豫西雙龍韌性剪切帶的顯微構造特征及變質變形環境分析

2021-08-17 02:09:06靳立杰王繼林周漢文田明陽李春稼王子圣韓姍

山東國土資源 2021年8期

關鍵詞：變形

靳立杰，王繼林，周漢文，田明陽，李春稼，王子圣，韓姍 *

(1.山東省第一地質礦產勘查院, 山東濟南 250100;2.山東省富鐵礦勘查技術開發工程實驗室，山東濟南 250100; 3.中國冶金地質總局山東局測試中心,山東濟南 250100;4. 中國地質大學(武漢)，湖北武漢 430074)

0 引言

韌性剪切帶是巖石在塑性狀態下發生連續變形形成的狹窄高剪切應變帶[1]。韌性剪切帶中的巖石在造山帶縮短和巖石圈拉張、伸展過程中保存了大量的深部變形特征，是重建大陸變形過程中構造變形溫壓環境、變形幾何學、運動學和動力學的重要研究對象，也是造山帶研究的重要組成部分[2-4]。東秦嶺造山帶核部的網結狀走滑韌性剪切帶系統為一系列NWW向的韌性剪切帶[5]，雙龍韌性剪切帶屬于其剪切帶陣列中的一條，發育規模相對較大，對研究東秦嶺網結狀走滑韌性剪切帶的性質及變質變形環境具有一定的代表性。本文在野外地質調查的基礎上，對韌性剪切帶的巖石組成、剪切帶性質及變質變形環境進行了分析探討，為東秦嶺造山帶的構造演化提供變質變形環境方面的約束。

1 區域地質概況

秦嶺是華北板塊和揚子板塊的結合域，由不同成因、不同構造背景、不同年齡的巖層組成，是經歷了長期多次不同造山作用而形成的復合型大陸造山帶，在中國大陸的形成與演化中占有重要地位，長期以來受到廣泛的關注。東秦嶺造山帶歷經元古代的形成階段和加里東—印支期的韌性、脆性再造階段，在其邊緣及內部發育了一系列的韌性、脆韌性剪切帶。東秦嶺造山帶剪切帶陣列包括3個韌性剪切系統：秦嶺造山帶核部北緣軍馬河-馬蹄灣韌性推覆剪切系統、內部的網結狀走滑性韌性剪切系統、弱應變域中保留的近水平韌性剪切系統[3-7]。

雙龍韌性剪切帶地處河南省西峽縣雙龍鎮，構造位置上位于東秦嶺造山帶的核部、商丹斷裂帶和勉略斷裂帶之間，即揚子板塊和華北板塊兩大構造單元結合帶的核心部位(圖1)。雙龍韌性剪切帶是發育在東秦嶺造山帶核部一系列NWW向網結狀韌性剪切帶陣列中的一條。

1—秦嶺群；2—二郎坪群；3—寬坪群；4—三疊系上統；5—白堊系上統；6—閃長巖；7—花崗巖；8—糜棱巖；9—地層邊界；10—斷層；11—樣品位置圖1 雙龍地區地質簡圖[8]

2 巖石學特征

雙龍韌性剪切帶原巖為秦嶺群黑云斜長片麻巖，主要礦物為石英、長石及黑云母。剪切帶整體呈NWW向展布，出露寬度約100m。韌性剪切帶內巖石在動力變質作用的改造下發生了強烈的變質變形，由兩側到中心依次形成了初糜棱巖、糜棱巖、超糜棱巖、假玄武玻璃一系列動力變質巖(圖2)。韌性剪切帶內越靠近中心糜棱巖的流動構造越趨于明顯，碎斑的含量逐漸變少、粒度也逐漸變小，S-C面理的夾角也相應減小，甚至在超糜棱巖中出現了黑云母和石英的成分層。此外，在剪切帶的中心部位平行糜棱巖面理形成了一層厚約1cm的假玄武玻璃。

圖2 韌性剪切帶中初糜棱巖(a)、糜棱巖(b)和超糜棱巖(c)鏡下特征

剪切帶中糜棱巖面理較為發育，總體產狀為64°∠76°，并且在初糜棱巖、糜棱巖、超糜棱巖中存在大量旋轉碎斑及云母魚、S-C組構、動態重結晶石英等顯微構造。通過對這些構造特征進行研究，認為該韌性剪切帶為左行走滑剪切。

3 分析方法

本次研究對韌性剪切帶進行系統的野外調查及定向樣品采集，對其中具有代表性的樣品進行了顯微構造和石英的EBSD組構分析。其中石英、長石的顯微構造統計分析是通過顯微鏡進行；EBSD組構是在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室進行，EBSD的型號為HKL公司的Channel 5.0&Nordlys Ⅱ Detesctor，工作條件：加速電壓-20kV；工作距離-21.2mm；樣品傾斜70°；有效束流-5nA。

