运动学涡度及其在湘东雁林寺韧性剪切带中的应用

自然界中的剪切带通常是由简单剪切(simple shear)和纯剪切(pure shear)叠加的一般剪切带(general shear)。运动学涡度(kinematic vorticity)的引入提供了一个定量表示两种剪切成分的工具。通过测量剪切带的运动学涡度,可以清楚的了解一般剪切带中究竟是简单剪切还是纯剪切占优势。本文将运动学涡度的基本理论和极摩尔圆法对雁林寺金矿所在的湘东雁林寺韧性剪切带中所表现的运动学涡度进行测量,得出该韧性剪切带的Wk值为0.6,指示其变形以纯剪切为主,且简单剪切作用应变速率比纯剪切作用的应变速率慢。本文从微观运动学层面揭示了湘东雁林寺韧性剪切带对于雁林寺金矿的形成具有重要的意义。     

鲁西青邑韧性剪切带运动学涡度及剪切作用类型

青邑韧性剪切带是晚太古代末期发育在鲁西前寒武纪基底花岗岩中一条规模较大的韧性剪切带。剪切带NW走向,面理直立,线理水平,剪切标志反映右行剪切。石英光轴法求得运动学涡度在0．96～0．99之间变化,极摩尔圆法求得糜棱岩化岩石运动学涡度为0．91,初糜棱岩运动学涡度为0．87,糜棱岩运动学涡度为0．81,超糜棱岩运动学涡度为0．60。运动学涡度表明,剪切带剪切作用类型为一般剪切,变形初期以单剪为主,随应变的增大,运动学涡度值逐渐减小,变形的纯剪分量不断增加,最后以纯剪为主。剪切作用类型及三维参照变形分析表明,青邑韧性剪切带属加长一变宽类型的一般剪切带并且在Y轴方向上有所增长。韧性剪切在太古代末期克拉通化过程中具有加厚陆壳的作用。     

运动学涡度、极摩尔圆及其在一般剪切带定量分析中的应用

自然界中剪切带通常是由平行于剪切带方向的简单剪切和与之垂直的纯剪切共同作用的结果。利用运动学涡度(W_K)可以定量地分析两者间的比值大小。一般摩尔圆只能应用于共轴应变,而极摩尔圆可应用于共轴与非共轴变形,并为求取W_K提供了一种简便可行的方法。本文对一般剪切带的概念及其分类进行了描述,对运动学涡度和极摩尔国的原理及其应用进行了系统的论述,并在此基础上提出了几种新的实用的极摩尔国编制方法。      

运动学涡度在藏南冈底斯岩浆带中段谢通门-曲水韧性剪切带中的应用

一般剪切带主要由纯剪切和简单剪切共同作用,不同的剪切带及不同的构造位置两者所占有的比例不同。利用运动学涡度(Wk)可以定量地分析两者间的比值大小。本文通过极莫尔圆法和有限应变轴率Rs/石英c轴组构法对冈底斯岩浆带中段谢通门-曲水滑覆型韧性剪切带的运动学涡度进行了计算,两种方法获得了较为一致的结果。通过极莫尔圆法,对剪切带中的9组糜棱岩样品进行了运动学涡度计算,获得了Wk=0.73~0.96,平均值Wk=0.83。运用有限应变轴率Rs/石英c轴组构法对4个样品进行了分析,得到Wk=0.85~0.93,均值为0.88,两种方法获得了较为一致的应变结果。还根据极莫尔圆图解,计算了该韧性剪切带的减薄量S=0.09~0.35,平均减薄量为0.20。研究表明该韧性剪切带为典型的以简单剪切为主伴有部分纯剪切的一般剪切,该剪切带的形成可能与拉萨地体在中新世时从挤压到侧向伸展的转换有关。该剪切带变形特征和运动学涡度的确定深化了对藏南冈底斯地区的构造演化过程的理解,并对青藏高原中南部的地质研究具有推进作用。     

