1.3.2 Shear Zones

Shear Zones ovat merkittävimpiä rakenteellisia piirteitä, ja ne ovat muodonmuutosmerkkejä orogeenisissa vyöhykkeissä. Ne ovat paikkoja, joissa deformaatio ja maankuoren lohkareiden välinen suhteellinen liike akkommodoituu edullisesti sekä fanerotsooisissa että proterotsooisissa orogeeneissa. Suurin osa leikkausvyöhykkeitä koskevasta julkaistusta kirjallisuudesta käsittelee menetelmiä ja tulkintoja, jotka on johdettu pääasiassa vähäisistä kenttäesimerkeistä. Toisaalta korkealuokkaisia kiviä on perinteisesti tutkittu laajasti metamorfisen petrologian ja geokemian kannalta, mutta harvemmin rakenteellisesta näkökulmasta. Tärkein syy tähän on vaikeus tulkita korkeampilaatuisten ympäristöjen monimutkaisia kangasgeometrioita. Monet tutkijat ovat yrittäneet analysoida analyysiään yksinkertaisesti ekstrapoloimalla matala-asteisissa kivilajeissa tehtyjä tutkimuksia korkea-asteisiin kivilajeihin, mutta tämä saattaa johtaa virheellisiin tulkintoihin.

Shear-vyöhykkeet ovat yksinkertaisen määritelmän mukaan paljon voimakkaammin deformoituneita kuin ympäröivät kivilajit. Leikkausvyöhyke on tasomainen keskittyneen muodonmuutoksen vyöhyke, joka itsessään tai yhdessä muiden vyöhykkeiden kanssa auttaa sopeutumaan tai sopeutuu kokonaan alueelliseen tai paikalliseen muodonmuutosnopeuteen, joka ylittää maan kallion lujuuden. Jos muodonmuutos tapahtuu pääasiassa puristamalla tai venyttämällä, sitä kutsutaan puhtaaksi leikkaukseksi (myös koaksiaaliseksi muodonmuutokseksi), ja jos muodonmuutos tapahtuu tangentiaalisilla (seinämän suuntaisilla) siirtymillä, sitä kutsutaan yksinkertaiseksi leikkaukseksi (myös ei-koaksiaaliseksi muodonmuutokseksi). Jos leikkausvyöhykkeen muodonmuutos koostuu molemmista, kyseessä on yleinen leikkaus. Transpressio- ja transtension-muodonmuutokset ovat seurausta tällaisesta pelkän leikkauksen komponentista yhdessä yksinkertaisen leikkauksen kanssa muodonmuutosvyöhykkeessä. Perinteisesti termiä leikkausvyöhyke käytettiin vain duktiivisten leikkausvyöhykkeiden kuvaamiseen, jotta ne voitaisiin erottaa puhtaista vyöhykkeistä. Ramsayn (1980) käyttämä termi leikkausvyöhyke käsittää kuitenkin sekä puhtaasti leikattuja vikoja että duktiileja leikkausvyöhykkeitä.

Leikkausvyöhykkeet määrittelevät syvälle erodoituneiden orogeenisten vyöhykkeiden päärajat sekä niiden sisällä olevat voimakkaamman deformaation vyöhykkeet. Siirtymä leikkausvyöhykkeiden varrella voi olla kallistus-, viisto- tai iskuluisutyyppistä. Näiden rajaavien leikkausvyöhykkeiden luonne on hyödyllinen, kun halutaan rajoittaa hyvin monimutkaisten orogeenisten vyöhykkeiden kinemaattista kehitystä. Näistä tiedoista tulisi lähtökohta niiden tektonisten prosessien mallintamiselle, jotka ovat muokanneet panerotsooisia ja proterotsooisia orogeenisia vyöhykkeitä. Leikkausvyöhykkeiden luonne, geometria ja muu kinemaattinen analyysi rajoittavat itsenäisesti orogeenisten segmenttien välisiä suhteita. Tämä parantaisi huomattavasti ymmärrystämme proterotsooisista orogeenisista prosesseista, kun se yhdistetään käytettävissä oleviin geokronologisiin tietoihin. On todennäköistä, että suuret horisontaaliset siirtymät hallitsivat proterotsooisten orogeenisten vyöhykkeiden kehitystä. Siirtymät tapahtuvat yleensä suurten leikkausvyöhykkeiden varrella, jotka yhdistävät keski- ja alemman maankuoren tasoilla tapahtuvan muodonmuutoksen korkealla sijaitsevien eteläisten työntövoimavyöhykkeiden muodonmuutoksiin (Daly, 1988). Useimpien proterotsooisten orogeenisten vyöhykkeiden eroosiotaso johtaa siihen, että leikkautuneet gneissit paljastuvat laajalti ja eteläiset työntövoimavyöhykkeet puuttuvat yleensä.

