不对称骨节状香肠构造研究

第四节　不对称骨节状香肠构造研究

不对称骨节状香肠构造作为骨节状香肠构造中的一种亚类，除了具有它们的一些共性以外，最独特之处在于其骨节缝脉体总体斜交于层面（图2-23），这一特点反映了其独特的变形成因机制，也造就了其对剪切方向的指示意义。本节拟运用惯量椭圆法，测量、研究、分析不对称骨节状香肠构造基质层不同部位的有限应变，从基质有限应变测量与涡度测量及脉体发育的几何形态等角度研究其成因模式，同时探讨该类香肠形成过程的其他相关规律。

一、样品

本节有限应变测量的研究对象，采自大冶铁山岩体与围岩热接触动力变质带，为后成脉体型骨节状香肠构造（图2-2、图2-23），相关形态学和岩石学参数见表2-5。能干层LCR为角岩层，其中发育有N、M、V三组脉体；上下基质层U、D为大理岩，镜下鉴定它们均为花岗变晶结构，两者均有90%以上方解石颗粒经历了应变作用，只有少量的后期重结晶的颗粒未发生明显的形变，且该类颗粒粒径大多小于0.1mm。通过几何形态学和岩石学观察与分析（吴林波等，2011），我们得出该香肠构造中三类脉体发育由早至晚顺序为：N＞M＞V；V组脉的发育表明能干层正受平行层面伸长、垂直层面压缩的纯剪切作用发生伸展断裂；断层F在角岩层发生平行层面伸展之后形成。

图2-23　不对称骨节状香肠构造标本（A）、不对称骨节状香肠薄片拼合图（B）和不对称骨节状香肠构造示意图（C）

图A、B、C中U、D、L、R、C相互对应；基质层U、D（D₁、D₂、D₃）均为大理岩；A为薄角岩层；B为厚角岩层；M、N、V均为脉体；A、B、N组成能干层；L、R、C分别表示能干层ABN的不同区段。图A中白线框表示本节研究区间。图B中C左右两侧白线框分别表示L、LC、RC、R区段范围。图C中圆圈示意矿物颗粒粒径相对大小，层U、层D₁、层D₂、层D₃主要粒径分别为0.7mm±、0.1mm±、0.5mm±、0.15mm±

表2-5　不对称骨节状香肠构造几何学、岩石学相关参数

注：Cc为方解石，Ep为绿帘石，Tr为透闪石，Q为石英，Zo为黝帘石

二、测量过程

本节的有限应变测量方法及原理见第二章第二节。将研究区域限定在小于5cm×10cm的范围内（图2-23A），以减少后续图片拼合及测点位置还原导致的累积误差。切制平行香肠构造ac面的大薄片用于有限应变测量，简单而有效地研究香肠构造基质层中的应变分布规律（储玲林等，2006）。

测区选在基质层较厚、附近没有其他明显构造干扰的区间，以保证得出的数据反映研究对象的实际情况。同步测量石香肠构造能干层的上下基质层的有限应变。这里将约18.5cm²的区域划分为277个测点，测点密度约为每2.5mm×2.5mm一个测点。

采用Straindesk软件（李志勇等，2006）测量有限应变。我们对每个测点测定10～25个颗粒。将直接测得的有限应变椭圆的长、短主应变轴长度比R_s及主伸长轴的方位角α（吴林波等，2011，表1）按公式（2-2）～（2-4）处理，成图。将生成的参数值分布图拼合到底图对应区间，底图选用薄片图片（图2-23B）。

三、测算成果分析

1.干扰因子分析

上基质层U虽未直接与石香肠体L、C、R相接触（图2-23），其有限应变相关参数的分布总体上仍可表征香肠体L、C、R的作用结果。首先，角岩层A、顺层脉体N与角岩层B层厚度规模差异，使得前两者在应变过程中对基质层变形的影响会被后者掩盖；其次，有限应变相关参数的分布，体现出基质层中不同区间的应变作用大小及类型均有所变化（图2-24），而角岩层A与顺层脉体N厚度在香肠体发育范围内基本均一（图2-23），可见这主要不是由角岩层A与顺层脉体N导致的，而是由角岩层B作用导致的。

能干层双凹区段R、RC上下基质层中的相关参数分布（图2-24）未显示类似于双凹区段L、LC上下基质层中的对称趋势等规律性。而能干层双凸区段C两侧的角岩层及基质层的物化性质大体相同，几何形态近似对称（图2-23），则表明该现象是由香肠体L、C、R规模相近的断层F（图2-23A）作用导致。由此，我们在以下分析与讨论中不再考虑能干层双凹区段R、RC及其上下基质层。

2.有限应变相关参数分析

基质层中的正应变差（ε₁-ε₃）值分布是不均一的（图2-24A），能干层双凸区段C与双凹区段L上下基质层的有限应变值，较双凹区段RC上下基质层的总体偏大；异常高值区主要分布在成分以绿帘石、石英为主的骨节缝脉体M两端对应基质层中，由于脉体能干性高于香肠体层及大理岩基质层，认为应变过程中是由于骨节缝脉体M的支撑，而导致其两端对应基质层有限应变值异常偏高的。在垂直层面方向上随着与能干层距离的增大，ε₁-ε₃值有由大于0.20向小于0.10减小的趋势；上下基质层ε₁-ε₃值的分布趋势具有一定的对称性（图2-24A），这与能干层上下形态的总体对称性相符；表明上下基质层的应变作用主要受能干层L、C、R应变作用的控制，在垂直层面方向上，随着与能干层距离的增大，基质层受能干层应变作用的影响总体逐渐减弱。上基质层方解石颗粒粒径普遍大于下基质层颗粒粒径（图2-23C），则上基质层U能干性大于下基质层D，在相似应变条件下，前者有限应变应小于后者（樊光明等，2000），与上基质层U的ε₁-ε₃值比下基质层D对称位置总体偏小的现象相符。

