变质地层研究方法

‘壹’ 区域变质成矿研究问题

（一）正确区分变质前、变质形成和变质作用后叠加形成的矿床

现今就位于变质岩区的矿床，并非都是区域变质作用形成的。这一认识对于规划布置区域找矿工作，有着现实意义，可以避免一些盲目的工程。

以山东的招远金矿为例。其周围是前寒武纪变质的胶东群，变质达角闪岩相，部分地区为麻粒岩相。虽然也有人提出论据，证明胶东群变质岩是招远金矿的矿源层。但是区内燕山期花岗岩广泛分布，还伴生大量的基性脉岩，后期热液活动显着（胶西北的界河金矿石英脉⁴⁰Ar^-39Ar年龄为130±14Ma），导致金的多期富集，因此可以出现玲珑石英脉型和焦家蚀变岩型金矿。显然，对于该区找矿，应当首先考虑与燕山期花岗岩岩浆活动有关的构造和蚀变带。

表3-16 中国主要变质作用矿床实例

图3-14 韧性剪切带中常见的组构要素

一般说来，强构造作用下的韧性变形转化为弱构造作用下的脆性变形，在空间上这一转化的界面是热液活动的场所，在时间上这一转化阶段，正是热液蚀变转化为热液成矿的阶段。岩石剪切变形之后，强度大增，出现工作硬化（Work Hardening）。在韧性剪切带的边界，正是两种力学强度不同的过渡带，有利于后期脆性断裂的叠加。山东招远的焦家金矿，在韧性剪切带上成矿裂隙并不发育，矿化弱，而其旁侧脆性裂隙密集，矿化强烈。韧性剪切带在成矿作用中实际起了隔挡层的作用。

四川的东北寨金矿是个大型微细浸染金矿，前人认为是脆性断裂控矿，1995年发现矿化沿一个南北向的逆冲型剪切带分布，断裂角砾为糜棱岩，矿化沿糜棱岩的晚期显微破裂充填，胶结物也有矿化。看来，韧性剪切带与断层破碎带在时间上具连续性，在应力持续作用下，韧性剪切带向剪破裂转化，产生大量微裂隙，最终形成金矿脉。

近10年来，硫化物的变形实验已经识别出一系列从脆性到韧性的显微～超微的变形现象，如晶内和粒间的破裂，低温晶内塑性变形（滑移带，扭折带和机械双晶），位错蠕变，溶解沉淀蠕变，固态扩散蠕变，特别是对细粒硫化物高温变形最为重要的颗粒边界滑移（即超塑性）。借助这些变形现象，可以反演变质金属矿床的变形史（详见Brill B A，1989）。

‘贰’ 学习任务变质岩区构造野外工作方法

变质岩区构造野外工作方法（地质填图）是一项综合性很强的基础地质研究工作。成层有序的浅变质岩的工作方法与沉积岩工作方法相似，而对层状无序的中深度变质岩和混合岩化强烈地区，则要充分运用遥感新技术，采用构造-地（岩）层、构造岩石研究方法，借助现代测试技术，通过实践→认识→再实践的工作过程，按照合理的工作程序：一是进行地质填图后测制地质剖面；二是填图后，再进行重点地段构造识别与分析。具体工作野外工作方法如下：

一、区域地质填图

首先填绘各种岩性单元（如各类变质岩及其组合、各类混合岩、侵入体及具有控制意义的标志层、标志层组合）等界线，再者是观察和识别各种构造形迹（如褶皱、断层、面理、线理、韧性剪切变形带等），并测量其数据。

将以上所观察到界线的新老关系、构造性质、产状等，用符号和数据标在图上，从而做出构造岩性图。

二、重点地段的构造识别与分析

所谓重点地段是指能比较直观认识各种构造要素几何特征、力学性质及其相互关系的地段，能有效地恢复地层的关系和构造变形的相互关系及变形历史。重点地段构造识别与分析内容有以下几个方面：

（1）观测各种残余构造，注意寻找原始层理，确定地层层序。

（2）测量不同级别的大小褶皱枢纽与轴面的产状，识别褶皱形态特征和成因。

（3）测量不同期次新生面理与线理的产状和大构造的几何关系与成因关系。

（4）观察断层的性质、特征、产状，韧性剪切带特征及其与大构造的成因关系。

（5）识别各期褶皱叠加关系及其干扰型式，结合面理、线理等构造，分析其形成顺序。

（6）运用岩石学的研究，阐明变质岩原岩的性质、变质作用的演化发展及其与构造变形的成因联系。

三、测制地质剖面，建立地层系统

通过以上野外研究，可以区分出的原始沉积地层系统与褶皱变质地层系统。在此基础上，再测制地质剖面，检验构造岩性图上地质界线的含义正确性等。在测制地质剖面的工作中要注意以下几点：

