西天山那拉提-红柳河缝合带构造组合样式与变形分析

西天山那拉提-红柳河缝合带构造组合样式与变形分析

那拉提-红柳河缝合带是哈萨克斯坦-准噶尔板块和塔里木-华北板块之间的构造缝合带。在西天山区，北缘为那拉提北缘的深断裂（塔拉斯托纳-布莱克-那拉提北缘的拉拉-登坂线），南缘为那拉提南缘的深断裂（哈萨克斯坦-艾什-伊内切克-尤布齐-南缘的科米什一线）。从宏观上看，这是一个向北突出的拱形。东西方向的方向是从北到南，从东到东延伸到甘肃。总的来说，它大约延伸1000公里（图1）。红柳河缝合带形成于晚古生代，由于挤压、切割和自身水平挤压以及地壳中的强烈收缩，地壳受到挤压、切割和变形的强烈收缩。带内及两侧前震旦纪基底岩系、陆地缘盆地沉积岩系和岛拱形侵蚀岩系的强烈断裂和脆弱变形，以及多时、多属性、多规模、多层次变形。不同的科学家反复讨论了该带的结构单元模式和变形机制，但不同的观点是不同的。1组合构造特征1.1造山带结构特点那拉提-红柳河缝合带主要构造样式为巨型韧-韧脆性挤压-剪切构造系统,与线性高强应变带(应变局部化带)-韧性剪切带相比,这种巨型韧-韧脆性挤压-剪切构造系统具尺度更大和韧性面理透入性更强特点,以网结状组构的糜棱面理带形式平行造山带走向展布,边界被同期形成的线性强应变带(深断裂)所围限,其形成机制归结于转换压缩(压剪)变形.转换压缩变形是板块斜向碰撞的一种表现,是挤压变形与走向滑动变形综合图象.西天山造山带表现为垂直造山带延长方向发生缩短、增厚作用及平行造山带延长方向剪切变形,介于挤压变形与走滑变形中间地位,主要构造作用从垂直造山带延长方向挤压变形开始,至走滑变形结束,造山过程中物质运动方向逐渐变化,其几何学特点见图2.1.2断裂构造背景分析在拉提-红柳河缝合带内与外拉提北缘晚断裂走滑构造系统是板块会聚碰撞期转换压缩变形递进发展的产物,主要沿深断裂及派生次级断裂组合发育,是主造山期后均衡调整过程中重要构造样式,具由韧性走滑向韧脆性走滑渐变过渡特点,后期继承性活动是其主要特色.那拉提-红柳河缝合带边缘那拉提南北缘深断裂在后碰撞期形成走滑断裂系最典型,剖面上由一系列次级冲断裂向上分叉撒开,构成正花状构造(相当于转换压缩变形中平行于Z轴的伸长),各次级断裂汇合部位为处于较深构造层次以韧性走滑活动为主,向上则逐渐过渡为韧脆性走滑活动那拉提北缘深断裂韧性剪切带内发育的近水平拉伸线理代表了其在后碰撞期左行走滑运动学特征.那拉提北缘深断裂后碰撞期派生的次级断裂在陆-陆叠覆造山期出现继承性逆冲活动,与主断裂构成叠瓦状逆冲构造系(图3).2地壳拉张作用志留纪形成的南天山洋壳向北俯冲闭合使原塔里木北部被动大陆边缘发生地壳拉张作用,其中陆缘部分被解体,构成继续向伊犁-伊赛克湖微板块下俯冲的南天山微板块3微观构造特征剪切带内以平面剪切应变和塑性流动为主,主要构造形迹组合为:剪切面理(Sc面理和Ss面理)、拉伸线理、剪切流变褶皱(包括鞘褶皱)、小型韧性断层、反向剪切条带、剪切分层构造、粘滞性石香肠构造、构造透镜体化粗大线理、σ型长石旋转碎斑系等(图4).