中蒙边界早白垩世不对称花岗岩穹隆的伸展时限、剪切作用类型和区域构造意义

杜 灿，郭 磊，王 涛，李建波，童 英，NARANTSETSEG Tserendash，ENKH-ORSHIKH Orsoo，张 磊

(1. 中国地质科学院 地质研究所， 北京 100037; 2. 中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院， 北京 100083;3. 东华理工大学 地球科学学院， 江西 南昌 330013; 4. 蒙古科学院 地质研究所， 蒙古 乌兰巴托 15160)

晚中生代是东北亚地质演化和地壳变形的关键时期。这一时期东北亚最突出的特征是大规模的地壳伸展(Wangetal.， 2011， 2012)， 表现为广泛发育变质核杂岩、变质/岩浆穹隆、伸展盆地、正断层等(Rittsetal.， 2001; Grahametal.， 2001; Renetal.， 2002; Mengetal.， 2003; Johnson， 2004; Lin and Wang， 2006; Daoudeneetal.， 2009; Charlesetal.， 2010; Wangetal.， 2011; Liuetal.， 2013; Lin and Wei， 2020)以及大规模的花岗质岩浆岩(多为A型花岗岩; Wuetal.， 2005a， 2005b， 2011a， 2011b; Wangetal.， 2015)。此外， 在伸展省的中部地区(二连浩特附近、蒙古中部和南部)发现了另一种伸展构造——不对称花岗岩伸展穹隆(Castro and Fernández， 1998及其所引文献)。不对称伸展花岗岩穹隆， 以前称为岩浆核杂岩(Liuetal.， 1997)或同减薄岩体(Daoudeneetal.， 2012)， 是指在岩浆形成、上升、定位和最终形成穹隆的过程中， 区域伸展拆离形成的穹状隆起。不对称伸展花岗岩穹隆由主体的花岗岩体和沿深成杂岩体边缘的滑脱断裂带组成， 主拆离断层仅在一侧发育， 其他两侧微弱变形或不变形。此外， 花岗质岩体为同构造岩体， 其变形程度由未变形的核部向边缘逐渐增大(Daoudeneetal.， 2012; 郭磊等， 2015)。对不对称伸展花岗岩穹隆的研究可以获得用于区域构造动力学分析的中、下地壳的流变信息 (Chenetal.， 1990; 许志琴等， 2006; Zhangetal.， 2020)， 然而， 目前其地质背景和剪切机制尚未得到很好的研究。

近年来， 中蒙边界东南段陆续新发现了一系列呈带状展布的不对称花岗岩穹隆， 以往的研究多关注于其构造样式和岩浆来源(程银行等， 2014; 郭磊等， 2015)。本文从限定部分穹隆的韧性变形时限入手， 进行了有限应变测量和运动学涡度估算， 进而讨论这些穹隆韧性剪切带的变形机制和演变。这将有助于更好地理解中上地壳的流变信息及与上述花岗岩穹隆相关的韧性剪切带所反映的穹隆变形过程。

1 构造背景

研究区位于内蒙古东乌旗、苏尼特左旗北部中蒙边界一带， 构造位置属蒙古-鄂霍茨克构造带和阴山-燕山构造带夹着的蒙古高原地区， 是东北亚巨量区域伸展的核心区域(图1)。该区晚古生代经历了古亚洲洋的闭合以及华北板块与西伯利亚板块的最终拼贴等过程(Xiaoetal.， 2003， 2018; Jianetal.， 2010; Xuetal.， 2013)， 晚侏罗世—早白垩世， 陆内岩石圈大规模伸展并伴随有强烈的火山喷发及盆岭构造运动(Mengetal.， 2003; 李锦轶等， 2004; Wangetal.， 2011， 2012)， 伸展构造形迹均为北东向。区内花岗质侵入岩十分发育， 形成时代多为晚古生代和晚中生代(Wangetal.， 2015)。研究区由北东至南西依次发育罕乌拉穹隆、纳兰穹隆及宝德尔穹隆(图1),其主体为早白垩世黑云母二长花岗岩及钾长花岗岩， 北东向延伸均超过100 km， 岩体北西侧多为中新生代坳陷盆地。

