第六章-5 韧性剪切带

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上述六种应变状态虽然是把事物简单化和模式化的 产物，但在实践上却有很大的现实性。在 地壳较浅层 次，许多顺层韧性剪切带由于受先存界面的控制，强剪 切应变经常局限在某些软弱层内，两侧能干岩层常常不 变形或弱变形。故一般都具A、B、C三种应变格式。较浅 花岗岩或其他岩体中狭窄剪切带，也多数属于两盘未变 形情况。但在 高级变质岩区 ，整个岩石体都处于塑性 状，在岩石片麻理化基础上又进一步形成变晶糜棱岩带。 在这种情况下，两盘岩石遭受到不同程度的变形，因而 只能用D、E、F状态来说明其内在机理。一般地说，韧性 剪切带内的岩石不仅有形变和体变，而且还存在着压溶、 相转换等物质的运动和改造，因此，上述六种状态中更 适用于天然的模式应为C或F。
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1.脆性剪切带(断层或断裂带)脆性剪切带是在地壳 上部的低温及高孔隙压力与静岩压力条件下发生的脆性变 形的产物。其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，伴 生有各种碎裂岩系列(表15-1)的断层岩，其两侧岩石几乎 未受变形。
表15-1石英-长石质岩石圈断层岩分类筒表
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• 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151D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，并遵循不同的塑性或 粘性蠕变律。因此，韧性剪切带具有 “断而未破，错而似连” 的特点 (图151D和图15-2)。
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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:
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长宽比至少大于5 : 1的平面状或曲面状强剪应变带。
强剪应变带
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逆冲型剪切带
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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。在空 间和时间上，它们有着紧密的联系，且可 以相互转换或过渡 (图15-3)。。
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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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图7－2大型断裂带的双层结构模式
(据R.H.Sibson，1977) A.未固结断层泥及角砾发育区岩发育区；B.固结的组构紊乱的压碎 角砾碎裂岩系发育区；C.固结的、面理化糜棱岩系列及变余糜棱 岩发育区；250－350℃地温区域为脆性断裂与韧性断层过度区。 右侧为变形深度及应力差值大小曲线
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2.韧性剪切带广泛发育
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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。从而 形成了特征性的岩石、构造和其他微 观变形现象。
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。多次召开专门的国际学术会议 (如1979年西班牙国际剪切带会议、1981年美 国彭罗斯国际糜棱岩会议、1986年伦敦的剪切 带标志国际会议)，对韧性剪切带的研究进行 了系统的讨论。20多年的实践证明，韧性剪切 带不仅是地壳岩石中与褶皱、断层同等重要的 构造要素，而且还是控制深部地壳构造发育的 主要原因。
四、韧性剪切带的应变状态
韧性剪切带有两个基本结构要素，即 剪
切带的两盘(壁)和两盘所限制的强塑性变 形带 。自70年代初到80年代初。J.G.Ramsay
在讨论韧性剪切带的几何性质及其应变模型时， 根据天然剪切带主要区段的构造特点，曾提出 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。
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五、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): • (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）。
tan d z (此处z是小单元剪切带的宽度)
tan 2 ' 2

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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 计算较复杂。
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变质岩区断裂构造的基本特点
断层是岩石圈中固体岩石内的位移发生面或位移发生 带，在各种构造环境中都有发育。其中，尤以变质岩区的 断裂复杂多样，表现如下: 1.断裂行为复杂多样 断裂行为受岩石变形习性的控制，随着构造层次从上 到下，由于岩石圈岩性分层的不同，温压等环境因素的改 变，断裂行为也随之而异。从完全脆性－韧脆性－脆韧性 －韧性，形成不同构造变形相的断层 (剪切带)多相组合 和叠加。目前，一般将具明显不连续面的剪切位移面(带) 称为断层，无明显不连续面的位移带称为剪切带。大断裂 常常具有多重断裂行为。R.H.Sibson(1977)提出的断层带 的双层结构模式正是基于构造层次由浅变深而断层行为逐 渐过渡为韧性剪切原理。
