東秦嶺造山帶核部的韌性剪切系統(tǒng)

東秦嶺造山帶核部的韌性剪切系統(tǒng)

1s秦網(wǎng)走滑型韌性剪切帶元古代近水平彎曲韌帶主要發(fā)育在秦嶺雜巖中、下片麻巖中或片麻巖與大理巖和鈣硅巖變質(zhì)界面的巖性界面上，這在弱變動區(qū)中得到了很好的保存。例如，寨根南部的球形片麻巖、秦嶺-達賴地區(qū)的榴線片麻巖、馬山口郭莊、白崖、黑龍牙地區(qū)的長英質(zhì)片麻巖和大理巖之間的彈性切割帶就是這樣（圖2）。每個剛性切割帶有幾個完整的米長，通常伴隨著早期花崗巖脈和偉晶巖脈的入口。在血管和兩側(cè)的片麻巖中，有許多屬于糊狀化的細膚巖，形成了細膚巖和長英質(zhì)苦武巖。此外，沿著切割帶的方向可以看到細紋巖或細裂紋巖的變化。切割帶的產(chǎn)狀相對較慢，為1045。早期的扁平褶皺和最終的寬褶皺被重疊。軍馬河一馬蹄灣韌性推覆剪切系統(tǒng)是秦嶺雜巖之北緣構(gòu)造邊界,它使秦嶺雜巖與北側(cè)變質(zhì)火山巖系在平面上并置而在剖面上疊置(圖3.圖4).剪切帶呈北西西走向,在研究區(qū)內(nèi)西起軍馬河,往東經(jīng)小水大塘崖至夏館馬蹄灣,長百余公里.經(jīng)追索,該剪切帶向西可延至陜西商縣,向東經(jīng)桐柏山區(qū)的大河、信陽直至大別山北坡的馬畈、百步崗一帶,總長約700km.剪切帶之主斷面及宏觀糜棱面理一律向南傾斜,傾角一般較緩,在軍馬河一帶,主斷面產(chǎn)狀為235°∠35°,至小水下塘莊、板廠、北秋樹灣及夏館北馬蹄灣等地,主斷面傾角一般也在30°～45°,往東傾角略陡.主斷面常發(fā)生不對稱正弦彎曲.在底基主斷面之上,發(fā)育了一系列次級弧型韌性斷層,它們也一律向南傾斜.由遠離主斷面至近主斷面,傾角由陡變緩,與主斷面構(gòu)成疊瓦狀組合形式.剪切帶寬1～3km,局部甚至更寬.帶中構(gòu)造混雜巖及各類糜棱巖廣泛發(fā)育,塑性流動現(xiàn)象明顯,并可見大小不一的鞘褶皺及片內(nèi)無根褶皺等.沿剪切帶還見許多花崗質(zhì)、長英質(zhì)脈體、硅質(zhì)條帶及白云質(zhì)大理巖等能干性相對較強巖體的壓扁、拉薄、剪切、旋轉(zhuǎn)以至解體的變形分解和遞進變形過程,以及由變形所形成的褶曲和香腸化現(xiàn)象.該韌性剪切系統(tǒng)之南界為原勾劃的朱夏斷裂,疊加有后期的脆性及韌脆性變形.秦嶺雜巖內(nèi)部發(fā)育了一系列NWW向走滑型韌性剪切帶,組成網(wǎng)結(jié)狀走滑型韌性剪切系統(tǒng)(圖1、圖3).其中規(guī)模較大的有寨根、上營、三道河、蛇尾、石曹溝,秦口、老莊、汪家墳、水利溝及板廠等剪切帶.它們寬十幾米至數(shù)百米不等,延長可達數(shù)十公里至數(shù)百公里.其主斷面及糜棱面理一般向北陡傾,傾角在60°～80°左右,如蛇尾一帶即為68°～78°.沿該韌性剪切系統(tǒng)還時見有小型輝長、閃長巖及紅色花崗巖等巖體呈線狀分布.前者被后者侵入,并見有混合巖化現(xiàn)象.它們或多或少發(fā)生了塑性變形.