高等构造8韧性剪切带

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1、第八章 韧性剪切带 Ductile shear zone 一、引言(研究简史) Ramsay and Graham, 1970, Strain variation in shear belts. Sibson ,1977, Fault rocks and fault mechanisms. 1979,西班牙国际剪切带会议 Ramsay, 1980, Shear zone geometry: a review 1981,美国Panrose会议 Tullis et al,1983,significance and petrogenises of mylonitic rocks. 1986,加拿大,

2、金矿国际讨论会 1989 ,吴美德，含金剪切带型金矿 郑亚东等， 岩石有限应变测量及韧性剪切带, 1985 刘喜山等,变形变质作用及成矿,1992 何绍勋等,韧性剪切带与成矿,1996 翟裕生等，大型构造与超大型矿床，1997 二、韧性剪切带的类型及产状 剪切带:相对狭长的(长宽 比5）被低有限应变状 态包围的面状或曲面状 的强烈变形带。 1 按变形行为分的类型： 脆性剪切带（断层）； 韧性剪切带ductile shear zone 两盘的位移由塑性流动完成， 露头尺度上无不连续面， 标志层可以在剪切带内追索， 改变方向但不断裂， 是结晶基底及变质条件下最 常见的构造。 片 麻 岩 中 变 基

3、 性 岩 的 韧 性 剪 切 带脆-韧性剪切带: A.两盘邻断层一定范围 内具塑性变形的断层 B. 脆韧性剪切带：雁行式张裂脉列 脆-韧性的过渡深度 据Sibson,1977 低 级 绿 片 岩 相 ， 正 常 地 热梯 度 ， 挤 压 体 制 ， 长 英 质岩 石石灰岩的实验结果 据Heard（1960）对灰岩的实验结果：以发 生破坏时达到35的应变为脆韧性过 渡，地壳平均压力梯度27MPa/km，地热梯 度25C/km，干灰岩在压缩条件下为 3.5km，拉伸下为15km。 2、韧性剪切带的位移场： 1)不均匀的简单剪切 xx+y yy 2)不均匀的体积变化 xx y（1） y X Y 3)

4、不均匀的体积变化加不均匀的简单剪切 三种剪切带的 应变轨迹 A简单剪切 B体积变化 C AB 4）加总体的均匀应变； 及其组合 xaxby ycxdy xxy y”y 3 剪切带的产状： 逆、正、平移型剪切带的表现形式 大型平移型韧性剪切带是地面上最容易观 察到的剪切带。 三、简单剪切带的几何关系 b a Sander的运动学坐标系：a，b，c Ramsay的应变主轴：A，B，C c A B C 简单剪切的基本特点 简单剪切的卡片模型： 简单剪切的坐标变换方程： x=x+y y=y a=1，b= ，c=0，d=1 tan x y （x,y） （x,y） 简单剪切的应变椭圆参数 tan2= 2/

5、, 0, 45， ， 0 tan2= -2/ , 0, 45， ， 90 R=2+ 2+ (2+ 4) 1/2 /2， 1e11/（1e3），e20 cot = cot +， ， ， 0 四、简单剪切带的构造特征 1, 新生组构 面理的方向 与剪切带的 夹角 tan2=2 / Scotland，外Hebrides岛 变辉长岩中小型韧性剪切带 Greenland花岗片麻岩中的剪切带 2 先存面状构造的变形 方向的改变 cotcot 厚度的改变 T t/ sin t/sin tt（sin /sin ） Moine变粒岩系中的韧性剪切带的被动褶皱 剪 切 带 中 层 的 变 形 ： 非 能 干 层与

6、 能 干 层 的 变 形3 先 存 线 状 构 造 的 变 形A型 褶 皱 和 鞘 褶 皱 的 形 成北京西山灰岩中的A型褶皱 北京西山灰岩中的A型褶皱 大别山变质岩中的A型褶皱 桐柏山混合岩中的A型线理 桐 柏 山 混 合 岩 中 的 线 理桐柏山水帘洞长英质片麻岩夹角闪岩中的鞘褶皱 山东胶南群片麻岩中的鞘褶皱 鞘褶皱形成的另一种模式 孤山口大理岩的鞘褶皱 五、具体积变化的剪切带的几何特征 1.围岩不变形的普通剪切 带 a=1, b= （1）, c=0, d= （1） tan22（1）/1 2（1 ） 2 cot（cot ）/ （1 ） 利用一条变形岩脉和剪切带中的片理方 向可求及（1）。

7、利用二条变形岩脉可求及（1）。 cot1（cot 1 ）/ （1 ） cot 2（cot 2）/ （1 ） 利用剪切带中的面理方向及应变轴比可 求及（1）。 简单剪切和体积变化不同时椭圆方位和 椭圆度R的变化曲线 2围岩也变形的普通剪切带 利用两条岩脉变形求及（1）。 六、剪切运动方向的确定 （一）宏观标志： 1. 拉伸线理的认识 2. 地质体形状的改变 3. S形新生面理和面理产状的变化 4. 不对称褶皱 5. 鞘褶皱 6. 叠瓦状脉和雁列脉 7. 透镜体或残斑的拖尾 南秦岭板岩（S）板理面上的拉伸线理 南秦岭泥盆系中香肠构造显示拉伸线理 桐柏山长英质糜棱岩的拉伸线理 桐柏山混合岩中残留的拉

