内蒙古大青山北公益明—高家村逆冲型韧性变形带特征及其地质意义

2013-03-26蒋职权李满环

吉林地质 2013年1期

蒋职权，李满环，李营

1.内蒙古自治区第二水文地质工程地质勘查院，内蒙古呼和浩特017000;2.吉林省地矿信息中心，吉林长春130061；3.吉林省勘查地球物理研究院, 吉林长春 130012

大青山地区大体上位于内蒙古包头—呼和浩特市之间，该区域早前寒武纪岩石地层广泛发育（图1）。依据最新的区域地质调查成果，研究区早前寒武纪基底地层主要被划分为太古代兴和岩群、乌拉山岩群和太古代色尔腾山岩群，古元古代美岱召岩群与太古代紫苏花岗岩、新太古代侵入体、古元古代侵入体等一起构成研究区的早前寒武纪基底岩石[1-5]。研究就区南部为高级区，经历高角闪岩相到麻粒岩岩相变质作用改造，构造样式复杂，存在着近水平顺层滑脱构造、穹褶构造和近东西向陡倾叶理带3种主要的构造形式。北部为花岗绿岩带，有色尔滕山岩群和太古代花岗岩组成。在绿岩带与高级区之间发育一条韧性变形的逆冲型韧性变形带，在大青山北部公益明-高家村一带出露较好。本文是在野外区域地质调查基础上，对该构造变形特征、变形机制和地质意义进行总结，为研究大青山地区早前寒武纪地壳构造形成演化提供一些参考资料。

图1 内蒙古大青山—乌拉山地区早前寒武纪地质简图Fig.1 Geological sketchmap of the early Precambrian of Daqingshan-Wulashan region, Inner Mongolia

1 韧性变形带宏观地质特征

公益明—高家村逆冲型韧性变形带出露大青山北部公益明、上十二分子、高家村一带，在空间上构造带总体上呈北西西方向展布，倾向为 N—NNE，但在不同构造部位上产状变化明显，在东部上十二分子一带产状为30°～45°∠40°～50°，中部为360°∠45°，在西部其走向为近北北西向。该构造片岩带发育在太古代黑云角闪片麻岩中，其南北两测均被后期脆性断层切割，东端被第四系覆盖，西北端延伸被后期中元古代花岗岩截断，出露长度为20 km，宽度1～3 km不等。

根据应变强度、原岩残留情况和新生同构造片状矿物含量等特征，将韧性变形带划分为弱变形构造带和强变形构造带。弱变形构造带发育在韧性变形带边部，残留有原岩构造透镜体残块，可以确定其原岩类型、成分、结构和构造；新生构造片岩含量超过50%，呈带状断续、平行分布，其走向与构造片岩带近于平行或呈小角度斜交，有时构成网状；新生构造片理、矿物拉伸线理、不规则状流动褶皱等构造形迹发育。强变形构造带发育韧性变形带的中部或与弱变形带呈相间排列，其内原岩残留较少，规模较小；主要有新生构造片岩构成，沿构造片理发育许多同构造脉岩，主要有石英脉、肉红色长英质脉和方解石脉等；新生叶理、矿物拉伸线理、S-C组构、不对称流动褶皱等构造要素发育。

2 韧性变形带的组构特征

韧性变形带各种组构要素发育受变形机制、变形环境和应变强度控制，该变形带发育糜棱叶理、矿物拉伸线理、不对称流动褶皱和S-C组构等要素。

糜棱叶理和矿物拉伸线理是韧性变形带中最明显的组构，其中糜棱叶理主要由片状的白云母、黑云母等矿物定向生长、长石和石英等矿物定向排列构成，叶理密集而平直。经过测量统计，其产状相对稳定，片理极点在投影图上分布相对集中，显示片理出呈北西西方向展布。线理发育在片理面上，由同构造黑云母矿物晶体定向排列构成，倾向北北东，倾角为40°～50°，基本上与片理的倾向向一致，显示出上盘向上滑移特征（图2）。

图2 韧性变形带中糜棱叶理极点投影图Fig.2 Polar projection ofmylonitic foliation in ductile deformation belt

不对称流动褶皱和膝折主要由穈棱岩中的长英质脉（钠长石脉、石英钾长石脉）、石英脉构造片理发生强烈的塑性变形而成，发育在叶理内部，规模较小，一翼长另一翼短的不对称形态，也显示出从北-北东向南-南西方向逆冲滑移的特征（图3）。尖棱状褶皱和膝折在一些宽度较大的强变形带中比较多见，由糜棱叶理发生强烈弯曲而成，是差异性剪切活动的产物，可以反映剪切方向。膝折带较窄，一般在5～10 cm之间，其延伸方向与构造带滑移方向呈高角度相交。

S-C组构是韧性变形带中发育最为广泛组构，其规模大小不一，有两组叶理组成，一组为剪切叶理C面，平行应变椭球体剪切面，与变形带边界相平行，矿物变形强烈。S面为糜棱叶理，与应变椭球体的挤压面相平行，由压扁拉长矿物定向排列构成。两组叶理同时发育构成了典型S-C组构，一般情况下C面发育相对较晚，切割和改造S面，随着应变强度增加，二者之间夹角变小。沿着S面一些同构造脉体被压扁、拉长或拉断，形成构造透镜体，呈斜列排列，其长轴与剪切叶理呈小角度相交。

