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柴北緣錫鐵山韌性剪切帶的基本特征及其形成時代

2016-10-24 05:58:39付建剛梁新權潘傳楚楊永強王澤利鐘永生
大地構造與成礦學 2016年1期
關鍵詞:糜棱巖韌性剪切

付建剛, 梁新權, 王 策 蔣 英 周 云,潘傳楚, 楊永強, 王澤利, 鐘永生

(1.中國科學院 廣州地球化學研究所, 同位素地球化學國家重點實驗室, 廣東 廣州510640; 2.中國地質調查局成都地質調查中心, 四川 成都 610081; 3.桂林理工大學 地球科學學院, 廣西 桂林541004; 4.中國科學院廣州地球化學研究所 長沙礦產勘查中心, 湖南 長沙 410013; 5.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院,北京 100083; 6.山東科技大學 地球科學與工程學院, 山東 青島 266510; 7.西部礦業(yè)股份有限公司錫鐵山分公司, 青海 錫鐵山 816203)

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柴北緣錫鐵山韌性剪切帶的基本特征及其形成時代

付建剛1,2, 梁新權1*, 王 策1, 蔣 英1, 周 云3,潘傳楚4, 楊永強5, 王澤利6, 鐘永生7

(1.中國科學院 廣州地球化學研究所, 同位素地球化學國家重點實驗室, 廣東 廣州510640; 2.中國地質調查局成都地質調查中心, 四川 成都 610081; 3.桂林理工大學 地球科學學院, 廣西 桂林541004; 4.中國科學院廣州地球化學研究所 長沙礦產勘查中心, 湖南 長沙 410013; 5.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院,北京 100083; 6.山東科技大學 地球科學與工程學院, 山東 青島 266510; 7.西部礦業(yè)股份有限公司錫鐵山分公司, 青海 錫鐵山 816203)

在柴北緣錫鐵山地區(qū)元古宇達肯大坂群與奧陶系灘澗山群之間發(fā)育一條呈NW向展布的基底韌性剪切帶。本文對該韌性剪切帶中的宏觀構造(鞘褶皺、不對稱褶皺、塑性流變組構、S-C組構、旋轉碎斑系、構造透鏡體、粘滯型石香腸構造)和糜棱巖微觀構造(云母魚構造、壓力影構造、動態(tài)重結晶、雪球狀旋轉構造、波狀消光和云母扭折)特征作了詳細的研究。對錫鐵山基底韌性剪切帶中花崗質糜棱巖進行白云母Ar-Ar同位素測年, 獲得坪年齡為398±4 Ma, 等時線年齡為399±4 Ma, 二者基本一致, 代表了錫鐵山基底韌性剪切帶的形成時間。綜合上述特征判斷, 錫鐵山韌性剪切帶是一條由元古宇達肯大坂群向SW斜向逆沖所形成的右行逆沖韌性剪切帶, 該韌性剪切帶與早古生代柴達木地塊向NE斜向俯沖碰撞造山作用有關, 并可能導致了超高壓變質體折返到淺部地殼層次。同樣, 該韌性剪切帶的存在, 也對錫鐵山鉛鋅礦起到了十分重要的后期構造控制作用。

韌性剪切帶; 白云母; Ar-Ar測年; 右行走滑逆沖; 構造意義; 錫鐵山; 柴北緣

卷(Volume)40, 期(Number)1, 總(SUM)150頁(Pages)14~28, 2016, 2(February, 2016)

柴達木盆地北部邊緣(簡稱柴北緣)構造帶是青藏高原北部一條十分重要的構造邊界, 帶內以發(fā)育海相火山巖、蛇綠巖套以及超高壓變質巖而備受地質工作者的關注(賴紹聰?shù)? 1996; 楊經綏等, 1998;張建新等, 2000, 2002, 2003, 2004; 郝國杰等, 2001;史仁燈等, 2003; 王惠初等, 2003; 張貴賓等, 2005; Zhang et al., 2005, 2006)。其中海相火山巖為一套呈NW向展布的早古生代淺變質巖, 稱為奧陶系灘澗山群, 斷續(xù)分布在都蘭、錫鐵山、綠梁山和賽什騰山等地(青海省地層表編寫小組, 1980)。分布于錫鐵山地區(qū)的灘澗山群賦含我國大型鉛鋅礦床——錫鐵山鉛鋅礦床, 成為整個柴北緣地區(qū)的重點研究對象(鄔介人等, 1987; 馮佐海等, 1997; 鄧吉牛, 1999;孟繁聰?shù)? 2003; 李峰等, 2007; 王莉娟等, 2008; 馮志興等, 2010; 吳冠斌等, 2010; 孫華山等, 2012)。錫鐵山早古生代灘澗山群變火山?沉積碎屑巖經歷了后期強烈的構造變形和變質作用, 從而為該地區(qū)的地質研究工作帶來更多難題。前人雖對該地區(qū)做了大量的地質研究工作, 但主要集中在巖石礦物(張聰?shù)? 2009)、地層學(鄔介人等, 1987; 李峰等, 2006)、地球化學(孟繁聰?shù)? 2003, 2005a, 2005b; 高曉峰等, 2011)以及鋯石年代學(趙風清等, 2003; 李峰等, 2007; Zhang et al, 2009; Zhang et al, 2012)等方面, 對該地區(qū)構造變形研究較少(賴紹聰?shù)? 1993; 郭進京, 2000;汪勁草等, 2000), 到目前為止, 還沒有人對錫鐵山地區(qū)韌性剪切帶做過專門的研究。而該區(qū)韌性剪切帶的存在, 對錫鐵山鉛鋅礦床產生了明顯的后期構造改造作用; 同時, 該韌性剪切帶的形成時代和構造背景, 是構建整個柴北緣早古生代陸陸碰撞造山框架的主要依據(jù)。因此, 本文通過廣泛發(fā)育于錫鐵山地區(qū)韌性剪切帶中多種典型的宏觀、微觀構造, 分析該地區(qū)韌性剪切帶的幾何學、運動學特征; 同時利用激光階段加熱法, 對韌性剪切帶內高應變區(qū)中的花崗質糜棱巖進行白云母Ar-Ar同位素測年, 從而確定該區(qū)基底韌性剪切帶的形成時代, 并討論了該韌性剪切帶形成的構造背景及其對錫鐵山礦床的后期改造作用, 從而為進一步研究錫鐵山礦床和整個柴北緣構造帶的大地構造演化提供新的證據(jù)。

