Cisaillement (géologie) - Shear (geology)

Veine de quartz boudinée (avec frange de déformation) montrant un sens de cisaillement senestre , Starlight Pit, Fortnum Gold Mine, Australie occidentale

En géologie , le cisaillement est la réponse d'une roche à une déformation généralement par contrainte de compression et forme des textures particulières. Le cisaillement peut être homogène ou non homogène, et peut être un cisaillement pur ou un cisaillement simple . L'étude du cisaillement géologique est liée à l'étude de la géologie structurale , de la microstructure de la roche ou de la texture de la roche et de la mécanique des failles .

Le processus de cisaillement se produit dans les roches fragiles , fragiles-ductiles et ductiles . Dans les roches purement cassantes, la contrainte de compression entraîne une fracturation et une simple faille .

Rochers

Les roches typiques des zones de cisaillement comprennent la mylonite , la cataclasite , la S-tectonite et la L-tectonite , la pseudotachylite , certaines brèches et des versions très foliées des parois rocheuses .

Zone de cisaillement

Cisaillement asymétrique dans le basalte, mine Labouchere, bassin de Glengarry, Australie. L'asymétrie de cisaillement est senestre, stylo pour l'échelle

Une zone de cisaillement est une zone tabulaire à feuilletée, plane ou curviplanaire composée de roches qui sont plus fortement sollicitées que les roches adjacentes à la zone. Il s'agit généralement d'un type de faille , mais il peut être difficile de placer un plan de faille distinct dans la zone de cisaillement. Les zones de cisaillement peuvent former des zones de foliation , de déformation et de plissement beaucoup plus intenses . Des veines ou des fractures en échelon peuvent être observées dans les zones de cisaillement.

De nombreuses zones de cisaillement abritent des gisements de minerai car elles constituent un foyer d' écoulement hydrothermal à travers les ceintures orogéniques . Ils peuvent souvent montrer une certaine forme de métamorphisme rétrograde à partir d'un assemblage métamorphique de pointe et sont généralement métasomisés .

Les zones de cisaillement peuvent être larges de quelques pouces seulement, ou jusqu'à plusieurs kilomètres de large. Souvent, en raison de leur contrôle structurel et de leur présence aux bords des blocs tectoniques, les zones de cisaillement sont des unités cartographiables et forment des discontinuités importantes pour séparer les terranes. Ainsi, de nombreuses zones de cisaillement larges et longues sont nommées, identiques aux systèmes de failles.

Lorsque le déplacement horizontal de cette faille peut être mesuré sur des dizaines ou des centaines de kilomètres de longueur, la faille est appelée mégacisaillement. Les mégacisailles indiquent souvent les bords des anciennes plaques tectoniques.

Mécanismes de cisaillement

Les mécanismes de cisaillement dépendent de la pression et de la température de la roche et du taux de cisaillement auquel la roche est soumise. La réponse de la roche à ces conditions détermine comment elle s'accommode de la déformation.

Les zones de cisaillement qui se produisent dans des conditions rhéologiques plus fragiles (plus froide, moins de pression de confinement ) ou à des taux de déformation élevés, ont tendance à se rompre par rupture fragile ; rupture des minéraux, qui sont broyés en une brèche à la texture broyée .

Les zones de cisaillement qui se produisent dans des conditions fragiles-ductiles peuvent s'adapter à une grande déformation en mettant en œuvre une série de mécanismes qui reposent moins sur la fracture de la roche et se produisent dans les minéraux et les réseaux minéraux eux-mêmes. Les zones de cisaillement supportent les contraintes de compression par mouvement sur les plans de foliation.

Le cisaillement dans des conditions ductiles peut se produire par fracturation des minéraux et croissance des joints de sous-grain, ainsi que par glissement sur réseau . Cela se produit en particulier sur les minéraux en plaquettes, en particulier les micas.

Les mylonites sont essentiellement des zones de cisaillement ductiles.

Microstructures des zones de cisaillement

Exemple typique de foliation de cisaillement dextre dans une tectonite LS, avec un crayon pointant dans la direction du sens du cisaillement. Notez la nature sinusoïdale de la foliation de cisaillement.

Au début du cisaillement, une foliation planaire pénétrante se forme d'abord à l'intérieur de la masse rocheuse. Cela se manifeste par un réalignement des caractéristiques de texture, la croissance et le réalignement des micas et la croissance de nouveaux minéraux.