图 1 研究区构造背景及伸展穹隆构造图(修改自Wang et al.， 2012; Lin and Wei， 2020)Fig. 1 Tectonic map and structural map of extension domes in study area (modified from Wang et al.， 2012; Lin and Wei， 2020)UU—Ulan-Ude； BT—Buteel； ZG—Zagan； ED—Ereendavaa； NA—Nartyn； AL—Altanshiree； BDR—宝德尔； HWL—罕乌拉； NL—纳兰； YG—亚干； HH—呼和浩特； LZ—楼子店； YM—云蒙山； FS—房山； TH—太行山； WZ—瓦子峪； SL—松辽； XK—新开岭； LN—辽南； LL—玲珑； LX—鲁西； XQ—小秦岭； XE—熊耳山； DB—大别山UU—Ulan-Ude； BT—Buteel； ZG—Zagan； ED—Ereendavaa； NA—Nartyn； AL—Altanshiree； BDR—Baoder； HWL—Hanwula； NL—Narlan; YG—Yagan； HH—Hohhot； LZ—Louzidian； YM—Yunmengshan； FS—Fangshan； TH—Taihangshan； WZ—Waziyu； SL—Songliao； XK—Xinkailing； LN—Liaonan； LL—Linglong； LX—Luxi； XQ—Xiaoqinling； XE—Xiongershan； DB—Dabieshan

2 穹隆构造组成及样品概况

罕乌拉穹隆、纳兰及宝德尔穹隆位于中蒙边境东乌旗及苏尼特左旗北部地区， 整体呈北东30°～50°方向带状展布。野外调查表明花岗质岩浆于晚中生代多期次侵入形成穹隆主体(程银行等， 2014; 童英等， 2017)。这些穹隆核部深成杂岩体由早白垩世黑云母二长花岗岩、含黑云母二长花岗岩、钾长石花岗岩和早期侵入的中晚侏罗世黑云母二长花岗岩和正长岩组成(图2、图3)。拆离断层带发育于岩体西北侧， 其他侧发育后期高角度正断层。穹隆上盘多位于蒙古境内， 为晚中生代盆地以及晚古生代岩浆-沉积杂岩。其中， 拆离断层带由糜棱岩带(图4a)以及叠加其上的脆性断层组成， 主要发育于穹隆西北部， 剪切带走向与岩体形态密切相关， 出露长度约30～100 km不等。拆离断层带具典型岩石组合， 由剪切带底部至顶部依次发育花岗质糜棱岩、绿泥石化角砾岩、微角砾岩(图4b)、断层泥等。其中绿泥石化角砾岩、微角砾岩中可见糜棱岩碎块， 剪切带后期被高角度正断层所切割， 指示花岗质岩体抬升剥露过程中先期韧性后期脆性的递进变形过程(郭磊等， 2015)。

剪切带大多延伸30～100 km， 其产状与岩体形态密切相关。沿着岩体西北边缘岩石面理发育， 随剪切带走向发生变化。糜棱面理向沉积盆地侧缓倾， 约290°～346°∠10°～47°， 平均产状为320°∠25°。由韧性剪切带的南缘到北缘， 糜棱面理的产状总体上具有越来越缓的趋势。此外， 韧性剪切带发育透入性北西-南东向的拉伸线理，拉伸线理产状285°～321°∠7°～38°， 平均产状305°∠21°(图2、图3)。弱变形的含黑云母二长花岗岩发育近水平节理， 长石定向排列形成流动线理， 其走向与剪切带内拉伸线理平行， 核部岩体西北缘与韧性剪切带之间连续过渡。糜棱岩化的黑云母二长花岗岩岩体发育S-C组构(图4c)， 指示上盘向北西的伸展剪切。

图 2 罕乌拉穹隆构造组成Fig. 2 Structural composition of Hanwula extensional dome

图 3 宝德尔和纳兰穹隆构造组成Fig. 3 Structural compositions of Baoder and Narlan extensional domes

