褶皱形成中的压扁作用

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岩层在顺层挤压作用下，总要引起平行于主压应力方向的缩短和垂直于主压应力方向的伸长，即压扁作用 (flattening) 。在弹性-弹黏性弯曲变形过程中，随着褶皱的加剧而紧闭，造成岩层原始长度的缩短和弯曲的弧线长度增加，而岩层厚度基本不改变，这表现在典型的平行褶皱的发育过程中。对于黏度小 (或韧性高) 的岩层，则会在平行压应力方向上岩层整个缩短，垂直于压应力方向岩层加厚。兰姆赛和兰伯格 (H. Ramberg) 等通过野外观察和模拟实验，认为岩层在形成褶皱的整个发育过程中都有压扁作用，并可将其看作是岩石形状受顺层挤压作用而发生塑性变化的一种变形过程。压扁作用对褶皱的形态及其中应变的分布 (表现为伴生小构造) 都有显著影响。

1) 在压扁作用下，褶皱岩层内各点应变状态也随之发生有规律的变化。如图10-41所示，随着纵弯褶皱作用增强，压扁作用也相应增强，褶皱层内各点应变椭球的长轴逐渐旋转到与褶皱轴面平行的方向上。压扁作用越强烈，应变椭球越扁，整个褶皱也就越紧闭。

2) 在褶皱形成过程中因压扁作用而使褶皱岩层的厚度也相应发生变化，表现为翼部岩层变薄，转折端岩层变厚，从而使整个褶皱由平行褶皱向相似褶皱发展。兰姆赛根据理想的弯曲褶皱和整个褶皱的压扁量的系统变化特征，提出一个根据倾角与厚度之间关系计算压扁率的方法。不过这个求算褶皱压扁率的方法是假定褶皱变形过程中应变椭球体的轴方向没有改变，同时还以在测定范围内压扁作用是均匀一致为前提的。

3) 压扁作用也使诸如岩石中的鲕粒、砾石以及具对称要素的化石 (如三叶虫﹑腕足类﹑笔石﹑羊齿等，或矿物晶体如黄铁矿、石榴子石) 发生变形，对它们变形后的形状与原始形状进行对比，也可以推断压扁作用的程度。

4) 在压扁作用下，位于褶皱翼部的脆性薄岩层往往在垂直压缩方向的拉伸下形成石香肠、构造透镜体; 如韧性褶皱岩层经受强压扁作用，则会发生轴面劈理; 当压扁作用不均匀时，则会沿劈理面发生差异滑动，形成以层面为标志面的剪切褶皱。当褶皱是由脆性和韧性岩层相间组成时，经受强烈持续压扁作用后，韧性岩层就会产生劈理，强硬岩层则会因压扁形成所谓的 “无根钩状褶皱”(图10-41C) ，这是强烈褶皱的变质岩区，如河南嵩山、内蒙古温都尔庙等地变质岩中普遍存在的构造现象。

褶皱形成中的压扁作用调查

根据褶皱形态及其伴生构造所反映的褶皱形成过程，以及在形成过程中的物质运动规律和应变的分布情况，并结合模拟实验进行理论分析，可将褶皱形成机制分为纵弯褶皱作用、横弯褶皱作用、剪切褶皱作用及柔流褶皱作用。

1.纵弯褶皱作用

岩层受到顺层挤压力的作用而发生褶皱，称为纵弯褶皱作用。地壳水平运动是造成这种作用的地质条件。地壳中大多数褶皱是纵弯褶皱作用形成的。图4-28表示单层纵弯褶皱作用。在结构均一的单层板状材料的侧面上画上几排小圆，平板发生纵弯曲变形后小圆形态的变化反映了褶皱内部应变情况。从原来的小圆变为椭圆的分布说明弯曲层外凸的一侧受到平行于弯曲面的引张而拉伸，内凹一侧则受到挤压而压缩，二者之间的一排小圆表示了一个既无拉伸也无压缩（无应变）的中和面（图4-29A）。拉伸应变与压缩应变分别向中和面逐渐减小。随着弯曲加剧和曲率的增大，中和面的位置逐渐向核部迁移。

