韧性剪切带 韧性剪切带名词解释

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韧性剪切带的概念与类型

剪切带是泛指剪切作用集中的地带韧性剪切带，它包括剪节理、褶皱岩层的层间滑动以及各种断层等。剪切带的宽窄不一韧性剪切带，规模大小不等韧性剪切带，但都具有强烈的剪切变形，而剪切带以外的岩层几乎没有变形。按照剪切变形发生时的岩石力学性质的不同，可将剪切带划分为三种类型（图9-3）。

图9-3 不同类型的韧性剪切带（据Ramsay，1980）（1）脆性剪切带韧性剪切带：以一明显的不连续面（断裂面）作为剪切变形的运动面，两盘岩石被错开，其中的构造岩为碎裂岩（图9-3A）。

（1）脆性剪切带韧性剪切带：以一明显的不连续（断裂面）作为剪切变形的运动面，两盘岩石被错开，其中的构造岩（图9-3A）

（2）韧-脆性或脆-韧性剪切带：属于脆性剪切带和韧性剪切带间的过渡类型，剪切带内的连续或不连续变形可同时或先后发育（图9-3B、C）。

（3）韧性剪切带：从一盘到另一盘变形状态变化是连续的，岩石被扭曲，但没有明显的断面，可以从一侧连续追索到另一侧，剪切带两侧岩石发生过明显位移（图9-3D）。

以上三类剪切带发育于不同深度，Sibson（1977）对苏格兰高地莫因断层带进行了深入的研究，以长英质岩石为准提出了断层的双层结构模式（图9-4）。

一个规模较大的断层可以划分为地壳浅部弹性摩擦区（变形以脆性为主，形成脆性断层碎裂岩系列构造岩）和地壳深部的准塑性区（变形以韧性为主，形成韧性断层和糜棱岩系列构造岩）。由脆性断裂向韧性断裂过渡的温度条件约在250℃～350℃左右，并认为作为硅铝壳这个转化深度大致在10～15km，这一地段的变形以脆-韧性为主。

图9-4 理想断层的双层结构模式（据Sibson，1977）

韧性剪切带的几何特征

1.韧性剪切带的规模

韧性剪切带是由两盘岩石限制的狭长线状强塑性变形带，它们的规模差别较大，微型的可在岩石薄片中观察到；小型者宽不过数厘米，长不过数米；中型的韧性剪切带宽数米至数百米，长可达数千米至数十千米；而大-巨型韧性剪切带，宽可达数十千米，延伸长达数百乃至上千千米，有些陆块或板块的边界即为韧性剪切带。韧性剪切带的位移距离相差也比较悬殊，从位移几个厘米到上百千米；一般来说它们的位移是与其规模大小成正比的。

韧性剪切带在其平面和剖面上的延伸产状是变化的，倾角有缓有陡，可以从水平至直立，这种变化与韧性剪切带的性质、发育构造部位和规模有关。从韧性剪切带两盘相对错动的关系，可分为正断层式韧性剪切带（或伸展型韧性剪切带）、逆断层式韧性剪切带（或挤压型韧性剪切带）、平移式韧性剪切带（或走滑型韧性剪切带）和顺层式韧性剪切带（图6-100）。

图6-100 韧性剪切带的基本类型

（据蔡学林，傅昭仁，1996）

2.韧性剪切带的组合型式

韧性剪切带常常是成群出现，尤其是一些大型韧性剪切带，它们是由一系列的次级韧性剪切带和夹于其中的相对弱变形岩块组合而成的。这些韧性剪切带在空间上呈一定的排布型式：

平列式 一系列韧性剪切带相互平行排列，它们的产状大致相同，剪切带之间为相对弱变形岩块（图6-101）。

斜列式 一系列走向基本一致的韧性剪切带之间首尾相接，斜列相错，呈雁列式排布，剪切带之间为相对弱变形岩块。

菱形网结式 一系列走向基本一致的韧性剪切带在延伸的过程中呈分而复合、合而复分的排列方式，其间夹持弱变形的岩块（图6-102）。

3.韧性剪切带的应变状态

Ramsay在讨论韧性剪切带的几何性质及其应变模型时，根据剪切带主要区段的构造特点，提出模式的两个边界条件：一为剪切带两边边界相互平行；二是切过剪切带任意剖面上的位移都相同。表现在岩石的有限应变方向和性质在横切过剪切带的各个剖面上是一致的。

按上述边界条件，Ramsay将韧性剪切带的应变场划分为以下几种几何类型：

（1）剪切带外两盘岩石未变形：①不均匀简单剪切（图6-103A）；②不均匀体积变化（图6-103B）；③不均匀简单剪切和不均匀体积变化之联合（图6-103C）。

（2）剪切带外两盘岩石受到均匀应变：①均匀应变与不均匀的简单剪切之联合（图6-103D）；②均匀应变与不均匀的体积变化之联合（图6-103E）；③均匀应变、不均匀的简单剪切和不均匀的体积变化之联合（图6-103F）。

