丁園軍，　黃佳星，　李建波，　張　瑩　代平江，　方鴻飛

(1. 東華理工大學，江西 南昌　330013；2. 江西有色地質勘查一隊，江西 鷹潭　335000)

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萬福變質核雜巖韌性剪切拆離帶的韌性減薄量

丁園軍1，黃佳星2，李建波1，張瑩1代平江1，方鴻飛1

(1. 東華理工大學，江西 南昌330013；2. 江西有色地質勘查一隊，江西 鷹潭335000)

萬福變質核雜巖韌性剪切拆離帶與遼南變質核雜巖相毗鄰，位于遼東半島北部。韌性剪切拆離帶從淺部到深層依次發(fā)育糜棱巖、糜棱化巖石及條帶狀片麻巖。以長石碎斑為標志體的糜棱巖三維有限應變測量顯示，X軸一直伸長，Y軸保持不變，Z軸一直縮短。極莫爾圓估算的韌性剪切拆離帶內糜棱巖及糜棱巖化巖石的運動學表明，糜棱巖面理和線理形成時的運動學渦度為0.74～0.96，平均為0.86，表明萬福韌性剪切拆離帶形成以簡單剪切為主，結合三維有限應變測量結果，可知萬福韌性剪切拆離帶為一條加長-減薄型剪切帶。以有限應變測量與運動學渦度估算為基礎，初步估算了該韌性剪切拆離帶的韌性減薄量，沿剪切拆離方向，韌性減薄量從8%增加到29%，且韌性減薄量與運動學渦度負相關。

韌性剪切拆離帶；有限應變；運動學渦度；韌性減薄量

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韌性剪切拆離帶作為影響整個巖石圈的狹長的高應變帶，帶中的巖石在造山帶縮短和巖石圈拉張、伸展過程中保存了大量的深部構造變形信息，如構造方位、剪切指向及運動學渦度等，是探索深部構造的最佳窗口(Bose et al., 2004; Mancktelow et al., 2004;Marques et al., 2004; 陳虹等，2009)。自然界的韌性剪切拆離帶普遍是既有簡單剪切作用又有純剪切作用的一般剪切作用(De Paor, 1983; Simpson et al., 1993; 王新社等, 2005; Zheng et al., 2005; Wang et al., 2007; Xypolias P, 2010； Li et al., 2010)，簡單剪切厚度不變，純剪切厚度變薄，這表明在韌性剪切拆離帶變形過程中存在著韌性減薄。分析韌性剪切拆離帶形成過程中的單剪分量、純剪分量以及韌性減薄量是研究韌性剪切拆離帶形成機制的主要方法(李建波等，2012a，2012b)。本文擬選取萬福變質核雜巖韌性剪切拆離帶為研究對象，以有限應變測量與運動學渦度估算為基礎，嘗試估算韌性剪切拆離帶在變形過程中發(fā)生的韌性減薄量，以期為韌性剪切拆離帶研究及區(qū)域構造演化提供新的信息。

1　區(qū)域地質概況

遼東半島位于華北克拉通東部，自從太古宙起經歷了一系列復雜的構造演化，太古宙形成克拉通古陸核之后，遼東半島經歷了古元古代膠遼活動帶的改造(白瑾，1999，2000)，區(qū)域性高角閃巖相-低綠片巖相變質作用條件下的變形作用使之構成了華北克拉通統(tǒng)一的結晶基底，晚中生代整個華北巖石圈處于強烈破壞和減薄階段。

研究區(qū)位于遼東半島北部，郯廬斷裂以東城子坦斷塊之上。北北東走向的金州拆離斷層帶和北東東走向的董家溝拆離斷層帶相交于金州地區(qū)，基底巖系主體為太古宙角閃巖相變質的TTG巖套和表殼巖(關會梅，2008)，周邊是中元古-古生代沉積蓋層。區(qū)內以近南北向正斷層帶劃分出兩個基本的地質單元：東側由東部中生代火山-沉積巖、南部新元古代沉積巖系和北部古元古代淺變質巖系多種不同時代的地層組成；西側是侵入太古宇的古道嶺花崗巖和飲馬灣山花崗巖(關會梅等，2008)。在遼南地區(qū)分布大量白堊紀花崗質巖石，它們主要由閃長巖、花崗閃長巖、石英閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖、花崗巖及其斑巖組成。變質核雜巖的下盤為巖體主體，其就位和演化與萬福變質核雜巖、遼南變質核雜巖的剝露和發(fā)育在成因上具有密切的聯(lián)系(Wu et al.,2005;郭春麗等，2004; 關會梅等，2008)。

