變質地層研究方法

『壹』 區域變質成礦研究問題

（一）正確區分變質前、變質形成和變質作用後疊加形成的礦床

現今就位於變質岩區的礦床，並非都是區域變質作用形成的。這一認識對於規劃布置區域找礦工作，有著現實意義，可以避免一些盲目的工程。

以山東的招遠金礦為例。其周圍是前寒武紀變質的膠東群，變質達角閃岩相，部分地區為麻粒岩相。雖然也有人提出論據，證明膠東群變質岩是招遠金礦的礦源層。但是區內燕山期花崗岩廣泛分布，還伴生大量的基性脈岩，後期熱液活動顯著（膠西北的界河金礦石英脈⁴⁰Ar^-39Ar年齡為130±14Ma），導致金的多期富集，因此可以出現玲瓏石英脈型和焦家蝕變岩型金礦。顯然，對於該區找礦，應當首先考慮與燕山期花崗岩岩漿活動有關的構造和蝕變帶。

表3-16 中國主要變質作用礦床實例

圖3-14 韌性剪切帶中常見的組構要素

一般說來，強構造作用下的韌性變形轉化為弱構造作用下的脆性變形，在空間上這一轉化的界面是熱液活動的場所，在時間上這一轉化階段，正是熱液蝕變轉化為熱液成礦的階段。岩石剪切變形之後，強度大增，出現工作硬化（Work Hardening）。在韌性剪切帶的邊界，正是兩種力學強度不同的過渡帶，有利於後期脆性斷裂的疊加。山東招遠的焦家金礦，在韌性剪切帶上成礦裂隙並不發育，礦化弱，而其旁側脆性裂隙密集，礦化強烈。韌性剪切帶在成礦作用中實際起了隔擋層的作用。

四川的東北寨金礦是個大型微細浸染金礦，前人認為是脆性斷裂控礦，1995年發現礦化沿一個南北向的逆沖型剪切帶分布，斷裂角礫為糜棱岩，礦化沿糜棱岩的晚期顯微破裂充填，膠結物也有礦化。看來，韌性剪切帶與斷層破碎帶在時間上具連續性，在應力持續作用下，韌性剪切帶向剪破裂轉化，產生大量微裂隙，最終形成金礦脈。

近10年來，硫化物的變形實驗已經識別出一系列從脆性到韌性的顯微～超微的變形現象，如晶內和粒間的破裂，低溫晶內塑性變形（滑移帶，扭折帶和機械雙晶），位錯蠕變，溶解沉澱蠕變，固態擴散蠕變，特別是對細粒硫化物高溫變形最為重要的顆粒邊界滑移（即超塑性）。藉助這些變形現象，可以反演變質金屬礦床的變形史（詳見Brill B A，1989）。

『貳』 學習任務變質岩區構造野外工作方法

變質岩區構造野外工作方法（地質填圖）是一項綜合性很強的基礎地質研究工作。成層有序的淺變質岩的工作方法與沉積岩工作方法相似，而對層狀無序的中深度變質岩和混合岩化強烈地區，則要充分運用遙感新技術，採用構造-地（岩）層、構造岩石研究方法，藉助現代測試技術，通過實踐→認識→再實踐的工作過程，按照合理的工作程序：一是進行地質填圖後測制地質剖面；二是填圖後，再進行重點地段構造識別與分析。具體工作野外工作方法如下：

一、區域地質填圖

首先填繪各種岩性單元（如各類變質岩及其組合、各類混合岩、侵入體及具有控制意義的標志層、標志層組合）等界線，再者是觀察和識別各種構造形跡（如褶皺、斷層、面理、線理、韌性剪切變形帶等），並測量其數據。

將以上所觀察到界線的新老關系、構造性質、產狀等，用符號和數據標在圖上，從而做出構造岩性圖。

二、重點地段的構造識別與分析

所謂重點地段是指能比較直觀認識各種構造要素幾何特徵、力學性質及其相互關系的地段，能有效地恢復地層的關系和構造變形的相互關系及變形歷史。重點地段構造識別與分析內容有以下幾個方面：

（1）觀測各種殘余構造，注意尋找原始層理，確定地層層序。

（2）測量不同級別的大小褶皺樞紐與軸面的產狀，識別褶皺形態特徵和成因。

（3）測量不同期次新生面理與線理的產狀和大構造的幾何關系與成因關系。

（4）觀察斷層的性質、特徵、產狀，韌性剪切帶特徵及其與大構造的成因關系。

（5）識別各期褶皺疊加關系及其干擾型式，結合面理、線理等構造，分析其形成順序。

（6）運用岩石學的研究，闡明變質岩原岩的性質、變質作用的演化發展及其與構造變形的成因聯系。

三、測制地質剖面，建立地層系統

通過以上野外研究，可以區分出的原始沉積地層系統與褶皺變質地層系統。在此基礎上，再測制地質剖面，檢驗構造岩性圖上地質界線的含義正確性等。在測制地質剖面的工作中要注意以下幾點：

