豫西双龙韧性剪切带的显微构造特征及变质变形环境分析

2021-08-17靳立杰王继林周汉文田明阳李春稼王子圣韩姗

山东国土资源 2021年8期

靳立杰，王继林，周汉文，田明阳，李春稼，王子圣，韩姗 *

(1.山东省第一地质矿产勘查院, 山东济南 250100;2.山东省富铁矿勘查技术开发工程实验室，山东济南 250100; 3.中国冶金地质总局山东局测试中心,山东济南 250100;4. 中国地质大学(武汉)，湖北武汉 430074)

0 引言

韧性剪切带是岩石在塑性状态下发生连续变形形成的狭窄高剪切应变带[1]。韧性剪切带中的岩石在造山带缩短和岩石圈拉张、伸展过程中保存了大量的深部变形特征，是重建大陆变形过程中构造变形温压环境、变形几何学、运动学和动力学的重要研究对象，也是造山带研究的重要组成部分[2-4]。东秦岭造山带核部的网结状走滑韧性剪切带系统为一系列NWW向的韧性剪切带[5]，双龙韧性剪切带属于其剪切带阵列中的一条，发育规模相对较大，对研究东秦岭网结状走滑韧性剪切带的性质及变质变形环境具有一定的代表性。本文在野外地质调查的基础上，对韧性剪切带的岩石组成、剪切带性质及变质变形环境进行了分析探讨，为东秦岭造山带的构造演化提供变质变形环境方面的约束。

1 区域地质概况

秦岭是华北板块和扬子板块的结合域，由不同成因、不同构造背景、不同年龄的岩层组成，是经历了长期多次不同造山作用而形成的复合型大陆造山带，在中国大陆的形成与演化中占有重要地位，长期以来受到广泛的关注。东秦岭造山带历经元古代的形成阶段和加里东—印支期的韧性、脆性再造阶段，在其边缘及内部发育了一系列的韧性、脆韧性剪切带。东秦岭造山带剪切带阵列包括3个韧性剪切系统：秦岭造山带核部北缘军马河-马蹄湾韧性推覆剪切系统、内部的网结状走滑性韧性剪切系统、弱应变域中保留的近水平韧性剪切系统[3-7]。

双龙韧性剪切带地处河南省西峡县双龙镇，构造位置上位于东秦岭造山带的核部、商丹断裂带和勉略断裂带之间，即扬子板块和华北板块两大构造单元结合带的核心部位(图1)。双龙韧性剪切带是发育在东秦岭造山带核部一系列NWW向网结状韧性剪切带阵列中的一条。

1—秦岭群；2—二郎坪群；3—宽坪群；4—三叠系上统；5—白垩系上统；6—闪长岩；7—花岗岩；8—糜棱岩；9—地层边界；10—断层；11—样品位置图1 双龙地区地质简图[8]

2 岩石学特征

双龙韧性剪切带原岩为秦岭群黑云斜长片麻岩，主要矿物为石英、长石及黑云母。剪切带整体呈NWW向展布，出露宽度约100m。韧性剪切带内岩石在动力变质作用的改造下发生了强烈的变质变形，由两侧到中心依次形成了初糜棱岩、糜棱岩、超糜棱岩、假玄武玻璃一系列动力变质岩(图2)。韧性剪切带内越靠近中心糜棱岩的流动构造越趋于明显，碎斑的含量逐渐变少、粒度也逐渐变小，S-C面理的夹角也相应减小，甚至在超糜棱岩中出现了黑云母和石英的成分层。此外，在剪切带的中心部位平行糜棱岩面理形成了一层厚约1cm的假玄武玻璃。

图2 韧性剪切带中初糜棱岩(a)、糜棱岩(b)和超糜棱岩(c)镜下特征

剪切带中糜棱岩面理较为发育，总体产状为64°∠76°，并且在初糜棱岩、糜棱岩、超糜棱岩中存在大量旋转碎斑及云母鱼、S-C组构、动态重结晶石英等显微构造。通过对这些构造特征进行研究，认为该韧性剪切带为左行走滑剪切。

3 分析方法

本次研究对韧性剪切带进行系统的野外调查及定向样品采集，对其中具有代表性的样品进行了显微构造和石英的EBSD组构分析。其中石英、长石的显微构造统计分析是通过显微镜进行；EBSD组构是在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室进行，EBSD的型号为HKL公司的Channel 5.0&Nordlys Ⅱ Detesctor，工作条件：加速电压-20kV；工作距离-21.2mm；样品倾斜70°；有效束流-5nA。