2　萬福變質核雜巖及其韌性剪切拆離帶

2.1萬福變質核雜巖

圖1　遼南及萬福變質核雜巖韌性剪切拆離帶地質圖(引自關會梅等，2008)Fig.1　A sketch map of the Liaonan Wanfu metamorphic core complex ductile shear zone

對萬福變質核雜巖的研究，前人做了大量基礎研究工作(圖1)。萬福變質核雜巖與Cordillera變質核雜巖一樣具典型的三層結構(關會梅等，2008)，即上盤弱變形沉積巖層、下盤的深成變質巖和中部的韌性剪切拆離帶。通過對核雜巖及其與相鄰區(qū)域變質核雜巖的演化關系的探討，可以為揭示巖石圈減薄過程屬性和尺度提供大量證據(jù)。

2.2萬福韌性剪切拆離帶

萬福韌性剪切拆離帶與遼南變質核雜巖相毗鄰，位于遼東半島北部。萬福韌性剪切拆離帶的主拆離斷層位于后沙河-桂云花—萬福-梁屯及什字街-楊運以及北側的古道嶺花崗巖與古元古代之間，延伸約50 km。拆離斷層帶總體走向近SN，傾向東。主拆離斷層面下伏的韌性剪切拆離帶內線狀和面狀構造十分發(fā)育。糜棱巖作為主拆離斷層帶的主體，主要發(fā)育于萬福及其北側，少部分發(fā)育于南部。巖石在韌性剪切拆離帶的不同部位，由巖石細?；潭炔煌憩F(xiàn)出糜棱巖化程度的顯著變化。巖石中因韌性剪切作用十分強烈導致眼球構造、σ組構、剪切條帶、S-C 組構、壓力影構造、骨牌構造等普遍發(fā)育(關會梅等，2008)。

3　萬福韌性剪切拆離帶的韌性減薄量

3.1樣品概況

萬福韌性剪切拆離帶主要由糜棱狀黑云母花崗片麻巖以及少量斜長角閃巖組成。通過巖石的顯微組構可以判別它們是由深部韌性剪切作用的結果，主要表現(xiàn)在巖石的動態(tài)重結晶方面。巖石變形程中同時發(fā)生了角閃巖相變質作用。

樣品沿萬福南、梁屯及什字街-楊運3條剖面展開(圖1中VII、VIII、IX剖面)。萬福南剖面糜棱面理產狀變化不大，沿著韌性拆離方向依次可見到綠泥石化糜棱巖和糜棱巖，產狀為傾向110°～130°，傾角22°～28°；梁屯剖面糜棱面理產狀變化不大，產狀為傾向134°～140°，傾角20°～21°，糜棱巖較為發(fā)育，在糜棱巖中可見S-C-C′組構；楊運-什字街剖面糜棱面理產狀變化不大，產狀為傾向90°～95°，傾角24°～32°，多發(fā)育為超糜棱巖。采集的樣品主要為初糜棱巖和糜棱巖，超糜棱巖比較少見。在手標本上和薄片下，根據(jù)野外采集的手標本或鏡下薄片中基質所含百分比來劃分初糜棱巖與糜棱巖，初糜棱巖基質含量介于10%～50%(圖2a)，初糜棱巖中的碎斑主要為長石，其次為石英集合體。

圖2　萬福變質核雜巖韌性剪切拆離帶糜棱巖的宏觀與微觀照片F(xiàn)ig.2　Field photos and micrographs of Wanfu metamorphic core complex ductile shear zonea.顯微鏡下長石旋轉碎斑，長軸取向為S面理；b.糜棱巖中發(fā)育的線理；c.糜棱巖中發(fā)育的S-C-C′組構；d.糜棱巖