图4-28 单层纵弯曲的应变分布

（据B.E.Hobbs，1971）

图4-29 单层纵弯曲的应变状态及内部小构造

（据M.P.Billings，1947）

当单一岩层或彼此粘结很牢成为一个整体的一套岩层受到侧向挤压形成纵弯曲时，在不同部位可能产生一系列有规律分布的内部小构造。如岩层韧性较高，外凸侧会因拉伸而变薄，内凹侧则因压缩而变厚（图4-29B）；如为较脆性的岩层，在外凸侧常产生与层面正交、呈扇状排列的楔形张节理或小型正断层，而在内凹侧因压缩而产生逆断层（图4-29C）；或在一定条件下（如微层理发育）内凹侧可能发生小褶皱（图4-29D）。

当一套层状岩石受到顺层挤压时，层面在形成褶皱的过程中起着重要的作用，以致岩层常通过下列两种方式形成褶皱，一种方式是弯滑作用，另一种方式是弯流作用。

（1）弯滑作用

这种作用指一系列岩层通过层间滑动而弯曲成褶皱的作用。纵弯褶皱作用引起弯滑作用的主要特点是：

1）各单层有各自的中和面，而整个褶皱没有统一的中和面。各相邻褶皱面保持平行关系，各岩层的真厚度在褶皱的各部位基本一致，故纵弯曲引起的弯滑作用往往产生平行褶皱（图4-29A），即ⅠB型褶皱（图4-18）。

2）纵弯褶皱作用引起的层间滑动是有规律的，一般背斜中各相邻的上层相对向背斜转折端滑动，各相邻的下层则相对向相反方向，即向相邻向斜的转折端滑动（图4-30）。由于层间滑动作用，一方面强硬岩层，在翼部可能产生旋转剪节理、同心节理（图4-31）及层间破碎带等，且在滑动面上留下与褶皱枢纽近直交的层面擦痕（图4-32）；另一方面，由于两翼的相对滑动，往往在转折端形成空隙，造成虚脱现象，此时如有成矿物质填充则形成鞍状矿体（图4-33）。

图4-30 纵弯褶皱的弯滑作用

原为垂直层面的直线，弯曲后发生错位所反映的层间滑动特点

图4-31 弯滑褶皱中的节理

图4-32 弯滑褶皱中发育的层面擦痕

3）当两个强硬岩层之间夹有层理发育的韧性岩层的条件下，发生纵弯褶皱作用，则会在层间滑动的力偶作用下，使薄层韧性岩层发生层间小褶皱。位于主褶皱翼部的层间小褶皱多为不对称褶皱（图4-34），小褶皱的轴面与其上、下相邻的主褶皱面所夹锐角指示其相邻层的相对滑动方向。除平卧褶皱和翻卷褶皱外，可以根据上述层间滑动规律来判断岩层顶、底面，从而确定岩层层序是正常的或倒转的以及背斜和向斜的位置（图4-35）。

（2）弯流作用

纵弯褶皱作用指岩层弯曲变形时，不仅发生层间滑动，而且某些岩层的内部还出现物质流动现象。上、下层面对褶皱层内物质的流动起着控制作用。纵弯褶皱的弯流作用的主要变形特征是：

1）层内物质的流动方向，自受压的翼部流向转折端，岩层在转折端部位不同程度地增厚，翼部相对减薄，从而形成Ⅱ类相似褶皱或Ⅲ类顶厚褶皱（图4-18）。

2）当软岩层与硬岩层互层，受到顺层挤压时，硬岩层难以发生流动，仍形成平行褶皱（IB型褶皱），而软岩层易于流动，填充了由于层间滑动形成的虚脱空隙，从而形成与硬岩层褶皱形态不同的顶厚褶皱（图4-36）。

