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韌性剪切帶內的構造要素

韌性剪切帶內部和外部的構造要素及其特征包含了許多重要的信息,如剪切方向、應變和位移大小,甚至形成時的構造層次等。下面將對與韌性剪切帶相關的構造要素進行簡要討論。

(壹)面狀構造

韌性剪切帶以密集的葉理發育為特征。根據形成的先後順序,可以劃分為先期葉理和新生葉理。

先期葉理和被動巖層:先期葉理指剪切帶形成之前巖石中就已經存在的葉理,而被動巖層則是與這些先存葉理***生或伴生的巖層(或巖脈),可以沒有明顯的能幹性差異,在此情況下,剪切變形對這些先存葉理的影響主要是驅使其發生旋轉,並逐漸平行於剪切帶邊界;相反,如果被動巖層有明顯的能幹性差異,在剪切變形過程中,能幹層可能按照其初始方位的差異發生褶皺,或者石香腸化(圖10-22)。

(1)糜棱葉理(Sm)

糜棱葉理在韌性剪切帶中呈S形分布,在剪切帶邊緣部分與剪切帶邊界成45°角相交,向剪切帶中心方向與剪切帶邊界夾角(θ)逐漸減小,最後平行剪切帶邊界(圖10-21,圖10-23)。糜棱葉理的形成與巖石中應變的積累有著密切的關系,其平行於局部有限應變橢球體的λ1λ2(XY)面(圖10-23)。

糜棱葉理通常由變形、變質的礦物或礦物集合體平行定向排列而成。但在不同變形環境下其組成和特征各有差異。低綠片巖相條件下,組成糜棱葉理的礦物組合以綠泥石(或絹雲母)+石英最普遍,其中石英強烈拔絲拉長;高綠片巖相-低角閃巖相條件下,礦物組合以黑雲母+石英+透鏡狀長石或角閃石+石英+透鏡狀長石為特征,其中石英從絲帶狀石英(拔絲石英)向多晶石英條帶轉變,長石也以塑性變形為主,呈透鏡狀、顯微石香腸狀產出。

圖10-22 剪切變形對各種初始方向的強幹層的影響

(據J.G.Ramsay,1980)

圖10-23 簡單剪切的韌性剪切帶內組構特征

(2)剪切葉理(Sc)

在韌性剪切帶中,還發育壹組與剪切帶邊界平行的密集葉理,這是壹組塑性流動變形過程中的位移不連續面,代表壹組十分典型的顯微尺度的高剪切應變帶,這組葉理稱為剪切葉理。與糜棱葉理低角度相交,並且越向剪切帶中心方向,這壹夾角越小,最後糜棱葉理與剪切葉理幾乎平行。

(3)S-C組構

S-C 組構和S-C 糜棱巖的概念是由 Berth et al.(1979)在描述南阿莫妮卡(Armonica)正片麻巖中的糜棱巖演化時提出的。它們在遭受糜棱巖化作用的花崗巖、花崗閃長巖和眼球狀片麻巖中廣泛出現,表現為狹窄的高剪切葉理(Sc)斜切糜棱葉理(Sm)(圖10-24),這壹由Sm和Sc***同組合而成的構造樣式稱為S-C組構,而具有S-C組構的糜棱巖稱為S-C糜棱巖。

S-C組構具有兩種基本類型(Lister et al.,1984):

Ⅰ型S-C 組構:典型樣式如圖10-24,其中的 Sm和Sc 葉理可以同時形成(Berth et al.,1979),也可以有下列不同的演化歷史(Lister et al.,1984):①糜棱葉理與斜向剪切葉理同時形成;②剪切葉理在糜棱葉理的晚期階段形成;③剪切葉理在糜棱葉理之後形成。

圖10-24 Ⅰ型S-C組構的典型樣式(A)和實例(B)

Ⅱ型S-C組構:發育在糜棱巖化退變質石英-雲母質巖石中,其典型特征是由雲母微石香腸化和為斷層化作用而產生的“雲母魚”。每個“雲母魚”都由位移不連續面或高剪切應變的顆粒級條帶相連,而這裏往往又是細小的矽酸鹽礦物和不透明礦物等密集發育的場所。這些位移不連續面及其中細小的矽酸鹽礦物和不透明礦物構成了Sc葉理,Sc葉理是Ⅱ型S-C糜棱巖的主葉理。Sm則發育較差或不常見,它通常由石英集合體中拉長顆粒的優選方位表現出來。發育較強的Sc葉理和發育較差的Sm葉理構成Ⅱ型S-C組構的特征。

(二)線狀構造

線狀構造也是韌性剪切帶中的重要構造要素,可以分為先期線理和新生線理。其中先期線理同先期葉理壹樣,在剪切變形過程中逐漸旋轉並平行剪切方向。新生線理也可以有如下類型:拉伸線理、礦物線理、交面線理和皺紋線理,這些線理是判斷韌性剪切帶剪切方向和動力學特征的重要指示標誌。

1.拉伸線理和礦物線理

拉伸線理可以由變形或拉長的礦物顆粒定向顯示出來(圖10-25A),也可以由拉長的礦物集合體(包括礫石)定向顯示出來(圖10-25 B、C、D)。礦物線理則可以由自形-半自形針狀、柱狀、板狀礦物的定向顯示出來。其中,拉伸線理在韌性剪切帶普遍存在,其發育程度與應變特征和應變大小關系密切。如果應變為簡單剪切和拉伸變形造成的壹般應變,拉伸線理相對發育,而且拉伸變形的組分所占比例越大,拉伸線理就越發育;相反,應變為簡單剪切和擠壓變形造成的壹般應變,拉伸線理發育相對較差,擠壓變形的組分所占的比例越大,拉伸線理發育就越差。當然應變的大小也是影響拉伸線理發育的重要因素,應變越大,拉伸線理越發育。