（1）剖面應盡可能橫切主期褶皺的岩性單元。

（2）特別要注意利用殘余及新生結構要素的特點和關系，確定地層層序。

（3）按精度要求劃分岩性組合，確定地層單元和成圖地層單元。

四、室內綜合分析，編制相關圖件

運用測制的變質岩剖面資料並結合相關鑒定結果，編制變質相圖、變質事件圖表、綜合地層柱狀圖等；對變質岩區的構造研究進行綜合分析；編制構造變形事件演化圖表、圖切構造剖面，並建立構造演化模式圖等。

學習指導

變質岩區有成層有序的淺變質岩系和層狀無序的中深度變質系，後者的構造不僅形態和方位極其多樣，而且往往是多期變形的產物，由於其形成和演化總是同地殼中各種構造-熱事件密切地聯系在一起，並在構造-熱事件過程中又會產生一系列新生的變形與變質構造，因此，它的形成和演化比沉積岩和岩漿岩區的構造更為復雜。

本學習情境要求初步掌握在變質岩區的構造置換、疊加褶皺、韌性剪切帶的識別與分析，了解變質岩區構造的野外工作方法。

練習與思考

1.名詞解釋：構造置換、疊加褶皺、變余構造、糜棱岩、韌性剪切帶。

2.試述變質岩區構造基本特徵。

3.試述面理置換三種型式野外識別標志。

4.試述共軸疊加和非共軸疊加的異同點。

5.試述野外識別疊加褶皺的主要標志。

6.簡述韌性剪切帶剪切運動方向的確定標志有哪些。

7.簡述糜棱岩的基本特徵有哪些。

8.試述變質岩區構造的研究方法有什麼特點。

『叄』 變質岩野外研究的基本要求

1）查明區內變質岩的礦物成分、化學成分及其結構、構造特徵，並根據地質產狀和組合關系，劃分為各種不同變質成因的岩石類型，為研究變質岩組合規律或變質建造提供基礎資料。

2）根據各類型變質岩及其礦物組合基本特徵，劃分不同變質作用形成的各種變質帶、變質相，並查明它們的排列秩序及其漸進變化情況。在混合岩化和花崗質岩石發育地區，還應該調查這些岩石的基本特徵和其空間分布情況，並注意它們和各種變質岩或各種變質作用的關系。

3）在上述工作基礎上，結合地質背景，總結區內各種變質作用類型或變質相系的特徵；研究它們與其他地質作用，如火山活動、岩漿作用、構造運動等之間的相互關系。

4）查明變質岩系的地層層序和地質時代，劃分合理的填圖單位和地層單位；同時，進行區域變質地層的對比工作，研究岩相的縱向、橫向變化情況。

5）搞清含礦層位或含礦建造，指出找礦標志，查明礦產分布規律，為礦產預測和普查勘探提供依據和基礎。

6）根據變質岩系岩石地層和變質作用的組合特點，研究變質建造或原岩建造類型；探索變質作用在該區地質發展歷史中的地位和意義。

在變質岩發育的地區進行區域地質調查工作，應該明確以下兩項基本原則：

第一，各種類型變質岩石形成孕育、發展過程與整個地球演化的進程相適應。在地球的不同演化發展階段，它們的表現是不一樣的，彼此的配套關系也是不一樣的。例如太古宙的變質作用特點與其他地質作用的配套關系是不同於古生代的；古生代以來由於所處的大地構造環境不同，它們所發生的變質作用與其他地質作用的配套關系又是明顯的不一樣。變質作用不是孤立的，不單單是物理化學條件的變遷，而是與其他地質作用密切關聯、彼此有著千絲萬縷聯系、統一的整體，因此要把變質作用放到地球不斷運動、發展的過程中去觀察和研究。這也是劃分變質作用成因類型的出發點。

第二，變質岩既是一種結晶岩類，又具有層狀的性質，基本上可算作層狀結晶類型。因此，具體工作時既要運用沉積岩系的地質調查方法，也要強調結晶岩類的地質觀察方法，二者不能偏廢。

『肆』 動力變質岩的研究方法

1.動力變質岩的野外識別標志

動力變質岩往往分布在斷裂帶，在野外具有如下特徵：

（1）常呈帶狀分布，寬度和延長變化很大，常常斜切地層。

（2）在斷裂帶內的岩石，常具碎裂結構、碎斑結構、糜棱結構，條帶狀構造、眼球狀構造等。

（3）斷裂帶內岩性變化復雜，具有各種類型的碎裂岩，顏色變化也多種多樣，如綠色、紫色、黃綠色、黑色等。

（4）斷裂帶內岩石的次生節理、劈理、各方向的擦痕、斷層泥等均較發育，破碎較強烈。

（5）由於沿斷裂帶常有水及其他溶液的活動，所以常出現硅化和形成一些次生礦物，如綠泥石、綠簾石、方解石、葡萄石、葉蠟石、滑石等，並有鐵染現象。

（6）由於斷裂帶往往穿過不同的岩層，在地貌上常構成陡崖或似岩脈狀，或呈負地形。

（7）由動力變質作用形成的綠色片岩、藍閃石片岩等，往往突然出現，又突然消失，與圍岩的岩性很不協調，甚至在附近很難找到這樣的岩石。

（8）在岩體中往往出現岩相帶突變的現象。例如，北京周口店房山侵入體中就有這種現象，而且很明顯，岩相帶發生了位移。

總之，岩石受力後所產生的變化，必然在岩石上要留下痕跡，只要在工作中認真調查是不難發現的。

2.動力變質岩帶的工作方法

在研究動力變質岩帶時，經常採用沿走向追索和垂直動力變質岩帶測制剖面的辦法進行，其方法由外到內，先從大的（或主）破碎帶入手，來確定斷裂性質。具體應注意以下幾個方面：

