高級構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課件9

1、第九章,韌性剪切帶 Ductile shear zone,一、引言(研究簡史),Ramsay and Graham, 1970, Strain variation in shear belts. Sibson ,1977, Fault rocks and fault mechanisms. 1979,西班牙國際剪切帶會議 Ramsay, 1980, Shear zone geometry: a review 1981,美國Panrose會議 Tullis et al,1983,significance and petrogenises of mylonitic rocks.,1986,加拿大,

2、金礦國際討論會 1989 ,吳美德，含金剪切帶型金礦 鄭亞東等， 巖石有限應(yīng)變測量及韌性剪切帶, 1985 劉喜山等,變形變質(zhì)作用及成礦,1992 何紹勛等,韌性剪切帶與成礦,1996 翟裕生等，大型構(gòu)造與超大型礦床，1997,二、韌性剪切帶的類型及產(chǎn)狀,剪切帶:相對狹長的(長寬比5）被低有限應(yīng)變狀態(tài)包圍的面狀或曲面狀的強(qiáng)烈變形帶。 1 按變形行為分的類型： 脆性剪切帶（斷層）；,韌性剪切帶 ductile shear zone 兩盤的位移由塑性流動完成， 露頭尺度上無不連續(xù)面， 標(biāo)志層可以在剪切帶內(nèi)追索，改變方向但不斷裂， 是結(jié)晶基底及變質(zhì)條件下最常見的構(gòu)造。,片麻巖中變基性巖的韌性剪切帶,

3、脆-韌性剪切帶: A.兩盤鄰斷層一定范圍內(nèi)具塑性變形的斷層,B.脆韌性剪切帶：雁行式張裂脈列,脆-韌性的過渡深度據(jù)Sibson,1977,低級綠片巖相，正常地?zé)崽荻?，擠壓體制，長英質(zhì)巖石,石灰?guī)r的實驗結(jié)果,據(jù)Heard（1960）對灰?guī)r的實驗結(jié)果：以發(fā)生破壞時達(dá)到35的應(yīng)變?yōu)榇囗g性過渡，地殼平均壓力梯度27MPa/km，地?zé)崽荻?5C/km，干灰?guī)r在壓縮條件下為3.5km，拉伸下為15km。,2、韌性剪切帶的位移場：,1)不均勻的簡單剪切,xx+y yy 2)不均勻的體積變化 xx y（1） y,X,Y,3)不均勻的體積變化加不均勻的簡單剪切,三種剪切帶的應(yīng)變軌跡 A簡單剪切 B體積變化 C

4、AB,均勻應(yīng)變 xaxby ycxdy 簡單剪切 xxy y”y,4）加總體的均勻應(yīng)變；及其組合（5，6）,3 剪切帶的產(chǎn)狀：,逆、正、平移型剪切帶的表現(xiàn)形式 大型平移型韌性剪切帶是地面上最容易觀察到的剪切帶。,三、簡單剪切帶的幾何關(guān)系,b,a,Sander的運(yùn)動學(xué)坐標(biāo)系：a，b，c Ramsay的應(yīng)變主軸：A，B，C,c,A,B,C,簡單剪切的基本特點(diǎn),簡單剪切的卡片模型： 簡單剪切的坐標(biāo)變換方程： x=x+y y=y a=1，b= ，c=0，d=1 tan,x,y,（x,y）,（x,y）,簡單剪切的應(yīng)變橢圓參數(shù),tan2= 2/, 0, 45， ， 0 tan2= -2/ , 0, 45，

5、 ， 90 R=2+ 2+ (2+ 4) 1/2 /2， 1e11/（1e3），e20,簡單剪切帶內(nèi)線的角度變化,cot = cot +， ， ， 0,四、簡單剪切帶的構(gòu)造特征,1, 新生組構(gòu) 面理的方向與剪切帶的夾角 tan2=2 / ,Scotland，外Hebrides島 變輝長巖中小型韌性剪切帶,Greenland花崗片麻巖中的剪切帶,2 先存面狀構(gòu)造的變形,方向的改變 cotcot 厚度的改變T t/ sin t/sin tt（sin /sin ）,Moine變粒巖系中的韌性剪切帶的被動褶皺,剪切帶中層的變形：非能干層與能干層的變形,3先存線狀構(gòu)造的變形 A型褶皺和鞘褶皺的形成,北京

