1、第七章 變質巖區填圖方法 20013.12.12第一節 概述一、變質巖區研究取得的重大進展 最突出的成就有以下八個方面：1.早期地殼的物質組成-高級變質區與花崗綠巖地體（低級變質）的關系 是硅鎂質還是硅鋁質？是剛性、塑性，還是剛塑性交替出現？眾說紛云, 觀點不一, 目前有3種認識， 二者是：不同時代、不同構造環境的產物， 二者是：同時代，但構造環境不同； 高級變質區是：花崗一綠巖地體深部產物。 據國外 多數資料看，二者可能屬不同構造環境的產物（C .Kondie ) ，但也有相反的意見。 2.同變質構造的研究日益深入，取得了一些新的進展，改變了對變質巖系構造的傳統認識：主要表現在對多期透入性構

2、造置換面理塑性環境下的褶皺構造、韌性剪切構造及同變質構造巖的研究，并根據不同的構造機制劃分出具有區域意義或全球意義的不同構造類型。 (1) 韌性剪切帶：是了解中深層次物質狀態和構造特征的窗口，特別是前寒武紀變質地質學中受到普遍重視的重要構造現象。 (2)韌性剪切帶：形成于碰撞擠壓、上隆拉伸及走滑各種環境中，因而它常為推覆構造、滑覆構造和走滑構造的主要形式。它具有不同的規模，較大規模的韌性剪切帶常是不同構造域或不同變質地質體的邊界。 (3)韌性剪切帶：是一個活動帶，由于韌性推覆或韌性滑脫和走滑，常破壞地質體的原始空間關系，造成不同時代、不同空間部位的構造巖片堆疊、地層不連續，因而韌性剪切帶的發育

3、程度是選擇填圖方法的重要依據之一。 黑腦包韌性剪切帶(4)韌性剪切帶：是熱液活動和某些金屬（如金）的成礦有利場所，近年來對它進行了地球化學研究，以了解化學元素活動狀況及其與成礦的關系。 3.變質作用過程是一個與構造作用極為密切的動態的演變過程。一般認為： (1)克拉通早期演化階段形成面積型高級變質作用區； (2)活動大陸邊緣（擠壓環境，多為造山帶）形成帶狀線性無序構造變質帶； (3)被動大陸邊緣（拉伸環境）形成層狀有序輕微變質區；克拉通內裂谷變質帶，對應拉張和擠壓環境的為裂谷的張合。 4.變質巖石是變質環境動態演化的產物-變質巖石學-變質地質學變質巖石學從靜態的純描述性的研究方法解脫出來，從多

4、期改造（變形、變質）的概念、事件序次演化的概念、改造事件的環境概念和改造事件的性質的概念出發進行變質巖石的宏觀觀察，并且結合微觀觀察，用動態和綜合分析研究的方法，將變質巖石學研究演變擴展為變質地質學研究。 5.關于改造作用的問題是指對原巖建造或先存的變質地質體所施加的包括“位態”、“形態”和“物態”的后期改造作用，是一種在塑性環境下的特殊改造形式。改造作用包括構造變形、變質作用及化學元素的活動交代作用。 從改造作用總的趨勢看，異常的次生趨同表現是改造作用發展的最終成果，但同巖的次生異化則是改造作用演化過程中的中間階段或由于改造作用發展不均衡的結果。 6.地球化學工作方法日益成為研究解決變質地質

5、學領域中有關地質間題的手段當前主要趨向，一是與巖石成因相聯系，二是與大地構造和地殼演化相聯系（孫大中，1990 ）。當前在研究地質體的成因和地質作用方面最常用的元素為大離子親石元素（LIL ）、親硫過渡性金屬元素（T ME ）、稀土元素（REE ）、放射性元素，以及C02 一H20 流體相。根據地質體的地球化學特征探討地慢性狀、原巖性質及環境（構造層次），區分不同的演化系列及劃分對比不同的地質體，研究分異演化程度，探索大地構造環境及海陸環境，查明變質地質體形成的溫壓條件。 7. pT-t 軌跡與變質地體演化動力學的研究主要是通過在構造變形過程中溫度、壓力變化關系的研究探討構造變動模式。目前已總