3）当硬岩层中夹有一大套层理发育相对易流动的韧性岩层时，物质的流动并不顺其微层理发生层间差异流动，而是在主褶皱的翼部和转折端形成从属褶皱。这些从属褶皱显示了层内物质向转折端流动的特征（图4-37）。

图4-33 弯滑作用在转折端形成的虚脱现象和鞍状矿体

图4-34 纵弯褶皱的弯滑作用形成的层间小褶皱

（据E.W.Spencer，1977）

箭头表示顺层滑动方向

图4-35 利用纵弯褶皱中的层间小褶皱确定岩层产状正常或倒转，以及背斜、向斜位置

（据M.P.Billings，1947）

a—直立岩层；b—正常倾斜岩层；c—倒转岩层

图4-36 砂岩、页岩组成的褶皱

注：砂岩成平行褶皱，页岩成顶厚褶皱；点线为砂岩；断线为页岩

图4-37 桂林甲山倒转褶皱及其中的从属褶皱

石灰岩形成倒转褶皱，其间泥灰岩形成从属褶皱

4）在侧向挤压下软岩层发生强烈层内流动，可产生线理、劈理或片理（兼有变质作用）等小构造；如其间夹有脆性薄岩层，还可形成构造透镜体和无根褶皱等（图4-38）。

2.横弯褶皱作用

岩层受到和层面垂直的外力作用而发生的褶皱，称为横弯褶皱作用。地壳差异升降运动，岩浆或岩盐的底辟作用以及同沉积褶皱作用所形成的褶皱都属于横弯褶皱。与纵弯褶皱作用相比，这种褶皱作用是较为次要的。

横弯褶皱作用也会引起弯滑作用和弯流作用，但是，它们与纵弯褶皱作用有明显的不同，其特点如下：

图4-38 弯流褶皱的内部构造

①厚层硅质灰岩；②炭质板岩夹薄层硅质灰岩；③顺层流劈理；④顺层剪裂面；⑤张节理；⑥由硅质灰岩形成的构造透镜体；⑦翼部剪节理；⑧反扇形流劈理

（1）横弯褶皱的岩层整体处于拉伸状态，一般不存在中和面，其应力迹线如图4-39所示。

（2）横弯褶皱作用往往形成顶薄褶皱（即IA型褶皱），尤其由于岩浆侵入或高韧性岩体上拱造成的穹隆更是如此（图4-40），在这种情况下，顶部不仅因拉伸而变薄，而且还可能造成放射状断裂或同心圆状环形断裂，如为矿液充填，就会形成放射状或环状矿体。

（3）横弯褶皱作用引起的弯流作用使岩层物质从弯曲的顶部向翼部流动，易于形成顶薄褶皱。韧性岩层在翼部由于重力作用和层间差异流动可能会形成轴面向外倾倒的层间小褶皱，其轴面与主褶皱的上、下层面的锐夹角指示上层顺倾向滑动，下层逆倾向滑动（图4-40）。

图4-39 横弯褶皱中的应力迹线

（据马瑾等，1965）

图4-40 横弯褶皱作用引起的弯流作用

（据J.D.Dennis，改绘）

虚线代表σ1，点线代表σ3

注意层间小褶皱轴面产状正好与纵弯滑引起的层间小褶皱轴面产状相反。1—弧形隆起基底；2、3、4—泥质岩层

3.剪切褶皱作用

剪切褶皱作用又称滑褶皱作用，这种作用使岩层沿着一系列与层面不平行的密集劈理面发生差异滑动而形成“褶皱”（图4-41）。原始层面（S0）在这种褶皱作用中已不起控制作用，只是反映滑动结果的标志，故这种褶皱作用又称为被动褶皱作用。

剪切褶皱作用的主要特点是：

（1）在横剖面上平行轴面（也是滑动面）方向所量得的褶皱不同部位的层的“厚度”都基本相等，故剪切褶皱作用形成褶皱为典型的相似褶皱（图4-41）。

（2）剪切褶皱作用所形成的褶皱并非岩层面真正发生了弯曲变形，而是层面沿密集的平行劈理或片理面发生差异滑动而显现出弯曲的外貌（图4-42）。

图4-41 剪切褶皱作用形成的相似褶皱

（据E.S.Hills）

大箭头示剪切作用方向；小箭头示平行轴面量的“厚度”