华北克拉通北缘医巫闾山韧性剪切拆离带的运动学涡度与韧性减薄量

医巫闾山韧性剪切拆离带位于华北克拉通北缘,为一走向NE、倾向WNW的低角度正断层系,由下盘的韧性剪切带(糜棱岩带)、未变形中生代的花岗岩体;脆性拆离断层面及上盘未变质的沉积岩系组成。以拆离断层带下盘韧性剪切带内糜棱岩长石碎斑为标志体的三维有限应变测量显示,应变主轴X轴伸长,Y轴不变,Z轴缩短。以极莫尔圆法估算拆离带内糜棱岩的运动学涡度值介于0.61到0.96,平均为0.80(涡度值是无量纲数),表明医巫闾山韧性剪切拆离带形成机制为以简单剪切为主的一般剪切作用。结合三维有限应变测量,医巫闾山韧性剪切拆离带为一加长减薄型剪切带。以有限应变测量与运动学涡度估算为基础,初步估算了该韧性剪切拆离带的韧性减薄量沿剪切拆离方向,减薄量从10%增加到40%,且减薄量与应变强度正相关、与运动学涡度负相关。     

韧性剪切带的剪切作用类型和韧性减薄量

韧性剪切带组构的演化和剪切作用类型受到许多研究者的关注。运用极莫尔圆法、有限应变法、刚性颗粒法、石英光轴组构结合有限应变测量法、拖尾形态法、剪切带内变形脉体(岩墙)法、碎斑法等方法可以估算剪切带变形过程中的运动学涡度,进而判别剪切带中单剪切组分与纯剪切组分的相对含量。自然界的剪切带一般介于单剪与纯剪之间,运动学涡度Wk介于0~1之间,表明韧性剪切带在变形过程中发生了垂直于剪切带边界(Z轴)方向的韧性减薄。剪切带变形过程中的韧性减薄量可依据有限应变测量与运动学涡度估算求得,也可依据剪切带内的石香肠(布丁)构造求解,还可依据构建极莫尔圆求解。以华北克拉通北缘的楼子店变质核杂岩及其韧性剪切带,以及希腊西奈山的Chelmos剪切带为例,介绍估算韧性剪切带韧性减薄的方法,这种韧性减薄是对大规模岩石圈减薄的有益补充和完善。研究结果表明,定量估算与变质核杂岩相关的韧性剪切带的剪切作用类型是分析变质核杂岩形成机制的有效途径和方法。     

郯庐断裂带南段晚期韧性剪切带涡度分析及其构造意义

天然剪切带通常都是简单剪切和纯剪切叠加的一般剪切的产物。通过测量韧性剪切带的运动学涡度，可以很好地解决剪切带变形过程中究竟是简单剪切占优势还是纯剪切占优势的问题。本次研究中利用石英C轴组构与主应变比值的方法以及石英C轴组构与斜列颗粒形态的方法，测量了郯庐断裂带南段晚期韧性剪切带的运动学涡度。获得的运动学涡度主要介于0．80～0．95之间，明显大于0．75且小于1，指示郯庐晚期左旋走滑韧性剪切带的变形以简单剪切为主的同时，还存在一个纯剪切分量。根据本次研究获得的涡度值、断层产状以及断裂带的运动学特征综合分析，可以认为郯庐晚期韧性剪切带是一个具有压扭性质的走滑构造。并且，本次工作中获得的运动学涡度支持伊佐奈崎板块与欧亚板块的边界为典型的汇聚型板块边界的现有成果。     

北京云蒙山变质核杂岩大水峪韧性剪切带的应变特征及构造意义

北京云蒙山变质核杂岩东南缘的大水峪韧性剪切带是认识云蒙山变质核杂岩构造演化的关键。本文通过变形温度区间估算、有限应变测量以及运动学涡度计算等手段对大水峪韧性剪切带的应变特征进行了系统分析。长石石英温度计与EBSD石英组构分析结果表明剪切带的变形温度区间为480～650℃。剪切带南西段的变形温度自北向南逐渐降低,北东段的变形温度由岩基向断层方向先降低后升高。有限应变测量结果指示剪切带的变形整体经受压扁作用为主,南西段的压扁程度与韧性位移量均大于北东段。运动学涡度的计算结果表明剪切带在形成过程中主要受纯剪切控制。南西段的运动学涡度自北向南逐渐增大,北东段的运动学涡度由岩基向断层方向先减小后增大。据此认为岩浆作用是导致云蒙山变质核杂岩形成的主导因素,大水峪韧性剪切带北东段的拆离过程可能受到了东侧岩体的阻挡。     

