張雪鋒 ,孟憲剛,韓建恩,邵兆剛,張 達(dá)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081;2)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083

桂北地區(qū)位于揚(yáng)子地塊東南緣,是揚(yáng)子地塊和華夏地塊的結(jié)合部位,區(qū)內(nèi)發(fā)育一套完整的新元古代地層和一系列巖漿巖。因構(gòu)造部位特殊,地層發(fā)育完整,桂北地區(qū)長期以來一直是研究華南前泥盆紀(jì)構(gòu)造演化的重要窗口(圖1a)。前人從沉積學(xué)(楊菲等,2012)、同位素年代學(xué)及巖石地球化學(xué)(葛文春等,2001;王孝磊等,2006;高林志等,2013;Wang et al.,2012)等方面研究探討華南新元古代構(gòu)造演化,取得了豐碩的成果。然而對桂北地區(qū)韌性構(gòu)造變形的研究相對較為薄弱,僅有零星報(bào)道(張桂林等,2003),且大多集中于巖體中,對桂北四堡地區(qū)前泥盆紀(jì)地層韌性剪切帶的研究尚處于空白。筆者在參加“江南造山帶”南段前寒武系野外地質(zhì)考察中發(fā)現(xiàn)桂北黃金—四堡剖面的地層中發(fā)育透入性片理、線理和A型褶皺,認(rèn)為該地區(qū)很可能存在一條規(guī)?？捎^的韌性剪切帶。本文初步報(bào)道所發(fā)現(xiàn)的韌性剪切帶的宏觀構(gòu)造特征、顯微構(gòu)造特征、巖石磁組構(gòu)特征及變形時(shí)代,并探討韌性剪切帶的成因及其構(gòu)造意義。

圖1 桂北地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,1999修改)Fig.1 Geological map of Sibao area,northern Guangxi(modified after Bureau of Geology and Mineral Resources of the Guangxi Zhuang Autonomous Region,1999)

桂北黃金—四堡地區(qū)主構(gòu)造線呈北東向展布,主要斷裂為 NE—SW 向的四堡斷裂。區(qū)內(nèi)發(fā)育完整的新元古代地層和古生代地層,地層走向 NE—SW向,由老到新依次為新元古代四堡群(魚西組)、丹洲群(白竹組、合桐組和拱洞組)和南華紀(jì),古生代地層有泥盆紀(jì)(圖1b)。其中四堡群主要為低綠片巖相變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖、板巖、千枚巖和基性熔巖、凝灰?guī)r;丹洲群為一套低綠片巖相變質(zhì)沉積巖及火山巖組合,與下伏四堡群呈角度不整合接觸;南華紀(jì)為一套極淺變質(zhì)的含礫泥巖夾細(xì)砂巖、粉砂巖,與下伏丹洲群整合接觸;泥盆紀(jì)主要為礫巖、含礫砂巖、粉砂巖、泥灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、白云巖,與下伏南華紀(jì)呈角度不整合接觸。韌性變形主要發(fā)育在四堡群魚西組、丹洲群白竹組、合桐組及拱洞組地層中。研究區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,形成了廣泛分布的鎂鐵質(zhì)火山巖、鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)侵入巖及中酸性巖體,中酸性巖體主要有本洞巖體、三防巖體及元寶山巖體(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1985)。

圖2 四堡韌性剪切帶野外宏觀特征Fig.2 Field view of the Sibao ductile shear zone

1 宏觀構(gòu)造特征

四堡韌性剪切帶具有一般韌性剪切帶的宏觀特征,發(fā)育有密集的透入性片理、拉伸線理、A型褶皺和以細(xì)?；癁樘卣鞯膭?dòng)力變質(zhì)糜棱巖。在區(qū)域變質(zhì)巖背景上形成一狹長韌性變形變質(zhì)帶。