（1）剖面应尽可能横切主期褶皱的岩性单元。

（2）特别要注意利用残余及新生结构要素的特点和关系，确定地层层序。

（3）按精度要求划分岩性组合，确定地层单元和成图地层单元。

四、室内综合分析，编制相关图件

运用测制的变质岩剖面资料并结合相关鉴定结果，编制变质相图、变质事件图表、综合地层柱状图等；对变质岩区的构造研究进行综合分析；编制构造变形事件演化图表、图切构造剖面，并建立构造演化模式图等。

学习指导

变质岩区有成层有序的浅变质岩系和层状无序的中深度变质系，后者的构造不仅形态和方位极其多样，而且往往是多期变形的产物，由于其形成和演化总是同地壳中各种构造-热事件密切地联系在一起，并在构造-热事件过程中又会产生一系列新生的变形与变质构造，因此，它的形成和演化比沉积岩和岩浆岩区的构造更为复杂。

本学习情境要求初步掌握在变质岩区的构造置换、叠加褶皱、韧性剪切带的识别与分析，了解变质岩区构造的野外工作方法。

练习与思考

1.名词解释：构造置换、叠加褶皱、变余构造、糜棱岩、韧性剪切带。

2.试述变质岩区构造基本特征。

3.试述面理置换三种型式野外识别标志。

4.试述共轴叠加和非共轴叠加的异同点。

5.试述野外识别叠加褶皱的主要标志。

6.简述韧性剪切带剪切运动方向的确定标志有哪些。

7.简述糜棱岩的基本特征有哪些。

8.试述变质岩区构造的研究方法有什么特点。

‘叁’ 变质岩野外研究的基本要求

1）查明区内变质岩的矿物成分、化学成分及其结构、构造特征，并根据地质产状和组合关系，划分为各种不同变质成因的岩石类型，为研究变质岩组合规律或变质建造提供基础资料。

2）根据各类型变质岩及其矿物组合基本特征，划分不同变质作用形成的各种变质带、变质相，并查明它们的排列秩序及其渐进变化情况。在混合岩化和花岗质岩石发育地区，还应该调查这些岩石的基本特征和其空间分布情况，并注意它们和各种变质岩或各种变质作用的关系。

3）在上述工作基础上，结合地质背景，总结区内各种变质作用类型或变质相系的特征；研究它们与其他地质作用，如火山活动、岩浆作用、构造运动等之间的相互关系。

4）查明变质岩系的地层层序和地质时代，划分合理的填图单位和地层单位；同时，进行区域变质地层的对比工作，研究岩相的纵向、横向变化情况。

5）搞清含矿层位或含矿建造，指出找矿标志，查明矿产分布规律，为矿产预测和普查勘探提供依据和基础。

6）根据变质岩系岩石地层和变质作用的组合特点，研究变质建造或原岩建造类型；探索变质作用在该区地质发展历史中的地位和意义。

在变质岩发育的地区进行区域地质调查工作，应该明确以下两项基本原则：

第一，各种类型变质岩石形成孕育、发展过程与整个地球演化的进程相适应。在地球的不同演化发展阶段，它们的表现是不一样的，彼此的配套关系也是不一样的。例如太古宙的变质作用特点与其他地质作用的配套关系是不同于古生代的；古生代以来由于所处的大地构造环境不同，它们所发生的变质作用与其他地质作用的配套关系又是明显的不一样。变质作用不是孤立的，不单单是物理化学条件的变迁，而是与其他地质作用密切关联、彼此有着千丝万缕联系、统一的整体，因此要把变质作用放到地球不断运动、发展的过程中去观察和研究。这也是划分变质作用成因类型的出发点。

第二，变质岩既是一种结晶岩类，又具有层状的性质，基本上可算作层状结晶类型。因此，具体工作时既要运用沉积岩系的地质调查方法，也要强调结晶岩类的地质观察方法，二者不能偏废。

‘肆’ 动力变质岩的研究方法

1.动力变质岩的野外识别标志

动力变质岩往往分布在断裂带，在野外具有如下特征：

（1）常呈带状分布，宽度和延长变化很大，常常斜切地层。

（2）在断裂带内的岩石，常具碎裂结构、碎斑结构、糜棱结构，条带状构造、眼球状构造等。

（3）断裂带内岩性变化复杂，具有各种类型的碎裂岩，颜色变化也多种多样，如绿色、紫色、黄绿色、黑色等。

（4）断裂带内岩石的次生节理、劈理、各方向的擦痕、断层泥等均较发育，破碎较强烈。

（5）由于沿断裂带常有水及其他溶液的活动，所以常出现硅化和形成一些次生矿物，如绿泥石、绿帘石、方解石、葡萄石、叶蜡石、滑石等，并有铁染现象。

（6）由于断裂带往往穿过不同的岩层，在地貌上常构成陡崖或似岩脉状，或呈负地形。

（7）由动力变质作用形成的绿色片岩、蓝闪石片岩等，往往突然出现，又突然消失，与围岩的岩性很不协调，甚至在附近很难找到这样的岩石。

（8）在岩体中往往出现岩相带突变的现象。例如，北京周口店房山侵入体中就有这种现象，而且很明显，岩相带发生了位移。

总之，岩石受力后所产生的变化，必然在岩石上要留下痕迹，只要在工作中认真调查是不难发现的。

2.动力变质岩带的工作方法

在研究动力变质岩带时，经常采用沿走向追索和垂直动力变质岩带测制剖面的办法进行，其方法由外到内，先从大的（或主）破碎带入手，来确定断裂性质。具体应注意以下几个方面：

