侵入岩体的观察和分析内容包括:岩体与围岩的接触关系分析、侵入岩体相带划分、岩体原生构造和次生构造的观察、侵入岩体形态恢复与剥蚀深度的确定、侵入岩体形成时代的确定。
一、岩体与围岩的接触关系分析
(一)侵入岩与围岩的接触关系
研究分析接触关系的目的是确定岩体的相对时代、产状、成因及寻找某些矿床。接触关系按成因分为侵入(热)接触、沉积(冷)接触、断层(构造)接触三类。
(1)侵入(热)接触:是岩浆侵入围岩而形成的接触关系。说明岩体时代较围岩晚。其主要标志:①侵入岩体边部有边缘带和冷凝边,平行接触面,原生流动构造较发育;②侵入岩体边缘有围岩的捕虏体;③在围岩中有自侵入岩体延伸的岩枝或脉岩;④环绕侵入岩体的围岩有接触变质现象,并呈带状分布,其变质程度离侵入岩体越远越弱,这种关系说明岩体的侵入时代晚于围岩。
就接触面形态而言,有平直状、波状、港湾状、锯齿状、枝杈状、顺层贯入状等(图8-17)。对于平直的和波状的接触面,可在露头上直接测量其产状。其他形状的接触面往往难以直接测量,需要在一定距离内估计其总产状,或选择代表性地段进行测量。
图8-17 各种侵入接触面形态素描图
(据原苏联1∶5万区测方法,1974,有修改)
(2)沉积(冷)接触:是指侵入体形成后遭受风化剥蚀,又为新的沉积层所覆盖,说明侵入体的时代较围岩时代老(图8-18)。其主要标志:①在接触面下,岩体顶部常有不平整的侵蚀面和古风化壳等风化剥蚀现象;②与围岩接触处一般没有冷凝边;③岩体内的原生流动构造或岩脉往往被接触面切割;④其上覆围岩无热液蚀变现象;⑤其底部常含有下伏岩体的岩屑、砾石或矿物碎屑;⑥当围岩为沉积岩时,则层理与接触面往往平行,且接触面大都较平整。
图8-18 江西于都桥头长潭独立侵入岩体同下石炭统云山组及沉积(冷)接触关系素描图
①下石炭统云山组(C1y)(含花岗岩碎屑底砾岩);②风化花岗岩;
③加里东期长潭独立侵入岩体(Chηγ)(粗-中粒黑云母花岗岩)
(3)断层(构造)接触:是指侵入岩体与围岩间的接触面为一断层或断裂破碎带构成的关系。说明断层较二者晚。其主要标志:①沿岩体和围岩接触带(或者其中之一)有挤压、破碎痕迹,常形成断层角砾岩带、糜棱岩带或片理化带;②破碎同时伴随各种热液蚀变甚至矿化作用,常见有绿帘石化、绿泥石化、绢云母化、硅化等蚀变,有时石英脉发育;③接触线一般平直,切过岩体不同相带,或切过流动构造、脉岩等。
(二)侵入岩体间接触关系的研究
(1)脉动型(突变型)侵入接触关系:源于深部岩浆单独一次的贯入,称为脉动。接触面两侧岩石表现为成分上的突变,通常在1~2mm的范围内就可发现两者之间有一条清楚的接触界线,甚至在一块手标本或一个薄片上亦可再现(图8-19)。
图8-19 广西玉林市万田垌南东250m处石南超单元周村单元(T1Z)脉动侵入天井冲单元(P1T)的接触关系素描图
(引自1∶5万石南幅,1989)
(2)涌动型(隐蔽型)侵入接触关系:在一个岩体内部,当组分间出现差异性流动时,先贯入的侵入体开始固结,但仍然有部分保持液态,这时又被后贯入的侵入体所侵入,此种接触关系称为涌动型(隐蔽型)侵入接触关系。它所形成的接触界线不明显。通常在1~2cm的距离内岩石成分和结构的快速变化而找不到很清楚的接触界面,有时在接触带形成宽度不等的混染带(图8-20)。脉动和涌动是相对的,应该说,涌动是脉动的一种不明显的表现形式。
图8-20 广西玉林横冲南东225m周田单元(T1Z)涌动侵入横冲单元(T1HC)的接触关系素描图
(引自1∶5万石南幅,1989)
1—中粗粒紫苏石榴堇青黑云二长花岗岩;2—细中粒黑云堇青钾长花岗岩;3—粗中粒斑状黑云堇青钾长花岗岩;
4—粗中粒含石榴黑云堇青二长花岗岩
(3)超动型接触关系:急变式的接触关系称为超动型接触。超动关系反映了存在两期构造岩浆旋回。
二、岩体接触面产状的观测分析
在野外要找到岩体与围岩接触面的露头,用罗盘直接测量接触面产状;如不能直接观测到接触面,可以根据流面、流线或层节理的产状来推测接触面产状,并结合深部钻探或地球物理资料,间接地确定接触面产状和岩体形态。
三、侵入岩体相带的分析
侵入岩体在形成和冷凝过程中,岩体从下部到上部,从中心到边缘,其冷却和流动速度都不相同,这就导致岩体不同部位出现岩性、结构构造、原生流动构造和原生破裂构造以及捕虏体等,有着较大的差异。据此侵入岩体的相带可划分为边缘相、过渡相和内部相。