基質主要由微小的長石、石英和云母組成(圖2b)；糜棱巖基質含量介于50%～90%(圖2c)；超糜棱巖基質含量大于90%(圖2d)。在顯微尺度下觀察，長石主要為韌-脆性變形，局部可見韌性變形的長石，長石中可以見到細微破裂面。強烈變形成拔絲狀石英圍繞在長石周圍(圖2b)。石英以韌性變形為主，主要以石英的動態(tài)重結晶、波狀消光等為主要特征，石英的形態(tài)包括眼球狀集合體、重結晶石英條帶。在宏觀尺度上，糜棱巖普遍發(fā)育的糜棱面理拉伸線理，眼球狀長石與石英集合體的中部與尾部的取向定義了糜棱巖中的S面理與C面理，從而構成了S-C組構(圖2a，c，d)。

3.2應變測量

巖石有限應變測量作為定量化研究巖石變形的重要手段，在構造地質學研究中扮演著重要的角色(Roy et al.,2006)。對巖石測量其有限應變，要盡量尋找具有一定代表性的、變形均一的露頭面進行野外樣品的采集，室內對應變橢球三個主平面精確地選定能有效的減少誤差。根據(jù)樣品線理和面理切制三個主應變面并制作光面：垂直糜棱面理、平行拉伸線理作為XZ面；垂直糜棱面理與拉伸線理的作YZ面，平行糜棱面理的作XY面(李建波等，2012a，2012b)。本文對萬福變質核雜巖韌性剪切拆離帶糜棱巖樣品進行有限應變測量。通常情況下，變形石英、長石都可作為應變測量標志體，但在強變形條件下，由于動態(tài)重結晶作用，石英顆粒邊界很難精確確定，而長石顆粒邊界相對容易確定，故本文采用長石作為應變標志體。目前進行巖石有限應變測量的方法很多(Yu et al.,1984; Mulchrone, 2003; Mulchrone et al.,2003;Ailleres et al.,2004)，本文采用Rf/φ法進行應變測量。在每個定向樣品的XZ面、YZ面上測量變形長石斑晶的長短軸的長度，為了減少誤差，每一組數(shù)據(jù)隨機不重復測量40～50個。測量數(shù)據(jù)通過雙曲線網(De Paor，1988)進行處理，得出三維有限應變數(shù)值Rxz、Ryz，三維有限應變測量值列于表1。

3.3運動學渦度估算

運動學渦度值是一個無綱量參數(shù)，運動學渦度分析已成為巖石流變學和構造分析的重要組成部分。運動學渦度可以指示簡單剪切和純剪切在一般剪切作用中的相對份量。本文采用有限應變橢圓軸比Rxz和最大拉伸方向與剪切方向的夾角通過極莫爾圓法(De Paor，1988；Zhang et al., 1997，2000)獲得兩特征向量(非旋轉方向)的夾角(υ)，取其余弦即可得到運動學渦度。例如兩樣品ln09627- 4與ln09627- 5在XZ面上有限應變的軸比Rs分別為3和2，其最大拉伸方向與剪切方向的夾角β為14.8°和13.2°，依據(jù)Rs和β構建的極摩爾圓(圖3)，獲得運動學渦度值ln09627-4為0.88、ln09627- 5為0.74。運動學渦度測量結果列于表1。

表1　遼南萬福變質核雜巖韌性剪切拆離帶有限應變、運動學渦度估算及韌性減薄量計算結果

注:Rxz為XZ面軸比；Ryz為YZ面軸比；X、Y、Z為應變主軸長度；Wk為運動學渦度；S為韌性減薄量(%)。

圖3　樣品ln09627-4與ln09627-5極莫爾圓法求解運動學渦度圖解Fig.3　The kinematic vorticity estimated by the Polar Mohr diagram of sample ln09627-4 and ln09627-5