拉伸線理和礦物線理通常發育在糜棱葉理面上,其平行於局部有限應變橢球體的λ1(X軸),通常稱為A型線理。

2.交面線理和皺紋線理

在壹些韌性剪切帶中,還存在著交面線理和皺紋線理。交面線理是由兩組葉理的交線,通常由糜棱葉理和剪切葉理的交線表現出來,其在S-C糜棱巖中常見。皺紋線理則是由剪切帶內的各種葉理如糜棱葉理發生的微細褶皺表現出來。二者均平行於局部有限應變橢球體的λ2(Y軸),通常稱為B型線理。

圖10-25 韌性剪切帶中的拉伸線理

(三)韌性剪切帶中的褶皺構造

韌性剪切帶中形成的褶皺具有其特殊性,主要表現在這些褶皺是剪切變形的結果。根據剪切方向與褶皺面之間的關系,可以把韌性剪切帶內的褶皺分為順層剪切褶皺和切層剪切褶皺。

1.順層剪切褶皺

順層剪切褶皺是指剪切帶邊界或剪切作用面或與褶皺面平行時的剪切作用形成的褶皺,根據褶皺的形態,可以分為不對稱剪切褶皺和鞘褶皺。

不對稱剪切褶皺:指在壹翼長、壹翼短,褶皺樞紐延伸不遠即消失的非圓柱狀褶皺,通常產於壹定厚度的層內(圖10-8),或者說不對稱剪切褶皺僅涉及到壹定厚度的葉理層。通常以褶皺單體或小規模褶皺群落的形式出現在韌性剪切帶內,規模壹般較小,多為露頭尺度(幾米至上百米),當剪切帶規模巨大時,也可以出現千米級的較大規模的不對稱褶皺。不對稱褶皺的樞紐在形成時與巖石中的拉伸線理垂直或大角度相交時,為B型褶皺,如樞紐與拉伸線理平行,則為A型褶皺。

鞘褶皺:是韌性剪切帶內標誌性的褶皺樣式,是Carreras et al.(1977)在研究西班牙比利牛斯海西褶皺帶時首次提出的,因褶皺的外形酷似刀鞘,故名“鞘褶皺”。在鞘褶皺中,褶皺樞紐呈“U”形彎曲勾畫出鞘褶皺的外形輪廓(圖10-26,圖10-27),“U”形的縱向延伸方向及延伸方向兩側的樞紐與拉伸線理平行或小角度相交,因而,鞘褶皺也屬於 A 型褶皺。樞紐彎曲的部位稱為鼻部或舌端,與拉伸線理垂直或大角度相交。普遍認為鼻部或舌端的指向為上盤運動方向。

圖10-26 鞘褶皺在不同斷面上的形態特征示意圖

(據Mattauer,1980)

在不同的切面上,鞘褶皺的形態變化多樣。在XZ切面上,表現為不協調的不對稱褶皺(圖10-26),軸面傾向可以反映剪切方向;在YZ切面上,表現為箱狀褶皺或“Ω”形褶皺、眼球狀褶皺(圖10-26,圖10-27 D),許多情況下褶皺形態可能更為復雜;在 XY 切面上,則表現為弱弧形(圖10-27A)-弓形-舌形(圖10-28B)褶皺狀態。

圖10-27 韌性剪切帶中的鞘褶皺

對於鞘褶皺的成因,有兩種形成模式:先褶皺剪切模式和同剪切褶皺模式。①先褶皺剪切模式認為,鞘褶皺是由早期的褶皺經剪切作用進壹步演化發育而成(Ramsay,1980)。②同剪切褶皺模式則強調鞘褶皺形成於遞進剪切變形過程中(Mattauer,1980;Mallaviell,1982)。平行於葉理面(包括先存葉理和新生葉理)的順層剪切首先形成B型不對稱褶皺,隨著進壹步遞進變形的發生,不對稱褶皺的樞紐漸漸發生彎曲,形成鞘褶皺(圖10-28)。就此模式而言,B 型不對稱褶皺是鞘褶皺的先驅。在這壹模式中,不均勻剪切流動或不均勻剪切應變是導致不對稱剪切褶皺和鞘褶皺形成的主要因素。

圖10-28 韌性剪切帶內鞘褶皺(或A型褶皺)形成演化圖

2.切層剪切褶皺

切層剪切褶皺指剪切帶邊界或剪切作用面與褶皺面原始產狀垂直或高角度相交時剪切變形過程中形成的褶皺,褶皺面通常是剪切變形之前的先存葉理或巖層,也可能是剪切變形早期的葉理。

(1)當剪切作用面或剪切帶邊界與褶皺面垂直或高角度相交,剪切方向也與褶皺面垂直或高角度相交時,可以導致巖層被動褶皺,差異性剪切作用可以形成相似褶皺(圖10-29),這壹褶皺作用也是大多數構造地質學教材中的剪切褶皺作用。在此情況下形成的褶皺樞紐通常與剪切方向垂直或大角度相交,為B型褶皺。

(2)當剪切作用面或剪切帶邊界與褶皺面垂直或高角度相交,但剪切方向也與褶皺面平行或低角度相交時,隨著剪切應變的增加,可以產生樞紐與剪切方向(運動方向)平行的A型褶皺(圖10-30),這種褶皺可能發生在原來不均勻的巖石中(Mallaviell,1983)。

圖10-29 由被動巖層的切層剪切產生的相似褶皺

(據J.G.Ramsay,1967)

圖10-30 褶皺樞紐平行剪切方向的A型褶皺的形成模式圖

(據Mallaviell,1983)