剪切带内构造岩显微尺度多见σ型长石旋转碎斑系、石英多晶条带S-C组构、多米诺骨牌构造、长石碎斑帚状构造、石英鱼构造、石英拖尾构造、压力影构造等.综上宏观与微观剪切指向标志,通过构造解析进行构造形迹组合配套,认为剪切带构造运动特征可归纳为3个主要阶段:早期(也即主期)活动以逆冲推覆型韧性剪切为主,运动学方向为上盘自SE向NW逆冲(略具右旋走滑分量);中期活动以正向斜滑脆韧性剪切活动为主,运动方向为上盘自NE向SW滑落(略具右旋走滑分量);晚期活动以韧脆性左旋走滑剪切为主,运动方向为南盘(上盘)自西向东或自SWW向NEE走滑.4微观组构特征那拉提-红柳河缝合带内主要变形实体为前震旦纪基底岩系古元古代木札尔特岩群(火山岩建造)和志留纪混源序列同构造侵入体,两侧陆缘盆地中上志留统(科克铁克达坂组碎屑岩夹碳酸盐岩建造和巴音布鲁克组碎屑岩-碳酸盐岩夹火山岩建造)亦卷入变形,上述岩系受同碰撞期韧性再造形成各类糜棱岩:包括各类糜棱岩化岩石、斜长石英质糜棱岩、绿帘长英质糜棱岩、石英二长质糜棱岩、绿泥斜长质糜棱岩、绿泥长英质糜棱岩、斜长角闪质糜棱岩(退变质作用产物)、黑云斜长质糜棱岩、石英方解质糜棱岩、绿帘石英角闪二长质糜棱岩、绢云长英质糜棱岩、石英二长质超糜棱岩、绢云长英质超糜棱岩及变晶糜棱岩等.显微尺度观察,石英大部分发生动态重结晶作用,类型主要为亚颗粒旋转重结晶和颗粒边界的嵌入式重结晶,局部发生静态重结晶,波状消光、亚颗粒、蠕英结构明显,偶见带状消光现象,石英多晶条带S-C组构发育,拖尾构造局部发育.长石广泛发育机械双晶、破裂纹,眼球状长石残斑多见,显微尺度可见双晶扭折弯曲等晶内变形行为,长石残斑多发育压力影、多米诺骨牌构造及帚状构造等,偶见波状消光等塑性变形行为.据相关学者研究判别标准5构造动态结构流变量的性能5.1左行剪切特征对那拉提-红柳河缝合带边界深断裂带内糜棱岩样品的石英C轴岩组分析表明:那拉提北缘深断裂阿登布拉克一带,石英亚颗粒组构以中温菱柱面组构为主,剪切温度350℃~550℃,极密显示左行剪切;那拉提北缘深断裂拉尔敦达坂一带,石英亚颗粒组构以中温菱面组构为主,剪切温度350℃~450℃,菱面滑移显示左行剪切特征;那拉提南缘深断裂琼阿乌孜一带,绿泥黑云石英二长质糜棱岩石英亚颗粒组构以中温菱柱面组构为主,剪切温度350℃~450℃,极密显示左行剪切,而重结晶长英质糜棱岩中除发育中温菱面组构外,还发育一组底面滑移的低温底面C轴极密组构,剪切温度小于350℃,剪切面与X轴夹角30°,剪切应力值1.15,两种组构剪切方向均为左行由上述石英C轴组构特征结合拉伸线理产状分析(表1),那拉提-红柳河缝合带边界深断裂在同碰撞造山期转换压缩变形至碰撞后均衡调整过程中始终以左旋走滑的方式调节应变,在构造层次逐渐由韧性变形阶段向韧脆性变形阶段转化过程中这一运动方式亦未发生改变.造山期转换压缩变形至碰撞后均衡调整过程中始终以左旋走滑的方式调节应变,在构造层次逐渐由韧性变形阶段向韧脆性变形阶段转化过程中这一运动方式亦未发生改变.5.2构造岩应变速率估算古应力值估算利用石英动态重结晶晶粒大小估算稳态流动过程中差异应力值,二者满足:σ-σ其中:A,m——常数;以上说明那拉提-红柳河缝合带在碰撞造山期所经受的古差异应力值为66.20~139.74MPa.