1.3.2 Shear Zones

Shear zones zijn de meest significante structurele kenmerken en vertegenwoordigen deformatie markers in orogene gordels. Zij zijn de plaatsen waar de voorkeur wordt gegeven aan de accommodatie van de vervorming en de relatieve beweging tussen de korstblokken in zowel de Fanerozoische als de Proterozoische orogenen. Het merendeel van de gepubliceerde literatuur over afschuivingszones gaat over de methoden en interpretaties die hoofdzakelijk zijn afgeleid van laagwaardige veldvoorbeelden. Anderzijds zijn hoogwaardige gesteenten van oudsher uitgebreid bestudeerd in termen van metamorfe petrologie en geochemie, maar minder vaak vanuit een structureel gezichtspunt. De belangrijkste reden hiervoor is de moeilijkheid bij de interpretatie van complexe weefselgeometrieën van hooggradige milieus. Veel onderzoekers hebben geprobeerd hun analyse te baseren op eenvoudige extrapolatie van studies in laagwaardige naar hoogwaardige gesteenten, maar dit kan leiden tot foutieve interpretaties.

Shear zones zijn, per eenvoudige definitie, veel sterker vervormd dan de omringende gesteenten. Een afschuifzone is een vlakke zone van geconcentreerde vervorming die op zichzelf, of in combinatie met andere zones, een opgelegde regionale of lokale deformatiesnelheid die de sterkte van het landgesteente te boven gaat, helpt opvangen of geheel opvangt. Indien de wijze van vervorming overwegend door samendrukking of uitzetting geschiedt, spreekt men van zuivere afschuiving (ook coaxiale vervorming), en indien de vervorming door tangentiële (wandparallelle) verplaatsingen geschiedt, spreekt men van enkelvoudige afschuiving (ook niet-coaxiale vervorming). Indien de vervorming van een afschuivingszone uit beide bestaat, dan is er sprake van algemene afschuiving. Transpressie- en transtensievervormingen zijn het resultaat van een dergelijke component van zuivere afschuiving samen met enkelvoudige afschuiving in een zone van vervorming. Traditioneel werd de term afschuifzone gebruikt om alleen ductiele afschuifzones aan te duiden om ze te onderscheiden van zuivere breuken. De term afschuifzone, zoals gebruikt door Ramsay (1980), omvat echter zowel zuivere breuken als vervormbare afschuifzones.

De afschuifzones bepalen de hoofdgrenzen van diep geërodeerde orogenische gordels, evenals zones van intensere vervorming daarbinnen. De verplaatsing langs de afschuivingszones kan van het type dip, oblique of strike-slip zijn. De aard van deze begrenzende afschuivingszones is nuttig om de kinematische evolutie van zeer complexe orogenische gordels te bepalen. Deze gegevens zouden het uitgangspunt worden bij het modelleren van de tektonische processen die de orogene gordels in het Panerozoïcum en het Proterozoïcum hebben gevormd. De aard, geometrie en andere kinematische analyses van afschuivingszones geven een onafhankelijk beeld van de onderlinge relatie tussen orogene segmenten. In combinatie met de beschikbare geochronologische gegevens zou dit ons begrip van de orogene processen in het Proterozoïcum aanzienlijk verbeteren. Het is waarschijnlijk dat grote horizontale verplaatsingen de evolutie van Proterozoïsche orogene gordels hebben gedomineerd. De verplaatsingen doen zich gewoonlijk voor langs belangrijke afschuivingszones die de vervorming op midden- en lagere niveaus van het aardkorstoppervlak verbinden met de vervorming in de voorlandstuwingsgordels (Daly, 1988). De mate van erosie in de meeste Proterozoïsche orogene gordels resulteert in een uitgebreide blootstelling van afgeschoven gneis en een algemene afwezigheid van voorlandstuwingsgordels.

Shear zones zijn in verschillende opzichten zeer belangrijk: (1) zij zijn de voornaamste doelwitten voor de exploratie van mineralen, aangezien mineralisatie gewoonlijk geassocieerd is met specifieke geometrische kenmerken zoals bochten en intersecties; (2) zij zijn de plaatsen van zeer grote vervorming en bieden enkele van de sterkste hulpmiddelen om de complexe vervormingskenmerken van de aardkorst te ontrafelen; (3) zij zijn ook de plaatsen voor stollingsintrusies zoals alkalische gesteenten, granietplutonen en anorthosieten; (4) zij zijn de enige doorlaatbare wegen voor de grote continentale korst en zij fungeren als effectieve vloeistofgeleiders tijdens actieve deformatie; (5) zij worden vaak de potentiële gevaarlijke plaatsen wegens verhoogde concentratie van radongas in de bodem, soms gerelateerd aan de uraniumconcentratie. Een mogelijke correlatie tussen de afschuifzone en het U-Th gehalte suggereert een progressieve toename van U-verrijking met deformatie, en de riemen van uitgebreide mylonitisatie, herhaalde reactivering, en chemische overdracht.

