什么是构造置换?
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发布时间：2024-09-05 00:36
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时间：2024-10-25 16:38
构造置换（structural transposition）是岩石的一种构造在经过递进变形过程后，被另一种构造所代替的现象。在前寒武纪高级变质杂岩中，许多貌似简单的成层岩层显示出来的面理与岩性层的平行性，实际上是岩石在变质固态流变过程中新生的构造要素，不断递进、置换先存构造的产物。所以，构造置换的过程，也是岩石变形变质重建的一种过程，既是一个构造物理的过程，也是一个构造化学的过程，体现了构造变形分解作用与变质分异作用的综合。因此，构造的置换总是同岩石面理和线理的形成和演化联系在一起的。
1.面状构造置换
特纳和韦斯（1963）总结了面状构造置换的模式，这种方式在浅变质岩区是经常可以见到的，它们表现以物理换位方式进行，出现新生面理不同程度改造先期面理。杨振升等（1988）对于高级变质岩区面状构造置换过程进行了总结，提出3种不同的面状构造置换的样式（图2-6-2）：
“W”形置换型式（简称W型），它是代表先期面理（Sn）被新生面理（Sn＋1）在不对称褶皱的陡翼上产生的局部置换的一种形式，Sn与Sn＋1多为截割关系，原有褶皱的完整性未被破坏，先期面理的完整性保存基本完好。
“N”形置换型式（简称N型），它是随着压扁作用增强，新生面理（Sn＋1）对先期面理（Sn）的置换已较明显，原有的褶皱样式已遭明显改造，褶皱多呈残片或呈新生面理（Sn＋1）内的片内褶皱。但通过褶皱残片还大致可以建立起原有褶皱的形象。这个类型是一种过渡置换型式。
图2-6-2 面状构造置换样式分布图
（据杨振升，1988）
“I”形置换型式（简称I型）是代表一种完全置换型式。原有的褶皱已几乎全部消失，先期面理和岩性层已几乎全部被改造并平行新生面理（Sn＋1），有时偶尔可以在新生面理带内见有残存的先期面理褶皱的透镜体或岩条。当面理置换达到这种程度时，岩石中新生岩性层产生，在区域上常呈线形条带状岩系延伸。
面状构造的置换与褶皱的生长、成熟乃至消亡的演化过程有着不可分割的联系。但是，构造的置换同样与韧性剪切带的形成和发展密切有关。因此在探讨不同产状岩层面状构造置换的方式时，不仅要考虑收缩变形的构造置换，而且研究剪切变形的各种构造置换现象。
岩层在顺层挤压形成纵弯褶皱压扁的过程中，褶皱的基本变形场是递进收缩变形场，岩石的应变总体上是共轴应变。尽管褶皱时岩层内部各点的应变状态的总趋势是应变椭圆不断变扁，其长轴方位不断旋转到与轴面平行的位置，但对褶皱内不同部位、不同产状的岩层来说，则会产生不同的构造效应和置换状况。强岩层和主应变轴的相对位置，在褶皱中一般有如下3种情况：
（1）强岩层与最小变形轴的交角＞60°（图2-6-3a），岩层基本上处于顺层拉伸状态，随着缩短量增加，逐渐减薄、拉断，形成香肠构造和单层透镜体，并不断旋转到与轴面劈理面平行。
（2）岩层与最小变形轴的交角＜60°（图2-6-3b），这类产状的岩层，递进变形前后可以有两种完全不同性质的有限应变。早期岩层变形以压缩为主，在递进挤压弱岩层劈理化同时，强岩层形成Z形或S形寄生褶皱；随着褶皱的强化，褶皱的包络面（S0）也相应发生旋转，当它越过与最小变形轴呈45°的无应变面后，褶皱岩层随之进入伸展变形状态，并不断向片内无根褶皱转化，一旦劈理化弱岩层全部从钩状转折端部脱出，在强烈置换的新生变质岩系内，强岩层便成为斜列的无根褶皱构造透镜体。
（3）强岩层与最小变形轴的交角＜30°或近于一致（图2-6-3c），岩层处于顺层挤压状态，从而在递进变形中由开始肿缩进而发育为对称的M型褶皱或窗棂构造。随着变形量增加，M型褶皱的波幅越来越大，新生轴面劈理也越来越发育，并逐步透入全部岩层，强岩层也在M型褶皱翼部被拉断，最终形成褶皱透镜体。
图2-6-3 共轴在递进变形过程中不同产状岩层的置换过程
（据马杏垣，1981）
图边数字为压缩百分率，箭头表示最小应变轴方向