1 地質背景

柴北緣發(fā)育著一條NW-SE向展布的大型韌性剪切帶, 北起蘇干湖–魚卡–大柴旦–托素湖, 南以柴達木盆地為界, 包括賽什騰山、綠梁山、錫鐵山、阿木尼克山、茶卡南山等, 全長約600 km (賴紹聰?shù)? 1993)(圖1)。

圖1 柴北緣區(qū)域地質簡圖(據(jù)Zhang et al., 2005)Fig.1 Simplified geological map of the North Qaidam

錫鐵山地區(qū)位于柴北緣構造帶的中部, 礦區(qū)出露地層由老到新依次為: 元古宇達肯大坂群; 奧陶系灘澗山群的海相火山碎屑–沉積巖系; 晚泥盆世磨拉石沉積建造的復成分礫巖; 石炭紀砂巖以及第四紀沉積物(青海第五地質隊, 1988)。元古宇達肯大坂群構成了錫鐵山地區(qū)的基底, 進一步可劃分為三套巖石組合, 即變質的表殼巖系、角閃巖巖組和花崗質片麻巖。變質的表殼巖相當于前人建立的沙柳河巖群或魚卡河巖群(張建新等, 2002; 王惠初等, 2006), 主要為石榴云母長石片麻巖、石英云母片巖、石榴(藍晶)白云片巖、(含榴)二云片巖、黑云變粒巖、含榴黑云角閃片巖、大理巖。角閃巖巖組以斜長角閃巖為主, 規(guī)模較小, 以構造透鏡體呈“孤島”狀分布在表殼巖系中?;◢徠閹r具片麻狀或眼球構造,成分上為黑云母和二云母、含或不含石榴子石的變質花崗閃長巖、英云閃長巖或奧長花崗巖以及花崗巖等。灘澗山群為礦區(qū)主要的賦礦圍巖, 主要由中基性變火山巖、沉積碎屑巖、碳酸鹽巖組成, 從北東向南西進一步劃分為四個組: ①下部火山–沉積巖組(O3tna, 又稱a巖性組), 包括: 下部基性和酸性火山巖互層段(O3tna-1)和上部正常沉積巖段(O3tna-2,主要賦礦層位), 底部a-1段中流紋斑巖的鋯石U-Pb年齡為455 Ma(梁新權等, 2012), 表明錫鐵山灘澗山群形成于中晚奧陶世; ②中基性火山碎屑巖組(O3tnb, 又稱b巖性組), 為次要含礦層; ③紫紅色砂礫巖組(O3tnc, 又稱c巖性組), 本次研究中對該組進行碎屑鋯石U-Pb定年, 獲得最小峰值年齡為430 Ma (梁新權等, 2012), 推測其形成時代可能為早志留世;④上部中基性火山巖組(O3tnd, 又稱d巖性組), 包括下部中基性火山碎屑巖段(O3tnd-1)、正常碎屑沉積巖段(O3tnd-2)、上部中基性火山碎屑巖段(O3tnd-3)和頂部基性熔巖段(O3tnd-4)(鄔介人等, 1987; 張德全等, 2005; 李峰等, 2007)。

