不对称鱼嘴构造研究

时间：2022-01-27 理论教育版权反馈

【摘要】：第六节　不对称鱼嘴构造研究Cloos提出了不对称石香肠构造，并对其野外露头作了详细描述。此后，不对称石香肠构造一直被用作岩石剪切方向的判据。图2-34　不对称鱼嘴状石香肠构造2.测量方法与过程有限应变测量的方法原理见第二章第二节。切制不对称鱼嘴构造ac面的薄片用于有限应变测量，简单而有效地研究其基质层中的应变分布规律。

不对称鱼嘴构造研究_香肠构造与流变学

第六节　不对称鱼嘴构造研究

Cloos（1947）提出了不对称石香肠构造，并对其野外露头作了详细描述。此后，不对称石香肠构造一直被用作岩石剪切方向的判据。特别是在中、高级变质岩的低应变区，不对称石香肠是唯一可能找到的判别标志。本节从几何形态学、物理模拟及基质层有限应变测量的角度，探讨湖北铁山与川西北地区的不对称鱼嘴构造。

图2-30　不对称鱼嘴构造素描（半箭头表示剪切运动指向）
①角岩；②大理岩；③石英脉；④千枚状板岩

一、几何形态学分析

徐云峰、曾佐勋（2002）研究了湖北铁山和川西北地区发现的不对称鱼嘴构造（图2-30），并初步分析了其剪切指向意义。基于野外观察和室内实验，将鱼嘴构造分为A、B、C三类（图2-31），并确认鱼嘴构造具有岩石有限应变测量的意义。一般来说，鱼嘴石香肠构造可以分成三部分：基本部分，长度为l；纯剪切的伸展部分，长度为Δl_ξ；简单剪切的错位部分，长度为Δl_γ，设定基本部分的长度与香肠体变形前的长度相等。对于A型鱼嘴构造Δl_ξ＝Δl₁，Δl_γ＝0；对于B型鱼嘴构造，Δl_ξ＝Δl₁，Δl_γ＝Δl₂；对于C型鱼嘴构造Δl_ξ＝0，Δl_γ＝Δl₂（图2-31）。因而，从鱼嘴构造的几何学特征出发，可以近似地分解鱼嘴构造的两种剪切应变（吴武军等，2004a）。

图2-31　鱼嘴构造分类图

香肠体的厚度为h，则鱼嘴构造的纯剪切应变量为：ξ＝2Δl_ξ/l，简单剪切应变为：γ＝tgψ＝Δl_γ/h。

二、物理模拟与分析

在物理模拟的基础上，我们认识到：在相同的纯剪切与简单剪切共同作用的机制下，能干层与基质黏度比值较小的实验中（图2-32A、B），矩形块体显示明显的纯剪切成分和简单剪切成分；而在能干层与基质黏度很大的实验中（图2-32C、D），矩形块体并无明显的变形，只是产生了一定角度的旋转。结合铁山的实际资料，吴武军等（2005）对矩形能干层块体在基质中的变形情况做了详细分类，如图2-33所示。横坐标表示运动学涡度（W_k）；纵坐标表示能干层与基质的黏度比（ηL/ηM）的大小，自上而下递增，因为能干层黏度（ηL）一般比基质黏度（ηM）大，设其最小值为1，而圆弧线代表涡度（Wk）的等值线。

由图2-33可知，在纯剪切占主要成分的Ⅰ、Ⅱ区，Ⅰ区通常发育对称型鱼嘴构造，Ⅱ区变形较弱，通常基本保持原来矩形状态，或者表现为形似于B型鱼嘴构造。在简单剪切占优势的Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ区，剪切作用标志明显，类似于韧性剪切发育的一系列构造，依据其能干层与基质黏度比的大小，细分为Ⅴ区的典型不对称鱼嘴构造（纯剪切变形较小）；Ⅵ区的S形或反S形香肠构造（由平行四边形向透镜状香肠构造的过渡型）；Ⅶ区的能干层与基质黏度差异最大，矩形块体几乎未发生形变。物理模拟实验表明，当能干层基质黏度比超过10时，能干层的变形非常微小，主要通过块体的旋转适应简单剪切作用，在组合形态上呈雁行式，我们将其命名为“雁行式”香肠构造。Ⅲ区则发育野外最常见的不对称鱼嘴构造，其能干层基质黏度比适中，纯剪切作用与简单剪切作用相当。从图中也可以看出矩形、菱形等平行四边形石香肠构造属于脆性石香肠构造范畴；图2-33显示鱼嘴构造发育的黏度比范围较宽，但考虑到能干层断裂成矩形块体的脆性变形过程，仍将它划归到脆韧性石香肠构造范畴（表2-1）。

图2-32　物理模拟矩形断块的几种变形图

图A、B、D中实验材料组合分别为M6＋M3、M7＋M3、M10＋M9，能干层与基质的黏度比分别为2.3、4.6、7.1；图C中实验能干层为黏土，基质为红色纯甲基乙烯基硅橡胶，能干层黏度远大于基质黏度