La foliation de cisaillement naissante se forme typiquement de manière normale à la direction du raccourcissement principal et constitue un diagnostic de la direction du raccourcissement. Dans le raccourcissement symétrique, les objets s'aplatissent sur cette foliation de cisaillement de la même manière qu'une boule ronde de mélasse s'aplatit avec la gravité.

Dans les zones de cisaillement asymétriques, le comportement d'un objet subissant un raccourcissement est analogue à celui d'une boule de mélasse étalée lorsqu'elle s'aplatit, généralement en une ellipse. Dans les zones de cisaillement avec des déplacements prononcés, une foliation de cisaillement peut se former à un angle faible par rapport au plan grossier de la zone de cisaillement. Cette foliation se manifeste idéalement sous la forme d'un ensemble sinusoïdal de foliations formé à un angle faible par rapport à la foliation de cisaillement principale, et qui se courbe dans la foliation de cisaillement principale. Ces roches sont connues sous le nom de tectonites LS.

Si la masse rocheuse commence à subir de grands degrés de mouvement latéral, l'ellipse de déformation s'allonge en un volume en forme de cigare. À ce stade, les foliaions de cisaillement commencent à se décomposer en une linéation de rodding ou une linéation d'étirement. Ces roches sont connues sous le nom de L-tectonites.

Conglomérat de galets étiré L-tectonite illustrant une linéation d'étirement dans une zone de cisaillement, Glengarry Basin, Australie. Un cisaillement asymétrique prononcé a étiré les cailloux du conglomérat en tiges allongées en forme de cigare.

Microstructures de cisaillement ductiles

Section mince (polaires croisées) de Grenat-Mica- Schiste montrant un porphyroblaste tourné de grenat , de poisson mica et de minéraux allongés. Ce spécimen provenait de près d'une zone de cisaillement en Norvège (la poussée d'Ose), le grenat au centre (noir) fait environ 2 mm de diamètre

Des textures très distinctives se forment à la suite d'un cisaillement ductile. Un groupe important de microstructures observées dans les zones de cisaillement ductiles sont les plans S, les plans C et les plans C'.

  • Les plans S ou plans de schistosité sont généralement définis par un tissu planaire provoqué par l'alignement de micas ou de minéraux en plaquettes. Définissez l'axe long aplati de l'ellipse de déformation.
  • Les plans C ou les plans de cisaillement se forment parallèlement à la limite de la zone de cisaillement. L'angle entre les plans C et S est toujours aigu et définit le sens du cisaillement. En général, plus l'angle CS est bas, plus la contrainte est importante.
  • Les plans C', également connus sous le nom de bandes de cisaillement et de tissus de cisaillement secondaires, sont couramment observés dans les mylonites fortement foliées, en particulier les phyllonites , et se forment à un angle d'environ 20 degrés par rapport au plan S.

Le sens de cisaillement montré par les structures SC et SC' correspond à celui de la zone de cisaillement dans laquelle ils se trouvent.

D'autres microstructures qui peuvent donner une impression de cisaillement comprennent :

Transpression

Les régimes de transpression se forment lors d'une collision oblique de plaques tectoniques et lors d'une subduction non orthogonale . Typiquement, un mélange de failles de chevauchement à glissement oblique et de failles de décrochement ou de transformation se forme. Les preuves microstructurales des régimes transpressionnels peuvent être des linéations de tiges , des mylonites , des gneiss à structure augène , des poissons mica et ainsi de suite.

Un exemple typique d'un régime de transpression est la zone de faille alpine de Nouvelle-Zélande , où la subduction oblique de la plaque Pacifique sous la plaque indo-australienne est convertie en mouvement de décrochement oblique. Ici, la ceinture orogénique atteint une forme trapézoïdale dominée par des failles évasées obliques , des nappes couchées à fort pendage et des plis de faille.

Le schiste alpin de Nouvelle-Zélande est caractérisé par une phyllite fortement crénelée et cisaillée . Il est poussé vers le haut au rythme de 8 à 10 mm par an, et la région est sujette à de grands tremblements de terre avec un bloc sud vers le haut et un sens de mouvement oblique ouest.

Transtension

Les régimes de transtension sont des environnements tensionnels obliques. Les failles géologiques obliques et normales et les failles de détachement dans les zones de rift sont les manifestations structurelles typiques des conditions de transtension. Les preuves microstructurales de transtension comprennent des linéations de rodding ou d' étirement , des porphyroblastes étirés , des mylonites, etc.

Voir également

Les références

Diagrammes et définitions du cisaillement ( Wayback Machine ), par l' Université de l'Ouest de l'Angleterre , Bristol. Copie d'archive incomplète, 31/12/2012.