韧性剪切带

第四节、韧性剪切带
韧性剪切带是地壳深部岩石变形的一种基本构造型式，形成于地球演化的不同历史时期。

它不仅在前寒武纪克拉通区普遍存在，而且在新生代陆-陆碰撞造山带，如喜马拉雅造山带，都有一定的分布。

韧性剪切带可以形成于各种构造环境，如造山前的隆滑构造（杨振升，1995），造山期的逆冲-推覆韧性剪切带（许志琴，1997），造山后的伸展型韧性剪切带，以及许多走滑韧性剪切带。

大量研究文献表明，不同构造环境，不同构造层次的韧性剪切带具有不同的构造特征。

许多大的地质体边界都存在大型韧性剪切带。

因此，韧性剪切带已经成为地壳运动规律和大陆造山带以及岩石圈变形构造动力学研究的重要内容。

韧性剪切带也是地壳深部的构造薄弱带，许多大型韧性剪切带的形成总是伴随有变质作用（递进或递退变质作用）；韧性剪切带也是地质流体运移的通道和流体-岩石相互作用的场所，如钾交代作用、脱碳作用、碳酸盐化作用。

尤其是形成于下地壳-岩石圈的韧性剪切带，还伴随着岩石的部分熔融和岩浆的生成，并由此导致剪切带内岩石性质、结构和构造的改变。

更需要强调的是，许多金矿，尤其是前寒武纪变质岩区的金矿，都直接或间接地与韧性剪切带有关。

因此，对韧性剪切带的研究有助于正确认识变质作用的动态变化、深部地壳的组成和演变，并极大地促进了矿产资源的开发。

一、韧性剪切带的含义
韧性剪切带的概念是从韧性断层一词演化而来，基本涵义是：形成于地壳深部的线性高应变带，由于高应变带内岩石的塑性流动，导致两侧岩块之间发生显著位移而不具有明显可见的断层面。

对于韧性剪切带的研究，由于所指侧重点不同，先后出现了许多不同的术语，包括韧性剪切带、韧性变形带、韧性断裂带、糜棱岩带和线性错动带等。

二、韧性剪切带的基本特征
（一）韧性剪切带的基本形式
发育在块状岩石中的韧性剪切带通常形成明显由弱到强连续过渡的应变带，常具有递进变形的一系列特征。

它无明确的变形边界（图4-4-1a），这是韧性剪切带的典型形式，主要产于一些深成侵入岩或厚层的块状岩石内（石英岩，厚层大理岩等）；在有早期叶理（包括层理）的岩石中，韧性剪切带横切或斜切早期叶理或早期岩脉时，往往导致早期叶理和岩脉发生有规律的方位变化，并使岩脉变细或错断，或者导致早期叶理的褶皱并被置换。

与未变形岩石之间为渐变过渡或呈截然相接（图4-4-1b）；当剪切带平行早期叶理发育时，形成顺层剪切带，带内岩石中的早期叶理可能形成不对称非圆柱状褶皱或鞘褶皱，并发生横向构造置换。

其与带外岩石之间为渐变过渡或截然相接（图4-4-1c）。

图4-4-1 韧性剪切带的基本形式
Fig. 4-4-1 Basic styles of ductile shear zones
A-块状岩石中的韧性剪切带；B-横切或斜切早期叶理的韧性剪切带；C-平行早期叶理的顺层剪切带。

实际上，目前报道的大量韧性剪切带内构造特征十分复杂，远非上述几种基本形式所能概括。

（二）韧性剪切带的规模和产状
韧性剪切带的规模相差很大，小者在薄片中可见，大者长达数百或上千公里，甚至一些陆块或板块的边界也表现为韧性剪切带，其位移距离相差也很悬殊，小者毫米级，大者上百公里。

韧性剪切带的产状陡缓不一，可以是水平的，也可以倾斜的，也可以直立的，与韧性剪切带的性质、规模、发育的构造部位等因素有关。

同时，也与韧性剪切带是否受后期改造有关，经受后期变形改造的韧性剪切带产状变化极大。

（三）变形分解作用与韧性剪切带的域构造
Bell（1981，1985）通过对韧性剪切带变形的研究提出，由于岩性不均一性，确切地说是不同矿物或块体物理性质差异，韧性剪切变形可以分解为：1）无应变区；2）递进缩短区；3）递进缩短+递进剪切应变区；4）递进剪切应变区。

