[科普中國]-劈理

劈理是指變形巖石中能使巖石沿一定方向劈開成無數(shù)薄片的面狀構造。其基本構造特征表現(xiàn)為巖石內部發(fā)育有由劈理域和微劈石域相間排列而成的域構造。

簡述早在一個世紀之前，地質學家就認識到許多變形巖石有沿著平面而非層理裂開的趨勢。這是它的基本特征之一，雖然在當初并不知道它的意義。早期的地質學家發(fā)現(xiàn)層理被一種高角度的面狀構造截斷，后來才意識到這是一種與變形和變質有關的主要地質構造，稱之為劈理。

了解巖石中的劈理意義頗多。劈理與其他變形過程（特別是褶皺）和變質作用直接相關，對一個地區(qū)褶皺幾何形態(tài)的確定有所幫助；同時，研究巖體中劈理的形成機制，可以更好地認識變形過程，并有助于重建變形時的物理條件；劈理還可以作為地下水的通道，尤其在風化微弱地區(qū)。

劈理是一種將巖石按一定方向分割成平行密集的薄片或薄板的次生面狀構造。它發(fā)育在強烈變形輕度變質的巖石中，如褶皺的沉積巖和變質巖，具有明顯的各向異性特征，發(fā)育狀況往往與巖石中所含片狀礦物的數(shù)量及其定向的程度有密切關系。1

形成機制將劈理形成的可能機制概括如下。

1．機械旋轉

早在1856年，索爾比（H.C.Sorby）對威爾士寒武系板巖退色斑的有限應變測量確定了垂直劈理有75%的縮短，并根據(jù)板巖的巖石學研究和粘土壓縮實驗，提出白云母等片狀礦物在變形過程中的旋轉與剛性顆粒在塑性流動基質中旋轉一樣，一直旋轉到與壓縮垂直的平面上。

雖然機械旋轉使片狀、板狀礦物垂直于縮短方向定向排列為解釋劈理域中的白云母定向排列提供了途徑；然而機械旋轉不能解釋劈理域中的云母為何如此富集，也不能解釋劈理域中扁網(wǎng)狀或透鏡狀石英的存在。

2．定向重結晶作用

定向重結晶作用在板劈理的形成中較為明顯。板巖中的云母或層狀硅酸鹽礦物的面垂直于最大壓縮方向排列。由于云母的定向生長，可能促使其中的石英等礦物成K條狀或扁平狀，使石英等礦物具有形態(tài)上的優(yōu)選方向。此外，無域構造的連續(xù)劈理的形成與定向重結晶有關。由于方解石的定向重結晶使大理巖具有連續(xù)劈理的特征。石英巖中的劈理，由定向次生加大的石英和膠結物定向重結晶形成的云母所組成。定向重結晶能使顆粒拉長或壓扁，對劈理的形成起著重要的作用，但與機械旋轉機制一樣，定向重結晶不足以解釋板劈理的域構造的形成，也不能解釋板劈理的劈理域中的石英、長石顆粒強烈變細的事實。

3．壓溶作用

20世紀70年代以來，對劈理進行了大量的研究，許多學者都認識到巖石通過壓溶作用而壓扁是劈理形成的重要因素。

壓溶作用發(fā)生在垂直最大壓縮方向的顆粒的邊界上，溶解出的物質由化學勢能控制下向低應力區(qū)遷移和堆積。板巖中的石英、長石在垂直壓縮方向上被溶解，其顆粒變成透鏡狀或長條狀，壓溶作用不斷地在垂直壓縮方向的顆粒邊界或層的界面上推進，漸漸地使石英或石英集合體變成透鏡狀，形成微劈石。溶解出的物質遷移至低應力區(qū)形成須狀增生物、壓力影或分導脈。巖石中的粘土或云母等不溶殘余相對富集，云母等片狀礦物在心力作川下遞進旋轉而定向排列，形成劈理域（M域）。

壓溶作用能較合理地解釋板劈理和褶劈理的域構造的形成及其特征，在間隔劈理的形成中同樣起著重要作用。發(fā)育在泥灰?guī)r中的間隔劈理，壓溶作用使可溶物質遷出，粘土質或碳質的不溶殘余堆積成縫合線狀的劈理域。

4．晶體塑性變形

變形巖石中礦物顆粒通過晶體塑性變形作用，如位錯蠕變或固態(tài)擴散蠕變，促使扁平狀或長條狀顆粒沿著應變橢球體XY主應變面平行排列，獲得晶體形態(tài)優(yōu)選方位，從而構成了巖石中連續(xù)的面理或流劈理。例如韌性剪切帶內通常見到的條帶狀糜棱面理，就是這種晶體塑性變形機制的典型產(chǎn)物。