(1)边缘相:位于岩体边缘和顶部,围绕围岩呈不规则的环状分布。岩石呈细粒或斑状结构,斑杂构造,析离体、捕虏体较多,流线和流面(片-柱状矿物、斑晶、捕虏体定向分布)发育,岩石成分可与内部相有很大差别。
(2)内部相:又称中心相带,位于岩体内部的中央部位,是一个岩体的主要相带,其所占体积大于其他相带。岩石常呈粗粒或似斑状结构,捕虏体几乎没有,流动构造极不发育,岩性较均一。
(3)过渡相:介于边缘相带和内部相带之间,围绕中心相带呈不规则的环状分布。岩性特征介于二者之间。所以,应从岩体边部到中央,按一定距离详细观察,注意结构构造、斑晶和捕虏体(包括大小、成分、含量)等变化。
值得指出的是,三个相带在岩性、结构构造、原生构造等方面的差别具有渐变过渡的性质,相带之间没有截然的突变界线,即相带的划分是相对的。划分岩相带目的是研究岩体的岩性变化规律,以便对岩体的产状、剥蚀深度、形成环境、岩石成因及确定有利的存矿部位等问题的解决提供线索。相带是岩浆的一次侵入作用形成的产物,对多期侵入活动的复式岩体,在划分相带时,要首先区分侵入体,然后在同一岩体中进行相带划分。
四、侵入体形成时代及形成期次的分析
(一)岩体形成时代的分析与确定
目前分析岩体形成时代方法有地质法、同位素测年法。下面仅介绍几种地质法。
(1)根据侵入岩体与区域角度不整合(褶皱构造)的关系分析:每次岩浆活动都是一次构造热事件,它总是伴随某一时代的褶皱运动而产生的。若搞清楚控制岩体形成的地质构造的时代,则岩体形成时代就可确定。如图8-21所示,此区褶皱构造是在三叠纪后与侏罗纪前形成,岩体与石炭-二叠系地层呈侵入接触关系,虽然花岗岩体没有侵入到三叠系,但分析岩体形成时代应属燕山期,形成时代在侏罗纪以前三叠纪以后——该褶皱构造(背斜)是在侏罗纪以前三叠纪以后这个时期形成的。也就是说,这个时期才有地壳运动的产生,所以岩体的形成时代应为三叠纪与侏罗纪之间。
图8-21 利用岩浆侵入体与区城地质构造的关系确定它的形成时代平面示意图
所以在野外分析研究岩体形成时代时,要注意岩体与构造的空间几何关系,这样可较准确的确定岩体形成时代。例如,某些侵入岩体位于背斜核部、倾伏端或延伸方向占据褶皱枢纽(轴部)的方向则说明岩体比褶皱形成时间稍晚。又如岩体被断层错断,说明岩体时代早于断层形成时代。若侵入体沿断层带呈长条形分布则岩体形成时间应与断层活动时代相当,或晚于断层活动时代。
(2)根据接触关系分析:前已叙及,若岩体与围岩为侵入接触关系时,则岩体形成晚于围岩。即岩体侵入的最新地层时代为岩体形成时代的下限[注意:若褶皱地层则要考虑岩体侵入生成次序(一般是先褶皱,后断裂,再侵入的次序),此时,被卷入褶皱的最新地层时代才是岩体侵入的时代];若二者为沉积接触时,则岩体形成要早于围岩,这时上覆围岩的最老地层时代,即为岩体形成时代的上限。对于某一侵入岩体,若发现侵入接触的地层或被卷入褶皱的最新时代,又找到了沉积接触的最老地层,则岩体形成时代应介于与岩体呈侵入接触的最新地层之后,与岩体呈沉积接触的最老地层之前;若侵入岩体与围岩呈断层接触关系时,则岩体的形成时代应早于断层形成时代。
(3)根据岩体特征对比:当岩体侵入到“哑”地层(如前寒武纪地层)中,或上覆沉积接触地层已经被剥蚀殆尽,无法利用接触关系来确定岩体形成时代时,可通过相邻区域已知时代的岩体进行对比。对比两岩体的岩性、矿物成分、结构构造、化学成分、副矿物、微量元素及矿产等。若二者对比结果极为相似,则可确定此岩体的形成时代相同,并可认为它们是同源的,即同为单元-超单元系列,根据单元-超单元岩体基本是同期或同构造期的形成规律,确定岩体形成时期。
(二)侵入体形成期次的分析
(1)根据岩体间相互穿插关系分析:在侵入岩体广泛分布区,往往是多期侵入的复式岩体,这时在野外可根据两期岩体相互穿插切割关系来确定它们的生成顺序,其标志是:①被穿插的岩体为早期岩体且岩体风化强烈(图8-22);②具有冷凝边的岩体为晚期岩体;③具有烘烤边和热接触变质的岩体为早期岩体;④具有平行于两岩体接触面的流动构造的岩体为较晚期形成的岩体;⑤晚期岩体的宏观标志是岩石结构较细;⑥接触界面极为不规则,并有另一岩体成分的捕虏体的岩体为晚期形成的岩体。
图8-22 河北涞源某地岩体穿插关系素描图
(据北大地质系)
①斑状石英二长岩体(早期);②细粒花岗岩体(晚期)
(2)根据次生构造发育情形的分析:经历构造变形期次多的早期岩体比经历变形期次少的晚期岩体次生构造更发育。另外,早期岩体中的次生构造绝不会延伸到晚期岩体中;反之,晚期岩体发育的次生构造可以延伸到早期岩体中。据此分析先后岩体形成的次序。