第七章 面理和線理從幾何學的角度來看，任何地質構造都可以概括成面狀構造與線狀構造兩類。斷層面、節理面、褶皺的軸面以及劈理、片理、片麻理等都屬于面狀構造；褶皺樞紐、柱狀礦物的定向排列、各種構造面的交線都屬于線狀構造。面理和線理是面狀構造和線狀構造中比較廣泛發育的兩大類型。兩者均有原生及次生之分，根據面狀構造與線狀構造在巖體中的分布特點，可分為透人性的和非透人性的。所謂透入性的構造是指在一個地質體中按一定的規律均勻而連續分布的構造，一般它們是呈隱蔽狀態的，經風化后才顯示出來。它們反映了地質體的整體呈均勻地發生變形。而非透人性構造是指僅僅產出于地質體的局部的構造，如在露頭上見到的斷層面或節理面，變形主要集中在斷層面或節理面及其附近，其間的巖塊很少或沒有受到變形。透入性與非透人性是相對于觀察尺度而言的。有些節理和斷層在小型尺度范圍內是透入性的，而在微型尺度上就不具有透入性。同樣，某些節理和斷層，在小尺度范圍內是非透入性，但從區域尺度觀察（如從衛星照片上觀察），則是平行排列均勻分布的斷裂組就可以看作是透入性構造。本章討論的面理和線理，就是廣泛分布于強烈變形巖石當中，在露頭上和手標本上（即小型尺度上），所看到的透入性面狀構造和線狀構造。第一節 面 理透入性的面狀構造稱為面理，原生的面理構造主要出現在沉積巖與巖漿巖中，次生的面理則發生在變質巖中。本章主要介紹變形變質過程中形成的、展示于手標本和露頭尺度上的次透入性面狀構造。面理可由礦物組分的分層、顆粒變化顯示出來，也可由近平行的不連續面、不等軸礦物或片狀礦物的定向排列，或某些顯微構造組合所確定。廣泛發育于變形變質巖石中面理具有多種類型（圖7-1），本章主要討論劈理。圖7-1 各類面理示意圖（a）由組分分層顯示出來的面理 （b）由顆粒大小變化顯示出來的面理 （c）由近平行的不連續面顯示出來的面理 （d）:通過礦物的優選方位定向排列顯示出來的面理 （e）由板狀礦物或透鏡狀礦物集合體優選方位顯示出來的面理 （f）由組分分層以及顆粒的優選方位聯合作用顯示出來的面理（a）（b）（c）（d）（e）（f）一、劈理的概念次生面理包括劈理、片理、片麻理等，是變質巖中最常見的構造現象。劈理，是一種由裂面或潛在裂面將巖石按一定方向劈成平行密集的薄片或薄板的構造。這種裂面或潛在裂面稱為劈理面，相鄰兩劈理面之間所夾的薄板狀巖片，稱為微劈石(De Sitter，1964)。(a) (b)圖7-2 劈理的結構（劈理域和微劈石）(a)劈理域 (b) 微劈石劈理的基本微觀特征之一是具有域構造，表現為巖石中劈理域和微劈石相間平行排列（圖7-2）。劈理域一般是由層狀硅酸鹽礦物(和要是云母)或不溶殘余物富集成的平行或交組狀的薄條帶或薄膜組成。劈理域中原巖的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。微劈石是夾于劈理域間的窄的平板狀或透鏡狀的巖片。微劈石中與劈理域間的邊界可以是截然的，也可以是漸變的，它們緊密相間，使巖石顯現出紋理。正是由于劈理域內的層狀硅酸鹽的定向排列使巖石具有潛在的可劈性。 二、劈理的類型傳統的劈理的分類和命名方法是根據劈理的成因和結構將劈理劃分為三種基本類型：板劈理（流劈理）、破劈理和滑劈理。