第六章5韧性剪切带

tan d z (此处z是小单元剪切带的宽度) tan2 ' 2
cot' cot
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•
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
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
图15－8(左）千糜岩(d=3mm)， 由石英和白云母组成(据 Williams，1982)
• 剪切带是平面状或曲面状的高剪切应 变带，其长宽比至少大于5:1。其尺度可 从超显微的晶格位错到造山带或变质基底 内几十公里宽和上千公里长的韧性剪切带。
•
来自百度文库
剪切带的研究不仅是造山带研究中
的重要课题，且在整个岩石圈构造及全球
构造动力学方面具有重要意义。
2
•
根据剪切带的几何产状和运动方式，可将剪切带划
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
d o dx
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• 由于剪带内发育“S”型面理和矿物拉伸线 理，使剪切带内的岩石具有良好的面状构
15-6B)。
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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
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。
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第一节 剪切带的基本类型
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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。
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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•
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
体的Xf Yf面而形成的面理，即剪切带内面理(Ｓ)。 它在剪切带内的方位变化受应变强度的控制。
因此，剪切带内面理(Ｓ)的方位随着从剪切带的
边缘到中心的应变加强而相应改变。在简单剪
切带边部， “S”型面理与剪切带的边界夹角成
45°，在中部随着主应变量的增加；则夹角变
小趋近于0°，穿过剪切带形成“S”型面理(图
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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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)。
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，
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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三、新生面理和线理
•
许多韧性剪切带中，常发育有由矿物或矿
物集合体的优选方位平行于剪切带的应变椭球
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，
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• 以上三种剪切带反映了它们形成时岩 石的力学性质的差异，也反映了地壳和岩 石圈不同层次、不同物理环境和不同流变 机制条件下岩石的应变局部化特征。
• 简单说来，由浅层至深部，剪切带的性 质和产状变化是多重的(图15-4)。
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第二节、简单剪切带的基本几何关系
• 各类剪切带的变形都是非均匀简单 剪切。一个非均匀简单剪切可看作是若 千个无限小的均匀剪切带的组合。因此， 一个小的均匀简单剪切单元的应变特征 是分析所有剪切带变形的基础。在分析 均匀简单·剪切单元的基本几何关系时， 一般作如下假设 (图15-6):
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
3
•
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 成机制完全不同。
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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
• (一)糜棱岩的基本特征
• 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。
•
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。
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•
千糜岩是糜棱岩的一个变种，具有千枚
岩的外貌，其中有大量的含水的片状或纤维状
矿物，如绢云母、绿泥石、透闪石、阳起石等
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
5
• 3.韧性剪切带
韧性剪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)。
造(S)和线状构造 (L)。此类岩石称为SL 构造岩，它是韧性剪切带的标志之一。
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第四节 韧性剪切带的运动方向的确定
• 韧性剪切带的剪切运动方向，可根 据以下几个方面加以确定:
• (一)错开的岩脉或标志层
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:
构造片岩具有明显的面理构造和新生的矿物。
颗粒一般较大(＞0.5mm)，有时可见到变余的
糜棱结构。其中的石英在平行的云母类矿物的 限制下常形成矩形晶体，其长边平行面理(图 15-9)。如残存有长石斑晶,则形成眼球状片麻岩。
• 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，
计算较复杂。
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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。
• (1)坐标的选择。设平行剪切方向为X 轴，剪切面为Xy面，y轴垂直于X轴，Z 轴垂直于Xy面 (图15-6A）。
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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 ，
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。
•
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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• 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，
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:
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；