6、西山灰?guī)r中的A型褶皺,北京西山灰?guī)r中的A型褶皺,大別山變質(zhì)巖中的A型褶皺,桐柏山混合巖中的A型線理,桐柏山混合巖中的線理,桐柏山水簾洞長英質(zhì)片麻巖夾角閃巖中的鞘褶皺,山東膠南群片麻巖中的鞘褶皺,鞘褶皺形成的另一種模式,孤山口大理巖的鞘褶皺,五、具體積變化的剪切帶的幾何特征,1.圍巖不變形的普通剪切帶 a=1, b= （1）, c=0, d= （1） tan22（1）/1 2（1 ） 2 cot（cot ）/ （1 ）,利用一條變形巖脈和剪切帶中的片理方向可求及（1）。 利用二條變形巖脈可求及（1）。 cot1（cot 1 ）/ （1 ） cot 2（cot 2）/ （1 ） 利用剪切帶中的面理

7、方向及應(yīng)變軸比可求及（1）。,簡單剪切和體積變化不同時橢圓方位和橢圓度R的變化曲線,2. 圍巖也變形的普通剪切帶,利用兩條巖脈變形求及（1）。,六、剪切運(yùn)動方向的確定,（一）宏觀標(biāo)志： 拉伸線理的認(rèn)識 地質(zhì)體形狀的改變 S形新生面理和面理產(chǎn)狀的變化 不對稱褶皺 鞘褶皺 疊瓦狀脈和雁列脈 透鏡體或殘斑的拖尾,南秦嶺板巖（S）板理面上的拉伸線理,南秦嶺泥盆系中香腸構(gòu)造顯示拉伸線理,桐柏山長英質(zhì)糜棱巖的拉伸線理,桐柏山混合巖中殘留的拉伸線理,2.地質(zhì)體形狀的改變,3.面理方向指示運(yùn)動方向,桐柏山長英質(zhì)糜棱巖的面理示運(yùn)動方向,4.大連糜棱巖中長英質(zhì)脈的不對稱褶皺,桐柏山條帶狀混合巖中的不對稱褶皺,5.

8、孤山口的鞘褶皺雛形,山東片麻巖中的鞘褶皺,6.瑞士泥質(zhì)灰?guī)r中的疊瓦狀方解石脈,大連金石灘灰?guī)r層間剪切的疊瓦狀方解石脈,砂巖中的雁列脈,灰?guī)r中的雁列脈,7.懷柔 眼球狀片麻巖中的菱形香腸構(gòu)造,陜西南秦嶺泥盆系中的碎斑系,（二）微觀標(biāo)志： 1. S/C面理構(gòu)造,2. 云母魚,3. 長石的書斜構(gòu)造,4. 長石碎斑系的拖尾,七.位移距離的測定,剖面的選擇（ac面） 1 地質(zhì)體的錯開 2簡單剪切帶的位移 1）雁行脈列的位移量的計算 cotcot ， 45,2）韌性剪切帶應(yīng)變的測定,新生面理與剪切帶邊界的夾角 tan2=2 / 先存巖脈的變形 cotcot 應(yīng)變標(biāo)志的應(yīng)變橢圓率R 利用S/C夾角求應(yīng)變的問

9、題,作組構(gòu)軌跡線圖及等偏線圖,作應(yīng)變剖面 S d,關(guān)于S/C構(gòu)造的解釋,顯微構(gòu)造中的S/C構(gòu)造與露頭上的S面的差異。 顯微構(gòu)造中的S/C構(gòu)造的成因解釋。,花崗質(zhì)糜棱巖的石英絲帶構(gòu)造,薄片中石英的S/C構(gòu)造,八、糜棱巖類巖石的基本特征,Tullis et al,1983,significance and petrogenises of mylonitic rocks. 1 糜棱巖的含義：產(chǎn)生于一個相對狹窄的面狀帶中；細(xì)粒化（晶體塑性變形為主）；發(fā)育強(qiáng)烈的面理（fluxion）和/或拉伸線理。流狀構(gòu)造：似流紋狀的流動紋層或較平直的條紋狀。紋層寬度在0.11左右,2 晶體塑性變形和糜棱巖的顯微構(gòu)造特

10、征。,絲帶構(gòu)造ribbon structure 核幔構(gòu)造core and mantle structure 鑲嵌構(gòu)造mosaic structure S-C面理構(gòu)造 碎斑系構(gòu)造,長英質(zhì)糜棱巖石英的絲帶構(gòu)造,長英質(zhì)糜棱巖石英的絲帶構(gòu)造,石英的細(xì)?；烷L石的碎裂,石英的新晶粒和亞晶粒及s/c構(gòu)造,石英的核幔構(gòu)造,長石的拖尾構(gòu)造,長石的書斜式構(gòu)造,云母石英片巖,云母石英片巖,3 糜棱巖類巖石的結(jié)構(gòu)分類 初糜棱巖、糜棱巖、超糜棱巖、千糜巖、變余（變晶）糜棱巖（blastomylonite）、構(gòu)造片巖、構(gòu)造片麻巖。 4 糜棱巖類巖石與變質(zhì)相和變形相 不同礦物的變形行為： 層狀硅酸鹽、方解石、石英、鉀長石