該系統(tǒng)內(nèi)廣泛發(fā)育各種糜棱巖,尤其是長英質(zhì)糜棱巖.塑性流動現(xiàn)象明顯,新生面理及線理發(fā)育.面理向北陡傾,線理近水平,側(cè)伏角多小于30°.帶中及兩側(cè)先存面理及線理受韌性牽引,方位發(fā)生改變,面理向xy面旋轉(zhuǎn),線理向x軸旋轉(zhuǎn),構(gòu)造S型.據(jù)統(tǒng)計,在蛇尾韌性剪切帶中,由邊緣至中心,S秦嶺雜巖南緣的寺坪一馬山口韌性剪切帶,是其南部構(gòu)造邊界.其走向亦為NWW,延長上百公里,寬20～50m.主斷面大多向北傾,傾角在50°～70°左右,局部產(chǎn)狀較緩,似秦嶺雜巖推覆于南側(cè)信陽群之上.沿該剪切帶塑性流動現(xiàn)象及糜棱巖十分發(fā)育.從帶內(nèi)與韌性剪切作用有關(guān)的褶皺之構(gòu)造降向.線理的近水平產(chǎn)狀以及糜棱巖中的各種不對稱顯微構(gòu)造等運動學標志判斷,該剪切帶以水平剪切運動為主,屬走滑型韌性剪切系統(tǒng),受后期脆性、韌脆性斷裂活動影響,疊加了脆性、韌脆性變形作用.2剪切帶內(nèi)剪切面理結(jié)構(gòu)在各韌性剪切系統(tǒng)內(nèi)廣泛發(fā)育了多種不同尺度的運動學標志,包括各種旋度標志(vorticityindicators)、剪切標志及應(yīng)變標志(1.韌性剪切帶內(nèi)及兩側(cè)先存面理、線理及線狀地質(zhì)體受韌性牽引及旋轉(zhuǎn)所發(fā)生的彎曲特點;2.韌性剪切帶主斷面及糜棱面理在遞進變形過程中發(fā)育的彎曲之降向,以及主斷面與次級斷面或宏觀糜棱面理間的排列組合方式;3.韌性剪切帶內(nèi)主斷面附近伴生的不對稱B型褶皺之降向以及小型鞘褶皺和A型線理的方位;4.構(gòu)造混雜巖中礫石的排列方式,拖尾以及基質(zhì)中新生面理鄰近礫石邊界處的彎曲特點:5.糜棱巖中的不對稱碎斑系,包括σ型δ型碎斑系(圖版Ⅱ-1,2)、碎斑中的書斜構(gòu)造、碎斑中與剪切有關(guān)的出溶條紋的排列方式及其與c面理的關(guān)系(圖版Ⅱ-6);6.不對稱的壓力影及旋轉(zhuǎn)香腸體構(gòu)造(圖版Ⅱ-3);7.S-C糜棱巖中,S-C構(gòu)造及云母魚構(gòu)造(圖版Ⅱ-4);8.糜棱巖中動態(tài)重結(jié)晶顆粒的不對稱邊界突出(Asymmetrybulges).突出方向為剪切指向;9.礦物結(jié)晶學優(yōu)選方位型式的不對稱性(上述運動學標志在各韌性剪切系統(tǒng)中或多或少都有所發(fā)育.綜合研究表明,秦嶺雜巖北緣軍馬河一馬蹄灣韌性推覆剪切系統(tǒng)主要經(jīng)歷了由南向北的逆沖推覆運動,而內(nèi)部及南緣韌性剪切帶所組成的走滑型韌性剪切系統(tǒng)則以水平或近水平的左旋剪切運動為主.3環(huán)境與動力學分析3.1底基斷狀變形巖東秦嶺造山帶核部的韌性剪切系統(tǒng)代表了地殼上的構(gòu)造軟化帶或應(yīng)變局部化帶,其中發(fā)育了各種塑性變形巖石,包括構(gòu)造混雜巖(tectonicmélange)和各類糜棱巖等,它們是地殼中深層次塑性流動作用的物質(zhì)表現(xiàn).