礦區(qū)遭受后期強烈的構造變形作用, 以發(fā)育多條規(guī)模不等的韌性剪切帶為主要特征, 并分別被后期脆性斷層疊加和改造。從北東向南西, 韌性剪切帶在達肯大坂群與灘澗山群底部接觸帶、O3tna-1與 O3tna-2、O3tna-2與O3tnb、O3tnd-1與O3tnd-2、O3tnd-3與O3tnd-4以及其內部不同巖性之間均有不同程度的發(fā)育, 韌性剪切變形強度依次減弱, 分別被后期脆性斷層F1、F0、F2、F3、F4疊加改造(圖2)。這些剪切帶出露在中間溝–斷層溝, 往西延伸到無名溝、錫鐵山溝, 甚至黃羊溝一帶, 一般呈NW-SE向平行分布, 與片理走向基本一致(圖3), 可能為同一構造事件的產物。其中以分布于達肯大坂群和灘澗山群底部的韌性剪切帶(簡稱基底韌性剪切帶)規(guī)模最大, 韌性剪切變形最強, 帶內巖石發(fā)生了強烈的糜棱巖化, 應該是該地區(qū)韌性剪切變形的中心帶, 在該地區(qū)占據(jù)主導地位, 且被后期脆性斷層F1疊加改造。

圖2 錫鐵山地區(qū)地質簡圖Fig.2 Simplified geological map of the Xitieshan area

2 韌性剪切帶的特征

2.1 韌性剪切帶的宏觀特征

韌性剪切帶是巖石在塑性狀態(tài)下發(fā)生連續(xù)變形的狹窄高剪切應變帶, 以發(fā)育強烈密集的面理帶為特色, 通常產于變形變質巖區(qū)(朱志澄, 1999), 如新疆東天山地區(qū)塔水河韌性剪切帶(馬華東等, 2008)、新疆哈密庫姆塔格沙壟北段韌性剪切帶(魏剛鋒等, 2007)、滇西主高黎貢韌性剪切帶(吳小奇等, 2006)和煎茶嶺韌性剪切帶(聶江濤等, 2010)等。錫鐵山基底韌性剪切帶位于早古生代灘澗山群和元古宙基底達肯大坂群之間, 是區(qū)域上柴北緣大型韌性剪切帶在錫鐵山地區(qū)的出露部分(賴紹聰?shù)? 1993), 該剪切帶北西起黃羊溝, 向南東經錫鐵山溝、無名溝、中間溝延伸到斷層溝(圖2), 呈NW向展布, 長達10 km以上, 寬度從5~500 m不等, 在無名溝一帶最大, 寬度與O3tna-1相當, 往兩側(NW和SE)逐漸變窄。該剪切帶在錫鐵山溝表現(xiàn)明顯, 由花崗質、角閃質糜棱巖系列組成, 是一條明顯發(fā)生退變質作用的動力變質變形帶。帶內達肯大坂群和灘澗山群均遭受了強烈糜棱巖化的韌性剪切變形, 廣泛發(fā)育條帶狀長英質糜棱巖和中基性糜棱巖, 該糜棱巖具有以下四個特征: (1) 與原巖相比, 粒度明顯減小; (2) 面理及線理極為發(fā)育(圖4a); (3) 發(fā)育在狹窄的強應變帶, 強應變帶位于灘澗山群底部a-1組和老地層達肯大坂群交界處; (4) 至少有一種造巖礦物發(fā)生了明顯的塑性變形(如絲帶構造和核幔構造)(朱志澄, 1999)。灘澗山群底部a組靠近韌性剪切變形中心,下部a-1段變火山巖呈長扁透鏡體出露, 帶內灰綠色石英斜長片巖、綠泥片巖、綠簾片巖、石英絹云母片巖皆屬糜棱巖、超糜棱巖和千糜巖, 向上a-2段中灰黑色、黑綠色綠泥石石英絹云母片巖、含炭絹云母石英片巖、白色薄–厚層大理巖、青灰色條帶狀大理巖等也發(fā)生強烈糜棱巖化, 甚至細頸化或透鏡化。向南西遠離韌性剪切變形中心, 變形整體依次較弱, 呈現(xiàn)窗欞構造, 中–小型緊閉直立褶皺, 斜歪褶皺、不對稱褶皺等等。從達肯大坂巖群到灘澗山群底部a組, 巖石的糜棱面理產狀是變化的, 時而傾向NE(45°~65°), 時而傾向SW(220°~245°), 但從區(qū)域上看, 主變形帶呈NW-SE向分布, 高角度(75°~90°)傾向NE; 同樣, 剪切帶中的礦物拉伸線理或生長線理呈現(xiàn)類似倒轉背形的波狀變化特征,整體傾向NW, 側伏角大約20°~30°, 局部發(fā)育近水平方向、傾向SE的拉伸線理, 側伏角在10°~20° (圖3)。

2.1.1 拉伸線理與鞘褶皺

拉伸線理代表剪切運動方向, 主要為礦物拉伸線理, 由絹云母、綠泥石礦物集合體及粒狀礦物或其集合體的拉長定向排列構成。鞘褶皺是一種特殊的A型褶皺, 拉伸線理與褶皺大致平行, 呈扁圓狀或者舌狀, 沿著剪切方向可以拉伸很長。錫鐵山地區(qū)發(fā)育的鞘褶皺(圖4b)和拉伸線理基本平行, 圖中顯示的為鞘褶皺YZ斷面, 呈現(xiàn)眼球狀和豆莢狀的特征, 同心層狀清晰明顯。鞘褶皺樞紐方向指向SE,與拉伸線理一致, 傾伏向150°, 側伏角在15°~25°左右, 代表了最大拉伸方向。