图 4 拆离断层带野外特征Fig. 4 Field photographs of detachment fault zones

3 构造年代学

为了确定穹隆韧性剪切带的变形时限， 考察了穹隆剪切带中不同变形程度的花岗质糜棱岩及其交切关系。其中， 在罕乌拉穹隆剪切带内发现了一处较好的露头， 变形较强的中粗粒黑云母钾长花岗岩(发育明显的糜棱面理和拉伸线理)被弱变形(发育微弱面理和线理)的细粒花岗岩小角度斜切(图4d、4e)， 早期变形形成的糜棱面理被细粒花岗岩脉所切割， 但岩脉本身发育与围岩一致的糜棱面理， 指示该岩脉可能为同构造侵位。细粒花岗岩脉为邻近一小型细粒花岗岩株的一部分(图4f)， 该岩株也发生了变形， 发育微弱面理与拉伸线理， 与剪切带总体一致(图2)。分别对强变形糜棱岩化中粗粒黑云母钾长花岗岩(N180717-9， N46°03′54″， E116°36′44″)和弱变形细粒花岗岩(N180717-11， N46°03′54″， E116°36′44″) 这两种不同变形程度的花岗岩进行了采样， 采用LA-ICP-MS进行了锆石U-Pb年代学测试， 以期限定罕乌拉穹隆韧性变形的时限。

3.1 测年方法

锆石U-Pb同位素定年和微量元素含量在武汉上谱分析科技有限责任公司利用LA-ICP-MS同时分析完成，详细的仪器参数和分析流程见Zong 等(2017)。GeolasPro激光剥蚀系统由COMPexPro 102 ArF 193 nm准分子激光器和MicroLas光学系统组成， ICP-MS型号为Agilent 7700e。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度， 二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合， 激光剥蚀系统配置有信号平滑装置(Huetal.， 2015)。本次分析的激光束斑和频率分别为32 μm和5 Hz。U-Pb同位素定年和微量元素含量处理中采用锆石标准91500和玻璃标准物质NIST610作外标分别进行同位素和微量元素分馏校正。每个时间分辨分析数据包括大约20～30 s空白信号和50 s样品信号。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal (Liuetal.， 2008)完成。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算采用Isoplot/Ex_ver3 (Ludwig， 2003) 完成。

3.2 测年结果

锆石U-Pb年代学测试数据和结果分别见表1和图5。强变形中粗粒钾长花岗岩样品(N18717-9)与弱变形细粒花岗岩(N18717-11)中锆石均为无色透明， 大小100～300 μm不等， 长宽比3∶1～1∶1， 绝大部分发育振荡环带(图5)。Th/U值变化范围为0.23～1.88， 这种比值特征暗示锆石的岩浆来源。其中， 强变形花岗岩样品(N18717-9)所测16个锆石颗粒的206Pb/238U和207Pb/235U年龄投点均落在谐和线及其附近区域(图5a)，206Pb/238U年龄介于136～129 Ma之间， 加权平均值为133±1 Ma(MSWD=3.2)， 时代为早白垩世， 代表了中粗粒钾长花岗岩的侵位年龄。弱变形细粒花岗岩(N18717-11)所测19个锆石颗粒的206Pb/238U和207Pb/235U年龄投点均落在谐和线及其附近区域(图5b)， 可以分为两组： 第1组有6个测点， 年龄介于329～222 Ma之间， 为捕获锆石的年龄; 第2组有13个测点， 构成最年轻且集中的主锆石群，206Pb/238U年龄的加权平均值为128±2 Ma(MSWD=3.3)， 时代也为早白垩世， 略晚于中粗粒钾长花岗岩， 代表了细粒花岗岩的侵位年龄。

表 1 罕乌拉花岗岩穹隆韧性剪切带内强变形与弱变形花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of strongly deformed and weakly deformed granites from ductile shear zone of Hanwula granitic dome