6、結出:p-T 一t 順時針演化的大陸碰撞模式p-T 一t 逆時針演化的大陸拉張模式（李樹勛），這些研究成果，不僅用于造山帶，也用于高級變質區。 8.對變質巖系按照巖石地層（廣義的）單位進行分類。這既是填圖工作的需要，也是研究變質地質學的基礎。以反映變質巖系巖石地層單位為基本內容的地質圖，具有內容豐富、直觀性和客觀性強，在某種程度上反映了演化的動態過程，并具有表達方式靈活多樣的特點。 二、變質巖區“區調”填圖方法體系 在變質巖區進行地質填圖應該正確處理建造與改造的關系，用構造分析的方法分析研究填圖中有關變質地質學問題。變質巖區“區調”填圖方法體系以構造變形、變質作用理論為指導，以同一成因類型原巖

7、建造的變質巖石或變質巖石組合填圖單位為基礎，以構造分析方法為手段，以地質事件為主線的填圖方法體系。根據原巖建造的性質和改造作用的程度，可分為：1.構造一地層-事件法；2.構造一巖層-事件法；3.構造一巖石-事件法； 構造一地 (巖)層-事件法；三、 變質巖區研究內容及基本要求 1.淺變質的沉積巖和火山巖原則上按沉積巖區和火山巖要求進行。 2.查明變質巖石的礦物成分，結構構造，巖石類型及巖石化學，地球化學以及變形特征，恢復原巖。 3.查明不同巖石類型的空間分布以及它們之間的接觸關系,建立序次。4.查明變質變形作用的特征類型、劃分變質相帶和相系，探討變質作用發生、發展的地質環境。 5.研究變質巖的

8、原巖建造類型，探討其形成的大地構造環境，以及變質作用和成礦作用的關系。6.根據變質、變形作用的特征及復雜程度和巖石類型，劃分構造一地層單位、構造巖石單位，分別建立地層層序、變質巖層構造疊置序列,并研究其新老關系和巖石單位熱動力事件演化序列。 第二節 變質巖區填圖工作中常用的幾個概念1.變質作用是指內生成因的熱力學作用的總和，它使原巖經過這一轉化，通過重結晶、結構構造的改變以及有時有新物質的加入，變為新的具有其特征的巖石類型。 2區域低溫動力變質作用綠片巖相。它是強應力和低溫條件下形成具有劈理和片理的低級變質巖系。它往往與構造作用緊密相關，主要見于不同時期造山帶地區，如秦嶺、天山等地。3 區域動

9、力熱流變質作用它以出現遞增變質帶為特征。有明顯的變形作用。構造環境以克拉通內裂谷為主，如山西的五臺巖群均屬裂谷中的火山一沉積巖系。4 區域中高溫變質作用一般產于太古宙克拉通內，是地殼演化早期所特有的一種變質作用類型。形成角閃巖相或麻粒巖相的單相變質作用。一般不能劃分遞增變質帶。地熱梯度較高，一般為中壓型和低壓型，亦有高壓相型。 5糜棱巖化作用“糜棱巖”一詞源于希臘語“mylon ” ，原有磨碎之意。形成機制：韌性應變或晶體塑性變形相伴隨的同構造重結晶作用造成的粒度減小。這一結論已被巖石變形試驗、光學顯微鏡與電子顯微鏡觀察所證實，并在1981 年4 月在美國彭羅斯召開的“糜棱巖的意義和成因”會議

10、上，得到各國學者的承認。 圖2-23花崗質糜棱巖中的石英矩形條帶構造 第三節 變質巖區工作方法、淺變質的沉積巖區-采用構造一地層一事件法 淺變質的沉積巖、火山巖，其構造不太復雜，可利用沉積示頂標志、構造指向、標 志層或標志層組合，經構造解析能建立恢復地層層序的地區，可以建立群、組、段單位，但 一般多是在填圖工作中后期才能建立正式地層單位。填圖單位仍按沉積巖區：群、組、段劃分填圖單位例如：太行山古元古代巖石地層單位劃分為： 甘陶河群：南寺掌組、南寺組、嵩亭組二、中高級變質巖區-構造一地(巖)層一事件法構造一地層一事件法與構造一巖層一事件法兩種填圖方法，對層狀無序無法建立層序的則采用構造巖層單位填

