对称鱼嘴构造研究

第五节　对称鱼嘴构造研究

鱼嘴构造（也称鱼嘴状香肠构造）是香肠构造类型中较为独特的一种，因在XZ剖面上近似于鱼嘴的形态而被形象地称为鱼嘴构造，并可进一步细分为对称型和不称型鱼嘴构造两个亚类。湖北铁山地区三叠纪地层中的香肠构造种类丰富、形态各异、鱼嘴特征明显（图2-2）。本节拟以该地区的对称鱼嘴构造为研究对象，综合形态学、岩石学分析，探讨这类香肠构造的发育过程。

一、铁山对称鱼嘴构造的形态及岩石矿物组合特征

铁山对称鱼嘴构造的香肠体是原岩为泥质岩的角岩，富含变质矿物绿帘石、透闪石等，变质相属于钠长绿帘角岩相；基质层为大理岩，成分主要为方解石，变余层理清晰可见（图2-26、图2-27）。

图2-26　石香肠变质状况示意图（A）、未蚀变角岩层理面上的磁黄铁矿镜下
照片（单偏光）（B）和蚀变带呈尖齿插入未蚀变角岩的照片（C）

角岩层呈不连续状分布于大理岩层中，角岩层上下两侧的大理岩在断口处相连通，楔入裂隙的大理岩的变余纹理与香肠体近于垂直，反映在鱼嘴构造的形成过程中，角岩层受到了垂向的正应力作用。

从香肠体到楔入断口的围岩，分别观察到：深色的未蚀变角岩、浅色的角岩蚀变带、热液变质矿物集中分布带、白色的大理岩（图2-26A、C）。

角岩中，在未蚀变带的硫化物矿物均为磁黄铁矿，且沿变余层理面集中分布（图2-26B）；蚀变带呈锯齿状与未蚀变带相过渡，其变余纹理与未蚀变带的变余纹理连续，但纹理面上不见磁黄铁矿；过渡带中仅有少量的具不规则形状的磁黄铁矿（图2-26B），说明鱼嘴构造的形成过程中有热液活动，在角岩断口处发生了交代成矿作用。因此，铁山石香肠的形成可能与岩浆的侵入活动有关。

图2-27　铁山对称鱼嘴构造“鱼嘴”处角岩包卷黄铁矿（Py）和方解石（Cc）素描图
图A、B分别对应素描C中角岩端部H₁、H₂的镜下照片（单偏光）；图C中虚线表示基质层中的变形形迹

香肠体两端的热液变质矿物集中分布区被未蚀变的角岩所包卷（图2-27），其矿物有透辉石、透闪石、黄铁矿、黄铜矿、方解石。其中，黄铁矿与黄铜矿共生，方解石颗粒明显大于大理岩层中的方解石。根据蚀变区方解石与黄铁矿的接触关系，判断其晚于黄铁矿形成（储玲林和曾佐勋，2004）。

二、对称鱼嘴构造形成过程分析

角岩层的能干性存在差异；构造运动发生时，不同构造位置的应力存在着差异，相应的应变状态也存在着差异。因此，在不同的位置鱼嘴构造的形态存在着或多或少的差异。解析发育最完善的对称鱼嘴构造，可以推断出它的形成过程。由于角岩层存在着以上的差异，有些角岩在鱼嘴构造形成过程的某一阶段便停止了发育，因此它们保存了鱼嘴发育过程中不同阶段的信息。不同形态的鱼嘴构造的正确排序在一定的程度上可展示对称鱼嘴构造的形成过程（图2-28）（储玲林和曾佐勋，2004）。

1.能干层断裂阶段

铁山岩体的侵入，一方面使围岩发生热接触变质作用，在围岩中形成能干层（角岩层）和软弱层（大理岩层）；另一方面垂直于角岩的挤压作用会使角岩发育与层面垂直的裂隙。这一阶段为热液交代充填提供了一个低应力的空间（图2-28A）。

