Scherung (Geologie)

In der Geologie bezeichnet Scherung die Reaktion eines Gesteins auf Verformung , üblicherweise durch Druckspannungen , und führt zur Ausbildung spezifischer Gefüge. Scherung kann homogen oder inhomogen sein und als reine oder einfache Scherung auftreten . Die Untersuchung geologischer Scherung ist eng mit der Strukturgeologie , der Gesteinsmikrostruktur bzw. Gesteinstextur und der Bruchmechanik verknüpft .

Scherprozesse treten in spröden , spröd-duktilen und duktilen Gesteinen auf. In rein spröden Gesteinen führt Druckspannung zu Bruchbildung und einfacher Verwerfung .

Zu den typischen Gesteinen von Scherzonen gehören Mylonit , Kataklasit , S-Tektonit und L-Tektonit , Pseudotachylit , bestimmte Brekzien und stark geschieferte Varianten des Nebengesteins .

Eine Scherzone ist eine tafelförmige bis schichtartige, planare oder gekrümmte Zone, deren Gesteine ​​stärker deformiert sind als die angrenzenden. Typischerweise handelt es sich um eine Verwerfung , wobei es jedoch schwierig sein kann, eine eindeutige Verwerfungsebene in der Scherzone zu lokalisieren. Scherzonen können Zonen mit deutlich intensiverer Foliation , Deformation und Faltung bilden . Innerhalb von Scherzonen können gestaffelte Adern oder Brüche beobachtet werden.

Viele Scherzonen beherbergen Erzlagerstätten , da sie ein Brennpunkt für hydrothermale Strömungen durch orogene Gürtel darstellen . Sie weisen häufig eine Form der retrograden Metamorphose ausgehend von einer metamorphen Höchstmetamorphose auf und sind üblicherweise metasomatisiert .

Scherzonen können nur wenige Zentimeter breit sein oder bis zu mehrere Kilometer. Aufgrund ihrer strukturellen Bedeutung und ihrer Lage an den Rändern tektonischer Blöcke sind Scherzonen oft kartierbare Einheiten und bilden wichtige Diskontinuitäten zur Trennung von Terranen. Daher werden viele große und lange Scherzonen, analog zu Verwerfungssystemen, benannt.

Wenn die horizontale Verschiebung dieser Verwerfung in den Bereich von mehreren zehn oder hundert Kilometern gemessen werden kann, wird die Verwerfung als Megascherung bezeichnet. Megascherungen weisen häufig auf die Ränder alter tektonischer Platten hin. ^{[ 1 ]}

Die Schermechanismen hängen vom Druck und der Temperatur des Gesteins sowie von der Schergeschwindigkeit ab, der das Gestein ausgesetzt ist. Die Reaktion des Gesteins auf diese Bedingungen bestimmt, wie es die Verformung aufnimmt.

Scherzonen, die unter spröderen rheologischen Bedingungen (kühlere Temperaturen, geringerer Einschlussdruck ) oder bei hohen Dehnungsraten auftreten, neigen dazu, durch sprödes Versagen zu versagen; dabei zerbrechen Mineralien, die zu einer Brekzie mit gemahlener Textur zermahlen werden .

Scherzonen, die unter spröd-duktilen Bedingungen auftreten, können erhebliche Verformungen durch eine Reihe von Mechanismen aufnehmen, die weniger auf Gesteinsbruch beruhen und innerhalb der Minerale und ihrer Kristallgitter ablaufen. Scherzonen gleichen Druckspannungen durch Bewegung entlang von Schieferungsflächen aus.

Scherung unter duktilen Bedingungen kann durch Bruch von Mineralen und Wachstum von Subkorngrenzen sowie durch Gittergleitung erfolgen . Dies tritt insbesondere bei plättchenförmigen Mineralen, vor allem Glimmern, auf.

Mylonite sind im Wesentlichen duktile Scherzonen.

Zu Beginn der Scherung bildet sich zunächst eine penetrative planare Foliation im Gesteinskörper. Dies äußert sich in einer Neuausrichtung der Gefügemerkmale, dem Wachstum und der Neuausrichtung von Glimmern sowie dem Wachstum neuer Minerale.

Die beginnende Scherfoliation bildet sich typischerweise senkrecht zur Richtung der Hauptverkürzung und ist ein Indikator für die Verkürzungsrichtung. Bei symmetrischer Verkürzung flachen Objekte entlang dieser Scherfoliation ähnlich ab wie eine runde Kugel Sirup unter dem Einfluss der Schwerkraft.