11、圖。填圖單位：巖群、巖組、巖段單位：是與群、組、段相對應的基本單位。構造一地(巖)層一事件法特點：層與層之間的界面大多數情況下為構造變形面，或者原巖石地層從整體上發生強烈的面理置換，從而破壞了巖石地層的原生疊置關系，使其失去了連續性而無法建立和恢復完整的地層層序的變質巖系。由于改造作用的不均衡性，有序、無序狀態關系較復雜。 1.構造巖層單位的定義系指巖石地層經強烈的構造改造，使原來沉積疊覆關系遭受破壞而形成的一套巖層序列，是構造作用對巖石地層進行了既符合構造運動規律又受巖石強干性制約的分割，從而形成構造巖石地層單位。 每一個構造巖石地層單位的界面為構造界面，或者發生強烈的面理置換和片內構造變形

12、，使得難以或無法厘定巖石地層層序、建立巖石地層柱。(1)巖組的定義為構造界面所圍限的一種巖石地層，更多的情況是兩種以上的巖石地層組成的正式單位。(2)巖群的定義它一般是由區域性規模構造變質巖帶所圍限的多個組或巖組組成的高級正式單位，常常缺失群級巖石地層單位所固有的頂底不整合界面。巖群：反映不同大地構造環境的原巖建造類型和變質作用類型，以及重大區域性地質事件（如巖漿活動）區別于相鄰的變質地體，并顯示其做為群級單位的身分。相鄰的巖群既可能屬于不同造山帶的產物（此時往往是由于遠距離構造位移拼貼的結果），也可能屬于超群就地改造的結果。 ( 二)原巖建造類型的恢復：按常規可從地質體的產狀形態、巖層組合、

13、結構構造、圖解判別及副礦物、礦物組合等方法來判別原巖性質。 ( 三 ）示頂標志的判別：示頂標志是鑒定地層層序的標準。它包括在沉積過程中形成的原生構造和后期構造變形所形成的次生構造形跡。 1.原生沉積標志： 原生層狀構造在淺變質巖系一般可以保存，有時在角閃巖相變質巖系中亦能看到。 原生沉積構造，主要是指沉積過程中形成的，并能指明層序新老關系的某些特征。據原生沉積構造所產出的構造位置不同，其意義也有所不同。2.次生構造標志：( a ）劈理降向：在一次褶皺中（即層褶皺），利用褶皺中的劈理降向、以及劈理（S1 ）產狀和層理（S0）產狀關系，不僅可以判別地層正倒，還可以確定軸面位置和褶皺形態。在褶皺轉折

14、端處，劈理（S1 ）與層理（S 0）近直角；在翼部，其劈理降向發生變化，即當劈理降向相向時為背斜，相背時為向斜。當巖層為正常翼時, S 0 與S1傾向一致，傾角S1 S0 。或S 0 與S1傾向相反；當巖層倒轉時， S 0與S 1傾向一致，傾角S0 S1 。A 劈理的降向在垂直于組構面線的平面內，晚期組構面為了平行于早期組構面，其旋轉的上部分量水平投影所指示的方向(圖427)3.褶皺倒向：在一次褶皺形成的多級組合褶皺中，運用同期形成的不對稱小褶皺的倒向來確定大褶皺轉折端位置，可取得良好效果。還可用次級不對稱褶皺軸面（S1 ）與層理（S0）產狀關系及小褶皺形態（符號表示）來判斷大一級的褶皺轉折端

