1.3.2 Shear Zones

Le zone di taglio sono le caratteristiche strutturali più significative e rappresentano i marcatori di deformazione nelle cinture orogeniche. Sono i luoghi di alloggio preferito della deformazione e del movimento relativo tra i blocchi crostali sia nel Fanerozoico che nel Proterozoico. La maggior parte della letteratura pubblicata sulle zone di taglio si occupa dei metodi e delle interpretazioni derivate principalmente da esempi di basso grado. D’altra parte, le rocce di alto grado sono state tradizionalmente studiate ampiamente in termini di petrologia metamorfica e geochimica, ma meno comunemente da un punto di vista strutturale. La ragione principale di ciò è la difficoltà nell’interpretazione delle complesse geometrie dei tessuti degli ambienti di grado superiore. Molti ricercatori hanno tentato la loro analisi per semplice estrapolazione di studi in rocce di basso grado a rocce di alto grado, ma questo può portare a interpretazioni errate.

Le zone di taglio sono, per semplice definizione, molto più fortemente deformate delle rocce circostanti. Una zona di taglio è una zona planare di deformazione concentrata che da sola, o in associazione con altre zone, aiuta ad accogliere, o accoglie completamente, un tasso di deformazione regionale o locale imposto oltre la resistenza della roccia circostante. Se il modo di deformazione è prevalentemente per compressione o estensione, si parla di taglio puro (anche deformazione coassiale), e se la deformazione avviene per spostamenti tangenziali (parete parallela), si parla di taglio semplice (anche deformazione non coassiale). Se la deformazione di una zona di taglio consiste in entrambi, allora è taglio generale. Le deformazioni di transpressione e di trazione sono il risultato di una tale componente di taglio puro insieme al taglio semplice in una zona di deformazione. Tradizionalmente, il termine zona di taglio è stato attribuito per denotare solo le zone di taglio duttile per distinguerle dalle faglie a taglio netto. Tuttavia, il termine zona di taglio, come usato da Ramsay (1980), comprende sia le faglie a taglio netto che le zone di taglio duttile.

Le zone di taglio definiscono i confini principali delle cinture orogeniche profondamente erose così come le zone di deformazione più intensa al loro interno. Lo spostamento lungo le zone di taglio può essere di tipo dip, obliquo o strike-slip. La natura di queste zone di taglio limitanti è utile per vincolare l’evoluzione cinematica di cinture orogeniche molto complesse. Questi dati diventerebbero il punto di partenza per modellare i processi tettonici che hanno modellato le cinture orogeniche panerozoiche e proterozoiche. La natura, la geometria e altre analisi cinematiche delle zone di taglio vincolano in modo indipendente l’interrelazione tra i segmenti orogenici. Questo migliorerebbe notevolmente la nostra comprensione dei processi orogenici del Proterozoico se combinato con i dati geocronologici disponibili. È probabile che grandi spostamenti orizzontali abbiano dominato l’evoluzione delle cinture orogeniche del Proterozoico. Gli spostamenti di solito si verificano lungo le principali zone di taglio che collegano la deformazione ai livelli medi e inferiori della crosta a quella nelle cinture di spinta dell’avampaese di alto livello (Daly, 1988). Il livello di erosione nella maggior parte delle cinture orogeniche del Proterozoico si traduce in un’estesa esposizione di gneiss tranciati e in una comune assenza di cinture di thrust di avanterramento.

Le zone di taglio sono molto significative in diversi modi: (1) sono i primi obiettivi per l’esplorazione mineraria in quanto la mineralizzazione è comunemente associata a specifiche caratteristiche geometriche come curve e intersezioni; (2) sono i siti di deformazione molto grande e offrono alcuni degli strumenti più forti per svelare le complesse caratteristiche di deformazione della crosta terrestre; (3) le zone di taglio sono anche i siti di intrusioni ignee come rocce alcaline, plutoni granitici e anortosi; (4) sono le uniche vie permeabili per la grande crosta continentale e agiscono come efficaci condotti di fluido durante la deformazione attiva; (5) spesso diventano i siti potenzialmente pericolosi a causa della maggiore concentrazione di gas radon nei suoli, a volte in relazione alla concentrazione di uranio. Una possibile correlazione tra la zona di taglio e il contenuto di U-Th suggerisce un aumento progressivo dell’arricchimento di U con la deformazione, e le cinture di estesa mionitizzazione, riattivazione ripetuta, e trasferimento chimico.