并且认为，变形分解作用可以在不同尺度上发生。

事实上，由于变形分解作用，往往导致剪切带中应变的不均一性。

造成强应变带之间弱应变域的存在。

这可在韧性剪切带内不同尺度上表现出来。

在超显微尺度，位错列，位错壁，堆垛层错及其间的晶格都是强弱不同的域构造的表现（见第二章第七节）；在显微尺度和手标本尺度上，由云母和丝带状石英定向构成的糜棱叶理形成的强变形域围绕由长石、角闪石等粒状、柱状矿物组成的弱变形域形成的网状结构也显示出类似的特征。

在宏观尺度下，剪切带内的域组构往往由强应变的糜棱岩、超糜棱岩组成的强应变域（或构造片麻岩）与弱应变的糜棱岩化岩，初糜棱岩化岩组成的弱应变域相间而成（图4-4-2），只不过在不同构造层次形成的域构造不同。

在中浅构相中强弱应变域往往呈线性相间排列（图4-4-2b），而在深构相中，岩石的塑性增加。

强应变域往往构成网状形态或网状结构（图4-4-2a）。

弱应变域中，先存残余构造不同程度地得到保存。

（四）韧性剪切带的应变状态
对于韧性剪切带的几何性质及其应变模型，Ramsay（1980，1981）作了较系统的论述。

根据天然剪切带主要区段的构造特点，提出模式的边界条件是：1）两边平行；2）切过剪切带的任意断面上的位移剖面都相同，这意味着有限应变剖面及所有剖面上的小构造定向和具有的几何性质均相同。

在此基础上，兰姆赛将韧性剪切带的应变场划分为两种情况下的六种应变型式。

图4-4-2冀东三屯营地区韧性剪切带的域构造（据刘正宏，1992资料修改）
Fig. 4-4-2 Domains in ductile shear zones from Santunying, East Hebei (revised from Liu, 1992) A深构造相；B中浅构造相
1、两盘岩石未变形时，可能产生如下三种应变型式：
A、不均匀简单剪切（图4-4-3a）
B、不均匀体积变化（图4-4-3b）
C、不均匀简单剪切与不均匀体积变化之联合（图4-4-3c）
2、两盘岩石受到均匀变形时，可能产生如下三种应变型式：
D、均匀应变与简单剪切之联合（图4-4-3d）
E、均匀应变与体积变化之联合（图4-4-3e）
F、均匀应变、简单剪切与体积变化之联合（图4-4-3f）
上述六种应变型式是自然界韧性剪切带的模式化总结，虽然自然界韧性剪切带内的应变特征远比上述模式复杂的多，但其总体应变样式均可概括在上述六种应变格式中。

其中上述六种状态中更适用自然界的模式主要为c或f 。

（五）韧性剪切带的终止特征
任何韧性剪切带即使其规模巨大，也不可能无限制延伸，它们或终止于另一条剪切带中，或终止于未变形的物质中。

对于以平面应变为主的剪切带，末端的位移或者逐渐分散到越来越宽的地带，直到应变量最小不足以引起明显的构造（图4-4-4）；或者可以引起侧面位移而造成较复杂的应变形式。

如果
两侧受到限制，则剪切带就会发生弯曲趋向。

右行剪切带末端对剪切带的主体作顺时针方向弯曲，左行反之。

这种效应可使两条同样方式运动的相邻剪切带互相交切联合，形成菱形或网格状构造。

（图4-4-5）。

三、韧性剪切带的内部构造要素
在韧性剪切带内，岩石遭受到强烈的变形，形成具强烈应变的构造岩（见第二章第七节）。

除此之外，还具有十分复杂的面、线和褶皱等构造要素。

图4-4-3 韧性剪切带的几何类型（据Ramsay，1980）
Fig. 4-4-3 Geometrical patterns of ductile shear zones (from Ramsay, 1980)
左图为原始状态，A-F为各种类型的韧性剪切带，说明见正文
（一）面状构造
韧性剪切带可以发生在块状岩石中，也可形成于具有早期面状构造的岩石中。

因此，对不同类型韧
性剪切带而言，其内部的面状构造要素特征是不同的，总结起来，可有如下类型：
图4-4-4剪切带末端的变化（据Ramsay，1979）
Fig. 4-4-4 The termination of shear zones (from Ramsay, 1979)
A、叶理方位的变化；
B、穿过剪切带剖面的总位移
图4-4-5韧性剪切带的扩展和联合（据Ramsay，1980）
Fig. 4-4-5 Propagation and combination of ductile shear zones
(from Ramsay, 1980)
A.趋近；
B.端部弯曲；
C.交切；
D.联合
1 、先存面状构造
指剪切带形成以前就存在于岩石中的面状构造。