1.1 片理

帶內(nèi)片理十分發(fā)育,對變質(zhì)原巖發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造置換并發(fā)生了A型褶皺,以致原始層理面目不清,易誤將片理看作層理,但通過劃分片理褶曲“包絡(luò)面”方法,仍可將片理識別出來。如黃金—四堡剖面灣塘角一帶丹洲群白竹組(Pt3b)大理巖中測得包絡(luò)面產(chǎn)狀為 132°∠46°(圖2a)。

1.2 “A”型褶皺

A型褶皺指線理與褶曲軸線平行的褶皺,系韌性剪切帶常見的構(gòu)造形跡。四堡韌性剪切帶內(nèi)此種褶皺十分發(fā)育,主要見于中部強(qiáng)帶之內(nèi),屬中小型,大者跨度數(shù)米,小者數(shù)厘米(圖2b)。大者多為不甚緊密的等厚褶曲,小者褶皺緊密軸部增厚,仔細(xì)觀察可見片理產(chǎn)狀穿層,應(yīng)屬片理褶曲,而不是層面褶曲(圖2b)。

圖3 四堡韌性剪切帶顯微構(gòu)造特征(+,正交偏光)Fig.3 Microfabrics of the Sibao ductile shear zone(+,crossed)

1.3 線理

野外觀察發(fā)現(xiàn),凡是 A型褶皺發(fā)育地段,平行褶曲軸線線理均十分發(fā)育,且產(chǎn)狀穩(wěn)定,密集分布(圖2b),以低角度SSW傾伏為特征。灣塘角一帶測得產(chǎn)狀為:傾伏向 195°,傾伏角 20°～30°,其傾伏向比磁組構(gòu)圈定的韌性剪切帶總體走向(NE30°)存在明顯夾角,顯示韌性剪切帶具有明顯走滑特征。

1.4 糜棱巖

糜棱巖是識別韌性剪切帶存在最主要的標(biāo)志之一,多產(chǎn)于韌性變形較強(qiáng)的部位。黃金—四堡剖面卷入構(gòu)造變形的巖石主要為區(qū)域變質(zhì)巖,其原巖為砂巖和泥巖。帶內(nèi)糜棱巖主要由動(dòng)態(tài)重結(jié)晶的亞顆粒及新生應(yīng)力礦物如絹云母、綠泥石等組成,構(gòu)成以細(xì)?；癁樘卣鞯莫M窄的強(qiáng)應(yīng)變帶。

2 微觀構(gòu)造特征

四堡韌性剪切帶微觀標(biāo)志十分發(fā)育且極為典型,主要有:糜棱結(jié)構(gòu)、糜棱面理、S-C組構(gòu)。

2.1 糜棱結(jié)構(gòu)

顯微構(gòu)造表明四堡韌性剪切帶發(fā)育有典型的糜棱結(jié)構(gòu),原巖區(qū)域變質(zhì)巖中石英作為殘斑,基質(zhì)為絹云母和細(xì)粒石英,有的含有綠泥石;石英殘斑呈眼球狀(圖3b),表現(xiàn)強(qiáng)塑性變形,包括波狀消光、變形帶等晶內(nèi)、晶界塑性變形(圖3a,b)。

2.2 糜棱面理

圖4 桂北四堡地區(qū)韌性剪切帶分布圖Fig.4 Distribution of the Sibao ductile shear zone

圖5 四堡韌性剪切帶剖面圖(a、c為實(shí)測剖面,b據(jù)廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局,1968)Fig.5 Geological section of the Sibao ductile shear zone (a,c:measured tectonic sections,b:modified after Bureau of Geology and Mineral Resources of the Guangxi Zhuang Autonomous Region,1968)

四堡韌性剪切帶強(qiáng)變形帶內(nèi)糜棱面理普遍發(fā)育,丹洲群白竹組底部泥質(zhì)板巖,粘土質(zhì)雜基絹云母化,鱗片狀定向排列,顯微褶皺發(fā)育,石英殘斑定向排列(圖 3c);丹洲群合桐組頂部炭質(zhì)板巖顯微A型褶皺,絹云母、細(xì)粒石英定向排列,組成糜棱面理構(gòu)造及顯微A型褶皺(圖3d)。

