內(nèi)蒙古大青山北公益明—高家村逆沖型韌性變形帶特征及其地質(zhì)意義

2013-03-26 03:26蔣職權(quán)李滿環(huán)

吉林地質(zhì) 2013年1期

蔣職權(quán)，李滿環(huán)，李營(yíng)

1.內(nèi)蒙古自治區(qū)第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查院，內(nèi)蒙古呼和浩特017000;2.吉林省地礦信息中心，吉林長(zhǎng)春130061；3.吉林省勘查地球物理研究院, 吉林長(zhǎng)春 130012

大青山地區(qū)大體上位于內(nèi)蒙古包頭—呼和浩特市之間，該區(qū)域早前寒武紀(jì)巖石地層廣泛發(fā)育（圖1）。依據(jù)最新的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果，研究區(qū)早前寒武紀(jì)基底地層主要被劃分為太古代興和巖群、烏拉山巖群和太古代色爾騰山巖群，古元古代美岱召巖群與太古代紫蘇花崗巖、新太古代侵入體、古元古代侵入體等一起構(gòu)成研究區(qū)的早前寒武紀(jì)基底巖石[1-5]。研究就區(qū)南部為高級(jí)區(qū)，經(jīng)歷高角閃巖相到麻粒巖巖相變質(zhì)作用改造，構(gòu)造樣式復(fù)雜，存在著近水平順層滑脫構(gòu)造、穹褶構(gòu)造和近東西向陡傾葉理帶3種主要的構(gòu)造形式。北部為花崗綠巖帶，有色爾滕山巖群和太古代花崗巖組成。在綠巖帶與高級(jí)區(qū)之間發(fā)育一條韌性變形的逆沖型韌性變形帶，在大青山北部公益明-高家村一帶出露較好。本文是在野外區(qū)域地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，對(duì)該構(gòu)造變形特征、變形機(jī)制和地質(zhì)意義進(jìn)行總結(jié)，為研究大青山地區(qū)早前寒武紀(jì)地殼構(gòu)造形成演化提供一些參考資料。

圖1 內(nèi)蒙古大青山—烏拉山地區(qū)早前寒武紀(jì)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketchmap of the early Precambrian of Daqingshan-Wulashan region, Inner Mongolia

1 韌性變形帶宏觀地質(zhì)特征

公益明—高家村逆沖型韌性變形帶出露大青山北部公益明、上十二分子、高家村一帶，在空間上構(gòu)造帶總體上呈北西西方向展布，傾向?yàn)?N—NNE，但在不同構(gòu)造部位上產(chǎn)狀變化明顯，在東部上十二分子一帶產(chǎn)狀為30°～45°∠40°～50°，中部為360°∠45°，在西部其走向?yàn)榻北蔽飨颉Ｔ摌?gòu)造片巖帶發(fā)育在太古代黑云角閃片麻巖中，其南北兩測(cè)均被后期脆性斷層切割，東端被第四系覆蓋，西北端延伸被后期中元古代花崗巖截?cái)啵雎堕L(zhǎng)度為20 km，寬度1～3 km不等。

根據(jù)應(yīng)變強(qiáng)度、原巖殘留情況和新生同構(gòu)造片狀礦物含量等特征，將韌性變形帶劃分為弱變形構(gòu)造帶和強(qiáng)變形構(gòu)造帶。弱變形構(gòu)造帶發(fā)育在韌性變形帶邊部，殘留有原巖構(gòu)造透鏡體殘塊，可以確定其原巖類型、成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造；新生構(gòu)造片巖含量超過50%，呈帶狀斷續(xù)、平行分布，其走向與構(gòu)造片巖帶近于平行或呈小角度斜交，有時(shí)構(gòu)成網(wǎng)狀；新生構(gòu)造片理、礦物拉伸線理、不規(guī)則狀流動(dòng)褶皺等構(gòu)造形跡發(fā)育。強(qiáng)變形構(gòu)造帶發(fā)育韌性變形帶的中部或與弱變形帶呈相間排列，其內(nèi)原巖殘留較少，規(guī)模較??；主要有新生構(gòu)造片巖構(gòu)成，沿構(gòu)造片理發(fā)育許多同構(gòu)造脈巖，主要有石英脈、肉紅色長(zhǎng)英質(zhì)脈和方解石脈等；新生葉理、礦物拉伸線理、S-C組構(gòu)、不對(duì)稱流動(dòng)褶皺等構(gòu)造要素發(fā)育。