图4-42 剪切褶皱作用模式图

（3）垂直轴面方向岩层的长度，在褶皱前与褶皱后保持不变，如图4-41，OL=O′L′。

（4）剪切褶皱作用形成的褶皱是岩层沿剪切面差异滑动结果，所以在褶皱轴面两侧的相对剪切方向是相反的（图4-42）。

在变质岩中劈理和片理特别发育，因此，剪切褶皱作用多发生在变质岩区。它往往使层理或前期的劈理、片理错动成锯齿形或其他形态的褶皱。

4.柔流褶皱作用

柔流褶皱作用是指高韧性岩石（如岩盐、石膏或煤层等）或岩石处于高温高压环境下变成高韧性体，受到外力的作用，而发生类似于粘稠流体的流动变形，从而形成复杂多变的褶皱。如盐丘构造的底辟核的膏盐层就是一种形态复杂的柔流褶皱（图4-20）。变质岩或混合岩化的岩体中有些长英质脉岩受力流变而成的肠状褶皱（图4-43），也是一种柔流褶皱。肠状褶皱在深变质岩中是很普遍的一种构造现象。这类肠状褶皱或者是早期侵位的岩脉在围岩发生变形和变质过程中发生流变而形成；或者是在强烈变形时期，贯入到褶皱岩层中的脉岩，后来又与围岩一起变形而成。

应当指出的是，柔流褶皱作用与上述受层理控制的弯流褶皱作用常有互相过渡的现象，如有些煤层经受强烈的弯流褶皱作用时，煤层发生柔流，突破层面的限制，在局部地段形成肠状褶皱，造成煤层在一处变厚，在另一处变薄或尖灭现象（图4-44）。在煤矿勘探、开采中应注意这个问题。

图4-43 肠状褶皱

图4-44 萍乡青山矿5-6线剖面

构造变形的控制作用

岩层在侧向顺层挤压力的作用下，会引起平行主压应力方向的缩短和垂直于主压应力方向的伸长，即压扁作用。岩层在形成褶皱的整个发育过程中都有压扁作用，压扁作用对褶皱的形态及其内部的应变分布都有显著的影响。

（a）在压扁作用下，褶皱岩层内各点应变状态也随之发生有规律的变化，随着纵弯褶皱作用增强，压扁作用也随之增强，褶皱层内各点应变椭球体的长轴X逐渐旋转到与褶皱轴面平行的方向上，压扁作用越强烈，应变椭球越扁，整个褶皱就越紧闭。

（b）在褶皱形成过程中，因压扁作用而使褶皱岩层的厚度也相应发生变化，表现为翼部岩层变薄，转折端岩层变厚，从而使整个褶皱由平行褶皱向相似褶皱发展。

（c）压扁作用也使岩石中的鲕粒、砾石以及具对称要素的化石（如三叶虫、腕足类、笔石、羊齿等），或矿物晶体（如黄铁矿、石榴子石等）发生变形，将它们变形后的形状与变形前的原始形状进行对比，可以推断压扁作用的程度。

（d）在压扁作用下，位于褶皱翼部的脆性薄岩层往往在垂直压缩方向的拉伸作用下形成石香肠、构造透镜体。

（e）在压扁作用下，位于褶皱翼部的韧性岩层会形成与褶皱轴面平行的密集的轴面劈理，当压扁作用不均匀时，则会沿劈理面发生差异滑动，形成以层面为标志面的剪切褶皱。

（f）当褶皱是由脆性和韧性岩层相间组成时，在经受强烈持续的压扁作用之后，韧性岩层就会产生劈理，强硬岩层则会因强烈压扁形成“无根钩状褶皱”（图8.17），这种变形现象在强烈褶皱的变质岩区较为普遍。