構(gòu)造混雜巖主要發(fā)育于北緣軍馬河—馬蹄灣韌性推覆剪切系統(tǒng)中.它們由礫石或香腸體和基質(zhì)組成,基本上都來源于秦嶺雜巖及其分布范圍內(nèi)的巖石,是底基斷面以上地體塑性變形的產(chǎn)物.礫石包括花崗質(zhì)巖石、石英巖、白云質(zhì)大理巖、雜質(zhì)大理石.各類變粒巖及片麻巖等,還有部分長英質(zhì)糜棱巖.基質(zhì)主要為各種炭質(zhì)、泥質(zhì)及其它雜質(zhì)大理巖,多已糜棱巖化.礫石大小不一,從幾毫米至十幾米,常呈透鏡狀、紡錘狀、串珠狀及各種不規(guī)則狀,沿剪切帶延伸方向定向排列.基質(zhì)多圍繞礫石呈紋層狀或條帶狀分布,流狀構(gòu)造明顯,且具顯著的形態(tài)及結(jié)晶學優(yōu)選方位.在礫石兩側(cè)還可見拖尾構(gòu)造.糜棱巖在各韌性剪切系統(tǒng)中普遍發(fā)育.按原巖性質(zhì)或礦物組合,可分為長英質(zhì)、鈣質(zhì)及基性糜棱巖,其中以前二者較為多見.各類糜棱巖按糜棱巖化程度的不同,又可分為糜棱巖化巖石、初糜棱巖、糜棱巖及超糜棱巖,局部還有千糜巖和變晶糜棱巖.隨著糜棱巖化程度的增強,巖石的塑性流動特征越來越明顯,碎斑越來越少,且越來越小:基質(zhì)越來越多,且動態(tài)重結(jié)晶程度越來越高,致使粒徑越來越小.上述糜棱巖在各韌性剪切帶中往往具明顯的分帶性,有時糜棱巖化中心不止一個,可形成彼此重疊的幾套糜棱巖系(圖6).糜棱巖按其形態(tài)還可劃分為眼球狀糜棱巖及S-C糜棱巖等.此外,在一些韌性剪切帶中,尤其是早期近水平韌性剪切帶中還可見到強直片麻巖(straightgneiss;3.2顯微構(gòu)造組合由各韌性剪切系統(tǒng)中的塑性變形巖石特征、變形顯微構(gòu)造組合、遞進變形過程中形成的小型共軛韌性剪切帶之夾角大小,結(jié)合糜棱巖之礦物共生分析,礦物地質(zhì)溫壓計以及推覆過程中的降壓反應(yīng)及pTt軌跡研究(應(yīng)變軟化及應(yīng)變局部化的結(jié)果,在東秦嶺造山帶核部各韌性剪切系統(tǒng)中形成了以位錯滑動、位錯蠕變及擴散蠕變?yōu)橹饕獧C制,以剪切.滑動、旋轉(zhuǎn)、物質(zhì)的遷移擴散以及動態(tài)恢復(fù)、動態(tài)重結(jié)晶等為表現(xiàn)形式的各種變形顯微構(gòu)造,包括各種礦物中的扭折、變形帶及機械雙晶,由碎斑(或殘斑)與重結(jié)晶拖尾組成的σ型和δ型碎斑系(圖版Ⅱ-1,2);還有壓力影、香腸體構(gòu)造(圖版Ⅱ-3)、S-C構(gòu)造、云母魚(圖版Ⅱ-4).書斜構(gòu)造(或稱多米諾骨牌構(gòu)造)、鑲嵌構(gòu)造、核幔構(gòu)造(圖版Ⅱ-5)以及與韌性剪切變形有關(guān)的蠕英結(jié)構(gòu)(多沿堿性長石縮短方向出現(xiàn))和出溶條紋(圖版Ⅱ-6)等.它們是塑性流動的微觀表現(xiàn).