它可以是层理或变质层理，也可以是次生板劈理、千枚理、片理或片麻理，或者是条带状构造。

剪切带内先存面状构造的类型和特征往往受剪切带形成时的岩石特征、构造环境、剪切变形在岩石变形序列中的位置等多种因素控制。

2、新生面状构造
新生面状构造指剪切带形成过程中的面状构造，其类型或特征也受剪切带产出的岩石特征和构造环境有关。

主要有如下几种类型：
（1）糜棱叶理和剪切叶理普遍被认为是剪切带中存在的典型叶理，主要发育于由不同类型的糜棱岩为特征的韧性剪切带中。

糜棱叶理是指由矿物或矿物集合体优选定向形成的叶理，通常由片状矿物、强烈
拉长的丝带状石英或多个石英颗粒组成的石英条带和其它强烈拉长的矿物定向而成，又称为S叶理。

在剪切带内，S叶理的方位一般随带内应变的强弱而不同，在剪切带边部弱应变带，S面与剪切带的边界呈45°夹角，但随着应变向剪切带中心的逐渐增强，夹角也相应变小，甚至平行，整体上构成S形（图4-4-6）。

图4-4-6韧性剪切带中的S叶理的几何形态
Fig. 4-4-6 S-shaped foliation orientation in ductile shear zones
r为剪切应变，波峰处为剪切带最大应变值
在规模较大的韧性剪切带中，糜棱叶理往往被一系列近于平行或平行的小剪切带切割（图4-4-7a），这种小型剪切带叫做剪切叶理或剪切条带，整个构造也可叫做剪切条带劈理，也称"C"叶理或C型剪切条带。

S叶理和C叶理构成的构造组合通常称S-C组构，它在手标本和显微尺度上，均可观察出来。

S-C 组构中的C面基本上平行于剪切带边界，比较平直、连续。

S-C组构形成于云母含量较小的弱叶理化岩石中，一般在绿片岩相-低角闪岩相条件的韧性剪切带尤其是花岗岩质糜棱岩中常见。

图4-4-7 韧性剪切带内的S-C组构
Fig. 4-4-7 S-C fabrics in ductile shear zones
在许多文献中，还有另一种类型的剪切条带，也称为C′面或C′型剪切条带或拉伸性折劈，其与剪切带边界斜交，夹角在15°-35 °之间（图4-4-7b）。

主要发育于强烈叶理化的糜棱岩，如干糜棱岩和糜棱片岩中。

通常延伸不连续尤其是有弱叶理化层（石英层或石英条带）时，往往不能连续通过，呈波纹形或错齿状，其与早期叶理的交线垂直拉伸线理和矿物线理。

一般情况下，C′剪切条带只形成一组，偶尔可形成两组叶理。

它可能形成于韧性剪切带变形的晚期阶段，并叠加在早期S-C组构之上。

C型和C′型剪切叶理（或剪切条带）都具有内外单斜不对称。

它们可用作判断剪切带的剪切状态的标志（图4-4-6，图4-4-7）。

但需要说明的是，S-C组构剪切状态与剪切带的剪切状态相同，而C′型剪切条带（或剪切叶理）切割的早期叶理多是递进简单剪切变形过程中糜棱叶理旋转到C面上而导致S//C′的结果。