（1）在野外進行岩石的統一分類和命名，這是工作的基礎。

（2）確定斷裂帶的主要走向、延長及主要結構面的性質，測量碎裂帶的寬度，以及碎裂帶與節理、岩脈、原生流動構造及附近斷裂的關系，並進行一定數量的節理統計（100～200個）。

（3）對斷裂帶內的各種碎裂岩的特點進行觀察和研究，並觀察其與原岩性質的關系及空間分布特點。在垂直斷裂帶走向的方向上，根據岩性和結構構造的研究，尤其是其形變特徵，確定其形變序列進行構造分帶的研究。特別注意對原岩性質的觀察（脆性、韌性），應力性質（壓、張、扭），作用次數、大小等，採集一定數量標本，以便深入研究。

（4）注意觀察破裂帶的垂直方向，尤其是深部的變化。

（5）繪制一定比例尺的平面圖、剖面圖和素描圖。

（6）了解不同岩石中礦物受力後的變化。

（7）注意觀察斷裂帶同石油、地下水的關系。斷裂帶可以造成漏水（油）有害的一面；但在特殊情況下（如壓性或壓扭性斷裂），可以形成封閉條件，起到隔水層的作用。斷裂帶的有利與否關鍵要看斷裂帶的力學性質。

（8）還要注意斷裂帶與礦化的關系，因為破裂帶往往是含礦溶液運移和沉澱的場所，特別是那些與動力變質作用有關的綠泥石片岩、滑石片岩等發育的地區，更應注意；另外，還可有含金石英脈。如河北金廠峪就曾發現過含金石英脈沿構造裂隙充填交代現象，與之有關的圍岩蝕變有絹雲母化、綠泥石化，鈉長石化等。

『伍』 構造變形與變質地層關系的研究

研究結果表明，地層的空間排列規律（地層格局）和構造變形之間存在著密切的聯系。這種聯系在未變質地層中十分明顯，即不同形式的構造變形可以產生不同的地層空間排列形式，如褶皺作用可以導致地層的對稱重復，走向逆斷層和正斷層可以導致地層的不對稱重復或缺失，相反，根據地層的空間排列形式可以確定構造變形的特徵。在高級變質地層發育地區這種聯系也應存在，只不過由於岩石的塑性或超塑性流動及所伴生的新構造要素的形成和構造置換，變質地層的有序度降低，使得地層的空間排列規律復雜化，多期變形的疊加更加劇了這一趨勢，在此情況下，如果能查明後期構造變形的特徵及其對變質地層的破壞方式，就可以在現存的變質地層排列規律的基礎上對所破壞的地層進行有效的恢復和重建，或者對變質地層的破壞影響進行正確的評估，由此建立地層層序並保證其客觀性。

1.高級變質區地層被改造的基本方式和效應

在高級變質區，岩石主要以塑性流動的方式發生變形，變形的結果可以使地層的位態發生改變（位變），如地層的彎曲、褶皺；也可以使地層的原始形態發生改變（形變），如地層的加厚、減薄或尖滅；還可以使地層的層序發生破壞（序變）。

相對來說，單純的「位變」所發生的地層改造效應不大，相反，它可以使地層在空間上形成有規律的地層格局，據此可以判斷使地層發生變位的構造特徵，如褶皺作用可以導致地層在空間上對稱產出，相反，許多大型褶皺也是根據地層的空間產出格局確定的，這在未變質地層或淺變質地層中常見。但通常情況下，高級變質地層在變形過程中發生變位的同時往往伴隨著「形變」和「序變」，而「形變」和「序變」對地層的空間排列規律影響較大，「形變」所引起的地層減薄甚至尖滅可以導致「地層缺失、隔層相觸」的現象，同時也造成地層空間形態的不規則性，「序變」是構造置換的結果，其改造了地層的原始疊覆狀態。

