韧性剪切带

• 主要发育两组面理，即剪切带面理(S)和糜棱岩面 理(C) 。越靠近剪切带中心二面理之间的夹角越小。
• 各种剪切指向标志综合研究，互相印证。确定剪 切方向 • 注意不同侧面(XZ、YZ、XY)上变形特征的观察， 尽可能进行野外有限应变测量。
• 变形矿物观察，初步判断形成的温压条件 和形成的可能深度，如若斜长石发生韧性 变形，可能形成于下地壳。
不同截面上的特征：鞘褶皱在不同的断面上的形态 变化很大。在YZ面上以封闭的圆形、眼球形、豆 荚状为特征；XZ面上为不对称及不协调褶皱，轴 面的倒向为剪切方向；XY面上褶皱不明显，但显 示出长条形或舌形等，其上发育明显的拉伸线理， 指示剪切方向。
Sheath fold —Yunmeng mountain, Beijing
韧性剪切带中的褶皱与地壳浅层次的褶皱不同。 剪切带中的大部分褶皱与拉伸线理的方向大致 平行，这种褶皱称为A褶皱(B、D、E)，一般发 育在剪切带的强烈剪切部位。浅层次褶皱的褶 轴与拉伸线理垂直，称为B褶皱(C)。
鞘褶皱(sheath fold)最早是Carreras等1977年提出 的，是特殊的A褶皱，因形似刀鞘而得名，是 韧性剪切带的标志性构造之一，其规模一般几 米到几百米，有的可达数公里。大多呈扁圆状、 舌状或圆筒状，多数为不对称褶皱，沿剪切方 向拉的很长。
韧性剪切带的边界条件和位移场
边界条件：对于简单的剪切带，假设（1）两 个边界近于平行；（2）沿剪切带的任一横界 面的位移情况是一样的，即有限应变方向和 性质在横过剪切带的各剖面上是一致。一般 地质方法易于识别，因而具有实际意义。尽 管这些条件在自然界永远不会实现，因为任 何剪切带都必然终止于端部(收敛或分散)，其 位移在接近终点时必然改变。然而多数韧性 剪切带都在相当长的地段内接近这些假设条 件，所以具有实际意义。
第三阶段 ：上世纪 70 年代初， Ramsay 和 Graham (1970)系统地介绍了他们对韧性剪切带研究的成果， 受到普遍注意。给韧性剪切带赋予了与现在类似 的含义。 第四阶段 ： 1979 年西班牙国际剪切带会议，对剪 切带研究进行了总结，推动了进一步研究工作的 开展。
80 年代以后逐渐系统地介绍到我国，并发现了许 多大规模的韧性剪切带。
应变速率：应变速率的降低，使材料的屈服 极限降低，变成韧性。地质过程，既有快速 冲击，如陨石撞击、地震等，形成冲击矿物， 但多数情况是极其缓慢的过程，如造山带的 变形要持续几百、和几千万年。对美国西部 安德列斯断裂、欧洲阿尔卑斯山、中国闽西 南前陆带应变速率的分别在10－12 /s、10－14/s 和10－15/s左右。岩石在这种缓慢的应变速率 下，都表现出韧性特点。如此低的应变速率 在实验室条件下是没法实现的。李四光先生 早年层做过这类实验。
剪切指向的判别标志（一）
S-C面理(S-C Fabrics)：韧性剪切带中常发育由矿物 或矿物集合体的长轴优选方位平行于应变椭球的XY面 而形成的面理称为剪切带面理(S)。它与糜棱岩面理 (C) 的锐夹角指示剪切方向。C面理实际上是一系列平行 于剪切带边界的间隔排列的小型强剪切应变带，常由 细小的颗粒或云母等矿物组成。随着剪切带加大S面 理逐渐接近平行C面理。宏、微观均可见。
不对称的压力影(asymmetric pressure shadow)： 剪切带内的黄铁矿变斑晶(pyrite porphyroblast)在 简单剪切作用下，往往形成不对称压力影构造， 指示剪切方向。
剪切指向的判别标志（五）