图3 韧性变形带中叶内不对称流动状褶皱构造和糜棱叶理Fig.3 Asymmetric fl ow fold andmylonitic foliation in ductile deformation belt

3 构造岩类型及其显微组构特征

野外观测和室内研究表明，韧性变形带内主要由原岩残留透镜体、各种类型构造片岩和各种同构造脉体构成。原岩透镜体主要残留构造变形相对较弱的构造部位上，保留了原岩成分和结构构造。岩石学研究表明，主要的原岩为黑云角闪斜长片麻岩、黑云母二长花岗岩、斜长角闪岩等。由于原岩类型不同，经过变形之后形成了不同类型的构造片岩，主要为绢云母斜长构造片岩、二云母构造片岩、黑云母二长构造片岩、黑云母斜长构造片岩等。构造片岩主要由残斑和基质两个部分组成，残斑主要为长石和角闪石构成（图4），其形态多呈透镜状和长条状，其长轴延长方向与片理一致。基质主要由同构造新生黑云母、白云母等片状矿物和细小动力重结晶矿物构成，随着变形强度增加，基质含量不断增加，在强构造变形带内，构造片岩几乎全部由新生基质构成。构造片岩内发育了各种类型的显微组构，记录了构造片岩形成演化过程。

图4 构造岩中各种不同类型的显微组构特征Fig.4 Various kinds ofmicrofabric features of tectonic rocks

透镜状残斑和残斑旋转结构，在弱变形构造中残斑含量可以达到30%，主要由斜长石、微斜长石和角闪石构成（图4A），其形态表现为透镜状、条带状或呈近圆形。部分拉长的残斑其长宽比值可以达5∶1，发生过强烈塑性变形，但是部分残斑晶体内部发育显微破裂，表明残斑经过多期变形作用改造。在变形强烈的构造部位上，粒间滑移使残斑发生转动，在残斑的两侧常发育由基质或动态重结晶物质组成的结晶尾，它可以指示剪切运动方式。残斑拖尾一般呈单斜对称，按其形态可以分为两类，即σ型和δ型。σ型发育楔状结晶尾，结晶尾的中线分别位于包含残斑系对称轴的参考面的两侧，相互平行或近于平行。δ型结晶尾部发育较细长的结晶尾，结晶尾根部弯曲，与残斑连结部位呈港湾状。在递进剪切变形过程中，随着应变的加大，可由σ型向δ型转变。

机械双晶，机械双晶是由晶内双晶滑移所形成的双晶，亦称变形双晶或滑移双晶，主要发育在斜长石残斑中，其形态不规则，经常呈楔形，发育不均匀（图4B,C,D）。机械双晶是晶内滑移的产物，由位错在双晶面上的运动而形成的，形成于较低温度及较快应变速率条件下。

剪切阶步结构、显微拉张和剪切破裂，残斑内一组显微剪切破裂发育，沿破裂面产生了有限滑移，残斑颗粒的边界上造成了类似阶步的形态（图4F）。剪切阶步的延伸方向与剪切条带叶理方向一致。根据剪切阶步的形态及剪裂面与叶理面的交角，可以判断剪切滑移方向。在比较刚性的残斑中，常见到一些楔形或锯齿状张裂隙，多被某些后生的矿物充填。也有一些裂开并不明显、形态平直的剪切破裂面，有时发育两组剪切面，它们与宏观裂隙特征相似。在构造片岩中，显微破裂只限于长石残斑晶体内，并不延伸到周围的基质中。它们只反映局部应力场的作用。

此外，沿着剪切片理发育一些贯穿性宏观裂隙，微裂隙宽度较大，延伸较长，穿切不同矿物颗粒，并且呈等间距发育。在微裂隙中，有纤细的绢云母、绿泥石和细粒石英形成，方解石脉和含矿的石英脉体也沿着这些裂隙侵入。

压力影结构和锯齿边结构，压力影结构是在压力或剪应力作用下，岩石中较坚硬的长石残斑不易发生变形，承担了载荷应力。残斑周围形成的环形张性空隙内往往为压溶物质、基质残余物质迁移充填，形成椭圆形或不对称眼球状压力影，该组构可以确定物质流动方向。

矿物晶体发生变形时由于晶体边界最易遭受变形作用的改造，所以在边界上形成了高应变区。由于这种高应变区不稳定而易发生迁移, 物质从高应变区迁移到相邻矿物低应变区上，形成了矿物晶体的锯齿边结构。这种结构是矿物在较低温度环境里变形时形成的特殊结构。