2.3 S-C組構(gòu)

S-C面理構(gòu)造是四堡韌性剪切帶常見的一種變形構(gòu)造。S面理是由石英殘斑的長軸優(yōu)選方位所顯示的不連續(xù)面狀構(gòu)造組成,C面理為新生應(yīng)力礦物絹云母、細(xì)粒石英、綠泥石定向排列組成的剪切面(圖 3c)。

3 巖石磁組構(gòu)特征

本次研究共實(shí)測3條橫切研究區(qū)構(gòu)造線的磁組構(gòu)采樣剖面,分別是北部的幫洞剖面、中部的黃金—四堡剖面及南部的寶壇剖面。每條剖面上以約200 m間距連續(xù)采樣,共采集經(jīng)GPS定位的磁組構(gòu)定向標(biāo)本 114件,其中幫洞剖面 27件(采點(diǎn)編號為BD1-BD27)、黃金—四堡剖面 55件(采點(diǎn)編號為SH1-SH55)、寶壇剖面 32件(采點(diǎn)編號為BT1-BT32)。定向標(biāo)本在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)切割為立方體樣品(2 cm×2 cm×2 cm),共114個(gè),測試在中國地質(zhì)大學(xué)使用 MFK1-FA卡帕橋磁化率儀完成。實(shí)驗(yàn)條件為:測量場為300 A/m,工作頻率為875 Hz,環(huán)境溫度為20℃,靈敏度為2×10-8SI,精度為0.1%,黃金—四堡剖面(部分樣品)測試結(jié)果見表1。

表1 黃金—四堡巖石磁組構(gòu)參數(shù)及參數(shù)計(jì)算結(jié)果(單位:SI)Table 1 Measurements and calculations of the rock magnetic fabric elements along Huangjin-Sibao section (unit:SI)

圖6 四堡韌性剪切帶面理、線理赤平投影圖Fig.6 Stereonet project (Wulff net,lower hemisphere) of foliation and lineation

研究表明磁各向異性度P值是衡量巖石韌性變形程度的量化指標(biāo)(余欽范等,1992;馬天林等,2003)。根據(jù)研究區(qū)三個(gè)剖面磁組構(gòu)測量結(jié)果,將各采樣點(diǎn)P值置于平面圖,由P≥1.10與1.10>P≥1.05分別圈定出強(qiáng)、弱韌性變形帶的位置(圖4),并根據(jù)P值大小繪制磁各向異性度剖面曲線圖(圖5)。

根據(jù)全區(qū)114個(gè)采樣點(diǎn)的磁各項(xiàng)異性度P≥1.10與1.10>P≥1.05點(diǎn)的分布(圖4),圈出了四堡韌性剪切帶的強(qiáng)變形域和弱變形域;四堡韌性剪切帶總體呈 NE30°方向展布,帶寬達(dá) 10 km,區(qū)內(nèi)長度超30 km,沿走向向鄰區(qū)繼續(xù)延伸,具體延伸情況尚未控制,有待進(jìn)一步的研究;區(qū)內(nèi)卷入變形最老的地層是四堡群,最新地層是南華系。泥盆紀(jì)地層巖石磁化率各向異性度P值介于1.010～1.047,均小于1.05,這一結(jié)果說明泥盆紀(jì)地層均未卷入韌性變形。

橫穿研究區(qū)的三條磁各項(xiàng)異性度剖面曲線清晰地反映出韌性剪切帶的分布范圍、展布方向、規(guī)模、中心及變形精細(xì)結(jié)構(gòu)(圖5);由圖可見,幫洞剖面、黃金—四堡剖面及寶壇剖面自西向東韌性變形均呈現(xiàn)中間強(qiáng),兩側(cè)弱的規(guī)律性變化,其中強(qiáng)應(yīng)變中心寬約 4 km;弱變形主要分布于強(qiáng)變形帶兩側(cè),形成強(qiáng)弱帶互相參雜、交替出現(xiàn),并向兩側(cè)韌性變形逐漸消失的格局。