15、及地層產狀的正倒。在疊加褶皺區，只能用同期形成的不對稱褶皺倒向、符號、銳夾角指向等來判斷大一級的褶皺形態，及其所處構造部位和褶皺地層的正倒。當褶皺兩翼倒向一致或發生不同規律的褶皺倒向時，則說明有早期平臥褶皺存在；不對稱次級小褶皺不對稱的大褶皺中如果屬于圓柱狀褶翼的次級小褶皺多呈對稱分布，但都是一翼長，一翼短；一翼像Z字，一翼像S，故常稱Z型或S型次級褶皺。在背斜構造中，小褶皺從左翼開始一核部(轉折端)+右翼，分別表現為Z型+M型+S型；如果在向斜中則從左翼到右翼，小褶皺的形態則是由S型+W型+Z型。a，小褶皺早于大褶皺時，大褶皺中的小褶皺軸面的組合形式如發散狀(圖433a)。b，小褶皺晚于大褶

16、皺時，小褶皺的軸面作平行排列(圖4-33b)4.構造面向：是在已確定有褶皺存在的前提下，利用原生沉積構造標志來反映褶皺的性質及特征。 ( 四）重建層序的方法：1.層狀構造性質的鑒別：變質巖區普遍發育各種性質的層狀構造（包括條帶狀構造），研究和鑒別這些構造是原生層構造( S0），還是次生層構造( S1或S2 ），是建立層序的關鍵所在。如果對它們的性質不加研究和區別，特別是對由早期大型平臥或倒覆褶皺所形成的軸面構造不加以鑒別，統把面理和條帶當成原生沉積構造（層理）來看待，并據此建立層序，進行地層劃分，必將導致錯誤結果。 2.真假沉積構造的觀察：要認真研究各種構造假象，并充分利用綜合標志來區分是原生

17、沉積構造還是次生構造變形。3. 褶皺轉折端的找尋：在確定褶皺已存在的情況下，就要通過褶皺兩翼巖層或沿劈理面上觀察巖層變新方向，確定構造面向，藉以判斷褶皺的性質，同時根據褶皺樞紐及交面線理（S0 Sl或Sl / S2）來確定褶皺的位態特征。 4.地（巖）層產狀的確定：通過對褶皺包絡面的研究來確定因為地（巖）層產狀及出露線在很小范圍內就會發生變化，總體地層產狀和局部產狀可出現不同情況。地層出露線由總體產狀（即褶皺包絡面和地形相切的V字形法則）來決定，而與局部產狀所控制的出露線相差甚大。因此，可據平面、剖面圖的不同比列尺要求，對次級褶皺作歸并處理，用相應一級的褶皺包絡面來勾繪地層界線，簡化連線方式，

18、確定地層總體產狀。二、構造一巖石一事件法在以變質侵入體為主的變質巖區，由于侵入巖均已遭受了較強烈的、甚至是多次的變質一變形作用的改造，使原始的侵入體巖貌及組構特征已基本或大部分消失貽盡，并被改造成為各類長英質片麻巖和麻粒巖，其原巖是古老的深成巖，則應采用構造一巖石一事件法進行填圖。(一)構造巖石單位 1.定義 是指構造變形復雜、變質程度較高（一般為角閃巖相一麻粒巖相）的侵入體。它們的原生結構構造已基本消失，以致無法進行譜系單位劃分或歸并方面的研究。可按構造巖石單位填圖 。 2.填圖單位的劃分： ( 1)片麻巖體 (2)片麻巖套 (3)片麻雜巖、片巖、雜巖(原巖性質不明時分別使用之)。(1)片麻

19、巖體大致相當于侵入體或單元的由單一巖體構成的正式巖石單位。(2)片麻巖套由兩種以上具有演化關系的變質侵入體所組成的正式巖石單位。它們的時空分布關系密切，但由于改造作用強烈，無法厘定其時序關系，然而能按其不同的巖石類型進行填圖時，稱為片麻巖套。當對其內部無法按巖石類型進行填圖時，則采用片麻雜巖巖石單位名稱。它大致相當于超單元。 (3)非正式單位如對其內部各變質侵入體無法進行劃分時，則使用非正式單位片麻雜巖、片巖、雜巖：原巖性質不明時分別使用之。(二)野外識別標志：1. 不同巖石之間的切割關系；2.所含包體或捕虜體的差異；3. 所含脈巖的特征；4.注意巖石填圖單位之間的接觸界線的變化：同一巖石填圖