岩层发生递进单剪变形时，岩石的应变是非共轴应变，当单剪位移逐渐增大时，主有限应变椭球最大变形轴与剪切带壁的夹角也随之变小，岩石中矿物的优选方位亦顺此扁平面发育而形成新生面理，从而使带内先存面状构造遭到置换。但对不同变形习性及其不同组合和不同产状的岩层来说，它们的构造效应和置换状况却并不一样。当较薄和软弱的岩层夹于两相对强硬的厚层岩石间时，如果岩层产状与剪切方向平行或低角度斜交，两侧强岩层遂沿软弱带剪切滑动，一般表现为顺层滑动。由于弱岩层中新生的置换面理经常与上下强岩层界面一致，因而导致剖面上下岩层的整合接触效应。当较薄和强硬的岩层夹于两相对较厚的软弱岩石间时，整个岩系的变形总体上处于被动状态。
当岩层产状与剪切方向呈正向斜交时（α＜90°）（图2-6-4a），岩层一开始就处于剪切一缩短的应变状态。待弱岩层劈理化并置换层理时，强岩层也相应形成不对称寄生褶皱，并从初始挠曲向顺层掩卧褶皱演化，同时，新生面理也不断从弱岩层向强岩层内部透入，发育为顺层掩卧扇形轴面劈理。这时，褶皱短翼已进入拉伸应变状态，岩层变薄或石香肠化，无根褶皱形成，新生韧性剪切面理基本或全面置换原生面理。
当岩层产状与韧性剪切带的剪切方向呈反向斜交时（α＞90°）（图2-6-4b），其应变历史则完全相反，变形一开始岩层就处于拉伸一剪切的应变状态，待弱岩层劈理化并置换层理时，强岩层也相应随之减薄或香肠化；当简单剪切位移越来越大时，石香肠块体会进一步向漂浮的片内岩块转化，形成新生的变质透镜体，似层状体。
2.构造置换的类型
构造置换作为一种地壳构造演化的现象，其作用、过程和效应均与构造的各种变形*有关，傅昭仁等（1989）依据变形*可以将分为横向构造置换和纵向构造置换。
（1）横向构造置换是在地壳伸展构造*下发生的，其主导机制一般与水平分层剪切、固态流变作用下的顺层流动褶皱和顺层韧性剪切带的发育过程密切相关。这种构造置换产生的新生面理是与顺层褶皱带的层型界面或顺层韧性剪切带平行的顺层面理。横向构造置换同样具有透入而不均匀的构造特征，但这种特征主要受先存层型界面的制约。
从高级变质杂岩的基本结构和成因来看，岩石在近水平顺层韧性剪切的递进变形过程中所发生的构造置换，大多数都与深层的韧性伸展构造系统的运动直接相关。而且不同型式的韧性伸展构造环境和伸展运动方式，直接控制了岩石横向构造置换的机制和过程，产生不同样式的构造。一般来说，韧性伸展构造在地壳深层次大体有两种基本构造型式：一种以区域性近水平拉伸和拆离为主导；另一种则以热穹窿起为基本构造型式。
图2-6-4 剪切递进变形条件下不同产状岩层的构造变形和面状构造置换
（据蔡学林，1996）
图边数字为各阶段角剪应变值（θ），α正向交角，α′反向交角
横向构造置换一方面表现为岩层的变质固态流动，伸展变薄的结果，变质岩层普遍透镜化和顺层叶理化。尽管由于顺层流动褶皱的发育会形成层状岩层多次折叠重复，乃至局部加厚，但整个岩系的厚度趋于变薄。地壳的伸展变薄，又使下部较深层次的已经成岩的花岗片麻岩或其他岩浆沿剥离断层被抽拉到较浅层次，导致岩石发生糜棱岩化，使块状或假层状岩石退变为SL构造岩。
在深熔片麻岩系发育的深部构造层次上，由于壳幔分熔作用和岩浆底垫侵位的结果，地壳的伸展作用无疑受大规模深熔物质的上涌所控制，在区域性高热流和物质部分熔融的环境下，必将导致上覆岩石的侧向扩展，使先存成岩或同构造的融合片麻岩石发生水平剪切运动而形成新生的高级变质的假层状岩层。这一型式的置换，在地壳普遍高温的太古宙高级区更为普遍，形成太古宙花岗一片麻岩穹窿的构造。
（2）纵向构造置换是在地壳收缩构造*下发生的，其机制一般与纵弯褶皱作用和压扁、压溶作用下轴面劈理的发育过程相联系，这一作用产生的一套产状大体一致的岩石系列，实质上是地层重复出现的结果。因此，在纵向构造置换彻底的地区，露头上看到的一套依次排列的岩性层序已经不再代表原始的层序，因而也就失去了它的地层学含义。在区域性直立叶理带发育和大规模构造岩片堆垛的构造区，认识这种掩蔽层序的现象在区域地质填图中至关重要。区域性大规模造山作用的结果，使先存顺层叶理以及相关的顺层韧性剪切带、早期韧性剥离断层和顺层掩卧褶皱等一系列早一世代的构造发生强烈的面理褶皱，形成了大规模产状一致的轴面劈理带并置换先存面状构造。这种由纵向构造置换而新生的巨型假单斜构造，常常可以在广大区域内发生。
在直立韧性剪切带，特别是走滑韧性剪切带发育的变质杂岩区，由于其韧性剪切运动中最大主压应力基本上处于水平状态，因而也会沿韧性剪切带发生纵向的构造置换，形成强置换糜棱岩带或构造片理带与弱（无）置换变质混合杂岩体相间列的构造格局。