4 運(yùn)動(dòng)方式

為查清韌性剪切帶的運(yùn)動(dòng)方式,選擇黃金—四堡剖面內(nèi)強(qiáng)韌性變形點(diǎn)繪制了磁面理平面投影圖(圖4)。由圖可見:磁面理總體的走向?yàn)镹E49°,與韌性剪切帶總體走向呈小角度(19°)相交。由此可推斷四堡韌性剪切帶平面上具有逆時(shí)針方向水平扭動(dòng)特點(diǎn);野外宏觀線理和磁線理均一致向 SSW 傾伏,傾角在 20°～30°之間(圖6),反映四堡韌性剪切帶同時(shí)具有向 NNE低角度逆沖的特點(diǎn);總體顯示該韌性剪切帶上盤(SE盤)向 NNE低角度推覆的運(yùn)動(dòng)方式。

5 形成時(shí)代

前述桂北四堡地區(qū)早泥盆紀(jì)以前的地層已卷入變形,泥盆紀(jì)地層卻均未卷入變形,說明韌性變形發(fā)生于泥盆紀(jì)之前。對寶壇剖面四堡期黃褐色基性巖(BT27-1)的鋯石 SHRIMP測年獲得了(453±9) Ma的變質(zhì)變形年齡,反映基性巖被糜棱巖化的時(shí)間為晚奧陶世,表明該韌性剪切帶形成于加里東晚期。

6 四堡韌性剪切帶成因探討及構(gòu)造意義

華南加里東運(yùn)動(dòng)是華南地質(zhì)演化歷史中一次重大的構(gòu)造熱事件。它不僅形成了巨型的華南加里東褶皺帶,還發(fā)生了廣泛而強(qiáng)烈的花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)及前泥盆紀(jì)地層的強(qiáng)烈變形和變質(zhì)(舒良樹,2006)。大型韌性剪切帶是微地塊碰撞對接帶及增生地體拼合的重要組成部分(錢會(huì)文等,1996),對其的識別和研究是深化區(qū)域地殼演化的重要手段(王新社等,2005)。研究表明中奧陶世—晚奧陶世揚(yáng)子地塊與華夏地塊開始匯聚,構(gòu)造應(yīng)力轉(zhuǎn)為擠壓,并發(fā)生俯沖碰撞事件(尹福光等,2001)。形成于晚奧陶世的四堡韌性剪切帶走向?yàn)?NNE向,與桂北地區(qū)加里東期構(gòu)造線一致;總體壓應(yīng)力方向?yàn)?NW—SE,運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)為左旋斜沖剪切,與加里東運(yùn)動(dòng)近東西向擠壓剪切作用相協(xié)調(diào)。因此,筆者認(rèn)為四堡韌性剪切帶應(yīng)是伴隨加里東造山過程中逆沖推覆事件的韌性變形帶,是華夏地塊由南東向北西作斜向逆沖到揚(yáng)子地塊的產(chǎn)物,屬于俯沖碰撞縫合線的一部分。桂北四堡韌性剪切帶的發(fā)現(xiàn)揭示了揚(yáng)子地塊與華夏地塊碰撞拼合的方式,為深化華南構(gòu)造演化提供了新資料。

7 初步結(jié)論

(1)野外宏觀地質(zhì)特征、室內(nèi)顯微構(gòu)造分析及磁組構(gòu)測量結(jié)果表明,桂北四堡地區(qū)存在一條大型韌性剪切帶;

(2)四堡韌性剪切帶是一條以 NE30°走向,約40°傾角,向南東傾的大型左旋斜沖韌性剪切帶,由一寬約 4 km的主應(yīng)變帶及邊緣弱帶組成,總體寬約10 km,長度超30 km;

(3)剪切帶內(nèi)四堡期黃褐色基性巖的鋯石SHRIMP測年獲得了(453±9) Ma的變形變質(zhì)年齡,表明四堡韌性剪切帶形成于晚奧陶世。

(4)四堡韌性剪切帶是華南加里東晚期華夏地塊由南東向北西作斜向低角度逆沖到揚(yáng)子地塊的產(chǎn)物。

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