柴達木北緣大柴旦地區韌性剪切帶的顯微構造特征

徐明璞 馮 喬 陳 峰 趙吉林

(山東科技大學 地質科學與工程學院，山東 青島266590)

柴達木盆地北緣北接祁連山，南接柴達木盆地，東臨阿爾金山，西部通過德令哈地區與昆侖山收斂在一起，柴北緣主要受祁連山構造帶和阿爾金走滑斷裂帶影響，根據柴達木盆地的演化過程，并通過野外的實地勘測韌性剪切帶確定了柴北緣的三期韌性剪切構造：印支期左行逆沖—走滑運動、J1+2的伸展運動和白堊紀末的SE—NW的斜向擠壓運動。

1 韌性剪切帶的組成和結構

大柴旦韌性剪切帶位于大柴旦鎮以北的溫泉附近，主要是古生界地層，走向近東西向（圖1）。

圖1 區域位置

1.1 物質組成

該韌性剪切帶發育了一套糜棱巖：花崗質糜棱巖和長英質糜棱巖，后者糜棱巖化較強烈。

花崗質糜棱巖：糜棱面理構造，糜棱結構，由應變殘斑和基質組成，基質含量為60-65%，應變殘斑含量35-40%，粒徑大于0.5mm，花崗質糜棱巖巖體顯著破碎，發育眼球狀花崗片麻巖；該巖性成分主要為石英、長石，其次為云母和角閃石，粒狀和片狀礦物在強變形帶中以定向擠壓形成拉伸線理，以云母、長石形成的拉伸線理最為顯著，基質粒徑小于0.2mm，成分為石英、長石等。

長英質糜棱巖：糜棱面理構造，糜棱結構，殘斑由石英、長石組成，含量為15-20%，基質含量較高，其成分為石英、長石和白云母，礦物顆粒較小；該韌性剪切帶有弱變帶和強變帶之分，在弱變帶中，長英質糜棱巖中的長石斑晶壓扁定向拉長，在強變帶中，該巖性中的粒狀、片狀礦物均強烈變形形成拉伸線理，并發育碎斑系。

1.2 結構構造

該韌性剪切帶走向近東西向，傾向北東，傾角30-50°，糜棱面理構造發育，由片狀礦物黑云母定向密集排列，石英和長石的定向拉長構成，拉伸線理傾伏方向為90-110°，傾伏角為25-50°。

帶內剪切構造發育，主要變現為眼球狀、透鏡體等，推測其應力方向為東西方向。

2 顯微構造特征

顯微構造的形成不僅受原巖物質組成和結構的影響，同時取決于巖石變形時起主導作用的變形機制。大柴旦韌性剪切帶的顯微構造有以下幾種：

晶內破裂：長石的晶內破裂，破裂起源于晶體內部，而且消失于晶體顆粒內部。

穿晶破裂：晶內裂隙進一步發展為穿晶裂隙。穿晶裂隙穿過顆粒邊界進入相鄰的晶體顆粒，穿晶裂隙分為張性和剪性裂隙，裂隙總體延伸方向與外施應力之間有著密切的相關性，此韌性剪切帶有長石和石英的穿晶裂隙。

波狀消光：不均勻消光，是晶質塑性變形的重要標志。正交偏光顯微鏡下礦物中顯示的一種不均勻消光現象，轉動載物臺時，消光影呈扇形或不規則狀連續地掃過礦物顆粒，消光界面不顯著，消光影的連續變化表明，礦物內不同部位的消光方位略有規律性偏差。波狀消光是晶內應變的效應，是由于過量的位錯引起晶格扇狀或不規則狀畸變的結果，主要是石英的波狀消光。

機械雙晶：也稱為變形雙晶或滑移雙晶，是由晶內滑移。是由晶內滑移機制中雙晶滑移所形成的，因而是晶體塑性變形的標志之一。機械雙晶主要發育在一些對稱性較低或粒內滑移系統較少的礦物中，該韌性剪切帶中出現的是長石的機械雙晶。