鮑威爾（C.Mca.Powell，1979）首次提出根據劈理的域構造進行分類的方案，戴維斯（G.H.Davis，1984）又做了說明，根據劈理域的特征能識別的尺度，把劈理分為兩大類：1連續劈裂如果劈理域很狹窄，借助偏光顯微鏡和電子顯微鏡才能分辨，這種劈理稱為連續劈理。根據劈理中的粒度或域構造發育的程度，連續劈理可分為板劈理、千枚理和片理。（1）板劈理。發育在細粒的低級變質巖中的透入性面狀構造，以板巖中的板理為典型。礦物粒徑一般小于0.2mm。板劈理使板巖具有良好的可劈性，使巖石劈成十分平整的薄板（圖7-3）。圖7-3 板劈理（陜西紫陽）（2）千枚理。千枚理的特征介于板劈理與片理之間。主要發育在富泥質的千枚巖中，在露頭上以柔和絢麗的絲絹光澤為其主要特色（圖7-4）。（3）片理。發育在中高級變質巖中的透入性面狀構造（圖7-5）。它與板劈理的區別是結晶程度的差異。晶體的粒徑大于0.2mm，一般在1-10mm。片理使巖石裂開程度不像板巖那樣完美，常劈成透鏡狀或粗糙的板狀。（圖7-4）千枚巖鏡下照片素描（圖7-5）片理野外照片（黑云母石英片巖） 圖7-6 褶劈理野外照片（a）帶狀褶劈理 （b）分隔褶劈理ab2不連續劈理如果劈理域和微劈石可用肉眼鑒別，這類劈理稱為不連續劈理。不連續劈理根據微劈石的結構可分為兩類：褶劈理和間隔劈理。（1）褶劈理。褶劈理是由先存的連續劈理形成緊密相間、平行排列的微褶皺發展而來的。其間隔一般為0.1-10mm。根據其域構造的形態再分為帶狀褶劈理和分隔褶劈理（圖7-6）。帶狀褶劈理的劈理域較寬，域內的每一片層狀硅酸鹽礦物以小角度與劈理域的總方位相交。當劈理域變得十分窄并切截了微劈石中的連續劈理，使相鄰的微劈石截然分開，則是分隔褶劈理。從帶狀褶劈理到分隔褶劈理還存在有過渡類型。（2）間隔劈理。一般相當于破劈理，由一系列的平面交織線帶、縫合線帶的薄膜與其間的微劈石組成（圖7-7）。劈理域一般較窄，間隔常以毫米計。在顯微尺度上，多數間隔劈理的細縫中充填著粘土等不溶殘余物質，形成劈理域，并能使兩側層理錯開。三、劈理的應變意義圖7-7 平行褶皺軸面的間隔劈理有限應變測量表明，劈理一般垂直于最大壓縮方向，平行于壓扁面，即平行于應變橢球的AB主應變面。在變形巖石中，絕大多數的劈理與褶皺同期發育。劈理大致平行于褶皺軸面。在強巖層（如砂巖）與弱巖層（如板巖）組成的褶皺中，強巖層中的劈理常構成向背斜核部收斂的扇形，弱巖層中的劈理則成向背斜轉折端收斂的反扇形。強弱巖層相間的褶皺巖系中，常形成劈理的折射現象（圖7-8）。在緊閉褶皺中，劈理與軸面幾乎一致，與褶皺兩翼近于平行，僅在轉折端處，劈理與層理大角度相交或近于垂直，表明劈理垂直于最大壓縮方向。劈理垂直于最大壓縮方向還有很多證據，例如含有化石的板巖中，層面上平行劈理跡線方向的化石形體比未變形的要窄，垂直于劈理跡線方向的化石要比未變形的寬，表明劈理是垂直于最大壓縮方向。 雖然大多數劈理垂直于最大壓縮方向，并平行于應變橢球的AB主應變面，但不能排除劈理的發育與剪切應變有關。如韌性剪切帶中具有劈理特征的糜棱巖面理與應變橢球的AB主應變面不完全平行，而與剪應變有一定的關系。圖7-8 劈理的折射現象四、劈理的野外觀察劈理是變質巖區最常見的面狀礦物。變質巖區的原生層理常被劈理置換或隱蔽，致使野外地質調查時把劈理誤作為層理，從而導致對地質構造的錯誤認識。正確區別層理和劈理是變質巖區工作時要解決的首要問題。一般來說，巖性界面往往就是層理的標志。