图2-24B反映出该处纯剪切组分最大主拉伸方向即物质拉伸方向，平行于基质层剪切方向，该处基质层在应变过程中减薄。ξ₁/ξ₂小于1的区域相对集中于能干层双凹区段LC上下基质层，反映出该处纯剪切组分最大主拉伸方向即物质伸展方向，垂直于基质层剪切方向的区域，也就是说，基质层相对增厚（张进江和郑亚东，1995；储玲林等，2006）的区域主要集中在能干层双凹区段LC上下基质层。

上下基质层中涡度值（Wk）值的分布特征（图2-24C），表明基质层中总体以纯剪切作用为主，简单剪切为辅；能干层双凸区段C及双凹区段L对应基质层主要发生纯剪切作用；双凹区段LC上下基质层中简单剪切占有较大比例（Simpson和Depoar，1993；张进江和郑亚东，1995；储玲林等，2006；郑亚东等，2008）。

综合联系图2-24B、C和D，观察到Wk大于0.71的区段与λ₁平行或近平行于层面的区段基本对应，Wk小于0.71的大致对应于λ₁呈一定角度、局部较大角度也斜交于层面的区段，反映出该不对称骨节状香肠构造基质层普遍受平行层面伸展、垂直层面压缩的纯剪切作用，而处于平行于层面伸展的状态，前述晚期能干层普遍发育垂直层面的脉体V，表明能干层正处于伸展断裂状态，且为平行层面伸展、垂直层面压缩的纯剪切作用的结果，这与前面得出的基质层应变受能干层控制相符。简单剪切占较大比例的区域呈小范围孤岛状分布，而纯剪切占较大比例的区域呈大范围连片状分布，且在能干层双凹区段LC和双凸区段C发生角度形变的区段上下基质层中，简单剪切占有较大比例，表明基质层中早期的简单剪切作用正逐渐被晚期的纯剪切作用所掩盖，且简单剪切主要集中在能干层双凹区段LC和双凸区段C发生角度形变的区段的上下基质层中。剔除晚期纯剪切的掩盖作用，认为能干层双凹区段LC和双凸区段C发生角度形变区段的上下基质层早期主要受简单剪切作用，发育斜交层面的能干层骨节缝，并主要充填绿帘石和石英形成骨节缝脉体M。

图2-24　不对称骨节状香肠构造基质层应变相关参数值及相关方位的分布图

图A为真应变差（ε₁-ε₃）等值线分布图，等值线间隔单位为0.05，墨黑色线表示0.20的等值线，白色线表示0.30的等值线；图B为极摩尔圆特征向量纵坐标比（ξ₁/ξ₂）等值线分布图，等值线间隔单位为0.2，白色线表示1.0的等值线，墨黑色线表示2.0的等值线；图C为运动学涡度（Wk）等值线分布图，等值线间隔单位为0.2，白色线表示0.71的等值线；图D为有限应变椭圆主伸长轴（λ₁）展布方位图，白色短线表示相应部位有限应变椭圆主伸长轴（λ₁）展布方位

四、讨论与结论

（1）本节不对称骨节状香肠构造由早期简单剪切叠加晚期纯剪切形成，其中简单剪切作用平行于层面，纯剪切作用平行层面伸长、垂直层面压缩。早期简单剪切作用在香肠体层中形成斜交层面的裂缝，主要充填绿帘石和石英后形成斜交层面的骨节缝脉体。晚期纯剪切作用导致该香肠构造发生平行层面的伸展减薄，从而使能干层普遍发育垂直层面的脉体，由于斜交岩层面的骨节缝脉体的支撑作用，导致最终形成不对称骨节状香肠构造。

（2）不对称骨节状香肠构造基质层的应变值在平行于层面方向上分布不均，在垂直层面方向上受能干层控制，有限应变值与离能干层的距离趋于负相关；且与基质层矿物颗粒粒径成负相关。

（3）对于图2-23中的不对称骨节状香肠构造，我们可判断其早期是受左行剪切作用形成斜交层面的裂隙；图2-25进一步给出了有力证据，图中角岩层受右行剪切形成雁列状脉体，有不对称骨节状香肠化的趋势，可类比为图2-23中不对称骨节状香肠构造经早期简单剪切作用后的形态，因而这一类香肠构造的骨节缝与香肠层层面的锐角指向香肠层在早期简单剪切作用中的相对运动方向。而对于由早期纯剪切叠加晚期简单剪切作用形成的不对称骨节状香肠构造（图2-22③），可判断出其晚期的简单剪切作用为右行，也就是说，这一类香肠构造的骨节缝与香肠层层面的锐角指向基质层受晚期简单剪切的相对运动方向。可见，该两种不对称骨节状香肠构造的骨节缝充填脉形态对剪切方向的指示意义是相反的。因此，在通过不对称骨节状香肠构造判断剪切方向前，除了本章上一节中强调的需要判别出属于先成脉体型还是后成脉体型类别外，还应先确定其具体动力学成因机制。

图2-25　大冶铁山不对称骨节状香肠构造雏形（指示右行剪切）
图A为样品图；图B为左图样品能干层的素描图