Volgens Ramsay (1980) kunnen afschuifzones in drie typen worden geclassificeerd: (1) brosse afschuifzones, waarin tangentiële (wand-parallelle) verplaatsing plaatsvindt langs brosse breuken en de wandgesteenten ongespannen blijven, (2) brosse-geleidbare afschuifzones, waarin tangentiële beweging langs de zone geassocieerd is met zowel ductiele vervorming als brosse breuk, en (3) ductiele afschuifzones, waarin de tangentiële beweging geassocieerd is met alleen ductiele vervorming. Brosse afschuifzones of breukzones zijn een speciale variëteit van afschuifzones, waar een duidelijke discontinuïteit bestaat tussen de zijkanten van de zone en de zijwanden bijna niet gespannen of hoogstens gebroken zijn. Dergelijke breukzones worden over het algemeen toegeschreven aan brosse breuk onder invloed van de beperkende elastische eigenschappen van het gesteente onder orogene spanning. Zij komen het meest voor in de bovenste en middenkorstlagen, in tegenstelling tot de hoogwaardige ductiele afschuifzones van de diepere lagen van de korst. Een smalle brosse afschuivingszone bestaande uit discrete strikeslipfouten kan breder worden in de diepere lagen van de aardkorst en de vorm aannemen van een brede taaie afschuivingszone in de onderste lagen van de aardkorst en de bovenste lagen van de aardmantel. De studie van de ontwikkeling van breukpatronen in brosse afschuivingszones helpt bij de juiste kinematische analyse van meervoudig vervormde afschuivingszones. Brosse afschuifzones worden vooral gekenmerkt door het voorkomen van cataclasieten en gutsen. Een cataclasiet mist een foliatie en bestaat uit hoekige clasts in een fijnkorrelige matrix die bestaat uit nieuw ontwikkelde mineralen, voornamelijk witte mica, chloriet, en/of calciet. Op cataclasieten wordt een soortgelijke classificatie toegepast als op mylonieten. Ook dit kan na een eerste cataclasering overgaan in myloniet. Gutsen zijn onsamenhangende breukgesteenten die het gevolg zijn van ondiepe niveaubewegingen in een zone met vaak een zwakke foliatie. Zij hebben de neiging beperkt te blijven tot smalle zones vaak binnen bredere mylonitische of cataclastische zones.

De brosse-geleidbare afschuivingszones gaan gewoonlijk gepaard met enige ductiele vervorming in de wanden, die permanente rek vertonen over een afstand tot 10 m aan weerszijden van het breukvlak. Het is mogelijk dat het ductiele deel van de vervormingsgeschiedenis op een ander tijdstip is ontstaan dan dat van de breukdiscontinuïteit. Een ander type brosse-geleidende afschuivingszone is de uitbreidingsbreuk. De deformatiezone vertoont een en-echelon-reeks van uitbreidingsopeningen, meestal gevuld met vezelig kristallijn materiaal. De openingen maken gewoonlijk een hoek van 45 graden of meer met de afschuifzone en soms in een sigmoïdale vorm.

De ductiele vervorming overheerst en komt voornamelijk voor in de vorm van ductiele afschuifzones in de onderste korst en de bovenste mantel, die de basis vormt van de lithosfeer met metamorfe condities van hogere graad. Kneedbare afschuivingszones worden algemeen beschreven in uitgestrekte gebieden van de hoogwaardige terranes die geassocieerd zijn met Proterozoïsche orogenen over de hele wereld. Deze zones zijn belangrijk bij tektonische reconstructies als bron van informatie over de relatieve beweging van grote korstblokken of platen in het geologische verleden. Hoogwaardige terrreinen, gevormd bij hoge druk (8-10 kbar) en temperatuur (700-1000°C) bestaan in de diepere orogenen van het aardkorstoppervlak. De vervormbare afschuivingszones die onder hoogwaardige omstandigheden zijn gevormd, blijven voortdurend of met tussenpozen actief gedurende verschillende perioden van tektonische activiteit. Dientengevolge kan een superpositie van jongere brosse-geleidende en brosse vervormingen ook worden geïdentificeerd in een vroegere zone van ductiel milieu. Zorgvuldige analyse is vereist om de polyfasische vervormingen en hun respectievelijke weefsels te onderscheiden om hun corresponderende deformatorische fasen af te leiden.

Ductiele afschuifzones worden typisch gekenmerkt door de ontwikkeling van mylonitische weefsels. In granietmateriaal bijvoorbeeld zijn de weefsels goed gedefinieerd in de vorm van dicht bij elkaar liggende foliaties door afwisselende lagen van geherkristalliseerde kwartskorrels, melkachtige linten van fijnkorrelige, geherkristalliseerde veldspaten en fijne platy biotieten. De foliatie-oppervlakken bevatten een zeer sterke lineatie (streklineatie) die wordt bepaald door de rek (en/of boudinage) van mineralen als hoornblende, mica’s, kwarts, veldspaat, enz. en minerale aggregaten. S-C mylonieten komen veel voor, wat wijst op een niet-coaxiale vervormingsgeschiedenis. De mate van vervorming is zeer variabel, wat leidt tot het voorkomen van mylonitische reeksen (proto- tot ultramyloniet). Retrogressie, korrelverkleining, ontwikkeling van nieuwe korrelgroei, met name biotiet, kyaniet, stauroliet, en muscoviet zijn typerend.