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三(+1)人行--千里一片石,惟太行也

记录人生轨迹,遍览神州美景。13608621248

 
 
 

日志

 
 

【转载】地球科学概论【三】  

2014-01-19 15:01:49|  分类: 精品阅读 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自探矿者《地球科学概论【三】》

第五章 蓝田县汤浴地质路线

       编辑:探矿者

      汤峪地处陕西省秦岭北麓蓝田县境内,位于西安市东南约38km。在汤峪口出露的温泉,原名“石门汤泉”,发现于秦代,历史悠久,为秦地胜址,蓝田八景之一,现为陕西省、蓝田县和汤峪镇各疗养院所利用。温泉附近的汤峪水库使该区风景更加秀丽,因而成为西安市民节假日休闲、疗养地之一。

一、地质概况

  • (一) 地层
            区内出露的地层主要有下元古界宽坪群和从中更新统到全新统的第四系。另外,还有少量第三系出露(图5-1)。
    地球科学概论【三】 - 探矿者 - Prospector blog
    图5-1 蓝田县汤峪地区地质图
    1. 下元古界 
              下元古界宽坪群(Pt1k)分布在本区的南面,主要为二云母石英片岩、片糜岩、斜长角闪岩、二云角闪石英片岩夹硅化大理岩,岩层交互出现。部分岩石蚀变强烈,主要有硅化、黄铁矿化、绿泥石化、绿帘石化,局部出现玻化岩。宽坪群褶皱、断裂十分发育,厚度在1000m以上。
    2. 第三系
              第三系(N2)为上新统蓝田组,只在区内东北角零星出露,岩性为红色粘土及砾石层。据邻区资料,蓝田组不整合于下伏的第三系各组地层之上,厚度为几十米(陕西省地质矿产局,1989)。
    3. 第四系
              第四系(Q)从中更新统到全新统均有出露,厚度从几米到几十米不等。中更新统(Qp2)为一冰水堆积的砾石层和红棕色粉砂质亚粘土(局部为亚砂土),主要在本区东北部和西北部大面积出露。
              上更新统(Qp3)下部为灰白、灰黄色砂砾石,上部为粉砂质亚粘土、亚砂土,主要出露在汤峪河二级阶地。
              全新统(Qh)下部为灰白、灰黄色砂卵石层和棕褐色亚砂土、亚粘土,沿汤峪河一级阶地分布;上部为河漫滩堆积物,岩性为砂卵石,局部表层为亚粘土。
  • (二)岩浆岩
            该区出露的侵入岩包括酸性、基性和超基性岩,主要有花岗岩、辉长岩和辉石岩。
    1. 花岗岩
              燕山期花岗岩主要出露在宽坪群中,以岩脉的形式分布,厚度不等,最厚约15 m,最薄约2 m,一般薄约10 m(图5-1),呈东西向、北西西向分布,局部出露眼球状混合岩花岗岩。
    2. 辉长岩
              辉长岩体主要出露在本区南部,呈北西走向,出露面积较大,常呈岩墙状、岩脉状,宽几十米到几百米。本区南缘有少量出露。岩体具片理化,弱蚀变。在汤峪河东山前断裂带中也有辉长岩出露,构造蚀变强烈。辉长岩体为加里东期侵入。
    3. 辉石岩 
              辉石岩在区内出露较少,仅在汤峪南部可以见到。岩体中辉石含量多,结晶颗粒粗大,基本看不到长石,并有后期长英质脉体贯入,辉石退化变质成为绿泥石、角闪石。结合区域资料分析,该岩体为加里东期侵入。  
  • (三)构造特征
            该区位于北秦岭加里东褶皱带的北缘(黄邦强等,1984),宽坪群具多期变形特征。早期褶皱近东西向,呈同斜紧闭褶皱,局部出现平卧褶皱,发生轴面片理S1及肠状褶皱、勾状褶皱等,伴随早期中基性脉岩侵入,为前寒武纪变形。中期褶皱也为近东西向,与早期褶皱枢纽交角不大(<20°)或近于共轴叠加,形成较开阔的弯滑褶皱,产生S2折劈理,为加里东期变形。在燕山早期,有垂直叠加的南北向水平褶皱和与轴面近于平行的断裂。沿断褶带及与第二期背形交汇部位有燕山期花岗岩侵入。晚期出现断裂变形,形成NW向张扭性断裂及大规模由北向南的推覆。
            区内断裂构造发育,地表出现的深大断裂主要有秦岭北坡山前断裂和库岭口-何家山断层。另外,还有几条隐伏断层(图5-1)。宽坪群中的小断层和裂隙也非常发育。
            节理在本区十分发育,特别是在山前断裂破碎带。宽坪群中副变质岩(尤其是云母石英片岩)中尤其发育。通过野外的观测,对节理进行分期、配套,可发现该区节理分为早、中、晚三期。其中早期往往为剪节理,中、晚期都为张节理。早期节理、裂隙被硅质或铁质充填,而晚期节理无任何充填物。这些节理的透入性和连通性均较好,为降水的下渗和 汇入深大断裂提供了良好的介质,对汤峪温泉起到一定的控制作用。