4 讨论

4.1 显微构造特征

在动力变质作用的影响下，韧性剪切带发育从初糜棱岩到超糜棱岩一系列动力变质岩。这些动力变质岩中石英、长石及云母等矿物也发生了显微构造变形，显微构造现象十分丰富，主要有显微裂隙(图3a、图3b)、变形纹(图3c、图3d)、变形带(图3e)、波状消光(图3f)、鼓胀式重结晶(图3g)、石英亚颗粒(图3h)、颗粒旋转重结晶(图3i)、云母鱼(图3j)、S-C组构(图3k)和旋转碎斑(图3l)。其中定向样品中的云母鱼、S-C组构、旋转碎斑及动态重结晶石英颗粒均指示该韧性剪切带为左行剪切。

4.2 变质变形温度

4.2.1 显微构造特征判断

温度和压力是影响岩石和矿物变形的重要因素，受到不同的变形机制控制，会显示不同的变形行为和变形现象，因此可以根据矿物特定的变形现象来大体推断其变形时的温压条件[9]。在韧性剪切带中，由于糜棱岩化过程相对短暂、新生矿物大多无法达到共生平衡、且新生矿物的生长受原岩成分控制等原因，目前被广泛使用的地质温度计中很难找到适合于计算糜棱岩变形温度的计算方法。而韧性剪切变形过程中，岩石中长石和石英的变形现象与温度有很好的相关性，且在实际应用中取得了很好的效果[10]。

研究表明，长石矿物在300℃时完全表现为脆性变形，出现显微破裂的现象；在500℃时则以塑性变形为主，出现塑性拉长现象；而脆—塑性变形的转换温度为400℃[11]。在300～700℃的温度下重结晶形式会呈现晶粒鼓胀式重结晶(BLG)、亚颗粒旋转重结晶(SGR)、颗粒边界迁移重结晶(GBM)3个过程。石英重结晶由BLG向SGR转变的温度区间为380～420℃；在420～480℃以SGR存在；当温度高于480℃时，SGR向GBM转变；GBM独立存在的温度区间为530～630℃，此时石英残斑几乎消失[10，12]。

双龙韧性剪切带中石英变形现象以波状消光、变形带、变形纹等塑性变形为主，并发育少量的显微裂隙等脆性变形现象。长石重结晶现象不明显，有强烈的超细粒化现象；变形现象以显微裂隙等脆性变形为主，局部可见塑性拉长、变形纹等塑性变形现象。

此外，双龙韧性剪切带中石英重结晶方式主要为颗粒边界迁移重结晶，并伴有鼓胀式重结晶，含量略有差异；具体表现为从初糜棱岩、糜棱岩到超糜棱岩石英的颗粒边界迁移重结晶比例逐渐增多，鼓胀式重结晶比例逐渐减少，指示剪切带由两侧到中心变质温度有升高趋势。

结合前人的研究成果及岩石中矿物的变性特征推测变质变形温度在400～480℃之间。

4.2.2 石英的EBSD组构特征判断

温度是众多控制石英滑移系的因素中最重要的一种。研究表明，在T<400℃时，主要表现为底面(0001)滑动[13]，石英C轴图组构表现为周缘点极密。当T在400～650℃时，各种滑移系同时发生活动，以底面滑移、菱面滑移和a柱面占主导地位[14]，石英的C轴组构图表现为周缘点极密、小圆环带、大圆环带及其组合；随着温度的升高，a柱面滑移将占据主导地位[10]。当T>650℃时，C柱面滑移占主导地位，此时石英C轴组构图为单一柱面滑移形成的中央点极。因此，通过对剪切带中石英C轴的分布特征进行分析，可以用来分析石英的滑移晶系，进而对剪切带的剪切指向、剪切温度以及变形机制进行研究[15-16]。

图4a、图4b显示：双龙韧性剪切带糜棱岩中石英C轴组构特相似，石英C轴组构图表现为周缘点极密和小圆环带结合，无明显的大圆环带。点极密分布于边缘位置，部分点极密分布在圆周上，指示剪切作用变形过程中石英以底面滑移为主，存在少量的菱面滑移，不存在或存在极少量的柱面滑移。根据以往的研究成果，可以推测双龙韧性剪切带的变形温度在400～500℃。