朱陽關－夏館斷裂帶構造變形的溫壓條件

張 歡， 宋傳中， 王道軒， 任升蓮， 涂文傳， 李加好

（合肥工業大學 資 源與環境工程學院，安徽 合 肥 230009）

朱陽關－夏館（簡稱朱－夏）斷裂帶位于秦嶺造山帶的中部，如圖1所示，是早古生代二郎坪弧后盆地南緣的邊界斷裂，一直被認為是二郎坪弧后盆地與秦嶺古島弧的分界線［1－2］，至今仍然保存大量兩者匯聚時期的構造變形和結晶巖石。研究朱－夏斷裂帶內各種構造巖的溫壓條件，將有助于對二郎坪弧后盆地消減環境和消減過程的了解，從而進一步深化對秦嶺造山帶形成、演化的認識。北秦嶺位于秦嶺造山帶的中部，主要由秦嶺群、二郎坪群和寬屏群組成（圖1）。秦嶺群分布在商－丹斷裂帶和朱－夏斷裂帶之間，是一套中深變質雜巖系，由片麻巖、角閃巖和大理巖組成，變質相主體為角閃巖相，局部達麻粒巖相，其中在官坡－雙槐樹一帶還有榴輝巖出露［3］。二郎坪群以朱－夏斷裂和瓦（穴子）－喬（端）斷裂為界，主要是一套細碧角斑巖系，由蛇綠巖、變碎屑巖和碳酸鹽巖組成。其地球化學特征具有弧后盆地性質，時代從早寒武世到早中奧陶世。寬坪群分布于瓦－喬斷裂的北部，它是一套以綠片巖相為主變形強烈的淺變質巖系，以基性火山巖、碎屑巖和碳酸鹽巖為原巖，時代為中新遠古代［4］。

近20年來，秦嶺造山帶一直是世界各國地質學家關注的熱點［5－6］，研究成果涉及其結構、演化和動力學等方面。但對造山帶中的重要斷裂帶的精細研究尚待進一步深入，故本文選取具有特殊構造位置的朱陽關－夏館斷裂帶進行溫壓條件等方面的精細研究，旨在進一步認識二郎坪弧后盆地封閉過程中的構造環境。

圖1 朱陽關－夏館斷裂帶構造簡圖

1 變形的溫壓條件

朱陽關－夏館斷裂帶在二郎坪弧后盆地閉合時產生。選取以下3種測溫壓實驗研究朱－夏斷裂帶在區域變質時期的溫度和壓力條件，來反演當時的變形環境。

1.1 礦物變形估計變形溫度

在朱陽關－夏館斷裂帶內及其附近發育大量糜棱巖和構造片巖，其顯微構造特征表明，石英大部分發生動態重結晶作用，長石部分也伴隨著動態重結晶作用，如圖2所示。其主要形式如下：①顆粒邊界的嵌入式動態重結晶BLG，細微的動態重結晶亞顆粒沿著晶體周圍和細小的裂紋出現；② 亞顆粒旋轉動態重結晶SR，動態重結晶亞顆粒發生旋轉，晶粒殘斑周圍出現較小的晶粒；③顆粒邊界遷移動態重結晶GBM，晶粒形狀和尺寸都不規則，晶粒邊界相互交接得非常緊密。

一般而言，石英的動態重結晶開始于約300℃溫度環境下，在300～400℃區間表現為顆粒邊界的嵌入式（BLG）動態重結晶（核－幔構造為主），在400～500℃區間表現為亞顆粒旋轉（SR）重結晶，而在500℃以上呈現為顆粒邊界遷移（GBM）重結晶。

糜棱巖基質中新生礦物組合及礦物的變形現象與變形溫度密切相關，其中新生黑云母的出現，指示變形環境至少為中綠片巖相，綠片巖相的溫度范圍為300～500℃，而中綠片巖相溫度范圍為350～450℃［7］。天然變形巖石中長石脆－韌性轉換溫度的詳細研究顯示，低綠片巖相下長石呈脆性變形，中綠片巖相下開始顯示以位錯蠕變為標志的塑性變形，而進入高綠片巖相－低角閃巖相長石呈現為以動態重結晶為標志的塑性變形［8］。這一轉換溫度發生在400～550℃。文獻［9］指出，400℃以下長石呈現為顯微破裂，在400～500℃時長石變形主要表現為塑性拉長、波狀消光及形成亞顆粒和核－幔構造，而在500℃以上則長石的動態重結晶占優勢。

本文根據文獻［9］的標準，對朱－夏斷裂帶形成溫度進行估算，見表1所列。采樣點大致按圖1中AB路線，其結果是：朱陽關－夏館斷裂帶巖石變形溫度在300～650℃，帶中心溫度較高，為500～650℃，而且越靠近構造帶溫度越高，往兩側溫度遞減。按表1數據生成圖3所示的溫度分布曲線圖。由上述結果可見，朱陽關－夏館斷裂帶是在較高的溫度－壓力條件下形成的，二郎坪弧后盆地的封閉環境在綠片巖相到低角閃巖相之間。兩側的片巖和片麻巖也受到朱－夏斷裂帶韌性變形階段構造變形的影響。

