎粒结构， 也称为碎粒岩。
第六章 构造岩
•一、构造岩研究历史
1、定义：由于变形作用使岩石的结构和构造，甚至矿物成分发生变化， 形成一种组构、矿物成分与原岩不同的新类型岩石，称之为构造岩 (tectonite)
2、研究历史：有关构造岩研究已有100多年的历史， 最初人们普遍认为 构造 岩是脆性变形的产物，破裂起主导作用，故称其为碎裂岩或断裂 构造岩等，并按碎裂程度的不同，将其划分为断层角砾岩一碎裂岩一糜 棱岩系列，这种认识持续了将近一个世纪。 本世纪70年代以来，随着对地壳较深层次的变形及其有关岩石的深 入研究，岩石变形实 验的不断完善，金属物理学理论的逐步引入和透 射电子显微术的兴起，人们对构造岩尤其 是对糜棱岩的研究，才有了 突破性的进展。结合岩石变形实验及对天然变形岩石的观察研 究，人 们发现构造岩中的糜棱岩并不是脆性破碎后经强烈研磨而成的产物。这 样，人们改 变了对构造岩的认识，将构造岩划分为碎裂岩系列和糜棱 岩系列。前者以脆性变形为主导， 后者以塑性变形为主，它们分别代 表了地壳浅部断层带和较深部剪切带的产物。
2、成因分类： Wise (1984)以 应变速率和恢复 速率分别为纵、 横坐标的分类图 (图6-2)也常常被 引用。
类 型 构造层次 变质级别 流体 主导变形 机制
构造片麻岩类 深部构造层次 麻粒岩相－高角闪岩相 以熔体、富 CO2 流体发育 熔体增强颗粒流动、扩散迁 移、膨胀破裂，局部有位错蠕 变 条纹、条带状构造、强直片麻
• 根据假玄武玻璃基质的显微镜观察和粉末X 射线的特征(即假玄武玻璃基质中微晶体的有 无及结晶程度)，将假玄武玻璃分为5种类型：
– ①玻璃质型; – ②微隐晶质型; – ③微晶质型; – ④微晶体质型; – ⑤混合型。
• 其基本特征如下: – (1)玻璃质型:由灰黄色一黄褐色玻璃质的基质组成，显微镜下显示均质
Байду номын сангаас
该分类在我国影响大，应用也广，但也存 在不少问题，如 未充分注意到以晶粒生长为主的结晶作用，未考虑构造岩的变 质程度等。 后来，许多人在此基础上进行了进一步的修改和 完善，如甘盛飞(1994)提出的以细、中、粗粒为描述性分类及 以低、中、高温为成因性分类，钟增球等(1994)根据构造岩的 变质级提出的分类(见图6-1)，何绍勋等(1996)在Sibson等人分 类方案的基础上增加了以晶粒生长为主的构造片岩、糜棱片岩、 变余糜棱岩系列的分类(表6-2)等，
晶体的光学特征，但难以鉴定其矿物种类。粉末X射线的反射曲线特征表 明基质大部分为结晶体组成。
– (4)微晶体质型:基质主要由微晶体组成，微晶体大小不一、形状复杂。
通过显微镜和电镜的联合分析，基本可以鉴定其矿物种类。
– (5)混合型:基质由上述4种类型的基质混合而成。
4、形成环境
玻化岩主要是地震滑动的产物，可分布于整个地震带。因 此，玻化岩可形成于地壳浅部(<12km)的弹脆性变形机制下， 也可形成于较深部位(12／u18km)的晶体塑性变形环境下， 也即在韧性剪切带的糜棱岩中也可出现玻化岩(图6-6)。如 苏格兰西北的莫因断层(Sibson，1980)、桐柏地区韧性剪切 带(翟淳，1988)及广东河台韧性剪切带(何绍勋等，1996)中 已发现玻化岩和糜棱岩伴生。但不同深度玻化岩的结构不 同，含气孔＼杏仁结构的玻化岩形成深度 1．6km，非晶质 玻化岩形成深度<6km，微晶结构的玻化岩形成于8～18km。
4、超碎裂岩
岩石中碎斑小而少见，碎基分布较均匀，多为碎粉状， 辨认。大部分由碎粉组成，故也称之为碎粉岩。占90％以 上。原岩结构已无法识别。
五、玻化岩（假玄武玻璃）
1、定义：