4 显微构造、有限应变测量及运动学涡度

4.1 显微构造

糜棱岩中长英质矿物强烈变形， 其中长石多呈透镜状、眼球状、带状， “σ”和“δ”旋转残斑均有发育， 具定向性， 多与糜棱面理(C面理)呈锐角相交， 形成S-C组构。石英变形更为强烈且颗粒形态多变， 呈不规则颗粒、拔丝状、带状等， 具波状消光， 矿物拉伸线理平行于或近似平行于剪切带C面理。由剪切带底部至顶部， 长石不对称构造逐渐明显。剪切带底部矿物动态重结晶型式组合为长石部分亚颗粒旋转重结晶(SR)、石英颗粒边界迁移重结晶(GBM)和亚颗粒旋转重结晶(SR)， 至顶部转化为长石膨凸式动态重结晶(BLG)、石英亚颗粒旋转重结晶(SR)及部分颗粒边界迁移重结晶(GBM)方式。剪切带内发育大量韧性变形组构， 如S-C组构(图6a)、斜向石英条带(图6c)及核幔构造(图6b)等， 剪切带中上部可见长石脆性破裂(图6f)、伸展褶劈理(图6d)、“云母鱼”(图6e)等脆性变形组构， 其中伸展褶劈理小角度切割糜棱面理。

4.2 有限应变测量

为了确定该区域的应变类型和剪切类型， 并讨论这些穹隆韧性剪切带的变形机制和演化， 本文进行了有限应变测量和运动学涡度估计。在罕乌拉、纳兰及宝德尔伸展穹隆中， 由韧性剪切带底部至顶部进行采样， 共采集5个剖面25块定向样品用于测量(剖面位置见图2和图3)， 其中包括罕乌拉韧性剪切带剖面A、剖面B， 即N180717(N46°03′36″～N46°09′11″， E116°36′15″～E116°44′34″)和M16527(N45°49′3.6″～N45°49′20.4″， E115°57′30.5″～E115°58′36.7″)剖面， 纳兰韧性剪切带剖面C， 即M16604(N45°0′13.7″～N45°0′31″， E113°29′40.7″～E113°29′53.5″)剖面， 宝德尔韧性剪切带剖面D、剖面E， 即M16607(N44°58′56.5″～N44°59′15.3″， E112°42′20.4″～E112°42′45.5″)和H7(N44°49′28.5″～N44°50′15.8″， E112°40′16.4″～E112°41′7.1″)两个剖面。以上样品均为花岗质糜棱岩。

图 5 罕乌拉穹隆韧性剪切带内强变形及弱变形花岗岩锆石U-Pb谐和图及典型锆石CL图像Fig. 5 Typical zircon CL images and LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams of the strongly and weakly deformed granites in the ductile shear zone of Hanwula dome

图 6 穹隆韧性拆离带花岗质糜棱岩显微构造图Fig. 6 Microstructures of granitic mylonites of the ductile shear zone of domes qz—石英; fsp—长石; bi—黑云母; S—S面理; C—糜棱面理; SA—石英主面理; SB—石英斜交面理; C’—伸展褶劈理; BLG—膨凸式重结晶; SR—亚颗粒旋转重结晶; GBM—颗粒边界迁移重结晶qz—quartz; fsp—feldspar; bi—biotite; S—S-foliation; C—mylonitic foliation; SA—quartz primary foliation; SB—quartz diagonal foliation; C’—extensional fold cleavage; BLG—bulging recrystallization; SR—subgrain rotating recrystallization; GBM—grain boundary migration recrystallization

将样品切面做抛光处理， 平行拉伸线理和垂直糜棱面理作为XZ面， 垂直拉伸线理和糜棱面理作为YZ面(图7)。基于样品中石英多因强变形而颗粒细小、形态不定使测量不易， 且无法消除石英颗粒边界滑动对应变的影响， 在光面上选取应变标志体进行了应变测量。长石颗粒较粗大且含量高， 近似可看作椭圆形， 且粒度分布基本均匀， 在中低级韧性变形中鲜少有颗粒边界滑动的现象， 因此本文选用长石作为应变标志体。在选取样品时， 尽量选择变形岩体内部， 变形均一的岩体中的长石作为研究对象， 其近于随机分布， 而非泊松分布(黄建军， 1994; 李德伦等， 2001; 梁琛岳等， 2011)。

图 7 穹隆韧性剪切带内花岗质糜棱岩切面图Fig. 7 Schematic diagram of granitic mylonites slice of the ductile shear zone of dome