圖2 糜棱巖中的石英、長石顯微構造特征

表1 變形巖石中石英長石變形特征及其溫度估計

圖3 溫度分布曲線圖

1.2 石英C軸組構估溫

通常石英的滑移系主要分為底面滑移、菱面滑移、柱面滑移［10］，不同的溫度下會產生不同的石英C軸組構特征。底面滑移中石英C軸組構中光軸的優選方位（LPO）形成的點極密主要分布于邊緣，柱面滑移分布于中心位置，菱面滑移則位于前兩者的中間位置。通過對石英C軸組構中LPO的分布情況可以知道巖石變形溫度和剪切方向。

文獻［10］研究表明，400℃以下表現為底面滑移為主，400℃以上開始表現為以菱面滑移為主，且兼有底面滑移和柱面滑移出現，650℃以上表現為以柱面滑移為主。

取朱－夏斷裂帶附近發育的糜棱巖和構造片巖，通過電子背散射衍射（EBSD）技術對石英的C軸組構進行分析，從而得出變形期的溫度。制取XZ面的薄片樣品，每個樣品的測試點數（n）都大于200，有些樣甚至上千點。通過吳氏網下半球投影，得出石英C軸組構圖，如圖4所示。

從圖4中可以看出，巖石樣品石英C軸組構中點極密分布于邊緣位置，部分樣品的點極密分布于圓周上，指示著巖石變形過程中石英以底面與菱面滑移為特征。根據本次變形巖石的石英C軸組構統計分析其點極密分布情況，可推斷其變形溫度為400～600℃。這反映了二郎坪弧后盆地封閉時期，即朱陽關－夏館斷裂帶形成時溫度較高，與依據礦物重結晶類型估計的變形溫度是一致的。

圖4 糜棱巖中的石英C軸組構圖（EBSD）（吳氏網下半球投影）

1.3 礦物對的電子探針溫壓條件

石榴石－黑云母礦物對是變質巖中最常見的礦物對，兩者之間Fe－Mg交換與變質程度密切相關。早在1959年Kretz就開始了石榴石黑云母之間的Fe－Mg交換與平衡溫度關系的研究，隨后人們從經驗和實驗的角度標定了該溫度計，并進行了多次修正。目前該溫度計已成為一種成熟、精確的地球化學熱力學方法，被廣泛應用于變質作用的溫度條件的研究［11］。

朱陽關－夏館斷裂帶廣泛出露糜棱巖、片巖、片麻巖、大理巖等，其中不少巖石中含有石榴石。石榴石裂理發育，顆粒很大（大于1mm，有的甚至能達到5mm），還有甚者呈條狀，表示該地區在后期的韌性變形階段壓力很大，證明朱陽關－夏館斷裂帶可能為二郎坪弧后盆地與秦嶺古島弧匯聚時期的產物。

朱陽關－夏館斷裂帶內礦物電子探針數據，見表2所列。采用石榴石－黑云母－斜長石地質溫壓力計［12］，結合表2電子探針的分析結果，得到了朱陽關－夏館斷裂帶形成時期的溫度最高值660℃，最低值為561.5℃，取其平均值為608.6℃。變質壓力的上限為5 161bar，變質程度最高可達角閃巖相，再次證明了朱陽關－夏館斷裂帶在較高的溫度－壓力下形成，也符合朱－夏斷裂帶是二郎坪弧后盆地與秦嶺古島弧南分界線，反映了二郎坪弧后盆地消減環境。

表2 朱陽關－夏館斷裂帶內礦物電子探針數據

探針位置：石榴石、黑云母和斜長石接觸邊界。石榴石、黑云母、斜長石是區域變質產生的。但是在后期二郎坪弧后盆地閉合形成時期，朱陽關－夏館斷裂帶經過韌性剪切作用，石榴石、黑云母、斜長石邊部可出現部分動態重結晶，所以石榴石－黑云母－斜長石接觸邊界區域可以顯示其韌性變形的性質。故本次探針數據可以指示朱陽關－夏館斷裂帶在形成時期的溫度和壓力。

2 結 論

（1）根據顯微數據可以估算出朱－夏斷裂帶附近的巖石變形溫度在300～650℃，帶中心溫度較高，為500～650℃，越靠近構造帶溫度越高，而往兩側溫度遞減。變形環境在綠片巖相到低角閃巖相之間。

（2）運用電子背散射衍射（EBSD）技術得到點極密分布圖，對石英的C軸組構統計分析可推斷朱陽關－夏館斷裂帶韌性變形階段的變形溫度為400～600℃。

（3）采用石榴石－黑云母－斜長石地質溫壓力計，結合電子探針的分析結果，得到了朱陽關－夏館斷裂帶的變形溫度為608.6℃，變質壓力的上限為5 161bar，變質程度最高可達角閃巖相。

綜上所述，地處北秦嶺具特殊構造位置的朱陽關－夏館斷裂帶形成時期的溫度壓力中等；二郎坪弧后盆地關閉環境，即二郎坪弧后盆地和秦嶺古島弧碰撞閉合時期，為中溫－中低壓。

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