（1）在野外进行岩石的统一分类和命名，这是工作的基础。

（2）确定断裂带的主要走向、延长及主要结构面的性质，测量碎裂带的宽度，以及碎裂带与节理、岩脉、原生流动构造及附近断裂的关系，并进行一定数量的节理统计（100～200个）。

（3）对断裂带内的各种碎裂岩的特点进行观察和研究，并观察其与原岩性质的关系及空间分布特点。在垂直断裂带走向的方向上，根据岩性和结构构造的研究，尤其是其形变特征，确定其形变序列进行构造分带的研究。特别注意对原岩性质的观察（脆性、韧性），应力性质（压、张、扭），作用次数、大小等，采集一定数量标本，以便深入研究。

（4）注意观察破裂带的垂直方向，尤其是深部的变化。

（5）绘制一定比例尺的平面图、剖面图和素描图。

（6）了解不同岩石中矿物受力后的变化。

（7）注意观察断裂带同石油、地下水的关系。断裂带可以造成漏水（油）有害的一面；但在特殊情况下（如压性或压扭性断裂），可以形成封闭条件，起到隔水层的作用。断裂带的有利与否关键要看断裂带的力学性质。

（8）还要注意断裂带与矿化的关系，因为破裂带往往是含矿溶液运移和沉淀的场所，特别是那些与动力变质作用有关的绿泥石片岩、滑石片岩等发育的地区，更应注意；另外，还可有含金石英脉。如河北金厂峪就曾发现过含金石英脉沿构造裂隙充填交代现象，与之有关的围岩蚀变有绢云母化、绿泥石化，钠长石化等。

‘伍’ 构造变形与变质地层关系的研究

研究结果表明，地层的空间排列规律（地层格局）和构造变形之间存在着密切的联系。这种联系在未变质地层中十分明显，即不同形式的构造变形可以产生不同的地层空间排列形式，如褶皱作用可以导致地层的对称重复，走向逆断层和正断层可以导致地层的不对称重复或缺失，相反，根据地层的空间排列形式可以确定构造变形的特征。在高级变质地层发育地区这种联系也应存在，只不过由于岩石的塑性或超塑性流动及所伴生的新构造要素的形成和构造置换，变质地层的有序度降低，使得地层的空间排列规律复杂化，多期变形的叠加更加剧了这一趋势，在此情况下，如果能查明后期构造变形的特征及其对变质地层的破坏方式，就可以在现存的变质地层排列规律的基础上对所破坏的地层进行有效的恢复和重建，或者对变质地层的破坏影响进行正确的评估，由此建立地层层序并保证其客观性。

1.高级变质区地层被改造的基本方式和效应

在高级变质区，岩石主要以塑性流动的方式发生变形，变形的结果可以使地层的位态发生改变（位变），如地层的弯曲、褶皱；也可以使地层的原始形态发生改变（形变），如地层的加厚、减薄或尖灭；还可以使地层的层序发生破坏（序变）。

相对来说，单纯的“位变”所发生的地层改造效应不大，相反，它可以使地层在空间上形成有规律的地层格局，据此可以判断使地层发生变位的构造特征，如褶皱作用可以导致地层在空间上对称产出，相反，许多大型褶皱也是根据地层的空间产出格局确定的，这在未变质地层或浅变质地层中常见。但通常情况下，高级变质地层在变形过程中发生变位的同时往往伴随着“形变”和“序变”，而“形变”和“序变”对地层的空间排列规律影响较大，“形变”所引起的地层减薄甚至尖灭可以导致“地层缺失、隔层相触”的现象，同时也造成地层空间形态的不规则性，“序变”是构造置换的结果，其改造了地层的原始叠覆状态。

