韧性剪切带的动力学特征

Question

如题所述

Answer 1

1.韧性剪切带的动力学分析

康定杂岩在中—新生代受到NW-SE向挤压和伸展，形成NNE向逆冲和伸展剪切带。SE向逆冲与扬子地块西缘的构造发展是一致的，由于这种NW向SE方向的逆冲作用，才有龙门山地区和盐源—木里地区的逆冲推覆构造。NW向的伸展在扬子地块西缘是普遍的现象，从汶川到宝兴、康定都存在着伸展作用。这种挤压和伸展同时存在，与造山带的发展是一致的，如喜马拉雅造山带是最典型的挤压和伸展同时存在的造山带，即前缘逆冲推覆、后缘引张伸展，只是它们发展于不同的构造部位而已。

康定杂岩的韧性剪切带具有逆冲—伸展—走滑的发育序列，产生的原因与松潘－甘孜造山带和三江褶皱系的发展有关。许志琴等（1992）提出了“双向”收缩作用，即南北向收缩（自北向南的剪切应变＋南北向挤压）及东西向收缩（自西往东剪切应变＋东西向挤压应变）。自160～20Ma以来，双向收缩（南北及东西）产生的合力（NW—SE向）产生龙门山前陆的逆冲楔，而在逆冲楔的后缘产生滞后伸展。作者认为南北向的收缩较早，南北向挤压的结果产生早期的逆冲推覆，东西收缩较晚，东西挤压和南北向挤压的效应产生了前缘逆冲和后缘伸展。鲜水河断裂的发展历史反应了该区的构造发展历史。鲜水河断裂是多期活动：P—T₃为张性断裂；T₃末至老第三纪，表现为顺扭挤压；老第三纪以来，为左型走滑，反映了东西向挤压或东西向和南北向双向挤压。当鲜水河断裂右型走滑时，康定杂岩及围岩遭到了NW向SE的挤压，形成向SE的逆冲推覆剪切带。当鲜水河断裂为左型走滑时，康定杂岩表现为伸展变形并形成变质核杂岩，产生上盘向NW滑覆的伸展剪切带及右型剪切带。

2.形成环境的估计

（1）变形条件的估计：韧性剪切带形成的糜棱岩主要是初糜棱岩和糜棱岩，仅在红军桥糜棱岩中出现超糜棱岩，广泛发育S-C组构，应是在半韧性域（Shimamato,1989）条件下形成，相当于地壳10km以下深度的产物。

不同条件下形成的糜棱岩具有不同的显微构造组合。糜棱岩矿物的变形特征可以反映形成环境（Simpson,1985）。以第三期剪切变形形成的糜棱岩为例，斜长石都多呈碎斑形式出现，其粒径在1～3mm，主要表现出显微脆性变形，如碎斑长石发育显微断裂，并使双晶错断，有的可使双晶发生弯曲表现出近塑性的变形，有的斜长石碎斑周围出现动态重结晶颗粒，形成碎斑系和核幔结构，出现了与构造有关的蠕英结构。石英以碎斑和基质两种形式出现，碎斑石英多呈不对称状，一般都呈多晶集合体或亚颗粒化，可见核幔结构，基质石英呈丝带状，动态重结晶强烈。总的微构造特征反映了其形成环境相当于低角闪岩相至绿片岩相条件。第二期和第四期韧性剪切变形，其糜棱岩的微构造和矿物变形与第三期相似，总体上为低角闪岩相至绿片岩相条件。

（2）古应力估算：古应力估算的基本原理是岩石在稳态流动过程中，其矿物中形成的一些显微构造特征，如自由位错密度、亚颗粒大小及动态重结晶颗粒大小等，与古应力之间存在着一定的函数关系，利用这些关系可以估算古应力值。

所谓稳态流动是指应变速率为常数，变形过程中应力保持不变，即Δσ/Δt=0；或指应力为常数，变形过程中应变保持不变，即△e/Δt=0。在稳态活动过程中位错产生的速率与恢复作用中位错消失的速率达到动态平衡，亦即应变硬化与应变软化速率达到平衡。理论和实践的研究都已表明，变形金属和矿物的位错密度

与差异应力平方成正比，而亚颗粒大小（d）及动态重结晶颗粒大小（D）与差异应力成反比，其一般关系如下：

康定大渡河两岸主要金矿区矿田构造研究

式中α为材料常数，K、A、m等为常数，可用实验标定，ρ、d、D为观测数据，μ为剪切模量，

为伯格斯矢量，a、μ、

等可从材料的晶体常数表中查出，σ₁—σ₃为差异应力，其单位为MPa。依据上述关系，分别建立了估算古应力的三种力法，即位错密度法，亚颗大小法及动态重结晶颗粒大小法。

利用偏光显微镜直接测量动态重结晶石英、方解石晶粒的大小，应用Twiss（1977）的公式计算，结果见表3-2。从表中可以看出，早期逆冲型韧性剪切带的Δσ达40～100MPa，而伸展型韧性剪切带的Δσ仅30～80MPa，走滑型剪切带的△σ仅40MP左右。

对三碉矿区伸展型剪切带的糜棱岩用透射电镜对石英进行观察研究，发现石英发育着位错现象，如位错环、位错壁等。根据电镜图版统计平均位错密度

据资料大渡河剪切带糜棱岩中石英的位错密度估计为2.486×10⁹cm^-2。若按WeatherM.S.等（1979）的估算公式Δσ＝6.6×10^-3MPa计算，三碉、黄金坪、大渡河分别为144.6MPa,121.7MPa,320MPa，其结果比用动态重结晶石英估算的差异应力值高。

表3-2　康定杂岩韧性剪切带古应力估算结果

A.动态重结晶石英，据△σ＝6.1D^-0.68（Twiss R.J..1977）

B.动态重结晶方解石，据Δσ＝7.5D^-0.68（Twiss R.J.,1977）

C.石英位错密度，据Δσ＝6.6×10^-3ρ^0.5（WeatherM.S.等，1979）

＊据成都地院资料。

（3）应变速率（ε₀）的估算：岩石流变试验研究表明，应变速率是岩石所受应力及其作用方式的函数，大小受应力、温度及岩石活化能大小的控制，一般表达式为：

ε＝A·（σ₁—σ₃）”·exp（—Q/RT）

式中A为材料的热散常数，Q为蠕变活化能（J·mol^-1），n为应力指数，R为气体常数，A、Q、n值因矿物的不同而不同。对于石英：A=1×10^-7,Q=188kJ·mol^-1（Goetz,1975）,T为温度（K）。对康定杂岩的韧性剪切带，取T=700～800K,n=2，Δσ＝106～35MPa，则计算出的剪切变形的应变速率分别为：5.96×10^-15s^-1（大渡河逆冲剪切带）、4.53×10^-16s^-1（三碉伸展型剪切带）、1.147×10^-17s^-1（康定杂岩西界头道桥伸展型剪切带）、2.3×10^-17s^-1（巴沟右型走滑型剪切带），多为低应变速率，大致代表二、三、四期剪切变形的变速率。