接触应变作用

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第571页（4516字）

不能干岩层夹能干岩层，当在水平侧向挤压力作用下发生变形时，由于能干岩层的褶皱和变形引起上下接触的不能干岩层褶皱和变形的现象称为接触应变，这种作用称为接触应变作用。

它是一种重要的构造作用，研究它不仅可以正确认识褶皱构造，特别是褶皱转折端的几何形态，分析区域褶皱构造特征，促进褶皱构造形态及其褶皱形成机制研究的新发展，而且对研究深部褶皱形态变化规律、褶皱形态的预测、矿产资料的预测、矿产普查勘探以及工程地质等方面均有重要作用。

1961年，H．Ramberg较详细论述接触应变概念以来，已引起构造地质学家的广泛注意和研究。1967年，J．G．Ramsay在《岩石的褶皱作用和断裂作用》一书中详细讨论了接触应变的应变特征，褶皱形态变化规律，并提出了接触应变带的概念。1983和1987年，他从接触应变出发，讨论了多层能干岩层褶皱类型，并进一步分析中和面的变化规律。

1971、1972年，D．Roberts和K．E．Stromgard对褶皱转折端应变特征进行了试验研究，指出转折端存在中性点。1986年，俞鸿年等将接触应变作用编入《构造地质学原理》高等学校教材。

蔡学林(1986、1988)对接触应变带内的中性三角区作了系统研究，并指出它在找矿勘探以及工程地质中的作用。从目前发展趋势来看，接触应变作用为研究褶皱形态特征及其形成机制开创了新的领域和方向，它将成为研究褶皱构造形态和形成机制的突破口之一，从而促进构造地质学的发展。

接触应变作用的提出和研究是褶皱主波长理论发展的必然结果。通过理论计算数学模拟，M．A．Boit(1957、1961)等认为岩层可看作是不同粘度的粘性固体。

当岩层受顺层挤压力作用时，其中粘度较大的能干岩层首先失稳褶皱，并在褶皱发育过程中起主导作用。随着压应力不断加强与变形不断发展，一些不同波长的弯曲都有可能生长发育，但是，在一定范围内只有某一初始波长的弯曲发育最好，波幅增长最快，它控制着褶皱的成长和发育，最后形成褶皱波长，这一初始波长M．A．Boit(1957)称为褶皱主波长(Wi)，其表达式为

从上述表达式可知，褶皱初始主波长与能干岩层的厚度有关，亦与能干岩层(μ₁)和不能干岩层(μ₂)的粘度比有关，但与施力大小、应变速率和应变量无关。

J．B．Currie(1962)将天然褶皱所见褶皱岩层厚度与褶皱波长的对应关系统计作图，结果清楚地显示二者呈直线关系。1987年，J．G．Ramsay等较详细地讨论了褶皱主波长与岩层粘度的关系后指出，当粘度比μ₁／μ₂大于50时，能干岩层形成肠状褶皱，当粘度比μ₁／μ₂小于10时，形成弧尖褶皱或舌尖褶皱，并认为弧尖褶皱是地壳中最主要的构造形态之一。

1989年，蔡学林等首次将这一理论应用于上扬子板块内部区域褶皱机制研究、深部褶皱预测以及沉积盆地宽度的恢复，为上扬子板块内部盖层褶皱形态和形成机制提出了一种新的解释。

接触应变作用研究中，起主导因素除纵弯作用力外，就是岩层能干性的确定和岩层组合方式。

1983年，J．G．Ramsay首先提出确定岩层能干性的4种标志：有限应变状态对比；劈理与层理关系；香肠构造形态；构造形态的差异。接着他提出了沉积岩、岩浆岩和变质岩能干性序列表，例如，变质岩能干性序列表(按最能干岩石在前，最不能干岩层在后的排列格式)是：变质基性岩；粗粒花岗片麻岩；细粒花岗片麻岩；条带状石英二长云母片麻岩；石英岩；大理岩；云母石英片岩；云母片岩。

近几年中国也注意了岩层能干性的研究，陕西地矿局综合研究队(1990)在陕南进行1∶50000浅变质沉积岩区填图时，提出了该区沉积岩能干性序列表：白云岩；硅质岩；石英砂岩；杂砂岩；砂砾岩；砂质灰岩；砂屑灰岩；微晶灰岩；泥质灰岩；粉砂岩；粉砂质页岩；泥质岩。多数研究者指出，能干岩层与不能干岩层是相对的，主要取决于它们的组合方式。

例如，大理岩与云母片岩呈互层状态时，前者为能干岩，后者为不能干岩层。大理岩与花岗片麻岩互层时，前者为相对不能干岩层，后者为能干岩层。影响岩层能干性的4种因素是：岩层粘度大小；岩层厚度大小；岩层含水量的多少；地质环境的差异。多数研究者认为厚的不能干岩层夹薄的能干岩层是产生接触应变必要的岩性条件。

1967年，J．G．Ramsay提出接触应变带的概念，他指出由能干岩层褶皱引起与它接触的不能干岩层不均匀应变的区域称为接触应变带，超过此区域属均匀压缩应变区。H．Ramberg和J．G．Ramsay通过实验研究后认为，接触应变带的宽度大体相当于能干岩层褶皱的一个初始主波长。