20、單位不同巖石類型之間界線是過渡的。而不同巖石填圖單位之間的界線有的清楚、截然，有的顯得模糊，但界線兩側巖石都有明顯差異。(二)長英質片麻巖的研究內容和方法：1. 巖石類型的觀察和研究： 由于長英質片麻巖（特別是麻粒巖相）經常含有大量的包體、脈體，又經歷了復雜的變形、變質、局部重熔等作用的改造，在露頭上巖石的礦物種屬、含量以及結構構造的變化都是很大的、不均一的。所以要從整體巖石的基本特征觀察研究巖石的礦物組成和結構變化，以及不同巖石類型或同一巖石類型不同組構之間的關系。 因此，在野外觀察和研究中就要建立起沉積、火山、侵入、變質和變形等事件的順序。 2.包體的觀察和研究：產在花崗質巖石中的包體，從

21、其來源與花崗質巖石之間的關系，可分為同源包體（殘渣、殘留體）和異源包體（捕虜體）。 異源包體（捕虜體）輝長巖捕虜體3. 脈體的研究：長英質片麻巖中不同成因、不同期次、不同類型的脈體均很發育，對脈 體的種類、內部組構、產狀、形態、變形變質特征以及與主體巖石之間的關系等都要注意觀察描述和研究。內蒙包頭市黑腦包地區化探找礦遠景區地質圖-基性巖脈 比例尺：1：10000輝綠巖脈4.變形的研究：( a ）對面理和線理的形態、發育程度及其運動學標志，如片理面、多期面理、線理和復合面理等進行研究；( b ）對褶皺的形態、規模、產狀類型及卷入褶皺中的地質體等研究，要注意區分包體中殘留的褶皺、與剪切帶伴生的曲線

22、型小褶皺、鞘褶皺，具有區域尺度的褶皺和疊加褶皺，以及麻粒巖相條件下由于巖石塑性流動造成復雜的塑流褶皺現象；( c ）注意觀察研究長英質片麻巖中經常發育的不同期次、不同構造層次、不同尺度的韌性剪切帶。其中要特別注意對疊加褶皺、韌性剪切帶的觀察研究，并將它們明確地表示在地質圖上。 1韌性剪切帶中糜棱巖構造特征5. 變質作用的研究：變質作用是地殼形成和演化過程中，由于地殼的變化或地殼與地慢相互作用引起的一件重要地質作用。 它基本上是在固態條件下，由于溫度、壓力或應力作用使原來的巖石的礦物成分和結構發生改變，同時形成相應的變質巖石。 變質作用類型的劃分是：以反映熱流變化的變質相和變質相系為基礎，并結合

23、變質作用在發生發展期間的大地構造環境。研究內容包括：( a ）變質作用的起始態，即大地構造環境和原巖建造；( b ）變質作用的進行態，主要包括反映變質作用物化狀態的變質帶、變質相、變質相系，以及pTt 軌跡；( C ）變質作用的后繼態，主要與變質作用有關的花崗質巖漿作用。其中最重要的是正確鑒別劃分變質相，變質相的研究不僅靠鏡下對巖石進行礦物學、礦相學研究來完成，同時在野外要觀察研究巖石的變質特征、確定變質相的空間、時序關系及相互轉變的特征，研究變形作用和變質作用之間的關系等，尤其要注意麻粒巖相的退變質及其與變形作用的關系，以正確識別判斷變質相。6.長英質片麻巖的巖石學、巖相學和地球化學研究。（

24、a ）顯微鏡下對巖石的礦物和組構進行深入的測試研究，特別是對它們復雜世代關系、轉變特征，結合野外地質關系進行分析研究，以解釋不同礦物和不同組構的地質意義；( b ）對巖石進行常量元素、微量元素、稀土元素以及同位素地球化學的研究。綠泥糜棱片巖糜棱結構、眼球構造7. 長英質片麻巖時代的確定： 通過不同的巖石單位之間的切割關系以及所含包體、脈體，與變質變形事件之間的關系來確定其相對時代。 同位素年齡測定方法：可據情況分別采用鋯石U 一Pb 一致線、Sm 一Nd 法、Rb 一Sr 法等。1ABC判斷某金礦區石英脈穿插新老關系(三).變質基性巖墻的研究：目前已成為前寒武紀基礎地質研究課題之一。提供地殼早