2 韌性變形帶的組構(gòu)特征

韌性變形帶各種組構(gòu)要素發(fā)育受變形機(jī)制、變形環(huán)境和應(yīng)變強(qiáng)度控制，該變形帶發(fā)育糜棱葉理、礦物拉伸線理、不對(duì)稱流動(dòng)褶皺和S-C組構(gòu)等要素。

糜棱葉理和礦物拉伸線理是韌性變形帶中最明顯的組構(gòu)，其中糜棱葉理主要由片狀的白云母、黑云母等礦物定向生長(zhǎng)、長(zhǎng)石和石英等礦物定向排列構(gòu)成，葉理密集而平直。經(jīng)過測(cè)量統(tǒng)計(jì)，其產(chǎn)狀相對(duì)穩(wěn)定，片理極點(diǎn)在投影圖上分布相對(duì)集中，顯示片理出呈北西西方向展布。線理發(fā)育在片理面上，由同構(gòu)造黑云母礦物晶體定向排列構(gòu)成，傾向北北東，傾角為40°～50°，基本上與片理的傾向向一致，顯示出上盤向上滑移特征（圖2）。

圖2 韌性變形帶中糜棱葉理極點(diǎn)投影圖Fig.2 Polar projection ofmylonitic foliation in ductile deformation belt

不對(duì)稱流動(dòng)褶皺和膝折主要由穈棱巖中的長(zhǎng)英質(zhì)脈（鈉長(zhǎng)石脈、石英鉀長(zhǎng)石脈）、石英脈構(gòu)造片理發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形而成，發(fā)育在葉理內(nèi)部，規(guī)模較小，一翼長(zhǎng)另一翼短的不對(duì)稱形態(tài)，也顯示出從北-北東向南-南西方向逆沖滑移的特征（圖3）。尖棱狀褶皺和膝折在一些寬度較大的強(qiáng)變形帶中比較多見，由糜棱葉理發(fā)生強(qiáng)烈彎曲而成，是差異性剪切活動(dòng)的產(chǎn)物，可以反映剪切方向。膝折帶較窄，一般在5～10 cm之間，其延伸方向與構(gòu)造帶滑移方向呈高角度相交。

S-C組構(gòu)是韌性變形帶中發(fā)育最為廣泛組構(gòu)，其規(guī)模大小不一，有兩組葉理組成，一組為剪切葉理C面，平行應(yīng)變橢球體剪切面，與變形帶邊界相平行，礦物變形強(qiáng)烈。S面為糜棱葉理，與應(yīng)變橢球體的擠壓面相平行，由壓扁拉長(zhǎng)礦物定向排列構(gòu)成。兩組葉理同時(shí)發(fā)育構(gòu)成了典型S-C組構(gòu)，一般情況下C面發(fā)育相對(duì)較晚，切割和改造S面，隨著應(yīng)變強(qiáng)度增加，二者之間夾角變小。沿著S面一些同構(gòu)造脈體被壓扁、拉長(zhǎng)或拉斷，形成構(gòu)造透鏡體，呈斜列排列，其長(zhǎng)軸與剪切葉理呈小角度相交。

圖3 韌性變形帶中葉內(nèi)不對(duì)稱流動(dòng)狀褶皺構(gòu)造和糜棱葉理Fig.3 Asymmetric fl ow fold andmylonitic foliation in ductile deformation belt

3 構(gòu)造巖類型及其顯微組構(gòu)特征

野外觀測(cè)和室內(nèi)研究表明，韌性變形帶內(nèi)主要由原巖殘留透鏡體、各種類型構(gòu)造片巖和各種同構(gòu)造脈體構(gòu)成。原巖透鏡體主要?dú)埩魳?gòu)造變形相對(duì)較弱的構(gòu)造部位上，保留了原巖成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造。巖石學(xué)研究表明，主要的原巖為黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖、黑云母二長(zhǎng)花崗巖、斜長(zhǎng)角閃巖等。由于原巖類型不同，經(jīng)過變形之后形成了不同類型的構(gòu)造片巖，主要為絹云母斜長(zhǎng)構(gòu)造片巖、二云母構(gòu)造片巖、黑云母二長(zhǎng)構(gòu)造片巖、黑云母斜長(zhǎng)構(gòu)造片巖等。構(gòu)造片巖主要由殘斑和基質(zhì)兩個(gè)部分組成，殘斑主要為長(zhǎng)石和角閃石構(gòu)成（圖4），其形態(tài)多呈透鏡狀和長(zhǎng)條狀，其長(zhǎng)軸延長(zhǎng)方向與片理一致?；|(zhì)主要由同構(gòu)造新生黑云母、白云母等片狀礦物和細(xì)小動(dòng)力重結(jié)晶礦物構(gòu)成，隨著變形強(qiáng)度增加，基質(zhì)含量不斷增加，在強(qiáng)構(gòu)造變形帶內(nèi)，構(gòu)造片巖幾乎全部由新生基質(zhì)構(gòu)成。構(gòu)造片巖內(nèi)發(fā)育了各種類型的顯微組構(gòu)，記錄了構(gòu)造片巖形成演化過程。