Secondo Ramsay (1980), le zone di taglio possono essere classificate in tre tipi: (1) zone di taglio fragile, in cui lo spostamento tangenziale (parete-parallelo) ha luogo lungo fratture fragili e le rocce della parete rimangono non tese, (2) zone di taglio fragile-duttile in cui il movimento tangenziale lungo la zona è associato sia alla deformazione duttile che alla frattura fragile, e (3) zone di taglio duttile, dove il movimento tangenziale è associato solo alla deformazione duttile. Le zone di taglio fragile o zone di faglia sono una varietà speciale di zone di taglio, dove esiste una chiara discontinuità tra i lati della zona e le pareti laterali sono quasi senza tensione o al massimo brecciate. Tali zone di faglia sono generalmente attribuite alla rottura fragile controllata dalle proprietà elastiche limitanti della roccia sotto stress orogenico. Sono predominanti nei livelli crostali superiori e medi a differenza delle zone di taglio duttile di alto grado dei livelli crostali profondi. Una stretta zona di taglio fragile fatta di faglie discrete strike-slip può diventare più ampia nei livelli crostali più profondi e assumere la forma di un’ampia zona di taglio duttile nella crosta inferiore e nelle profondità del mantello superiore. Lo studio dello sviluppo del modello di faglia nelle zone a taglio fragile aiuta nell’analisi cinematica corretta delle zone a taglio multiplo deformate. Le zone a taglio fragile sono caratterizzate principalmente dalla presenza di cataclasiti e scanalature. Una cataclasite manca di foliazione e comprende clasti angolari in una matrice a grana fine che consiste di minerali di recente sviluppo, principalmente mica bianca, clorite e/o calcite. Una classificazione simile a quella usata per le myloniti è applicata alle cataclasiti. Questa può anche trasformarsi in mylonite dopo la cataclasi iniziale. Gli sgorbi sono rocce di faglia incoerenti che risultano da movimenti di livello poco profondi in una zona spesso con una debole foliazione. Essi tendono ad essere limitati a zone strette spesso all’interno di zone più ampie di tipo milonitico o cataclastico.

Le zone di taglio fragile-duttile sono solitamente associate ad alcune deformazioni duttili nelle pareti, che mostrano una deformazione permanente per una distanza fino a 10 m su entrambi i lati del piano di faglia. C’è la possibilità che la parte duttile della storia di deformazione si sia formata in un momento diverso da quello della discontinuità della faglia. Un altro tipo di zona di taglio fragile-duttile è il cedimento per estensione. La zona di deformazione mostra una serie di aperture di estensione, generalmente riempite di materiale cristallino fibroso. Le aperture di solito formano un angolo di 45 gradi o più con la zona di taglio e a volte in forma sigmoidale.

La deformazione duttile domina e accoglie principalmente sotto forma di zone di taglio duttile nella crosta inferiore e nel mantello superiore, che forma la base della litosfera con condizioni metamorfiche di grado superiore. Le zone di taglio duttile sono comunemente descritte in vaste aree dei terranei di alto grado associati agli orogeni del Proterozoico in tutto il mondo. Queste zone sono importanti nelle ricostruzioni tettoniche come fonte di informazioni sul movimento relativo di grandi blocchi o placche crostali nel passato geologico. Terranes di alto grado, formati a condizioni di alta pressione (8-10 kbar) e temperatura (700-1000°C) esistenti negli orogeni crostali più profondi. Le zone di taglio duttile formate in condizioni di alto grado rimangono attive in modo continuo o intermittente durante diversi episodi di attività tettonica. Di conseguenza, una sovrapposizione di deformazioni fragili-duttili e fragili più giovani può essere identificata anche in una zona precedente di ambiente duttile. Un’analisi attenta è necessaria per distinguere le deformazioni polifasiche e i loro rispettivi tessuti per dedurre le loro corrispondenti fasi deformazionali.

Le zone di taglio duttile sono tipicamente caratterizzate dallo sviluppo di tessuti milonitici. Per esempio, nel materiale granitico, i tessuti sono ben definiti sotto forma di foliazione strettamente distanziata da strati alternati di grani di quarzo ricristallizzati, nastri lattiginosi di feldspati a grana fine ricristallizzati e biotiti fini placcate. Le superfici di foliazione contengono una lineazione molto forte (stretching lineation) definita dall’allungamento (e/o boudinage) di minerali come orneblenda, miche, quarzo, feldspati, ecc. Le miloniti S-C sono molto comuni, indicando una storia di deformazione non coassiale. La quantità di deformazione è molto variabile e ciò porta alla comparsa di una serie di miloniti (da Proto- a ultramylonite). Retrogressione, riduzione della dimensione dei grani, sviluppo di nuova crescita dei grani, in particolare biotite, cianite, staurolite e muscovite sono tipici.