3.4韌性減薄量估算

韌性剪切拆離帶的韌性減薄量問題被越來越多的研究者所注意。計算韌性減薄量可在運動學渦度值的基礎上進行。Wallis等(1993)通過研究提出了垂直于韌性剪切拆離帶邊界方向的減薄率(韌性減薄量與原厚度的比值)與韌性剪切拆離帶的運動學渦度Wk和XZ主應變平面的軸比Rxz有關，并且通過公式推導得出了求解垂直于韌性剪切拆離帶邊界方向韌性減薄量的公式。本文通過結合有限應變測量與運動學渦度估算的基礎上，依據(jù)下面的公式計算萬福韌性剪切拆離帶的韌性減薄率(表1)。

4　討論

4.1韌性減薄量與運動學渦度的關系

表1顯示樣品的運動學渦度為0.74～0.96，平均為0.86。在測量的20個樣品中，只有1個樣品測量的運動學渦度值比0.75小，剩余樣品測量的運動學渦度值均大于0.75，表明在糜棱巖的演化過程中經歷了以簡單剪切為主的一般剪切作用。沿拆離方向，運動學渦度變化幅度較小，表明巖石組構隨著伸展拆離在變形過程中簡單剪切組分與純剪切組分相對穩(wěn)定。韌性剪切拆離帶與其邊界垂直的方向發(fā)生了壓扁變形，通過對韌性剪切拆離帶遞進變形時產生的壓扁組分進行估算，可以對韌性剪切拆離帶非共軸韌性變形產生的韌性減薄量進行分析(Simpson et al., 1993)。一般剪切最大主應力軸σ1與韌性剪切拆離帶邊界的夾角為45°～90°，簡單剪切時為45°，純剪切時為90°(Xypolias et al., 2001)。根據(jù)上文所述，在韌性剪切拆離帶變形過程中可以通過運動學渦度確定簡單剪切與純剪切組分的相對大小。運動學渦度研究表明，增厚型剪切帶運動學渦度為Wk<0；減薄型剪切帶運動學渦度為0

Xypolias等(2001)指出希臘西奈山Hellenides韌性剪切拆離帶內存在韌性減薄量與運動學渦度為負相關關系。沿拆離方向萬福應變與運動學渦度分布特征為運動學渦度逐漸減小，韌性減薄量的分布特征相結合表明，韌性減薄量伴隨拆離斷層的演化，變形巖石組構產生的變形越來越大，而與動學渦度呈負相關(圖4B)。產生韌性減薄量與應變及運動學渦度存在這種數(shù)學關系的原因是，運動學渦度減小，純剪組分增大導致巖石沿垂直于韌性剪切拆離帶的壓扁增加進而韌性減薄量增加。

4.2研究意義

圖4　萬福韌性剪切拆離帶的韌性減薄量分布圖(S表示韌性減薄量)Fig.4　The distribution of ductile thinning of the Wanfu metamorphic core complex ductile shear zone

華北克拉通是世界上少有的遭受強烈破壞及巖石圈巨量減薄的地區(qū)。金伯利巖中的金剛石包體、地球物理探測以及新生代玄武巖中的慢源包體等資料表明華北克拉通中生代以來經歷了上百公里的減薄(Griffin et al., 1998; Menzies et al., 1998; 徐義剛，1999，2004；鄭建平，1999；路鳳香等，2006；王濤等，2007)。這一整套劇烈的巖漿作用、構造作用、大型盆地的形成以及成礦大爆發(fā)伴隨著巖石圈的減薄和破壞，在全球極為罕見，許多年以來一直地質學界的研究熱點。巖石圈地幔的拆沉、下地殼的拆沉(Gao et al., 2002，2004；Wu et al., 2003; Yang et al., 2003)或去根(Deng et al.，2004；2006；鄧晉福等，1996；2006)過程可能是巖石圈減薄的主要機制。另一種觀點則指出巖石圈減薄是軟流圈熱侵蝕(包括化學侵蝕和熱機械侵蝕)(徐義剛，1999; Xu et al.，2004)或“地幔置換”(鄭建平等，2006； Zhai et al.，2007)或轉型(周新華等，2006)的結果，是一種典型的熱減薄-化學減薄，“蘑菇云”模式也屬于這種觀點(路鳳香等，2000)。這些模式更多的傾向于深部地質作用，沒有過多的將關注焦點用于淺部尤其是淺部的構造變形作用，更沒有通過深部過程與聯(lián)系淺部響應相結合來考慮。構造變形減薄作用是巖石圈及地殼發(fā)生減薄的重要作用之一。目前，對巖石圈地幔減薄和上地殼伸張減薄的形成機制還存在很大的爭議，變質核雜巖韌性剪切拆離帶是地殼經歷強烈伸展和減薄的標志。以變質核雜巖及與其相伴生的韌性剪切拆離帶作為研究內容，以有限應變與運動學渦度作為糜棱巖類巖石的研究對象，將華北地塊中不同層次的變形巖石特征和構造演化過程相結合，有助于深入探討巖石圈深部減薄及淺部地殼響應。針對遼南萬福變質核雜巖以及相應的韌性剪切拆離帶的實測運動學渦度與韌性減薄量表明，韌性減薄確實存在于變質核雜巖及與其相伴生的韌性剪切拆離帶的發(fā)育過程中，對于整個華北克拉通地殼的總體減薄量而言，變質核雜巖的韌性減薄量雖然貢獻不大，但對中生代以來華北克拉通伸展減薄的研究仍具有十分重大的意義。