玻化岩(pseudotachylyte)最早由Shand(1916)提出，用于描述 南非Pailis地区一种由冲击作用形成的呈脉状的暗色隐晶质 岩石。这种岩石一般颜色较深，常呈黑色或黑绿色，外貌很 像玄武玻璃，故又称假玄武玻璃，也有人称构造熔岩(何绍 勋等，1996)。玻化岩是岩石在高应变速率(由地震或冲击作 用引起)下，沿断面快速滑动所形成的一种特殊的构造岩。
按主要碎块的大小及碎基的含量，可将其划分为：碎裂XX 岩（碎裂化岩石）、初碎裂岩、碎裂岩和超碎裂岩等。
1、碎裂XX岩（碎裂化岩石） 岩石已初具碎裂结构。岩石及其中的矿物被裂隙切割成不 规则状碎块，碎块间位移不大，可大致互相拼接。原岩整体 结构和基本特征仍保留较好，碎块间充填了少量基质和泥质、 硅质、铁质及钙质等物质，含量小于10％。此类岩石一般称 为碎裂XX岩或碎裂岩化的XX岩。
pseudotachytite
• 它们以形状不规则的单脉或网状及多期穿插 分布于断层带中，与围岩呈侵入关系并有明 确的边界。脉体主要由暗色非晶质或隐晶质 玻璃基质组成，内有树枝状或球状微晶结构。 基质中含有大量母岩的岩屑和晶屑，主要为 石英，其次是少量长石;碎屑有熔蚀现象。另 外还有气孔、杏仁、球粒、冷凝边和流动等 构造。
体特征。粉末X射线分析结果表明，玻璃质基质占全岩的90%,剩余的10% 为石英碎片特征.
– (2)微隐晶质型:由褐色一褐黑色，微粒化的隐晶质和部分细粒微晶体组
成，但显微镜下难以观察其晶体结构。粉末X射线反射曲线的特征显示该 基质由大部分微晶体和部分玻璃质基质所组成。
– (3)微晶质型:基质主要由小于几微米的微晶体组成，显微镜下可以鉴定
其变形过程是：当初始破裂发生时，岩石先形成粗大碎块， 而没有熔融现象；随后，磨碎作用使碎块粒度逐渐减小，引 起碎块表面积(能)急剧增加(可达3000多倍)；当磨碎作用达到 临界应变速率时，由破裂和弹性应变产生的热量超过系统散 发的热量，熔融作用开始发生。由此，他认为磨碎是熔融的 必要前提，二者是玻化岩形成过程中的不同阶段。
张性角砾岩
压性角砾岩
医巫闾山变质核杂岩位 于燕山造山带东端、阜 新盆地东缘和下辽河盆 地西缘。
四、碎裂岩系列
此系列岩石以脆性变形为主。碎裂岩的显著特点是无定向 或具弱定向。岩石中裂隙发育，岩石被裂隙切割为大小不一 的碎块。开始时，碎块位移不大，随着应变的加大，碎块间 位移加大，粒度变细，碎块间碎基增多，碎块粒化加剧，逐 渐被碎粒和碎粉所包围，成残留碎斑状，以至最后岩石可全 部变为碎粒和碎粉。
特征性组 构
理和宏观不对称流变构造， 显 微构造具有花岗变晶结构、 三 边平衡结构、 复晶石英条带和 膨胀剪切裂隙和愈合裂隙
片状变晶结构、显微破裂、 晶内变形组构、云母鱼、核 －幔结构、应变影
以特征性同构造矿物组合命 岩石分类 矽线石榴钾长构造片麻岩等
为糜棱岩化岩石（＜10％） 以片状矿物组合命名，如白 云母绢云石英构造片岩、绿 泥阳起构造片岩等 棱岩（50～90％）和超糜棱 岩（＞90％）
pseudotachytite
假玄武玻璃特征及其研究现状
• ①19世纪初到70年代以野外产状及显微镜观察为主 的描述阶段; • ②70年代到90年代初期对假玄武玻璃的形成条件进 行模拟计算，并利用电子显微镜观察其微细结构的 电算和电镜阶段; • ③从80年代末至今，对假玄武玻璃形成的力学和化 学机制进行实验模拟的成因实验研究阶段(孙岩等， 1998)。
糜棱岩类 中深部－中浅部构造层次 角闪岩相－绿片岩相 水溶液和熔体 位错蠕变、粒间滑移、溶解 蠕变，局部脆性破裂 典型糜棱组构、晶内变形组 构（变形纹、变形条带、亚 晶粒） 、核－幔结构、残斑 系、应变影、剪切阶步 依据基质含量进行分类，分
构造片岩类 中浅部构造层次 绿片岩相 水溶液 溶解蠕变、位错蠕变、新矿 物化、脆性破裂
5、化学成分变化规律
玻化岩的全岩化学分析与紧邻的母岩一致，而且REE和某些痕量元素 含量也变化不大，说明玻化岩是母岩及碎裂岩原地熔融形成的。