二、野外地质教学点观测描述内容

  • (一)秦岭北坡山前断裂
            汤峪山前断裂是秦岭北缘断裂带的一部分(中国地震学会专业委员会,1982)。在汤峪口以西为北东向,汤峪口以东转为近东西走向,断面北倾,地表倾角一般大于50°。山前断裂对汤峪温泉起主要的控制作用。野外观察、测量、素描和认识学习主要为以下三条剖面:
    1. 汤峪河东山前断裂
              剖面位于汤峪河东岸,方位207°,为山前断裂破碎带。破碎带宽达60多米(图5-2)。
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      图5-2 东汤峪河东山前裂实测剖面图
              剖面起始处的断层由北东向和北西向的两条断层交汇而成近东西向断裂。断裂以北出露第四系坡积物,以南为破碎带,依次出露以下岩层和岩石:
      • (1)碎裂辉长岩是在较高温度下沿张性裂隙侵入而成,岩体碎裂,有蚀变,呈褐色,具透镜状,节理发育。在标本Tb-12(碎裂辉长岩)的薄片中,可明显看到辉石变成绿泥石和角闪石,斜长石呈亚颗粒,具变形条带,还能看到未被充填的裂隙。这些特点说明辉长岩经历了张→压→张的活动过程。
      • (2)斜长角闪岩蚀变带,有硅化、黄铁矿化、绿泥石化,蚀变带中石英脉呈透镜状。
      • (3)斜长角闪岩劈理发育,劈理面北西倾,裂隙较多,有两期脉体贯入,早期为钾长石脉,后期为石英脉。
      • (4)斜长角闪糜棱岩具斜长石碎斑,石英呈拔丝状,钾长石英脉成透镜体,有绿泥石化、硅化,蚀变作用较强。在标本Tb-14(斜长角闪糜棱岩)的薄片中,可看到两期石英脉,其中后期脉截断前期脉,有明显的角砾化,含旋转碎斑系。糜棱岩是在较高温、压作用下形成的,说明山前断裂早期经过压性活动。糜棱岩中还夹有斜长角闪碎裂岩,蚀变强烈。
      • (5)糜棱岩化斜长角闪岩,为弱蚀变带,有两期石英脉贯入。早期石英脉随片理呈右行剪切,后期石英脉左行剪切形成旋转碎斑系。
      • (6)斜长角闪片岩片理面北倾,节理发育,早期共轭节理比黄铁矿充填,后期共轭节理没 有充填物。
      • (7)斜长角闪岩夹云母片岩互层,斜长角闪岩厚10cm,云母片岩厚18cm,片理北倾。这是一过渡带,以北为正变质岩,以南为副变质岩。
      • (8)云母石英片岩,裂隙发育。再往南出现砾石层,上部为一级阶地。
              基性辉长岩沿断裂面的张性空间侵入,说明该断裂切割很深。另外,斜长角闪蚀变岩中残留的早期糜棱面理,钾长石英脉透镜体化、碎裂,这都说明汤峪河东山前断裂经历了压→张→压→张的多期活动。
              该断层带的裂隙十分发育,且大多数未被充填,为水的下渗提供了良好的通道。节理间距从几厘米到几十厘米,并发育有多组共轭节理。据野外观测,共轭节理的剪裂角变化范围很大,一般为30°—90°之间,剪裂角小者一般晚于剪裂角大者。于是可作出这样的推论:岩石在较塑性状态下,受应力作用而产生的节理剪裂角较大;在较脆性状态下,受应力作用而产生的节理剪裂角较小。因此,可以根据剪裂角的大小,对节理进行分期研究(魏刚锋等,1993)。
              汤峪河东山前断裂的节理可分为早、中、晚三期,既有剪节理,也有张节理。早期张节理一般有黄铁矿充填,晚期张节理没有充填物。
              根据万天丰(1988)的方法,学习对该构造带的剪节理和张节理进行分期、配套和动力学分析。该区节理共分三期:一期由20°方向近水平压应力形成;二期由336°方向近水平应力形成;最晚期由近于垂直的应力形成。
    2. 汤峪西沟口山前断裂 
              图5-3是汤峪西沟口山前断裂实测剖面图。剖面中依次出现的岩层和岩石为:
      • (1)云母石英片岩,其中揉皱发育,并出露一向南倾的逆断层,断面倾角较大;
      • (2)含碳构造角砾岩中含有石英构造透镜体,并发育一条向北倾的正断层;
      • (3)碎斑岩;
      • (4)第四系黄土与碎斑岩的边界出露一断层面,断层面北倾,走向约60°;
      • (5)含碳片岩与第四系黄土的边界也为一断层面,该断层为一向南倾的正断层,断面南边有第四系坡积物,并使前面的第四系黄土层形成一地堑,而含碳片岩北倾;
      • (6)长石石英岩;
      • (7)碎裂长石石英岩夹含碳云母片岩薄层,含透镜体;
      • (8)长石石英岩,与碎裂长石石英岩夹含碳云母片岩薄层的边界为一北倾正断层;
      • (9)断层破碎带,与长石石英岩的边界也为一北倾正断层;
      • (10)长石石英岩夹黑云母片岩,局部糜棱岩化,是早期韧性剪切带的产物;
      • (11)碎斑岩受山前断裂影响强烈,产状变化较大,北部为山前断裂面,产状345°∠50°;
      • (12)断裂面以北为第四系黄土。
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      图5-3 汤峪西沟口山前断裂实测剖面图
              汤峪西沟口山前断裂构造带中的断裂十分发育。从图5-3中可以看到七个断层,断层破碎带宽达上百米,其中还形成小地堑,局部保留了早期韧性剪切的特征。该构造带中的断裂大多经过多期活动。从图5-3A中可以看到,断层下盘所发育揉皱的轴面与断层面的锐夹角指示上盘运动方向向上,说明早期为逆断层性质,是压性活动的结果。而上盘又有石英脉贯入,说明后期经过张性构造活动。从图5-3B中可以见到碎裂的石英透镜体,说明早期张性活动中有石英脉贯入,中期经压性活动使石英脉透镜体化,后期又经张性活动使透镜体碎裂。综上所述,该构造带曾经历了压→张→压→张的多期(次)构造活动。
    3.  汤峪河东第四系断裂
              图5-4是汤峪河东第四系断裂的实测剖面图,依次出现的岩石为:
      • (1)肉红色古土壤,裂隙发育,含小砾石,可见两组节理(共轭);
      • (2)砾石层厚10cm,粒径0.5cm—25cm,一般2cm—4cm;
      • (3)肉红色古土壤,含花岗岩、变粒岩小颗粒,虫孔发育,顶部含砾石层,厚5cm,砾石成分为石英、花岗岩、绢云母石英片岩;
      • (4)灰色黄土,其中砂砾磨圆度好,空隙少,含铁质结核,并充填于节理裂隙中;
      • (5)棕色黄土,砾石较少,上部有一层灰色黄土,厚5cm—10cm,砂砾含量多,颗粒变大,该层灰色黄土上部是一层发红的古土壤,最厚30cm,最薄20cm,虫孔少,到构造带部分变薄,具角砾化、片理化(图5-4A);
      • (6)黑色碳质片岩,为构造岩,发育的逆断层断面南倾,倾角20°,岩层中片理化和透镜体化较强烈(图版Ⅲ—6),在薄片(Tb-10)中,可以清楚地看到石英颗粒有透镜体和旋转碎斑系,在石英颗粒中还能看到变形条带和波状消光;
      • (7)构造角砾岩(图版Ⅲ—7),残留原来的节理和片理,主要含花岗岩角砾;
      • (8)第四系下层黄土,含砾石,下部发红,上部黄色;
      • (9)黄土,砾石含量减少;
      • (10)黄色粉砂质黄土,较致密;
      • (11)古土壤,顶部出现砾石;
      • (12)黑色碳质片岩,最厚15cm,最薄4cm,具片理化和透镜体化,南倾,边界有黄色角砾岩,透镜体化;
      • (13)与第(8)相同;
      • (14)与第(9)相同;
      • (15)与第(10)相同;
      • (16)与第(11)相同。
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      图5-4 东汤峪河东第四系断层实测剖面
              该剖面中的黑色碳质片岩和汤峪西沟口山前断裂剖面中的含碳片岩相对应,属本区宽坪群岩层,据此可推测,该断层是山前断裂的次生叠瓦状逆断层(图版Ⅲ—8,Ⅳ—1)。薄层碳质片岩可能是山前断裂在重力滑动过程中,沿原碳质片岩一片理面逆冲上来,因此表现为该处两层碳质片岩厚度相差较大。可以推断,厚层碳质片岩也可能是沿宽坪群中该层的某一片理面逆冲上来。在该剖面西侧的黄土塬顶也可以看到这样的黑色碳质片岩,它也是逆冲断层的产物(图版Ⅳ—2),但它的产状和所测剖面中不同,呈东西走向,应与所测剖面对应层呈共轭关系。 
              汤峪河东第四系断层剖面中节理发育。节理可分为早、中、晚三期,其中早期为基岩中的残留节理(剪节理),中、晚期为黄土中的节理(张节理)。通过对这些节理进行配套和古应力分析可知,该区节理共分三期:一期由15°方向近水平的压应力形成;二期由305°方向近水平压应力形成;最晚期由35°方向近水平压应力形成。这些节理的裂隙对水的下渗和汇入深大断裂提供一定的条件,也对地下水的化学成分有一定的影响(王家鼎等,1997)。
              汤峪山前断裂的新构造运动十分活跃。除了第四系山前断裂次生叠瓦状逆断层外,还表现为断裂两侧剧烈的垂直差异运动。有资料显示(彭建兵等,1992),渭河谷地还在继续沉降,接受沉积,秦岭山系还在继续抬升,遭受剥蚀。这说明,秦岭北坡山前断裂表现为继承性的正断层仍在活动。除此以外,汤峪地区第四纪地层出露特征也说明了本区山前断裂的新构造活动强烈,同为二级阶地的Q2砾石层,在北东向断层的北面、疗养院西侧与在北东向断层南面层面高差达100m,而它们的水平距离还不到200m,这有力地证明了断裂以南的山区大副度上升而断裂以北则相对下降。
  • (二)汤峪温泉
            秦岭北坡山前断裂带有多处温泉分布。汤峪温泉就是其中一处。它们的分布都明显受活断层控制。要求学生参观温泉,了解汤峪温泉的构造控制因素主要是山前断裂。
    1. 汤峪温泉的特征
              汤峪温泉的出露温度为48—58.7℃(中温)。椐许万才(1988)对汤峪温泉形成条件的研究,汤峪温泉水是经过下渗、加热、上升的循环大气降水,温泉水出自一个PH值约为8.5,温度约为87℃的深部热储。温泉水在其上升至地表的过程中,混入了一些较浅部的水和潜水,混入比例随季节变化。在汤峪,降水分配主要集中于七至十月份(约占年降水量的56.6℅),最高值多出现在九月份。这段时间中,由于温泉水在上升过程中混入的浅部水和潜水有所增加,使得温泉水的温度较平常偏低,温泉水中比浅部水和潜水中浓度较高的化学元素浓度也较平常偏低。因此,汤峪温泉的出露温度在不同季节有所变化。
              汤峪温泉出露有五个泉眼,其中四个呈235°方向排列,另一个位于以上四个的东南方向。它们的出露位置都位于汤峪河东山前断裂带内北东和北西走向断层以及隐伏断层F4的交汇带附近。这表明汤峪温泉的出露位置明显受活断层控制。
    2. 汤峪温泉的形成条件
              从汤峪温泉的特点可以看出,汤峪温泉满足循环热水的形成条件:
      • (1)允许冷的地表水和大气降水下渗的适当岩层;
      • (2)加热下渗冷水的热源;
      • (3)足够可供利用的补给水;
      • (4)使冷水加热的足够时间以及足够大的热交换面;
      • (5)热水返回地表的通道。这些条件大多由本区构造提供。
    3. 构造对温泉的控制
              汤峪温泉的形成条件几乎都受构造控制。汤峪温泉水来自大气降水,补给区主要为出露于南边的秦岭,由于补给区较大,降水也较为丰富,因而汤峪温泉有较为充足的补给源。大气降水沿连通性较好的裂隙下渗,并汇入深大断裂向更深处渗入,下渗过程中,水的矿化度与温度都会有所改变,在下降到深断裂某一深度,下渗到这里的水有足够长的时间和足够大的能量与物质的交换面与围岩进行相互作用,它不断改变自身的矿化度和温度,最后与岩石达到物理化学平衡,其平衡温度为87℃左右,PH值为8.5左右,其矿化度的增高来源于与岩石中矿物的化学反应,温度的增高来源于与岩石的热交换,而使岩石获得较高温度的热源是稍高于正常热流值的深部热流产生的热量。经历以上过程的水,最后上升出露于地表成为泉。汤峪温泉的出露依赖于热异常及活断层交汇带与低地势在垂直方向上的重叠,即北东向和北西向山前断裂与隐伏断层F4交汇带与低地势位置的结合。这就是汤峪温泉的形成模式,它明显受活断层控制。
  • (三)山前断裂-汤峪水库大坝路线观测
            在汤峪口山前断裂-汤峪水库大坝一带,教师沿公路讲授,学生可以观测到宽坪群变质岩、褶皱以及各类脉岩的侵入。      
    1. 宽坪群变质岩及原岩恢复
              根据岩石中矿物、结构、构造及成因(游振东等,1988),宽坪群变质岩有沉积成因和火山成因两种类型,既有正变质岩又有副变质岩,两种类型的变质岩交互出现。  
              副变质岩主要为云母石英片岩(包括绢云石英片岩、黑云石英片岩、二云石英片岩)、二云母片岩和石英岩及少量千枚岩。
              云母石英片岩的矿物成分以石英为主,其次为各类云母,绢云母多者被称为绢云石英片岩,黑云母多者被称为黑云石英片岩,既有黑云母又有白云母者被称为二云石英片岩;二云母片岩的矿物成分以黑云母和白云母为主,还可见到绢云母和少量石英;在石英岩中,石英矿物的含量高达百分之九十以上;千枚岩的矿物成分以绢云母为主。
              这类变质岩具有以下特征:(1) 一般成层性甚好,厚度稳定,分布较广,层间构造协调;(2) 绢云石英片岩有变余砂状结构,绢云千枚岩有变余泥质-砂质结构,黑云石英片岩中还可见到变余斜层理。这些特征表明了长英质片岩类和石英岩的原岩为正常沉积岩。
              正变质岩主要为绿片岩和角闪石片岩及少量斜长角闪岩。
              绿片岩矿物成分主要有绿泥石、绿帘石、阳起石、钠长石、石英、白云母等。根据矿物共生组合,可分为绿帘钠长绿泥石片岩、阳起绿帘绿泥石片岩、绿帘钠长阳起石片岩、绿泥钠长阳起石片岩等等。
              角闪石片岩的原岩成分与绿片岩相似,主要矿物为普遍角闪石,其次为石英、斜长石。绿帘石多者可称为绿帘角闪石片岩。
              斜长角闪岩主要由角闪石和斜长石组成。矿物成分除角闪石和斜长石之外,可见绿泥石、绿帘石和少量黑云母、白云母等,块状构造或微显片理构造。
              此类变质岩的主要特征可概括为以下几点:(1) 呈层状或透镜状沿走向厚度变化大,常夹有云母石英片岩或大理岩透镜体;(2)在绿片岩或绿帘角闪石片岩中,均见有变余晶屑,还可见到不规则的长石聚斑定向排列,但分布不均匀,可能为杏仁构造的残留。这些特征表明,宽坪群绿片岩和角闪质岩石的原岩为中基性火山岩。
              综上所述,宽坪群属火山-沉积建造。
    2. 宽坪群多期变形
              宽坪群具多期变形特征。不同级别同斜紧闭褶皱和较开阔的弯滑褶皱在山前断裂-汤峪水库大坝一带公路边均可见到,水库大坝西侧的溢洪道内亦可发现。规模较大者宽达2-3m,较小者仅10-20cm。同斜紧闭褶皱的主要特征是轴面片理与各类片岩的片理近于平行,褶皱两翼产状相似,局部地段可见片内无根褶皱、肠状褶皱、勾状褶皱等,伴随早期中基性脉岩侵入;倒转褶皱较为开阔,表现为以片理为变形面形成的褶皱,轴面倾角较陡,且与劈理近于平行,因此,其生成比同斜紧闭褶皱要晚;直立水平褶皱形成最晚,轴面近于直立,枢纽近于水平是此类褶皱的主要特征。
  • (四)刘秀桥剖面
            要求教师认真讲授、学生详细观测的汤峪刘秀桥剖面北起刘秀桥(洞),南止采石场(图5-5)。剖面中主要有宽坪群变质岩系,以及辉长岩、花岗岩(岩体)岩脉的侵入。
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    图5-5 汤峪刘秀桥实测地质剖面
    1. 剖面概述
              剖面中依次出现:
      • (1) 硅化岩,有黄铁矿化和石英脉贯入;
      • (2) 黄铁云英岩、绢云岩、二云母石英片岩,黄铁矿增加(>3%),石英脉较多,裂隙发育,有绿泥石化、绿帘石化和玻化岩(由地震引起),出现花岗岩脉,局部保留早期的糜棱面理;
      • (3) 辉长岩岩体,是在张性空间中侵入,有片理化、弱蚀变,辉石含量60%左右,斜长石含量30-40%,无石英或极少, 岩石呈深灰色,中-粗粒结构,灰白色斜长石和黑色粒状辉石都成近等轴状它形粒状相间分布,块状构造,粗粒辉石两组解理近于直交;
      • (4)斜长角闪岩,流变构造、同斜紧闭褶皱发育,轴面和片理近于平行,长英质变质分异,暗色、浅色矿物分别集中到一起,石英脉和花岗质岩脉发育,有弯曲、石香肠化和透镜体化,斜长角闪岩中还夹有云母片岩;
      • (5) 花岗岩出露较宽,岩石呈肉红色,具半自形粒状结构-花岗结构,主要矿物长石、石英和云母,局部可见由混合岩化形成的眼球状花岗岩,石英呈拔丝状,斜长石呈(似)眼球状,有旋转碎斑,具粗糜棱岩化;
      • (6) 黑云斜长片岩中有花岗岩(脉)侵入,岩脉出现石香肠化、透镜体化,并褶皱,夹有两条厚约30cm的花岗岩脉,再向南出现斜长角闪岩。辉石岩出露于西坡采石厂导线终点以西约200m高处,为粗粒它形粒状岩石,主要由辉石组成,后期花岗岩脉、长英质脉穿入其中。
    2. 小褶皱特征
              宽坪群变质岩系中小褶皱特别发育,主要是同斜紧闭褶皱,局部出现面理置换,存在同一方向的两期面理,早期面理透入性好(图版Ⅳ—3)。如图5-5C所示,斜长角闪岩中的石英脉随面理褶皱,明显地呈现出背、向形特点。该区褶皱为多期叠加而成,如图5-5D、图版Ⅳ—4所示,斜长角闪岩中出现两期花岗岩脉,早期花岗质脉呈倒转褶皱弯曲,晚期花岗质脉没有倒转,两期褶皱近于平行。  
    3. 有限应变分析
              有限应变分该剖面岩石中的石英脉和花岗质脉大多都有透镜体化,局部地段可见到透镜体包透镜体,还有石英旋转碎斑(图版Ⅳ—5),呈现左行剪切的特征,说明该区曾经历过韧性剪切的作用。剖面中测得石英透镜体长、中、短轴的数据如表5-1所示。
      表5-1 刘秀桥剖面中石英透镜体实测数据表