（g）在厚层韧性岩层（如泥岩）夹薄层强硬岩层（如石英砂岩）组成的岩系受到侧向顺层挤压，在尚未发生褶皱时，岩系先整体平行主压应力方向压缩，垂直主压应力方向伸长使厚度略增加，在持续挤压下，韧性厚岩层继续压缩，而其间的薄层强岩层则形成一系列小褶皱以适应压缩。随着整个岩系在纵弯褶皱作用下形成大型主褶皱，这时强硬薄岩层中的小褶皱整体也随着主褶皱而弯曲，这些小褶皱在枢纽部位仍保持对称式（M型），在两翼则变为不对称褶皱（左翼为S型，右翼为Z型）（图8.18）。

图8.17 岩层强烈压扁及无根勾状褶皱

图8.18 强弱岩层相间形成褶皱示意图

地质工作者早已注意到金矿床与区域断层或断裂之间的关系。进入80年代中期以来，在对太古宙绿岩带金矿床的深入研究时，特别是M.博纳梅宗对石英脉型金矿提出剪切成因的新观点、建立了石英脉3阶段剪切成矿模式后，大大地促进了世界范围内剪切带控矿理论的研究。澳大利亚学者艾森诺尔和格罗夫斯等人（1989）通过对诺斯曼－维卢纳绿岩带以卡尔古利为代表的典型矿床的研究，提出金矿赋存于巨型剪切带（深大断裂）的次级剪切带系统中，并认为矿化是由流体压力在二级构造内的周期性波动引起的，一级构造则具有稳定的流体源，起流体通道的作用。以A.C.Colvine和Hodgson等（1988,1989）为代表的加拿大学者，则通过对安大略省太古宙岩金矿床的研究，建立了在变形带内变形型式与矿脉的垂向分布模式，对变形与矿化之间的关系进行了系统的讨论。总之，对金矿的控制作用研究都主要集中在导矿构造、赋矿构造以及促进流体组分和矿质活化3个方面。

在五台山大多数绿岩带金矿床（矿化），多与构造变形有关，不论它是褶皱还是断裂、是脆性还是韧性，都分布于剪切变形带内，并受剪切变形带的控制。具体地讲，金矿床（化）与紧闭褶皱翼部的剪切变形带有关；剪切裂隙控制了矿床内金矿脉的分布。

（一）金矿床的构造控制——紧闭褶皱翼部剪切变形带中的金矿床

一个金矿床，抑或富矿体均与构造上的扩容带有关。在绿岩带内岩石由于遭受强烈的挤压作用而发生褶皱，以致形成紧闭同斜的褶皱构造。在褶皱作用期间，褶皱各个部位应力场会发生变化，一般在褶皱轴部由于被褶皱岩层的能干性有明显差异，形成所谓的虚脱构造即局部的扩容带，后被矿化流体充填形成鞍状脉。在褶皱翼部，往往是倒转翼，它们或在持续的挤压过程当中产生层间滑动，形成局部性的剪切变形区；或由于褶皱本身即属于变形带内的剪切褶皱，在递进变形过程中发生非共轴变形，倒转翼上的岩层发生强烈的变形，较硬的岩层被拉伸变薄，呈透镜状、串珠状展布。

图3-10（a）为露头尺度的小褶皱素描（花咀一带），产于片岩之中，可以看出褶皱的石英脉体在翼部明显变薄，显示局部的拉伸作用，图3-10（b）则为紧闭褶皱翼部发育的微型剪切带，可以看出沿褶皱之翼部，片理化程度增高，形成一个狭窄的强变形带。石英脉沿该带及褶皱核部的虚脱部位分布，二者均反映出变形带与褶皱的密切伴生关系，这种特征亦适合于矿区规模的构造，下面以狐狸山金矿区为例加以说明。

