Strukturgeologie im Gebiet um Zermatt

Verformungsanalyse


Mit Hilfe der Verformungsanalyse wird die quantitative Verformung einer primären Form bestimmt. Das Ergebnis ist ein finites Verformungsellipsoid, dessen längste Achse (X-Achse) die Hauptdehnungs- beziehungsweise Längungsrichtung darstellt und die kürzeste (Z-Achse) die Hauptverkürzungs- beziehungsweise Einengungsrichtung. Zum Erreichen der endgültigen Form tragen in den meisten Fällen verschieden gerichtete Spannungstensoren bei. Damit gibt das Verformungsellipsoid nur eine Auskunft über die finite Verformung. Die Verformunganalyse ist nur aussagekräftig, wenn sie homogen verlaufen ist, das heißt zum Beispiel, daß Schichten und Bänder nicht verfaltet worden sind. Durch die Faltung werden nämlich die Verformungsellipsoide unterschiedlich orientiert und geformt. Die Verformung kann das Resultat einer einfachen beziehungsweise nicht-koaxialen oder einer reinen beziehungsweise koaxialen Scherung sein. Im Normalfall besteht eine Kombination beider Verformungen, die durch die Verdrehung der Achsen des Ellipsoids nicht-koaxial ist. Dabei kann man nur bei einer einfachen Scherung ("Kartenstapelscherung") eindeutig auf eine Transportrichtung schließen.

Zur Bestimmung der Verformung wurden die Rf/phi-Methode und die Line-Intercept-Methode verwendet. Da eine Verformungsanalyse nur sinnvoll ist, wenn die Verformung homogen erfolgte, wurden bei der Rf/phi-Methode die Z-Werte gegen die X-Werte beziehungsweise Y-Werte aufgetragen. Liegen die Punkte annähernd auf einer Gerade, so kann von einer homogenen Verformung ausgegangen werden. Zudem gibt die Steigung die mittlere finite Elliptizität Rf' an. Mit der Rf/phi-Methode (Rf = finite Elliptizität, phi = Winkel zwischen einer Referenzlinie zum Beispiel Schieferung und der längsten Achse X im XZ-Schnitt oder Y im YZ-Schnitt) wird der Verformungsgrad bestimmt. Außerdem kann unterschieden werden, ob anfänglich die Komponenten eine gleiche Elliptizität Ri mit unterschiedlichen Winkeln phi der längsten Achse zu einer Referenzlinie (Schieferung, Schichtung) hatten oder ob primär eine unterschiedliche Elliptizität Ri mit gleicher Ausrichtung der längsten Achsen der einzelnen initialen Verformungsmarker vorlag. Es wurden von drei Proben jeweils im XZ- und YZ-Schnitt 40 mylonitisierte Mineralkörner (jeweils gleiches Mineral) eingemessen. Dabei wurden die längste und kürzeste Achse und der Winkel zwischen der längsten Achse und der Referenzlinie (Schieferung) bestimmt. Der Quotient der längeren zur kürzeren Achse ergibt die finite Elliptizität Rf. Trägt man die Rf-Werte halblogarithmisch gegen den Referenzwinkel phi in einem Diagramm auf, ergibt sich im Idealfall eine Kurve. Dabei werden die Ri-Kurve (Ri = initiale Elliptizität) und die theta-Kurve (theta = initialer Winkel zwischen längster Achse und Referenzlinie) unterschieden. Die Ri-Kurve steht für eine ursprünglich einheitliche Elliptizität mit unterschiedlicher Orientierung der Ellipsen. Die theta-Kurve zeigt eine primär uneinheitliche Elliptizität mit homogener Orientierung der Ellipsen. Der Verformungsgrad und die Unterscheidung, ob eine initiale Vorzugsorientierung oder eine homogene Elliptizität vorlag, kann nach Kurven von LISLE (1985) bestimmt werden. In dieser Arbeit wurde der Verformungsgrad und die Fallunterscheidung rechnerisch ermittelt. Dabei entspricht das harmonische Mittel H=N/(Summe von i=1 bis N von 1/Rfi) (N = Anzahl gemessener Werte, Rfi = Xi/Zi beziehungsweise Yi/Zi = finite Elliptizität des jeweiligen Wertepaares i im XZ- beziehungsweise YZ-Schnitt, wobei Xi, Yi und Zi die Länge des Korns in X, Y beziehungsweise Z-Richtung sind) in etwa dem Verformungsgrad, wobei es geringfügig höher ist als der wahre Verformungsbetrag (LISLE 1985, 1979, 1977). Des weiteren wird das vektorielle Mittel phi=½arctan*[(Summe von i=1 bis N von sin2phii) / (Summe von i=1 bis N von cos2phii)] bestimmt (LISLE 1985). Trägt man das harmonische und vektorielle Mittel als Geraden in das Diagramm und zählt die Punkte in jedem Quadranten, erhält man den Symmetrie-Index Isym=1- [(|nA-nB|+|nC-nD|) / N] (nA = Anzahl von Punkten im rechten oberen Quadrant A, nB = Anzahl rechter unterer Quadrant B, nC = Anzahl linker oberer Quadrant C und nD = Anzahl linker untererQuadrant D) (LISLE 1985). Tendiert der Symmetrie-Index gegen 1, so liegt eine ursprüngliche Zufallsorientierung mit homogener Elliptizität Ri vor. Werte kleiner 1 zeigen eine initial inhomogene Elliptizität mit einheitlicher Orientierung der längsten Achsen.

