韧性剪切带内的构造要素

如题所述

韧性剪切带内部和外部的构造要素及其特征包含了许多重要的信息,如剪切方向、应变和位移大小,甚至形成时的构造层次等。下面将对与韧性剪切带相关的构造要素进行简要讨论。

(一)面状构造

韧性剪切带以密集的叶理发育为特征。根据形成的先后顺序,可以划分为先期叶理和新生叶理。

先期叶理和被动岩层:先期叶理指剪切带形成之前岩石中就已经存在的叶理,而被动岩层则是与这些先存叶理共生或伴生的岩层(或岩脉),可以没有明显的能干性差异,在此情况下,剪切变形对这些先存叶理的影响主要是驱使其发生旋转,并逐渐平行于剪切带边界;相反,如果被动岩层有明显的能干性差异,在剪切变形过程中,能干层可能按照其初始方位的差异发生褶皱,或者石香肠化(图10-22)。

(1)糜棱叶理(Sm)

糜棱叶理在韧性剪切带中呈S形分布,在剪切带边缘部分与剪切带边界成45°角相交,向剪切带中心方向与剪切带边界夹角(θ)逐渐减小,最后平行剪切带边界(图10-21,图10-23)。糜棱叶理的形成与岩石中应变的积累有着密切的关系,其平行于局部有限应变椭球体的λ1λ2(XY)面(图10-23)。

糜棱叶理通常由变形、变质的矿物或矿物集合体平行定向排列而成。但在不同变形环境下其组成和特征各有差异。低绿片岩相条件下,组成糜棱叶理的矿物组合以绿泥石(或绢云母)+石英最普遍,其中石英强烈拔丝拉长;高绿片岩相-低角闪岩相条件下,矿物组合以黑云母+石英+透镜状长石或角闪石+石英+透镜状长石为特征,其中石英从丝带状石英(拔丝石英)向多晶石英条带转变,长石也以塑性变形为主,呈透镜状、显微石香肠状产出。

图10-22 剪切变形对各种初始方向的强干层的影响

(据J.G.Ramsay,1980)

图10-23 简单剪切的韧性剪切带内组构特征

(2)剪切叶理(Sc)

在韧性剪切带中,还发育一组与剪切带边界平行的密集叶理,这是一组塑性流动变形过程中的位移不连续面,代表一组十分典型的显微尺度的高剪切应变带,这组叶理称为剪切叶理。与糜棱叶理低角度相交,并且越向剪切带中心方向,这一夹角越小,最后糜棱叶理与剪切叶理几乎平行。

(3)S-C组构

S-C 组构和S-C 糜棱岩的概念是由 Berth et al.(1979)在描述南阿莫妮卡(Armonica)正片麻岩中的糜棱岩演化时提出的。它们在遭受糜棱岩化作用的花岗岩、花岗闪长岩和眼球状片麻岩中广泛出现,表现为狭窄的高剪切叶理(Sc)斜切糜棱叶理(Sm)(图10-24),这一由Sm和Sc共同组合而成的构造样式称为S-C组构,而具有S-C组构的糜棱岩称为S-C糜棱岩。

S-C组构具有两种基本类型(Lister et al.,1984):

Ⅰ型S-C 组构:典型样式如图10-24,其中的 Sm和Sc 叶理可以同时形成(Berth et al.,1979),也可以有下列不同的演化历史(Lister et al.,1984):①糜棱叶理与斜向剪切叶理同时形成;②剪切叶理在糜棱叶理的晚期阶段形成;③剪切叶理在糜棱叶理之后形成。

图10-24 Ⅰ型S-C组构的典型样式(A)和实例(B)

Ⅱ型S-C组构:发育在糜棱岩化退变质石英-云母质岩石中,其典型特征是由云母微石香肠化和为断层化作用而产生的“云母鱼”。每个“云母鱼”都由位移不连续面或高剪切应变的颗粒级条带相连,而这里往往又是细小的硅酸盐矿物和不透明矿物等密集发育的场所。这些位移不连续面及其中细小的硅酸盐矿物和不透明矿物构成了Sc叶理,Sc叶理是Ⅱ型S-C糜棱岩的主叶理。Sm则发育较差或不常见,它通常由石英集合体中拉长颗粒的优选方位表现出来。发育较强的Sc叶理和发育较差的Sm叶理构成Ⅱ型S-C组构的特征。

(二)线状构造

线状构造也是韧性剪切带中的重要构造要素,可以分为先期线理和新生线理。其中先期线理同先期叶理一样,在剪切变形过程中逐渐旋转并平行剪切方向。新生线理也可以有如下类型:拉伸线理、矿物线理、交面线理和皱纹线理,这些线理是判断韧性剪切带剪切方向和动力学特征的重要指示标志。

1.拉伸线理和矿物线理

拉伸线理可以由变形或拉长的矿物颗粒定向显示出来(图10-25A),也可以由拉长的矿物集合体(包括砾石)定向显示出来(图10-25 B、C、D)。矿物线理则可以由自形-半自形针状、柱状、板状矿物的定向显示出来。其中,拉伸线理在韧性剪切带普遍存在,其发育程度与应变特征和应变大小关系密切。如果应变为简单剪切和拉伸变形造成的一般应变,拉伸线理相对发育,而且拉伸变形的组分所占比例越大,拉伸线理就越发育;相反,应变为简单剪切和挤压变形造成的一般应变,拉伸线理发育相对较差,挤压变形的组分所占的比例越大,拉伸线理发育就越差。当然应变的大小也是影响拉伸线理发育的重要因素,应变越大,拉伸线理越发育。