      编号

      长轴(a)

      中轴(b)

      短轴(c)

      编号

      长轴(a)

      中轴(b)

      短轴(c)

      1

      9

      4.5

      2

      11

      5

      2

      1.5

      2

      10

      5

      2.5

      12

      3

      2

      1

      3

      6

      2.5

      2.5

      13

      6

      3

      1

      4

      6

      3

      2.5

      14

      7

      3.5

      2

      5

      3

      2

      1

      15

      2

      1

      0.5

      6

      1.2

      1

      0.5

      16

      5

      3

      2

      7

      2

      1.7

      1

      17

      6

      4

      3

      8

      3

      1.5

      1

      18

      4

      3

      2

      9

      5

      2

      1.5

      19

      7

      3

      2

      10

      5

      2

      1.5

      20

      6

      3.5

      2

      第五章 蓝田县汤浴地质路线

             编辑:探矿者

            汤峪地处陕西省秦岭北麓蓝田县境内,位于西安市东南约38km。在汤峪口出露的温泉,原名“石门汤泉”,发现于秦代,历史悠久,为秦地胜址,蓝田八景之一,现为陕西省、蓝田县和汤峪镇各疗养院所利用。温泉附近的汤峪水库使该区风景更加秀丽,因而成为西安市民节假日休闲、疗养地之一。

      一、地质概况

      • (一) 地层
                区内出露的地层主要有下元古界宽坪群和从中更新统到全新统的第四系。另外,还有少量第三系出露(图5-1)。
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        图5-1 蓝田县汤峪地区地质图
        1. 下元古界 
                  下元古界宽坪群(Pt1k)分布在本区的南面,主要为二云母石英片岩、片糜岩、斜长角闪岩、二云角闪石英片岩夹硅化大理岩,岩层交互出现。部分岩石蚀变强烈,主要有硅化、黄铁矿化、绿泥石化、绿帘石化,局部出现玻化岩。宽坪群褶皱、断裂十分发育,厚度在1000m以上。
        2. 第三系
                  第三系(N2)为上新统蓝田组,只在区内东北角零星出露,岩性为红色粘土及砾石层。据邻区资料,蓝田组不整合于下伏的第三系各组地层之上,厚度为几十米(陕西省地质矿产局,1989)。
        3. 第四系
                  第四系(Q)从中更新统到全新统均有出露,厚度从几米到几十米不等。中更新统(Qp2)为一冰水堆积的砾石层和红棕色粉砂质亚粘土(局部为亚砂土),主要在本区东北部和西北部大面积出露。
                  上更新统(Qp3)下部为灰白、灰黄色砂砾石,上部为粉砂质亚粘土、亚砂土,主要出露在汤峪河二级阶地。
                  全新统(Qh)下部为灰白、灰黄色砂卵石层和棕褐色亚砂土、亚粘土,沿汤峪河一级阶地分布;上部为河漫滩堆积物,岩性为砂卵石,局部表层为亚粘土。
      • (二)岩浆岩
                该区出露的侵入岩包括酸性、基性和超基性岩,主要有花岗岩、辉长岩和辉石岩。
        1. 花岗岩
                  燕山期花岗岩主要出露在宽坪群中,以岩脉的形式分布,厚度不等,最厚约15 m,最薄约2 m,一般薄约10 m(图5-1),呈东西向、北西西向分布,局部出露眼球状混合岩花岗岩。
        2. 辉长岩
                  辉长岩体主要出露在本区南部,呈北西走向,出露面积较大,常呈岩墙状、岩脉状,宽几十米到几百米。本区南缘有少量出露。岩体具片理化,弱蚀变。在汤峪河东山前断裂带中也有辉长岩出露,构造蚀变强烈。辉长岩体为加里东期侵入。
        3. 辉石岩 
                  辉石岩在区内出露较少,仅在汤峪南部可以见到。岩体中辉石含量多,结晶颗粒粗大,基本看不到长石,并有后期长英质脉体贯入,辉石退化变质成为绿泥石、角闪石。结合区域资料分析,该岩体为加里东期侵入。  
      • (三)构造特征
                该区位于北秦岭加里东褶皱带的北缘(黄邦强等,1984),宽坪群具多期变形特征。早期褶皱近东西向,呈同斜紧闭褶皱,局部出现平卧褶皱,发生轴面片理S1及肠状褶皱、勾状褶皱等,伴随早期中基性脉岩侵入,为前寒武纪变形。中期褶皱也为近东西向,与早期褶皱枢纽交角不大(<20°)或近于共轴叠加,形成较开阔的弯滑褶皱,产生S2折劈理,为加里东期变形。在燕山早期,有垂直叠加的南北向水平褶皱和与轴面近于平行的断裂。沿断褶带及与第二期背形交汇部位有燕山期花岗岩侵入。晚期出现断裂变形,形成NW向张扭性断裂及大规模由北向南的推覆。
                区内断裂构造发育,地表出现的深大断裂主要有秦岭北坡山前断裂和库岭口-何家山断层。另外,还有几条隐伏断层(图5-1)。宽坪群中的小断层和裂隙也非常发育。
                节理在本区十分发育,特别是在山前断裂破碎带。宽坪群中副变质岩(尤其是云母石英片岩)中尤其发育。通过野外的观测,对节理进行分期、配套,可发现该区节理分为早、中、晚三期。其中早期往往为剪节理,中、晚期都为张节理。早期节理、裂隙被硅质或铁质充填,而晚期节理无任何充填物。这些节理的透入性和连通性均较好,为降水的下渗和 汇入深大断裂提供了良好的介质,对汤峪温泉起到一定的控制作用。