亚颗粒核幔结构，亚颗粒发育在强烈变形的石英和长石晶体内部，是由位错壁围限的多边形体，表现为结晶方位小角度（θ＜12°）偏离主晶的偏转区域所构成的多边形亚构造，亚构造之间被低角度的亚颗粒边界分隔。核幔结构（图4B）是由变形晶体内核（核）向外依次出现亚颗粒（幔）和细小动力重结晶颗粒（壳），这种显微构造称核幔结构。核部可以在中心，也可以偏离中心。核幔结构是动态恢复与动态重结晶的产物，恢复作用使得颗粒边部首先形成亚颗粒，随着应变的发展，亚颗粒旋转及边界迁移形成重结晶新颗粒，亚颗粒化也逐渐向核部扩展。如果应变继续，核部逐渐缩小直至消失，全部转变为重结晶颗粒集合体（图4D）。核幔结构的形成和发展，说明构造片岩基质的细粒化主要是由动态恢复及重结晶作用来完成的。

从上述构造片岩中的构造特征可以看出，在构造片岩的形成过程中经过了多期变形作用改造，早期变形作用发生温度和压力相对较高的环境中，使得长石和角闪石发生了强烈塑性变形作用，晶体发生拉长和发生了动力重结晶作用。晚期变形发生在地壳中浅部构造层次上，并伴随大量的流体存在，岩石和矿物以新矿物化变形机制为主，形成了大量同构造新生片状矿物，同时也存在着脆性变形机制，沿着剪切片理形成了贯穿性显微裂隙。

4 构造片岩的形成机制和形成时代

宏观和微观运动学标志表明了公益明-高家村韧性变形带为逆冲型韧性变形带，变形带的上盘由NNE向NNW方向逆冲滑移。宏观和显微构造研究表明，它具有长期复杂构造变形演化历史，依据变形机制和特征分为早期韧性变形阶段和晚期韧-脆性变形阶段。

早期韧性变形阶段主要以晶体塑性变形机制为主，长石和角闪石晶体压扁拉长，形成单矿物条带状构造，晶内各种变形组构发育，部分长石和石英发生了动力重结晶作用，形成了细小新颗粒。晚期主要以韧-脆性变形机制为主，并伴随有流体贯入，最明显特征是矿物相的转变：绿褐色角闪石转变为绿色角闪石和绿褐色-浅黄绿色黑云母，部分转变为绿泥石；长石转变为白云母和绢云母。新生黑云母、白云母和绢云母等片状矿物含量随着变形强度增强而增加，沿着片理定向生长。同时形成一些显微破裂作用，形成了晶内裂隙和贯穿性裂隙，这些裂隙明显切割不同类型和方位的矿物，破裂开始都属于剪切和张性破裂，随着应变增强，它们不断聚合、增大，并被含矿石英脉充填充填，形成区内重要的含矿构造带。

该构造片岩带主要发育在太古代黑云角闪片麻岩中，改造了这些片麻岩。在高家村北部和水泉沟一带，又被古元古代晚期肉红色钾长花岗岩和二长花岗岩穿切，表明该构造带是在这些花岗岩侵位之前形成的，推断该韧性变形带是在太古代晚期形成的，与区内太古代陆核形成演化有关。

5 结论与讨论

上述韧性变形带宏观地质特征、构造岩类型和显微组构，表明了该韧性变形带经历了复杂变形演化历史。依据同构造矿物组合和矿物晶体变形特征，该韧性变形带至少经历了两期变形作用改造：早期是发生在地壳中深部构造层次上角闪岩相条件，斜长石和角闪石发生了韧性变形，矿物晶体拉长定向排列，形成构造片麻岩；晚期韧性变形发生在地壳中浅部构造层次上绿片岩相条件下，以韧脆性变形机制为主，长石和角闪石等矿物表现为脆性变形，而石英和云母表现为韧性变形，同构造矿物组合主要为白云母、绢云母、绿色黑云母和绿泥石组成。

公益明—高家村韧性变形带发育太古代高级区域花岗绿岩带接触带附近，其形成演化区域地壳构造演化所控制。大青山地区早前寒武纪基底特征及其的年代学测试结果，表明该区在2.55～2.4 Ga经历强烈构造变形作用、岩浆活动和变质作用[6-10]，这次事件有可能是北部花岗绿岩带与南部高级区挤压碰撞事件，在此过程中形成了区内近东西方向展布公益明—高家村逆冲型韧性变形带，由北向南逆冲型。

（1）逆冲型韧性变形带发育大青山地区太古代绿岩带与高级区接触带附近，呈近东西向展布，由北向南逆冲。

（2）韧性变形带经历了两次变形作用改造，早期变形发生在地壳深部构造层次上角闪岩相条件下，以韧性变形作用为主，晚期发生地壳中浅部构造层次上绿片岩相条件下，以韧脆性变形机制为主。

（3）发育主要构造岩为构造片岩，变形作用过程中新矿化作用明显，同时伴随有强烈流体活动，形成了同构造脉体。

（4）韧性变形带应变强度不均匀，形成了强变形带与弱变形带相间分布特征，构造片岩主要变形作用发生强变形带内部。

（5）逆冲型韧性变形作用发生在太古代晚期，与花岗绿岩带和高级区拼贴碰撞有关。

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