11、、斜長石、角閃石、輝石、橄欖石,一些單礦物巖的外推到地質(zhì)應(yīng)變速率的流動律高的地?zé)崽荻?亞綠片巖相 低綠片巖相 高綠片巖相 角閃巖相 絹云母 晶 退 方解石 體 火 石英 脆 塑 重 鉀長石 性 性 結(jié) 斜長石 破 變 晶 角閃石 裂 形 橄欖石,九、韌性剪切帶的區(qū)域構(gòu)造型式,1韌性剪切帶的末端效應(yīng) 2共軛韌性剪切 3韌性剪切帶的區(qū)域構(gòu)造型式 4韌性剪切帶的地質(zhì)圖型,山東諸城石門附近地質(zhì)簡圖,十、韌性剪切帶變形條件的估計1。差異應(yīng)力的估算：應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)流變狀態(tài)。,重結(jié)晶粒度：動態(tài)與靜態(tài)重結(jié)晶 亞晶粒粒度 自由位錯密度 方解石和白云石的機(jī)械雙晶,重結(jié)晶?；騺喚ЯＡ６扰c差異應(yīng)力相關(guān)圖石英、橄欖石、大理

12、巖、巖鹽,重結(jié)晶粒度D 1 3 ADm 亞晶粒粒度d 1 3 kd1 石英的k值：47200，19800，11500 自由位錯密度 1 3 b0.5 溫度對粒度的影響： 應(yīng)變強(qiáng)度對古應(yīng)力估算的影響：韌性剪切帶內(nèi)應(yīng)變強(qiáng)度與所估算是古應(yīng)力的正相關(guān)性 應(yīng)變速率對古應(yīng)力估計的影響，,應(yīng)力與應(yīng)變速率的本構(gòu)關(guān)系： =Aexp(-H/RT)f() 在高溫（大于1/2Tm)和應(yīng)變速率緩慢到可有明顯的熱活化恢復(fù)作用，其變形的本構(gòu)流動律為冪律蠕變（power-law creep） =A exp(-H/RT)(n/dm) 在高應(yīng)力作用下，為以位錯滑動為特征的指數(shù)流動律 =B exp(-H/RT) exp(D) /d

13、m,a不同溫度下Yule大理巖的應(yīng)力與應(yīng)變速率低應(yīng)力下為： =103.9 exp(-260/RT)8.3 高應(yīng)力下為指數(shù)流動率b橄欖石應(yīng)力200MPa為冪流動率，,2。變質(zhì)相與變形相的研究,不同變質(zhì)相中韌性剪切帶內(nèi)的糜棱巖類的差異 低綠片巖相 石英糜棱巖 高綠片巖相 鉀長石石英糜棱巖 低角閃巖相 斜長石糜棱巖 高角閃巖相 斜長角閃質(zhì)糜棱巖,十一、韌性剪切帶中構(gòu)造化學(xué)作用與體積變化,1 變質(zhì)作用和變質(zhì)反應(yīng)對構(gòu)造細(xì)粒化和應(yīng)變軟化的影響， 斜長石鉀長石水白云母石英鈉長石 或黝簾石白云母石英 鉀長石水白云母石英K,粒度與差異應(yīng)力的關(guān)系（細(xì)粒化與應(yīng)變軟化）細(xì)?；^程中 粒度不敏感的晶內(nèi)塑性變形（粗粒的）

14、向粒度敏感的流動的過渡,橄欖石,方解石,2 剪溶作用對變質(zhì)分異的解釋,3 從化學(xué)成分變化估算剪切帶的體積變化,作剪切帶內(nèi)外巖石化學(xué)變異的等比線圖 不活動組分： TiO2 ，Al2O3 ，Zr，MnO， P2O5等，La,Le， 活動組分： SiO2 ， Na2O， K2O等 Ci/Co1/（1V） VCo/Ci1 Co，Ci不活動元素在變形前后的含量,WBM,WBO,。 TiO2,。Al2O3,。Na2O,。Fe2O3,。 TiO2,4 剪切帶中的流體,剪切帶中流體存在的地質(zhì)表現(xiàn)： 強(qiáng)變形帶中長英質(zhì)礦物的流失與層狀硅酸鹽礦物的富集， 弱變形域兩端和內(nèi)部的同構(gòu)造分泌脈， 碎斑和壓力影兩端的增生纖