Shear-vyöhykkeet ovat hyvin merkittäviä monella tavalla: (1) ne ovat mineraalien etsinnän ensisijaisia kohteita, koska mineralisaatio liittyy yleisesti tiettyihin geometrisiin piirteisiin, kuten mutkiin ja leikkauspisteisiin; (2) ne ovat erittäin suurten rasitusten paikkoja ja tarjoavat joitakin vahvimpia välineitä maankuoren monimutkaisten deformaatio-ominaisuuksien selvittämiseksi; (3) leikkausvyöhykkeet ovat myös paikkoja, joissa syntyy magmaattisia intruusioita, kuten emäksisiä kiviä, graniittiplutoneja ja anortosiitteja; (4) ne ovat ainoat läpäisevät kulkuväylät laajalle mannermaiselle maankuorelle, ja ne toimivat tehokkaina nestekanavina aktiivisen muodonmuutoksen aikana; (5) niistä tulee usein potentiaalisia vaarallisia paikkoja, koska maaperässä on kohonnut radonkaasun pitoisuus, joka on toisinaan kytköksissä uraanipitoisuuteen. Mahdollinen korrelaatio leikkausvyöhykkeen ja U-Th-pitoisuuden välillä viittaa U:n rikastumisen asteittaiseen lisääntymiseen deformaation myötä sekä laajan myloniittiutumisen, toistuvan reaktivoitumisen ja kemiallisen siirtymisen vyöhykkeisiin.

Ramsayn (1980) mukaan leikkausvyöhykkeet voidaan luokitella kolmeen tyyppiin: (1) hauraat leikkausvyöhykkeet, joissa tangentiaalinen (seinämän suuntainen) siirtymä tapahtuu hauraita murtumia pitkin ja seinämän kivet pysyvät jännittämättöminä, (2) hauraat-ductiilit leikkausvyöhykkeet, joissa tangentiaalinen liike vyöhykettä pitkin liittyy sekä duktiiviseen muodonmuutokseen että hauraaseen murtumaan, ja (3) duktiilit leikkausvyöhykkeet, joissa tangentiaalinen liike liittyy pelkästään duktiiviseen muodonmuutokseen. Hauraat leikkausvyöhykkeet tai rikkonaisuusvyöhykkeet ovat leikkausvyöhykkeiden erityinen laji, jossa vyöhykkeen sivujen välillä on selvä epäjatkuvuus ja sivuseinät ovat lähes jännittämättömiä tai korkeintaan breksioituneita. Tällaisten rikkonaisuusvyöhykkeiden katsotaan yleensä johtuvan hauraasta murtumasta, jota hallitsevat kiven rajoittavat kimmoisat ominaisuudet orogeenisen jännityksen alaisena. Ne ovat vallitsevia ylemmillä ja keskimmäisillä kuorikerroksilla, toisin kuin syvien kuorikerrosten korkeatasoiset sitkeät leikkausvyöhykkeet. Kapea hauras leikkausvyöhyke, joka muodostuu erillisistä isku- ja liukuvirheistä, voi leventyä syvemmällä maankuoren tasoilla ja muuttua leveäksi duktiiliseksi leikkausvyöhykkeeksi maankuoren alaosassa ja vaipan yläosassa. Hauraiden leikkausvyöhykkeiden vikakuvioiden kehittymisen tutkiminen auttaa moninkertaisesti deformoituneiden leikkausvyöhykkeiden oikeassa kinemaattisessa analyysissä. Hauraille leikkausvyöhykkeille on ominaista lähinnä kataklasiittien ja urien esiintyminen. Kataklasiitissa ei ole folioitumista, ja se koostuu kulmikkaista klasteista hienorakeisessa matriisissa, joka koostuu uusista mineraaleista, pääasiassa valkoisesta kiilteestä, kloriitista ja/tai kalsiitista. Kataklasiitteihin sovelletaan samanlaista luokittelua kuin myloniitteihin. Tämä voi myös luokittua myloniitiksi alkuperäisen kataklaasin jälkeen. Gougit ovat epäyhtenäisiä rikkonaisuuskiviä, jotka ovat seurausta matalista tasoliikkeistä vyöhykkeessä, jossa on usein heikko folioituminen. Ne rajoittuvat yleensä kapeisiin vyöhykkeisiin usein laajempien myloniitti- tai kataklastisten vyöhykkeiden sisällä.