图3-10　褶皱翼部剪切变形素描图

（a）—片岩中紧闭的小褶皱素描，显示褶皱翼部的剪切拉伸作用（花咀）；（b）—露头尺度的紧闭褶皱素描，可以看出在翼部产生的剪切带（黄毛里）

狐狸山金矿区位于五台山西南角，区域上五台群变质火山－沉积岩与滹沱群的变质砾岩、石英岩相间产出，为一系列的等斜褶皱，轴面大致向NW倾斜，狐狸山矿区则处于一紧闭背斜（形）的南翼或紧闭向斜（形）的北翼，地层北老南新，向北倾斜，属于倒转。五台群变质岩层包括绿泥片岩、条带状铁建造、绢英片岩、石英岩及碳质千枚岩等，发生了强烈的层间剪切作用，形成了数条宽度不等，最大20余米的强变形带。

构造填图表明，金矿区主要是在NW-SE向挤压作用下，形成褶皱和剪切变形带共同发育的构造格局，在南部与滹沱群变质砾岩及石英呈逆冲接触关系，见图3-11。区内主要褶皱构造有3期：WF1为层内（片内）无根褶皱，在露头尺度和显微尺度下反映属于早期层褶，并形成透入性的片理WS1，其褶轴B1由于后期叠加变形而变得近于直立；第二期褶皱WF2在大尺度的构造地质图上反映比较清楚，露头尺度以发育斜交片理（WS1）的折劈理（WS2）和膝析（F2）为特征。WF2为一种较为开阔的轴面近水平的褶皱，规模较大，但仅发育于矿区北部。

与剪切变形有关的是WF2褶皱。构造解析表明，WF2褶皱是早期褶皱递进变形的结果，其拉伸线理（324°∠68°）与WF2褶轴及WF1褶轴变位后的轴产状一致。反映出非共轴的变形特征，代表了区内主要的剪切变形阶段，其强烈的剪切变形沿WF2褶皱的倒转翼最为特征，在露头尺度上沿剪切变形带可见石英岩、铁建造等较强硬的岩石布丁化以及广泛分布的拉伸线理，拉伸线理（La）以矿物线理、杆状构造为代表。在显微尺度下则可以见到S-C组构、长石残斑及石英残斑的不对称构造、“云母鱼”构造等，相应的构造岩类型为典型的糜棱岩。从变形型式上看应属于脆韧性－脆性的范围。

图3-11　狐狸山金矿床构造剖面图

金矿床严格地分布在强变形带内，以里德尔剪切系中的D脉和P脉形式产出。金主要赋存在硅化石英岩的石英粒间和裂隙中，有时也在石英中呈包体出现，矿体周围可见明显的硅化、绢云母化、碳酸盐化、黄铁矿化等围岩蚀变沿变形带分布，它们均是在剪切期间流体与围岩相互作用的结果，最终导致金的沉淀。

这种类型的剪切变形带对金矿床的控制作用主要表现在：

1.提供并输送成矿流体。富CO2的流体不管其来自深源，还是变质地层，往往在剪切变形带内富集并导入成矿空间，如上所述广泛沿变形带分布的碳酸盐化、绢云母化蚀变（狐狸山、康家沟、代银掌）即是佐证。

2.随着剪切变形的继续，可能伴随有Au和其它元素的活化、迁移，并不间断地向扩容带输送，从而建立起高的流体压力梯度和成矿组分的浓度梯度。一旦其中一种因素发生变化，如当流体压力远远大于静岩压力（Pf≥Pr）时发生的水力破碎作用，或pH、Eh、fo2发生变化或几种因素共同起作用时，都可能引起金的沉淀。

3.岩性通过构造变形对金矿化起作用，说明一定的岩性组合有利于剪切变形的发生，从而对金矿化显示出间接的控制意义。

在五台山西部柏枝岩组/文溪组的铁建造中，当磁铁石英岩厚度不大，且与片岩相间产出的地方，如果发生强烈的褶皱作用，往往在翼部由于层间剪切滑动，产生局部的剪切变形带，就可能形成一定意义的矿化。这是由于厚度和能干性有明显差异的岩层在褶皱作用和剪切变形期间变形机制不同，能干性小的软岩层易于发生塑性变形，形成强叶理化的岩石，能干性较大的硬岩层往往以脆性变形为主，产生各种裂隙如张裂隙、剪裂隙等。二者均可使岩石的渗透性增高，成为矿脉充填的有利空间。区内的大部分金矿床均与这种岩性组合有关。

