1、第九章,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 review1981,美国Panrose会议Tullis et al,1983,significance and petrogenises of mylonitic rocks.,1986,加拿大,金矿国际讨论
2、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。,片麻岩中变基性岩的韧性剪切带,脆-韧性剪切带:A.两盘邻断层一定
3、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+yyy2)不均匀的体积变化xxy（1） y,X,Y,3)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,均匀应变xaxbyycxdy简单剪切xxyy
4、”y,4）加总体的均匀应变；及其组合（5，6）,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，cRamsay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+yy=ya=1，b= ，c=0，d=1tan,x,y,（x,y）,（x,y）,简单剪切的应变椭圆参数,tan2= 2/, 0, 45， ， 0 tan2= -2/ , 0, 45， ， 90R=2+ 2+ (2+ 4) 1/2 /2，1e11/（1e3）
5、，e20,简单剪切带内线的角度变化,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
6、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）。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
7、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：拉伸线理的认识地质体形状的改变S形新生面理和面理产状的变化不对称褶皱鞘褶皱叠瓦状脉和雁列脉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
8、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cotcot ， 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tan2=2 / 先存岩脉的变形cotcot 应变标志的应变椭圆率R利用S/C夹角求应变的问题,作组构轨迹线图及等偏线图,作应变剖面 S d,关于S/C构造的解释,显微构造中的S/C构造与露头上的S面的差异。显微构造中的
9、S/C构造的成因解释。,花岗质糜棱岩的石英丝带构造,薄片中石英的S/C构造,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。,丝带构造ribbon structure核幔构造core and mantle structure镶嵌构造mosaic str
10、uctureS-C面理构造碎斑系构造,长英质糜棱岩石英的丝带构造,长英质糜棱岩石英的丝带构造,石英的细粒化和长石的碎裂,石英的新晶粒和亚晶粒及s/c构造,石英的核幔构造,长石的拖尾构造,长石的书斜式构造,云母石英片岩,云母石英片岩,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
11、石 体 火石英 脆 塑 重钾长石 性 性 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：应变强度对古应
12、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为幂流动率，,2。变质相与变形相的研究,
13、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,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， P2
