第六章-5 韧性剪切带

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第三节 韧性剪切带内的岩石变形
• 从力学观点来看，韧性剪切带就 是地壳和岩石圈中不同尺度的缺陷， 是应变软化带和应变局部化带，其变 形过程中的应力、应变速率和温度等 环境条件之间的关系，受不同的流动 律控制。从而形成了特征性的岩石、 构造和其他微观变形现象。
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断层构造岩分为两大系列：脆性断层－碎 裂岩系列和韧性剪切带－糜棱岩系列。 前者的细粒化主要是由于机械破碎而成， 而后者的形成作用极其复杂，原有物质 通过韧性变形、动态重结晶细粒化而形 成基质，并因塑性流变而具糜棱面理， 未细粒化部分构成残斑。 糜棱岩常见的显微构造有：波状消光、 变形纹、变形带、核幔构造、压力影等 等，说明它与碎裂岩类动力变质岩的形 成机制完全切带是岩石在塑性状态下发生连续变形的 狭窄高剪切应变带 (图15-1D和图15-2)。典型的韧性剪 切带内变形状态从一壁穿过剪切带到另一壁是连续的， 不出现破裂或不连续面；带内变形和两盘的位移完全 由岩石的塑性流动或晶内变形来完成。因此，韧性剪 切带具有“断而未破，错而似连” 的特点 (图15-1D和 图15-2)。
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据剪切带内面理 (Ｓ)与剪切带边界的夹角 及其变化可以测量平行于剪切带的剪应变，从 而计算出横过剪切带的总位移，具体的计算方 法:在垂直于y轴的剪切带的剖面 (XZ面)上，横 穿剪切带，从剪切带的边界直至中心，依次测 量各点的剪切带内面理(S)与剪切带壁(即X方向) 的夹角θ ，据公式 tan2θ=2/γ ，利用 θ′求出剪 应变量γ (图15-6C)。以剪应变(γ)为纵坐标，以 测点到剪切带一边的距离(x)为横坐标，作剪应 变 (γ) 与距离 (x) 的曲线图 ( 图 15-6D) 。曲线与横 坐标包围的面积就是总的横过剪切带的位移距 离(d)。 x
①糜棱岩带受韧性剪切带控制，产于狭窄 的强烈变形或退变质带中； ②糜棱岩面理发育，组成糜棱面理的矿物 具有明显的动态重结晶现象，拉伸线理 发育； ③糜棱岩是塑性变形与剪切作用共同产生 的，所以糜棱岩中旋转、剪切等显微构 造发育。
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二、韧性剪切带内的褶皱变形
• • • 在各向异性的地质体内产出的韧性剪切带内， 经常出现复杂的 褶 皱变形，其主要的 褶 皱变形类 型有: 1、被动相似褶皱 由于剪切带内差异性剪切作用，改变了先存 面状构造的方位，导致标志层出现被动 褶 皱，一 般形成相似 褶 皱。 褶 皱轴平行于原始标志层与剪 切带的Xy面的交线。轴面平行于剪切带 (图15-10)。 2、主动纵弯褶皱 是先存标志体或面状构造受挤压失稳形成的 ( 图 15H1) 。褶皱形成的先决条件是 : 标志体与围岩 之间存在能干性差。
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(2)设应变椭球的三个主应变轴为Xf 、yf和Zf并且Xf ≥yf≥Zf ， 同时还假设yf不变，即e2=0，作为平面应变分析，中间应变轴yf包 含在平行剪切带两边界的平面中。在XZ面上测得主应变轴Xf ， 与X轴的夹角为θ′。 • (3) 设原先存在的平面标志层在 XZ面上的迹线与 X 轴在变形 前的夹角为α，变形后的夹角为α′ 。原单位半径的圆变为应变椭 圆，其主轴沿Xf长度为1十e1 ，而沿Zf的长度为1十e3，Xf的旋转角 度ω=θ－θ′ γ为剪应变，ψ为角剪切，d为平行X轴的位移距离。 • 在上述假设条件下，剪切带的基本几何关系可表示为:
• 变余糜棱岩 是介于构造片岩和糜棱岩间的一