In asymmetrischen Scherzonen verhält sich ein Objekt bei Verkürzung analog zu einem sich verstreichenden Sirupklumpen, der sich beim Abflachen meist zu einer Ellipse formt. In Scherzonen mit ausgeprägten Verschiebungen kann sich eine Scherfoliation in einem flachen Winkel zur Hauptebene der Scherzone ausbilden. Diese Foliation manifestiert sich idealerweise als sinusförmige Anordnung von Foliationen, die in einem flachen Winkel zur Hauptscherfoliation verlaufen und sich in diese hinein krümmen. Solche Gesteine ​​werden als LS-Tektonite bezeichnet.

Beginnt das Gestein, sich stark seitlich zu bewegen, verlängert sich die Deformationsellipse zu einem zigarrenförmigen Volumen. An diesem Punkt beginnen Scherfoliationen in eine Streckungslineation oder eine Dehnungslineation zu zerfallen. Solche Gesteine ​​werden als L-Tektonite bezeichnet.

Durch duktile Scherung entstehen sehr charakteristische Texturen. Eine wichtige Gruppe von Mikrostrukturen, die in duktilen Scherzonen beobachtet werden, sind S-Ebenen, C-Ebenen und C'-Ebenen.

• S-Ebenen oder Schieferungsflächen zeichnen sich im Allgemeinen durch ein planares Gefüge aus , das durch die Ausrichtung von Glimmern oder plättchenförmigen Mineralen entsteht. Definieren Sie die abgeflachte Längsachse der Deformationsellipse.
• C-Ebenen oder Ziselierungsebenen bilden sich parallel zur Scherzonengrenze. Der Winkel zwischen den C- und S-Ebenen ist stets spitz und bestimmt die Scherrichtung. Im Allgemeinen gilt: Je kleiner der CS-Winkel, desto größer die Verformung.
• Die C'-Ebenen, auch Scherzonen und sekundäre Schergefüge genannt, sind häufig in stark foliierten Myloniten, insbesondere Phylloniten , zu beobachten und bilden sich in einem Winkel von etwa 20 Grad zur S-Ebene.

Die von den Strukturen SC und SC' gezeigte Scherrichtung entspricht derjenigen der Scherzone, in der sie sich befinden.

Weitere Mikrostrukturen, die einen Eindruck von Scherkräften vermitteln können, sind:

• Sigmavenen​
• Glimmerfisch
• rotierte Porphyroklasten
• asymmetrische Boudins (Abbildung 1)
• asymmetrische Faltungen

Transpressionsregime entstehen bei der schrägen Kollision tektonischer Platten und bei nicht-orthogonaler Subduktion . Typischerweise bildet sich eine Mischung aus schrägen Überschiebungen und Blattverschiebungen oder Transformstörungen. Mikrostrukturelle Hinweise auf Transpressionsregime sind beispielsweise Streckungslineationen , Mylonite , augenstrukturierte Gneise und Glimmerfische.

Ein typisches Beispiel für ein Transpressionsregime ist die Alpine- Verwerfungszone Neuseelands , wo die schräge Subduktion der Pazifischen Platte unter die Indo-Australische Platte in eine schräge Blattverschiebung umgewandelt wird. Hier nimmt der Gebirgsgürtel eine trapezförmige Gestalt an, die von schräg verlaufenden Verzweigungsstörungen , steil einfallenden liegenden Decken und Verwerfungsfalten dominiert wird .

Der alpine Schiefer Neuseelands zeichnet sich durch stark gekerbte und gescherte Phyllite aus . Er wird mit einer Geschwindigkeit von 8 bis 10 mm pro Jahr angehoben, und das Gebiet ist anfällig für große Erdbeben mit einer südlichen Blockhebung und einer schrägen Westbewegung.

Transtensionale Regime sind schräg verlaufende Dehnungszonen. Schräg verlaufende, normale geologische Verwerfungen und Abschiebungen in Riftzonen sind typische strukturelle Manifestationen transtensiver Bedingungen. Mikrostrukturelle Hinweise auf Transtension umfassen Streckungslineationen , gedehnte Porphyroblasten , Mylonite usw.

• Konvergente Grenze
• Versteifung
• Verwerfung (Geologie)
• Foliation (Geologie)
• Gesteinsmikrostruktur
• Dehnungsverteilung
• Scherrichtungsindikatoren: rechts- und linksdrehend

Diagramme und Definitionen von Scherung ( Wayback Machine ), von der University of the West of England , Bristol. Archivkopie unvollständig, 31.12.2012.