图6-101 桐柏山北部平列式韧性剪切带

（据翟淳，1989）

4.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做是若干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：

（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6-104A）。

（2）设应变椭球的三个应变轴为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轴与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＋el，而沿Zf的长度为1＋e3。Xf的旋转角度ω=θ-θ′，γ为剪应变，ψ为角应变，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：①γ=tanψ；②d=γ·z（此处z是小单元剪切带的宽度）；③tan2θ′=

；④cotα′=cotα＋γ。

以上表达式反映了剪切带内一些基本物理量间的关系，但这种分析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γ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要复杂一些。

韧性剪切带

剪切带是由简单剪切变形所形成的线状构造。根据形成机制和形成条件的不同，剪切带可分为脆性剪切带、脆-韧性剪切带和韧性剪切带三大类型（Ramsay，1980），它们在空间上和时间上有着密切联系，并可以相互过渡和转换。一般说来，在地壳深部发育韧性剪切带，向上逐渐过渡到浅层的脆-韧性剪切带和脆性剪切带（何绍勋等，1995）。韧性剪切带是指呈带状展布的发育在地壳一定深度的高度塑性流变剪切应变带，包含三层含义，即韧性状态、剪切变形和带状展布。鉴于韧性剪切带是北山南带一种典型的构造形式（图2-2），且对金矿床具有明显的控制作用（于海峰等，1998a；陈柏林，2002b，2003；王军，2005），在此对其加以详细介绍。

1.花牛山-青石泉-音凹峡韧性剪切带

该韧性剪切带呈EW向延伸，长120 km，宽1～5 km，西端被海西中期花岗岩截断，东段被NE向的新生代盆地错断，右行断距约20 km，再向东延伸出研究区。在五峰山西南表现为条带状变晶糜棱岩，在青石泉地区糜棱岩更为发育，主要有花岗质糜棱岩、闪长质糜棱岩、糜棱片麻岩和变晶糜棱岩等，岩石拉伸线理发育，产状近于水平或东倾，部分酸性岩脉经剪切变形后呈肠状或巨型条带状出现。根据海西期花岗岩与韧性剪切带的侵入接触关系，可以认为韧性变形的主要时期为加里东期—海西早期。

2.明舒井-古堡泉-柳园韧性剪切带

该韧性剪切带呈向南凸出的弧形，出露于古堡泉、钻井沟一带，西段延出研究区之外，并被海西期花岗岩侵位截切。向东经铁矿沟、钻井沟一带，至红柳园以西、辉铜山以东被石炭系不整合覆盖，区内长35 km，宽1～6 km。该韧性剪切带发育于前长城系中深变质岩中，广泛发育深层次的糜棱片麻岩、变晶糜棱岩等。该带北侧大多被海西期花岗岩侵位，南侧被二叠系火山岩覆盖或与二叠系呈断层接触。

图2-2 北山地区韧性剪切带分布简图

3.白墩子-峡东韧性剪切带

该带主体出露于白墩子-石板墩一带，在白墩子以西和石板墩以东皆因新生代沉积物覆盖而呈断续出露，长约100 km，宽5～10 km。该韧性剪切带主要发育于前长城系变质岩和志留系公婆泉群浅变质岩中，在白墩子一带，还出露比较多的与糜棱岩面理一致的海西期带状花岗岩体。该带内岩石变形明显，面理构造尤其发育，白墩子以西至石板墩一带线理产状均以近水平为主，说明变形以近水平剪切为主。该带与下述的小西弓剪切带可能属同一韧性剪切带。该韧性剪切带内目前虽尚无大中型金矿床的发现，但据陈柏林等（2002）的统计，金矿点多达39个，单个金矿化带最长可延续800～2000 m，单个金矿体水平延伸可达50～100 m，民采坑最深已至地下70余米，显示该带具有良好的找矿潜力。

4.小西弓韧性剪切带

该带呈EW向展布，向东延出研究区，西段被NE向新生代盆地覆盖，在雷洞子以南、西涧泉西等地有零星出露，在空间上与白墩子-峡东韧性剪切带相对应，应属同一条韧性剪切带。该带主要产于前长城系中深变质岩之中，发育透入性线理构造和糜棱面理，最宽处达5 km。该带内产出小西弓中型金矿床、金庙沟金矿床、乌龙泉金矿点等（于海峰等，1998a）。

