構(gòu)造地質(zhì)學(xué) 14韌性剪切帶

韌性剪切帶第14章本章主要內(nèi)容一、剪切帶與韌性剪切帶的概念二、韌性剪切帶的特點(diǎn)三、韌性剪切帶內(nèi)的巖石變質(zhì)與變形四、韌性剪切帶運(yùn)動(dòng)方向的判別標(biāo)志五、韌性剪切帶的觀察研究12023/3/30一、剪切帶與韌性剪切帶的概念剪切帶：由近平行的邊界所限制的線狀強(qiáng)烈剪應(yīng)變帶。一般長寬比至少大于5:1。它們有四種基本類型：1．脆性剪切帶或斷層（1）具有明顯的破裂或不連續(xù)面，所有剪切都集中在斷層面上；發(fā)育斷層角礫巖、碎裂巖等斷層伴生構(gòu)造；幾何上可以區(qū)分正斷層、逆斷層和平移斷層；是在地殼上部較淺部位形成的斷層。22023/3/302、脆-韌性剪切帶有明顯的破裂或不連續(xù)面；剪切帶兩側(cè)的有限范圍內(nèi)出現(xiàn)韌性牽引現(xiàn)象。也是在地殼上部較淺部位形成的斷層。3.韌-脆性剪切帶（韌-脆性過渡剪切帶）沒有明顯不連續(xù)面；在剪切帶內(nèi)部出現(xiàn)雁行狀張裂隙，遞進(jìn)變形的結(jié)果可成S形，主體是韌性的；發(fā)育于比較低級(jí)的變質(zhì)巖帶中，特別是在厚層的石英巖中。內(nèi)蒙?？狄梁惤鸬V剪切帶中的雁行狀張裂系被含金石英脈充填。32023/3/304.韌性剪切帶是由強(qiáng)烈剪切應(yīng)變的巖石構(gòu)成的線性帶。沒有不連續(xù)面；剪切帶的變形和兩側(cè)的位移，完全是通過巖石的韌性流變和剪切應(yīng)變完成的。有的學(xué)者稱為韌性斷層。特點(diǎn)是：具有“斷而未破，錯(cuò)而似連”的特點(diǎn)。從脆性到韌性反映了地殼和巖石圈不同層次、不同物理環(huán)境和不同流變機(jī)制條件下巖石的局部應(yīng)變特征42023/3/30韌-脆性剪切帶脆性剪切帶韌性剪切帶脆-韌性剪切帶52023/3/30Sibson(1977)認(rèn)為同一條斷裂上部表現(xiàn)為脆性變形，而下部則表現(xiàn)為韌性變形，脆性和韌性分界深度大致15Km。相當(dāng)于于中、下地殼層次位置。在造山帶它們生成往往與板塊運(yùn)動(dòng)過程（俯沖或仰沖，碰撞階段）中或板內(nèi)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的深部簡單剪切機(jī)制有關(guān)。脆-韌性剪切帶過渡區(qū)變形深度Sibson(1977)62023/3/30韌性剪切帶位移不是通過破裂面，而是通過塑性流動(dòng)完成的。從剪切帶兩邊界向其中心，剪應(yīng)變逐漸地增大，中心部分應(yīng)變最大。橫截面72023/3/30據(jù)幾何產(chǎn)狀和運(yùn)動(dòng)方式可分：

平移（走滑）型剪切帶逆沖（推覆）型剪切帶正斷（滑覆）型剪切帶82023/3/301.發(fā)育特征的動(dòng)力變質(zhì)巖－－糜棱巖糜棱巖的特點(diǎn)：①與原巖相比，粒度顯著減小；②發(fā)育新生的面理和（或）線理；③分布于狹窄的強(qiáng)應(yīng)變帶內(nèi)；④巖石中至少有一種主要的造巖礦物發(fā)生了明顯的塑性變形二．韌性剪切帶內(nèi)的巖石變質(zhì)與變形92023/3/30