14、O5等，La,Le，活动组分： SiO2 ， Na2O， K2O等Ci/Co1/（1V）VCo/Ci1Co，Ci不活动元素在变形前后的含量,WBM,WBO,。 TiO2,。Al2O3,。Na2O,。Fe2O3,。 TiO2,4 剪切带中的流体,剪切带中流体存在的地质表现：强变形带中长英质矿物的流失与层状硅酸盐矿物的富集，弱变形域两端和内部的同构造分泌脉，碎斑和压力影两端的增生纤维，岩石的退变质作用和含水矿物的形成，,OHara（1988）：剪切带岩石的变形变质前后活动组分来计算流体/岩石比（N）NLi/Cif（1Si）Li活动组分i在变形岩石中的亏损量Cif组分i在流体中的溶解度Si组分i在流
15、体中的饱和度体积变化校正： Li Cim （ CTim / CTio ） Cio或 N Cim （ CTim / CTio ） Cio / Cif（1Si）河台一条韧性剪切带糜棱岩的N达110150（钟增球和游振东）,实习 剪切带应变测量（问题3.5）,地质图示砂岩层不整合下的基性火山岩和矿化岩墙中有一平移的剪切带。火山岩中包含方解石充填的球形到近球形的气孔在水平方向拉长和缩短。在六个地点（A到F）采集了的手标本其磨光面上气孔变形成椭圆形。1 根据剪切带中气孔扁平面所显示的新生面理，确定剪切带的位移方向和剪切指向。2 测量各个点上变形气孔的长轴方向与剪切带边界的夹角和椭圆度R，投入图3.20，
16、确定其是否为简单剪切带。,3 按图3.6 的方法，用求出值，得出值，利用值图解求出横过剪切带的位移S。4 作横过剪切带的应变剖面：设沿剪切带走向的应变是均匀的，把A、B、C、D、E、F点的应变值投影于剖面上，画出应变值的曲线，计算曲线下的面积，求得总位移S。注意岩墙产状直立，并与剪切带边界斜交5 画出剪切带西北侧岩墙的可能位置,十二、 韧性剪切带与成矿,（一）剪切带型金矿的类型韧性剪切带型金矿脆韧性剪切带型金矿脆性剪切带型金矿,1.韧性剪切带型金矿,绿片岩相含矿岩系：基底结晶岩系含矿岩石：糜棱岩透镜状弱变形域中实例：河北金厂峪金矿，广东河台金矿,金厂峪金矿(据张秋生等1991),产于片糜岩中，
17、片糜岩中有许多变辉长岩（斜长角闪岩）的透镜体。金矿床分布在：构造透镜体的尖灭端，多个小型透镜体集中分布区。矿化类型：细脉浸染型韧性剪切带型 石英脉型脆性变形 两者叠加可形成大而富的工业矿体。,金厂峪金矿床中段投影图,广东河台金矿（据何绍勋等1996）,糜棱岩型金矿容矿岩石为糜棱岩矿化强度与剪切带剪应变量成正比,2.脆韧性剪切带型金矿,低绿片岩相或更浅韧性剪切带晚期的脆韧性裂隙，通常呈雁列式P或R型，以及D型裂隙，被同构造分泌的石英、钠长石、碳酸盐及金属硫化物充填而成含金矿脉。,特点：,围岩为糜棱岩或千糜岩矿体呈斜列式，其排列所示的运动方向与剪切带的运动方向一致。蚀变糜棱岩型和石英脉型。如：夹皮
18、沟、老湾金矿。,3.脆性剪切带型金矿,蚀变碎裂岩型，如焦家式，位于基底岩石中或基底岩石的顶部，早期糜棱岩又碎裂的岩石中。含金石英脉型，如玲珑式，位于脆性变形的花岗岩或盖层中。,通常是不同层次的不同类型矿化叠加的结果。一个矿区中各类矿化之间具有：同源性共生性递进性阶段性分带性互补性,（二）剪切带与金矿的空间关系,剪切带对绿岩型金矿的控制古元古代及太古代的岩石中集中了80的金矿金矿床受基底岩石中剪切带的控制。如雷德湖金矿及与其伴生的蚀变带在空间上与大型剪切带有关。,2.金矿床受剪切带次级构造控制,主要剪切带贯通了矿源系统和储矿系统，次级构造为主要的储矿空间。在主韧性剪切带，流体来源深，温度、压力高
19、，是相对封闭和还原的环境，有利于高温流体长期稳定的存在，不利于金的沉淀；次级剪切带特别是脆韧性剪切带中，物理、化学条件的变化及外来流体的混入，有利于金的沉淀而成矿。,3.金矿床受剪切带变形强度的控制,如河台金矿，从糜棱岩带中心向外为超糜棱岩、糜棱岩和初糜棱岩。矿体受超糜棱岩控制,2.输矿系统,流体系统：从地幔向上运动的初生富CO2流体、中部的变质水和岩浆水。浅部为大气水。矿质从围岩中的萃取，韧性剪切带的泵吸作用，主剪切带是热液流量大、水/岩比值最高的区域，是主要的输矿通道。,3.储矿系统,氧化/还原界面，是主要成矿场所，脆韧性过渡是主要的成矿场所，剪切带中次级脆性构造（包括碎裂的糜棱岩和大小不同的裂隙）是主要的储矿系统。,4.动力系统,使矿质活化、流体运移和矿质沉淀的系统。主要涉及温度、压力、pH、Eh、浓度、粘度等。,小结,剪切带的类型韧性剪切带的位移方向和应变及位移量的测定剪切带的 变形和变质相剪切带的研究意义,