2.热液交代成矿阶段

裂隙一旦形成，热液便迅速灌入，并与它相接触的角岩发生交代成矿作用，形成焊接裂隙的热液矿物充填脉体，阻挡了软弱层（大理岩层）的楔入（图2-28B）。

3.基质层楔入阶段

由于应力的作用，基质层持续楔入裂隙，这就必须重新劈开被热液脉体焊接的原裂隙，于是充填在裂隙中的热液矿物脉体被楔入的基质挤成近水平展布的弧形。弧形被挤断后，基质层从挤断的裂缝中继续向里楔入，同时又对两侧角岩有撑开的作用；最终，基质层将被热液变质矿物胶结在一起的角岩重新分开，角岩层上下两侧的大理岩层相互连通。基质在楔入裂缝过程中，拖带因热液蚀变而黏度降低的角岩物质向裂缝运移变形，包卷断开的热液脉矿物体物质，加之楔入基质对角岩层的顺层撑开挤压作用，导致宏观上角岩层裂隙弯曲产生鱼嘴化，而香肠体之间仍然藕断丝连（图2-28C）。

图2-28　不同形态的对称鱼嘴状香肠构造
图A为示意图，图B、C、D为标本照片，它们分别代表：断裂阶段（示意图），交代、充填成矿与初步楔入阶段，强烈楔入与鱼嘴石香肠化阶段，完全楔入阶段

4.裂隙被撑开阶段

从基质层楔入裂隙时起，楔入部分受到未楔入部分的挤压，在劈开充填矿物的同时，又在垂直于断裂面的方向上，把两侧的角岩撑开，加之期间基质层对角岩层继续剪切拖带作用，加强了香肠体的鱼嘴化。

以上四个阶段，主要描述了石香肠形成过程中主应力的挤压作用，其过程可以简述如下（图2-29）。

A.主应力垂直于岩层挤压，使角岩层产生裂隙。

B.主应力仍垂直于岩层挤压，把被矿物充填胶结的裂隙重新劈开。

C.主应力除了垂直于岩层挤压还垂直于角岩的断面挤压，把断开的香肠体向两侧撑开。

图2-29　铁山石香肠发育过程中正应力作用示意图

三、鱼嘴构造形成过程中的温度范围估测

20世纪50年代，俄罗斯矿床学家卡尔波娃提出矽卡岩矿床的两期五阶段的成矿模式（翟裕生等，2011）。在铁山鱼嘴构造的形成过程中，岩石经历了钙—镁矽卡岩化，在香肠体的“鱼嘴”处形成了透辉石、透闪石、黄铁矿、黄铜矿、方解石等矿物（表2-6）。对这些矿物的形成解析如下。

表2-6　对称鱼嘴构造发育过程中的形态特征、成矿温度及变质阶段对比

1.矽卡岩期

（1）早期矽卡岩阶段（干）：无水硅酸盐、无矿，温度大于500℃，高温气化

CaCO₃＋MgCO₃＋8SiO₂＋H2O——CaMgSi₂O₆（透辉石）＋CO₂

（2）晚期矽卡岩阶段（湿）：含水硅酸盐，温度大于400℃，高温气化—热液

2CaCO₃＋5MgCO₃＋8SiO₂＋H₂O——Mg₅Si₈O₂₂（OH）₂（透闪石）＋7CO₂

（3）氧化物阶段

2.石英—硫化物期

（4）早期硫化物阶段：铁铜硫化物，温度为250～350℃，高-中温热液

　　　　Fe^2＋＋H₂S——FeS₂（黄铁矿）＋4H⁺

　　　　Fe^2＋＋Cu^2＋＋H₂S——CuFeS₂（黄铜矿）＋4H⁺

（5）晚期硫化物阶段：铅锌硫化物，鱼嘴中形成颗粒比较大的方解石，温度为200℃左右。

由于化学组分在热液中分布的不均匀性，或者早期形成的矿物被后期形成的矿物交代，在鱼嘴的包裹中并未见到某些阶段的矿物。在鱼嘴处的纹理面上的磁黄铁矿已被灌入裂隙的热液所交代，表明角岩变余层理中的磁黄铁矿是香肠构造形成前已存在的。

四、结论

铁山不同形态的对称鱼嘴构造，在一定程度上反映了鱼嘴构造的发育过程。由此可以推断对称鱼嘴构造的形成过程为：①能干层断裂阶段；②热液交代成矿阶段；③基质层楔入阶段；④角岩被撑开阶段。表明该类石香肠的形成过程为脆韧性递进应变过程，故将之划为脆韧性石香肠（表2-1）。

通过对“鱼嘴”中的透辉石、透闪石、黄铁矿、黄铜矿、方解石等矽卡岩型变质矿物形成条件的研究，可以推断角岩断裂时的温度大于500℃，当温度降低到200℃左右，鱼嘴化作用还未停止。