      二、野外地质教学点观测描述内容

      • (一)秦岭北坡山前断裂
                汤峪山前断裂是秦岭北缘断裂带的一部分(中国地震学会专业委员会,1982)。在汤峪口以西为北东向,汤峪口以东转为近东西走向,断面北倾,地表倾角一般大于50°。山前断裂对汤峪温泉起主要的控制作用。野外观察、测量、素描和认识学习主要为以下三条剖面:
        1. 汤峪河东山前断裂
                  剖面位于汤峪河东岸,方位207°,为山前断裂破碎带。破碎带宽达60多米(图5-2)。
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          图5-2 东汤峪河东山前裂实测剖面图
                  剖面起始处的断层由北东向和北西向的两条断层交汇而成近东西向断裂。断裂以北出露第四系坡积物,以南为破碎带,依次出露以下岩层和岩石:
          • (1)碎裂辉长岩是在较高温度下沿张性裂隙侵入而成,岩体碎裂,有蚀变,呈褐色,具透镜状,节理发育。在标本Tb-12(碎裂辉长岩)的薄片中,可明显看到辉石变成绿泥石和角闪石,斜长石呈亚颗粒,具变形条带,还能看到未被充填的裂隙。这些特点说明辉长岩经历了张→压→张的活动过程。
          • (2)斜长角闪岩蚀变带,有硅化、黄铁矿化、绿泥石化,蚀变带中石英脉呈透镜状。
          • (3)斜长角闪岩劈理发育,劈理面北西倾,裂隙较多,有两期脉体贯入,早期为钾长石脉,后期为石英脉。
          • (4)斜长角闪糜棱岩具斜长石碎斑,石英呈拔丝状,钾长石英脉成透镜体,有绿泥石化、硅化,蚀变作用较强。在标本Tb-14(斜长角闪糜棱岩)的薄片中,可看到两期石英脉,其中后期脉截断前期脉,有明显的角砾化,含旋转碎斑系。糜棱岩是在较高温、压作用下形成的,说明山前断裂早期经过压性活动。糜棱岩中还夹有斜长角闪碎裂岩,蚀变强烈。
          • (5)糜棱岩化斜长角闪岩,为弱蚀变带,有两期石英脉贯入。早期石英脉随片理呈右行剪切,后期石英脉左行剪切形成旋转碎斑系。
          • (6)斜长角闪片岩片理面北倾,节理发育,早期共轭节理比黄铁矿充填,后期共轭节理没 有充填物。
          • (7)斜长角闪岩夹云母片岩互层,斜长角闪岩厚10cm,云母片岩厚18cm,片理北倾。这是一过渡带,以北为正变质岩,以南为副变质岩。
          • (8)云母石英片岩,裂隙发育。再往南出现砾石层,上部为一级阶地。
                  基性辉长岩沿断裂面的张性空间侵入,说明该断裂切割很深。另外,斜长角闪蚀变岩中残留的早期糜棱面理,钾长石英脉透镜体化、碎裂,这都说明汤峪河东山前断裂经历了压→张→压→张的多期活动。
                  该断层带的裂隙十分发育,且大多数未被充填,为水的下渗提供了良好的通道。节理间距从几厘米到几十厘米,并发育有多组共轭节理。据野外观测,共轭节理的剪裂角变化范围很大,一般为30°—90°之间,剪裂角小者一般晚于剪裂角大者。于是可作出这样的推论:岩石在较塑性状态下,受应力作用而产生的节理剪裂角较大;在较脆性状态下,受应力作用而产生的节理剪裂角较小。因此,可以根据剪裂角的大小,对节理进行分期研究(魏刚锋等,1993)。
                  汤峪河东山前断裂的节理可分为早、中、晚三期,既有剪节理,也有张节理。早期张节理一般有黄铁矿充填,晚期张节理没有充填物。
                  根据万天丰(1988)的方法,学习对该构造带的剪节理和张节理进行分期、配套和动力学分析。该区节理共分三期:一期由20°方向近水平压应力形成;二期由336°方向近水平应力形成;最晚期由近于垂直的应力形成。
        2. 汤峪西沟口山前断裂 
                  图5-3是汤峪西沟口山前断裂实测剖面图。剖面中依次出现的岩层和岩石为:
          • (1)云母石英片岩,其中揉皱发育,并出露一向南倾的逆断层,断面倾角较大;
          • (2)含碳构造角砾岩中含有石英构造透镜体,并发育一条向北倾的正断层;
          • (3)碎斑岩;
          • (4)第四系黄土与碎斑岩的边界出露一断层面,断层面北倾,走向约60°;
          • (5)含碳片岩与第四系黄土的边界也为一断层面,该断层为一向南倾的正断层,断面南边有第四系坡积物,并使前面的第四系黄土层形成一地堑,而含碳片岩北倾;
          • (6)长石石英岩;
          • (7)碎裂长石石英岩夹含碳云母片岩薄层,含透镜体;
          • (8)长石石英岩,与碎裂长石石英岩夹含碳云母片岩薄层的边界为一北倾正断层;
          • (9)断层破碎带,与长石石英岩的边界也为一北倾正断层;
          • (10)长石石英岩夹黑云母片岩,局部糜棱岩化,是早期韧性剪切带的产物;
          • (11)碎斑岩受山前断裂影响强烈,产状变化较大,北部为山前断裂面,产状345°∠50°;
          • (12)断裂面以北为第四系黄土。
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          图5-3 汤峪西沟口山前断裂实测剖面图
                  汤峪西沟口山前断裂构造带中的断裂十分发育。从图5-3中可以看到七个断层,断层破碎带宽达上百米,其中还形成小地堑,局部保留了早期韧性剪切的特征。该构造带中的断裂大多经过多期活动。从图5-3A中可以看到,断层下盘所发育揉皱的轴面与断层面的锐夹角指示上盘运动方向向上,说明早期为逆断层性质,是压性活动的结果。而上盘又有石英脉贯入,说明后期经过张性构造活动。从图5-3B中可以见到碎裂的石英透镜体,说明早期张性活动中有石英脉贯入,中期经压性活动使石英脉透镜体化,后期又经张性活动使透镜体碎裂。综上所述,该构造带曾经历了压→张→压→张的多期(次)构造活动。
        3.  汤峪河东第四系断裂
                  图5-4是汤峪河东第四系断裂的实测剖面图,依次出现的岩石为:
          • (1)肉红色古土壤,裂隙发育,含小砾石,可见两组节理(共轭);
          • (2)砾石层厚10cm,粒径0.5cm—25cm,一般2cm—4cm;
          • (3)肉红色古土壤,含花岗岩、变粒岩小颗粒,虫孔发育,顶部含砾石层,厚5cm,砾石成分为石英、花岗岩、绢云母石英片岩;
          • (4)灰色黄土,其中砂砾磨圆度好,空隙少,含铁质结核,并充填于节理裂隙中;
          • (5)棕色黄土,砾石较少,上部有一层灰色黄土,厚5cm—10cm,砂砾含量多,颗粒变大,该层灰色黄土上部是一层发红的古土壤,最厚30cm,最薄20cm,虫孔少,到构造带部分变薄,具角砾化、片理化(图5-4A);
          • (6)黑色碳质片岩,为构造岩,发育的逆断层断面南倾,倾角20°,岩层中片理化和透镜体化较强烈(图版Ⅲ—6),在薄片(Tb-10)中,可以清楚地看到石英颗粒有透镜体和旋转碎斑系,在石英颗粒中还能看到变形条带和波状消光;
          • (7)构造角砾岩(图版Ⅲ—7),残留原来的节理和片理,主要含花岗岩角砾;
          • (8)第四系下层黄土,含砾石,下部发红,上部黄色;
          • (9)黄土,砾石含量减少;
          • (10)黄色粉砂质黄土,较致密;
          • (11)古土壤,顶部出现砾石;
          • (12)黑色碳质片岩,最厚15cm,最薄4cm,具片理化和透镜体化,南倾,边界有黄色角砾岩,透镜体化;
          • (13)与第(8)相同;
          • (14)与第(9)相同;
          • (15)与第(10)相同;
          • (16)与第(11)相同。
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          图5-4 东汤峪河东第四系断层实测剖面
                  该剖面中的黑色碳质片岩和汤峪西沟口山前断裂剖面中的含碳片岩相对应,属本区宽坪群岩层,据此可推测,该断层是山前断裂的次生叠瓦状逆断层(图版Ⅲ—8,Ⅳ—1)。薄层碳质片岩可能是山前断裂在重力滑动过程中,沿原碳质片岩一片理面逆冲上来,因此表现为该处两层碳质片岩厚度相差较大。可以推断,厚层碳质片岩也可能是沿宽坪群中该层的某一片理面逆冲上来。在该剖面西侧的黄土塬顶也可以看到这样的黑色碳质片岩,它也是逆冲断层的产物(图版Ⅳ—2),但它的产状和所测剖面中不同,呈东西走向,应与所测剖面对应层呈共轭关系。 
                  汤峪河东第四系断层剖面中节理发育。节理可分为早、中、晚三期,其中早期为基岩中的残留节理(剪节理),中、晚期为黄土中的节理(张节理)。通过对这些节理进行配套和古应力分析可知,该区节理共分三期:一期由15°方向近水平的压应力形成;二期由305°方向近水平压应力形成;最晚期由35°方向近水平压应力形成。这些节理的裂隙对水的下渗和汇入深大断裂提供一定的条件,也对地下水的化学成分有一定的影响(王家鼎等,1997)。
                  汤峪山前断裂的新构造运动十分活跃。除了第四系山前断裂次生叠瓦状逆断层外,还表现为断裂两侧剧烈的垂直差异运动。有资料显示(彭建兵等,1992),渭河谷地还在继续沉降,接受沉积,秦岭山系还在继续抬升,遭受剥蚀。这说明,秦岭北坡山前断裂表现为继承性的正断层仍在活动。除此以外,汤峪地区第四纪地层出露特征也说明了本区山前断裂的新构造活动强烈,同为二级阶地的Q2砾石层,在北东向断层的北面、疗养院西侧与在北东向断层南面层面高差达100m,而它们的水平距离还不到200m,这有力地证明了断裂以南的山区大副度上升而断裂以北则相对下降。
      • (二)汤峪温泉
                秦岭北坡山前断裂带有多处温泉分布。汤峪温泉就是其中一处。它们的分布都明显受活断层控制。要求学生参观温泉,了解汤峪温泉的构造控制因素主要是山前断裂。
        1. 汤峪温泉的特征
                  汤峪温泉的出露温度为48—58.7℃(中温)。椐许万才(1988)对汤峪温泉形成条件的研究,汤峪温泉水是经过下渗、加热、上升的循环大气降水,温泉水出自一个PH值约为8.5,温度约为87℃的深部热储。温泉水在其上升至地表的过程中,混入了一些较浅部的水和潜水,混入比例随季节变化。在汤峪,降水分配主要集中于七至十月份(约占年降水量的56.6℅),最高值多出现在九月份。这段时间中,由于温泉水在上升过程中混入的浅部水和潜水有所增加,使得温泉水的温度较平常偏低,温泉水中比浅部水和潜水中浓度较高的化学元素浓度也较平常偏低。因此,汤峪温泉的出露温度在不同季节有所变化。
                  汤峪温泉出露有五个泉眼,其中四个呈235°方向排列,另一个位于以上四个的东南方向。它们的出露位置都位于汤峪河东山前断裂带内北东和北西走向断层以及隐伏断层F4的交汇带附近。这表明汤峪温泉的出露位置明显受活断层控制。
        2. 汤峪温泉的形成条件
                  从汤峪温泉的特点可以看出,汤峪温泉满足循环热水的形成条件:
          • (1)允许冷的地表水和大气降水下渗的适当岩层;
          • (2)加热下渗冷水的热源;
          • (3)足够可供利用的补给水;
          • (4)使冷水加热的足够时间以及足够大的热交换面;
          • (5)热水返回地表的通道。这些条件大多由本区构造提供。
        3. 构造对温泉的控制
                  汤峪温泉的形成条件几乎都受构造控制。汤峪温泉水来自大气降水,补给区主要为出露于南边的秦岭,由于补给区较大,降水也较为丰富,因而汤峪温泉有较为充足的补给源。大气降水沿连通性较好的裂隙下渗,并汇入深大断裂向更深处渗入,下渗过程中,水的矿化度与温度都会有所改变,在下降到深断裂某一深度,下渗到这里的水有足够长的时间和足够大的能量与物质的交换面与围岩进行相互作用,它不断改变自身的矿化度和温度,最后与岩石达到物理化学平衡,其平衡温度为87℃左右,PH值为8.5左右,其矿化度的增高来源于与岩石中矿物的化学反应,温度的增高来源于与岩石的热交换,而使岩石获得较高温度的热源是稍高于正常热流值的深部热流产生的热量。经历以上过程的水,最后上升出露于地表成为泉。汤峪温泉的出露依赖于热异常及活断层交汇带与低地势在垂直方向上的重叠,即北东向和北西向山前断裂与隐伏断层F4交汇带与低地势位置的结合。这就是汤峪温泉的形成模式,它明显受活断层控制。
      • (三)山前断裂-汤峪水库大坝路线观测
                在汤峪口山前断裂-汤峪水库大坝一带,教师沿公路讲授,学生可以观测到宽坪群变质岩、褶皱以及各类脉岩的侵入。      
        1. 宽坪群变质岩及原岩恢复
                  根据岩石中矿物、结构、构造及成因(游振东等,1988),宽坪群变质岩有沉积成因和火山成因两种类型,既有正变质岩又有副变质岩,两种类型的变质岩交互出现。  
                  副变质岩主要为云母石英片岩(包括绢云石英片岩、黑云石英片岩、二云石英片岩)、二云母片岩和石英岩及少量千枚岩。
                  云母石英片岩的矿物成分以石英为主,其次为各类云母,绢云母多者被称为绢云石英片岩,黑云母多者被称为黑云石英片岩,既有黑云母又有白云母者被称为二云石英片岩;二云母片岩的矿物成分以黑云母和白云母为主,还可见到绢云母和少量石英;在石英岩中,石英矿物的含量高达百分之九十以上;千枚岩的矿物成分以绢云母为主。
                  这类变质岩具有以下特征:(1) 一般成层性甚好,厚度稳定,分布较广,层间构造协调;(2) 绢云石英片岩有变余砂状结构,绢云千枚岩有变余泥质-砂质结构,黑云石英片岩中还可见到变余斜层理。这些特征表明了长英质片岩类和石英岩的原岩为正常沉积岩。
                  正变质岩主要为绿片岩和角闪石片岩及少量斜长角闪岩。
                  绿片岩矿物成分主要有绿泥石、绿帘石、阳起石、钠长石、石英、白云母等。根据矿物共生组合,可分为绿帘钠长绿泥石片岩、阳起绿帘绿泥石片岩、绿帘钠长阳起石片岩、绿泥钠长阳起石片岩等等。
                  角闪石片岩的原岩成分与绿片岩相似,主要矿物为普遍角闪石,其次为石英、斜长石。绿帘石多者可称为绿帘角闪石片岩。
                  斜长角闪岩主要由角闪石和斜长石组成。矿物成分除角闪石和斜长石之外,可见绿泥石、绿帘石和少量黑云母、白云母等,块状构造或微显片理构造。
                  此类变质岩的主要特征可概括为以下几点:(1) 呈层状或透镜状沿走向厚度变化大,常夹有云母石英片岩或大理岩透镜体;(2)在绿片岩或绿帘角闪石片岩中,均见有变余晶屑,还可见到不规则的长石聚斑定向排列,但分布不均匀,可能为杏仁构造的残留。这些特征表明,宽坪群绿片岩和角闪质岩石的原岩为中基性火山岩。
                  综上所述,宽坪群属火山-沉积建造。
        2. 宽坪群多期变形
                  宽坪群具多期变形特征。不同级别同斜紧闭褶皱和较开阔的弯滑褶皱在山前断裂-汤峪水库大坝一带公路边均可见到,水库大坝西侧的溢洪道内亦可发现。规模较大者宽达2-3m,较小者仅10-20cm。同斜紧闭褶皱的主要特征是轴面片理与各类片岩的片理近于平行,褶皱两翼产状相似,局部地段可见片内无根褶皱、肠状褶皱、勾状褶皱等,伴随早期中基性脉岩侵入;倒转褶皱较为开阔,表现为以片理为变形面形成的褶皱,轴面倾角较陡,且与劈理近于平行,因此,其生成比同斜紧闭褶皱要晚;直立水平褶皱形成最晚,轴面近于直立,枢纽近于水平是此类褶皱的主要特征。
      • (四)刘秀桥剖面
                要求教师认真讲授、学生详细观测的汤峪刘秀桥剖面北起刘秀桥(洞),南止采石场(图5-5)。剖面中主要有宽坪群变质岩系,以及辉长岩、花岗岩(岩体)岩脉的侵入。
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        图5-5 汤峪刘秀桥实测地质剖面
        1. 剖面概述
                  剖面中依次出现:
          • (1) 硅化岩,有黄铁矿化和石英脉贯入;
          • (2) 黄铁云英岩、绢云岩、二云母石英片岩,黄铁矿增加(>3%),石英脉较多,裂隙发育,有绿泥石化、绿帘石化和玻化岩(由地震引起),出现花岗岩脉,局部保留早期的糜棱面理;
          • (3) 辉长岩岩体,是在张性空间中侵入,有片理化、弱蚀变,辉石含量60%左右,斜长石含量30-40%,无石英或极少, 岩石呈深灰色,中-粗粒结构,灰白色斜长石和黑色粒状辉石都成近等轴状它形粒状相间分布,块状构造,粗粒辉石两组解理近于直交;
          • (4)斜长角闪岩,流变构造、同斜紧闭褶皱发育,轴面和片理近于平行,长英质变质分异,暗色、浅色矿物分别集中到一起,石英脉和花岗质岩脉发育,有弯曲、石香肠化和透镜体化,斜长角闪岩中还夹有云母片岩;
          • (5) 花岗岩出露较宽,岩石呈肉红色,具半自形粒状结构-花岗结构,主要矿物长石、石英和云母,局部可见由混合岩化形成的眼球状花岗岩,石英呈拔丝状,斜长石呈(似)眼球状,有旋转碎斑,具粗糜棱岩化;
          • (6) 黑云斜长片岩中有花岗岩(脉)侵入,岩脉出现石香肠化、透镜体化,并褶皱,夹有两条厚约30cm的花岗岩脉,再向南出现斜长角闪岩。辉石岩出露于西坡采石厂导线终点以西约200m高处,为粗粒它形粒状岩石,主要由辉石组成,后期花岗岩脉、长英质脉穿入其中。
        2. 小褶皱特征
                  宽坪群变质岩系中小褶皱特别发育,主要是同斜紧闭褶皱,局部出现面理置换,存在同一方向的两期面理,早期面理透入性好(图版Ⅳ—3)。如图5-5C所示,斜长角闪岩中的石英脉随面理褶皱,明显地呈现出背、向形特点。该区褶皱为多期叠加而成,如图5-5D、图版Ⅳ—4所示,斜长角闪岩中出现两期花岗岩脉,早期花岗质脉呈倒转褶皱弯曲,晚期花岗质脉没有倒转,两期褶皱近于平行。  
        3. 有限应变分析
                  有限应变分该剖面岩石中的石英脉和花岗质脉大多都有透镜体化,局部地段可见到透镜体包透镜体,还有石英旋转碎斑(图版Ⅳ—5),呈现左行剪切的特征,说明该区曾经历过韧性剪切的作用。剖面中测得石英透镜体长、中、短轴的数据如表5-1所示。
          表5-1 刘秀桥剖面中石英透镜体实测数据表