多米诺骨牌构造(Domino structure): 糜棱岩中 较强硬的碎斑(如长英质糜棱岩中的长石碎斑)， 在递进剪切作用下产生破裂并旋转，使每个碎 片向剪切方向倾倒，犹如一叠书被推倒，形成 类似多米诺骨牌，也有人称之为书斜构造。裂 面与剪切带的锐夹角指示剪切带的剪切指向， 而每个裂面之间的滑动方向与剪切带剪切方向 相反。
剪切带的基本类型(二)
变形机制类型：脆性剪切带(断层或断裂带) (Brittle shear zone)、脆－韧性过渡型剪切带 (Semibrittle shear zone)、韧性剪切带(Ductile shear zone)
韧性剪切带性质
韧性剪切带 (Ductile shear zone) 是岩石在塑性状 态下发生连续变形的狭窄高应变带。典型的韧性 剪切带内从一壁穿到另一壁是连续的，不出现破 裂面或不连续面，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。剪切带中间 变形最强，向两侧逐渐减弱，两侧边缘处与带外 没有明显界面。“有位移而无断面，有变形但非 褶皱”。
脆、韧性剪切带空间上的过渡关系：Sibson (1977)提 出了大型剪切带的双层结构模式，即10－15km以浅 以脆性变形为主,形成碎裂岩(cataclasite)，以下以韧性 变形为主，形成糜棱岩(mylonite)。A－为未固结的断 层泥及角砾发育区；B－为紊乱的压碎角砾岩、碎裂 岩系发育区；C－固结的面理化糜棱岩系列发育区。 250－350°C为脆性断裂与韧性断裂过渡区。
判别剪切指向
其它一些方法
动态重结晶边界倒向
裂隙中对壁生长的脉体
判别剪切指向
判别剪切指向
判别剪切指向
总之，判别剪切 带剪切指向的宏、 微观标志很多， 应多种方法综合 运用。
剪 切 带 形 成 的 主 要 大 地 构 造 环 境
韧性剪切带的观察与研究
几何学－运动学－动力学－空间展布－发育时 间和演化过程－发育的构造背景－成矿作用 • 以强烈密集的面理发育带为特色。高应变面理带
几种岩石在干、湿条件下的抗压强度
四、时间（应变速率）
作用时间增长（应变速率降低），降低岩石的屈服 应力，增强岩石的韧性。
岩石受缓慢长时间外力作用时，质点有充分时间通过 移动而重新定向，从而产生永久变形。快速变形时， 质点来不及重新排列就发生破裂，所以呈现脆性变形
蠕变与松弛
蠕变(creep)：在恒定应力作用下，应变随时间持续增长 的变形 松弛(relaxation)：在恒定变形情况下，岩石中应力随时 间的减小
Hale Waihona Puke Baidu
判别S-C-C’面理 及剪切指向
判别S-C面理及 剪切指向
剪切指向的判别标志（二） 旋转碎斑系：强硬的 碎斑(porphyroclast)与 其周缘的弱的基质的 动态重结晶的集合体 或优选定向，形成不 对称的眼球构造。可 分为σ型和δ型。残斑 的拖尾指示剪切方向。
判别剪切指向
分析构造类型，判别剪切指向
而围 增压 加随 深 度 增 加
二、温 度
降低岩石的屈服应力，增大韧性，易于塑性变形 地壳中由于地温 梯度的存在，使 岩石温度向深部 升高
温度增高时，岩石质点(分子)的热运动增强，从而 减弱它们之间的联系能力，使物质质点更容易位移。 因此，当温度升高到适当程度时，较小的应力也能使 岩石发生较大的塑性变形
Sheath fold —Yunmeng mountain, Beijing
Sheath fold
—North Korea
Sheath fold —North Korea
鞘褶皱的形成形 成：其形成有多 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 尖角很小的鞘状 褶皱。当应变很 大(γ>10)才形成 典型的鞘褶皱。
• 采集各类构造标本，切记定向，供室内分 析用。 • 尽可能进行大比例尺填图，查明其展布规 律。