岩石的力学性质、岩石的变形特征和变形强度控制着“形变”和“序变”的程度。在通常情况下，组成地层的岩性差异导致其力学性质的差异和各向异向性，这就决定了整个地层系统变形的不均匀性。如果岩石的流动是顺层流动，所形成的差异性顺层分层剪切变形系统可能导致地层“形变”和“序变”分别发生在特定的层内，新生的叶理近平行地层层面，这一现象即横向构造置换，可以造成地层的“整体有序、局部无序”；如果流动是穿层的，岩石中的新生叶理垂直或斜切早期层面，可能造成不同地层的相互穿插和整个地层的无序化排列，这一现象为纵向构造置换。变形强度大，地层的有序度降低。但是，纵向构造置换所造成的地层穿插深度小于地层单位的厚度时，这种地层穿插可能仅局限于相邻地层之间（图5-2-3），在此情况下，地层的排列状态在具体露头或剖面上貌似无序，但通过详细的地质填图，在消除构造置换的影响后，在较大的尺度上可以发现地层之间的排列规律（图5-2-4），这是“大体有序、具体无序”变质地层的基本表现特征，许多高级变质地层发育区均表现出这种特征。

地层改造方式的查明有利于地层叠覆状态的调查和理解，其中最主要的是对纵向构造置换和横向构造置换方式的查明，这也需要通过下列多方面的工作来完成：

（1）追索地层界面与变形叶理之间的关系。如果岩性界面与变形叶理平行，可能有横向构造置换作用发生，相反，为纵向构造置换。但需要注意的是，在纵向构造置换形成的强变形带中，由于地层的强烈变位或者次生层状构造的切割，地层的层面或岩性界面与新生叶理在许多构造部位都是平行的，这就要求我们对地层界面进行大范围的追索，如果是纵向构造置换，总会在一些位置留下变形叶理切割地层界面的现象。

（2）构造特征的观察。组成地层的岩性、结构和构造的不均一会导致变形的不均匀，在构造置换过程中就会形成强弱不同的变形分带，早期的叶理将会以孤立的“钩状褶皱或叶内褶皱”、断续的“N型褶皱”和相对连续的“W型褶皱”甚至连续的宽缓褶皱分别在强变形带、中变形带或弱变形域中产出。如果弱变形域中岩层面与置换叶理是切层的，应是纵向构造置换，相反，为横向构造置换。

2.地层叠覆特征（有序度）的调查

后期构造变形的结果是，地层的原始叠覆状态和地层的形态发生了改变，导致有序度降低与地层形态的不规则性增强。但地层有序度的高低，仅仅通过不同比例尺的剖面测量不能确定，往往还需要不同比例尺的地质填图。在工作过程中，客观地划分地层单位是查明地层叠覆规律并确定地层有序度的基础。而高级变质地层单位的空间形态和空间延伸由于强烈变形的改造而具有不确定性（图5-2-4）。因此，在填图过程中如果用传统地层学观念为指导，将会以地层自然延伸的规律性和地层厚度的稳定性进行连图，这往往会得出错误的结果。要客观地查明地层的空间排列规律，只有通过加密地质路线、顺层追索和大比例尺地质填图来完成。在此基础上，剖面测量和地质填图的结果可以反映地层在空间上的排列特征，排列的规律性是地层有序度的表现。

3.地层空间形态和排列规律的剖面恢复

对于“整体有序、局部无序”和“大体有序、具体无序”的高级变质地层，通过构造筛分的方法，研究各期构造对地层的改造特征，并对变质地层的剖面形态进行恢复，使其空间排列方式达到或接近原始状态，在此基础上，讨论其地层层序。