表5-1.石英-長石質(zhì)巖石圈斷層巖分類簡表

注：據(jù)Marshak和Mitra(1988)的斷層巖分類方案（引自游振東和索書田等，1991，P.69）修改。

固結(jié)程度未固結(jié)的固結(jié)的無新生重結(jié)晶作用基質(zhì)中普遍發(fā)生重結(jié)晶作用基質(zhì)比例碎塊、碎片或礦物晶粒大小mm>5斷層角礫（可見角礫含量>30%）斷層泥（可見角礫含量<30%）碎裂巖系列糜棱巖系列

初角礫巖

準(zhǔn)塑性糜棱巖初糜棱巖變余糜棱巖（基質(zhì)中重結(jié)晶顆粒普遍增大）0-10%2-5角礫巖0.1-2初碎裂巖眼球狀糜棱巖10-50%0.01-0.1碎裂巖糜棱巖50-90%<0.01超碎裂巖超糜棱巖90-100%<0.005假玄武玻璃超塑性糜棱巖

變質(zhì)級(jí)別未變質(zhì)很低低中高深度(km)0———5—————10———15————20——25溫度壓力P、T增加方向石英-長石質(zhì)巖石圈斷層巖分類簡表

102023/3/30S面理：是由礦物或礦物集合體的優(yōu)選方位平行于剪切帶的應(yīng)變橢球體XY面而形成的面理，也稱剪切帶內(nèi)面理，在剪切帶內(nèi)常呈“S”形展布。2.韌性剪切帶內(nèi)的新生面理：S-C組構(gòu)C面理：是糜棱巖面理，實(shí)際上是由一系列平行剪切帶邊界的間隔排列的小型強(qiáng)剪切應(yīng)變帶，常由更細(xì)小的顆?；蛟颇傅鹊V物組成。112023/3/30S-C糜棱巖內(nèi)S與C面幾何關(guān)系122023/3/30韌性剪切帶內(nèi)的新生面理－－SC組構(gòu)剪切帶內(nèi)面理（S）和糜棱巖面理（C）形成模式圖132023/3/303.拉伸線理拉伸線理是韌性剪切帶最發(fā)育的組構(gòu)之一，它代表剪切運(yùn)動(dòng)矢量或剪切方向。因此它的方向在區(qū)域上近于常數(shù)。識(shí)別拉伸線理不僅對判斷剪切方向有意義，而且也是區(qū)分“A”型褶皺和“B”型褶皺的重要標(biāo)志由于物質(zhì)性質(zhì)和構(gòu)造部位不同，拉伸線理表現(xiàn)性質(zhì)不同。如在片巖中，拉伸線理通過片理面上礦物定向表現(xiàn)出來。142023/3/30韌性剪切帶中的先期面理和線理，受剪切作用發(fā)生方位偏轉(zhuǎn)，形成與剪切帶的外不同的構(gòu)造組合型式。面理構(gòu)造多發(fā)生旋轉(zhuǎn)，在剪切帶中部與剪切方向近平行，如果多條剪切帶平行排列，則帶間的先期面理，或呈S形，或呈細(xì)皺紋，取決于先期面里的產(chǎn)狀與剪切帶方向的幾何關(guān)系。在剪切帶中心一般發(fā)育糜棱巖石。隨著剪應(yīng)變增大，剪切帶內(nèi)糜棱巖帶越寬，直至充滿整個(gè)韌性剪切帶區(qū)間。這時(shí)，剪切帶的邊界比較清楚，剪切帶內(nèi)外的巖石、構(gòu)造都有明顯區(qū)別，因而稱作韌性斷層較為合適。152023/3/30線狀構(gòu)造變化的總趨勢是向X軸方向靠攏。標(biāo)志層可變厚形成彎褶皺，也可以變薄拉斷形成香腸構(gòu)造。如果原來交叉的幾個(gè)方向的巖脈受到剪切帶影響，那么，不同方向的巖脈將會(huì)出現(xiàn)不同的變形結(jié)果。巖墻、巖脈標(biāo)志形構(gòu)造，剪切帶邊界上的韌性牽引現(xiàn)象細(xì)晶巖脈原始厚度32m，剪切帶外巖墻和捕擄體變形很弱，帶內(nèi)巖脈受拉伸，剪切厚度僅2cm。捕擄體形成富含黑云母的條紋，其長軸平行片理。162023/3/304.韌性剪切帶內(nèi)的褶皺韌性剪切帶內(nèi)的褶皺比較復(fù)雜，主要有三種形成方式：被動(dòng)褶皺：它是在原有的層或面理中由剪切作用形成的。特點(diǎn)：典型相似褶皺；褶皺軸面平行于剪切面；褶皺樞紐是剪切面與老面理的交線，所以樞紐方向是由剪切方向和老面理方向決定的。主動(dòng)縱彎褶皺：它是先存面理或標(biāo)志體受擠壓失穩(wěn)形成的。172023/3/304.韌性剪切帶內(nèi)的褶皺韌性剪切帶內(nèi)的褶皺比較復(fù)雜，主要有三種形成方式：被動(dòng)褶皺：它是在原有的層或面理中由剪切作用形成的。特點(diǎn)：典型相似褶皺；褶皺軸面平行于剪切面；褶皺樞紐是剪切面與老面理的交線，所以樞紐方向是由剪切方向和老面理方向決定的。主動(dòng)縱彎褶皺：它是先存面理或標(biāo)志體受擠壓失穩(wěn)形成的。182023/3/30