Nach der Rf/phi-Methode wurden drei Proben vermessen. Zwar zeigen alle einen Symmetrie-Index nahe 1 und damit eine primäre Zufallsorientierung, aber die Verformungsgrade varieren stark.

In einem Prasinit-Mylonit aus der Combin-Zone (Probe 00/8/7j, Hörnligrat, 3125 m) wurden mylonitisierte Amphibol-Porphyroklasten eingemessen. Das Ergebnis (siehe Anhang) sind finite Elliptizitäten von 3,7 im XZ-Schnitt und 2,5 im YZ-Schnitt und Verformungsgrade von 3,2 im XZ-Schnitt und 2,2 im YZ-Schnitt. Der Symmetrie-Index von 0,95 in beiden Schnitten deutet auf eine ursprünglich symmetrische Verteilung beziehungsweise eine initale Zufallsorientierung der Amphibole hin.

In einem weiteren Prasinit-Mylonit aus der Combin-Zone (00/8/11j, Südhang Zmutt-Tal, 2850 m) wurden mylonitische Albite vermessen (Ergebnisse siehe Anhang). Diese synkinematisch gewachsenen Feldspäte haben finite Elliptizitäten von 1,9 im XZ-Schnitt und 1,7 im YZ-Schnitt und Verformungsraten von 1,8 im XZ-Schnitt und 1,6 im YZ-Schnitt. Der Symmetrie-Index von 0,95 im XZ-Schnitt und 0,75 im YZ-Schnitt zeigt ebenfalls eine initale Zufallsorientierung an.

Hellglimmer aus einem Dolomit-Marmor aus der Combin-Zone (00/8/11p, Südhang Zmutt-Tal, 2730 m) zeigen im XZ- und YZ-Schnitt unterschiedliche Elliptizitäten und wurden deshalb auch eingemessen. Allerdings muß beachtet werden, daß die idiomorphen Hellglimmer nicht die gesamte Deformationsgeschichte widerspiegeln. Sie entstanden nämlich erst bei höheren grünschieferfaziellen Bedingungen, das heißt, als der Deckentransport schon im Gange war. Die Elliptizität ist bedingt durch die initiale plättchenartige Form der Glimmer sehr hoch. Sie hat Werte von 9,0 im XZ-Schnitt und 4,8 im YZ-Schnitt. Der Verformungsgrad wurde zu 6,9 im XZ-Schnitt und 4,0 im YZ-Schnitt bestimmt. Auch hier sei bemerkt, daß durch den Schichtaufbau der Glimmer und der leichten Verschiebung der Schichten parallel zur kristallographischen (001)-Fläche der Scherung, sobald die Glimmer eingeregelt sind, dieser nur ein geringer Widerstand entgegengesetzt wird. Folglich haben die Verformungsgrade deutlich höhere Werte als die, der anderen Proben. Der Symmetrie-Index liegt wie oben zirka bei eins und spiegelt eine ursprünglich homogene Elliptizität mit heterogener Verteilung wider.

Die Verformung eines Quarzit-Ultramylonits wurde mit Hilfe der Line-Intercept-Methode bestimmt. Dabei wurden innerhalb einer gleichbleibenden Distanz die Kornkontakte der dynamisch rekristallisierten Quarzmatrix in X- und Z- beziehungsweise in Y- und Z-Richtung gezählt. Durch die Dynamik während der Rekristallisation wurden die neu entstandenen Quarzkörner zu Ellipsoiden verformt. Damit werden in X- beziehungsweise Y-Richtung weniger Kornkontakte gezählt als in Z-Richtung. Die mittlere finite Elliptizität ergibt sich aus der Formel Rf' = [Summe von i=1 bis I von (Nzi/Nxi) / I] im XZ-Schnitt und Rf' = [Summe von i=1 bis I von (Nzi/Nyi) / I] im YZ-Schnitt (Nxi, Nyi beziehungsweise Nzi = Anzahl der Kornkontakte in X-, Y- beziehungsweise Z-Richtung pro Auszählung i, I = Anzahl der Auszählpaare im XZ- beziehungsweise YZ-Schnitt). Es wurde in beiden Schnitten eine mittlere finite Elliptizität von ungefähr zwei ermittelt (siehe Anhang). Damit liegen die Quarzkörner als oblate Formen vor. Die Längung beziehungsweise Verformung in X- und Y-Richtung liegt folglich in einer Größenordnung von zwei.




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