共轭伸展褶劈理夹角的定量解析

通过静力和动力学解析，共轭伸展褶劈理面对最大主应力方向的理想夹角为１０９°２８′，与实际观测值一致。共轭伸展褶劈理的取向取决于形成时剪切作用类型，纯剪切时以糜棱面理为对称面，但在一般剪切时则与之不对称。同向褶劈理与糜棱面理间的夹角变化于－ ９°４４′～３５°１６′之间，取决于简单剪切与纯剪切的相对组分。共轭两组常不同等发育。Ｐ方向的同向剪切趋势抑制反向褶劈理的形成。

伸展褶劈理(C’面理)在递进变形过程中的行为及其对剪切带面理(S面理)的影响

伸展褶劈理(extensional crenulation cleavage,简称C’面理)作为韧性剪切带内常见的构造面理之一,在递进变形过程中是否旋转以及其如何影响剪切带面理(S面理)是尚未解决的构造地质前沿问题。本文统计了不同剪切带中C’面理、S面理和C面理(糜棱岩面理)的夹角。结果发现,从剪切带边缘向中心随着应变逐渐增大,C’面理与剪切平面(C面理)的夹角(α)呈近正态单峰式分布,表明C’面理在递进变形过程中不旋转。在C’面理发育的情况下,S面理与C面理的夹角(β)随着应变的增加逐渐增大,即S面理在C’面理形成后发生反向旋转,因此原用于计算剪应变的公式:tan 2β=2γ失效。强弱互层材料的应变分配结果显示,一般剪切条件下,粘性分层与剪切平面的夹角(β)减小到20°时,强硬层的运动学涡度接近于0,即表现为纯剪切,而软弱层表现为近简单剪切;β小于10°时,强硬层发生反向旋转。由此可见,伸展褶劈理是不均匀岩层在递进变形过程中应变分配(strain partitioning)的结果。随着递进变形的进行,S面理与C面理的夹角逐渐减小,强硬层被分配以更多的纯剪切而布丁化,随后内部产生微型剪切条带并扩展形成C’面理,承担应变分配的简单剪切。至此,随着应变分配的完成,C面理上的剪切作用自行停止,因此C’面理不发生旋转,而S面理在C’面理的制约下开始反向旋转。

伸展褶劈理地质现象、成因机制及其地质意义

伸展褶劈理(C′)是韧性剪切带最主要的组构之一,也是认识剪切带演化过程的重要线索。从地质现象、成因机制以及构造地质意义3个方面对30多年来C′的研究进行综述。(1)C′以脆性破裂面或韧性剪切的形式、呈间隔性分布出现在具有各向异性结构特征的岩石中(如糜棱岩),并低角度切割S面理。一般仅出现一组近平行的C′,个别情况下,还出现多组或共轭组(简写为C″)。共轭伸展褶劈理关于S面理对称,S面理平分它们的锐夹角。C′的几何参数,包括C′的密度、C′之间的间隔以及C′分别与C面理和S面理之间的夹角,均表现出接近主滑移面时增大或减小的趋势。观察结果表明,C′形成于脆-韧性转换阶段,例如韧性剪切带演化后期阶段。(2)基于C′地质现象,结合假设条件,目前有多种关于C′的成因机制,大概分为4类:①C′为脆性破裂面,并在形成之后发生旋转;②C′发生于塑性变形阶段,对应具有特定含义的物理方向,例如塑性滑移线、特征向量或最大剪切应变速率;③C′是剪切带局部应变分解,即不稳定变形的结果;④C′初始角度具有优选方位的特点,理论推导得出,C′形成于最大有效力矩方向。(3)C′是韧性剪切带运动学研究的重要标志体,其几何特征被用于指示运动学方向和估算运动学涡度(即剪切变形中纯剪切与简单剪切的相对贡献)。一般认为,C′形成于脆-韧性或韧-脆性转换变形阶段,是应变局部化的表现,可能代表了地震成核的初始过程。在区域尺度,增厚地壳的中地壳层位在重力作用下出现低角度C′,向上扩展并发育为低角度拆离断层;低角度拆离断层(韧性剪切带)内部C′可扩展为切割韧性剪切带的高角度正断层。青藏高原内部共轭走滑断裂系与共轭C′具有相似的几何样式,其挤压方向(即欧亚大陆与印度大陆碰撞方向)正对共轭走滑系钝夹角。