岩石的力學性質、岩石的變形特徵和變形強度控制著「形變」和「序變」的程度。在通常情況下，組成地層的岩性差異導致其力學性質的差異和各向異向性，這就決定了整個地層系統變形的不均勻性。如果岩石的流動是順層流動，所形成的差異性順層分層剪切變形系統可能導致地層「形變」和「序變」分別發生在特定的層內，新生的葉理近平行地層層面，這一現象即橫向構造置換，可以造成地層的「整體有序、局部無序」；如果流動是穿層的，岩石中的新生葉理垂直或斜切早期層面，可能造成不同地層的相互穿插和整個地層的無序化排列，這一現象為縱向構造置換。變形強度大，地層的有序度降低。但是，縱向構造置換所造成的地層穿插深度小於地層單位的厚度時，這種地層穿插可能僅局限於相鄰地層之間（圖5-2-3），在此情況下，地層的排列狀態在具體露頭或剖面上貌似無序，但通過詳細的地質填圖，在消除構造置換的影響後，在較大的尺度上可以發現地層之間的排列規律（圖5-2-4），這是「大體有序、具體無序」變質地層的基本表現特徵，許多高級變質地層發育區均表現出這種特徵。

地層改造方式的查明有利於地層疊覆狀態的調查和理解，其中最主要的是對縱向構造置換和橫向構造置換方式的查明，這也需要通過下列多方面的工作來完成：

（1）追索地層界面與變形葉理之間的關系。如果岩性界面與變形葉理平行，可能有橫向構造置換作用發生，相反，為縱向構造置換。但需要注意的是，在縱向構造置換形成的強變形帶中，由於地層的強烈變位或者次生層狀構造的切割，地層的層面或岩性界面與新生葉理在許多構造部位都是平行的，這就要求我們對地層界面進行大范圍的追索，如果是縱向構造置換，總會在一些位置留下變形葉理切割地層界面的現象。

（2）構造特徵的觀察。組成地層的岩性、結構和構造的不均一會導致變形的不均勻，在構造置換過程中就會形成強弱不同的變形分帶，早期的葉理將會以孤立的「鉤狀褶皺或葉內褶皺」、斷續的「N型褶皺」和相對連續的「W型褶皺」甚至連續的寬緩褶皺分別在強變形帶、中變形帶或弱變形域中產出。如果弱變形域中岩層面與置換葉理是切層的，應是縱向構造置換，相反，為橫向構造置換。

2.地層疊覆特徵（有序度）的調查

後期構造變形的結果是，地層的原始疊覆狀態和地層的形態發生了改變，導致有序度降低與地層形態的不規則性增強。但地層有序度的高低，僅僅通過不同比例尺的剖面測量不能確定，往往還需要不同比例尺的地質填圖。在工作過程中，客觀地劃分地層單位是查明地層疊覆規律並確定地層有序度的基礎。而高級變質地層單位的空間形態和空間延伸由於強烈變形的改造而具有不確定性（圖5-2-4）。因此，在填圖過程中如果用傳統地層學觀念為指導，將會以地層自然延伸的規律性和地層厚度的穩定性進行連圖，這往往會得出錯誤的結果。要客觀地查明地層的空間排列規律，只有通過加密地質路線、順層追索和大比例尺地質填圖來完成。在此基礎上，剖面測量和地質填圖的結果可以反映地層在空間上的排列特徵，排列的規律性是地層有序度的表現。

3.地層空間形態和排列規律的剖面恢復

對於「整體有序、局部無序」和「大體有序、具體無序」的高級變質地層，通過構造篩分的方法，研究各期構造對地層的改造特徵，並對變質地層的剖面形態進行恢復，使其空間排列方式達到或接近原始狀態，在此基礎上，討論其地層層序。