          编号

          长轴(a)

          中轴(b)

          短轴(c)

          编号

          长轴(a)

          中轴(b)

          短轴(c)

          1

          9

          4.5

          2

          11

          5

          2

          1.5

          2

          10

          5

          2.5

          12

          3

          2

          1

          3

          6

          2.5

          2.5

          13

          6

          3

          1

          4

          6

          3

          2.5

          14

          7

          3.5

          2

          5

          3

          2

          1

          15

          2

          1

          0.5

          6

          1.2

          1

          0.5

          16

          5

          3

          2

          7

          2

          1.7

          1

          17

          6

          4

          3

                  利用表中的数据,分别采用长短轴法和付林图解法作有限应变分析(郑亚东等,1985)。
                  石英透镜体的长短轴分析结果:应变椭球体长短轴之比为3.478。图中直线的斜率也可根据数理统计的回归方程求出:
                  X=  mZ+  ei                                                                                                         (5.1)
                  式中 ei —随机变量,引起偏离理想线性关系;m —应变椭球长短轴之比RS 。根据最小二乘法:
                  m'  =  ss . z / ssz= (∑xizi - ∑xi∑zi / n) / (∑zi2 - (∑zi 2 )                (5.2)
                 e=  ∑x=   Σzi / n                                                                                                 (5.3)
                  式中m'为几率最大的斜率;xi为颗粒的长轴;zi 为颗粒的短轴;n为测量的颗粒数。如果要求具有90%的置信度1-a(置信水平)或检验标准α(显著水平)为0.1,根据测量次数查数学手册数理统计的t分布表可查得临界值tα/2 。置信区间为m'±c, 而c值由下式求得:
                  c  =  ta/2(n - 2)﹛1/(n - 2) 1 / Σzi2[Σxi2 - (ΣziΣxi2 / Σzi2]﹜1/2          (5.4)
                  那么,实际上真正的斜率有90%的几率落在m'±C范围内。 
                  石英透镜体的付林图解结果表明,该区主要应变类型为平面应变,即挤压伴随剪切作用占主要地位,拉伸作用也较强。
                  图中参数定义为:
                  k  = (a - 1)/(b - 1)  
                  其中  a  = (1 + e1)/(1 + e2); b  = (1 + e2)/(1 + e 3
                  a、b≥1,而1 + e1、1 + e2、1 + e3 分别代表应变椭球的长半轴、中间半轴、短半轴的相对长度。
                  当以a、b分别为直角坐标系的纵横坐标时,k值表示坐标内各直线的斜率。不同k值代表不同应变状态,付林( Flinn )将等体积的应变状态分为五类:
      • ⑴ 沿纵坐标的直线k= ∞,表明b=1,即应变椭球中间轴和短轴相等。这时,应变椭球的形态为轴对称长椭球体(uniaxial prolate types),也叫“雪茄状”椭球体;
      • ⑵ 沿横坐标的直线k= 0,表明a =1,即应变椭球中间轴和长轴相等。这时,应变椭球的形态为轴对称扁椭球体或旋转扁椭球(uniaxial oblate types),也称为“烙饼状”椭球体;
      • ⑶ 45°斜向的直线k = 1,表明e2 =0,代表平面应变状态(纯剪切或简单剪切);
      • ⑷ 在1< k <∞范围内的应变椭球为三轴长椭球状(construction types );
      • ⑸ 在0< k <1范围内的应变椭球为三轴扁椭球状(flattening types )。
              该剖面上褶皱总的构造型式发育规律是:由早期线形紧闭型到晚期的宽缓开阔型;轴面构造由片理→折劈理→破劈理;褶皱形成机制由弯流→弯滑;变形由褶皱(伴随小型韧性剪切带)到脆性断裂,由韧性变形到脆性变形。
    4. 库岭口-何家山断层
              该断层走向北西,倾向北东,倾角77°,为一正断层,错断宽坪群地层,主断面为断层崖。构造岩带宽35 m,其中构造角砾岩带宽5 m,碎裂带宽30 m,角砾呈浑圆状,上盘部分为第四系所覆盖,具有先压后张的多期活动特征。 
    5. 小断层特征
              剖面上小断层也十分发育。断层走向主要为东西向、北东向以及北西向。这些断层都表现出多期活动的特征。如断层F2沿C面理滑动,上盘S面理与断层面的锐夹角指示下盘运动方向向下,表示早期为逆断层,后期才变为正断层。断层上盘的石英脉有透镜体化,说明此断层又经过压性活动。因此,该断层表现出了压→张→压→张的多期(次)活动过程。  
              宽坪群中的石英脉也同时显示了该区多期构造活动的特征,从图5-5A中,可看到多期石英脉的贯入。早期石英脉透镜体化;晚期石英脉较直,含角砾状云英岩,不含长石,可能是在温度较低脆性变形作用下形成的。多期石英脉贯入也可表现为早期石英脉随面理发生弯曲;晚期石英脉切割面理;还有石英脉沿C面理贯入,切割S面理,表现出先右后左的剪切特征(图5-5B)。
              综上所述,剖面上断裂多数具多期(次)活动特征,其性质在不同发展阶段或同一阶段的不同时期内有所不同,往往是挤压与拉张互为交替,反复出现。
    6. 构造蚀变
              区内发育多阶段、多期(次)的构造活动。在构造带上,蚀变作用强烈,主要有硅化、黄铁矿化、绿泥石化和绿帘石化。
              在刘秀桥剖面的构造带中,上述四种蚀变均有发育。在标本Tb-1(玻化、绿帘石化云英岩)的薄片中,可清楚看到绿帘石、绿泥石和黄铁矿,显示出构造蚀变的特征;还可见到石英的环状消光和亚颗粒,说明该区曾经历过塑性变形和脆性变形多期(次)的构造活动。

      第六章 沣峪地质路线

              沣峪地处陕西省中部,行政区划属西安市长安区所辖。西安—安康公路从该峪通过,交通极为便利。研究区域沿沣河,是一个从沣峪口到秦岭梁分水岭的狭长带状区域,宽1km,共长 30km。沣峪口—西安市约30 km,秦岭梁分水岭—西安市约60 km。