2.1.2 塑性流變組構

錫鐵山韌性剪切帶糜棱巖中常發(fā)育有塑性流變(圖4c), 流變體多為長英質、硅質的變質分異條帶,形態(tài)多變, 十分復雜, 無法判別其剪切方向。

2.1.3 不對稱褶皺

錫鐵山韌性剪切帶中發(fā)育有小尺度露頭的不對稱褶皺(圖4d), 是由先期面理、成分層或變質分異條帶的再褶皺或遞進褶皺變形而成。隨著剪切變形的增加褶皺幅度加大, 形成了緩傾斜的長翼和倒轉短翼的不對稱褶皺, 由長翼到短翼的方向, 代表了褶皺倒向, 從而判定剪切方向為右行(圖4d)。同時, 該褶皺屬于B型褶皺, 樞紐與剪切方向垂直。

圖4 錫鐵山韌性剪切帶中宏觀構造特征Fig.4 Macroscopic structural characteristics of the ductile shear zone in the Xitieshan area

2.1.4 旋轉碎斑系

旋轉碎斑是韌性剪切帶中常見的構造組合, 是在糜棱巖韌性基質剪切流動過程中, 剛性的碎斑及其周緣較弱的動態(tài)重結晶集合體或者細碎粒發(fā)生旋轉而形成的。在錫鐵山灘澗山群和達肯大坂群地層中, 野外均可見到似σ型旋轉碎斑構造(圖4e)。剛性的大理巖在剪切變形中旋轉, 帶動周圍的綠泥石片巖從而形成了不對稱的楔性尾部, 所引起的尖端延伸方向指示剪切方向為右行。

2.1.5 S-C組構

韌性剪切帶中常發(fā)育兩類面理: 剪切帶內面理(S)和糜棱巖面理(C)。錫鐵山地區(qū)達肯大坂群中糜棱巖化的長英質片麻巖, 隨著韌性剪切的增加, 早期的面理和變質分異條帶轉化為宏觀的C面理, 它與剪切帶邊界平行為一組連續(xù)的剪切滑劈理, 主要由層狀硅酸鹽礦物及拉長的粒狀礦物定向排列而成。而糜棱巖中長石顆粒定向排列, 形成了S面理(圖4f), 并與C面理呈小角度銳夾角, 大約30°左右, 指示剪切方向為右行。

2.1.6 構造透鏡體

錫鐵山灘澗山群中的變火山巖在韌性剪切變形中, 多處出現(xiàn)了較強硬的大理巖剪切透鏡體(圖4g),其邊緣強烈糜棱巖化, 大小不等的構造透鏡體沿著剪切方向呈疊加式展布。在遞進剪切作用下, 透鏡體內部產生破裂并發(fā)生了旋轉, 生成多個透鏡體, 沿S-C組構面分布, 并向剪切方向傾斜, 形成了類似多米諾骨牌的構造, 產生破裂面與剪切帶呈大約30°的銳夾角, 指示剪切方向為右行。

2.1.7 粘滯型石香腸構造

錫鐵山石香腸構造中的香腸體在韌性剪切作用下, 相對于糜棱巖面理發(fā)生了小角度的旋轉, 并被剪切拉長, 形成了不對稱的透鏡體, 透鏡體之間常表現(xiàn)為錯而未斷的特征(圖4h), 是強硬層在高塑性條件下的剪切變形結果。

2.2 韌性剪切帶的顯微構造特征

錫鐵山基底韌性剪切帶內發(fā)生了強烈糜棱巖化,長石、石英、云母和角閃石等礦物發(fā)生了明顯的塑性變形(圖5a~f)。顯微構造均顯示出塑性變形、動態(tài)重結晶等構造特征, 多具有碎斑結構及糜棱結構,碎斑主要為斜長石或透長石和石英。宏觀上能觀察到的構造現(xiàn)象在鏡下基本都可以看到。下面主要介紹一些宏觀上觀察不到或不太明顯的顯微構造特征。

2.2.1 壓力影

壓力影構造是由巖石中相對剛性的物體及其兩側在變形中發(fā)育的同構造纖維狀結晶礦物組成, 纖維的生長方向隨變形過程中最大拉伸軸的方向而變化, 可分為單斜對稱壓力影(圖5g)和對稱性壓力影(圖5h)。錫鐵山灘澗山群糜棱巖在韌性剪切變形中,相對剛性的碎斑兩側的結晶纖維呈現(xiàn)出單斜對稱的形狀, 壓力影構造中礦物結晶纖維生長的方向指示剪切方向為右行(圖5g)。

