1.3.2 Shear Zones

Shear zones are the most significant structural features and represent deformation markers in orogenic belts. Są one miejscami preferowanej akomodacji deformacji i względnego ruchu pomiędzy blokami skorupy ziemskiej zarówno w orogenach fanerozoicznych jak i proterozoicznych. Większość opublikowanej literatury na temat stref ścinania dotyczy metod i interpretacji pochodzących głównie z przykładów terenowych o niskiej jakości. Z drugiej strony, skały wysokopienne są tradycyjnie szeroko badane pod względem petrologii metamorficznej i geochemii, ale rzadziej z punktu widzenia strukturalnego. Głównym tego powodem jest trudność w interpretacji złożonej geometrii tkanki środowisk o wyższych klasach. Wielu badaczy próbowało swoich analiz poprzez prostą ekstrapolację badań w skałach niskostopniowych na wysokostopniowe, ale może to prowadzić do błędnych interpretacji.

Shear zones are, by simple definition, much more strongly deformed than the surrounding rocks. Strefa ścinania to planarna strefa skoncentrowanej deformacji, która sama, lub w połączeniu z innymi strefami, pomaga przyjąć lub całkowicie przyjmuje narzuconą regionalną lub lokalną prędkość odkształcania, przekraczającą wytrzymałość skały macierzystej. Jeśli sposób deformacji jest głównie przez ściskanie lub rozciąganie, jest to określane jako czyste ścinanie (również deformacja współosiowa), a jeśli deformacja występuje przez styczne (równoległe do ścian) przemieszczenia, jest to nazywane prostym ścinaniem (również deformacja nie współosiowa). Jeśli deformacja strefy ścinania składa się z obu tych elementów, to jest to ścinanie ogólne. Deformacje transpresyjne i transtensyjne są wynikiem takiej składowej czystego ścinania wraz z prostym ścinaniem w strefie deformacji. Tradycyjnie, termin strefa ścinania był przypisany do oznaczenia tylko stref ścinania plastycznego, aby odróżnić je od czystych uskoków. Jednakże termin shear zone, używany przez Ramsay’a (1980), obejmuje zarówno uskoki czyste, jak i strefy ścinania plastycznego.

Strefy ścinania określają główne granice głęboko zerodowanych pasów orogenicznych, jak również strefy bardziej intensywnej deformacji w ich obrębie. Przemieszczenie wzdłuż stref ścinania może być zanurzeniowe, skośne lub typu strike-slip. Charakter tych ograniczających stref ścinania jest przydatny w określeniu ewolucji kinematycznej bardzo złożonych pasów orogenicznych. Dane te stałyby się punktem wyjścia do modelowania procesów tektonicznych, które ukształtowały pasy orogeniczne zarówno w Panerozoiku, jak i Proterozoiku. Natura, geometria i inne analizy kinematyczne stref ścinania niezależnie ograniczają wzajemne powiązania między segmentami orogenicznymi. W połączeniu z dostępnymi danymi geochronologicznymi znacznie poprawiłoby to nasze zrozumienie proterozoicznych procesów orogenicznych. Jest prawdopodobne, że duże przemieszczenia poziome zdominowały ewolucję orogenicznych pasów proterozoicznych. Przemieszczenia te występują zwykle wzdłuż głównych stref ścinania, które łączą deformację na środkowych i niższych poziomach skorupy ziemskiej z deformacją w wysokopoziomowych przednich pasach oporowych (Daly, 1988). Poziom erozji w większości proterozoicznych pasów orogenicznych skutkuje rozległym odsłonięciem ściętych gnejsów i powszechnym brakiem przednich pasów ciągu.

Shear zones are very significant in several ways: (1) są one pierwszorzędnym celem poszukiwań minerałów, ponieważ mineralizacja jest powszechnie związana z określonymi cechami geometrycznymi, takimi jak zakręty i przecięcia; (2) są one miejscami bardzo dużych naprężeń i oferują jedne z najsilniejszych narzędzi do rozwikłania złożonych cech deformacyjnych skorupy ziemskiej; (3) strefy ścinania są również miejscem intruzji iglastych, takich jak skały alkaliczne, plutony granitowe i anortozyty; (4) są jedynymi przepuszczalnymi drogami dla dużej skorupy kontynentalnej i działają jako efektywne przewody płynów podczas aktywnej deformacji; (5) często stają się potencjalnie niebezpiecznymi miejscami ze względu na zwiększoną koncentrację gazu radonowego w glebie, czasami związaną z koncentracją uranu. Możliwa korelacja pomiędzy strefą ścinania a zawartością U-Th sugeruje stopniowy wzrost wzbogacenia w U wraz z deformacją oraz pasy rozległej mylonityzacji, wielokrotnej reaktywacji i transferu chemicznego.