變質地層剖面形態的恢復需要在下列工作的基礎上進行：

（1）在查明地層空間展布特徵的基礎上，進行系統的貫穿性剖面測量；

（2）不僅要查明變質地層岩石組合的類型和特徵，更重要的是查明剖面上變質地層的原生構造和次生構造特徵（包括其產狀）、地層界面與次生界面的關系。

（3）查明變質地層在平面和剖面上的延伸或展布特徵。

現以內蒙古大青山-烏拉山地區孔茲岩系的剖面測量和恢復為例說明這項工作的過程及其意義。

圖5-3-1為內蒙古大青山-烏拉山地區高級變質雜岩中的一段實測剖面（圖5-3-1a）和地層剖面形態復原圖（圖5-3-1b）。通過剖面測量，可以把剖面上的岩石組合劃分為3類：①淺色麻粒岩組合，由淺色麻粒岩、黑雲紫蘇二長片麻岩夾中色麻粒岩、暗色麻粒岩組成，局部存在淺色麻粒岩-中色麻粒岩-暗色麻粒岩的韻律；②榴雲片麻岩組合，由石榴石墨矽線堇青片麻岩、石墨矽線片麻岩、石墨片麻岩、石榴黑雲片麻岩夾黑雲片麻岩組成，局部見石英岩；③大理岩組合，以厚層蛇紋石化橄欖白雲質大理岩、石英條帶白雲質大理岩、白雲質大理岩為主，與榴雲片麻岩組合接觸部位有薄層白雲質大理岩夾細粒透輝石英岩、透閃石岩和橄欖石岩。這3個組合在剖面上交替產出，表現出淺色麻粒岩組合夾大理岩、大理岩組合與榴雲片麻岩組合互層、榴雲片麻岩組合與淺色麻粒岩組合互層的現象。為了查明這3個岩石組合是一套單斜岩層的組成部分，還是3個獨立的岩石地層單位，在剖面測量過程中對岩石中的變形構造、岩石組合在平面、剖面上的延伸和排列特徵進行了研究，結果發現：①除整個剖面北側（白菜溝以北）外，剖面上的岩石中僅發育一期葉理，葉理普遍與地層界面平行，並有規律地發生變化（圖5-3-1a）；②在剖面上，這些岩石組合的出露寬度不一，在一些出露寬度較小的部位對岩石組合的界面進行追索，發現這些界面與岩石中的葉理一起發生褶皺；③在平面上，與大理岩交錯產出的榴雲片麻岩組合向東西兩側均逐漸收縮，在平面上呈不規則的橢圓形，其兩側為大面積的大理岩組合。根據上述特徵，判斷剖面上這些組合的排列是褶皺作用的產物，褶皺作用的變形面是早期順層葉理、岩性條帶和岩層。根據剖面上地層界面和葉理產狀對地層組合的剖面形態進行恢復，可以確定，在褶皺之前岩石組合自下而上的排列順序依次為：淺色麻粒岩組合、榴雲片麻岩組合、大理岩組合。而通過剖面形態恢復，可以發現，榴雲片麻岩組合的厚度有減薄甚至尖滅現象，這應與早期順層剪切變形有關。

圖5-3-1 內蒙古大青山地區土默特右旗公山灣鄉白菜溝—麻繩鋪變質地層實測剖面

a—b圖方框內的一段實測剖面，圖中的序號為分層號；b—剖面復原圖：①淺色麻粒岩組合；②榴雲片麻岩組合；③大理岩組合；④三疊紀鉀長花崗岩。將其展平後，這些變質地層自上而下的排列順序依次為大理岩組合、榴雲片麻岩組合和淺色麻粒岩組合

為了了解地層尖滅或缺失現象的普遍性和成因，圖5-3-2又列出該區兩個近南北向的剖面，剖面復原的結果，均表明這種地層的減薄、尖滅甚至在一些部位缺失，在區內是普遍存在的，從構造特徵上分析，該現象與變質地層的後期褶皺和縱向置換無關，應與早期順層剪切變形有關。同時，將這些恢復後的地層展平後，這些變質地層自上而下排列順序為：大理岩組合、榴雲片麻岩組合、淺色片麻岩組合、深色片麻岩組合、中色麻粒岩組合。

『陸』 辨別變質沉積岩層的一般方法和原則

（一）不同變質沉積岩層的地質表現及判別

盡管中下地殼環境的變形、變質和深熔作用使得高級變質區的變質沉積岩層顯示出復雜的岩貌和產出特徵，但不同類型的原岩建造在變質變形後往往具有不同的地質表現，主要由不同的變質岩和變質岩組合類型反映出來。就這些岩石類型和岩石組合所顯示的變質沉積岩層的信息而言，變質沉積岩層的地質表現可以分為明確的、可能的和不易判別的三類。

（1）可以明確判別的：能夠明確顯示變質沉積岩層特徵的通常是具有典型沉積岩成分特徵的變質岩和變質岩石組合，主要為：①富鋁片麻岩，如石榴黑雲片麻岩、矽線堇青石榴黑雲片麻岩、石墨矽線堇青片麻岩等，岩石中普遍含石榴子石、黑雲母、矽線石、堇青石和藍晶石等富鋁的變質礦物，其原岩為富含泥質成分的細碎屑沉積岩；②富硅質（富石英）岩石，如石英岩、矽線石石英岩、磁鐵石英岩、榴英岩；③鈣硅酸鹽岩，如孔茲岩系中的透輝片麻岩組合，由透輝片麻岩和透輝長石變粒岩、長石透輝變粒岩、透輝石岩、透輝大理岩組成，普遍以富含透輝石、榍石、方柱石和磷灰石為特徵，為一套碎屑沉積和化學沉積的混合物（徐仲元等，2005）；④層狀碳酸鹽岩，如厚層的硅質條帶白雲質大理岩、蛇紋石化橄欖白雲質大理岩、白雲質大理岩組合或在鈣硅酸鹽岩中成夾層產出的復成分大理岩。

（2）可能判別的：一些岩性多變的層狀片麻岩具有變質沉積岩層的可能，這些層狀片麻岩不具典型沉積岩成分，或者是在成分上處於正常岩漿岩范圍內的變質火山-沉積岩組合。但變質變形、深熔作用和岩漿活動的改造也會產生岩性多變的層狀片麻岩岩貌，如（黑雲）長英片麻岩和斜長角閃岩/黑雲角閃片麻岩的相間產出所顯示的黑白相間的岩貌，這種組合可能是雙峰式火山岩變質變形作用的結果（圖5-1-1a），但也可能是基性侵入岩（巨厚的玄武岩層或輝長岩體）或英雲閃長岩遭受變形作用和深熔作用改造的結果（圖5-1-1b），也可能是花崗質岩石被基性岩脈侵入後再遭受變形導致的（圖5-1-1c），還有可能是包含大量基性岩捕虜體的花崗質岩石遭受強烈變形的產物（圖5-1-1d）。在一些較大的構造帶中，在單一岩性的變質深成岩之上疊加了不同類型的岩脈然後再遭受變形改造也可以產生多變的岩石組合。在此情況下如果能證明這種多變的岩石組合不是構造作用的產物，即通過強變形帶到弱變形域的追索，發現這種組合在弱變形域有規律的產出、並保留不同程度的原岩結構的話，則可確定為變質沉積岩層。