但是，許多變形強烈的劈理化巖石中，淺色的微劈石與深色的劈理域平行相間排列的成分分異層，極易 被誤認為是層理。這時要努力尋找變余的原生構造（如交錯層、波痕等），并對標志層（如石英層等）進行認真追索。野外觀察時應注意以下幾點：（1）對劈理性質觀察描述，區分劈理的類型，分析劈理與巖石化學成分、礦物成分及巖石結構之間的關系。（2）逐層測量劈理與層理的夾角（3）尋找劈理化巖石中的應變測量標志，了解劈理巖石的變形狀態及其與劈理發育的關系。（4）觀察劈理之間以及劈理與其它構造的生成順序。（5）采集定向標本，為室內進行顯微構造分析作準備。第二節 線 理圖7-9 黑云母二長片麻巖的面理上可見平行的線紋，它代表拉伸的方向一、線理的概念線理，是泛指巖石內部或表面的各種平行線狀構造，主要是指露頭上或手標本上的小尺度透入性線狀構造線理可分為原生線和次生線理，前者是成巖過程中形成的線理，如巖漿巖中的流線；后者是指構造變形中形成的線理（圖7-9）。次生線理是構造運動學的重要標志，利用它能夠指示構造變形中巖石物質的運動方向，因此有著重要的構造意義。二、線理的分類線理的類型較多，就其與變形過程中物質的運動方向及其與應變主軸的關系可歸納為兩類：一類與物質運動方向平行，稱為a型線理，若與最大應變軸一致，又稱為A型線理；另一類與物質運動方向垂直，一般平行于應變橢球的中間應變軸，稱作b型線理或B型線理。變質巖中除小型線理之外，還有一些粗大線狀構造，如石香腸、窗欞譴、桿狀構造等。圖7-10 石英巖中礫石拉長線理1小型線理在變質巖石中，常常發育有各種微型或小型透入性線理，小型線理是構造運動的重要形跡，根據小型線理的形態和成因，可分為下列幾類：（1）拉長線理。拉長線理是巖石碎屑、礫石、鮞粒、礦物顆粒或集合體等平行排列形成的線狀構造。它們是巖石組分變形時發生塑性拉長而形成的。其拉長的方向與應變橢球中的最大主應變軸A方向一致，故為A型線理（圖7-10）。（2）礦物生長線理。礦物生長線理是由針狀、柱狀或板狀礦物順其長軸作定向排列而成的線理是礦物在定向應力作用下沿引張方向重結晶生長的結果，因而礦物及其纖維生長的方向往往指示巖石重結晶或塑性流動的拉伸方向，屬A型線理（圖7-11）。（3）皺紋線理。皺紋線理是由先成面理構成的微細褶皺的樞紐平行排列而成的線理。微細褶皺的波長和波幅常在數厘米以下，或僅以毫米計。皺紋線理的方向與其所屬的同期褶皺的樞紐方向一致，屬B型線理（圖7-12）。圖7-13 兩組交面線理交織成網格圖7-11 方解石類礦物生長線理圖7-12 褶皺樞紐處皺紋線理（4）交面線理。交面線理是兩組面理相交或面理與層理相交形成的線理，常為B型線理如圖7-13所示，在薄層灰巖中發育兩組間隔劈理。劈理張口且被深色灰泥物質充填，它們都與層理面相交成交面線，兩組交面線理在層面上構成網格。2大型線理圖7-14 菱形石香腸構造在強烈變形的巖石中，常常會遇到一些由于巖層卷曲、腫縮、破裂、輾滾而構成的粗大平行線狀構造，統稱大型線理。這些線狀構造各有其獨特的構造型式、成因和不同的構造形態，一般不具透入性。但在大尺度上觀察也可看作是透入性的，主要包括以下幾種：（1）石香腸構造。石香腸構造又稱為布丁構造，是不同力學性質互層的巖系受到垂直或近垂直巖層的擠壓而形成。軟弱巖層被壓向兩側塑性流動，夾在其中強硬巖層不易塑性變形而被拉斷，構成斷面上形態各異、平面上呈平行排列的長條狀塊段，即石香腸。