东秦岭造山带核部的韧性剪切系统

东秦岭造山带核部的韧性剪切系统

1s秦网走滑型韧性剪切带元古代近水平弯曲韧带主要发育在秦岭杂岩中、下片麻岩中或片麻岩与大理岩和钙硅岩变质界面的岩性界面上，这在弱变动区中得到了很好的保存。例如，寨根南部的球形片麻岩、秦岭-达赖地区的榴线片麻岩、马山口郭庄、白崖、黑龙牙地区的长英质片麻岩和大理岩之间的弹性切割带就是这样（图2）。每个刚性切割带有几个完整的米长，通常伴随着早期花岗岩脉和伟晶岩脉的入口。在血管和两侧的片麻岩中，有许多属于糊状化的细肤岩，形成了细肤岩和长英质苦武岩。此外，沿着切割带的方向可以看到细纹岩或细裂纹岩的变化。切割带的产状相对较慢，为1045。早期的扁平褶皱和最终的宽褶皱被重叠。军马河一马蹄湾韧性推覆剪切系统是秦岭杂岩之北缘构造边界,它使秦岭杂岩与北侧变质火山岩系在平面上并置而在剖面上叠置(图3.图4).剪切带呈北西西走向,在研究区内西起军马河,往东经小水大塘崖至夏馆马蹄湾,长百余公里.经追索,该剪切带向西可延至陕西商县,向东经桐柏山区的大河、信阳直至大别山北坡的马畈、百步岗一带,总长约700km.剪切带之主断面及宏观糜棱面理一律向南倾斜,倾角一般较缓,在军马河一带,主断面产状为235°∠35°,至小水下塘庄、板厂、北秋树湾及夏馆北马蹄湾等地,主断面倾角一般也在30°～45°,往东倾角略陡.主断面常发生不对称正弦弯曲.在底基主断面之上,发育了一系列次级弧型韧性断层,它们也一律向南倾斜.由远离主断面至近主断面,倾角由陡变缓,与主断面构成叠瓦状组合形式.剪切带宽1～3km,局部甚至更宽.带中构造混杂岩及各类糜棱岩广泛发育,塑性流动现象明显,并可见大小不一的鞘褶皱及片内无根褶皱等.沿剪切带还见许多花岗质、长英质脉体、硅质条带及白云质大理岩等能干性相对较强岩体的压扁、拉薄、剪切、旋转以至解体的变形分解和递进变形过程,以及由变形所形成的褶曲和香肠化现象.该韧性剪切系统之南界为原勾划的朱夏断裂,叠加有后期的脆性及韧脆性变形.秦岭杂岩内部发育了一系列NWW向走滑型韧性剪切带,组成网结状走滑型韧性剪切系统(图1、图3).其中规模较大的有寨根、上营、三道河、蛇尾、石曹沟,秦口、老庄、汪家坟、水利沟及板厂等剪切带.它们宽十几米至数百米不等,延长可达数十公里至数百公里.其主断面及糜棱面理一般向北陡倾,倾角在60°～80°左右,如蛇尾一带即为68°～78°.沿该韧性剪切系统还时见有小型辉长、闪长岩及红色花岗岩等岩体呈线状分布.前者被后者侵入,并见有混合岩化现象.它们或多或少发生了塑性变形.该系统内广泛发育各种糜棱岩,尤其是长英质糜棱岩.塑性流动现象明显,新生面理及线理发育.面理向北陡倾,线理近水平,侧伏角多小于30°.带中及两侧先存面理及线理受韧性牵引,方位发生改变,面理向xy面旋转,线理向x轴旋转,构造S型.据统计,在蛇尾韧性剪切带中,由边缘至中心,S秦岭杂岩南缘的寺坪一马山口韧性剪切带,是其南部构造边界.其走向亦为NWW,延长上百公里,宽20～50m.主断面大多向北倾,倾角在50°～70°左右,局部产状较缓,似秦岭杂岩推覆于南侧信阳群之上.沿该剪切带塑性流动现象及糜棱岩十分发育.从带内与韧性剪切作用有关的褶皱之构造降向.线理的近水平产状以及糜棱岩中的各种不对称显微构造等运动学标志判断,该剪切带以水平剪切运动为主,属走滑型韧性剪切系统,受后期脆性、韧脆性断裂活动影响,叠加了脆性、韧脆性变形作用.2剪切带内剪切面理结构在各韧性剪切系统内广泛发育了多种不同尺度的运动学标志,包括各种旋度标志(vorticityindicators)、剪切标志及应变标志(1.韧性剪切带内及两侧先存面理、线理及线状地质体受韧性牵引及旋转所发生的弯曲特点;2.韧性剪切带主断面及糜棱面理在递进变形过程中发育的弯曲之降向,以及主断面与次级断面或宏观糜棱面理间的排列组合方式;3.韧性剪切带内主断面附近伴生的不对称B型褶皱之降向以及小型鞘褶皱和A型线理的方位;4.构造混杂岩中砾石的排列方式,拖尾以及基质中新生面理邻近砾石边界处的弯曲特点:5.糜棱岩中的不对称碎斑系,包括σ型δ型碎斑系(图版Ⅱ-1,2)、碎斑中的书斜构造、碎斑中与剪切有关的出溶条纹的排列方式及其与c面理的关系(图版Ⅱ-6);6.