个过渡类型，它虽然具有广泛的重结晶作用， 但糜棱岩的结构构造仍明显可辨。变余糜棱岩 与糜棱岩的区别在于后期重结晶的强弱。
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图15－7糜棱岩
(据H. Williams，1982) A.长英质糜棱岩，d ＝5mm ，碎斑为长石， 石英拉成丝带状，围绕着碎斑 B. 眼球状糜棱岩， d ＝ 6mm ，长石呈眼球 状，基质由白云母、绿泥石组成，围绕 碎斑分布
tan d z (此处z是小单元剪切带的宽度)
tan2 ' 2

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cot ' cot
•
以上表达式反映了剪切带内一 些基本物理量间的关系。这是基于 假设小均匀剪切应变单元。对于天 然剪切带来说，剪切应变值不是变 化的。它在带的中心最高，边界处 最低。因此，剪切带中各物理量的 计算较复杂。
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鞘褶皱是韧性剪切带中一种特殊的 A型褶皱。因 形似刀鞘故名鞘褶皱。鞘褶皱常成群出现。鞘褶皱大 多呈扁圆状或舌状，或成圆简状。多数为不对称褶皱， 沿剪切方向拉得很长。为了研究方便将鞘褶皱的长轴 (平行运动方向)确定为X轴；Y轴与X轴垂直，并平行于 剪切面；Z轴垂直于XY面 (图15-12E)。 • 鞘褶皱在不同断面上的形态变化很大。在垂直X轴 的YZ面上以封闭的圆形、眼球形、豆荚状为典型特征 (图15－13A)。在XZ断面上多为不对称及不协调的褶皱， 其轴面的倒向为剪切方向 (图15-12D、E，图15-I3B)； 在XY断面上褶皱不明显，但显示出长条形或舌形等， 其上发育有明显的拉伸线理，拉伸线理指示剪切运动 的方向。
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鞘褶皱在YZ面上的形态
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•
鞘褶皱的形成有多种方式。有的是先 期褶皱在剪切过程中枢纽被弯曲，甚至可 以变得很尖，形成翼间角较小的鞘状褶皱， 是叠加变形的结果。多数鞘褶皱是由被动 层中存在着原始偏斜，如原始厚度不等的 局部原始偏斜，或层面斜交于剪切方向及 其他的局部不均一性，在递进剪切作用下 发育成枢纽弯曲或形态复杂的褶皱。当应 变值很大时(γ＞10)才形成典型的鞘褶皱。
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1.脆性剪切带(断层或断裂带) 的特点是具有一个或 多个清楚的不连续界面(图15-1A)，两盘位移明显，变形集 中在个别不连续面上，其两侧岩石几乎未受变形，伴生有 各种碎裂岩系列的断层岩。
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2. 脆-韧性过渡型剪切带
脆-韧性剪切带有多种类型，主要型式有两种:①似断层牵 引现象的脆 - 韧性剪切带 ( 图 15-1B) ，在韧性变形的岩石内部发育 不连续面，沿不连续面可能产生摩擦滑动，而其两侧一定范围内 的岩层或其他标志体则发生一定程度的塑性变形；②韧-脆性剪切 带由张裂脉的雁行状阵列表现出来(图15-1C)，雁列张裂隙反映岩 石的脆性变形，而张裂隙之间的岩石一般受到一定程度的塑性变 形。
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• 3、鞘褶皱 • 韧性剪切带中的褶皱与地壳浅层次常 见的褶皱的几何形态不同。剪切带中大部 分褶皱的褶轴与拉伸线理的方向大致平行， 这种褶皱称为A型褶皱(图15-12B、D和E)； 而浅层次褶皱的褶轴与拉伸线理相垂直， 这种褶皱称为 B 型褶皱 ( 图 15-12C) 。 A 型 褶皱一般发育在剪切带的强烈剪切部位， 可以是受剪切作用直接形成，或由较开阔 的 B 型摺皱随着剪切变形的加剧，使褶皱 平行拉伸线理而形成。