2.2.2 角閃石或云母魚構造

角閃石或云母魚構造主要發(fā)育于錫鐵山老地層的長英質糜棱巖、花崗閃長質糜棱巖和角閃石綠泥石糜棱巖等巖石中。先存的角閃石和云母等礦物,在剪切作用過程中, 形成了與剪切方向相反的微型犁式正斷層(圖5i)。隨著變形作用的持續(xù), 角閃石和云母發(fā)生了滑移、分離并且旋轉, 從而形成了不對稱的云母魚(圖5a)或角閃石魚(圖5j)。而云母魚兩端的尾部主要由強烈剪切作用形成的細粒層狀硅酸鹽礦物和長石組成, 細碎屑的尾部將相鄰的云母魚連接在一起, 形成臺階狀結構。這種尾部代表強剪切應變的微剪切帶, 組成了C面理, 和S-C面理相同,形成大約30°的銳夾角, 指示剪切方向為右行(圖5j)。同樣, 根據(jù)不對稱角閃石魚和云母魚上反向的微型正斷層判斷, 剪切方向為右行(圖5a, i, j)。

2.2.3 雪球狀旋轉構造

錫鐵山糜棱巖中剛性的碎斑在韌性剪切過程中發(fā)生了旋轉, 帶動了周邊基質一起旋轉滾動, 形成了一種類似雪球狀的構造(圖5k)。斑晶主要以長石為主, 基質中長石、石英、云母均呈細碎粒, 大部分石英呈現(xiàn)出拔絲狀條帶。雪球狀構造整體呈現(xiàn)出明顯的旋轉特征, 指示剪切方向為右行。

2.2.4 動態(tài)重結晶

隨著韌性變形中的重結晶程度增高, 糜棱巖中細小的顆粒或者是多晶集合體重新結晶而長大, 使糜棱巖轉變?yōu)楦鞣N結晶片巖。而動態(tài)重結晶是變形或產生位錯的顆粒在同期韌性剪切過程中, 為消除形變及位錯引起的不平衡, 使變形晶體回復到未變形狀態(tài)而產生的一種動態(tài)恢復過程。在錫鐵山的糜棱巖中, 基質和碎斑均發(fā)生了重結晶, 鏡下可見動態(tài)重結晶顆粒多呈拔絲拉長狀, 以發(fā)育矩形多晶石英細長變形條帶為特征(圖5l)。碎斑的原始邊界一般被破壞而成彎曲狀、鋸齒狀或縫合線狀, 呈現(xiàn)出動態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2.5 波狀消光和云母扭折

在錫鐵山花崗質糜棱巖中, 石英晶粒常呈現(xiàn)出波狀消光及條帶狀消光(圖5m), 反映出強烈的韌性剪切變形。云母則主要是剪切過程中形成的重結晶礦物, 常常發(fā)生扭折, 解理彎曲, 多呈S型展布(圖5n)。因此, 利用剪切帶白云母或者黑云母Ar-Ar同位素測年, 可以確定韌性剪切帶的活動時間(黃瀚霄等, 2012; 楊富全等, 2013)。

2.3 韌性剪切帶的運動方向

圖5 錫鐵山韌性剪切帶中微觀構造特征Fig.5 Microscopic structural characteristics of the ductile shear zone in the Xitieshan area

錫鐵山韌性剪切帶整體走向NW, 傾向為NE,局部見傾向SW, 與區(qū)域上柴北緣大型韌性剪切帶的產出基本一致(圖1)(賴紹聰?shù)? 1993)。從錫鐵山地區(qū)整體上看, 韌性剪切帶產狀基本穩(wěn)定, 剪切面理為45°~60°D75°~80°。糜棱巖中的礦物拉伸線理或生長線理呈現(xiàn)出波狀變化特征, 整體傾向NW, 側伏角約20°~30°(圖4a), 局部發(fā)育近水平的, 傾向SE的拉伸線理, 側伏角在10°~20°(圖3)。同時在垂直面理和線理的截面(YZ)上以及后期F1斷層面上, 均發(fā)現(xiàn)有擠壓逆沖的變形現(xiàn)象(許志琴等, 2003)。結合S-C組構(圖4f,圖5a)、不對稱褶皺(圖4d)、δ型和σ型旋轉碎斑系(圖4e, 圖5d、e、f)、角閃石和云母魚構造(圖4a、5i、5j)、不對稱的壓力影構造(圖5g)等特征, 說明錫鐵山基底韌性剪切帶為一右行走滑擠壓逆沖的剪切帶。隨著區(qū)域上達肯大坂群中高壓變質體在淺部地殼的折返(大約在400~406 Ma)以及錫鐵山倒轉背斜的變化, 錫鐵山超高壓變質體開始了斜向擠出, 表明區(qū)域上祁連微板塊相對于柴達木微板塊右行運動。綜合上述特征, 判斷錫鐵山基底韌性剪切帶的運動方向為北東向南西的斜向右行走滑逆沖剪切, 也就是礦區(qū)北東盤達肯大坂群向南西斜向逆沖于灘澗山群之上。

3 韌性剪切帶中白云母Ar-Ar測年研究

3.1 樣品特征

本文用于白云母Ar-Ar 測年的花崗質糜棱巖樣品(10STS-02)位于錫鐵山中間溝地區(qū)與灘澗山群過渡的達肯大坂群中的花崗質片麻巖帶, 采樣點位置坐標為N37°20′29.5″, E95°34′37.7″(圖2)。本次研究過程中同時對該花崗質片麻巖帶進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年, 獲得了新元古代915 Ma的年齡(梁新權等, 2012)。該花崗質片麻巖帶在后期遭受了強烈的韌性變形, 從而形成了花崗質糜棱巖。

