1.3.2 Scherzonen

Scherzonen sind die bedeutendsten Strukturmerkmale und stellen Deformationsmarker in orogenen Gürteln dar. Sie sind die Orte der bevorzugten Akkommodation der Deformation und der relativen Bewegung zwischen den Krustenblöcken sowohl in phanerozoischen als auch proterozoischen Orogenen. Ein Großteil der veröffentlichten Literatur über Scherzonen befasst sich mit den Methoden und Interpretationen, die hauptsächlich von niedriggradigen Feldbeispielen abgeleitet wurden. Andererseits wurden hochgradige Gesteine traditionell ausgiebig im Hinblick auf die metamorphe Petrologie und Geochemie untersucht, jedoch weniger häufig unter strukturellen Gesichtspunkten. Der Hauptgrund dafür ist die Schwierigkeit der Interpretation komplexer Gefügegegeometrien in höhergradigen Umgebungen. Viele Forscher haben versucht, ihre Analysen durch einfache Extrapolation von Studien in niedriggradigen auf hochgradige Gesteine zu übertragen, was jedoch zu Fehlinterpretationen führen kann.

Scherungszonen sind per einfacher Definition viel stärker deformiert als die umgebenden Gesteine. Eine Scherzone ist eine ebene Zone konzentrierter Verformung, die allein oder in Verbindung mit anderen Zonen dazu beiträgt, eine auferlegte regionale oder lokale Verformungsrate, die die Festigkeit des Nebengesteins übersteigt, aufzunehmen oder ganz aufzunehmen. Erfolgt die Verformung vorwiegend durch Kompression oder Dehnung, spricht man von reiner Scherung (auch koaxiale Verformung), erfolgt die Verformung durch tangentiale (wandparallele) Verschiebungen, spricht man von einfacher Scherung (auch nichtkoaxiale Verformung). Besteht die Verformung einer Scherzone aus beidem, so handelt es sich um allgemeine Scherung. Transpressions- und Transtensionsverformungen sind das Ergebnis einer solchen Komponente der reinen Scherung zusammen mit der einfachen Scherung in einer Verformungszone. Traditionell wurde der Begriff Scherungszone nur für duktile Scherungszonen verwendet, um sie von sauber geschnittenen Verwerfungen zu unterscheiden. Der von Ramsay (1980) verwendete Begriff Scherzone umfasst jedoch sowohl sauber geschnittene Verwerfungen als auch duktile Scherzonen.

Die Scherzonen definieren die Hauptgrenzen von tief erodierten orogenen Gürteln sowie Zonen intensiverer Deformation innerhalb dieser Gürtel. Die Verschiebung entlang der Scherungszonen kann einfallend, schräg oder streichend sein. Die Beschaffenheit dieser begrenzenden Scherungszonen ist nützlich, um die kinematische Entwicklung sehr komplexer orogener Gürtel einzugrenzen. Diese Daten würden den Ausgangspunkt für die Modellierung der tektonischen Prozesse bilden, die die orogenen Gürtel des Panerozoikums und des Proterozoikums geformt haben. Die Beschaffenheit, die Geometrie und andere kinematische Analysen der Scherzonen würden die Beziehungen zwischen den orogenen Segmenten unabhängig voneinander bestimmen. In Verbindung mit den verfügbaren geochronologischen Daten würde dies unser Verständnis der orogenen Prozesse im Proterozoikum erheblich verbessern. Es ist wahrscheinlich, dass große horizontale Verschiebungen die Entwicklung der proterozoischen orogenen Gürtel dominierten. Die Verschiebungen treten in der Regel entlang großer Scherzonen auf, die die Deformation auf mittlerer und unterer Krustenebene mit der Deformation in hoch gelegenen Vorlandschubgürteln verbinden (Daly, 1988). Das Ausmaß der Erosion in den meisten proterozoischen orogenen Gürteln führt zu einer weitgehenden Freilegung von Scher-Gneisen und zu einem häufigen Fehlen von Vorlandschubgürteln.

Scherungszonen sind in mehrfacher Hinsicht von großer Bedeutung: (1) Sie sind die Hauptziele für die Mineralexploration, da die Mineralisierung in der Regel mit spezifischen geometrischen Merkmalen wie Biegungen und Überschneidungen verbunden ist; (2) sie sind die Orte sehr großer Dehnungen und bieten einige der stärksten Werkzeuge, um die komplexen Deformationsmerkmale der Erdkruste zu entschlüsseln; (3) Scherzonen sind auch die Orte für magmatische Intrusionen wie alkalische Gesteine, Granitplutone und Anorthosite; (4) sie sind die einzigen durchlässigen Wege für die große kontinentale Kruste und fungieren als wirksame Flüssigkeitsleitungen während der aktiven Deformation; (5) sie werden oft zu potenziellen Gefahrenstellen wegen der erhöhten Konzentration von Radongas in den Böden, manchmal in Verbindung mit der Urankonzentration. Eine mögliche Korrelation zwischen der Scherzone und dem U-Th-Gehalt deutet auf einen progressiven Anstieg der U-Anreicherung mit der Verformung und den Gürteln der extensiven Mylonitisierung, der wiederholten Reaktivierung und des chemischen Transfers hin.