“A”型褶皺:拉伸線理近于平行褶軸的褶皺。它發(fā)育于韌性剪切帶中心部位的軟弱層內(nèi)。強(qiáng)硬層發(fā)育較開闊褶皺，其拉伸線理垂直樞紐，為“B”型褶皺，但它是剪切褶皺造成的。隨著應(yīng)變加劇“B”型向“A”型轉(zhuǎn)化，最后可產(chǎn)生褶軸平行于拉伸線理的鞘褶皺。韌性剪切帶中的褶皺示意圖；L是拉伸線理鞘褶皺是一種特殊的“A”型褶皺軸。注意！“A”型褶皺軸平行于縮短方向，即造山帶（山脈）方向。地表形成的

“B”型褶皺軸垂直于縮短方向。192023/3/30鞘褶皺特征：形狀極不對稱，樞紐彎曲，沿X軸方向拉的很長，鼻部轉(zhuǎn)折端圓滑，翼部轉(zhuǎn)折端呈直線，近與運(yùn)動(dòng)方向平行，軸面與有限應(yīng)變橢球體XY面的夾角由剪切帶邊緣向中心減小，極端狀態(tài)與XY面平行，鞘褶皺總體形態(tài)相應(yīng)地由邊部向中心，從尖錐狀、炮彈狀變?yōu)閳A餅狀、鐵餅狀。鞘褶皺在不同斷面上的形態(tài)有很大變化?！蚗軸剖面：封閉橢圓形、眼球狀、豆莢狀?！蚘軸剖面：多為不對稱及不協(xié)調(diào)褶皺，其降向就是剪切方向?！蚙軸剖面：長條形、舌形等，其上發(fā)育拉伸線理（a線理）a線理202023/3/30即垂直X軸剖面212023/3/30鞘褶皺形成模式：舉例：1.是層狀巖體在遞進(jìn)的剪切變形中逐漸發(fā)展形成的。2.先期褶皺在遞進(jìn)的剪切過程中進(jìn)一步發(fā)展形成的，是疊加變形的結(jié)果。無論是那種模式，實(shí)驗(yàn)證明都是剪應(yīng)變值很大和達(dá)到極端狀態(tài)（r＞10）。實(shí)際工作中，要正確區(qū)分Ｂ型褶皺和Ａ