動態重結晶：動態重結晶是韌性剪切變形中常見的構造現象。動態重結晶的結果是隨著變形的進行而形成新生的顆粒。不同的重結晶機制形成的新晶粒粒徑大小不同。大柴旦韌性剪切帶中可見到膨凸重結晶新晶粒、亞顆粒旋轉重結晶新晶粒。

3 韌性剪切帶構造變形的古應力和應變速率

3.1 古應力計算

古應力的定量計算有助于研究糜棱巖形成環境及其上升過程，計算差異應力的方法主要有自由位錯密度法、動態重結晶法和亞顆粒法。

本文采用動態重結晶顆粒粒度來計算古差值壓力大小，對于遞進變形過程中某一特定的差值來說，在重結晶機制、顆粒含水量及變形溫度一定的條件下，每一種礦物都有其相應的重結晶顆粒平均粒度，這里采用從金屬及礦物變形試驗中得出的經驗公式來計算差值應力，其大小為重結晶顆粒平均粒度的負指數，其表達式為：σ1-σ2=AD-m。

式中A和m均為正系數，D為動態重結晶顆粒的粒度，當粒度D以mm為單位計算時，差值應力的單位為兆帕斯卡（Mpa）（Twiss 1977）。本文統計分析了石英和方解石的重結晶顆粒粒度，并進行了分析。計算過程中的石英的參數選擇為A=6.03，m=0.68；方解石的參數選擇為A=7.5，m=0.68，D的單位為毫米（mm）。

3.2 應變速率計算

差異應力和溫度確定，就可以推算糜棱巖形成過程中的應變速率，巖石在穩定流動變形條件下，根據蠕變規律，應變速率（ε）與差應力值（σ）、溫度（T）之間存在下列關系：

ε=Aσnexp（-Q/RT）

式中：A——根據物質及變質機制確定的常數，對石英取5.5×10-5

Q——控制變形擴散過程的活化能，取值為188406J/mol

R——理想氣體常數，R=8.3144J/mol

N——取決于流動機制的穩態應力指數，取值2

T——絕對溫度（K），取值T=C+500℃

大柴旦韌性剪切帶經歷了不同的溫度條件下的變形，分別作出了大柴旦韌性剪切帶在300℃（圖2）和500℃（圖3）不同問都條件下的變形速率直方圖。

4 韌性剪切帶的運動期次

依據野外實測變形特征，結合區域構造，在大柴旦韌性剪切帶中發育三期構造運動：左行逆沖走滑、伸展和斜向擠壓。

圖2 300℃條件下的應變速率

圖3 500℃條件下的應變速率

4.1 右行逆重走滑運動

在大柴旦韌性剪切帶中發育s-c組構和構造透鏡體，根據s-c組構判斷運動方式為左形走滑，構造透鏡體是在逆沖作用下形成的并伴有剪節理。

4.2 伸展構造

伸展運動的依據為石英脈的順層就位且形成了較寬緩的滑脫褶皺。

圖4 順層石英脈及滑脫褶皺

4.3 斜向擠壓運動

擠壓運動使前期的石英脈頸縮，形成透鏡體或石香腸化。

圖5 石英脈頸縮

5 結論

1）大柴旦韌性剪切帶長英質糜棱巖中，呈現了各種在不同巖相變質條件下形成的顯微構造，如長石的晶內破裂及膨凸重結晶、斜長石的穿晶破裂、石英的波狀消光、長石的機械雙晶及穿晶破裂、長石和石英的膨凸重結晶、亞顆粒旋轉重結晶等。

2）依據變形巖石礦物的組合特征、顯微構造，大柴旦韌性剪切帶的變形溫度大約在300℃-500℃，根據糜棱巖中石英的動態重結晶得出古應力值變化范圍為19-50MPa，應變速率在不同的溫度下呈現不同數值。

3）大柴旦韌性剪切帶發育三期構造運動：左行逆沖走滑、伸展和斜向擠壓。

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