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构造岩分类表
（据Marshak and Mitra,1988,钟增球修改，1994）
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• (一)糜棱岩的基本特征
一、糜棱岩
• 1981 年在加利福尼亚彭罗斯国际糜棱岩研讨会 上，普遍认为糜棱岩的三个基本特征是:①与原 岩相比，粒度显著减小；②具增强的面理和 (或) 线理；③发育于狭窄的强应变带内。 然而，多 年的实践发现，凭这三个特点有时仍难以将糜 棱岩与面理化的碎裂岩很好地区分开来。因此， 对糜棱岩的基本特征鉴别还应加上另--个特征， 即：④岩石中至少有一种主要的造岩矿物发生 了明显的塑性变形。其显微构造，如丝带构造 及核慢构造等都表现出塑性变形、动态恢复及 动态重结晶的特点。这是现代糜棱岩概念的四 个基本要素。
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根据剪切带的几何产状和运动方式，可将剪切带划
分为走滑(平移)型剪切带、推覆(逆冲)型剪切带和 滑覆( 正断 ) 型剪切带等三种类型 。根据剪切带发育 的物理环境和变形机制的不同可将剪切带划分为下列三 种基本类型(图15-1):
图15-1剪切带的类型图示
(据J.G.Ramsay，1980) A.脆性剪切；B.脆-韧性剪切；C.韧-脆性剪切，D· 韧性剪切带
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鞘褶皱或斜褶皱一般发育在剪切带的强烈 剪切部位，其最本质的特点是拉伸线理与褶皱 轴趋近平行，故都属于A型褶皱。 这类褶皱可以是受剪切作用直接形成，也可 能由先存B型褶皱随变形加剧使枢纽强烈弯曲， 甚至拉长呈刀鞘状，使褶皱伸长与拉伸线理平 行。在韧性剪切带申，常常可以由边部到其强 化带看见从B型褶皱到A型鞘褶皱的演变过程(图 15－12)。 在实际工作中，由于鞘褶皱的样式奇特，为 研究方便，常将鞘褶皱平行运动方向确定为X轴， y 轴平行于剪切面并与 X轴垂直，构成 XY面 Z 轴 则在横切面上，并与 X、 y 轴相垂直并构成 yZ面 和XZ面 (图15－13)。
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(二)糜棱岩的类型
• 根据糜棱岩中细粒化基质的含量可将糜棱 岩系列的岩石划分为初糜棱岩、眼球状糜棱岩 (图15-7B)、糜棱岩 (图15-7A)和超糜棱岩。 • 准塑性糜棱岩既具有塑性变形特征又有脆性变 形行为，所谓的S-C糜棱岩和部分眼球状糜棱岩， 大都属于这一类。它们反映了脆 - 韧性过渡区域 内岩石的流变学性状。 • 随着变形后重结晶的增高，糜棱岩的细小 颗粒或多晶集合体将重新结晶而长大，使糜棱 岩转变成各种结晶片岩。根据其结晶程度和结 晶颗粒的大小，分为千糜岩、变余糜棱岩、构 造片岩和构造片麻岩。
图15－8(左）千糜岩(d=3mm)， 由石英和白云母组成(据 Williams，1982)
图15－9江西大余构造片岩（右） 石英呈矩形晶体，白云母为细 长条、片状岩石片状构造明显 ( 显 微 照 片 素 描 ， 正 交 ×170) (据孙岩，韩克从)
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5. 糜棱岩与区域变质岩有时在 露头或手标本上都难以区别，以下 几方面特征有助于认识糜棱岩:
第六章（五） 韧性剪切带
韧性剪切带的概念是从韧性断层一词演化 而来。60年代以前，人们认为断层是脆性破裂 的产物。60年代所做的岩石力学实验结果证实， 岩石在高温、低速条件下具有韧性行为，从而 认识到韧性断层的存在，并掀起了韧性剪切带 的研究高潮。 韧性剪切带在变质岩区广泛发育。