      一、地质概况

      • (一) 地层
                该区属北秦岭的一部分(张维吉等,1992),主要由宽坪群、秦岭群组成(图6-1)。
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        图6-1 沣峪地区地质略图
        1. 宽坪群 
                  宽坪群是北秦岭构造带的主要组成部分之一,在区域上呈北西向延伸。宽坪群地层分为广东坪组、四岔口组、谢湾组。各组之间或本群与相邻地层单位之间皆为构造面接触。沣峪的宽坪群主要包含广东坪组和四岔口组。
                  广东坪组主要分布在小坝沟--关石河道处,以变质基性火山岩为主,岩性为绿帘绿泥片岩、钠长阳起片岩、斜长角闪岩夹较多云母石英片岩和斜长石英片岩,属火山硅质--基性火山岩建造。
                  四岔口组主要分布于关石河道至大坝沟段,岩性以云母石英片岩、黑云母斜长石英片岩为主,夹黑云变粒岩、斜长角闪片岩,局部混合岩化或糜棱岩化。因此,本区岩石以云母斜长片(麻)岩、云母斜长糜棱岩夹有黑云斜长角闪糜棱岩为主要特征。
        2. 秦岭群
                  秦岭群展布秦岭分水岭两侧,出露的主要岩石有黑云母斜长片麻岩、云母石英片岩、石英片岩、各类混合岩以及少量斜长角闪岩、糜棱岩化黑云斜长角闪片麻岩、糜棱岩化角闪斜长片麻岩、片麻状花岗岩、斜长角闪片岩、黑云斜长片岩、变粒岩。       
      • (二)岩浆岩
        1. 翠华山岩体
                  翠华山岩体分布在陕西省长安区翠华山及周边地段,呈弯曲带状东西向延伸,长55km,宽5km-10 km(严阵等,1985)。花岗岩主要成分为黑云母、斜长石、钾长石、石英。主要岩石为黑云母花岗岩或二长花岗岩、片麻状花岗岩、条带状黑云母花岗岩。沣峪口翠华山花岗岩主要为黑云母花岗岩,微具片麻状构造,发育多期侵入的伟晶花岗岩脉和细晶长英质花岗岩脉。伟晶岩脉与细晶岩脉及伟晶岩脉之间相互切穿,表明该岩体发生了多期次的岩浆侵入和多期次的构造变形。
        2. 石羊关岩体
                  石羊关岩体主要分布于喂子坪之南石羊关地区,呈弯曲状东西向延伸,长大于1.5 km,宽1 km。花岗岩主要成分为黑云母、斜长石、钾长石、角闪石、石英。其中夹有黑云母片岩、黑云母斜长片麻岩、黑云斜长角闪片麻岩残留体。黑云斜长角闪片麻岩内发育条带伟晶岩脉、长英质脉。该岩体中残留变质岩石的颜色具明显的三分性:黑→浅黑→浅红。黑为残留的黑云母片岩,浅黑为黑云母斜长片麻岩,浅红为含钾长石较多的二长片麻岩,表明该岩体不但有岩脉侵入,而且具有混合岩化的特征。石羊关顺河向南,混合岩化程度减弱,透镜体、条带及黑云母片岩残留体增多,残留片理发育。由于混合岩化程度的减弱,三分性已经不很明显,发育弯曲的X型共轭岩脉及明显的羽裂和节理表明该岩体曾经受多期(次)构造变形,宽坪群残留体由岩体中心向边部逐渐增多,进一步说明该岩体具混合花岗岩特征。       
      • (三)构造
                秦岭群存在多期变形、多期变质以及多期混合岩化作用(肖思云等,1988)。秦岭群总的构造特征是早期褶皱构造多呈残留形式出现,早期片理以及部分片麻理被后期多次混合岩化作用叠加改造而掩盖。
                多期变形主要表现为多期(次)褶皱的叠加,这是宽坪群变形的主要构造特征。通过大量野外露头观测对比,初步确定石羊关至大坝沟区宽坪群有三期褶皱构造相互叠加,各期褶皱具有不同的特征。
                除了宽坪群和秦岭群存在多期变形、多期变质以及多期混合岩化作用之外,韧性剪切带及不同级别的脆性断层和节理在本区也非常发育。