據(jù)研究,不同環(huán)境下形成的塑性變形巖石,有不同的顯微構(gòu)造組合(Bell,1973;糜棱巖的礦物共生分析表明,其基質(zhì)的礦物組合代表了塑性變形時的組合.在各韌性剪切帶中,原秦嶺雜巖巖石發(fā)生了較明顯的退變質(zhì),由原來的中、高角閃巖相退變?yōu)榈徒情W巖相至綠片巖相.由北緣韌性推覆剪切帶基性糜棱巖及其旁側(cè)具退變特征的角閃石(陽起石),斜長石礦物對及蛇尾韌性剪切帶中的綠泥石-白云母礦物對所作的溫壓計算,結(jié)果分別為450～610℃,400MPa和430℃,300MPa,大致代表了糜棱巖形成時的溫壓上限與下限,即相當于低角閃巖相至綠片巖相條件(鐘增球等,199).此外,由北緣韌性推覆剪切帶中在遞進變形過程中以宏觀面理為形面所形成的小型共軛韌性剪切帶的分析表明,其鈍角為100°,對著壓縮方向,大體相當于10km以下深處的產(chǎn)物(3.3波場特征結(jié)果在各韌性剪切系統(tǒng)中,由強烈的塑性流動,重復(fù)的面狀構(gòu)造置換和長期的應(yīng)變分解作用,使其中的地質(zhì)體及巖石遭受強烈應(yīng)變.據(jù)板廠西強應(yīng)變帶內(nèi)同構(gòu)造花崗質(zhì)脈體的有限應(yīng)變測量表明,其長度比為0.19,e=-0.81,縮短量達81%.此外,沿脈體彎曲的軸面,還發(fā)育了新的面理.另外用Robin法對蛇尾及軍馬河一馬蹄灣韌性剪切帶中的石英碎斑作有限應(yīng)變測量,所得弗林系數(shù)K值均在0.5～0.9范圍內(nèi),表明應(yīng)變屬壓扁球型(前述幾何學及運動學分析已表明,沿北緣軍馬河一馬蹄灣韌性剪切帶曾發(fā)生由側(cè)向擠壓所產(chǎn)生的逆沖推覆運動,而內(nèi)部蛇尾等韌性剪切帶則以近水平剪切運動為主.顯微應(yīng)變分析也說明了這一點.據(jù)研究,不管體系大小,構(gòu)造型式的對稱性都反映了整體的應(yīng)變方式(3.4理化意義上的韌性剪切帶利用動態(tài)重結(jié)晶方解石和石英顆粒以及在TEM下測定的石英位錯密度,運用Twiss(1977)及Weather等(1979)的古應(yīng)力計,對東秦嶺造山帶核部具代表性的韌性剪切帶作了差應(yīng)力估算.結(jié)果表明,北緣軍馬河韌性推覆剪切帶形成時之差異應(yīng)力為151～49MPa,而蛇尾等走滑型韌性剪切帶形成時之差異應(yīng)力為94～50MPa,與糜棱巖化理論值和經(jīng)驗平均值(100MPa)大體一致(4推覆剪切帶的地質(zhì)意義如前所述,東秦嶺造山帶核部發(fā)育了3套韌性剪切系統(tǒng),據(jù)其變形及變質(zhì)作用待征,同位素地質(zhì)年代學研究及其與其它地質(zhì)體之間的關(guān)系,可大致確定發(fā)育序列.主要產(chǎn)于秦嶺雜巖中下部的近水平韌性剪切系統(tǒng),它們多與早期的平臥褶皺相伴生,或與片麻理或?qū)永硪黄鸨痪砣肫脚P褶皺,并被后期的開闊型褶皺所疊加.據(jù)研究,早期的平臥褶皺形成于元古代,與之伴生的韌性剪切帶,也應(yīng)為同期產(chǎn)物.