接触应变带内的变形是很复杂的，因而引起的构造形态是多样的。就其接触应变带内褶皱形态而论，也是变化多样的。

通常在背斜内由上到下褶皱形态由I_A型、I_B型、I_c型、Ⅲ型到Ⅱ型褶皱，在向斜内正好相反。这一现象的发现和研究为褶皱形态不协调性提供了一个新的解释。如果是多层能干岩层互层褶皱时，将引起相邻接触应变带应变的叠加和重叠，据此，1983年J．G．Ramsay划分出协调褶皱、多协褶皱和不协调褶皱，并赋予它们新的含义。大量实事表明，上扬子板块盖层中三叠系以上和二叠系以下的褶皱和变形是由二叠系能干岩层的褶皱引起的，由此看来，接触应变具有区域意义。

长期以来，对褶皱中和面的性质以及是否存在有不同的认识，J．G．Ramsay(1983、1987)从主波长理论和接触应变角度出发，对褶皱中和面作了深入分析，根据岩层能干性，他将能干岩层褶皱的中和面划分为3类：当μ₁＞＞＞μ₂时，能干岩层褶皱内发育中和面；当μ₁＞＞μ₂时，能干岩层褶皱转折端处发育“中性线”；当μ₁＞μ₂时，能干岩层褶皱转折端处仅发育有限中性点。

在上述3种情况下，他认为在能干岩层褶皱外弧外侧不能干岩层中均发育有限中性点。根据其多年(1984、1986、1988)在变质岩区研究发现，接触应变带内存在的另一种重要构造形态就是中性三角区或无应变三角区。中性三角区是中和面在不能干岩层褶皱内的表现型式之一。

中性三角区是能干岩层褶皱转折端外弧外侧不能干岩层内为劈理或片理所包围的无有限应变的区域，它以三棱柱体形式平行于褶皱枢纽延伸。中性三角区有大有小，大者只有通过地质填图才能发现，例如，通过填图发现河南桐柏特大型银洞坡金矿就赋存在褶皱转折端中性三角区内。小者在手标本或镜下才能观察到，马杏垣、宋鸿林等(1978)在薄片中发现显微中性三角区。不少研究者探讨了中性三角区形成条件、发育程度和出露大小。

在变质岩区，组成褶皱的岩层必须具备以下条件：能干岩层与不能干岩层呈互层状态；能干岩层厚度大大小于不能干岩层厚度；二者粘度比值大，一般μ₁／μ₂＞10～50；侧向纵弯褶皱作用。通常中性三角区的大小决定于：能干岩层褶皱波长大，中性三角区就大，反之就小；能干岩层厚度大，中性三角区就大，反之就小。中性三角区与常称的构造虚脱区是两种完全不同的构造形态，它们在物质组成、岩层组合方式、内部应变型式以及形成机制等方面均有显着的差异。中性三角区内有限应变等于零或近等于零，多数情况下，似乎中性三角区内的岩石首先受到压应变，然后又受到去应变作用，结果形成一个无有限应变的区域，当进一步侧向挤压时，所有褶皱岩层都受到压缩，使不能干岩层内的中性三角区逐渐消失。综上所述，中性三角区是岩层在上述条件下，纵弯褶皱作用发展到一定阶段的产物。中性三角区的发现和研究不仅在工程地质和地质找矿勘探方面有重要意义，而且在理论上有重要作用，它提供了纵弯褶皱转折端变形特征和变形机制的某些细节，证明褶皱转折端的应变历史是十分复杂的，并为褶皱内中和面的演化提供了新的论据。

关于劈理与褶皱的关系问题，地质学家提出了各种可能的模式，包括顺层劈理、轴面劈理、正扇形劈理、倒扇形劈理、折射劈理和弧形劈理等。从接触应变理论出发，1983年J．G．Ramsay提出与中性三角区相关的三角形劈理(triangle cleavage)术语。

三角形劈理是接触应变带内又一重要的构造形态之一。在能干岩层褶皱转折端外弧外侧不能干岩层内发育不同方向的劈理。在靠近能干岩层褶皱转折端外弧外侧不能干岩层内，由于拉伸变形形成平行层理的顺层劈理，向两翼过渡，它们逐渐变为切层的劈理，并与褶皱轴面呈大角度相交，D．Roberts(1971)称为弧形枢纽劈理(arcunte hine cleavage)。远离能干岩层褶皱转折端外侧不能干岩层内，发育切层的与褶皱轴面呈一定交角的倒扇形劈理，上述劈理围绕中性三角区构成一种特殊的三角形劈理。它与中性三角区一样分布在能干岩层褶皱外弧外侧的不能干岩层内，系接触应变作用的产物。在能干岩层褶皱转折端内弧内侧的不能干岩层内，因受接触应变的影响可发育正扇形劈理、轴面劈理和倒扇形劈理等。综上所述，劈理的成因是复杂多样的，很难用一种模式概括所有劈理的成因问题。

。【参考文献】：

1 Ramberg H．Geol Rundschau，1961，51：405～439

2 Ramsay J G．岩石的褶皱作用和断裂作用．北京：地质出版社，1967

3 Roberts D．Am Jour Sci，1971，271：170～180

4 Roberts D，Strömgard K E．Tectonophysies，1972，14：105～120

5 武汉地质学院区地教研室．构造形迹图册．北京：地质出版社，1978

6 RamsayJG．基础地质译丛，1985，2

7 RamsayJ G，Huber M I．The Techniques of modern structural geology．London：AcandemicPress INC，1987，2：458～465

8 马杏垣，等．中国前寒武纪构造格架及研究方法．北京：地质出版社，1987

9 蔡学林．地学进展，1988，4

10 蔡学林．地质地球化学，1988，10

(成都理工学院蔡学林教授撰；徐开礼审)