变质地层剖面形态的恢复需要在下列工作的基础上进行：

（1）在查明地层空间展布特征的基础上，进行系统的贯穿性剖面测量；

（2）不仅要查明变质地层岩石组合的类型和特征，更重要的是查明剖面上变质地层的原生构造和次生构造特征（包括其产状）、地层界面与次生界面的关系。

（3）查明变质地层在平面和剖面上的延伸或展布特征。

现以内蒙古大青山-乌拉山地区孔兹岩系的剖面测量和恢复为例说明这项工作的过程及其意义。

图5-3-1为内蒙古大青山-乌拉山地区高级变质杂岩中的一段实测剖面（图5-3-1a）和地层剖面形态复原图（图5-3-1b）。通过剖面测量，可以把剖面上的岩石组合划分为3类：①浅色麻粒岩组合，由浅色麻粒岩、黑云紫苏二长片麻岩夹中色麻粒岩、暗色麻粒岩组成，局部存在浅色麻粒岩-中色麻粒岩-暗色麻粒岩的韵律；②榴云片麻岩组合，由石榴石墨矽线堇青片麻岩、石墨矽线片麻岩、石墨片麻岩、石榴黑云片麻岩夹黑云片麻岩组成，局部见石英岩；③大理岩组合，以厚层蛇纹石化橄榄白云质大理岩、石英条带白云质大理岩、白云质大理岩为主，与榴云片麻岩组合接触部位有薄层白云质大理岩夹细粒透辉石英岩、透闪石岩和橄榄石岩。这3个组合在剖面上交替产出，表现出浅色麻粒岩组合夹大理岩、大理岩组合与榴云片麻岩组合互层、榴云片麻岩组合与浅色麻粒岩组合互层的现象。为了查明这3个岩石组合是一套单斜岩层的组成部分，还是3个独立的岩石地层单位，在剖面测量过程中对岩石中的变形构造、岩石组合在平面、剖面上的延伸和排列特征进行了研究，结果发现：①除整个剖面北侧（白菜沟以北）外，剖面上的岩石中仅发育一期叶理，叶理普遍与地层界面平行，并有规律地发生变化（图5-3-1a）；②在剖面上，这些岩石组合的出露宽度不一，在一些出露宽度较小的部位对岩石组合的界面进行追索，发现这些界面与岩石中的叶理一起发生褶皱；③在平面上，与大理岩交错产出的榴云片麻岩组合向东西两侧均逐渐收缩，在平面上呈不规则的椭圆形，其两侧为大面积的大理岩组合。根据上述特征，判断剖面上这些组合的排列是褶皱作用的产物，褶皱作用的变形面是早期顺层叶理、岩性条带和岩层。根据剖面上地层界面和叶理产状对地层组合的剖面形态进行恢复，可以确定，在褶皱之前岩石组合自下而上的排列顺序依次为：浅色麻粒岩组合、榴云片麻岩组合、大理岩组合。而通过剖面形态恢复，可以发现，榴云片麻岩组合的厚度有减薄甚至尖灭现象，这应与早期顺层剪切变形有关。

图5-3-1 内蒙古大青山地区土默特右旗公山湾乡白菜沟—麻绳铺变质地层实测剖面

a—b图方框内的一段实测剖面，图中的序号为分层号；b—剖面复原图：①浅色麻粒岩组合；②榴云片麻岩组合；③大理岩组合；④三叠纪钾长花岗岩。将其展平后，这些变质地层自上而下的排列顺序依次为大理岩组合、榴云片麻岩组合和浅色麻粒岩组合

为了了解地层尖灭或缺失现象的普遍性和成因，图5-3-2又列出该区两个近南北向的剖面，剖面复原的结果，均表明这种地层的减薄、尖灭甚至在一些部位缺失，在区内是普遍存在的，从构造特征上分析，该现象与变质地层的后期褶皱和纵向置换无关，应与早期顺层剪切变形有关。同时，将这些恢复后的地层展平后，这些变质地层自上而下排列顺序为：大理岩组合、榴云片麻岩组合、浅色片麻岩组合、深色片麻岩组合、中色麻粒岩组合。

‘陆’ 辨别变质沉积岩层的一般方法和原则

（一）不同变质沉积岩层的地质表现及判别

尽管中下地壳环境的变形、变质和深熔作用使得高级变质区的变质沉积岩层显示出复杂的岩貌和产出特征，但不同类型的原岩建造在变质变形后往往具有不同的地质表现，主要由不同的变质岩和变质岩组合类型反映出来。就这些岩石类型和岩石组合所显示的变质沉积岩层的信息而言，变质沉积岩层的地质表现可以分为明确的、可能的和不易判别的三类。

（1）可以明确判别的：能够明确显示变质沉积岩层特征的通常是具有典型沉积岩成分特征的变质岩和变质岩石组合，主要为：①富铝片麻岩，如石榴黑云片麻岩、矽线堇青石榴黑云片麻岩、石墨矽线堇青片麻岩等，岩石中普遍含石榴子石、黑云母、矽线石、堇青石和蓝晶石等富铝的变质矿物，其原岩为富含泥质成分的细碎屑沉积岩；②富硅质（富石英）岩石，如石英岩、矽线石石英岩、磁铁石英岩、榴英岩；③钙硅酸盐岩，如孔兹岩系中的透辉片麻岩组合，由透辉片麻岩和透辉长石变粒岩、长石透辉变粒岩、透辉石岩、透辉大理岩组成，普遍以富含透辉石、榍石、方柱石和磷灰石为特征，为一套碎屑沉积和化学沉积的混合物（徐仲元等，2005）；④层状碳酸盐岩，如厚层的硅质条带白云质大理岩、蛇纹石化橄榄白云质大理岩、白云质大理岩组合或在钙硅酸盐岩中成夹层产出的复成分大理岩。

（2）可能判别的：一些岩性多变的层状片麻岩具有变质沉积岩层的可能，这些层状片麻岩不具典型沉积岩成分，或者是在成分上处于正常岩浆岩范围内的变质火山-沉积岩组合。但变质变形、深熔作用和岩浆活动的改造也会产生岩性多变的层状片麻岩岩貌，如（黑云）长英片麻岩和斜长角闪岩/黑云角闪片麻岩的相间产出所显示的黑白相间的岩貌，这种组合可能是双峰式火山岩变质变形作用的结果（图5-1-1a），但也可能是基性侵入岩（巨厚的玄武岩层或辉长岩体）或英云闪长岩遭受变形作用和深熔作用改造的结果（图5-1-1b），也可能是花岗质岩石被基性岩脉侵入后再遭受变形导致的（图5-1-1c），还有可能是包含大量基性岩捕虏体的花岗质岩石遭受强烈变形的产物（图5-1-1d）。在一些较大的构造带中，在单一岩性的变质深成岩之上叠加了不同类型的岩脉然后再遭受变形改造也可以产生多变的岩石组合。在此情况下如果能证明这种多变的岩石组合不是构造作用的产物，即通过强变形带到弱变形域的追索，发现这种组合在弱变形域有规律的产出、并保留不同程度的原岩结构的话，则可确定为变质沉积岩层。