Hauraus- ja duktiileihin leikkausvyöhykkeisiin liittyy yleensä jonkin verran duktiivista muodonmuutosta seinämissä, joissa esiintyy pysyvää rasitusta jopa 10 m:n matkan matkalla molemmin puolin särötasoa. On mahdollista, että muodonmuutoshistorian duktiivinen osa on muodostunut eri aikaan kuin murtuman epäjatkuvuus. Toinen hauraan ja duktiilin leikkausvyöhykkeen tyyppi on laajentumismurtuma. Muodonmuutosvyöhykkeessä on en-echelon-muotoinen joukko laajenemisaukkoja, jotka on yleensä täytetty kuitumaisella kiteisellä materiaalilla. Aukot muodostavat yleensä 45 asteen tai sitä suuremman kulman leikkausvyöhykkeeseen nähden ja joskus sigmoidisen muodon.

Duktiivinen muodonmuutos hallitsee ja mahtuu pääasiassa duktiivisten leikkausvyöhykkeiden muodossa alempaan kuoreen ja ylempään vaippaan, joka muodostaa litosfäärin perustan, jossa on korkeamman asteen metamorfiset olosuhteet. Duktiileja leikkausvyöhykkeitä kuvataan yleisesti laajoilta alueilta proterotsooisiin orogeeneihin liittyvissä korkea-asteisissa terraaneissa eri puolilla maapalloa. Nämä vyöhykkeet ovat tärkeitä tektonisten rekonstruktioiden kannalta, sillä niistä saadaan tietoa suurten kuorilohkojen tai -laattojen suhteellisesta liikkeestä geologisessa menneisyydessä. Korkealuokkaiset terraanit, jotka ovat muodostuneet korkeassa paineessa (8-10 kbar) ja korkeissa lämpötilaolosuhteissa (700-1000 °C), jotka vallitsevat syvemmän maankuoren orogeeneissa. Korkealuokkaisissa olosuhteissa muodostuneet sitkeät leikkausvyöhykkeet pysyvät aktiivisina jatkuvasti tai ajoittain useiden tektonisen toiminnan jaksojen aikana. Tämän seurauksena nuorempien hauraiden-ductiilisten ja hauraiden muodonmuutosten päällekkäisyyttä voidaan havaita myös aikaisemmassa duktiiliympäristön vyöhykkeessä. Monifaasisten deformaatioiden ja niiden kankaiden erottaminen toisistaan edellyttää huolellista analyysia, jotta voidaan päätellä niiden vastaavat deformaatiovaiheet.

Duktiileille leikkausvyöhykkeille on tyypillistä myloniittisten kankaiden kehittyminen. Esimerkiksi graniittisessa materiaalissa kankaat ovat hyvin määriteltyjä tiiviisti toisistaan erottuvien folioiden muodossa, joissa vuorottelevat uudelleenkiteytyneiden kvartsirakeiden, hienorakeisten, uudelleenkiteytyneiden maasälpäliuskeiden ja hienojakoisten levymäisten biotiittien maitonauhojen kerrokset. Foliaatiopinnoilla on hyvin voimakasta lineaatiota (venytyslineaatiota), joka muodostuu sarvivälkkeen, kiillegneissin, kvartsin, maasälvän jne. kaltaisten mineraalien sekä mineraaliaggregaattien venymisestä (ja/tai boudinoitumisesta). S-C-myloniitit ovat hyvin yleisiä, mikä viittaa ei-koaksiaaliseen deformaatiohistoriaan. Jännityksen määrä vaihtelee suuresti, mikä johtaa myloniittisarjojen esiintymiseen (proto-ultramyloniitista ultramyloniittiin). Retrogressio, raekoon pieneneminen ja uusien raekokojen, erityisesti biotiitin, kyaniitin, stauroliitin ja muskoviitin, kehittyminen ovat tyypillisiä.