第六章-5韧性剪切带分解.ppt

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CSU.Geol. Inst. structural geology G.GM 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。 韧性剪切带在变质岩区广泛发育。 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。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。 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 1.脆性剪切带(断层或断裂带) 的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,其两侧岩石几乎未受变形,伴生有各种碎裂岩系列的断层岩。 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。 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15-1D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。因此,韧性剪切带具有“断而未破,错而似连” 的特点 (图15-1D和图15-2)。 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。 简单说来,由浅层至深部,剪切带的性质和产状变化是多重的(图15-4)。 第二节、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)。 (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: 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。 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,其变形过程中的应力、应变速率和温度等环境条件之间的关系,受不同的流动律控制。从而形成了特征性的岩石、构造和其他微观变形现象。 断层构造岩分为两大系列:脆性断层-碎裂岩系列和韧性剪切带-糜棱岩系列。前者的细粒化主要是由于机械破碎而成,而后者的形成作用极其复杂,原有物质通过韧性变形、动态重结晶细粒化而形成基质,并因塑性流变而具糜棱面理,未细粒化部分构成残斑。

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