4.剪切变形带产生的脆性裂隙是活化金聚集的场所，这一点将在下节中详细讨论。

（二）金矿体的构造控制－剪切裂隙中的金矿体

如果说剪切变形带控制金矿床的分布及其规律，那么，金矿体（脉）则受变形带内剪切裂隙的控制。在五台山西部，可以识别出的金矿脉类型有拉伸脉（刘家坪金矿脉）、呈细脉浸染状分布的交代脉（代银掌、小板峪等）以及剪切脉（狐狸山、小中咀）。脉体可以是单脉，也可以呈复脉产出，脉体类型、方位以及相互间的关系一般可以通过里德尔剪切裂隙得以解释。

在简单剪切条件下，无论是脆性变形、还是脆韧性变形环境都可以形成剪切脉。里德尔剪切系（图3-12）是脆性条件下的变形实验结果，但近年来的研究中人们已广泛应用于脆韧性以至韧性变形环境。其中以R型脉扩容最强（A.C.Colvine,1988），但Hodgson（1989）研究认为，多数矿床的容矿构造为雁行状脉、斜剪切脉（P）和中心剪切脉（D）。本区的情况也是这样，野外未见到发育良好的R型脉。刘家坪金矿脉呈雁行状排列，脉体略显弯曲，为拉伸裂隙脉，指示脆性变形环境；狐狸山金矿床则以P脉和D脉为主。图3-13为露头尺度的素描图，P脉为硅化石英脉，D脉为细晶石英脉，P脉与剪切叶理Sc呈小角度斜交，D脉平行Sc叶理。图3-14为P脉的空间分布立体图。可以看出，P脉沿剪切带呈雁行状展布，在剪切面理上基本与拉伸方向（La）一致。这两种脉基本上代表了狐狸山矿区的金矿脉类型，为脆韧性变形条件下的产物。康家沟矿区则见到网状脉，表明脉体之间形成时间大致相同。

图3-12　里德尔剪切裂隙图

图3-13　狐狸山金矿床含金石英脉的型式图

（a）—狐狸山金矿在近于垂直拉伸线理（La）断面上剪切叶理（Sc）和硅化石英脉D（中心剪切脉）及P脉（斜剪切脉＝La）之间的关系素描图，图的上方为西、下方为东；（b）—狐狸山矿区YD103号平硐口含金石英脉的排列型式素描，P脉为硅化石英脉，D脉为白色的细晶石英脉，小断裂是沿节理的轻微错动

浸染状矿脉一般产于强烈变形的剪切带内，加拿大学者（Colvine,1988,Hodgson,1989）称之为交代脉，其产出背景为韧性变形为主的环境。一般情况下，表现为强烈的硅化带和硫化物带，含有与叶理平行的窄的石英细脉、石英透镜体和扁豆体，赋存脉体的围岩往往是强烈的片理化带。这种类型的矿脉以代银掌矿化点为代表。那里的铁白云石脉、石英脉一般均为厘米级有时甚至是毫米级，沿片理呈透镜状、拉长的扁豆体状分布，矿化即与这种类型的脉体有关。这种细脉浸染状的矿脉，究其实质，也属于剪切裂隙，一般情况下它们与剪切带内C或C＇劈理发育有关，只不过脉的宽度小，密集分布罢了。叶理化程度高、渗透性强，是赋存矿化主岩的一个显著特征。