15、維， 巖石的退變質(zhì)作用和含水礦物的形成，,OHara（1988）：剪切帶巖石的變形變質(zhì)前后活動組分來計算流體/巖石比（N） NLi/Cif（1Si） Li活動組分i在變形巖石中的虧損量 Cif組分i在流體中的溶解度 Si組分i在流體中的飽和度 體積變化校正： Li Cim （ CTim / CTio ） Cio 或 N Cim （ CTim / CTio ） Cio / Cif（1Si） 河臺一條韌性剪切帶糜棱巖的N達(dá)110150（鐘增球和游振東）,實習(xí) 剪切帶應(yīng)變測量（問題3.5）,地質(zhì)圖示砂巖層不整合下的基性火山巖和礦化巖墻中有一平移的剪切帶?；鹕綆r中包含方解石充填的球形到近球形的氣孔在水

16、平方向拉長和縮短。在六個地點(diǎn)（A到F）采集了的手標(biāo)本其磨光面上氣孔變形成橢圓形。 1 根據(jù)剪切帶中氣孔扁平面所顯示的新生面理，確定剪切帶的位移方向和剪切指向。 2 測量各個點(diǎn)上變形氣孔的長軸方向與剪切帶邊界的夾角和橢圓度R，投入圖3.20，確定其是否為簡單剪切帶。,3 按圖3.6 的方法，用求出值，得出值，利用值圖解求出橫過剪切帶的位移S。 4 作橫過剪切帶的應(yīng)變剖面：設(shè)沿剪切帶走向的應(yīng)變是均勻的，把A、B、C、D、E、F點(diǎn)的應(yīng)變值投影于剖面上，畫出應(yīng)變值的曲線，計算曲線下的面積，求得總位移S。注意巖墻產(chǎn)狀直立，并與剪切帶邊界斜交 5 畫出剪切帶西北側(cè) 巖墻的可能位置,十二、 韌性剪切帶與成礦

17、,（一）剪切帶型金礦的類型 韌性剪切帶型金礦 脆韌性剪切帶型金礦 脆性剪切帶型金礦,1.韌性剪切帶型金礦,綠片巖相 含礦巖系：基底結(jié)晶巖系 含礦巖石：糜棱巖 透鏡狀弱變形域中 實例：河北金廠峪金礦，廣東河臺金礦,金廠峪金礦(據(jù)張秋生等1991),產(chǎn)于片糜巖中，片糜巖中有許多變輝長巖（斜長角閃巖）的透鏡體。 金礦床分布在：構(gòu)造透鏡體的尖滅端，多個小型透鏡體集中分布區(qū)。 礦化類型：細(xì)脈浸染型韌性剪切帶型 石英脈型脆性變形 兩者疊加可形成大而富的工業(yè)礦體。,金廠峪金礦床中段投影圖,廣東河臺金礦（據(jù)何紹勛等1996）,糜棱巖型金礦 容礦巖石為糜棱巖 礦化強(qiáng)度與剪切帶剪應(yīng)變量成正比,2.脆韌性剪切帶型金

18、礦,低綠片巖相或更淺 韌性剪切帶晚期的脆韌性裂隙，通常呈雁列式P或R型，以及D型裂隙，被同構(gòu)造分泌的石英、鈉長石、碳酸鹽及金屬硫化物充填而成含金礦脈。,特點(diǎn)：,圍巖為糜棱巖或千糜巖 礦體呈斜列式，其排列所示的運(yùn)動方向與剪切帶的運(yùn)動方向一致。 蝕變糜棱巖型和石英脈型。 如：夾皮溝、老灣金礦。,3.脆性剪切帶型金礦,蝕變碎裂巖型，如焦家式，位于基底巖石中或基底巖石的頂部，早期糜棱巖又碎裂的巖石中。 含金石英脈型，如玲瓏式，位于脆性變形的花崗巖或蓋層中。,通常是不同層次的不同類型礦化疊加的結(jié)果。一個礦區(qū)中各類礦化之間具有： 同源性 共生性 遞進(jìn)性 階段性 分帶性 互補(bǔ)性,（二）剪切帶與金礦的空間關(guān)系,剪切帶對綠巖型金礦的控制 古元古代及太古代的巖石中集中了80的金礦 金礦床受基底巖石中剪切帶的控制。 如雷德湖金礦及與其伴