因此它切割早期叶理显示的S型不对称性与S-C组构中的糜棱叶理的不对称性相反。

（2）千枚理和折劈理
近年来，发育在低级变质层状岩石中的韧性剪切带逐渐为人们所认识。

这些剪切带可以是顺层剪切带，也可以是切层剪切带。

其内的新生叶理很难用糜棱叶理表示。

一般情况下，如果剪切带在早期变余层理的基础上形成剪切带内的叶理，以千枚理、板劈理或片理为特征。

如果在已有次生千枚理、板劈理的基础上形成，则可能以折劈理、千枚理等叶理为特征。

需要强调的是，随着递进简单剪切变形的进行，剪切带内的折劈可向千枚理、片理等转化。

（3）条带状构造和片麻理
在高角闪岩相一麻粒岩相构造环境中，韧性剪切带内的叶理多以条带状构造的发育为特征。

（二）线理
线理是韧性剪切带内最常见和最基本的构造要素。

在规模较大的韧性剪切带内，拉伸线理、矿物线理、交面线理、窗棂构造、石香肠构造等线状构造都可能形成。

但拉伸线理和矿物线理是剪切带内的主要线状构造。

它们主要发育在糜棱叶理面上，可以指示剪切运动的相对方向，要确定剪切运动的具体方向，通常需要在XZ截面上观察其它指向标记来确定。

拉伸线理主要由拉长的矿物、矿物几何体定向反映出来，它们在不同矿物组成的岩石中和不同构造相中均有不同的表现形式。

（三）褶皱构造
随着对韧性剪切带的研究，褶皱作用的简单剪切机制也逐渐被人所重视。

大量有关剪切带研究的文献表明，简单剪切作用形成的褶皱样式往往由于剪切作用与先存叶理的关系。

剪切带内的岩层物理性质等多种因素的影响而十分复杂。

1．切层剪切褶皱
当岩石中的先存叶理或者岩脉与剪切带垂直或斜交的情况下，剪切作用可以使早期叶理或岩脉被动弯曲形成相似褶皱（图4-4-8）。

这种作用相当于前文第二章第三节的切层剪切褶皱作用（或滑褶皱作用），所形成的褶皱或枢纽决定于先存面状构造与剪切带XY面的交角，轴面平行于剪切带。

这种褶皱的基本特点是多为顶厚或相似褶皱，轴面和枢纽产状稳定。

普遍认为，这类褶皱应属b型褶皱其形成条件是不均匀的简单剪切作用。

图4-4-8 由被动岩层的剪切产生的相似褶皱（据Ramsay，1967）
Fig. 4-4-8 Similar folding due to shearing of passive layers (from Ramsay, 1967)
2．顺层剪切褶皱
顺层剪切褶皱是顺层剪切褶皱作用的产物。

根据褶皱枢纽的产状和变化，不同截面上褶皱的形态，
基本上可分为如下两种：
（1）不对称B型褶皱
总体上表现褶皱的一翼长，一翼短，褶皱枢纽与剪切带内的拉伸线理垂直或高角度相交。

褶皱内部叶理之间的协调性则受岩石的物理性质和所在的构造环境所控制，一般情况下，岩石的塑性增强，褶皱的不协调性增加，更显示出岩石的塑性流动特征。

从其分布来看，这种褶皱往往以褶皱单体的形式产出，局部情况下可以形成由单体连续产出的褶皱群落。

从横向上看，褶皱仅涉及一定厚度的岩层或一定宽度的叶理面，在此之外，褶皱消失。

（2）鞘褶皱
鞘褶皱是由Carreras 等（1977）在研究西班牙比利牛斯海西期褶皱带时首先提出的，其外形酷似刀鞘，故得名"鞘褶皱"。

图4-4-9 鞘褶皱在不同断面上的形态特征示意图（据Mattauer，1980）
Fig. 4-4-9 Characteristics of sheath fold at different sections (from Mattauer, 1980)
鞘褶皱的规模一般较小，常为手标本规模（几厘米）、或露头规模（几十米、几百米），规模较大的鞘褶皱少见，如加拿大北部维尔半岛元古宙磁铁石英岩中发现一个较大规模的鞘褶皱，沿运动方向长约9km，端部宽约1.5km（郑亚东等，1985）。

鞘褶皱的基本形态如图4-4-9。

其外形总体呈刀鞘状，"刀鞘"的延伸方向平行X轴或拉伸线理，"刀鞘"的顶端称为舌端或鼻部。

从构造上看，鞘褶皱的形态由其褶皱枢纽的弯曲表现出来，枢纽在舌端或鼻端弯曲成圆弧形或抛物线形，与拉伸线理或矿物线理近垂直或高角度相交，在其它部位基本上与拉伸线理平行。

因此，称为a型褶皱。

图4-4-10 韧性剪切带中的褶皱（据Mattauer，1980）
Fig. 4-4-10 Folds in ductile shear zones (from Mattauer, 1980)
A- 韧性剪切带的拉伸线理；B、D、E-褶轴平行拉伸线理的A型褶皱；
C-褶轴垂直拉伸线理的B型褶皱；M-运动方向；L-拉伸线理
在不同断面（或剖面）上，鞘褶皱的形态变化多样，在平行X剖面上，多为不对褶皱，轴面倒向常为剪切方向；在垂直X剖面上，多为扇形、眼球状或封闭的椭圆形；在XY面上，褶皱不明显，但褶皱枢纽的迹线往往呈圆弧形→弓形→舌形（杨振升，1985）。

因此，在野外观察时，如无鞘褶皱的立体形态出露，往往需要通过多个断面的观察才能确定鞘褶皱的存在。

一般认为，鞘褶皱是高应变简单剪切作用的结果，是由平行叶理的不均匀简单剪切流动形成的（图4-4-10）。

最初形成不对称b型褶皱，由于强烈的差异性韧性流动，导致近垂直线理的褶皱枢纽逐渐弯曲，而形成鞘褶皱（Cobbold和Quingwis，1980；Mattauer，1980，Mallaviell，1982；Passchier等，1996）。