圖5-1-3 西格陵蘭Isua表殼岩帶芝麻點狀斜長角閃岩中的變余枕狀構造

（引自Fedo et al.，2001）

a—保存較好的枕狀構造，具有暗色邊和被石英充填的同心狀冷卻裂隙，枕狀構造內的暗色點是變形的氣孔；b—強烈壓扁的枕狀構造，具有暗色邊和富氣孔的核部，枕狀構造之間被石英分開

（三）岩石類型的共生和產狀形態

盡管不同的原岩建造可以形成不同的變質岩石組合，但是，僅僅根據某些露頭或剖面上岩石類型的產出特徵確定變質岩石組合有時會誤入歧途，如原互不隸屬的岩石因為構造的作用也會匯集在一起。因此，岩石組合的確定需要在研究變形構造特徵的基礎上進行。如果岩石類型的密切共生在較大區域內普遍存在，並不因構造變形的強弱而改變的話，那麼，這種組合可能反映原岩建造，同時也可以利用這一密切共生的岩石組合確定那些有「異岩趨同」現象的變質岩石類型的成因，如大理岩和斜長角閃岩組合，如果這一組合在空間上普遍存在，那麼，斜長角閃岩應是沉積成因的，因為泥質灰岩可以變為斜長角閃岩；又如厚層石英岩、淺粒岩、變粒岩組合，如果也是在空間上普遍存在，並且以不同的厚度呈韻律產出或相間產出，那麼，淺粒岩、變粒岩有可能是碎屑沉積成因的。

但是，僅僅依據較薄的具有明顯沉積成因的岩層推斷包含這一岩層的層狀片麻岩的沉積成因可能會出現錯誤，如長英質片麻岩（淺粒岩）或條帶狀黑雲角閃片麻岩中出現較薄的石英岩層、大理岩層或其他明顯具沉積成因的岩層，並不能證明整套片麻岩層都是沉積成因的，這些較薄的沉積岩層也可以是變質深成岩中的構造夾層或者是變質深成岩中的捕虜體遭受後期變形改造而成，在此情況下，也不能把這一套片麻岩層劃歸為一個岩石組合。但如果這種夾層特徵在區域上具有普遍性，並不因變形強度而改變的話，那麼，這種推斷則有可能正確。

相應岩石類型或岩石組合的層狀片麻岩的空間產狀在一定程度上有助於確定其成因，一般來說，中下地殼環境廣泛的強塑性變形使得變質沉積岩層在空間上很難保持規則的條帶狀，通常呈不規則條帶狀、透鏡狀、鉤狀形態，猶如內蒙古大青山-烏拉山地區高級變質雜岩中孔茲岩系地層在空間上所表現的那樣（參見圖5-2-4）。以不同的空間形態產出但岩石組合仍相對穩定的層狀片麻岩則有可能是變質地層。但是那些成分屬於岩漿岩范疇並且單一岩性的層狀片麻岩如果也是這樣的空間形態產出，可能會有兩種選擇：變質火山岩或層狀侵入體。

（四）物質成分的研究

圖5-1-4 不同成因的鋯石特徵

a—岩漿鋯石，具有岩漿結晶環帶，產於台北地區更新世時期的安山岩中；b—魯西地區新太古代深熔花崗岩中的岩漿鋯石，具有岩漿結晶環帶和核部的繼承（殘留）鋯石；c—內蒙古大青山地區石榴子石花崗岩中的鋯石結構，核部為殘余鋯石，幔部為變質鋯石，邊部為岩漿鋯石；d—內蒙古大青山石榴石英岩中的碎屑鋯石邊部生長出變質增生邊

變質岩的物質成分包括岩石的礦物組成、礦物結構特徵和地球化學特徵，在等化學變質的情況下，不同原岩建造的地球化學特徵有一定的差異，可以利用其差異判斷其原岩性質，目前，這一方面的研究已積累了大量的資料，形成各種類型的利用常量元素、微量元素和稀土元素判斷原岩成因的原岩判別圖解和判別公式。大量變質岩石學的資料表明，一些典型的陸緣碎屑沉積岩和化學沉積岩由於其原岩成分的特殊性可以比較容易地識別出來，如由矽線堇青石榴黑雲片麻岩、石榴黑雲片麻岩和石墨片麻岩組成的富鋁片麻岩、鈣硅酸鹽岩、石英岩、磁鐵石英岩、大理岩等。但是，不同的原岩判別圖解或公式都有一定的適用范圍和局限性，並不能完全解決變質岩的成因問題，例如，對於火山岩和相應成分的深成侵入岩還不能有效地區分；有些雜砂岩型的沉積岩在主要地球化學特徵上與英雲閃長岩和奧長花崗岩十分相似，只有稀土分配形式在一些情況下可提供鑒別標志（Taylor and Mclennan，1985）。