圖4 構(gòu)造巖中各種不同類型的顯微組構(gòu)特征Fig.4 Various kinds ofmicrofabric features of tectonic rocks

透鏡狀殘斑和殘斑旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，在弱變形構(gòu)造中殘斑含量可以達(dá)到30%，主要由斜長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石和角閃石構(gòu)成（圖4A），其形態(tài)表現(xiàn)為透鏡狀、條帶狀或呈近圓形。部分拉長(zhǎng)的殘斑其長(zhǎng)寬比值可以達(dá)5∶1，發(fā)生過強(qiáng)烈塑性變形，但是部分殘斑晶體內(nèi)部發(fā)育顯微破裂，表明殘斑經(jīng)過多期變形作用改造。在變形強(qiáng)烈的構(gòu)造部位上，粒間滑移使殘斑發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，在殘斑的兩側(cè)常發(fā)育由基質(zhì)或動(dòng)態(tài)重結(jié)晶物質(zhì)組成的結(jié)晶尾，它可以指示剪切運(yùn)動(dòng)方式。殘斑拖尾一般呈單斜對(duì)稱，按其形態(tài)可以分為兩類，即σ型和δ型。σ型發(fā)育楔狀結(jié)晶尾，結(jié)晶尾的中線分別位于包含殘斑系對(duì)稱軸的參考面的兩側(cè)，相互平行或近于平行。δ型結(jié)晶尾部發(fā)育較細(xì)長(zhǎng)的結(jié)晶尾，結(jié)晶尾根部彎曲，與殘斑連結(jié)部位呈港灣狀。在遞進(jìn)剪切變形過程中，隨著應(yīng)變的加大，可由σ型向δ型轉(zhuǎn)變。

機(jī)械雙晶，機(jī)械雙晶是由晶內(nèi)雙晶滑移所形成的雙晶，亦稱變形雙晶或滑移雙晶，主要發(fā)育在斜長(zhǎng)石殘斑中，其形態(tài)不規(guī)則，經(jīng)常呈楔形，發(fā)育不均勻（圖4B,C,D）。機(jī)械雙晶是晶內(nèi)滑移的產(chǎn)物，由位錯(cuò)在雙晶面上的運(yùn)動(dòng)而形成的，形成于較低溫度及較快應(yīng)變速率條件下。

剪切階步結(jié)構(gòu)、顯微拉張和剪切破裂，殘斑內(nèi)一組顯微剪切破裂發(fā)育，沿破裂面產(chǎn)生了有限滑移，殘斑顆粒的邊界上造成了類似階步的形態(tài)（圖4F）。剪切階步的延伸方向與剪切條帶葉理方向一致。根據(jù)剪切階步的形態(tài)及剪裂面與葉理面的交角，可以判斷剪切滑移方向。在比較剛性的殘斑中，常見到一些楔形或鋸齒狀張裂隙，多被某些后生的礦物充填。也有一些裂開并不明顯、形態(tài)平直的剪切破裂面，有時(shí)發(fā)育兩組剪切面，它們與宏觀裂隙特征相似。在構(gòu)造片巖中，顯微破裂只限于長(zhǎng)石殘斑晶體內(nèi)，并不延伸到周圍的基質(zhì)中。它們只反映局部應(yīng)力場(chǎng)的作用。

此外，沿著剪切片理發(fā)育一些貫穿性宏觀裂隙，微裂隙寬度較大，延伸較長(zhǎng)，穿切不同礦物顆粒，并且呈等間距發(fā)育。在微裂隙中，有纖細(xì)的絹云母、綠泥石和細(xì)粒石英形成，方解石脈和含礦的石英脈體也沿著這些裂隙侵入。