图5-1-3 西格陵兰Isua表壳岩带芝麻点状斜长角闪岩中的变余枕状构造

（引自Fedo et al.，2001）

a—保存较好的枕状构造，具有暗色边和被石英充填的同心状冷却裂隙，枕状构造内的暗色点是变形的气孔；b—强烈压扁的枕状构造，具有暗色边和富气孔的核部，枕状构造之间被石英分开

（三）岩石类型的共生和产状形态

尽管不同的原岩建造可以形成不同的变质岩石组合，但是，仅仅根据某些露头或剖面上岩石类型的产出特征确定变质岩石组合有时会误入歧途，如原互不隶属的岩石因为构造的作用也会汇集在一起。因此，岩石组合的确定需要在研究变形构造特征的基础上进行。如果岩石类型的密切共生在较大区域内普遍存在，并不因构造变形的强弱而改变的话，那么，这种组合可能反映原岩建造，同时也可以利用这一密切共生的岩石组合确定那些有“异岩趋同”现象的变质岩石类型的成因，如大理岩和斜长角闪岩组合，如果这一组合在空间上普遍存在，那么，斜长角闪岩应是沉积成因的，因为泥质灰岩可以变为斜长角闪岩；又如厚层石英岩、浅粒岩、变粒岩组合，如果也是在空间上普遍存在，并且以不同的厚度呈韵律产出或相间产出，那么，浅粒岩、变粒岩有可能是碎屑沉积成因的。

但是，仅仅依据较薄的具有明显沉积成因的岩层推断包含这一岩层的层状片麻岩的沉积成因可能会出现错误，如长英质片麻岩（浅粒岩）或条带状黑云角闪片麻岩中出现较薄的石英岩层、大理岩层或其他明显具沉积成因的岩层，并不能证明整套片麻岩层都是沉积成因的，这些较薄的沉积岩层也可以是变质深成岩中的构造夹层或者是变质深成岩中的捕虏体遭受后期变形改造而成，在此情况下，也不能把这一套片麻岩层划归为一个岩石组合。但如果这种夹层特征在区域上具有普遍性，并不因变形强度而改变的话，那么，这种推断则有可能正确。

相应岩石类型或岩石组合的层状片麻岩的空间产状在一定程度上有助于确定其成因，一般来说，中下地壳环境广泛的强塑性变形使得变质沉积岩层在空间上很难保持规则的条带状，通常呈不规则条带状、透镜状、钩状形态，犹如内蒙古大青山-乌拉山地区高级变质杂岩中孔兹岩系地层在空间上所表现的那样（参见图5-2-4）。以不同的空间形态产出但岩石组合仍相对稳定的层状片麻岩则有可能是变质地层。但是那些成分属于岩浆岩范畴并且单一岩性的层状片麻岩如果也是这样的空间形态产出，可能会有两种选择：变质火山岩或层状侵入体。

（四）物质成分的研究

图5-1-4 不同成因的锆石特征

a—岩浆锆石，具有岩浆结晶环带，产于台北地区更新世时期的安山岩中；b—鲁西地区新太古代深熔花岗岩中的岩浆锆石，具有岩浆结晶环带和核部的继承（残留）锆石；c—内蒙古大青山地区石榴子石花岗岩中的锆石结构，核部为残余锆石，幔部为变质锆石，边部为岩浆锆石；d—内蒙古大青山石榴石英岩中的碎屑锆石边部生长出变质增生边

变质岩的物质成分包括岩石的矿物组成、矿物结构特征和地球化学特征，在等化学变质的情况下，不同原岩建造的地球化学特征有一定的差异，可以利用其差异判断其原岩性质，目前，这一方面的研究已积累了大量的资料，形成各种类型的利用常量元素、微量元素和稀土元素判断原岩成因的原岩判别图解和判别公式。大量变质岩石学的资料表明，一些典型的陆缘碎屑沉积岩和化学沉积岩由于其原岩成分的特殊性可以比较容易地识别出来，如由矽线堇青石榴黑云片麻岩、石榴黑云片麻岩和石墨片麻岩组成的富铝片麻岩、钙硅酸盐岩、石英岩、磁铁石英岩、大理岩等。但是，不同的原岩判别图解或公式都有一定的适用范围和局限性，并不能完全解决变质岩的成因问题，例如，对于火山岩和相应成分的深成侵入岩还不能有效地区分；有些杂砂岩型的沉积岩在主要地球化学特征上与英云闪长岩和奥长花岗岩十分相似，只有稀土分配形式在一些情况下可提供鉴别标志（Taylor and Mclennan，1985）。