型褶皺和鞘褶皺，其關(guān)鍵還是查明與拉伸線理的關(guān)系222023/3/30四、韌性剪切帶運(yùn)動(dòng)方向的確定應(yīng)從多角度判斷韌性剪切帶的剪切運(yùn)動(dòng)方向1.被錯(cuò)開的巖脈或標(biāo)志層232023/3/30新生面理242023/3/30先存標(biāo)志體252023/3/302.不對稱褶皺當(dāng)巖層受到近平行層面方向的剪切作用時(shí)，由于層面的原始不平整或剪切速率的變化，導(dǎo)致巖層被褶皺。隨著剪應(yīng)變的遞進(jìn)增加，褶皺幅度被動(dòng)增大，形成緩傾斜的長翼和倒轉(zhuǎn)短翼組成的不對稱褶皺，由長翼至短翼的方向（褶皺倒向），代表剪切方向262023/3/30褶皺變形272023/3/303.鞘褶皺：垂直Y軸剖面上的褶皺倒向指示剪切方向282023/3/304.S-C面理S型面理和C面理所交銳夾角指示鄰側(cè)剪切帶的剪切方向。隨著剪應(yīng)變加大，剪切帶內(nèi)面理（S）逐漸接近以致平行于糜棱巖面理292023/3/305.“云母魚”構(gòu)造多發(fā)育于原巖是石英云母片巖的糜棱巖中，在先存云母碎片的(001)解理，處于不易滑動(dòng)的情況下，在與(001)解理斜交的方向上形成與剪切方向相反的微型犁式正斷層，上、下云母碎塊發(fā)生滑移、分離和旋轉(zhuǎn)，形成不對稱的“云母魚”構(gòu)造。尾部平行于C面理，與S-C面理類似，(001)解理與尾部的銳夾角指示鄰側(cè)的剪切運(yùn)動(dòng)方向302023/3/30云母魚312023/3/306.旋轉(zhuǎn)碎斑系糜棱巖中碎斑及其周緣較弱的動(dòng)態(tài)重結(jié)晶的集合體或細(xì)碎屑顆粒發(fā)生旋轉(zhuǎn)，形成不對稱的具有楔形尾部的碎斑系。根據(jù)結(jié)晶拖尾的形狀，分為“σ”和“δ”型兩類σ型碎斑系δ型碎斑系322023/3/30332023/3/307.不對稱壓力影堅(jiān)硬礦物或巖屑單體兩側(cè)的纖維狀結(jié)晶尾呈單斜對稱，外形與旋轉(zhuǎn)碎斑系類似8.“多米諾骨牌”構(gòu)造較強(qiáng)硬的碎斑(如長石)破裂并旋轉(zhuǎn)，每個(gè)碎片向剪切方向傾斜，形成類似多米諾骨牌，其裂面與剪切帶的銳夾角指示剪切方向342023/3/30書斜構(gòu)造352023/3/309.曲頸狀構(gòu)造碎斑或礦物集合體、侵入巖中的捕虜體等在遞進(jìn)剪切作用下，一側(cè)被拉長或拉斷，形成曲頸瓶狀，曲頸彎曲方向指示剪切方向。經(jīng)常需要用多種判別標(biāo)志聯(lián)合判斷剪切方向362023/3/30運(yùn)動(dòng)方向確定之曲頸瓶狀構(gòu)造---同構(gòu)造期脈體372023/3/30382023/3/30

五、韌性剪切帶的觀察研究

1）確定韌性剪切帶

2）測量長度和寬度

3）帶內(nèi)面理和線理夾角變化

4）鞘褶皺的特征

5）糜棱巖的特征

6）采集標(biāo)本

7）序列分析392023/3/30思考題?剪切帶、韌性剪切帶與正斷層、逆斷層和平移斷層之間的主要差別是什么？?如何識(shí)別糜棱巖？?如何判斷韌性剪切帶的剪切方向？?韌性剪切帶一般形成于何種構(gòu)造層次？402023/3/30韌性剪切帶內(nèi)巖石的應(yīng)變特征和位移特點(diǎn)

應(yīng)變特征從剪切帶邊界向其中心，剪應(yīng)變逐漸地增大，其值由零變成最大。并可由下式求得：

=2/tan2

（1）其中，為剪切帶內(nèi)新生面理與剪切帶邊界或中心線之間的夾角。412023/3/30

應(yīng)變橢球體的XY面與剪切帶邊界之間的夾角從剪切帶邊界向剪切帶中心由大逐漸變小，即由45逐漸向0方向轉(zhuǎn)變。剪切帶中心帶剪切帶邊緣帶422023/3/30位移特點(diǎn)韌性剪切帶的總位移是由帶內(nèi)各點(diǎn)的不同位移分量逐漸累積?？捎上率角?/p>