拉伸线理和矿物线理通常发育在糜棱叶理面上,其平行于局部有限应变椭球体的λ1(X轴),通常称为A型线理。

2.交面线理和皱纹线理

在一些韧性剪切带中,还存在着交面线理和皱纹线理。交面线理是由两组叶理的交线,通常由糜棱叶理和剪切叶理的交线表现出来,其在S-C糜棱岩中常见。皱纹线理则是由剪切带内的各种叶理如糜棱叶理发生的微细褶皱表现出来。二者均平行于局部有限应变椭球体的λ2(Y轴),通常称为B型线理。

图10-25 韧性剪切带中的拉伸线理

(三)韧性剪切带中的褶皱构造

韧性剪切带中形成的褶皱具有其特殊性,主要表现在这些褶皱是剪切变形的结果。根据剪切方向与褶皱面之间的关系,可以把韧性剪切带内的褶皱分为顺层剪切褶皱和切层剪切褶皱。

1.顺层剪切褶皱

顺层剪切褶皱是指剪切带边界或剪切作用面或与褶皱面平行时的剪切作用形成的褶皱,根据褶皱的形态,可以分为不对称剪切褶皱和鞘褶皱。

不对称剪切褶皱:指在一翼长、一翼短,褶皱枢纽延伸不远即消失的非圆柱状褶皱,通常产于一定厚度的层内(图10-8),或者说不对称剪切褶皱仅涉及到一定厚度的叶理层。通常以褶皱单体或小规模褶皱群落的形式出现在韧性剪切带内,规模一般较小,多为露头尺度(几米至上百米),当剪切带规模巨大时,也可以出现千米级的较大规模的不对称褶皱。不对称褶皱的枢纽在形成时与岩石中的拉伸线理垂直或大角度相交时,为B型褶皱,如枢纽与拉伸线理平行,则为A型褶皱。

鞘褶皱:是韧性剪切带内标志性的褶皱样式,是Carreras et al.(1977)在研究西班牙比利牛斯海西褶皱带时首次提出的,因褶皱的外形酷似刀鞘,故名“鞘褶皱”。在鞘褶皱中,褶皱枢纽呈“U”形弯曲勾画出鞘褶皱的外形轮廓(图10-26,图10-27),“U”形的纵向延伸方向及延伸方向两侧的枢纽与拉伸线理平行或小角度相交,因而,鞘褶皱也属于 A 型褶皱。枢纽弯曲的部位称为鼻部或舌端,与拉伸线理垂直或大角度相交。普遍认为鼻部或舌端的指向为上盘运动方向。

图10-26 鞘褶皱在不同断面上的形态特征示意图

(据Mattauer,1980)

在不同的切面上,鞘褶皱的形态变化多样。在XZ切面上,表现为不协调的不对称褶皱(图10-26),轴面倾向可以反映剪切方向;在YZ切面上,表现为箱状褶皱或“Ω”形褶皱、眼球状褶皱(图10-26,图10-27 D),许多情况下褶皱形态可能更为复杂;在 XY 切面上,则表现为弱弧形(图10-27A)-弓形-舌形(图10-28B)褶皱状态。

图10-27 韧性剪切带中的鞘褶皱

对于鞘褶皱的成因,有两种形成模式:先褶皱剪切模式和同剪切褶皱模式。①先褶皱剪切模式认为,鞘褶皱是由早期的褶皱经剪切作用进一步演化发育而成(Ramsay,1980)。②同剪切褶皱模式则强调鞘褶皱形成于递进剪切变形过程中(Mattauer,1980;Mallaviell,1982)。平行于叶理面(包括先存叶理和新生叶理)的顺层剪切首先形成B型不对称褶皱,随着进一步递进变形的发生,不对称褶皱的枢纽渐渐发生弯曲,形成鞘褶皱(图10-28)。就此模式而言,B 型不对称褶皱是鞘褶皱的先驱。在这一模式中,不均匀剪切流动或不均匀剪切应变是导致不对称剪切褶皱和鞘褶皱形成的主要因素。

图10-28 韧性剪切带内鞘褶皱(或A型褶皱)形成演化图

2.切层剪切褶皱

切层剪切褶皱指剪切带边界或剪切作用面与褶皱面原始产状垂直或高角度相交时剪切变形过程中形成的褶皱,褶皱面通常是剪切变形之前的先存叶理或岩层,也可能是剪切变形早期的叶理。

(1)当剪切作用面或剪切带边界与褶皱面垂直或高角度相交,剪切方向也与褶皱面垂直或高角度相交时,可以导致岩层被动褶皱,差异性剪切作用可以形成相似褶皱(图10-29),这一褶皱作用也是大多数构造地质学教材中的剪切褶皱作用。在此情况下形成的褶皱枢纽通常与剪切方向垂直或大角度相交,为B型褶皱。

(2)当剪切作用面或剪切带边界与褶皱面垂直或高角度相交,但剪切方向也与褶皱面平行或低角度相交时,随着剪切应变的增加,可以产生枢纽与剪切方向(运动方向)平行的A型褶皱(图10-30),这种褶皱可能发生在原来不均匀的岩石中(Mallaviell,1983)。

图10-29 由被动岩层的切层剪切产生的相似褶皱

(据J.G.Ramsay,1967)

图10-30 褶皱枢纽平行剪切方向的A型褶皱的形成模式图

(据Mallaviell,1983)

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