Według Ramsaya (1980) strefy ścinania można podzielić na trzy typy: (1) strefy ścinania kruchego, w których przemieszczenie styczne (równoległe do ściany) ma miejsce wzdłuż kruchych pęknięć, a skały ścienne pozostają nieodkształcone, (2) strefy ścinania kruchego-duktylnego, w których ruch styczny wzdłuż strefy związany jest zarówno z deformacją plastyczną, jak i pękaniem kruchym, oraz (3) strefy ścinania duktylnego, w których ruch styczny związany jest wyłącznie z deformacją plastyczną. Strefy kruchego ścinania lub strefy uskoków są szczególną odmianą stref ścinania, w których istnieje wyraźna nieciągłość pomiędzy stronami strefy, a ściany boczne są prawie nienaprężone lub co najwyżej brekcjowane. Takie strefy uskokowe są generalnie przypisywane kruchym uszkodzeniom kontrolowanym przez ograniczające właściwości sprężyste skały pod wpływem naprężeń orogenicznych. Są one dominujące w górnych i środkowych poziomach skorupy ziemskiej, w przeciwieństwie do wysokowartościowych ciągliwych stref ścinania w głębokich poziomach skorupy ziemskiej. Wąska krucha strefa ścinania zbudowana z dyskretnych uskoków stromych może się poszerzać w głębszych poziomach skorupy i przyjmować postać szerokiej strefy ścinania ciągliwego w dolnej skorupie i w górnych warstwach płaszcza. Badanie rozwoju struktury uskoków w strefach ścinania kruchego pomaga w prawidłowej analizie kinematycznej stref ścinania wieloodkrywkowego. Strefy kruchego ścinania charakteryzują się głównie występowaniem kataklaz i wyżłobień. Kataklazyt pozbawiony jest listowia i składa się z kanciastych klastów w drobnoziarnistej matrycy, która składa się z nowo powstałych minerałów, głównie białej miki, chlorytu i/lub kalcytu. Do kataklazów stosuje się podobną klasyfikację jak do mylonitów. Może on również przechodzić w mylonit po wstępnej kataklazie. Żłobienia są niespójnymi skałami uskokowymi, które powstają w wyniku płytkich ruchów poziomych w strefie często o słabym foliacji. They tend to be limited to narrow zones often within wider mylonitic or cataclastic zones.

The brittle-ductile shear zones are usually associated with some ductile deformation in the walls, which show permanent strain for a distance of up to 10 m on either side of the fault plane. Istnieje możliwość, że plastyczna część historii deformacji powstała w innym czasie niż nieciągłość uskoku. Innym typem strefy ścinania kruchego-duktylnego jest zniszczenie rozciągające. Strefa deformacji wykazuje en-echelonowy układ otworów rozszerzeniowych, zwykle wypełnionych włóknistym materiałem krystalicznym. Otwory te zwykle tworzą kąt 45 stopni lub więcej ze strefą ścinania, a czasami w formie sigmoidalnej.

Duktylna deformacja dominuje i występuje głównie w formie duktylnych stref ścinania w dolnej skorupie i górnym płaszczu, który tworzy podstawę litosfery z warunkami metamorficznymi wyższego stopnia. Strefy duktylnego ścinania są powszechnie opisywane na rozległych obszarach terranów wysokiej klasy związanych z orogenami proterozoicznymi na całej kuli ziemskiej. Strefy te są ważne w rekonstrukcjach tektonicznych jako źródło informacji dotyczących względnego ruchu dużych bloków skorupy ziemskiej lub płyt w przeszłości geologicznej. Terrany wysokiej klasy, powstałe w warunkach wysokiego ciśnienia (8-10 kbar) i temperatury (700-1000°C), występujące w głębszych orogenach skorupy ziemskiej. Strefy plastycznego ścinania powstałe w warunkach wysokiej klasy pozostają aktywne w sposób ciągły lub przerywany podczas kilku epizodów aktywności tektonicznej. W wyniku tego można zidentyfikować nakładanie się młodszych deformacji krucho-duktylnych i kruchych na wcześniejszą strefę środowiska ciągliwego. Wymagana jest dokładna analiza w celu rozróżnienia deformacji polifazowych i ich odpowiednich tkanin, aby wnioskować o odpowiadających im fazach deformacji.

Duktylne strefy ścinania charakteryzują się zwykle rozwojem tkanin mylonitycznych. Na przykład, w materiale granitowym, tkaniny są dobrze zdefiniowane w postaci ściśle rozmieszczonych foliacji przez naprzemienne warstwy zrekrystalizowanych ziaren kwarcu, mlecznych wstęg drobnoziarnistych, zrekrystalizowanych skaleni i drobnych platytów biotytów. Powierzchnie foliacji zawierają bardzo silną lineację (stretching lineation) zdefiniowaną przez wydłużenie (i/lub boudinage) minerałów takich jak hornblenda, miki, kwarc, skalenie, etc., jak również agregaty mineralne. S-C mylonity są bardzo powszechne, co wskazuje na nieosiową historię deformacji. Wielkość odkształcenia jest bardzo zmienna, co skutkuje występowaniem serii mylonitowych (od protopylonitu do ultramylonitu). Typowa jest retrogresja, redukcja wielkości ziaren, rozwój nowego ziarnistego wzrostu, szczególnie biotytu, kianitu, staurolitu i muskowitu.