（五）鋯石成因的研究

副礦物特徵尤其是鋯石成因的研究也有助於了解變質岩的原岩性質。可以利用背散射電子圖像和陰極發光圖像研究鋯石的成因。變質岩中的鋯石成因比較復雜，可能有以下幾種成因：①岩漿結晶鋯石，通常為自形柱狀，具有黑白相間的結晶環帶（條帶）（圖5-1-4a，b）；②變質鋯石，以兩種方式存在，一種為他形粒狀，不具環帶結構，內部結構不均勻；另一種表現為圍繞變質前鋯石的生長邊，不具環帶結構（圖5-1-4c，d）；③繼承鋯石，賦存於岩漿結晶鋯石的核部，其形態與外部結晶環帶不協調，比較少見（圖5-1-4b）；④碎屑鋯石，具有磨圓或碎屑外形形成（圖5-1-4d），可以由前幾類鋯石磨蝕或破碎形成（圖5-1-4c）。其中岩漿結晶鋯石的Th含量較高，Th/U比值也較高；而變質鋯石的Th含量較低，Th/U比值也較低。由此，鋯石的形態、內部結構和Th-U含量是確定不同成因鋯石的重要依據。

總之，由於高級變質區變質變形改造的復雜性，僅用單一的方法和手段辨別層狀片麻岩的成因很難得出正確的結論，需要在准確理解並詳細查明後期變質變形改造效應的基礎上，充分運用各種方法和手段，仔細地收集和分析那些所能收集到的構造地質學、岩石學和地球化學的資料後才能完成。

『柒』 變質地層層序和區域地層系統重建的基礎

在高級變質區能否建立地層層序和地層系統，取決於該區高級變質地層的發育程度、變質地層的有序度及研究方式和研究程度。

1.變質地層的發育程度

變質地層的發育程度是指變質岩層的出露面積、產出方式和變質構造岩石地層單位的可劃分性。依據這些參數可以將高級區地層的發育程度大致分為4個等級（表5-3-1）。總體上，在高級變質地層發育區，通過詳細的地質研究有可能建立變質地層層序，而在過渡區，盡管變質地層出露面積較小，但如果其集中分布，也有可能建立變質地層層序。除此之外，變質地層的可分性也是建立變質地層層序的必要條件，盡管有些高級變質區變質地層發育，但變質沉積岩層岩性單調，無法進一步劃分構造岩石地層單位，那麼，只能確定構造岩石地層單位，而不能建立變質地層層序。

表5-3-1 高級岩區變質地層發育程度等級劃分簡表

2.變質地層的有序度

有序度是變質地層單位空間（剖面或平面）排列規律的反映。地層單位在空間上有規律的排列，說明這些地層是有序的；相反則是無序的。在前人研究成果的基礎上，作者結合多年來對變質地層的研究結果，將變質地層的有序度分為「成層有序」、「整體有序，局部無序」、「大體有序，具體無序」和「成層無序」四類：

（1）「成層有序」是指變質地層的原始排列狀態基本保存，不僅地層單位的空間排列規律十分明顯，而且各地層單位內的基本層序也基本存在，岩石中的原生層理和原生構造殘留較多，雖然地層發生了變形，仍可以在變形分析的基礎上通過剖面測量建立地層層序，後期構造置換和剪切變形僅使地層的原始狀態在局部地段得到破壞，但不影響區內地層層序的建立。

（2）「整體有序，局部無序」是指變質地層的原始排列狀態整體上沒有遭受破壞，但其中部分地層的排列狀態（包括基本層序）已遭到強烈破壞，地層單位的空間排列仍顯示明顯的規律性，但局部規律性降低。

（3）「大體有序，具體無序」則表現為變質地層的原始排列狀態由於後期變質變形的改造已基本破壞，原生結構和構造保存很少，變質地層單位的空間排列規律性降低，地層單位內的基本層序已無法確定，但通過變形構造的研究和分析結合其他手段仍可建立大套地層的層序。

（4）「成層無序」則是指不同時代、不同類型的地層在空間上雜亂排列，類似於構造混雜岩帶，根本無法確定其層序。

事實上，高級變質地層在遭受多期變形後，其有序度或多或少地都有所降低，「成層有序」的地層很難在高級變質岩區保留下來，高級變質岩區的變質地層多數為「大體有序，具體無序」，少數變形較弱的高級變質地層為「整體有序，局部無序」的狀態，本節將針對「大體有序，具體無序」的變質地層討論變質地層層序的重建。