图3-14　狐狸山金矿床斜剪切脉（P脉）空间分布立体图

由此可见，区内金矿脉类型发育比较多，从细脉浸染状矿脉—剪切裂隙型矿脉均有分布，它们分别代表不同的变形环境，从韧性→脆韧性→脆性。每个矿区（矿化点）往往以一种类型为主，形成一个个小的金矿体，但都位于剪切变形带内，这些剪切裂隙对金矿体的就位起着直接的控制作用。

（三）构造与金矿床的分形理论分析

分形理论，又称分数维几何学，70年代由法国数学家曼德布罗特首创。它以自然界没有特征长度的图形、构造和现象的自相似性为研究对象，定量反映几何形态的复杂程度，揭示具自相似性形体的特征规律。这里所谓的自相似性，是指将所考虑的图形的一部分放大，其形状与主体相似。换言之，自相似性是在尺度变换下的结构不变性，用分数维数D来表示。

其数学表达式为：

五台山－恒山绿岩带金矿床地质

式中，N是特征性大小，大于r客体的数目。在用密度－密度相关系数结构进行计算时，C（R）为密度相关函数，R为密度（距离），它表示用不同的尺度（R）来测量具自相似性形体的某些参数（如边界、长度、面积、体积、交点等），测量结果就会随选择的尺度（R）不同而变化，二者符合幂函数规律，其幂函数的指数D值不变，就是说，可以用幂函数的指数D，即分数维，来定量表达自相似性特征。

这一理论近年来广泛地应用于地质领域，并取得了相应的成果。日本学者平田隆幸（Hirata）证明，岩石破裂具有自相似结构，无论是微破裂、节理系、断层系，还是不同尺度的断层，其几何图形都具有特定的分形维数（韩玉英，1992）。在五台山区，我们注意到不论是在大尺度的区域地质图上，还是在露头尺度上，抑或在变形岩石的显微尺度上，变形带与显微裂隙、构造蚀变带、石英位错线的分布之间有着极为相似的几何学特征，如图3-15所示。为此我们对这些构造的交汇点及端点进行了分形研究的统计测量，选取不同R值（代表不同尺度），统计交汇点及端点的数目，并对区域上沿剪切变行带分布的金矿（化）点的分布也进行了相应的统计测量，见表3-4，将统计数据投入图3-16中，在图3-15（b）的直角坐标系中呈双曲线分布，具幂函数特征。而在图3-15（a）的双对数坐标图上，各个直线的斜率即代表相应的分维数D值的大小。可以看出：1）5种类型的直线拟合得都比较好，由表3-4可知，相关系数最低也为0.948，说明在一定的尺度范围之内都表现为自相似的特征，可以应用分形理论来分析。这意味着，对显微构造的分析可以反映区域性的构造特征，反之亦然。2）D值的大小可以反映变形强度。D值愈高，几何形态愈复杂，构造运动愈强烈，相应地变形也就愈强烈。同时，它还可以定量反映地质现象的有序程度，维数（D）愈高，有序度越低，表中构造带的维数D从0.59到1.22，都比较小，说明五台山西部岩石的变形不太强烈，这一点与野外观察基本上一致。3）直线（2）代表区域金矿（化）点的分维数，D值为1.10。所测值的相关系数为0.966，表明不同品位的金矿床的分布亦具有分形结构，有序度不高，其D值与不同尺度范围的构造测量D值相差不大，反映出金矿（化）分布与剪切变形带密切的相关关系。

图3-15　不同尺度变形带的分布特征图

（a）—区域变形带及金矿化点；（b）—狐狸山矿区构造蚀变带；（c）—狐狸山矿区显微裂隙构造（WB018）;（d）—狐狸山矿区构造岩中石英的位错线（WB025，放大4.7万倍）

表3-4　不同尺度构造的分形统计计算表

图3-16　R-C（R）图解

（a）—双对数坐标的图解分析；（b）—普通坐标的图解分析

需要说明的是，对分形维数的物理意义及地质含义，可以在解释上有些差异，有关这一研究领域的一些问题还处在探索之中，但它毕竟为构造分析提供一种手段，无疑将有助于加深对剪切变形带与金矿（化）及其关系的认识。

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