25、期的構造特征、陸殼的狀態，通過巖墻群的分布重建剛性大陸地塊，采用地球化學方法研究模擬產生基性巖墻的巖漿源，分異出巖漿源的地慢的物理和化學過程，為尋找鉻、鎳等礦產提供線索。因此，分析研究變質基性巖墻對劃分填圖單位，搞清地質構造特征、確定地質事件順序，為普查找礦和科研提供基礎資料，都有較重要意義。 變質基性巖墻的研究內容有： 1. 詳細觀察描述巖石的主要礦物組成和組構（包括原生的、變形的）以及它們的均勻程度、變形、變質作用，是否有其他巖石或礦物的包體、混合巖化現象等。 2. 形狀、產狀、規模、密集程度及排列方式、與圍巖的關系。 3. 內部構造研究：如內部組構和礦物成分是否均一，有否冷凝邊以及是否出

26、現新生的葉理等。 4.變形特征的研究：巖墻是否遭受變形作用的改造、形成的褶皺樣式和不同部位的變形程度；在后期改造作用強烈的地區要注意與包體的區分。 5.巖石學、礦相學和組構特征的顯微鏡下觀察研究：巖石的礦物學、礦相學特征，分析不同世代礦物、組構的形成條件和相互轉變的特征，闡述區域巖漿作用、的內在聯系。 6. 地球化學研究：主要通過巖石的常量元素、微量元素、稀土元素，甚至某些同位素，對巖墻的物質成分特征進行研究、劃分對比，了解巖墻的原始巖漿及分異出巖漿的地慢特征。此項工作視測區條件和要求選擇進行。 (四)地質事件序列的研究與地質事件表的建立在變質巖區進行區域地質填圖工作中，要求得到研究區內地質事

27、件序列和地殼構造形成與演化規律的認識。但在變質巖區，多期、多相的構造一變質事件的改造和疊加，往往使地質事件序列遭到程度不同的破壞，甚至造成某些事件的完全消失，從而形成了許多令人費解的奇特地質現象。 區域地質事件研究內容：1.變質巖石系列和巖石關系研究：變質巖石系列是指填圖區內變質表殼巖和變質侵入巖形成與演化的自然序列。對變質巖石系列建立，是依據其形成的自然過程，將其具有密切共生關系的一套原巖建造，劃歸為一個特定的地質單元，排列在特定的位置上。因此，變質巖石系列的建立，是確立變質巖區地質事件的基礎。要特別注意抓住具有計時標志性質的地質體或地質單位（簡稱標時體）的研究，如：基性巖墻群的研究，它是劃

28、分地殼構造演化階段和不同巖性單位的依據，也是研究大陸殼剛性塊體開始處于拉伸變形狀態的主要記錄。 2.構造變形序列的建立 構造序列與構造形跡組合的研究：( 1）構造序列：是指在強烈構造運動旋回或造山期，由于地殼運動的脈動性，即地殼運動的激變期與寧靜期的交替，往往在同一構造旋回期內依次出現多個激變期，與其相應出現了多個變形幕。這樣就出現在一個構造旋回期內由多個變形幕所形成的多個構造形跡共生組合，它們按形成先后依次出現。( 2 ）構造形跡組合：指某一特定的空間部位（一定的構造相），在同一變形幕中，在成因上有密切聯系的各項構造要素總和稱為構造形跡共生組合，或稱為一個世代構造。變質巖區，尤其復雜變形區內構造序列與構造形跡組合的研究，是變質巖區地質事件表內不可缺少的內容。3.多期、多相變質作用及變形作用關系的研究：巖石中的變質作用及其演化，它不僅與區域性熱流狀態有關，而且也與區域動力條件有密切關系。因此時常表現出明顯的多種變質作用類型、多相變質及多期變質作用共存。查清多