在此需要指正，本文韌性減薄量是根據(jù)垂直于韌性剪切拆離帶邊界方向上計算得出的。應變標志體的選擇不同會給韌性減薄量的估算造成一定的誤差，而且野外采集局部強變形巖石的應變參數(shù)存在一定困難也會給韌性減薄量的估算造成一定誤差，因此本文計算的韌性減薄量值應該小于地殼的實際減薄量，本文所估算的韌性減薄量應為拆離斷層內韌性剪切拆離帶的最小減薄量。

5　結論

(1)三維有限應變通過以長石碎斑為標志體的測量顯示，萬福韌性剪切拆離帶內糜棱巖變形過程中其三維應變橢球的X軸一直伸長，Y軸保持不變，Z軸一直縮短。莫爾圓估算的韌性剪切拆離帶內糜棱巖及糜棱巖化巖石的運動學渦度表明萬福韌性剪切拆離帶形成以簡單剪切為主，結合三維有限應變測量結果，可知萬福韌性剪切拆離帶為一條加長-減薄型剪切帶。

(2)以有限應變測量與運動學渦度估算為基礎，初步估算了該韌性剪切拆離帶的韌性減薄量，沿剪切拆離方向，韌性減薄量從8%增加到29%，且韌性減薄量與運動學渦度負相關。

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Ductile Thinning of Wanfu Metamorphic Core Complex Ductile Shear Detachment Zone

DING Yuan-jun1,HUANG Jia-xing2,LI Jian-bo1,ZHANG Ying1,DAI Ping-jiang1,FANG Hong-fei1

( 1.East China University of Technology，Nanchang，JX 330013，China; 2. Jiangxi Nonferrous Metals Geological Exploration Bureau of the First Team，Yingtan，JX 335000，China)

The Wanfu metamorphic core complex ductile shear detachment zone is located at the northern of the Liaodong peninsula and adjacent to Liaonan metamorphic core complex. The ductile shear detachment zone composed of mylonites, mylonites rocks and banded gneisses from the shallow crust to deep crust. The strain measurement using the feldspar porphyroclasts show that the principal axis X>Y (≈1)>Z of the strain ellipsoids and that the X-axis lengthening, the Y-axis remaining unchanging and the Z-axis shortening. The kinematic vorticity (Wk) values, estimated by the Polar Mohr diagram, changed from 0.74 to 0.96 with an average of 0.86, which suggest that the Wanfu ductile shear detachment zone experienced simple-dominated general shearing forming the mylonite foliation and lineation. Based on the finite strain measurement and kinematics vorticity estimation, the ductile thinning ranged from 8% to 29% alone the sense of detachment, and has negative correlation with the kinematic vorticity.

ductile shear detachment zone; finite strain; Kinematic vorticity; ductile thinning

2015-05-29

丁園軍(1990—)，男，碩士生，主要從事構造變形、構造與成礦方面的科研工作。E-mail:491242693@qq.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2016.02.003

P542

A

1674-3504(2016)02-0118-08