8、伸线理 2.地质体形状的改变 3.面理方向指示运动方向 桐柏山长英质糜棱岩的面理示运动方向 4.大连糜棱岩中长英质脉的不对称褶皱 桐柏山条带状混合岩中的不对称褶皱 5.孤山口的鞘褶皱雏形 山东片麻岩中的鞘褶皱 6.瑞士泥质灰岩中的叠瓦状方解石脉 大连金石滩灰岩层间剪切的叠瓦状方解石脉 砂岩中的雁列脉 灰岩中的雁列脉 7.怀柔 眼球状片麻岩中的菱形香肠构造 陕西南秦岭泥盆系中的碎斑系 （二）微观标志： 1. S/C面理构造 2. 云母鱼 3. 长石的书斜构造 4. 长石碎斑系的拖尾 七.位移距离的测定 剖面的选择（ac面） 1 地质体的错开 2简单剪切带的位移 1）雁行脉列的位移量的 计算 co

9、tcot ， 45 2）韧性剪切带应变的测定 新生面理与剪切带边界 的夹角 先存岩脉的变形， 应变标志的应变椭圆率R 利用S/C夹角求应变 作组构轨迹线图及等偏线图 作应变剖面 S d 八、糜棱岩类岩石的基本特征 Tullis et al,1983,significance and petrogenises of mylonitic rocks. 1 糜棱岩的含义：产生于一个相对狭窄的 面状带中；细粒化（晶体塑性变形为主）； 发育强烈的面理（fluxion）和/或拉伸线理。 流状构造：似流纹状的流动纹层或较平直 的条纹状。纹层宽度在0.11左右 2 晶体塑性变形和糜棱岩的显微 构造特征。 丝带

10、构造ribbon structure 核幔构造core and mantle structure 镶嵌构造mosaic structure S-C面理构造 碎斑系构造 3 糜棱岩类岩石的结构分类 初糜棱岩、糜棱岩、超糜棱岩、千糜岩、 变余（变晶）糜棱岩（blastomylonite）、 构造片岩、构造片麻岩。 4 糜棱岩类岩石与变质相和变形相 不同矿物的变形行为： 层状硅酸盐、方解石、石英、钾长石、 斜长石、角闪石、辉石、橄榄石 一些单矿物岩的外推到地质应变速率的流动律 高的地热梯度 亚绿片岩相 低绿片岩相 高绿片岩相 角闪岩相 绢云母 晶 退 方解石 体 火 石英 脆 塑 重 钾长石 性 性

11、 结 斜长石 破 变 晶 角闪石 裂 形 橄榄石 九、韧性剪切带的区域构造型式 1韧性剪切带的末端效应 2共轭韧性剪切 3韧性剪切带的区域构造型式 4韧性剪切带的地质图型 山 东 诸 城 石 门 附 近 地 质 简 图十、韧性剪切带变形条件的估计 1。差异应力的估算： 应达到稳态流变状态。 重结晶粒度：动态与 静态重结晶 亚晶粒粒度 自由位错密度 方解石和白云石的机 械双晶 重结晶粒或亚晶粒粒度与差异应力相关图 石英、橄榄石、大理岩、岩盐 重结晶粒度D 1 3 ADm 亚晶粒粒度d 1 3 kd1 石英的k值：47200，19800，11500 自由位错密度 1 3 b0.5 温度对粒度的影响

12、： 应变强度对古应力估算的影响：韧性剪 切带内应变强度与所估算是古应力的正 相关性 应变速率对古应力估计的影响， 应力与应变速率的本构关系： =Aexp(-H/RT)f() 在高温（大于1/2Tm)和应变速率缓慢到 可有明显的热活化恢复作用，其变形的 本构流动律为幂律蠕变（power-law creep） =A exp(-H/RT)(n/dm) 在高应力作用下，为以位错滑动为特征 的指数流动律 =B exp(-H/RT) exp(D) /dm a不同温度下Yule大理岩的应力与应变速率 低应力下为： =103.9 exp(-260/RT)8.3 高应力下为指数流动率 b橄榄石应力200MPa为

13、幂流动率， 2。变质相与变形相的研究 不同变质相中韧性剪切带内的糜棱岩类 的差异 低绿片岩相 石英糜棱岩 高绿片岩相 钾长石石英糜棱岩 低角闪岩相 斜长石糜棱岩 高角闪岩相 斜长角闪质糜棱岩 十一、韧性剪切带中构造化学作用与体积变 化 1 变质作用和变质反应对构造细粒化和 应变软化的影响， 斜长石钾长石水白云母石英 钠长石 或黝帘石白云母石英 钾长石水白云母石英K 粒度与差异应力的关系（细粒化与应变软化） 细粒化过程中 粒度不敏感的晶内塑性变形（粗粒的） 向粒度敏感的流动的过渡 橄榄石橄榄石 方解石方解石 2 剪溶作用对变质分异的解释 3 从化学成分变化估算剪切带的体积变化 作剪切带内外岩石化学变异 的等比线图 不活动组分： TiO2 ，Al2O3 ， Zr，MnO， P2O5等，La,Le， 活动组分： SiO2 ， Na2O， K2O等 Ci/Co1/（1V） VCo/Ci1 Co，Ci不活动元素在变形前 后的含量 WBM WBO 。 TiO2 。Al2O3 。Na2O 。Fe2O3 。 TiO2 4 剪