劈理形成機制是一個復雜的尚未解決的問題，壓溶作用已經(jīng)證明是劈理形成的主導機制，但也不能完全排除其他各種機制的作用或參與。斯賓塞（E.w.Spencer，1977）等提出，未固結沉積物會在壓實作用下形成劈理。同時，區(qū)域性劈理與層理一致的現(xiàn)象說明，深埋地下的巖石有可能在“負荷變質”作用下形成區(qū)域性連續(xù)劈理。2

分類1、根據(jù)劈理成因和結構將其劃分為3種類型：

1)板劈理（slaty cleavage）（流劈理）：由巖石中片狀、板狀或扁圓狀礦物組分的平行排列而形成，如片理、片麻理等。

2)破劈理（fracture cleavage）：巖石中一組富集的剪裂面，其定向與巖石中礦物的排列無關。

3)滑劈理（slip cleavage）：切過先存面理的差異性平行滑動面，如褶劈理。

2．據(jù)劈理域特征能識別的尺度，把劈理分為以下兩類：

1)連續(xù)劈理：劈理域和微劈石用肉眼識別不清，包括板劈理、千枚理、片理。

2)不連續(xù)劈理：劈理域和微劈石用肉眼可識別，包括褶劈理、間隔劈理。

褶劈理（crenulation）：以一定可見的間隔切過先存連續(xù)劈理的巖石為特征。其間隔大小為0.1～10mm，早期連續(xù)劈理發(fā)生撓曲或微細褶皺。據(jù)其域構造的形態(tài)組構將褶劈理細分為漸變褶劈理、帶狀褶劈理和分隔褶劈理（discrete crenulation cleavage）。

間隔劈理（破劈理）：在顯微鏡下，發(fā)現(xiàn)劈理域的主要成分是不溶殘余物，如粘土和炭質成分。由不溶殘余物構成劈理域的間隔劈理是壓溶作用的產(chǎn)物。3

應用根據(jù)各種劈理與有關大構造之間的關系，可以通過對劈理的研究來幫助認識大構造的形態(tài)特征及其形成機制。以下只討論在簡單的一次變形的情況下，利用劈理來確定與其有關的大構造的形態(tài)特征。

1．確定物質的運動方向

根據(jù)劈理的性質及其與層理的關系，可以恢復由劈理所反映的物質差異性運動的方向。由于在常見的由縱彎褶皺形成的背斜中，上層相對下層做向背斜頂部的運動，如根據(jù)層間劈理與層理所夾的銳角指示相鄰巖層運動方向。根據(jù)巖層的差異性運動的方向，可以確定巖層的相對層序。從而指示出背斜及向斜的位置。

同樣道理，利用斷層附近的劈理也可幫助判定斷層的產(chǎn)狀及相對運動方向從而確定斷層的性質。

2．判定褶皺要素的產(chǎn)狀及露頭所處的構造部位

(1)確定軸面產(chǎn)狀。在剖面上系統(tǒng)測量劈理產(chǎn)狀，如果劈理在褶皺兩翼的巖層中產(chǎn)狀一致，不因巖層產(chǎn)狀改變而變化，那么它是軸面劈理，則其產(chǎn)狀就代表了軸面的產(chǎn)狀。如果它們與兩翼巖層的夾角不等而成扇形分布，通過對兩翼劈理產(chǎn)狀測量統(tǒng)計，得出其對稱面即相當于軸面。

(2)確定樞紐產(chǎn)狀。不管軸面劈理或層間面理，它們與層理的交線都代表了變形時的中間應變軸（B軸），所以與它所在的褶皺樞紐的產(chǎn)狀一致。

(3)確定露頭在構造中的部位。因為軸面劈理平行于褶皺的軸面，所以在褶皺轉折端的劈理與層理垂直，在翼部的劈理與層理斜交。若巖層傾向與劈理傾向相同時，巖層傾角大于劈理傾角則為褶皺倒轉翼，反之若劈理傾角大于巖層傾角或兩者傾向相反則都為正常翼。在層序不清的地區(qū)，尤其是同斜褶皺區(qū)，根據(jù)剖面中的劈理和層理關系的規(guī)律，可以幫助分析大褶皺情況，發(fā)現(xiàn)貌似單斜的地層為一系列的同斜褶皺。4

本詞條內容貢獻者為:

李嘉騫 - 博士 - 同濟大學