因此，从b型不对称褶皱到鞘褶皱之间还存在着一定的过渡类型；从而导致剪切带内褶皱形态复杂化。

需要指出的是，韧性剪切带中的面、线和褶皱构造是剪切带形成和演化过程中不同阶段的产物，如果剪切应变足够大，那么，在递进简单剪切变形过程中，往往存在早期面状构造→褶皱→新生叶理→褶皱的多旋回过程。

因此，在剪切应变量极大的剪切带中，往往存在有多期叶理为变形面的褶皱构造共存的局面。

四、韧性剪切带的分类
在对韧性剪切带的研究中，往往从不同的角度对韧性剪切带进行分类，因而出现不同型式的分类方案。

现把几种主要的分类介绍如下：
1、按"产状"分类
即按韧性剪切带的产状及运动学特征进行分类，基本上与脆性断裂分类相对应：
（1）韧性平移剪切带，主界面近直立，两侧岩石做相对水平移动的韧性剪切带。

（2）韧性逆冲（推覆）剪切带，主界面近水平，上覆岩石相对下伏岩石做逆冲推覆运动的韧性剪切带。

（3）韧性滑覆（正）剪切带，上覆岩石相对下伏岩石做正向下滑运动的韧性剪切带，也有人称为剥离韧性剪切带（傅昭仁，1996）。

在这三种类型之间，还存在一系列过渡类型的韧性剪切带，过渡类型的剪切带可按下列原则区分：拉伸线理的侧伏角（拉伸线理与剪切带主界面走向的夹角）小于45°时，称逆（或正）-平移剪切带；如大于45°时，为平移-逆（-正）剪切带。

此外，在按产状的分类中，还有人提出顺层韧性剪切带（傅昭仁，1996）或韧性滑脱剪切带（许志琴等，1997），主要指产于地壳深部不同岩层（或物性层）之间并使这些岩层平行层面做相对滑移运动的韧性剪切带，这是一种特殊类型的韧性剪切带。

（4）顺层韧性剪切带或滑脱韧性剪切带，指产于地壳深部不同岩层（或物性层）之间并使这些岩层平行做相对滑移运动的韧性剪切带。

它可以是正向滑移，也可以是逆向滑移，相当于脆性断裂的顺层断层。

2、按形成时的热动力条件分类
大量研究结果表明，韧性剪切带形成于地壳深部温压条件变化很大的范围之内。

不同温压条件下形成的韧性剪切带具有不同的特征，因此，可形成不同形式的分类。

（1）从构造相的观点分类
根据构造相的观点，可以划分为浅构相韧性剪切带、中构相韧性剪切带和深构相韧性剪切带。

它们与变质相的绿片岩相、角闪岩相和麻粒岩相的形成空间大致相同。

不同构造相分别有其特征性变质构造岩、矿物组合和构造形迹。

（2）根据温度和应变的关系分类
许志琴等人（1997）据此把韧性剪切带分为以下两个类型：低温高压高剪切应变的"硬化"韧性剪切带和高温低压高剪切应变的"软化"韧性剪切带。

前者以发育低温高压变质矿物（如蓝闪石、硬玉、硬柱石、黑硬绿泥石、多硅白云母及柯石英等）为特征；后者以具有高温石英组构�>650°的糜棱岩）为特征，伴随局部熔融作用及同构造花岗岩产生。

（3）根据变质作用与变形作用的关系及剪切带内矿物组合特征分类
刘喜山等人（1992）据此把韧性剪切带划分为：a，高压型韧性剪切带，以蓝闪石、多硅白云母、绿帘石、及石榴子石为特征，T<500°C，P >0.8GPa ；b，低压型韧性剪切带，以红柱石、夕线石、堇
青石、紫苏辉石为特征，T从低温到高温，P<0.5GPa；c，退变型韧性剪切带，以剪切带内变质构造岩在空间上呈带状展布的退化变质带为代表。

近年来，随着对韧性剪切带研究的深入，逐渐把韧性剪切带同岩石圈运动的构造体制及力学性质，韧性剪切带在岩石圈中的部位，和板块作用方式联系起来，从而形成了诸如"收缩型"、"伸展型"、"转换型"、"挤出型"、"幔内型"、"壳幔型"、"壳内型"；"洋内型"、"俯冲型"、"仰冲型"、"碰撞-陆内会聚型"之类的分类方案（徐志琴等，1997）。

对此类分类和定名方案，显然需要通过对韧性剪切带进行深层次的研究。