图2-33　剪切作用下矩形块体的变形分类图
图中简单剪切组分均指示右行

三、基质层有限应变测量与分析

1.样品

研究的样品采自铁山麻雀脑大冶群第三段第一亚段（图2-2）。香肠体为角岩，宽2cm左右，厚0.5cm左右；基质层为大理岩，厚0.5cm左右（图2-34）。角岩的断口发育不对称鱼嘴构造；大理岩具有花岗变晶结构（图2-35），变形的方解石基本未发生恢复重结晶，仅在部分颗粒的边界上发生重结晶，但重结晶的量很少且颗粒细小，不足以改变方解石的应变。因此，大理岩测区中变形方解石的应变可以反映石香肠构造基质中的应变分布规律。

图2-34　不对称鱼嘴状石香肠构造（白色方框内为研究区域）

2.测量方法与过程

有限应变测量的方法原理见第二章第二节。切制不对称鱼嘴构造ac面的薄片用于有限应变测量，简单而有效地研究其基质层中的应变分布规律。

图2-35　基质层（大理岩）中的显微结构

图A为单偏光；图B为正交偏光；DC.变形方解石；RCC.重结晶方解石

有限应变测量的区域如图2-34所示，大理岩的一侧为断开的角岩，另一侧为连续的角岩。选用这样的测量区域，既避免了大理岩两侧角岩的同时断开对大理岩中应变的影响相互叠加而不利于揭示规律的弊端，又可以对比角岩的断开和连续对大理岩变形方式的影响。

用网格法在选定的区域中划分出测点。由于每个测点中的矿物颗粒分布不均且矿物颗粒数目较少，同时要避开局部发生重结晶的方解石颗粒，本研究选用惯量椭圆法测量单个变形方解石的有限应变。每个测点中测量6～18个颗粒，面积的总和占测点面积的1/2以上。

设定平行香肠体延展的方向为剪切方向，利用Straindesk软件（李志勇等，2006）测得香肠构造基质层中不同位置的有限应变椭圆参数R_s和α，再按公式（2-2）～（2-4）处理计算出ε₁-ε₃、ξ₁/ξ₂和Wk成图（图2-36）。

3.测量结果及分析

图2-36中分别给出了基质层中ε₁-ε₃、ξ₁/ξ₂和Wk的等值线分布。图2-36A反映了应变大小的分布，表明石香肠构造基质层中应变大小的分布不均匀，这与宏观上香肠体的变形特征是截然不同的，宏观上香肠体的应变量在颈部最大，远离颈部逐渐变小。

从ξ₁/ξ₂的等值线分布图（2-36B）上可以看出，香肠构造基质层的变形，在靠近断开的角岩处伸长方向趋于平行剪切方向，在靠近连续的角岩处伸长方向趋于垂直剪切方向。香肠构造基质层中Wk的分布规律（2-36C）表明，靠近角岩断开处的剪切变形中纯剪切占优势，靠近角岩连续处的剪切变形中简单剪切占优势。

4.与不对称骨节状及梯形香肠构造的对比

不对称骨节状香肠构造和梯形香肠构造基质层的ε₁-ε₃、ξ₁/ξ₂（或S）、Wk等值线图（见第二章第二、四节）表明：剪切带垂直剪切方向的厚度变化是由纯剪切而非简单剪切作用导致，基质层的减薄是由最大拉伸方向平行于剪切带剪切方向，即平行能干层伸展方向，垂直能干层缩短的纯剪切作用所致；相对增厚主要是由相应区间的一般剪切中，纯剪切所占比重低于其他区间所致；增厚则是由最大拉伸方向垂直于剪切方向即垂直层面的纯剪切作用所致（吴林波等，2012）。后者暗示在平行层面的剪切过程中，可以在局部引起垂直层面的拉伸作用。本节不对称鱼嘴构造基质层的应变相关参数的分布特征表现出与之相反的规律，这正好说明不对称鱼嘴构造的成因是由于平行层面的剪切和垂直层面的缩短共同起作用。

本节不对称鱼嘴状构造基质层ε₁-ε₃值并未表现出不对称骨节状香肠构造基质层中的受能干层控制的规律，可能是由于该目标香肠体厚度不到5mm，对基质层控制能力不足导致。三类石香肠构造岩性组合相近，主要不同的是不对称鱼嘴构造和梯形香肠体不连续处充填物主要为基质层的方解石，而不对称骨节状香肠构造的则为富含绿帘石、透闪石、黝帘石的脉体（表2-5）。综上，认为前两者与后者形态学及基质中应变相关参数分布特征的巨大差别主要与其香肠体间隙处充填物的能干性不同有关，这与本书前面章节及数值模拟得到的认识相一致（Kenis等，2006；Maeder等，2009），表明三者均可作为较好的岩石流变学标志。