在被拉斷的強硬巖層的間隔中，或由軟弱層呈褶皺楔入，或由變形過程中分泌出的物質所充填。因此，石香腸構造實際上是各種斷塊、裂隙與楔入褶皺或分泌物充填的構造組合。香腸斷面呈菱形（圖7-14）短形、梯形、藕節狀和不規則狀各香腸斷面之間有的拉斷、有的相連。圖7-15 圓拱形腫縮式窗欞構造（2）窗欞構造。窗欞構造是強硬巖層組成的一排圓柱狀或半圓柱狀大型線狀構造。欞表面有時被磨光，并蒙上一層云母等礦物薄膜，其上可以有與其延伸方向一致的溝槽或凸起，并常被與之直交的橫節理所切割。窗欞構造常沿著強弱巖層相鄰的強巖層的界面出現。一系列寬而圓的背形被尖而窄的向形所分開，形成嵌入式“褶皺”。軟弱巖層總是以尖而窄的向形嵌入強硬層，強硬層面呈圓拱狀的背形突向軟弱層，從面鑄成一系列圓柱形的腫縮式窗欞構造（圖7-15）。實驗證明，窗欞構造是巖層受到順層強烈縮短引起縱彎失穩形成的。窗欞構造的欞柱一般互相平行延伸，但也有扭轉的欞柱，表明其不僅受到了平行層理的縮短，還可能受到一定程度的扭曲，使欞柱發生輾滾和扭轉。窗欞構造與石香腸構造不同，反映了平行層理的縮短，而石香腸構造則反映垂直層理的壓縮。但是，窗欞柱的方向與香腸體的長軸一樣，都代表了變橢球體的B軸。故為B型線理。（3）桿狀構造圖7-16 硅質片巖中的石英棒（Q）。桿狀構造是由石英等單晶礦物組成的比較細小的棒狀體。桿狀體常產出于變質巖內小褶皺的轉折端，桿狀體的長度一般較小，從數厘米至十數厘米，與窗欞構造的主要不同在于多數桿狀構造是由變形過程中產生的折離物質所組成。最典型的桿狀構造是石英棒組成的桿狀構造（圖7-16），石英棒的物質來源可以是硅質巖石在變質過程 中的分泌物，這些分泌物集中于褶皺轉折端低壓地帶呈石英脈產出，也有一些石英棒是先成的石英細脈隨著圍巖的褶皺輾滾而成。同樣，由于斷層作用造成的低壓空間也有利于石英、方解石的沉淀，因而輾滾的石英棒、方解石棒在斷層帶中也很發育。桿狀構造的長軸與褶皺平行，并與運動方向直交，故為B型線理。圖7-17 鉛筆構造（4）鉛筆構造。鉛筆構造是泥質或粉砂質巖石中被劈成鉛筆狀長條的一種線狀構造（圖7-17）。鉛筆構造的形成作用可分為兩類：一類是成巖壓實與巖層擠壓變形共同作用的結果另一類是變形面理與層理交切的結果。巖石可破裂成大小不一的碎條，稱作鉛筆構造。這種構造最主要的特征是沒有面狀構造要素。橫截面常是不規則的多邊形或弧形。鉛筆構造平行于區域構造變形的B軸方向故為B型線理。另一種鉛筆構造是交面的鉛筆構造。它常由透入性的劈理面與層面相交而成。交面的鉛筆構造常具有規則的斷面形狀，常平行于同期褶皺的褶軸。為B型線理。（5）壓力影構造。壓力影構造是另一類礦物生長線理，屬A型線理。常產出于低級變質巖中。壓力影構造由巖石中強硬個體及其兩側或四周在變形中發育的構造纖維狀結晶礦物組成。作為強硬個體的有黃鐵礦、磁鐵礦，還有化石、礫石、巖屑和變斑晶等，變形一般不強，只出現微破裂、變形紋等。核心礦物兩側的結晶纖維常由石英、方解石、云母或綠泥石等礦物組成。在應力作用下，這些強硬物體在變形時將引起局部的不均勻應變，使其周圍的韌性基質從堅硬物體表面拉開，形成低壓引張區。為礦物提供了生長的場所。在壓溶作用下，基質中的易溶物質在礦物界面上發生溶解。并從高壓邊界向低壓引張區運移。沿著最大拉伸方向（A軸）生長成