Nach Ramsay (1980) können Scherzonen in drei Typen unterteilt werden: (1) spröde Scherzonen, in denen tangentiale (wandparallele) Verschiebung entlang von Sprödbrüchen stattfindet und das Wandgestein unbelastet bleibt, (2) spröd-duktile Scherzonen, in denen die tangentiale Bewegung entlang der Zone sowohl mit duktiler Verformung als auch mit Sprödbruch verbunden ist, und (3) duktile Scherzonen, in denen die tangentiale Bewegung allein mit duktiler Verformung verbunden ist. Spröde Scherzonen oder Störungszonen sind eine besondere Art von Scherzonen, bei denen eine deutliche Diskontinuität zwischen den Seiten der Zone besteht und die Seitenwände fast nicht beansprucht werden oder höchstens brekziös sind. Solche Störungszonen werden im Allgemeinen auf ein sprödes Versagen zurückgeführt, das durch die begrenzenden elastischen Eigenschaften des Gesteins unter orogener Spannung gesteuert wird. Sie sind in den oberen und mittleren Krustenschichten vorherrschend, im Gegensatz zu den hochgradig duktilen Scherungszonen der tiefen Krustenschichten. Eine schmale spröde Scherzone, die aus diskreten Streichschieberverwerfungen besteht, kann sich in den tieferen Krustenschichten verbreitern und in den Tiefen der unteren Kruste und des oberen Mantels die Form einer breiten duktilen Scherzone annehmen. Die Untersuchung der Entwicklung von Verwerfungsmustern in spröden Scherzonen hilft bei der korrekten kinematischen Analyse von mehrfach deformierten Scherzonen. Spröde Scherzonen sind hauptsächlich durch das Vorkommen von Kataklasiten und Furchen gekennzeichnet. Ein Kataklasit weist keine Schieferung auf und besteht aus kantigen Gesteinsbrocken in einer feinkörnigen Matrix, die aus neu entstandenen Mineralien, hauptsächlich Weißglimmer, Chlorit und/oder Calcit, besteht. Für Kataklasite gilt eine ähnliche Klassifizierung wie für Mylonite. Diese können nach der anfänglichen Kataklase ebenfalls in Mylonit übergehen. Gouges sind inkohäsive Verwerfungsgesteine, die durch flache Niveauverschiebungen in einer Zone mit oft schwacher Schieferung entstehen. Sie beschränken sich in der Regel auf schmale Zonen, die oft innerhalb breiterer mylonitischer oder kataklastischer Zonen liegen.

Die spröd-duktilen Scherzonen sind in der Regel mit einer gewissen duktilen Verformung in den Wänden verbunden, die auf beiden Seiten der Verwerfungsebene über eine Entfernung von bis zu 10 m permanente Dehnungen aufweisen. Es besteht die Möglichkeit, dass sich der duktile Teil der Verformungsgeschichte zu einem anderen Zeitpunkt gebildet hat als die Störungsdiskontinuität. Eine andere Art von spröd-duktiler Scherzone ist das Extensionsversagen. Die Deformationszone weist eine Reihe von Erweiterungsöffnungen auf, die im Allgemeinen mit faserigem kristallinem Material gefüllt sind. Die Öffnungen bilden in der Regel einen Winkel von 45 Grad oder mehr mit der Scherungszone und haben manchmal eine sigmoidale Form.

Die duktile Verformung dominiert und kommt hauptsächlich in Form von duktilen Scherungszonen in der unteren Kruste und dem oberen Mantel vor, der die Basis der Lithosphäre mit höhergradigen metamorphen Bedingungen bildet. Duktile Scherungszonen sind in weiten Bereichen der hochgradigen Terrane, die mit proterozoischen Orogenen auf der ganzen Welt verbunden sind, allgemein beschrieben. Diese Zonen sind für tektonische Rekonstruktionen wichtig, da sie Informationen über die relative Bewegung großer Krustenblöcke oder Platten in der geologischen Vergangenheit liefern. Hochgradige Terrane, die bei hohem Druck (8-10 kbar) und hohen Temperaturen (700-1000°C) in den tieferen Krustenorogenen entstanden sind. Die unter hochgradigen Bedingungen gebildeten duktilen Scherzonen bleiben während mehrerer tektonischer Episoden kontinuierlich oder intermittierend aktiv. Infolgedessen kann eine Überlagerung von jüngeren spröd-duktilen und spröden Verformungen auch in einer früheren Zone mit duktiler Umgebung festgestellt werden. Eine sorgfältige Analyse ist erforderlich, um die mehrphasigen Verformungen und ihre jeweiligen Gefüge zu unterscheiden und daraus die entsprechenden Verformungsphasen abzuleiten.

Duktile Scherzonen sind typischerweise durch die Entwicklung mylonitischer Gefüge gekennzeichnet. In granitischem Material beispielsweise sind die Gewebe in Form einer eng beieinander liegenden Schieferung durch abwechselnde Lagen von rekristallisierten Quarzkörnern, milchigen Bändern aus feinkörnigen, rekristallisierten Feldspäten und feinen plattigen Biotiten gut definiert. Die Foliationsflächen weisen eine sehr starke Lineation (Dehnungslineation) auf, die durch die Dehnung (und/oder Boudinage) von Mineralen wie Hornblende, Glimmer, Quarz, Feldspat usw. sowie durch Mineralaggregate definiert ist. S-C-Mylonite sind sehr häufig, was auf eine nichtkoaxiale Deformationsgeschichte hinweist. Die Stärke der Verformung ist sehr unterschiedlich, was zum Auftreten von mylonitischen Serien (Proto- bis Ultramylonit) führt. Retrogression, Korngrößenverringerung, Entwicklung neuen Kornwachstums, insbesondere Biotit, Kyanit, Staurolith und Muskovit sind typisch.