4 討論

4.1 顯微構造特征

在動力變質作用的影響下，韌性剪切帶發育從初糜棱巖到超糜棱巖一系列動力變質巖。這些動力變質巖中石英、長石及云母等礦物也發生了顯微構造變形，顯微構造現象十分豐富，主要有顯微裂隙(圖3a、圖3b)、變形紋(圖3c、圖3d)、變形帶(圖3e)、波狀消光(圖3f)、鼓脹式重結晶(圖3g)、石英亞顆粒(圖3h)、顆粒旋轉重結晶(圖3i)、云母魚(圖3j)、S-C組構(圖3k)和旋轉碎斑(圖3l)。其中定向樣品中的云母魚、S-C組構、旋轉碎斑及動態重結晶石英顆粒均指示該韌性剪切帶為左行剪切。

4.2 變質變形溫度

4.2.1 顯微構造特征判斷

溫度和壓力是影響巖石和礦物變形的重要因素，受到不同的變形機制控制，會顯示不同的變形行為和變形現象，因此可以根據礦物特定的變形現象來大體推斷其變形時的溫壓條件[9]。在韌性剪切帶中，由于糜棱巖化過程相對短暫、新生礦物大多無法達到共生平衡、且新生礦物的生長受原巖成分控制等原因，目前被廣泛使用的地質溫度計中很難找到適合于計算糜棱巖變形溫度的計算方法。而韌性剪切變形過程中，巖石中長石和石英的變形現象與溫度有很好的相關性，且在實際應用中取得了很好的效果[10]。

研究表明，長石礦物在300℃時完全表現為脆性變形，出現顯微破裂的現象；在500℃時則以塑性變形為主，出現塑性拉長現象；而脆—塑性變形的轉換溫度為400℃[11]。在300～700℃的溫度下重結晶形式會呈現晶粒鼓脹式重結晶(BLG)、亞顆粒旋轉重結晶(SGR)、顆粒邊界遷移重結晶(GBM)3個過程。石英重結晶由BLG向SGR轉變的溫度區間為380～420℃；在420～480℃以SGR存在；當溫度高于480℃時，SGR向GBM轉變；GBM獨立存在的溫度區間為530～630℃，此時石英殘斑幾乎消失[10，12]。

雙龍韌性剪切帶中石英變形現象以波狀消光、變形帶、變形紋等塑性變形為主，并發育少量的顯微裂隙等脆性變形現象。長石重結晶現象不明顯，有強烈的超細粒化現象；變形現象以顯微裂隙等脆性變形為主，局部可見塑性拉長、變形紋等塑性變形現象。

此外，雙龍韌性剪切帶中石英重結晶方式主要為顆粒邊界遷移重結晶，并伴有鼓脹式重結晶，含量略有差異；具體表現為從初糜棱巖、糜棱巖到超糜棱巖石英的顆粒邊界遷移重結晶比例逐漸增多，鼓脹式重結晶比例逐漸減少，指示剪切帶由兩側到中心變質溫度有升高趨勢。

結合前人的研究成果及巖石中礦物的變性特征推測變質變形溫度在400～480℃之間。

4.2.2 石英的EBSD組構特征判斷

溫度是眾多控制石英滑移系的因素中最重要的一種。研究表明，在T<400℃時，主要表現為底面(0001)滑動[13]，石英C軸圖組構表現為周緣點極密。當T在400～650℃時，各種滑移系同時發生活動，以底面滑移、菱面滑移和a柱面占主導地位[14]，石英的C軸組構圖表現為周緣點極密、小圓環帶、大圓環帶及其組合；隨著溫度的升高，a柱面滑移將占據主導地位[10]。當T>650℃時，C柱面滑移占主導地位，此時石英C軸組構圖為單一柱面滑移形成的中央點極。因此，通過對剪切帶中石英C軸的分布特征進行分析，可以用來分析石英的滑移晶系，進而對剪切帶的剪切指向、剪切溫度以及變形機制進行研究[15-16]。

圖4a、圖4b顯示：雙龍韌性剪切帶糜棱巖中石英C軸組構特相似，石英C軸組構圖表現為周緣點極密和小圓環帶結合，無明顯的大圓環帶。點極密分布于邊緣位置，部分點極密分布在圓周上，指示剪切作用變形過程中石英以底面滑移為主，存在少量的菱面滑移，不存在或存在極少量的柱面滑移。根據以往的研究成果，可以推測雙龍韌性剪切帶的變形溫度在400～500℃。