运动学涡度的理论与实践

一般剪切作用下,碎斑或顺剪切作用方向向前或逆向旋转向两特征方向或流脊(非旋转方向)靠拢。高应变条件下,二长比大于一特定值的碎斑,当其顺向或逆向旋转至以特征方向为渐近线的双曲线的稳定翼上时,便稳定下来不再旋转。二长比小于该值的碎斑将不断向前旋转。这一特定值位于该双曲线的顶点,相应的临界形态因子(B*)或/和两特征方向间夹角的余弦定义为运动学涡度(Wk)。Wk是确定一相关韧性变形带纯剪切和简单剪切组分相对大小的重要度量,是根据内旋转(涡度)与线应变速率之间的比值而定的数值度量。就变形带而言,一般剪切带的运动学涡度变化为0~1,纯剪切为零,简单剪切为1。这是一非线性尺度,纯剪切和简单剪切各占50%的运动学涡度为0.71,而不是0.5。运动学涡度可通过计算、图解(双曲线网(PHD)、刚性颗粒网(RGN)法、Passchier图解、Wallis图解)、极摩尔圆法和应力或瞬时增量应变方向获得。运动学涡度与有限应变测量相结合很可能是估算一地地壳减薄/伸展量或增厚/缩短量的最佳途径。变形过程中运动学涡度很可能变化,应根据不同时期形成的构造获得相应时期的运动学涡度。     

极摩尔圆法计算二维平均运动学涡度

通过有限应变椭圆长短轴比(R_s)和长轴与剪切面夹角(α)构建极摩尔圆,本文计算得出二维平面应变平均运动学涡度(W_m)计算公式为W_m=cos ,并以此绘制了W_m关于R_s和α的等值线投影图。公式计算和有限应变数值投影都是计算平均运动学涡度的简捷有效的方法。极摩尔圆计算提供了判定剪切类型(简单剪切,纯剪切,减薄一般剪切,增厚一般剪切)的两种方法:α值判定瞬时应变剪切类型; R_s×tan²α值判定有限应变剪切类型。     

亚干变质核杂岩的运动学涡度与剪切作用类型

运用极摩尔圆法、张量分析法和应力取向分析法对内蒙亚干变质核杂岩的剪切作用类型进行了定量分析。相关韧性剪切带的运动学涡度值为 0.53-0.87, 表明相关的剪切作用为减薄型一般剪切。其间的差异,表明主期以简单剪切为主,递进变形过程中, 纯剪切组分增加, 这很可能与因晚期脆性断层引起的位移分解作用有关。同向伸展褶劈理的取向与剪切带边界的夹角既不等于两流脊间的夹角,也不等于其值之半,但可据以确定主应力方向,从而确定两流脊间的夹角和对应的运动学涡度     

郯庐断裂带肥东北部文集地区构造岩类型与构造变形分析

位于郯庐断裂带中南部的肥东地区是郯庐断裂带内韧性剪切带出露的主体区域之一。本文从肥东北部文集地区的构造岩组成及其变形入手,通过详细的野外观测、室内显微构造变形分析来确定该地区构造变形的几何学形态及其涡度、有限应变、分维度、差异应力、应变速率等参数。研究区主要出露角闪岩相肥东变质杂岩,构造岩以糜棱岩和糜棱岩化片麻岩为主,岩石变形强烈。根据极摩尔圆法得到的运动学涡度值为0.729~0.870,指示区域内的韧性剪切活动以简单剪切为主。几何学形态上,肥东北部文集地区构造整体呈一背形展出,其枢纽走向NE-SW,轴面倾向SE,物质及变形强度等方面均表现出一定的规律和对称性。研究区内动态重结晶石英颗粒边界具有统计学上的自相似性,其分维值D在1.143~1.208之间,且自背形核部向两翼,颗粒粒径增大,分维值减小。差异应力Δσ介于17.86~55.18MPa之间,应变速率ε值在1.960×10^-13~7.330×10^-12s^-1之间,且背形核部差异应力和应变速率较两翼大,呈近似对称性分布。通过对比以上构造参数可以发现,区内差异应力和应变速率表现出一定的正相关性,自核部向两翼二者均呈减小趋势;动态重结晶石英颗粒则与应变速率呈负相关性,即核部颗粒细小、两翼增大。本文从几何学、运动学以及显微构造变形分析等方面对该区构造变形展开精细化研究,借此来分析肥东北部地区郯庐断裂带的构造形态和运动学特征,这对进一步认识郯庐断裂带的演化过程及构造模型的建立有着重要的意义。     