六 种 位 移 场 模 式 两盘未受应变：A 不均匀单剪；B 不均匀体变；C 前两项综合。
两盘受均匀应变：D 与单剪结合的均匀应变；E 与体变结 合的均匀应变；F 与单剪、体变结合的均匀应变。
剪切带内标志层特征(一) 剪切带中标志体的变形特征取决于标志体与围 岩的能干性差和与剪切带的夹角(α)。 当韧性差较小， α>90°，递进剪切应变将首先 使标志层缩短加厚，然后褶皱。
--North Korea
剪切指向的判别标志（三）
雪球构造(Snow ball structure)：剪切带中常伴随同 构造期的石榴石等轴矿物的变斑晶(porphyroblast)在 剪切作用过程中生长，即边旋转边生长，类似于滚 雪球，形成螺旋式尾巴，指示相反剪切方向。
判别剪切方向
剪切指向的判别标志（四）
韧性剪切带的研究历史
第一阶段：Clough (1897)在研究苏格兰寒武纪基 底变形时提出了韧性断层 (ductile fault) 的概念。 但当时人们普遍认为，断层属于岩石的脆性破裂 现象，褶皱才是岩石的韧性变形现象，所以这一 概念一直没被普遍接受。 第二阶段：上世纪30年代，以Griggs为首的一批 岩石力学实验工作者的实验成果证明，岩石在高 温、高压、低应变速率以及流体和化学作用下， 具有韧性和流变性质，并以实验证明了韧性断层 存在的可能性，从而承认了其存在。
剪切带内标志层特征(二) 当韧性差较小， α <90°，递进剪切应变将使标 志层逐渐变薄。
剪切带内标志层特征(三)
当韧性差较大， 根据α角的大小 可形成A3、B3、 C2和C3等情况。
剪切带内标志层特征(四)
剪切带中雁列脉 的形成过程，指 示剪切方向
判定剪切方向
判定剪切方向
剪切带中的鞘褶皱(sheath fold)
韧性剪切带
Ductile Shear Zone
侯泉林（国科大 地学院）
E-mail: quhou@ucas.ac.cn
剪切带的基本类型(一)
剪切带(shear zone)是面状高剪切应变带,其尺度 可从超显微晶格位错到造山带几十公里宽上千 公里长的韧性剪切带
根据几何产状和运动方式分类：走滑(平移)型剪 切带、推覆(逆冲)型剪切带、伸展(正断)型 剪切 带
影响岩石变形行为的主要因素
自身性质 ：不同矿物和岩石发生韧 性变形所需要的条件不同，也就是 说不同岩石发生韧性变形的难易程 度不同。大致顺序云母 → 石英 → 斜 长石→角闪石→辉石→橄榄石→金刚 石逐渐变难。
外部条件：围压、温度、流体和应 变速率等
一、围 压
围压：岩石所受的围限压力，一般指处于地壳中的岩 石所受上覆岩石产生的静岩压力 增大岩石的破裂强度；增大岩石的韧性 原因在于高围压下使晶体凝聚力增大，质点彼此接近， 其晶格不易破坏，即不易发生断裂，只能滑移，故表 现为塑性变形
三、流 体
溶液作用 使矿物分子活动增强，降低分子间的 内聚力，降低岩石的强度。 促进矿物在应力作用下的溶解迁移和 重结晶作用，增强岩石的韧性。
• 孔隙流体压力：岩石孔隙中流体的压力，降
低岩石的破坏强度，促使岩石发生破裂， 如水压致裂和水库诱发地震等。
同时产生压力效应Pe(有效围压) = Pc (围压) －Pρ(空隙压力)。当空隙压力接近围压时使 岩石产生浮起效应，使推覆构造得以实现。
中国学者的贡献：我国学者对韧性剪切变 形认识较早，李四光教授60年代初就提出， 非弹性的变形必然在岩石中永久地保存下 来，这些永久变形的种类很多，不仅有不 同性质的褶皱，而且有不同性质的断裂。 非弹性、非褶皱的变形即指韧性剪切带。 并作了石梁实验。
王嘉荫教授在讨论破裂带 (1972) 和碎裂变 质岩 (1978) 时，强调了破裂带和碎裂变质 岩的强烈挤压和扭动的性质。