      二、野外地质教学点观测描述内容

      • (一)沣峪口秦岭北坡山前断裂和翠华山花岗岩观测 
                沣峪口山前断裂北侧为第四系坡积物,断裂南侧主要岩石为花岗岩、黑云母花岗岩。断裂产状340°∠75°。花岗岩成分正长石10%,斜长石30%,黑云母4%-10%,石英50%。花岗岩内发育伟晶岩脉和细晶岩脉。伟晶岩脉主要为二长花岗岩脉和长英质岩脉。细晶岩脉的主要矿物成分为长石、石英(图6-2)。
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        图6-2 沣峪口实测剖面图
                由于受山前断裂的影响,该区岩体中节理非常发育,既有张节理,又有剪节理,还有共轭X节理系,早期节理被伟晶岩脉和长英质脉充填,岩脉的宽度由20cm到1m不等。弯曲状正长岩脉出露在断裂边部,表示断层上盘曾向下移动,先是正断层,后弯曲表明发生了逆冲。发育的联菱构造、右行雁行状岩脉等构造说明了山前断裂的剪切特征。
                显微构造研究表明,山前断裂附近花岗岩内主要矿物石英、黑云母、长石等均具粒内塑性变形特征。长石碎斑具亚颗粒和分离结构。石英碎斑发育变形纹、变形条带、环状消光、扇状消光等构造特征。黑云母可见单斜左倾和单斜右倾肯可带及共轭扭折。强变形部位有动态重结晶石英出现。根据形态初步分析,石英的环状消光可能由两次韧性变形生成;扇状消光表明具有韧性剪切变形;不同方向波状消光位叠加说明具有多次塑性变形,且温度不高。需要提及的是,山前断裂面上各类碎裂花岗岩内各种显微构造特征证明,沣峪口山前断裂经历了多期(次)的变形、变质作用。
                明显的切穿关系表明了岩脉生成的早晚。根据岩脉的交切关系,该区多期(次)岩浆侵入和岩脉产生的早晚关系为:最早形成的是花岗岩及黑云母花岗岩,其次为长英质岩脉的贯入,之后为长英质伟晶岩脉的贯入,再后为钾长伟晶岩脉(或二长伟晶岩脉)的贯入,最后为石英脉。众所周知,岩脉沿张性、张扭性裂缝贯入。这些裂隙的形成与山前断裂的多期(次)活动密切相关。
                通过上述特征可知,自其形成之后,山前断裂经历了多期(次)活动。
      • (二)喂子坪—九龙潭教学地质点
                在此教学地质点,即可观测到翠华山花岗岩体、石羊关花岗岩体及其二者之间的地质构造特征,又可看到瀑布及其地质作用。
        1. 翠华山花岗岩体与石羊关花岗岩体之间的地质构造特征
                  翠华山花岗岩体与石羊关花岗岩体之间的地质构造特征在喂子坪出露明显。 二者以韧性剪切带相互接触。喂子坪韧性剪切带主要出露于喂子坪桥下,可见发育良好的糜棱岩带。旋转碎斑系形态表明,该韧性剪切带发生了两次活动,即早期左行逆冲剪切,后期右形逆冲剪切,同时使长英质岩脉透镜体化(图版Ⅳ—6)。透镜体最大为17.5 cm×3 cm,最小为2.1 cm×1 cm。由长短轴法和付林图解法对该韧性剪切带及透镜体进行分析,表明应变椭球体发生了明显变形,韧性剪切带为压扭性应力性质。
        2. 花岗岩成因探讨
                  花岗岩的成因是地质学的基本问题之一。从花岗岩的多成因观点出发,其成因分类应当同时考虑到花岗岩的物质来源和成岩方式。结合陕西省的实际情况,可以把花岗岩按成因分为三大类,分别为重熔花岗岩、分异花岗岩和混合花岗岩。
                  分异花岗岩是指上地幔(包括部分下地壳)的基性物质经过分熔作用和结晶分异作用,产生少量的酸性岩浆侵入到上地壳而形成的花岗岩。
                  重熔花岗岩是指陆壳物质在地热作用下重新熔化产生酸性熔浆,然后冷却再结晶而成的花岗岩。
                  混合花岗岩是指陆壳的岩石,受自身或深部碱质热液的交代改造,转化而成的花岗质岩石。
                  重熔型花岗岩体划分依据有:
          • ①岩体与围岩界线明显,具侵入产状,并使围岩生成接触烘烤圈,说明岩体具岩浆侵入的特点;
          • ②岩石具岩浆结晶的半自形粒状结构;
          • ③岩体中锆石的晶形完整,晶棱清晰,具岩浆结晶的特征。
                  混合花岗岩的划分依据有:
          • ①岩体与围岩常常没有绝然的分界线,花岗岩向混合片麻岩过渡;
          • ②岩体具片麻状构造,并保留有较多的变质岩夹层,片麻理和夹层的产状与围岩构造吻合;
          • ③岩石的交代作用发育,其交代残留结构为花岗变晶结构,有时甚至能见到变余砂状结构;
          • ④岩体中的锆石均有不同程度的浑圆现象,和围岩的锆石特征一致。
                  喂子坪韧性剪切带的北部,可以观测到翠华山岩体的特征,并将该岩体定为重熔型花岗岩,理由是:虽然翠华山花岗岩体常向混合岩过渡,但有些地方发现岩体与围岩呈切层侵入关系,并使围岩产生高温蚀变及矿化;岩体及混合岩脉体中的钾长石斑晶具有双晶并有环状包晶;岩体及混合岩中能见到六方双锥状的高温石英;特别是岩体和混合岩脉中多数锆石的晶棱清晰,具岩浆结晶特征,其岩体周围的混合岩应为初熔成因。
                  喂子坪韧性剪切带的南部,可以观测到石羊关岩体的特征。石羊关花岗岩应为混合型花岗岩,理由是:石羊关花岗岩有明显的花岗岩向混合片麻岩过渡的特点;岩体具有片麻状构造,保留有较多变质岩夹层,主要岩石为云母片岩、斜长角闪岩、黑云斜长片岩、黑云角闪斜长片岩等;岩体片理、片麻理发育,局部残留紧闭同斜、倒转褶皱及片内无根褶皱;在河道中露头出露良好地段,可直接测量枢纽、轴面的产状,枢纽产状多变,轴面产状一般和片理、片麻理近于平行;岩石的交代混合岩化明显。
        3. 瀑布及其地质作用
                  瀑布及其地质作用在九龙潭一带可清楚的观测到。由于组成河床岩石软硬程度或抗溶蚀能力的不同,河流下蚀速度在各河段也不尽相同,由硬岩石组成的河床不易被下蚀,河床相对较高,而在软岩石或易溶岩石组成的河床,易被下蚀,河床相对较低,于是河床在纵向上常出现坎坷不平的地形,高差较大的陡坎则形成瀑布。九龙潭一带有九个大小不同级别的瀑布,造成较为壮观的景色。河床中一旦形成瀑布后,由于其具有较大的水位差,河水从高处跌落到低处时,势能全部转化为巨大的动能,可对河床进行强烈的下蚀。跌落下来的河水和其中的砂石,部分顺着河水的流动方向对河床进行强烈的冲蚀和磨蚀,使其不断加深;另一部分则沿背流方向猛烈冲击瀑布陡坎下部,逐渐将其掏空,使其不断加大。这样,大小不同、深浅各异的九个滩水在长期地质作用中伴随瀑布同时形成,故被称为九龙潭。目前,此地已成为沣峪地区旅游景点之一。景点的入口处还可观测到河流的局部浸蚀基准面。
      • (三)小坝沟--大坝沟教学地质点
                小坝沟--大坝沟教学地质点,以沣峪石羊关--小坝沟--关石--大坝沟地段为重点,主要观测宽坪群的多期变形、变质作用及韧性剪切带。
        1. 宽坪群的多期变形
                  多期变形主要表现为多期(次)褶皱的叠加,这是宽坪群变形的主要构造特征之一。通过大量野外露头观测对比,初步确定石羊关至大坝沟区宽坪群有三期褶皱构造相互叠加,各期褶皱具有不同的特征。
                  第一期褶皱轴面与区域性片理平行,轴面产状即片理产状;枢纽指向与区域片理走向不一致,通常表现出极大的波动性,倾伏向及倾伏角多变,常具有典型的紧闭、同斜、倒转、平卧等褶皱形态;转折端窄小紧闭,有的呈尖棱状。
                  第二期褶皱为稍开阔的对称或不对称褶皱,通常发育有较为明显的轴面褶劈理,倾角较陡;枢纽的倾伏向与轴面走向基本一致;褶皱转折端一般较浑圆;枢纽的波动性不如第一期褶皱。
                  第三期褶皱为一组开阔的南北向褶皱。转折端宽缓开阔;大多无明显的轴面构造,偶见与轴面近于平行的破劈理;枢纽水平,轴面近直立,属典型的水平直立开阔褶皱,但以不变的南北走向为特征;它的波动性最差,野外易与第一期褶皱和第二期褶皱区分。
                  上述三期不同样式的褶皱常可依据其在露头上的相互叠加关系确定。第二期褶皱叠加在第一期褶皱上,显示出早期同斜紧闭褶皱的轴面及两翼被第二期褶皱改造,整体发生弯曲的情形,表现为近南北向褶皱近于横跨地叠加在早期褶皱之上。它们的形成原因为,第一期褶皱变形是在强烈水平挤用下形成的同斜紧闭褶皱。第二期褶皱变形是在第一期变形之后,又一次发生近南北向水平挤压条件下进行的。第三期褶皱变形是在地壳不断向上抬升,岩石经过两次变质,固结程度明显增高的情况形成的。石羊关至大坝沟褶皱构造规律为,形态由早期的线型紧闭型向晚期的宽缓开阔型发展;褶皱的轴面构造由片理→褶劈理→破劈理发展;褶皱的形成机制由弯流→弯滑发展。
        2. 宽坪群的变质作用
                  小坝沟至大坝沟宽坪群由一套中-浅变质岩组成,以浅变质为主,可见少量深变质岩。因原岩成分和变质程度不同,岩石类型比较复杂,主要有片岩、片麻岩、变粒岩、角闪岩和糜棱岩等。
                  片岩类是宽坪群主要岩石,包括石英片岩、云母片岩及绿片岩。片麻岩以黑云斜长片麻岩为主。角闪岩是宽坪群上部岩组岩类之一,主要呈夹层。该区主要为斜长角闪岩。糜棱岩是关石宽坪群韧性剪切带的标志性岩石。
                  结合前人在区域上的研究成果,主要根据构造--岩浆活动旋回、同位素地质年龄以及变形与变质的关系,宽坪群变质作用可划分为晋宁期、加里东期、华力西-印支期和燕山期。
                  晋宁期,宽坪群与上覆下古生界局部残留平行不整合关系,现有同位素年龄代表中晚元古期热事件和构造变形的年龄。本期变质是区内发生早、延续长、波及广、影响深的区域动力热流变质作用形成自南向北递增的变质带。
                  加里东期,下古生界是在以宽坪群为基底的大陆边缘活动形成的,经加里东运动褶皱成山,区域内两组同位素地质年龄反映了本期热事件对宽坪群有过扰动。华力西—印支期,区域内上古生界亦程度不同的遭受区域变质,局部达中级变质,并有混合岩化,沿古生界断陷变质作用很不均衡,可能与本期的区域动力变质作用和局部接触变质有关。
                  燕山期,区域内白垩系没有变质,说明未发生广泛的区域变质作用,但侵入宽坪群的燕山期花岗岩岩体周围都有明显的接触变质和边缘混合岩化。
        3. 宽坪群的韧性剪切带
                  笔者在关石河道处发现了出露很好的韧性剪切带。该韧性剪切带走向NWW,总宽度为132.2m,长大于600 m。剪切带内弱变形域出露的主要岩石为黑云母斜长片岩、黑云母斜长角闪片岩;强变形域发育黑云斜长糜棱岩、黑云斜长角闪糜棱岩,夹伟晶岩脉、长英质岩脉。所有岩脉均发生糜棱岩化。
                  韧性剪切带中岩石糜棱岩化比较普遍。岩石发生了多期(次)的变形变质作用。黑云母斜长片糜岩发育片(麻)理。长英质糜棱岩中碎基含量大于60℅,以长石、黑云母、石英为主,发育旋转碎斑系,可见明显的单拖尾和双拖尾,碎斑最小为0.5cm×0.2cm×0.1cm,最大为3cm×2cm×1.2cm,一般为1.2cm×0.6cm×0.5cm左右。其中伟晶岩透镜体较多,透镜体最小1cm×0.6cm×0.5cm,最大为36cm×12cm×10cm,一般为6cm×4cm×2cm左右。透镜体也出露于石香肠化脉体之中(图版Ⅳ—7)。韧性剪切带中基性岩亦透镜体化;基性岩透镜体中的主要矿物为辉石和斜长石;该透镜体最小为3cm×2cm×1cm,最大为20cm×15cm×10cm;基性岩透镜体中以斜长石碎斑最多。
                  糜棱岩带中可见5个近于平行的裂隙,产状为122°∠76°;裂隙被绿帘石、绿泥石充填;5个裂隙共宽80cm,每个之间间距最大为22cm,最小为8cm,它们长、宽分别为1cm-6cm、1cm-0.3cm。伟晶岩脉和长英质岩脉呈带状、肠状充填于糜棱岩中。除此以外,糜棱岩带中的岩石发生了强烈的揉皱。
                  椐区域构造应力场性质,结合野外明显的旋转碎斑系拖尾及构造透镜体和S-C面理,表明它属于脆韧性逆冲韧性剪切带。
                  在该韧性剪切带中,偶见鞘褶皱。鞘褶皱是“a”型褶皱的一种特殊型式,被认为是韧性剪切带的标志性构造之一。鞘褶皱的发育受剪切作用控制,其轴面和枢纽都与剪切带的糜棱面理、拉伸线理等特征构造有关(图版Ⅳ—8)。通过对鞘褶皱、旋转碎斑系、S-C面理等显微构造的研究,表明该区最少经历了三次剪切作用,早期为右行剪切,中期呈左行剪切,晚期显右行剪切。由于经历了多期(次)的变形、变质作用,早期右行剪切的S-C面夹角已经很难测量,只能对中、晚期的剪切作用进行研究。沿韧性剪切带边缘到中心再到边缘,中、晚期S-C面理夹角均为由大变小再变大,但中期的左行剪切强度远大于晚期右行剪切的强度。
        4. 位移量估算
                  笔者用实测中、晚期S-C面夹角进行了位移量的估算。通过S-C面与S-S面之间的夹角关系,即剪切带内面理与糜棱岩面理或剪切带边界之间的夹角关系,可以测定横过剪切带不同地段的剪切应变量:
                  即  r  =   2 /tanθ
                  θ为SC面与SS面之间的夹角。利用δs=R?δx,用作图法分别求出中、晚期剪切带的位移量,两者的面积之差即为该韧性剪切带的总位移量,最终求得宽坪群关石韧性剪切带的总位移量约为1359m。
