剪切(英語:shear)是岩石對壓縮應力引起的變形的反應,並形成特定的紋理。 剪切可以是均質的或非均質的,並且可分爲純剪切或簡單剪切。 在地質科學的剪切研究與構造地質學、岩石微觀結構或岩石質地和斷層力學的研究有關。

由石英組成的石香腸礦脈呈現左旋剪切斷層,地點:西澳大利亞星光礦坑

剪切過程發生在脆性、脆韌性和韌性岩石中。 在純脆性岩石中,壓應力導致壓裂和簡單斷層。

澳大利亞格倫加里盆地 Labouchere 礦玄武岩中的不對稱左旋剪切

岩石

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剪切帶的典型岩石包括糜棱岩碎裂岩、S-構造岩和L-構造岩、假速長岩、某些角礫岩和高度葉理的圍岩

剪切帶

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剪切帶是在岩層中一個板狀到片狀、平面或曲線平面的區域,在此區域中的岩石比鄰近該區域受更高的應變。 通常這是一種斷層類型,但沒有明顯的斷層面。 剪切帶內可能有更強烈的葉理狀紋理、變形和褶皺或梯狀岩脈及裂縫。

許多剪切帶都有礦床,是由造山帶中的熱液造成的。 它們經常顯示出退階變質作用,及交代變質作用特徵。 剪切帶規模大小不一,由幾英寸寬,或高達幾公里寬。 通常它們處於構造區塊的邊緣,大的剪切帶是可繪製的單元,並形成重要的不整合帶。 因此,許多大而長的剪切帶與斷層系統相同的被命名。 當斷層的水平位移達到到幾十或幾百公里的長時,該斷層被稱為大剪切。 通常是古代板塊構造的邊緣[1]

剪切機制

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黃鐵礦的右旋滑面

剪切機製取決於岩石所受的壓力和溫度以及剪切速率。不同的剪切機製造成不同安定岩石變形。 在比較脆的流變條件(較冷、較小的圍壓)或高應變率下,剪切區往往以脆性破壞爲特徵;包解解礦物個體,將其磨碎成角礫岩。 在脆韌條件下,對剪切力的適應,不靠岩石的斷裂,而依賴礦物個體和礦物晶格內部的機制來適應。例如在壓縮應力下,葉理紋理會消失。 在韌性條件下,岩石對剪切力的,是通過礦物的破裂和亞晶界的生長以及晶格的滑移。此種應變在板狀礦物,尤其是雲母,最明顯。 糜棱岩是韌性剪切帶的代表

剪切帶的微觀結構

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在剪切開始期間,首先在岩體中形成穿透性平面葉理。其特徵為紋理的重新排列、雲母的生長和重新排列以及新礦物的生長。

初始剪切葉理通常垂直於主要縮短的方向形成,並且是對縮短方向的指標。在對稱縮短中,物體在這種剪切葉理結構上變平。

在不對稱剪切區域內,物體進行縮短類似於糖漿球在被塗抹時變平,通常為橢圓形。若在剪切帶內具有顯著位移,剪切層理可能與剪切帶的總平面呈小角度形成。這種葉理類似一組正弦葉理,與主切變葉理成小角度。這種岩石被稱為 L-S 構造岩。

若在剪切帶內具有較大的橫向運動,則應變橢圓會延長成雪茄狀的體積。而剪切葉面開始分解成鋼筋線或拉伸線。這種岩石被稱為L-構造岩。

拉伸的卵石礫岩 L-構造岩,顯示在澳大利亞格倫加里盆地剪切帶內的拉伸線。有明顯的不對稱剪切力將礫岩中的卵石拉伸成細長的雪茄形棒

延性剪切顯微組織

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石榴石-雲母片岩的薄片(交叉極面)顯示石榴石、雲母魚和細長礦物的旋轉斑狀細胞。該標本來自挪威附近的剪切帶(奧塞衝斷層),中心的石榴石(黑色)直徑約為 2 毫米

韌性剪切,能產生非常獨特的紋理。在韌性剪切帶中觀察到的一組重要的微觀結構是 S 面、C 面和 C' 面。

  • S平面或片岩平面通常由雲母或板狀礦物排列形成的平面, 也是扁平應變橢圓的長軸。
  • C-plane 平面平行於剪切帶邊界。 C 和 S 平面之間的角度總是銳角,並指出剪切方向。通常,C-S 角越低,應變越大。
  • C'平面,也稱為剪切帶和二次剪切紋理,通常在具強葉理的糜棱岩,尤其是千糜岩中可觀察到,並且與 S 平面成約 20 度角形成。

由S-C 和 S-C' 結構所顯示的剪切方向與剪切帶方向一致。 其他可以鑒定剪切方向的微觀結構包括: • S狀岩脈 • 雲母魚 • 旋轉的殘碎斑晶•岩香腸 • 不對稱褶皺

走滑擠壓

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走滑擠壓是在構造板塊斜向碰撞和非正交俯衝過程中形成的構造。通常是斜滑逆衝斷層和走滑或轉換斷層的混合物。走滑擠壓的微觀結構有是鋼筋線、糜棱岩、具眼狀構造的片麻岩、雲母魚等。

走滑擠壓是一種走滑變形之一,它與簡單的剪切變形不同之處,在於同時具有垂直於斷層走向的擠壓分量。這種運動最終會導致斜剪切。構造變形通常不太可能是「純」 擠壓或「純」走滑變形。擠壓和走滑的相對量可以用收斂角 α 表示,範圍從零(純走滑)到 90 度(純擠壓)。遭擠壓的地殼會在地殼中產生垂直增厚。走滑擠壓在板塊邊界中由斜向聚合造成[2]。 在局部地區,走滑擠壓是在走滑斷裂帶的約約束彎曲內造成。

新西蘭的阿爾卑斯山斷裂帶是一個典型的例子,太平洋板塊對印澳板塊的斜向俯沖造成斜向走滑活動。此地的造山帶呈梯形,以斜角的分支斷層、陡傾的推覆體和斷彎褶皺為主。 在新西蘭阿爾卑斯山的片岩的特點是有鋸齒狀和剪切的千枚岩。山的本身它以每年8-10毫米的速度被推高,該地區容易發生大地震,其南斷塊是向上和向西方向的運動。

走滑拉張

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走滑拉張是呈斜角方向的拉張力造成的。裂谷帶的斜向正斷層和滑脫斷層是走滑拉張的典型構造。走滑拉張的顯微結構包括鋼筋線或拉伸線、拉伸的斑狀變晶 、糜棱岩等。

參考文獻

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  1. ^ American Geological Institute Glossary of Geology
  2. ^ Dewey, J. F.; Holdsworth, R. E.; Strachan, R. A. (1998-01-01). "Transpression and transtension zones". Geological Society, London, Special Publications. 135 (1): 1–14. CiteSeerX 10.1.1.519.2389. doi:10.1144/GSL.SP.1998.135.01.01. ISSN 0305-8719.