韧性剪切带的概念

韧性剪切带是指岩石由韧性剪切变形和固态塑性流变而形成的强烈变形的线性构造带。其基本涵义是韧性剪切带，地壳较深层次中岩石在剪切作用下发生强烈塑性变形（图4-3）韧性剪切带，形成狭长线形分布的各种塑性剪切流变构造韧性剪切带，并使其两侧的岩石、岩层发生不同量级的位移、错动变形，但又无明显的不连续断面，总体是一线性带状分布的强应变带，即线状高应变带。近年来，随着韧性剪切带研究的不断深入，对地质找矿和变质岩构造产生重大影响，如冀东地区太古宙“八道河群”或“遵化群”，房立民等（1991）研究认为属于一个多相变形带和多期岩浆杂岩侵入体组成的构造-变形-岩浆杂岩带韧性剪切带；太行山区的原“龙泉关群”，李江海和钱祥麟（1991）、牛树银等（1994）均认为是不具地层单位意义的韧性构造变形带。随着研究的不断深化，人们逐渐认识到韧性剪切变形带与某些金矿床密切相关，引起金矿专家的广泛重视。

图4-3 大陆地壳构造综合模式

严格来说，韧性变形带包括韧性剪切带和韧性断裂带两种类型，概括起来说，把岩石中呈连续过渡的递进变形高应变带称为韧性剪切带，而将变质层状岩石中明显呈固态塑性流变带称为韧性断裂带，本书未进一步划分，而对于塑性韧性变形统称韧性剪切带。韧性剪切带是地壳中下部构造变形的产物，是研究地壳深部构造特征的重要窗口。目前对河北省韧性变形的研究表明，此类变形几乎全部集中于前寒武纪结晶基底和不同期次的岩浆岩之中，规模大小不等，形成时代各异，后期叠加改造明显。

韧性剪切带的研究一般仍然需要从几何学特征观察入手，首先必须识别确定其存在，查明其空间分布组合，几何要素之间的关系；进而分析研究其运动学和动力学特征，确定其运动方向，剪切应变强度和总位移量，推算古构造应力值，以及探讨韧性剪切带的形成与演化规律，分析其与区域构造和成矿构造之间的关系等等。在韧性剪切带的运动学分析中，仍主要是根据韧性剪切带实质即非均匀简单剪切，并把它当作由若干无限小而均匀的简单剪切组成来分析，把无限小而均匀的简单剪切作为运动学分析的无限小单元。研究表明，大型逆冲推覆构造和滑脱构造，板内伸展构造和板块俯冲碰撞聚合带，其主要变形机制都是简单剪切或近似于简单剪切。简单剪切是一种旋转变形，在其连续递进的变形过程中，岩石矿物发生有规律的旋转变形，形成特有的不对称岩石组构，提供了大量的关于地壳岩石变形的运动学、动力学的可靠信息，记录指示着韧性剪切带的剪切运动指向。运动指向研究，对于具体构造和宏观构造研究均具有重要的理论与实际意义，因此研究识别韧性剪切带内具有指示运动方向的小构造与显微组构等具有运动学标志的构造，就成为一项韧性剪切带的重要研究内容（张国伟，1989）。韧性剪切带的显微构造研究是随着金属物理学的进展得到迅速发展，晶格位错理论的引入、高压透射电子显微镜（TEM）在岩石中的应用以及高温高压试验岩石学的不断完善，对于韧性剪切带的深入研究越来越深刻，获得了大量有意义的信息。韧性剪切带的动力学分析主要包括韧性剪切带的主应力方位的推导以及古构造应力值的估算，其中主应力方位的推导和古构造应力值的计算是在变形显微—超显微构造观察的基础上完成的。

糜棱岩是韧性剪切作用的直接产物，成为识别判断韧性剪切带的重要标志之一。最新的研究成果赋予糜棱岩以崭新的概念和含义，它具有全新的研究内容和方法，成为韧性剪切带研究不可缺少的重要研究内容。就韧性剪切带而言，其规模小到显微、超显微尺度，大到大型、巨型构造带，虽然其规模变化悬殊，但其基本几何学特征与性质却是大致相同的。韧性剪切带的产状将会因其不同类型或后期改造强烈程度而有很大不同，如大型逆冲推覆型的韧性剪切带多是低缓角度，近水平的，或呈铲状，上陡下缓，但也可因为后期改造而产状变陡，特别是上部变陡，从而也构成铲状。一般来说，韧性平移剪切带和垂直片理带多是高角度，近似垂直的产状。通常情况韧性剪切带在其走向和倾向方向上产状是变化的，常常呈现出比较复杂的状态。特别应当注意的是，在一些古老变质岩区和多期变形的造山带中，先期的韧性剪切带遭受后期叠加构造变形时，往往会发生褶皱，使其几何形态更为复杂化，必须谨慎判别。韧性剪切带的研究必须开展变质岩中糜棱岩的研究，对于变质岩的变余组构、变质组构、矿物组合以及变质作用均需要详细研究。遗憾的是河北省有关韧性剪切带的研究尽管已经受到广泛重视，但是研究程度多数处于一般的描述性阶段，缺乏系统的运动学、动力学分析。

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