花崗質糜棱巖呈灰白色–灰紅色, 中粗粒似斑狀花崗質結構, 主要呈片麻狀構造、眼球狀構造, 片麻理和礦物拉伸線理發(fā)育。主要組成礦物為鉀長石(30%~35%)、斜長石(20%~25%)、石英(15%~20%)、白云母(10%~15%)和黑云母(5%), 副礦物有鋯石、石榴子石、榍石、矽線石。其中鉀長石, 呈肉紅色, 斑晶較大, 10~15 mm, 受后期強烈剪切變形影響, 長石發(fā)生旋轉, 呈書斜狀或眼球狀分布(圖4f)。石英,無色, 它形粒狀, 粒度2~3 mm, 波狀消光明顯, 許多重結晶的細小石英顆粒, 與微斜長石、黑云母等礦物定向排列, 反映巖石遭受了明顯的韌性變形作用, 石英被強烈拉長(圖4h)。白云母, 呈鱗片狀, 片徑2~8 mm, 在剪切過程中發(fā)生了重結晶, 常常發(fā)生扭折, 多呈S型展布。

3.2 測試方法

白云母Ar-Ar 定年分析是在中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室GVI5400?質譜儀上完成。通過對樣品進行粉碎、過篩、手工淘洗、重液分離、磁力分選和實體顯微鏡檢查等工序獲取白云母單礦物, 并對其選純(純度> 99%)和超聲波清洗。

中子通量監(jiān)測標準樣品采用北京房山花崗閃長巖黑云母ZBH-2506, 其年齡為132.5 Ma。標樣用激光全熔進行質譜Ar同位素組成分析, 得到J值。然后根據(jù)J值變化曲線的函數(shù)關系和樣品的位置計算出每個樣品的J值。干擾同位素的校正因子為(39Ar/37Ar)Ca=8.984×10–4, (36Ar/37Ar)Ca=2.673×10–4, (40Ar/39Ar)K=5.97×10–3。

為了準確扣除系統(tǒng)本底對樣品的影響, 實驗過程中以本底分析為開始和結束, 且白云母每做5個階段樣品分析間插做1個本底分析。數(shù)據(jù)處理時, 用每個本底值扣除其前后各2~3個階段樣品分析中本底的貢獻。本底分析的實驗流程與樣品分析完全一致(包括純化、擴散轉移和質譜分析等過程, 以及各個過程所占用的時間)。

3.3 測試結果

錫鐵山花崗質糜棱巖樣品10STS-02白云母Ar-Ar激光加熱過程共分為20個階段, 分析結果見表1。采用專業(yè)軟件ArArCALC(v.2.4)進行40Ar/39Ar年齡計算和作圖(Koppers, 2002)。16個激光階段組成一個平坦的年齡坪(圖6a), 坪年齡為398±4 Ma,對應的36Ar/40Ar-39Ar/40Ar反等時線年齡為399±4 Ma (圖6b), 坪年齡和反等時線年齡在誤差范圍內接近一致, 代表韌性剪切帶的形成時間。

4 討 論

4.1 韌性剪切帶的形成時代

早在20世紀70年代, 前人利用K-Ar法對發(fā)育于柴北緣達肯大坂群內部韌性剪切帶中的黑云母做了同位素年齡測定, 獲得年齡最大值為402 Ma (林坤等, 1978), 該年齡代表變晶黑云母的形成年齡, 后來的學者將其解釋為柴北緣大型韌性剪切帶的形成時間(賴紹聰?shù)? 1993)。隨后, 許志琴等(2003)對錫鐵山地區(qū)北東部達肯大坂群中的花崗質片麻巖進行白云母Ar-Ar測年, 獲得坪年齡和等時線年齡基本一致, 分別為405.7 Ma和404.7 Ma,并認為是超高壓變質巖體在淺部的后期折返年齡,該年齡同樣也是達肯大坂群中韌性剪切帶的活動年齡。本文針對錫鐵山灘澗山群與達肯大坂群過渡帶中的花崗質糜棱巖進行了白云母Ar-Ar同位素測年, 獲得了坪年齡和等時線年齡分別為398 Ma和399 Ma, 二者基本接近一致, 該年齡應是花崗質糜棱巖中白云母的重結晶年齡。另一方面, 該地區(qū)溫壓變質軌跡研究表明在400 Ma左右, 超高壓變質體折返至淺部(約10 km)(Xu et al., 2006), 對應的變質變形溫度為400 ℃左右(Zhang et al., 2005, 2009), 而白云母40Ar-39Ar體系的封閉溫度(Tc)大約在405~425 ℃左右(Harrison et al., 2009),變形時溫度條件與同位素封閉溫度相近, 因此, 白云母Ar-Ar年齡代表了錫鐵山基底韌性剪切帶的形成時間。