一般深蚀韧性剪切变形带以此法所得地壳差异应力值为20~200MPa古应变速率估算岩石在稳态流变时,应变速率(ε)与差异应力(Δσ)和温度存在下列关系:由此推算平均应变速率如下:T=425℃Δσ=66.20Ma时,ε=6.27×10Δσ=139.74Ma时,ε=5.90×10由此可见,那拉提-红柳河缝合带内部构造岩平均应变速率估算值为2.17×105.3有限变形分析本次有限应变测量使用Rf/φ法5.4剪切变形时的wk涡度在构造地质学中主要用于应变非共轴程度确定,本文采用定量化程度最高极摩尔圆法测定涡度值.在剪切变形中,完全为纯剪切变形时,Wk=0;完全为简单剪切变形时,Wk=1.在通常剪切变形过程中,涡度值介于0和1,当Wk=0.75时表示纯剪切与简单剪切作用相等综上所述,笔者认为那拉提-红柳河缝合带中段(区域上弧形构造的顶部)是塔里木板块与准噶尔板块汇聚碰撞过程中挤压应力最集中部位,即中段为首撞点,逐渐向东西两侧扩展,挤压应力逐渐减弱,是两大板块在晚古生代早期斜向碰撞的佐证.缝合带内岩石变形形迹主要是转换压缩变形记录,表明该带主体形成于两大板块同碰撞期,是碰撞造山期构造产物.5.5逆冲推覆动力学分析结合前述构造特征和区域地球动力学背景分析,笔者认为那拉提-红柳河缝合带早期活动构造背景为南天山洋壳俯冲闭合后,其上部块体向伊犁-伊赛克湖微板块上仰冲,总体为收缩机制下大规模韧性逆冲推覆活动,与同碰撞造山期相对应.碰撞造山结束后区域应力场松弛阶段,碰撞造山带伸展垮塌,沿缝合带产生伸展机制下脆韧性正向斜滑剪切活动,后造山阶段边界深大断裂大规模走滑,缝合带内出现同向韧脆性左旋走滑剪切活动(图6).6拉提-红柳河缝合带(1)那拉提-红柳河缝合带主要构造样式为巨型韧-韧脆性挤压-剪切构造系统,后期递进变形为走滑构造系统,主导变形机制为中深层次的转换压缩变形,主变形期对应于晚泥盆世至早石炭世初哈萨克斯坦-准噶尔板块伊犁-伊赛克湖微板块与塔里木-华北板块南天山微板块间斜向陆陆碰撞.(2)那拉提-红柳河缝合带构造几何学上表现为网结状组构,局部具平行线式阵列.宏观上其中段强变形带最发育,向东西两端弱应变域所占比重加大.(3)那拉提-红柳河缝合带构造运动学特点为:早期(主碰撞期)活动以逆冲推覆型韧性剪切为主;中期(碰撞后期)以正向斜滑的脆韧性剪切活动为主;晚期(后碰撞期)以韧脆性左旋走滑剪切为主.(4)那拉提-红柳河缝合带的变形环境主要集中在中低绿片岩相,变形温度为300℃~450℃,中段局部达到中高绿片岩相,其内部自中段向东西两端变形温度有逐渐降低的趋势;围限缝合带边缘深断裂带变形温度为350℃~500℃,变形环境以中高绿片岩相为主,总体高于缝合带内部糜棱岩系.(5)那拉提-红柳河缝合带在碰撞造山期古差异应力值为66.20~139.74MPa,与一般剪切带相比,具造山带尺度的巨型构造动力特征,其内部及边界深断裂构造岩的应变速率明显低于一般构造岩.(6)那拉提-红柳河缝合带内及边缘深断裂内构造岩剪切类型以压扁机制下纯剪切变形为主,辅以简单剪切变形,