3.區域地質填圖是地層系統重建的重要基礎

高級變質地層有序度的降低，使得完全依靠剖面測量建立地層層序的方式很難達到客觀的效果，這一點已被多年的實踐所證明。但是，「整體有序，局部無序」和「大體有序，具體無序」的變質地層盡管其細節上的原始疊覆關系已遭到破壞，而宏觀上的排列規律則或多或少地保留著，要認識其宏觀上的排列規律，只有通過不同比例尺的地質填圖，以及通過剖面和平面上地層單位排列規律的綜合研究，在構造分析的基礎上才能查明或恢復地層的早期排列規律，依此建立地層層序。因此，能否填制一幅客觀反映地質體空間展布和空間關系的地質圖是其中的關鍵。

作者多年在內蒙古大青山-烏拉山地區高級變質雜岩中的研究實踐表明，一個區域范圍的構造岩石地層系統的建立僅靠關鍵地區的研究和填圖是難以完成的，因為不同構造體制下的強塑性變形尤其是伸展體制下的剪切變形通常導致地層的減薄或缺失，再加上多期變形的疊加和後期的隆升、剝蝕，變質地層的分布往往不均勻（見第二節），以至於難以在一個剖面（即使該剖面變質地層十分發育）上觀測到某一套變質地層（如大青山-烏拉山地區的孔茲岩系）甚至其中的某一構造岩石地層單位（如孔茲岩系的榴雲片麻岩岩組）的完整層序（徐仲元等，2002，2005；楊振升等，2003），同樣，在其中的某一地區所建立的構造岩石地層層序也不能完全在區域上推廣（圖5-2-2）。因此要使所建立的構造岩石地層層序在區域上有代表性，大面積的區域填圖比較有效。

總之，變質地層層序的研究和區域地層系統的重建基礎是，填制一幅能客觀反映地質體空間展布和空間關系的地質圖。

『捌』 變質地層單位劃分方法和思路的選擇

對於變質地層的劃分，目前通常採用的是岩石地層單位和構造岩石地層單位（《中國地層指南》，《中國地層典》和《變質岩區1∶5萬區域地質填圖方法指南》），岩石地層單位適用於變形相對簡單、變質程度較淺，地層的原始狀態基本沒有被破壞的淺變質地層；而對於變質程度高、變形十分復雜的高級變質地層，通常採用構造岩石地層的劃分方案。

所謂構造岩石地層，是岩石地層經強烈的構造改造，使原生疊覆關系遭受到破壞而形成的一套岩層序列。由於強烈的變形尤其是透入性的變形，使各岩石地層單位之間甚至是各沉積岩層之間的原始接觸關系大多被破壞，接觸界面為構造界面，根據原始接觸關系和原生沉積構造難以確定岩石地層層序，這樣的岩石地層為構造岩石地層。對於不同級別的岩石地層單位，以岩段、岩組、岩群進行定義（房立民、楊振升等，1991）。

在高級變質地層發育地區，變質地層往往遭受到強烈變形和多期變形的改造，由此導致變質地層空間產出的復雜性。但是，盡管對高級區變形構造的復雜性和變質地層產出的復雜性有了認識，自20世紀90年代以來的許多地質圖件和相關文獻中對於高級變質地層單位的劃分、組成和產出特徵的表述卻沒能反映出變質地層產出復雜的效果，有些地質圖件中變質地層甚至成規則的條帶排列。究其原因，最大問題就是沒有深刻理解高級變質區構造變形的多期及多機制對變質地層組成、展布的制約，導致在地層單位劃分、歸並及排序上簡單化。客觀地進行地層劃分，對正確確定其原岩建造，進而討論其形成環境和早期大陸殼的演化和重建有著十分重要的意義。而傳統的地層學工作方法很難做到這一點，這是因為：①由於強烈的變質變形，地層中的原生沉積構造已經大部分消失，變質地層中現存的葉理基本是次生的，運用傳統的以層理為標志、依據地層疊置律進行地層劃分的方法已喪失了其工作的基礎；②強烈的變形改造不僅可以使地層加厚或減薄，而且變形過程中發生的構造置換會強烈破壞原始地層層序，並使不同的原始地層單位在空間上相互穿插；③不同變形機制、不同類型構造置換對變質地層組成、空間展布產生不同的效應。在此情況下，把現存葉理視為層理進行地層劃分只會是一種人為的結果，這種劃分不僅造成區域地層對比的困難，也會影響對其沉積環境和構造演化的認識。

作者多年來在內蒙古大青山-烏拉山高級變質雜岩中的地質填圖和研究實踐表明，構造-岩層-事件填圖法是一種行之有效的方法，它可以客觀地反映不同岩性組合（或岩性）的空間展布規律。在填圖的基礎上，根據構造岩石地層組合的空間展布規律，選擇多條剖面進行測量，詳細查明各個構造岩石地層組合的岩石類型、岩性特徵和原岩建造。同時進行變形、變質和深熔作用、岩漿活動等後期改造的分析和研究，消除掉由於強烈構造置換產生的「假夾層」、「假互層」，甚至是「假韻律」的影響。最後通過岩石組合的區域對比，對岩石組合進行補充和修正，就可建立起正式的構造岩石地層單位。