B3 · 出版卷 8
多期变形和构造叠加
Overprinting、refolding、reactivation、event chronology
学习目标
完成本课后,学习者应能区分构造世代和绝对年龄;利用切割、叠加、包裹体轨迹和重褶皱建立相对约束;识别置换和再活化;用有向事件图代替被强制排成一列的序列;在不依赖编号的情况下对比不同露头事件;指出能够推翻多期模型的证据。
从野外问题开始
早期面理被褶皱并被石英脉切割。有些脉体也被褶皱,另一些却切过褶皱和劈理。变斑晶内含弯曲包裹体轨迹,似乎与外部面理不一致;一条脆性断层错断所有构造。最少需要几期事件?哪些关系只在局部成立,哪些可以区域对比?
D1、D2、D3 只是记录工具。一个露头的 D2 不会自动等同于另一露头的 D2;强烈后期置换还可能使早期组构无法识别。合理目标是把局部相对关系链接到观测,建立最小约束集,然后利用更多几何、矿物和年代证据检验区域对比。
核心过程模型
较新构造可以切割、褶皱、劈理化、旋转、交代或再活化较老构造。若 B 切过 A,在正确识别关系的前提下,局部 A 早于 B。若脉体切过 S1,却被 F2 褶皱,其形成位于二者之间。若 S2 与 F2 轴面近于平行,两者可大体同期,但递进变形内部仍有局部时差。
构造叠加会在早期组构上形成新组构。劈理可由早期面理显微褶皱和差异化形成;应变增大后,早期面理可能被置换至与新面理平行,只保存在微岩域、枢纽、变斑晶包裹体或低应变区。高应变区缺少 S1 并不证明 D1 从未发生。
F2 对 F1 的重褶皱可形成干涉图案,其几何取决于两期枢纽和轴面夹角、波长、振幅、变形分配和侵蚀面。地图图案可提示叠加,但仍需要定向的小尺度构造确定世代。
变斑晶包裹体轨迹可以保存早期基质面理,也可能在面理形成过程中生长或相对基质旋转。解释需要三维包裹体几何、矿物环带、反应关系和多个颗粒对比。二维切面中的螺旋外观不能唯一证明旋转。
再活化是在新的运动学或机制下重复使用旧面。新纤维覆盖旧擦痕、脆性断层切过糜棱组构、较老断层岩碎块进入较新断层泥,以及反向运动指标都可显示再利用。继承面能够局部化应变,但不必沿用原始应力场。
证据与测量
建立关系矩阵:行列均为观测特征,单元格写明“切割”“褶皱”“被褶皱”“包含”“交代”“平行但时序未知”或“未观察到关系”,同时链接照片或样品编号和置信度。绘制时间图前先用矩阵发现矛盾。
绘制每种组构的保存域,分别测量 S1、S2、F1 和 F2,并说明世代判据。在交汇处记录哪种面理连续、截断、劈理化或矿化。薄片中把包裹体轨迹、基质面理、反应边和压力影与矿物化学及方向联系。
数值年龄约束具体过程。矿物年龄可记录生长、重结晶、冷却、扩散或后期扰动;必须对具有构造位置的域定年,而不是对脱离上下文的颗粒定年。分析误差和地质解释应分开报告。
事件图中的“未连接”不等于“同时”。它只表示现有观测没有排序两者。可以为每条边赋予证据编号和置信度,并通过删除低置信边检验序列是否稳定。若同一特征在不同位置表现出相反切割关系,应考虑误认、分支事件或再活化,而不能为了保持编号整齐而删除冲突。
计算示例
一个合成露头具有以下关系:
- S1 被 F2 褶皱;
- V1 脉切过 S1,又被 F2 褶皱;
- S2 与 F2 轴面平行,并劈理化 S1;
- 变斑晶 P 含直线状 S1 包裹体,外部 S2 绕过 P;
- F3 断层切过 S1、S2、F2、V1 和 P;
- V3 充填部分 F3,在露头中未见再错断。
最小偏序为:D1/S1 早于 V1;二者均早于 D2/F2/S2;P 在包裹 S1 之后生长,并早于或同期于外部 S2;所有这些均早于 F3;F3 又早于 V3。因为没有直接关系,P 与 V1 的先后仍未解决。
应把它表示为有向无环图,而不是强行给 P 与 V1 排序。若 P 的矿物边与 S2 连续,可缩小生长区间;若 P 包含 V1 或被 V1 切割,则可直接排序。在获得证据前,两种顺序均有效。
第二个露头中的“ S2 ”产状相似,但没有劈理关系。区域对比必须使用地层位置、褶皱几何、矿物组合、叠加关系和可能的年龄,而不能仅匹配标签或方位。
误判与不确定性
不能把构造世代等同于单一区域构造事件或一个绝对时间段。变形会迁移、重叠或复发;不同材料可同期形成不同构造,相似构造也可在不同事件形成。
平行面理不一定属于同一世代,后期置换可使它们平行,劈理折射会使同一面理跨层旋转。反过来,一条连续面理在褶皱周围也可显著改变方向。
理想干涉图案名称只是描述,不是唯一事件解。侵蚀高度和不完整露头可模拟图案。包裹体轨迹在不同切面会显得不连续或螺旋。
实践调查
对 12 张带标识的构造素描或照片建立观测矩阵,再转为有向图。查找图中的循环;每个循环都表示关系误读、特征混名或需要拆分事件的再活化。列出全部允许的事件顺序,而不只是一种。
选择三个露头,检验各自 D1 和 D2 是否可对比。至少使用方向、叠加、褶皱样式、矿物关系、地层背景或年龄中的四项属性,绘制置信度并指出最可能破坏对比的一项新观测。
掌握检查
- 为什么各地 D2 不会自动同龄?
- 一条脉切过 S1 又被 F2 褶皱,最小序列是什么?
- 置换如何隐藏早期面理?
- 为什么事件图比简单编号列表更合适?
- 解释变斑晶包裹体轨迹需要哪些证据?
资料与延伸阅读
- Loch Monar 褶皱的计算机几何模拟90115-1),Perrin 等,1988。
- 变斑晶包裹体轨迹:不旋转与旋转证据00150-9),Ilg 与 Karlstrom,2000。
- 断层岩与断层机制,Sibson,1977。