        5. 有限应变测量
                  韧性剪切带中各种地质构造的产生均是岩石在应力作用下通过不同机制变形的结果,不同变形机制下的变形构造型式与其应变之间具有对应关系,岩石中原始分布较均匀的等轴状或不规则矿物颗粒或集合体,都会因遭受剪切变形后其形态发生改变,其畸变程度反映了应变的强弱。通过测量畸变后应变椭球体主轴的变化,可得出应变的大小;通过对关石韧性剪切带中的碎斑、伟晶岩透镜体、基性岩透镜体的测量,利用付林图解法和长短轴法对该韧性剪切带的应变作以下分析:
                 X、Y、Z分别代表ε1、ε2、ε3 ,并分别求出:
                 a  =  X / Y  =  (1 + еx)/(1 + еy
                 b  =  Y / Z  =  (1 + еy)/(1 + еz
                  并以a、b为座标作图。不同形状的应变椭球用K值来区别。通过对碎斑、透镜体,长短轴应变分析和付林图解分析表明应变椭球发生了强烈变形,该韧性剪切带力学性质以剪切为主,与野外观测基本一致。 < LI> 伸张量估算<BR>       张性岩脉及裂隙的宽度可用来代表裂缝拉开的宽度,即该裂缝的全量应变,通过系统测量岩脉和裂隙的宽度就可以获得单位长度的拉伸量,进而获得韧性剪切带的总拉伸量或全量应变。利用蔡学林(1993)变换的线性应变公式:
                 e  =  ∑△L / L。=  ∑△L / L  -  ∑△L
                 其中e为拉伸量,L为充填岩脉时现有露头单位长度,∑△L为单位长度内数条脉体总宽度。通过对野外露头各脉体的统计,最终得出该韧性剪切带的总拉伸量约为6.3%。
        6. 河流的下蚀作用及“V”型谷
                  河流以自身动能并以其搬运固体物质破坏河床的作用,称为河流的地质作用。河水的机械冲击力引起河床破坏。流水以其携带的泥砂和砾石作为工具,磨蚀河床,使其加深与变宽。该区河床坡度较大,水流湍急,在河底滚动和跳跃的砾、砂不断撞击河底,河流的下蚀作用非常强烈,可见下蚀凹槽以及“V”型谷。地势险要的石羊关就是河流长期下蚀作用的产物。
      • (四)秦岭梁教学地质点
        1. 秦岭群多期变形
                  沣峪秦岭群的构造特征是早期褶皱多呈残留形式出现,枢纽产状多变,早期的片理以及片麻理被后期多次混合岩化作用所叠加、改造。通过野外露头观测对比,初步确定分水岭区有三期构造变形。
                  第一期构造变形所产出的褶皱多呈残留形式出现,小褶皱轴面与早期片理(片麻理)平行,并发生弯曲,常生成片内无根褶皱。
                  第二期构造变形可分为两次。第一次主要表现为直立紧闭褶皱,第二次褶皱构造为线型紧闭同斜褶曲,轴线呈近东西向展布。
                  第三期构造变形主要表现为直立开阔褶皱,即轴面直立,枢纽水平,褶皱较为开阔。
        2. 秦岭群韧性剪切带
          • (1)空间展布
                    秦岭群韧性剪切带位于秦岭分水岭205微波站和820电视转播台之间,走向北西西,总宽度为149.2m,长度大于700m。剪切带内弱变形域出露的主要岩石为糜棱岩化黑云斜长角闪片麻岩、糜棱岩化角闪斜长片麻岩、片麻状花岗岩、斜长角闪片岩、黑云斜长片岩、变粒岩。强变形域出露黑云斜长糜棱岩、黑云斜长角闪糜棱岩,夹伟晶岩脉、长英质脉。岩石基本上均发生了糜棱岩化,并发育糜棱岩化伟晶岩脉。
          • (2) 动力变质岩特征
                    该韧性剪切带中岩石糜棱岩化普遍,但不如关石韧性剪切带糜棱岩化程度高。岩石发生了多次变形变质作用并糜棱岩化。黑云斜长片麻岩中,黑云母定向排列,片麻理发育。长英质糜棱岩中,碎基含量大于40℅,以长石、石英、黑云母为主。发育的旋转碎斑系中碎斑拖尾不很明显。碎斑最小为0.7cm×0.4cm×0.3cm,最大为3cm×2cm×1.2cm,一般约为1.3cm×1cm×0.5cm左右。伟晶岩透镜体也很发育,最小为1.8cm×1.2cm×0.6cm,最大为47cm×20cm×10cm,一般约为6cm×5cm×4cm。
          • (3)多期(次)活动
                    糜棱岩带中发育X共轭伟晶质、长英质岩脉,可见早、晚不同期(次)各类脉体的切穿关系。韧性剪切带中黑云斜长角闪岩糜棱岩或糜棱岩化黑云斜长角闪岩中,常见初糜棱岩化的伟晶岩脉,并发育较大透镜体和包裹体(110cm×60cm×30cm)。后期充填的长英质脉体将具初糜棱岩化的伟晶岩脉切穿,长英质岩脉亦糜棱岩化。
                    韧性剪切带中发育紧闭、同斜、片内无根等a型褶皱。这类褶皱的主要特征是,褶皱枢纽与拉伸线理(a轴线理)近于平行。紧闭褶皱近平行排列,轴面产状15°∠20°,枢纽产状300°∠15°;同斜褶皱,先右行逆冲剪切,后左行滑动,两翼产状分别为256°∠50°、256°∠60°,轴面产状190°∠50°。长英质脉发生“Z”型变形并出露雁行状脉。上述事实都表明韧性剪切带经历了多期(次)活动,早期为右行逆冲剪切,后期为左行剪切。若沿垂直韧性剪切带走向剖面观测,S-C面理夹角变化复杂。早期的右行逆冲剪切沿剖面S-C面理夹角先由大变小,后由小变大;晚期的左行剪切沿剖面S-C面理夹角先由小变大,后由大变小。但早期的右行逆冲剪切强度远大于晚期左行剪切的强度。
          • (4)位移量估算
                    笔者用实测早、晚期S-C面理夹角对该韧性剪切带进行了位移量的估算。通过测量C面与S面之间的夹角关系,即剪切带内片理(片麻理)与糜棱岩面理或剪切带边界之间的夹角关系,可以测定横过剪切带不同地段的剪切应变量,用作图法分别求出早、晚期剪切带的位移量,早、晚期面积之差即为该韧性剪切带的总位移量,最终求得秦岭分水岭韧性剪切带的总位移量为6324m。需要提及的是,由于野外剖面上有些地段只有早期S-C面理夹角,有些地段只有晚期S-C面理夹角,在角度处理时,采用了与上、下对比取角的方法可能对位移量的结果产生了一定的影响。
          • (5)有限应变测量
                    在野外,对秦岭分水岭韧性剪切带中碎斑、伟晶岩透镜体测量后,利用付林图解法和长短轴法对该韧性剪切带中的碎斑、透镜体的应变椭球体和韧性剪切带的应变作以分析。通过对碎斑、透镜体付林图解法和长短轴法的分析表明,该韧性剪切带以剪切为主,韧性剪切带中的碎斑、透镜体的应变椭球三个主轴均发生了变形。
          • (6)伸张量估算
                    通过对野外露头各脉体的统计,最终得出该韧性剪切带的总拉伸量约为5.3%。由于该剖面相当部分存在第四系覆盖,可能对总伸张量结果产生了一定的影响。
        3. 秦岭分水岭地质作用
                  秦岭梁是长江流域和黄河流域各水系的分水岭,其南侧各支流水流入长江,其北侧各支流水流入黄河。在西(安)—(安)康公路通过的分水岭附近,学生既可以看到外动力地质作用,又可以观测到内动力地质作用。
          • (1) 外动力地质作用
                    在河流源头处,由于地形较陡,下暴雨时,水流湍急,河流的下蚀作用表现出类似瀑布后退的现象,使河谷不断向上(分水岭方向)推进、伸长,这种作用过程称之为河流的向源侵蚀作用。
                    分水岭两侧相邻的河谷,由于河谷坡度、岩性、构造、以及下暴雨时河水量等的差别,可以出现不同的下蚀强度。下蚀强度大的河谷,其向源侵蚀作用往往较强烈,河谷向分水岭伸长较快,使分水岭不断降低,同时又不断向侵蚀作用弱、速度慢的河谷所在一侧移动。最后,侵蚀速度快的沟谷可以袭夺侵蚀速度慢的沟谷,使其归入自己的沟谷,这种现象称之为河流的袭夺。侵蚀力强的河流称为袭夺河,侵蚀力弱的河流叫断头河。
          • (2)内动力地质作用
            1. 区域变质岩及混合岩
                      在西(安)—(安)康公路通过的分水岭附近,主要出露秦岭群区域变质岩,包括石英片岩、云母片岩、斜长角闪片岩、黑云(角闪)斜长片麻岩等等。
                      石英片岩一般呈灰色,似层状产出,具片状构造,鳞片粒状变晶结构或纤维鳞片变晶结构,主要矿物有石英(含量>50%)、黑云母和白云母(含量>30%)、斜长石(含量15-20%)等。根据矿物组合,原岩成分属副变质岩。
                      云母片岩一般呈灰黑色,似层状产出,具片状构造,粒状变晶结构或鳞片变晶结构,主要矿物有黑云母(含量30%35%)、白云母(含量25%-30%)、石英(含量5%-10%),偶见矽线石、红柱石。因矽线石、红柱石等特征矿物的出现,该类岩石原岩成分属副变质岩。
                      斜长角闪片岩一般呈灰黑色或灰绿色,粒状变晶结构或纤维粒状变晶结构,片状构造,主要矿物有角闪石(含量>50%)、斜长石(含量20%-30%)、石英(含量5%-10%)以及黑云母、绿帘石、钾长石等。
                      黑云(角闪)斜长片麻岩呈灰色或深灰色,具片麻状构造,鳞片粒状变晶结构,主要矿物有斜长石(含量40%-45%)、石英(含量30%-40%)、黑云母(含量15%-20%),少量角闪石、钾长石等。如果角闪石含量比黑云母多时,则可称其为黑云角闪斜长片麻岩。
                      除了上述各类区域变质岩之外,秦岭梁公路通过的分水岭附近还出露混合岩,主要有注入混合岩、混合片麻岩和混合花岗岩。
                      注入混合岩主要有条带状混合岩,岩石基体占50%-70%,脉体占30%-40%,二者界线分明。基体成分以斜长石为主,其次为石英、黑云母,少量角闪石;脉体成分主要有钾长石、斜长石和石英。
                      混合片麻岩以条痕状混合片麻岩和花岗质混合片麻岩为主。岩石呈灰色,基体、脉体界线不清,以脉体成分为主,占50%以上,由斜长石、钾长石、石英组成,基体成分主要有斜长石、黑云母,少量角闪石。
                      混合花岗岩主要为黑云母混合花岗岩。岩石呈灰色或灰白色,中细粒结构,块状或片麻状构造。组成矿物主要有钾长石(40%-60%)、石英(30%-40%),次为斜长石、黑云母,少量角闪石、辉石。该类岩石基体物质几乎完全消失,但有的岩石仍然保留一定数量的残留阴影构造和片麻状构造。混合岩化作用方式以重熔交代作用为主。
            2. 构造
                      西(安)—(安)康公路通过的分水岭附近,脆性断裂较为发育,既有断层,又有节理。
                      节理是岩石中规模小、没有明显位移的断裂。剪节理、张节理的主要特征在该区均可见到。根据节理的交切关系及其与其它地质体的生成顺序可以学习节理的分期。后期形成的节理常切断前期的节理;一组节理延伸到另一组节理前突然中止,这种现象叫限制,被限制的节理形成较晚;后期形成的节理利用早期节理,顺早期节理追踪或对早期节理加以改造;如果两组节理互相交切,一组左行,另一组右行,说明两组节理是同时形成的,并称其为共轭关系;被早期岩脉充填的节理生成较早,被晚期岩脉充填的节理生成较晚,无任何充填物的节理生成更晚。利用共轭节理、追踪张节理、两组雁行状节理等可以学习节理的配套并进而学习动力学分析,两组节理的交线可近似代表δ2的方位;在脆性环境下,其锐夹角等分线或追踪剪节理形成的锯齿状张节理可近似代表δ1的方位,其钝夹角等分线或与δ1-δ2面垂直者为δ3的方位。
                      断层是岩石中规模较大、岩层或岩体沿破裂面发生明显位移的断裂。断层是一种面状构造。断层面是将岩层或岩块断开并顺其滑动的破裂面,往往不是一个产状稳定的平面,顺走向或倾向发生变化而形成曲面。断层一般不是一个面,而是由一系列破裂面或次级断层组成的带,即断层带。
                      西(安)—(安)康公路通过的分水岭附近,断层较多,既有正断层,又有逆断层。
                      正断层是断层上盘沿断层面相对向下滑动,下盘沿断层面相对向上滑动的断层。产状一般较陡,倾角大多在45°以上,甚至高达70°-80°;其中的构造角砾岩棱角显著,大小混杂,可见碎裂岩,超碎裂岩不发育,成分简单;通常未见强烈挤压形成的复杂小褶皱等现象。正断层是区域性引张的结果,是构造伸展作用的产物。
                      逆断层是断层下盘沿断层面相对向下滑动,上盘沿断层面相对向上滑动的断层。根据断层面倾角的大小,可分为高角度逆断层和低角度逆断层。高角度逆断层倾角一般较陡,大多大于45°;低角度逆断层倾角一般较缓,大多小于45°,一般多在30°左右或更小。逆断层常显示出强烈的挤压破碎现象,形成构造透镜体、碎粒岩、碎粉岩等动力变质岩;常出现劈理化、节理化及各种复杂小揉皱。这些小揉皱轴面与主断层面常成小角度相交,其所交锐角指示对盘运动方向。构造透镜体长轴与主断层面常成小交度相交的锐角亦指示对盘运动方向。碎粒岩是被断层两盘研磨得很细的动力变质岩,组成碎粒岩成分是原岩的细粉或细粒或是原岩的矿物碎粒,一般在0.1m m-2 m m。碎粉岩的岩石颗粒被研磨得更细,粒度比较均匀,一般在0.1m m以下。
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