壓力影結(jié)構(gòu)和鋸齒邊結(jié)構(gòu)，壓力影結(jié)構(gòu)是在壓力或剪應(yīng)力作用下，巖石中較堅(jiān)硬的長(zhǎng)石殘斑不易發(fā)生變形，承擔(dān)了載荷應(yīng)力。殘斑周圍形成的環(huán)形張性空隙內(nèi)往往為壓溶物質(zhì)、基質(zhì)殘余物質(zhì)遷移充填，形成橢圓形或不對(duì)稱眼球狀壓力影，該組構(gòu)可以確定物質(zhì)流動(dòng)方向。

礦物晶體發(fā)生變形時(shí)由于晶體邊界最易遭受變形作用的改造，所以在邊界上形成了高應(yīng)變區(qū)。由于這種高應(yīng)變區(qū)不穩(wěn)定而易發(fā)生遷移, 物質(zhì)從高應(yīng)變區(qū)遷移到相鄰礦物低應(yīng)變區(qū)上，形成了礦物晶體的鋸齒邊結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是礦物在較低溫度環(huán)境里變形時(shí)形成的特殊結(jié)構(gòu)。

亞顆粒核幔結(jié)構(gòu)，亞顆粒發(fā)育在強(qiáng)烈變形的石英和長(zhǎng)石晶體內(nèi)部，是由位錯(cuò)壁圍限的多邊形體，表現(xiàn)為結(jié)晶方位小角度（θ＜12°）偏離主晶的偏轉(zhuǎn)區(qū)域所構(gòu)成的多邊形亞構(gòu)造，亞構(gòu)造之間被低角度的亞顆粒邊界分隔。核幔結(jié)構(gòu)（圖4B）是由變形晶體內(nèi)核（核）向外依次出現(xiàn)亞顆粒（幔）和細(xì)小動(dòng)力重結(jié)晶顆粒（殼），這種顯微構(gòu)造稱核幔結(jié)構(gòu)。核部可以在中心，也可以偏離中心。核幔結(jié)構(gòu)是動(dòng)態(tài)恢復(fù)與動(dòng)態(tài)重結(jié)晶的產(chǎn)物，恢復(fù)作用使得顆粒邊部首先形成亞顆粒，隨著應(yīng)變的發(fā)展，亞顆粒旋轉(zhuǎn)及邊界遷移形成重結(jié)晶新顆粒，亞顆粒化也逐漸向核部擴(kuò)展。如果應(yīng)變繼續(xù)，核部逐漸縮小直至消失，全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹亟Y(jié)晶顆粒集合體（圖4D）。核幔結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展，說明構(gòu)造片巖基質(zhì)的細(xì)?；饕怯蓜?dòng)態(tài)恢復(fù)及重結(jié)晶作用來完成的。

從上述構(gòu)造片巖中的構(gòu)造特征可以看出，在構(gòu)造片巖的形成過程中經(jīng)過了多期變形作用改造，早期變形作用發(fā)生溫度和壓力相對(duì)較高的環(huán)境中，使得長(zhǎng)石和角閃石發(fā)生了強(qiáng)烈塑性變形作用，晶體發(fā)生拉長(zhǎng)和發(fā)生了動(dòng)力重結(jié)晶作用。晚期變形發(fā)生在地殼中淺部構(gòu)造層次上，并伴隨大量的流體存在，巖石和礦物以新礦物化變形機(jī)制為主，形成了大量同構(gòu)造新生片狀礦物，同時(shí)也存在著脆性變形機(jī)制，沿著剪切片理形成了貫穿性顯微裂隙。

4 構(gòu)造片巖的形成機(jī)制和形成時(shí)代

宏觀和微觀運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)志表明了公益明-高家村韌性變形帶為逆沖型韌性變形帶，變形帶的上盤由NNE向NNW方向逆沖滑移。宏觀和顯微構(gòu)造研究表明，它具有長(zhǎng)期復(fù)雜構(gòu)造變形演化歷史，依據(jù)變形機(jī)制和特征分為早期韌性變形階段和晚期韌-脆性變形階段。