但熔融的基质部分与全岩之间存在明显差异，最显著的特 征是熔融部分的SiO2含量少于围岩，而Al2O3、Fe2O3、 FeO2、TiO2、MnO2、MgO、CaO、K2O等则相对增加。由 此认为石英、长石等是围岩中不易熔融的矿物(碱性长石则 较易熔融)，而层状硅酸盐和角闪石及铁镁质矿物等则相对 容易熔融。玻化岩中矿物优先熔融的顺序是：层状硅酸盐 (如黑云母)、链状硅酸盐(其中闪石类易于辉石类)、架状硅 酸盐(如长石类)、正硅酸盐(如石英)。
2、玻化岩形成过程
关于玻化岩的成因一直存在两种争议：一种认为是岩石在高应变速率下 发生变形、局部高温熔融又迅速冷凝而形成；另一种则认为在高应变速 率下岩石发生“爆裂”，形成密集的裂隙，将岩石切割成粉末状，尔后 再由粉末凝聚而成。1995年，Spray进行了花岗岩快速滑动导致熔融的实 验研究。结果表明，上述两种成因密切相关，而不是互为对立的。
二、构造岩的分类及其特征
对于构造岩的类型划分，目前较流行的方案主要有两类： 一类是以结构为主的分类方案，以（Sibson，1977； Takayi，1982）为代表； 另一类方案是按成因机制（wise1984；王嘉阴，1978； 孙岩1985）。
1、结构分类方案： 这 种分类法主要考虑了构造岩的结构因素（ 1977年， Sibson ），如：①固结与未固结；②紊乱组构与面理化组构； ③碎斑的大小与基质的含量；④重结晶程度等。
这一熔融顺序是由矿物的剪切屈服强度(低)、抗破裂强度(高)和热传导 率(高)等物理性质所决定的(优先熔融)，与正常岩浆岩的熔融顺序正好 相反。上述熔融顺序也很好地解释了玻化岩中云母碎块少而石英碎块 较常见的现象。
3、玻化岩结构和组成
由玻璃基质和碎斑两部分：玻基部分可呈流动构造＼条带状 构造或碎粉状构造，还可见球状、树枝状微晶结构，气孔和 杏仁构造，球粒构造等。有时可见局部结晶，这些结晶质可 能是玻化岩形成过程中保留下来的，也可能是玻璃质脱化而 成的。碎斑大小不等，但多在0．2mm以下，呈浑圆状或不 规则状。其成分依原岩的不同而不同，可以是长石、石英或 其它矿物，含量一般较少。 碎斑结构的产生主要是因为形成玻化岩时时间短，以及碎屑 矿物成分、变形形态和熔体成分的影响等，一般达不到全岩 熔融，使玻化岩保存有母岩的岩屑和晶屑，而形成碎斑结构。
名，如二辉斜长构造片麻岩、 初糜棱岩（10～50％） 、糜
S、L 组构
L＞＞S，典型 L 构造岩；S＝ L，SL 构造岩
S＝L， SL 构造岩
S＝L，SL 构造岩；S＞＞ L， 典型 S 构造岩
三、断层角砾及断层泥
• 断层角砾与断层泥是未固结成岩的断层产物，主要是由一些 晚期和近地表的表层断层形成的。 • 断层角砾：以岩石碎块为主(>30％)，基质为同成分的碎屑。 若碎块定向性强，可称为透镜体化带。 • 断层泥：则是一种沿断层分布的、经破碎和研磨作用而形 成的糊状物，往往呈膏泥状，矿物颗粒小，肉眼难以辨认。 其碎块<30％，常常形成磨圆的磨砾，并可发育一组剪破裂。 断层泥岩形成过程中，常伴有压溶作用，其结果是方解石、 长石及石英等矿物减少，而泥质、碳质及粘土矿物等显著增 多。这些难溶组分常常是断层泥岩的主要成分。断层泥也可 具有定向构造，常称片理化带。
4、假玄武玻璃的类型
• 大量假玄武玻璃的TEM . SEM研究发现，假玄 武玻璃的基质多由非常细粒的微小晶体组成。 传统显微镜下被鉴定为玻璃质的基质，电镜下 除少部分确为玻璃质基质外，大部分为微小晶 体的集合体。这些微晶体(microlite)常常呈现出 由快速冷凝形成的各种形状，如针状残骸状、 树枝状、球体状等。所观察到的微晶体主要包 括石英、长石、黑云母、角闪石、 辉石、石榴子石、钦铁矿、磁铁矿、尖晶石等 矿物。