（五）锆石成因的研究

副矿物特征尤其是锆石成因的研究也有助于了解变质岩的原岩性质。可以利用背散射电子图像和阴极发光图像研究锆石的成因。变质岩中的锆石成因比较复杂，可能有以下几种成因：①岩浆结晶锆石，通常为自形柱状，具有黑白相间的结晶环带（条带）（图5-1-4a，b）；②变质锆石，以两种方式存在，一种为他形粒状，不具环带结构，内部结构不均匀；另一种表现为围绕变质前锆石的生长边，不具环带结构（图5-1-4c，d）；③继承锆石，赋存于岩浆结晶锆石的核部，其形态与外部结晶环带不协调，比较少见（图5-1-4b）；④碎屑锆石，具有磨圆或碎屑外形形成（图5-1-4d），可以由前几类锆石磨蚀或破碎形成（图5-1-4c）。其中岩浆结晶锆石的Th含量较高，Th/U比值也较高；而变质锆石的Th含量较低，Th/U比值也较低。由此，锆石的形态、内部结构和Th-U含量是确定不同成因锆石的重要依据。

总之，由于高级变质区变质变形改造的复杂性，仅用单一的方法和手段辨别层状片麻岩的成因很难得出正确的结论，需要在准确理解并详细查明后期变质变形改造效应的基础上，充分运用各种方法和手段，仔细地收集和分析那些所能收集到的构造地质学、岩石学和地球化学的资料后才能完成。

‘柒’ 变质地层层序和区域地层系统重建的基础

在高级变质区能否建立地层层序和地层系统，取决于该区高级变质地层的发育程度、变质地层的有序度及研究方式和研究程度。

1.变质地层的发育程度

变质地层的发育程度是指变质岩层的出露面积、产出方式和变质构造岩石地层单位的可划分性。依据这些参数可以将高级区地层的发育程度大致分为4个等级（表5-3-1）。总体上，在高级变质地层发育区，通过详细的地质研究有可能建立变质地层层序，而在过渡区，尽管变质地层出露面积较小，但如果其集中分布，也有可能建立变质地层层序。除此之外，变质地层的可分性也是建立变质地层层序的必要条件，尽管有些高级变质区变质地层发育，但变质沉积岩层岩性单调，无法进一步划分构造岩石地层单位，那么，只能确定构造岩石地层单位，而不能建立变质地层层序。

表5-3-1 高级岩区变质地层发育程度等级划分简表

2.变质地层的有序度

有序度是变质地层单位空间（剖面或平面）排列规律的反映。地层单位在空间上有规律的排列，说明这些地层是有序的；相反则是无序的。在前人研究成果的基础上，作者结合多年来对变质地层的研究结果，将变质地层的有序度分为“成层有序”、“整体有序，局部无序”、“大体有序，具体无序”和“成层无序”四类：

（1）“成层有序”是指变质地层的原始排列状态基本保存，不仅地层单位的空间排列规律十分明显，而且各地层单位内的基本层序也基本存在，岩石中的原生层理和原生构造残留较多，虽然地层发生了变形，仍可以在变形分析的基础上通过剖面测量建立地层层序，后期构造置换和剪切变形仅使地层的原始状态在局部地段得到破坏，但不影响区内地层层序的建立。

（2）“整体有序，局部无序”是指变质地层的原始排列状态整体上没有遭受破坏，但其中部分地层的排列状态（包括基本层序）已遭到强烈破坏，地层单位的空间排列仍显示明显的规律性，但局部规律性降低。

（3）“大体有序，具体无序”则表现为变质地层的原始排列状态由于后期变质变形的改造已基本破坏，原生结构和构造保存很少，变质地层单位的空间排列规律性降低，地层单位内的基本层序已无法确定，但通过变形构造的研究和分析结合其他手段仍可建立大套地层的层序。

（4）“成层无序”则是指不同时代、不同类型的地层在空间上杂乱排列，类似于构造混杂岩带，根本无法确定其层序。

事实上，高级变质地层在遭受多期变形后，其有序度或多或少地都有所降低，“成层有序”的地层很难在高级变质岩区保留下来，高级变质岩区的变质地层多数为“大体有序，具体无序”，少数变形较弱的高级变质地层为“整体有序，局部无序”的状态，本节将针对“大体有序，具体无序”的变质地层讨论变质地层层序的重建。