不对称的压力影及旋转香肠体构造(图版Ⅱ-3);7.S-C糜棱岩中,S-C构造及云母鱼构造(图版Ⅱ-4);8.糜棱岩中动态重结晶颗粒的不对称边界突出(Asymmetrybulges).突出方向为剪切指向;9.矿物结晶学优选方位型式的不对称性(上述运动学标志在各韧性剪切系统中或多或少都有所发育.综合研究表明,秦岭杂岩北缘军马河一马蹄湾韧性推覆剪切系统主要经历了由南向北的逆冲推覆运动,而内部及南缘韧性剪切带所组成的走滑型韧性剪切系统则以水平或近水平的左旋剪切运动为主.3环境与动力学分析3.1底基断状变形岩东秦岭造山带核部的韧性剪切系统代表了地壳上的构造软化带或应变局部化带,其中发育了各种塑性变形岩石,包括构造混杂岩(tectonicmélange)和各类糜棱岩等,它们是地壳中深层次塑性流动作用的物质表现.构造混杂岩主要发育于北缘军马河—马蹄湾韧性推覆剪切系统中.它们由砾石或香肠体和基质组成,基本上都来源于秦岭杂岩及其分布范围内的岩石,是底基断面以上地体塑性变形的产物.砾石包括花岗质岩石、石英岩、白云质大理岩、杂质大理石.各类变粒岩及片麻岩等,还有部分长英质糜棱岩.基质主要为各种炭质、泥质及其它杂质大理岩,多已糜棱岩化.砾石大小不一,从几毫米至十几米,常呈透镜状、纺锤状、串珠状及各种不规则状,沿剪切带延伸方向定向排列.基质多围绕砾石呈纹层状或条带状分布,流状构造明显,且具显著的形态及结晶学优选方位.在砾石两侧还可见拖尾构造.糜棱岩在各韧性剪切系统中普遍发育.按原岩性质或矿物组合,可分为长英质、钙质及基性糜棱岩,其中以前二者较为多见.各类糜棱岩按糜棱岩化程度的不同,又可分为糜棱岩化岩石、初糜棱岩、糜棱岩及超糜棱岩,局部还有千糜岩和变晶糜棱岩.随着糜棱岩化程度的增强,岩石的塑性流动特征越来越明显,碎斑越来越少,且越来越小:基质越来越多,且动态重结晶程度越来越高,致使粒径越来越小.上述糜棱岩在各韧性剪切带中往往具明显的分带性,有时糜棱岩化中心不止一个,可形成彼此重叠的几套糜棱岩系(图6).糜棱岩按其形态还可划分为眼球状糜棱岩及S-C糜棱岩等.此外,在一些韧性剪切带中,尤其是早期近水平韧性剪切带中还可见到强直片麻岩(straightgneiss;3.2显微构造组合由各韧性剪切系统中的塑性变形岩石特征、变形显微构造组合、递进变形过程中形成的小型共轭韧性剪切带之夹角大小,结合糜棱岩之矿物共生分析,矿物地质温压计以及推覆过程中的降压反应及pTt轨迹研究(应变软化及应变局部化的结果,在东秦岭造山带核部各韧性剪切系统中形成了以位错滑动、位错蠕变及扩散蠕变为主要机制,以剪切.滑动、旋转、物质的迁移扩散以及动态恢复、动态重结晶等为表现形式的各种变形显微构造,包括各种矿物中的扭折、变形带及机械双晶,由碎斑(或残斑)与重结晶拖尾组成的σ型和δ型碎斑系(图版Ⅱ-1,2);还有压力影、香肠体构造(图版Ⅱ-3)、S-C构造、云母鱼(图版Ⅱ-4).书斜构造(或称多米诺骨牌构造)、镶嵌构造、核幔构造(图版Ⅱ-5)以及与韧性剪切变形有关的蠕英结构(多沿碱性长石缩短方向出现)和出溶条纹(图版Ⅱ-6)等.它们是塑性流动的微观表现.据研究,不同环境下形成的塑性变形岩石,有不同的显微构造组合(Bell,1973;糜棱岩的矿物共生分析表明,其基质的矿物组合代表了塑性变形时的组合.在各韧性剪切带中,原秦岭杂岩岩石发生了较明显的退变质,由原来的中、高角闪岩相退变为低角闪岩相至绿片岩相.由北缘韧性推覆剪切带基性糜棱岩及其旁侧具退变特征的角闪石(阳起石),斜长石矿物对及蛇尾韧性剪切带中的绿泥石-白云母矿物对所作的温压计算,结果分别为450～610℃,400MPa和430℃,300MPa,大致代表了糜棱岩形成时的温压上限与下限,即相当于低角闪岩相至绿片岩相条件(钟增球等,199).此外,由北缘韧性推覆剪切带中在递进变形过程中以宏观面理为形面所形成的小型共轭韧性剪切带的分析表明,其钝角为100°,对着压缩方向,大体相当于10km以下深处的产物(3.3波场特征结果在各韧性剪切系统中,由强烈的塑性流动,重复的面状构造置换和长期的应变分解作用,使其中的地质体及岩石遭受强烈应变.