(1)閨房
石香腸構造,又稱石香腸年齡,是力學性質不同的巖系受到垂直或近垂直地層擠壓而形成的。薄弱層被擠壓向兩側塑性流動,夾在其間的堅硬層不易塑性變形而被拉伸,使其斷裂,形成橫截面上形狀各異,平面上平行排列的長條,即石腸。在被拉脫的硬層之間的間隔中,它們要麽被薄弱層楔入褶皺中,要麽被變形時分泌的物質填充。因此,石香腸構造實際上是各種斷塊、斷裂、楔形褶皺或滲出物的構造組合。
為了在剖面和平面上描述和測量石香腸構造的大小,並標定其方位,需要從三維空間觀察和測量石香腸構造的長度(b)、寬度(a)、厚度(c)、水平間距(t)和垂直間距(l)(圖8-16)。
圖8-16石香腸構造元素及其反映的應力方向
(據馬興元1965)
從石香腸構造的形成來看,其長度指示了局部的中間應變軸(Y軸)。所以石香腸其實可以看作是壹種B型線理。石香腸的寬度表示拉伸方向(X軸)或局部最小主應力(σ3);厚度表示壓縮方向(Z軸)或局部最大主應力(σ1)。
石香腸構造的三維空間形態壹般很難觀察到,因此對其橫截面的描述也很多。馬興元曾根據其橫截面形狀將其分為矩形、梯形、蓮蓬形和不規則形(圖8-17)。石香腸在橫截面上的形狀變化主要取決於兩個因素:①巖層間的粘度差異;(2)硬層上拉伸作用的強度。當巖層間的粘度差異較大時,最堅硬的巖層在應變較小時會開裂,進壹步拉伸會使塊體分離,從而在剖面上形成壹個長方形的石香腸(圖8-17A,圖8-18中的1層)。巖層粘度差異適中時,較硬的巖層往往先明顯變薄或變薄,然後被剪切破碎,形成菱形或透鏡狀石香腸(圖8-17B、圖8-17C、圖8-18中的2、3層)。如果巖層中的粘度差異很小,相對堅韌的巖層可能只發生膨脹和收縮,形成壹個藕合狀的細頸石香腸(圖8-17C和圖8-18中的第3層)。
圖8-17北京西山各種石香腸的橫斷面形態
(據馬興元1965)
薄弱層的塑性流動使石香腸的邊緣被剪切變形,原來的長方形石香腸體可變為桶狀和透鏡狀,末端為魚嘴狀(圖8-18)。
圖8-18香腸構造漸進發育圖
(據J.G .拉姆齊1967)
強地層1、2、3、4按強度遞減順序排列,第四層與介質性質相同;A→C代表變形的發展方向。
在石香腸的巖石中,石香腸體相對於圍巖層理發生偏轉甚至旋轉壹定角度是很常見的。這些現象可能是石香腸順層剪切的結果。但是,硬層的延伸方向與應變主軸的斜交也可以引起石香腸體的旋轉。旋轉的石香腸體往往以角度不對稱為特征,石香腸體之間的楔形褶皺也旋轉成壹翼長壹翼短的不對稱圖案。
石香腸構造三維空間的變化反映了不同的應變狀態。當應變處於單軸拉伸的平面應變時(即λ 1 > λ 2 = 1 > λ 3),硬層中僅發育壹組石香腸(8-19A)。當應變處於雙向拉伸時(即λ 1 > λ 2 > 1?λ3),硬層會向兩個方向開裂,形成“巧克力方盤”狀石香腸構造(圖8-19B)。
圖8-19閨房
(由R.G.Park修改,1963)
(2)窗欞結構
窗欞結構是由堅硬的層組成的半圓柱形大線形結構,形狀像壹排格子柱。柱子的表面有時被磨光,並覆蓋壹層雲母之類的礦物薄膜,這種薄膜通常有與其延伸方向相同的凹槽或突起,並且通常被垂直於它的橫向節理切割。
窗欞狀構造常出現在強、弱巖層與相鄰硬巖層的界面上(圖8-20)。壹系列寬而圓的背部被尖而窄的方向分開,形成嵌入式的“褶皺”。薄弱層總是以尖而窄的方向嵌入到堅硬層中,堅硬層以圓拱形向薄弱層突出,從而“鑄造”出壹系列圓柱形隆起的窗欞結構。實驗表明,窗欞結構是由順層巖層強烈縮短引起的縱向彎曲失穩形成的。實驗還證明了窗欞結構的主波長與強弱巖石的粘度差有關。另外,也有人把類似於壹排格子柱的折疊結構稱為折疊窗格子結構。
圖8-20砂巖層和板巖層界面上的窗欞結構
窗欞的結構不同於閨閣。前者反映平行層理的縮短,而石香腸構造反映垂直層理的壓縮。而窗欞柱的方向和香腸的長軸壹樣,代表應變橢球的Y軸,所以也是B型線理。
(3)桿狀結構
桿狀構造是由應時等單壹礦物組成的較細的桿狀體。桿狀體常出現在變質巖中小褶皺的轉折端。桿狀體的長度壹般很小,從幾厘米到十幾厘米不等。與窗欞結構的主要區別在於,大部分桿是由同壹結構在變形時分泌的物質組成的。最典型的桿結構是由應時桿組成的桿結構(圖8-21)。應時桿的物質來源於矽質巖,在變質作用中分泌,集中在褶皺轉折端的低壓帶,呈應時脈狀產出。還有壹些應時棒,它們是由先前存在的應時細脈沿著周圍巖石的褶皺滾動而形成的。此外,斷層作用造成的低壓空間也有利於應時和方解石的沈澱,滾動形成應時棒和方解石棒,產生於斷裂帶內。
圖8-21矽質片巖中的應時沙洲(Q)
(根據G .威爾遜,1961)
(4)鉛筆結構
鉛筆構造常見於輕度變質的泥質或粉砂質巖石中,使巖石分裂成鉛筆狀條帶。根據鉛筆構造的形成,可分為兩類:①劈理與層理相交的結果或剪切面與層理相交的結果;②成巖壓實和層理擠壓變形相互作用的結果。
(1)相交面的鉛筆狀結構通常由貫穿解理面或剪切面與層理面相交而成。相交的鉛筆狀構造往往具有規則的橫截面形狀,與同期褶皺的褶皺軸平行。
(2)鉛筆狀構造是在壓實和變形* * *的共同作用下形成的,其形成過程如下:在初始泥質和粉砂質沈積物在垂直面的壓實作用下,隨著沈積物的壓實和孔隙水的逸出,原始沈積物的體積喪失,形成單軸旋轉扁球體的應變(圖8-22 A)。在隨後的構造變形中,由於平行層理的壓縮和沿垂直方向的拉伸,巖石變形為單軸旋轉橢球體,其應變橢球體的軸值為x > y = z,此時片狀、柱狀、針狀礦物旋轉並沿X軸方向排列,使巖石易於沿X軸方向劈裂。巖石可以破碎成大小不壹的碎片,這種結構稱為鉛筆結構(圖8-22C)。這種鉛筆結構的主要特點是沒有平面結構元素,截面往往是不規則的多邊形或弧形。雖然其長軸平行於巖石中有限應變橢球的X軸方向,但也平行於區域構造變形的Y軸方向(圖8-22C)。
圖8-22鉛筆結構發展階段和應變狀態示意圖
(據J.G .拉姆齊1983)