4.2 韌性剪切帶形成的動力學背景

韌性剪切帶通常形成于地殼以下的深度, 與深部造山作用過程的簡單剪切機制密切相關。無論是洋–陸殼俯沖, 還是陸–陸碰撞, 在其板塊聚合帶,都將表現(xiàn)為構造變形的高應變帶韌性。逆沖型剪切帶的形成及演化一般在大洋俯沖增生和弧–陸、陸–陸碰撞造山過程的中下地殼收縮階段, 逆沖走滑型韌性剪切帶常與地體之間的斜向匯聚和碰撞有成因聯(lián)系(許志琴等, 1996)。

表1 樣品10STS-02中白云母Ar-Ar定年結果Table 1 Results of Ar-Ar dating of muscovite from the sample 10STS-02

圖6 白云母40Ar/39Ar年齡譜(a)和等時線(b)Fig.640Ar/39Ar age spectrum (a) and isochron (b) of muscovite

研究表明, 柴北緣在早古生代加里東期經歷了多期復雜的俯沖–折返–碰撞造山事件(史仁燈等, 2003, 2004; 孟繁聰?shù)? 2005; Shi et al., 2006; Xu et al., 2006; 宋述光等, 2007, 2009; 孟繁聰和張建新, 2008; Chen et al., 2012; 張貴賓等, 2012)。晚寒武世–早奧陶世南祁連洋盆向北東俯沖于北祁連地體之下,形成了島弧火山巖(圖7a); 中–晚奧陶世柴達木地塊隨著南祁連洋殼的俯沖而發(fā)生了大陸的深俯沖及超高壓變質作用, 同時弧后盆地開始擴張, 形成了大型錫鐵山鉛鋅礦床(圖7b); 晚奧陶世–志留紀伴隨著正向深俯沖向斜向深俯沖的轉變, 超高壓變質片巖開始了全面的折返, 隨后祁連地塊自北東至南西斜向逆沖在柴達木地塊之上, 在柴北緣則形成了陸陸碰撞造山帶, 晚志留世–中泥盆世為加里東期碰撞造山運動的末期(圖7c)。這一系列的碰撞造山事件是形成柴北緣大型韌性剪切帶的主要原因。前人對韌性剪切帶進行黑云母K-Ar法、白云母Ar-Ar法同位素測年, 獲得年齡為402~406 Ma (林坤等, 1978;許志琴等, 2003)。結合我們本次研究獲得錫鐵山地區(qū)韌性剪切帶的形成時間為399 Ma, 該年齡與超高壓變質體后期折返年齡在誤差范圍內一致, 表明柴北緣韌性剪切帶的形成時代在400 Ma左右, 是加里東期陸陸碰撞造山末期的產物。柴達木地塊向北東斜向俯沖碰撞是柴北緣韌性剪切帶形成的主要機制。同時, 此韌性剪切帶也促使超高壓變質體折返到地殼淺部。

圖7 柴北緣錫鐵山地區(qū)基底韌性剪切帶形成的動力學背景(據(jù)郭進京, 2000; 許志琴等, 2003)Fig.7 Geodynamic background of the ductile shear zone at the Xitieshan area, North Qaidam

4.3 韌性剪切帶對礦床的后期改造

柴北緣錫鐵山灘澗山群的形成時代從514~ 440 Ma(吳才來等, 2001; 趙風清等, 2003), 基本上在晚寒武世–奧陶紀范圍內。本次研究中獲得錫鐵山韌性剪切帶中白云母Ar-Ar年齡為399 Ma, 屬于早泥盆世, 明顯要晚于灘澗山群火山–沉積巖組合的形成時代。同時在野外考察中發(fā)現(xiàn), 位于灘澗山群中部的紫紅色碎屑巖組(原灘澗山群c巖性組)經歷了較弱的韌性剪切變形, 而其上覆泥盆紀地層具磨拉石建造的阿木尼克組中基本沒有見到明顯的韌性剪切變形, 說明該韌性剪切帶是加里東期碰撞造山作用的產物。礦區(qū)含礦層位于灘澗山群的中下部, 靠近韌性剪切帶, 在加里東期碰撞造山過程中, 伴隨著柴達木地塊與祁連地塊斜向碰撞, 達肯大坂群向SW逆沖到灘澗山群之上, 分布于韌性剪切帶內的含礦層(a, b組), 遭受了強烈的擠壓剪切作用, 片理化發(fā)育程度極高, 變質程度較深。在灘澗山群中上部地層中(d組), 遠離韌性剪切帶, 片理發(fā)育較差, 但仍發(fā)育強烈的褶皺變形。錫鐵山鉛鋅礦的主體是以沉積巖為容礦圍巖的噴流沉積(SEDEX)型礦床(張德全等, 2005; 王莉娟等, 2009), 礦體主要呈薄層狀或似層狀夾于圍巖大理巖、炭質板巖及綠泥片巖巖性段中, 分別對應于大理巖型礦體、過渡型礦體以及片巖型礦體三類。在后期的韌性剪切變形中, 含礦層經變質變形分解為強變形綠片巖相的韌性剪切帶和弱變形相的大理巖構造透鏡體, 而大理巖構造透鏡體的兩端屬于壓縮變形分量最大的構造域(汪勁草等, 2000)。強弱不同的構造變形域, 導致了礦體規(guī)模、形態(tài)及類型的差異, 在強變形帶內, 構造置換作用較為徹底, 均一化程序高, 大理巖和礦體被剪切拉伸, 其產狀與新生的糜棱巖面理基本一致。強變形域內的片巖型礦體和大理巖被強烈剪切拉伸變薄, 礦體厚度小、不連續(xù)、品位低、礦體形態(tài)簡單、產狀較穩(wěn)定。而在弱變形域內, 構造置換作用較弱, 均一化程度低, 受原控礦構造控制的礦體形態(tài)保存較好。因此, 弱變形域內的大理巖型礦體厚度大、連續(xù)性好、品位高、礦體形態(tài)相對復雜、產狀不甚穩(wěn)定。結合野外觀察及礦區(qū)深部勘探資料,發(fā)現(xiàn)礦區(qū)大理巖均以一系列大小不等、相互重疊的構造透鏡體形式出現(xiàn), 而錫鐵山鉛鋅礦床的主體,經后期韌性剪切帶的改造之后, 主要以透鏡狀或似層狀產于大理巖構造透鏡體的張裂構造中, 以及其與綠片巖接觸的虛脫構造中。

