摘要：剪切带是相对狭长的（长宽比＞5/1）被低有限应变状态岩石包围的平面强烈变形带，从一盘到另一盘变形连续变化的称为韧性剪切带（又称韧性断层）类比于断层相关褶皱，有人提出韧性剪切带相关褶皱的概念，指的是发育在韧性剪切带内部并由韧性剪切作用形成或改造的褶皱。本文依托实习期间在汉阴黄龙金矿区收集的资料对典型的韧性剪切带相关褶皱从几何学、运动学两方面进行分析。所用参数或理论方法有弹性模量、泊松比、最大主波长理论等。
关键词：汉阴县；韧性剪切带；变形分析
1.研究区位置及韧性前切带分布
研究区位于陕西省汉阴县，毗邻石泉县、安康市。区域地层属秦岭区的徽县-旬阳分区，总体上由中元古界郧西群、耀岭河群火山岩系构成基底，寒武系-志留系碎屑-化学沉积岩构成盖层。志留系梅子垭组为一套深水滞留环境下沉积的含炭泥质碎屑岩建造，其中存在若干个含金层位，发现多处金矿床（点），羊坪湾-黄龙-鹿鸣等金矿床构成了一条呈北西西向展布的韧性剪切带，成矿条件有利，呈平行式排列。
2.面理置换
研究区韧性剪切带变形强烈，其中主要的一期强烈挤压剪切变形将之前的原生面理及先期构造形成的面理置换，大部分地区已经见不到先期面理。大致将该区面理分为四期，S0为原生面理，即成分层，是沉积物沉积时形成的岩层。S1为第一期构造运动形成的面理，表现形式为褶皱等。S2是变形最强烈的一期，基本上将S0和S1置换，形成斜交或正交于S0、S1的劈理，以及在S2面理基础上形成的褶皱。第四期为S3，表现为切断S2的断层、节理等，由于S3与金成矿联系甚少，故很少关注。（S0、S1、S2见图1a）
3.典型褶皱变形分析
3.1连续“Z”型褶皱
如图1b所示，研究区内发育很多类似于这种形式的连续“Z”型褶皱或者连续“S”型褶皱，主要有两点需要阐明，一是根据褶皱几何形态判断剪切运动方向，应力椭圆，二是解释连续强硬层互相影响形成协调褶皱。首先，根据一小段完整的褶皱的两翼形态可以判断剪切方向，如图所示，将剪切应力分解，即可得到主压应力σ1和主张应力σ3的方向（其中椭圆短轴为σ1椭圆长轴为σ3）。其次，可以看到强硬层中间夹有很薄的软弱层，这是由于多层褶皱发育，各强硬层发育在相邻层的接触应变带内，即两硬层间隔小，相互干扰，形成协调褶皱。
弹性模量，材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系(即符合胡克定律)，其比例系数称为弹性模量。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。图1b中硬层岩性为绢云母石英片岩的弹性模量值比软弱层绢云母片岩的值大，则在相同应力条件下，后者更容易发生形变，故其起着“润滑作用”，且形变量较小，形成控制形变的主要褶皱形式。
泊松比，材料的横向应变与纵向应变之比就是泊松比。绢云母片岩泊松比无限大，而绢云母石英片岩泊松比很小，则在相同应力条件下前者更容易变形，后者形变量较小，得出和弹性模量相同的结论。
图1
3.2协调褶皱
韧性剪切带中经常见到这种等厚褶皱，隐约可以见到强硬层和很薄的软弱层呈互层，如图1d所示，强硬层相互影响，形成等厚褶皱的几何样式。
从褶皱形态可以判断剪切应力方向为水平方向，如果同一个剪切带内部同时存在两个滑移面，那么在两个滑移面之间就会产生汇聚作用，形成纵弯褶皱，沿面理的不统一滑动会导致面理方向的缩短，导致面理的纵弯不稳定性。两个滑移面之间产生汇聚作用，可以引申到走滑断层相关褶皱，此类褶皱分布在主断层或邻近相对稳定而狭窄的带上，或两条较大断层之间的宽阔地带，后者和以上讨论的协调褶皱形成过程相似。
形成于S2之前的石英脉随着强烈变形而发生褶皱等变形，石英脉的褶皱变形可以判断剪切应力方向，如图1d所示，应力椭圆如图所示。其中椭圆短轴为σ1椭圆长轴为σ3。
3.3同应力不同岩性变形差异
如图1c所示，图中岩性强硬层为变石英砂岩，软弱层为绢云母片岩，可以看出，变石英砂岩形成褶皱，绢云母片岩较容易被破坏，在上部已经被剥蚀，下部可以看到绢云母片岩形成劈理。上部被剥蚀的绢云母片岩可以恢复为沿着剪切方向的劈理，根据褶皱几何学形态可以判断剪切方向及应力椭圆，其中椭圆短轴为σ1，椭圆长轴为σ3。变石英砂岩的弹性模量比绢云母片岩的值大很多，在相同应力条件下，变石英砂岩形变量较小，当其形成褶皱，绢云母片岩则发生强烈变形，发生构造置换。绢云母片岩的泊松比相比于变石英砂岩大很多，故绢云母片岩更容易发生变形。根据褶皱主波长理论，阻碍强硬层形成褶皱的阻力有二，一来自于强硬层内部，二来自于周围软弱层，如对于图1c中褶皱，软弱层对强硬层的影响类似于μ2阶段，即其阻碍作用不是最大也不是很小。褶皱从原始层理变形成褶皱的过程如图2c所示。当发展到第四个阶段时将会形成片内无根褶皱，由于强烈压扁作用，片内褶皱的翼部极度拉薄，使褶皱转折端脱离，从而成为片内无根褶皱。对于片内无根褶皱，其应力方向也可能为垂直片理方向，即和剪切方向相反，如果为垂直片理方向情况，则可能产生沿着压应力方向的劈理，并且后期热液侵入时会产生沿着压应力方向展布的石英脉。所以图1中褶皱为韧性剪切形成。
3.4膝折-尖棱褶皱
韧性剪切带中普遍形成此类尖棱褶皱，可以看出，每一段完整褶皱两翼长度不同，则可以判断出韧性剪切方向（如图2所示），应力椭圆见图2b，其中椭圆短轴为σ1，椭圆长轴为σ3。图中可以看出强硬层和软弱层呈互层产出，强硬层岩性为绢云母石英片岩，软弱层为绢云母片岩，其弹性模量和泊松比见前文所述。对于多层规则相间的强硬层的褶皱，硬层粘度大于软层粘度，软层厚度和硬层厚度比值低，即薄的硬层岩系，夹少量软层起润滑作用，没有初始特征波长，形成膝折。
图2
参考文献:
[1]构造解析学.
[2]米仓山变质带火地垭群中片内无根褶皱与面理置换，刘肇昌.
[3]岩石的弹性模量E_和泊松比μ的值列举.
论文作者:胡国朝
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/16
标签：褶皱论文; 应力论文; 韧性论文; 云母片论文; 弹性模量论文; 椭圆论文; 方向论文; 《防护工程》2018年第36期论文;