虽然变质岩区脆性断裂较沉积 岩区发育，并常常形成宽大的破碎 带，但真正控制变质岩区构造格架、 地层层序以及变质作用和岩浆活动 的主要是韧性剪切带。韧性剪切带 以多种型式、多种产状和阵列广泛 分布于各类变质岩区。成为当前变 质岩区构造研究的首要构造要素。
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3.断裂往往具有多期活动特点
变质岩区的某些断裂，尤其是某些大 型韧性断裂带，不但对前寒武纪地壳活 动带的产生和发展有着明显的控制作用， 往往构成前寒武纪不同地质单元之间的 构造边界或转换边界,它们通常被后期断 裂作用所利用而成为多期活动断裂。有 些古老的基底断裂至今仍在活动，诱发 地震，成为长寿断裂。
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实际上,剪切带的两盘可以是平行的，也可 以是弯曲的。前者的几何边界条件是:①具有相 互平行的两盘或边界；②沿每个横断面的位移 情况是一样的，这表明岩石的有限应变方向和 性质在横过剪切带的各剖面上是一致的。后者 沿剪切带走向两盘可能收敛、汇合或分散，不 同位置上剪切带横剖面的变形情况是变化的。 根据剪切带的边界条件和位移情况， Ramsay将 韧性剪切带的应变场划分为以下两种情况下的 六种应变格式:
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近10年来，人们一方面深入研究韧性剪切 带的形成机制和其形成的构造环境，另一方面， 注意研究韧性剪切带对成矿作用的控制。认为， 韧性剪切带在形成、演化及脆性破坏过程中， 使成矿元素逐步地得到运移、淬集，进而富集 成矿，我国近年来发现的许多金矿都与韧性剪 切带密切相关。此外，韧性剪切带也是深源地 震机制的主要研究对象，地震的形成常起因于 韧性的不稳定性。 对韧性剪切带的认识，极大地丰富了变质 岩区构造研究的内容，加深了变质岩构造复杂 多样的理解。
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二、韧性剪切带的域构造 如果说变质岩区的域构造特征在显微尺度 上表现在劈理和片理的结构上，那么，在宏观 上则通过韧性剪切带的域组构而显示出来。在 一条剪切带的不同尺度上都是线性强变形带与 其间弱变形断片或岩块相间列。
强应变带由以层状硅酸岩为主导的构造
岩组成，主要构造岩是构造变形分解和变质分 异过程中形成的退变质的糜棱岩系列岩石，发 育面理和线理，并随卷入岩石的变形习性差异 和递进剪切变形的强度而分带，通过地质填图 可以把不同应变带标给出来 。
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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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4.断层构造岩石多相混杂
变质岩区断裂的重大特点之一是岩 石在韧性剪切流变过程中产生新生的变 质构造岩和新生的应力矿物组合。随着 地壳的隆升，剪切带位置也随之上移， 深成的糜棱岩系列的断层岩石也相应发 生改造，遭受蚀变和破坏，形成复合断 层岩。
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5.断面 (剪切带)褶皱的普遍性
变质岩区韧性剪切带，甚至断层形 成以后，作为一种面状构造又卷入后继 变形，尤其是那些先存产状平缓的滑脱 面，往往会大面积地卷入后期的区域性 褶皱系统。事实上，过去变质岩区地质 图上的不少地质界线，很可能就是这一 构造现象的反映。
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第二节 韧性剪切带 的几何学
一、韧性剪切带的规模与产状 韧性剪切带的规模相差甚大，小者在薄片 中可见，大者长达数百-上干公里，甚至一些陆 块或板块的边界也表现为韧性剪切带。从位移 距离来看，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，可以从水平 至直立，与韧性剪切带的性质、规模、发育的 构造部位等因素有关。 大型韧性剪切带的产状常常是变化的，尤其是那 些经过后期变形改造的韧性剪切带更是如此。
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韧性剪切带
第一节 剪切带的基本类型 • 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。 • 剪切带是地壳和岩石圈中广泛发育的主要构 造类型之一，可以在不同层次、不同环境下发 育，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。 • 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。 9
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(一)剪切带外的岩石未受变形的韧性剪切带
(1)不均匀的简单剪切 (图15-5A)； (2)不均匀的体积变化 (图15-5B)； (3)不均匀的简单剪切和不均匀的体积变化之联合 (图 15-5C)。
(二)剪切带外的岩石受到均匀应变的韧性剪切 带
(1)均匀应变与不均匀的简单剪切之联合 (图15-5D)； (2)均匀应变与不均匀的体积变化之联合 (图15-5E)； (3)均匀应变、不均匀的简单剪切和不均匀的体积变化 之联合 (图15-5F)。
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弱应变域 主要表现为间夹
于剪切带内的各式构造岩块。在 弱应变域内，先存残余构造不同 程度得到保存，在该域可以从事 地层学或构造地层学层序研究及 叠加褶皱分析。
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三、韧性剪切带的阵列
韧性剪切带的阵列，随区域构造应力场和 区域构造部位而变化，常见以下几种: 1.平行式 。一组或一群韧性剪切带平行排列， 产状大致相同。 2.斜列式。 一组韧性剪切带平行排列，但韧性 剪切带之间首尾相接，斜列相错。如粤东莲花 山地区韧性剪切带，它们呈NE向右列雁行展 布。 3.共轭式。 不同方位的两组剪切带相交切，其 中一组为左旋剪切，另一组为右旋剪切。构成 菱形网结构造系统 (图)。 21