軍馬河一馬蹄灣韌性推覆剪切系統(tǒng)為秦嶺雜巖與二郎坪群或丹礬窯群的構(gòu)造邊界.據(jù)化石組合、同位素年齡值及巖石組合、構(gòu)造樣式等研究,二郎坪群及丹礬窯群基本置于下古生界,這就大體確定了秦嶺雜巖向北推覆的時代下限.位于推覆韌性剪切帶北側(cè)的黃花幔及玄山花崗巖體,其同位素年齡值分別為152Ma及150.4Ma,它們均未受韌性剪切帶的影響,并截接該韌性剪切帶,據(jù)此可確定該韌性剪切帶的時代上限.此外,在馬蹄灣、米坪及桑坪等地,局部見上三疊系陸相沉積地層不整合覆于由韌性推覆所形成的秦嶺雜巖之變形巖石之上,而且在七里坪一帶見年齡值為277.1Ma的五垛山花崗巖體之侵位受韌性推覆之構(gòu)造邊界控制而又沒發(fā)生塑性變形.這些都說明了軍馬河一馬蹄灣韌性推覆剪切系統(tǒng)的主要形成時期大約是加里東晚期至海西早期.在加里東時期,已固結(jié)的秦嶺雜巖受到強烈的韌性再造作用,伴隨有鏈狀火成巖體的侵入和變質(zhì)作用乃至混合巖化作用,使造山帶核部整體密度下降,導(dǎo)致秦嶺雜巖的“上浮”,并向北逆沖推覆,使韌性再造作用達到高峰.地質(zhì)年代學及pTt軌跡研究也證實了這一推覆事件(北緣韌性推覆剪切系統(tǒng)形成之后,隨著地殼應(yīng)力的進一步釋放,又形成了秦嶺雜巖內(nèi)部的走滑型韌性剪切系統(tǒng).它們切割了秦嶺雜巖中的三期褶皺及年齡值為397.6Ma的黑云閃長巖體,但被玄山花崗斑巖體所截接,估計形成于海西一印支期.5微觀構(gòu)造特征綜上所述,可得出下列初步結(jié)論:1.在東秦嶺造山帶核部秦嶺雜巖分布范圍內(nèi),已識別出3套韌性剪切系統(tǒng),即元古代近水平韌性剪切系統(tǒng),加里東一海西期軍馬河一馬蹄灣韌性推覆剪切系統(tǒng)和海西一印支期網(wǎng)結(jié)狀走滑型韌性剪切系統(tǒng).這些韌性剪切系統(tǒng)與包容其間的透鏡狀弱應(yīng)變域的規(guī)律組合,是東秦嶺造山帶核部乃至整個秦嶺造山帶核部的基本構(gòu)造樣式.2.各韌性剪切系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,變形分解作用和塑性流動特征明顯,構(gòu)造混雜巖和糜棱巖等塑性變形巖石及其顯微構(gòu)造發(fā)育,代表了地殼中不同尺度上的構(gòu)造軟化帶或應(yīng)變局部化帶.3.3套韌性剪切系統(tǒng)的幾何學、運動學及動力學特點各不相同,有推覆型和走滑型的,也有以沿面理間近水平滑動為主的,反映了造山帶核部在形成和演化過程中,尤其是在韌性再造過程中的復(fù)雜應(yīng)變圖像.4.由糜棱巖及顯微構(gòu)造組合,礦物溫壓計計算及糜棱巖礦物共生分析,可推斷軍馬河一馬蹄灣韌性推覆剪切系統(tǒng)及網(wǎng)結(jié)狀走滑型韌性剪切系統(tǒng)的形成環(huán)境相當于低角閃巖相至綠片巖相,是造山帶變質(zhì)雜巖中深層次應(yīng)變軟化作用的必然結(jié)果.本文由地礦部“秦巴地區(qū)七五攻關(guān)項目”資助,野外工作期間得到河南省地礦局第