5 結 論

(1) 錫鐵山基底韌性剪切帶中白云母Ar-Ar測年獲得坪年齡為398±4 Ma, 等時線年齡為399±4 Ma,二者基本一致, 代表了該韌性剪切帶的形成時代。

(2) 錫鐵山韌性剪切帶是由達肯大坂群向南西斜向逆沖所形成的一條右行逆沖韌性剪切帶。

(3) 錫鐵山韌性剪切帶是柴達木地塊和祁連地塊之間斜向碰撞作用晚期的產物, 其活動促使了超高壓變質體折返到地殼淺部。

(4) 錫鐵山韌性剪切帶對錫鐵山鉛鋅礦起到了十分重要的后期構造控制作用, 礦體主要位于大理巖和炭質石英綠泥石片巖的構造虛脫處。

致謝:野外工作得到了西部礦業(yè)股份有限公司和湖南省有色地質勘查局二一七隊領導和技術專家的幫助, 吉林大學劉正宏教授和中國地質科學院地質研究所張建新研究員在對本文審閱和修改過程中提出了建設性的修改意見, 在此一并表示衷心的感謝。

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Characteristics and Muscovite40Ar/39Ar Age of Ductile Shear Zone in the Xitieshan Area, North Qaidam

FU Jiangang1,2, LIANG Xinquan1*, WANG Ce1, JIANG Ying1, ZHOU Yun3, PAN Chuanchu4, YANG Yongqiang5, WANG Zeli6and ZHONG Yongsheng7
(1. State Key Laboratory of Isotope Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, Guangdong, China; 2. Chengdu Institute of Geology and Mineral Resources, China Geological Survey, Chengdu 610081, Sichuan, China; 3. College of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin 541004, Guangxi, China; 4. Changsha Mineral Exploration Center, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410013, Hunan, China; 5. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China; 6. College of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266510, Shandong, China; 7. Xitieshan Branch, Western Mining Co. Ltd., Xitieshan 816203, Qinghai, China)

A north-west trending ductile shear zone was recognized in between the Proterozoic Dakendaban Group and the Ordovician lower Tanjianshan Group in the Xitieshan area, North Qaidam. This paper illustrates various macroscopic structures including sheath fold, asymmetrical fold, plastic flow fabric, S-C fabric, rotating mortar system, tectonic lens, and viscous boudinage structure, as well as the microscopic structures including mica fish structure, pressure shadow structure, dynamic recrystallization, snowball shape tectonic rotation, wavy extinction and kinking mica. These structural data indicate that the ductile shear zone in the Xitieshan area is dextral transpressional ductile shear zone with southwest ward thrust of the Proterozoic Dakendaban Group. Ar-Ar dating of muscovite from the granitic mylonite of the Xitieshan base ductile shear zone yielded Ar-Ar plateau age of 398 Ma and inverse isochron age of 399 Ma, respectively, showing that the ductile shear zone formed in Late Silurian. Combined structural and dating results, we suggest that this ductile shear zone is related to the northeastward oblique subduction of the Qaidam block during Early Paleozoic, which might have led to the exhumation of the ultrahigh pressure metamorphic rocks to the shallow crust. The ductile shear zone might also have played a very important rule in controlling the mineralization of the Xitieshan lead-zinc deposits.

ductile shear zone; muscovite; Ar-Ar dating; dextral thrust; structural significance; Xitieshan; North Qaidam

P542; P597

A

1001-1552(2016)01-0014-015

10.16539/j.ddgzyckx.2016.01.002

2014-01-22; 改回日期: 2014-08-07

項目資助: 國家自然科學基金(41173066)和西部礦業(yè)股份有限公司科研項目聯(lián)合資助。

付建剛(1987–), 男, 博士, 構造地質學專業(yè)。Email: fujiangang@gig.ac.cn

梁新權(1964–), 男, 研究員, 主要從事構造、沉積、地球化學研究。Email: liangxq@gig.ac.cn

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