早期韌性變形階段主要以晶體塑性變形機(jī)制為主，長(zhǎng)石和角閃石晶體壓扁拉長(zhǎng)，形成單礦物條帶狀構(gòu)造，晶內(nèi)各種變形組構(gòu)發(fā)育，部分長(zhǎng)石和石英發(fā)生了動(dòng)力重結(jié)晶作用，形成了細(xì)小新顆粒。晚期主要以韌-脆性變形機(jī)制為主，并伴隨有流體貫入，最明顯特征是礦物相的轉(zhuǎn)變：綠褐色角閃石轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色角閃石和綠褐色-淺黃綠色黑云母，部分轉(zhuǎn)變?yōu)榫G泥石；長(zhǎng)石轉(zhuǎn)變?yōu)榘自颇负徒佋颇?。新生黑云母、白云母和絹云母等片狀礦物含量隨著變形強(qiáng)度增強(qiáng)而增加，沿著片理定向生長(zhǎng)。同時(shí)形成一些顯微破裂作用，形成了晶內(nèi)裂隙和貫穿性裂隙，這些裂隙明顯切割不同類型和方位的礦物，破裂開始都屬于剪切和張性破裂，隨著應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)，它們不斷聚合、增大，并被含礦石英脈充填充填，形成區(qū)內(nèi)重要的含礦構(gòu)造帶。

該構(gòu)造片巖帶主要發(fā)育在太古代黑云角閃片麻巖中，改造了這些片麻巖。在高家村北部和水泉溝一帶，又被古元古代晚期肉紅色鉀長(zhǎng)花崗巖和二長(zhǎng)花崗巖穿切，表明該構(gòu)造帶是在這些花崗巖侵位之前形成的，推斷該韌性變形帶是在太古代晚期形成的，與區(qū)內(nèi)太古代陸核形成演化有關(guān)。

5 結(jié)論與討論

上述韌性變形帶宏觀地質(zhì)特征、構(gòu)造巖類型和顯微組構(gòu)，表明了該韌性變形帶經(jīng)歷了復(fù)雜變形演化歷史。依據(jù)同構(gòu)造礦物組合和礦物晶體變形特征，該韌性變形帶至少經(jīng)歷了兩期變形作用改造：早期是發(fā)生在地殼中深部構(gòu)造層次上角閃巖相條件，斜長(zhǎng)石和角閃石發(fā)生了韌性變形，礦物晶體拉長(zhǎng)定向排列，形成構(gòu)造片麻巖；晚期韌性變形發(fā)生在地殼中淺部構(gòu)造層次上綠片巖相條件下，以韌脆性變形機(jī)制為主，長(zhǎng)石和角閃石等礦物表現(xiàn)為脆性變形，而石英和云母表現(xiàn)為韌性變形，同構(gòu)造礦物組合主要為白云母、絹云母、綠色黑云母和綠泥石組成。

公益明—高家村韌性變形帶發(fā)育太古代高級(jí)區(qū)域花崗綠巖帶接觸帶附近，其形成演化區(qū)域地殼構(gòu)造演化所控制。大青山地區(qū)早前寒武紀(jì)基底特征及其的年代學(xué)測(cè)試結(jié)果，表明該區(qū)在2.55～2.4 Ga經(jīng)歷強(qiáng)烈構(gòu)造變形作用、巖漿活動(dòng)和變質(zhì)作用[6-10]，這次事件有可能是北部花崗綠巖帶與南部高級(jí)區(qū)擠壓碰撞事件，在此過程中形成了區(qū)內(nèi)近東西方向展布公益明—高家村逆沖型韌性變形帶，由北向南逆沖型。

（1）逆沖型韌性變形帶發(fā)育大青山地區(qū)太古代綠巖帶與高級(jí)區(qū)接觸帶附近，呈近東西向展布，由北向南逆沖。

（2）韌性變形帶經(jīng)歷了兩次變形作用改造，早期變形發(fā)生在地殼深部構(gòu)造層次上角閃巖相條件下，以韌性變形作用為主，晚期發(fā)生地殼中淺部構(gòu)造層次上綠片巖相條件下，以韌脆性變形機(jī)制為主。

（3）發(fā)育主要構(gòu)造巖為構(gòu)造片巖，變形作用過程中新礦化作用明顯，同時(shí)伴隨有強(qiáng)烈流體活動(dòng)，形成了同構(gòu)造脈體。

（4）韌性變形帶應(yīng)變強(qiáng)度不均勻，形成了強(qiáng)變形帶與弱變形帶相間分布特征，構(gòu)造片巖主要變形作用發(fā)生強(qiáng)變形帶內(nèi)部。

（5）逆沖型韌性變形作用發(fā)生在太古代晚期，與花崗綠巖帶和高級(jí)區(qū)拼貼碰撞有關(guān)。

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