A general deformation matrix for three-dimensions

A deformation that is obtained by any simultaneous combination of two steady-state progressive deformations: simple shearing and a coaxial progressive deformation, involving or not a volume change, can be expressed by a single transformation, or deformation matrix. In the general situation of simple shearing in a direction non-orthogonal with the principal strains of the coaxial progressive deformation, this deformation matrix is a function of the strain components and the orientation of shearing. In this example, two coordinate systems are defined: one for the coaxial progressive deformation (x_i system), where the principal and intermediate strains are two horizontal coordinate axes, and another for the simple shear (x _i ^t’ system), with any orientation in space. For steady-state progressive deformations, from the direction cosines matrix that defines the orientation of shear strains in the x_i coordinate system, an asymmetric finite-deformation matrix is derived. From this deformation matrix, the orientation and ellipticity of the strain ellipse, or the strain ellipsoid for three-dimensional deformations, can be determined. This deformation matrix also can be described as a combination of a rigid-body rotation and a stretching represented by a general coaxial progressive deformation. The kinematic vorticity number (W _k is derived for the general deformation matrix to characterize the non-coaxiality of the three-dimensional deformation. An application of the deformation matrix concept is given as an example, analyzing the changes in orientation and stretching that variously-oriented passive linear markers undergo after a general two-dimensional deformation. The influence of the kinematic vorticity number, the simple and pure shear strains, and the obliquity between the two deformation components, on the linear marker distribution after deformation is discussed.     

中蒙边界早白垩世不对称花岗岩穹隆的伸展时限、剪切作用类型和区域构造意义

东北亚大陆于晚中生代时期发生了大规模地壳伸展,发育变质核杂岩和不对称花岗岩穹隆,其伸展剪切机制一直是构造研究的重要内容之一。中蒙边界东南段沿北东向展布了罕乌拉、纳兰和宝德尔等3个不对称花岗岩伸展穹隆,主体均为晚中生代花岗岩侵入体,岩体西北缘发育韧性剪切(糜棱岩)带,并被后期高角度正断层所围限,整体为穹隆状。根据罕乌拉穹隆韧性剪切带内强变形中粗粒钾长花岗岩(133±1 Ma)和弱变形细粒花岗岩(128±2 Ma)的构造关系及其锆石U-Pb年龄,推测该穹隆内岩体可能为同伸展岩体,韧性伸展时间在133 Ma之后并持续至128 Ma或更晚,与同区其他穹隆发育时限相同。笔者用R_f/ф方法测量了3个穹隆剪切带内糜棱岩中长石的有限应变轴率,利用Hsu图解获得其应变类型为平面压扁应变(k=0.5)。用长石极莫尔圆法、刚性颗粒网法和C轴石英组构法估算了韧性剪切的长期变形过程,得到糜棱岩的平均运动学涡度值为0.68～0.74,表明这些穹隆的韧性剪切作用主要是纯剪切和简单剪切分量几乎相等的一般剪切作用。石英斜向条带法测得的韧性变形后期的运动学涡度值为0.87～0.99,平均值为0.93...     

Three‐dimensional vorticity and time‐constrained evolution of the Main Central Thrust zone,Garhwal Himalaya (NW India)

Vorticity estimates based on porphyroclasts analysis are limited by the extrapolation to three dimensions of two‐dimensional data. We describe a 3D approach based on the use of X‐ray micro‐computed tomography that better reflects the real 3D geometry of the porphyroclasts population. This new approach for kinematic vorticity analysis in the Munsiari Thrust mylonites, the lower boundary of the Main Central Thrust zone (MCTz) in Indian Himalaya, indicates a large pure shear component during non‐coaxial shearing. ⁴⁰Ar/³⁹Ar ages of micas along the mylonitic foliation of the Munsiari and Vaikrita thrusts (the upper boundary of the MCTz) constrain thrust activity to 5–4 and 8–9 Ma, respectively. Available kinematic vorticity analyses of the Vaikrita mylonites suggest the dominance of a simple shear component. Combining these data, we suggest that the southward and structurally downward shift of deformation along the MCTz was accompanied by a progressive increase in the pure shear component in a general shear flow.