据板厂西强应变带内同构造花岗质脉体的有限应变测量表明,其长度比为0.19,e=-0.81,缩短量达81%.此外,沿脉体弯曲的轴面,还发育了新的面理.另外用Robin法对蛇尾及军马河一马蹄湾韧性剪切带中的石英碎斑作有限应变测量,所得弗林系数K值均在0.5～0.9范围内,表明应变属压扁球型(前述几何学及运动学分析已表明,沿北缘军马河一马蹄湾韧性剪切带曾发生由侧向挤压所产生的逆冲推覆运动,而内部蛇尾等韧性剪切带则以近水平剪切运动为主.显微应变分析也说明了这一点.据研究,不管体系大小,构造型式的对称性都反映了整体的应变方式(3.4理化意义上的韧性剪切带利用动态重结晶方解石和石英颗粒以及在TEM下测定的石英位错密度,运用Twiss(1977)及Weather等(1979)的古应力计,对东秦岭造山带核部具代表性的韧性剪切带作了差应力估算.结果表明,北缘军马河韧性推覆剪切带形成时之差异应力为151～49MPa,而蛇尾等走滑型韧性剪切带形成时之差异应力为94～50MPa,与糜棱岩化理论值和经验平均值(100MPa)大体一致(4推覆剪切带的地质意义如前所述,东秦岭造山带核部发育了3套韧性剪切系统,据其变形及变质作用待征,同位素地质年代学研究及其与其它地质体之间的关系,可大致确定发育序列.主要产于秦岭杂岩中下部的近水平韧性剪切系统,它们多与早期的平卧褶皱相伴生,或与片麻理或层理一起被卷入平卧褶皱,并被后期的开阔型褶皱所叠加.据研究,早期的平卧褶皱形成于元古代,与之伴生的韧性剪切带,也应为同期产物.军马河一马蹄湾韧性推覆剪切系统为秦岭杂岩与二郎坪群或丹矾窑群的构造边界.据化石组合、同位素年龄值及岩石组合、构造样式等研究,二郎坪群及丹矾窑群基本置于下古生界,这就大体确定了秦岭杂岩向北推覆的时代下限.位于推覆韧性剪切带北侧的黄花幔及玄山花岗岩体,其同位素年龄值分别为152Ma及150.4Ma,它们均未受韧性剪切带的影响,并截接该韧性剪切带,据此可确定该韧性剪切带的时代上限.此外,在马蹄湾、米坪及桑坪等地,局部见上三叠系陆相沉积地层不整合覆于由韧性推覆所形成的秦岭杂岩之变形岩石之上,而且在七里坪一带见年龄值为277.1Ma的五垛山花岗岩体之侵位受韧性推覆之构造边界控制而又没发生塑性变形.这些都说明了军马河一马蹄湾韧性推覆剪切系统的主要形成时期大约是加里东晚期至海西早期.在加里东时期,已固结的秦岭杂岩受到强烈的韧性再造作用,伴随有链状火成岩体的侵入和变质作用乃至混合岩化作用,使造山带核部整体密度下降,导致秦岭杂岩的“上浮”,并向北逆冲推覆,使韧性再造作用达到高峰.地质年代学及pTt轨迹研究也证实了这一推覆事件(北缘韧性推覆剪切系统形成之后,随着地壳应力的进一步释放,又形成了秦岭杂岩内部的走滑型韧性剪切系统.它们切割了秦岭杂岩中的三期褶皱及年龄值为397.6Ma的黑云闪长岩体,但被玄山花岗斑岩体所截接,估计形成于海西一印支期.5微观构造特征综上所述,可得出下列初步结论:1.在东秦岭造山带核部秦岭杂岩分布范围内,已识别出3套韧性剪切系统,即元古代近水平韧性剪切系统,加里东一海西期军马河一马蹄湾韧性推覆剪切系统和海西一印支期网结状走滑型韧性剪切系统.这些韧性剪切系统与包容其间的透镜状弱应变域的规律组合,是东秦岭造山带核部乃至整个秦岭造山带核部的基本构造样式.2.各韧性剪切系统内部结构复杂,变形分解作用和塑性流动特征明显,构造混杂岩和糜棱岩等塑性变形岩石及其显微构造发育,代表了地壳中不同尺度上的构造软化带或应变局部化带.3.3套韧性剪切系统的几何学、运动学及动力学特点各不相同,有推覆型和走滑型的,也有以沿面理间近水平滑动为主的,反映了造山带核部在形成和演化过程中,尤其是在韧性再造过程中的复杂应变图像.4.由糜棱岩及显微构造组合,矿物温压计计算及糜棱岩矿物共生分析,可推断军马河一马蹄湾韧性推覆剪切系统及网结状走滑型韧性剪切系统的形成环境相当于低角闪岩相至绿片岩相,是造山带变质杂岩中深层次应变软化作用的必然结果.本文由地矿部“秦巴地区七五攻关项目”资助,野外工作期间得到河南省地矿局第