3.区域地质填图是地层系统重建的重要基础

高级变质地层有序度的降低，使得完全依靠剖面测量建立地层层序的方式很难达到客观的效果，这一点已被多年的实践所证明。但是，“整体有序，局部无序”和“大体有序，具体无序”的变质地层尽管其细节上的原始叠覆关系已遭到破坏，而宏观上的排列规律则或多或少地保留着，要认识其宏观上的排列规律，只有通过不同比例尺的地质填图，以及通过剖面和平面上地层单位排列规律的综合研究，在构造分析的基础上才能查明或恢复地层的早期排列规律，依此建立地层层序。因此，能否填制一幅客观反映地质体空间展布和空间关系的地质图是其中的关键。

作者多年在内蒙古大青山-乌拉山地区高级变质杂岩中的研究实践表明，一个区域范围的构造岩石地层系统的建立仅靠关键地区的研究和填图是难以完成的，因为不同构造体制下的强塑性变形尤其是伸展体制下的剪切变形通常导致地层的减薄或缺失，再加上多期变形的叠加和后期的隆升、剥蚀，变质地层的分布往往不均匀（见第二节），以至于难以在一个剖面（即使该剖面变质地层十分发育）上观测到某一套变质地层（如大青山-乌拉山地区的孔兹岩系）甚至其中的某一构造岩石地层单位（如孔兹岩系的榴云片麻岩岩组）的完整层序（徐仲元等，2002，2005；杨振升等，2003），同样，在其中的某一地区所建立的构造岩石地层层序也不能完全在区域上推广（图5-2-2）。因此要使所建立的构造岩石地层层序在区域上有代表性，大面积的区域填图比较有效。

总之，变质地层层序的研究和区域地层系统的重建基础是，填制一幅能客观反映地质体空间展布和空间关系的地质图。

‘捌’ 变质地层单位划分方法和思路的选择

对于变质地层的划分，目前通常采用的是岩石地层单位和构造岩石地层单位（《中国地层指南》，《中国地层典》和《变质岩区1∶5万区域地质填图方法指南》），岩石地层单位适用于变形相对简单、变质程度较浅，地层的原始状态基本没有被破坏的浅变质地层；而对于变质程度高、变形十分复杂的高级变质地层，通常采用构造岩石地层的划分方案。

所谓构造岩石地层，是岩石地层经强烈的构造改造，使原生叠覆关系遭受到破坏而形成的一套岩层序列。由于强烈的变形尤其是透入性的变形，使各岩石地层单位之间甚至是各沉积岩层之间的原始接触关系大多被破坏，接触界面为构造界面，根据原始接触关系和原生沉积构造难以确定岩石地层层序，这样的岩石地层为构造岩石地层。对于不同级别的岩石地层单位，以岩段、岩组、岩群进行定义（房立民、杨振升等，1991）。

在高级变质地层发育地区，变质地层往往遭受到强烈变形和多期变形的改造，由此导致变质地层空间产出的复杂性。但是，尽管对高级区变形构造的复杂性和变质地层产出的复杂性有了认识，自20世纪90年代以来的许多地质图件和相关文献中对于高级变质地层单位的划分、组成和产出特征的表述却没能反映出变质地层产出复杂的效果，有些地质图件中变质地层甚至成规则的条带排列。究其原因，最大问题就是没有深刻理解高级变质区构造变形的多期及多机制对变质地层组成、展布的制约，导致在地层单位划分、归并及排序上简单化。客观地进行地层划分，对正确确定其原岩建造，进而讨论其形成环境和早期大陆壳的演化和重建有着十分重要的意义。而传统的地层学工作方法很难做到这一点，这是因为：①由于强烈的变质变形，地层中的原生沉积构造已经大部分消失，变质地层中现存的叶理基本是次生的，运用传统的以层理为标志、依据地层叠置律进行地层划分的方法已丧失了其工作的基础；②强烈的变形改造不仅可以使地层加厚或减薄，而且变形过程中发生的构造置换会强烈破坏原始地层层序，并使不同的原始地层单位在空间上相互穿插；③不同变形机制、不同类型构造置换对变质地层组成、空间展布产生不同的效应。在此情况下，把现存叶理视为层理进行地层划分只会是一种人为的结果，这种划分不仅造成区域地层对比的困难，也会影响对其沉积环境和构造演化的认识。

作者多年来在内蒙古大青山-乌拉山高级变质杂岩中的地质填图和研究实践表明，构造-岩层-事件填图法是一种行之有效的方法，它可以客观地反映不同岩性组合（或岩性）的空间展布规律。在填图的基础上，根据构造岩石地层组合的空间展布规律，选择多条剖面进行测量，详细查明各个构造岩石地层组合的岩石类型、岩性特征和原岩建造。同时进行变形、变质和深熔作用、岩浆活动等后期改造的分析和研究，消除掉由于强烈构造置换产生的“假夹层”、“假互层”，甚至是“假韵律”的影响。最后通过岩石组合的区域对比，对岩石组合进行补充和修正，就可建立起正式的构造岩石地层单位。