最大有效力矩准则的理论与实践

共轭断裂面对σ1一侧为锐角(一般小于60°),而共轭变形带面对σ1一侧为钝角(一般为110°)。锐角可用力学的摩尔-库仑准则解释,钝角则可用最近提出的最大有效力矩准则予以说明。最大有效力矩准则的数学表达式为Meff=0.5(σ1-σ3)Lsin2αsinα。式中,σ1-σ3代表变形岩石的屈服强度,L为单位长度,α为σ1与变形带间的角度。该准则证明最大有效力矩出现在σ1轴左右54.7°方向。55°±10°区间力矩无显著变化,天然和实验的观测值全部在该区间内。该准则在实践中可解释膝褶带、伸展褶劈理、膏盐层中的屈服带、低角正断层、高角逆断层、结晶基底中的菱网状剪切带、地震反射剖面中的鳄鱼嘴构造和前陆盆地中的拆离褶皱等地质构造的形成,可藉以确定有关构造形成时的应力状态和运动学涡度,并说明推覆构造与伸展构造间的运动学和动力学关系以及深俯冲超高压岩石的折返-出露机制。

最大有效力矩准则及相关地质构造

摩尔-库伦准则广泛用以说明断裂构造的形成,然而却不能解释自然界广泛分布的大变形。最近提出的岩石变形新理论——最大有效力矩准则,其数学表达式为Meff=0.5(σ1-σ3)L.sin2α.sinα。式中,σ1-σ3代表变形岩石的屈服强度,L为单位长度,α为σ1与变形带间的角度。该准则证明最大有效力矩出现在σ1轴左右54.7°方向,55°±10°区间力矩无显著变化,天然和实验的全部观测值全部位于该区间内。相关地质构造包括:膝褶带、伸展褶劈理、膏盐层中的屈服带、低角正断层、高角逆断层、结晶基底中的菱网状剪切带、地震反射剖面中的鳄鱼嘴构造和前陆盆地中的拆离褶皱等。据该准则可确定有关构造形成时的应力状态和运动学涡度,并扩展说明深俯冲超高压岩石的折返-出露机制。

辽南中生代造山期缩短滑脱与晚造山伸展拆离构造

该区的构造格局主要由早期近东西向紧闭的褶皱带和晚期北北东向构造组成。早期的南北向缩短构造以龙王庙平卧褶皱和大小长山岛的直立紧闭褶皱为代表,分别具有扇状间隔性压溶劈理和透入性轴面片理,褶面倒向以北为主。北北东向构造切割近东西向构造,表层表现为北西西向薄皮逆冲推覆构造,浅层构造具有扇状压溶劈理的紧闭褶皱,深层表现为基底与盖层间的拆离断层及其下的韧性剪切带。早期的研究者将该断层作为辽南推覆构造底部的滑脱面,现今则压倒性地采用变质核杂岩的构造理念。根据相关剪切带早期面内褶皱发育,晚期伸展褶劈理发育,通过运动学涡度和应力状态分析,论证早期滑脱—推覆到晚期伸展拆离的演化过程。野外观测证明,辽南基底变质岩西侧的金州断层为一伸展拆离断层,它切割东侧的董家沟断层,前者平行于下伏糜棱岩中的同向伸展褶劈理,后者平行下伏糜棱岩的糜棱面理。金州拆离断层的形成及其东侧的隆起标志着辽南构造体制从缩短到伸展的转折。根据相关的年代学研究,这一构造体制转化发生在早白垩世(约120～107 Ma)。该区最新的构造事件是北东—南西向的缩短,相关的北北东向的右行走滑断层与晚白垩世以来的郯庐断层活动方式一致。

辽南变质核杂岩韧性拆离带的变形特征、应变与运动学涡度分析

辽南变质核杂岩西侧为一NNE走向、NWW倾向的低角度拆离断层带，其中韧性剪切带由位于拆离断层带下部的糜棱岩组成，糜棱岩中所有运动学指向标志都指示上盘向NWW方向的伸展拆离。基于长石的Rf/φ有限应变法，对该糜棱岩进行测量，结果显示糜棱岩的应变强度（层）介于0．36～1．0之间，平均0．75。付林图解与霍塞克图解显示应变类型为压扁型（罗德参数v=0．11～0．98）。使用极摩尔圆法与有限应变法测量糜棱岩面理与线理形成时的运动学涡度，其值介于0．74～0．96之间，平均0．85。使用C’法获得的伸展褶劈理C’形成时的运动学涡度介于0．10～0．84之间，平均0．58。依据运动学涡度、有限应变及拆离带的真实厚度，计算获得拆离带的韧性减薄量为130～705m。综合以上结论，辽南变质核杂岩剪切变形机制是以糜棱岩面理与线理发育为代表的早期单剪为主的一般剪切以及以伸展褶劈理发育为代表的晚期纯剪为主的一般剪切。

辽宁营口—盖县地区早元古代辽河群构造世代

营口—盖县地区早元古代辽河群经历了三个世代的构造变形。第一世代为枢纽近南北向的具轴面片理的平卧层理褶皱;第二世代为与第一世代近共轴的具轴面褶劈理的近水平直立片理褶皱;第三世代则为东西向的倾竖片理褶皱。