测量岩石有限应变的方法较多， 常用的主要有长短轴法、Rf/ф法、Fry法等(郑亚东等， 1985; 王云斌等， 2004)。其中长短轴法需利用原始球形或近球形标志体测量应变； Fry法要求标志体中心在变形前各向同性分布， 使各标志体中心间的距离都相等； 而Rf/ф法要求原标志体方位随机分布， 对其形状、粒度和是否均匀分布并无严格要求。因此， 本文选用的Rf/ф法对长石进行有限应变测量更为理想。

对糜棱岩样品的XZ及YZ面进行了长石标志体的长短轴及长轴取向测量， 每一定向样品所测量的长石标志体数目平均为50个。测量数据经Ellipstat软件处理， 可得每一样品的有限应变椭圆轴比Rs-xz、Rs-yz。根据所得数据求取弗林指数K值为0.36～0.59， 平均值为0.5， 指示糜棱岩的应变类型是平面压扁应变。劳德指数的v值为0.49～1， 平均值为0.83。XZ平面上轴向应变率的Rs值为1.91～3.35， 平均值为2.33， 应变强度的Es值为0.53～0.95， 平均值为0.66。将上述数据投到Hsu图解中， 可见在不同剖面中随着糜棱岩Rs-xz值的增大， 应变强度从剪切带底部向顶部逐渐增强(图8)。

图 8 糜棱岩有限应变测量Hsu图解(据Hsu, 1966)Fig. 8 Hsu diagram of finite strain measurement for mylonite(Hsu, 1966)

4.3 运动学涡度

运动学涡度Wk原指一个参考点瞬时旋转相对瞬时拉伸的比率(Meansetal.， 1980)，自20世纪70年代末被引入地质学领域， 应用于应变非共轴程度的确定， 可度量韧性变形带中纯剪切和简单剪切组分的相对大小， 其简单的定义为Wk=cosα(α指双曲流两特征方向夹角)(Bobyarchick， 1986)，其中纯剪切为共轴变形，XZ面内两流脊间夹角呈90°， 即Wk=0; 简单剪切为非共轴变形， 主变形面内两流脊间夹角为0， 即Wk=1。 由纯剪切和简单剪切形成的一般剪切(Zhang and Zheng， 1997)， 两非旋转方向间夹角介于0～90°之间， 则Wk介于0和1之间， 且以α=45°、Wk=0.71为纯剪切和简单剪切的分界(Forte and Bailey， 2007)。

涡度为瞬时概念， 指变形历史中的某一阶段的剪切状态， 除稳定递进变形外， 在剪切过程中并不是恒定值(郑亚东等， 2008)。涡度也可用瞬时缩短轴(ISA3)或最大主应力轴(σ1)方向、有限应变、临界形态因子等形式来定义， 表征不同状态下的运动学涡度(Passchier， 1988; Wallis， 1992， 1995; Simpson and De Paor， 1993)。目前涡度计算多数假定为平面应变 ，Y方向为稳态单向流动或无变形(Weijermars， 1991， 1998)。本文采用多种运动学涡度计算方法对罕乌拉岩浆穹隆、纳兰穹隆及宝德尔穹隆中韧性剪切带演化予以约束。

4.3.1 长石极莫尔圆法

糜棱岩样品中， 长石不对称结构发育， 其中的碎斑系多为σ型， 适于用应变椭圆的长短轴比和最大拉伸方向与剪切带夹角编制极摩尔圆， 从而获得两特征向量的夹角， 通过Wk=cosα求得韧性剪切带运动学涡度(Simpson and De Paor， 1993; 张进江等， 1997; 郑亚东等， 2008)。长石的长短轴比Rs、应变椭球长轴与剪切边界夹角β由 Rf/ф法获得(图9a)。由样品N180717-21.1和H7-16所绘制的极莫尔圆(图9)在XZ面上有限应变椭圆轴比Rs及β分别为2.82、15°和2.28、13°，由此所得的α角分别是41°和48°， 即样品N180717-21.1的运动学涡度值为0.75， 样品H7-16的运动学涡度值为0.67(表2)。

图 9 运动学涡度计算方法示意图Fig. 9 Schematic diagrams of kinematic vorticity calculation methods a—极莫尔圆法示意图(a1.N180717-21.1样品; a2.H7-16样品); b—石英斜交面理SB、主面理SA与剪切带边界间关系图(据Xypolias， 2009); c—刚性颗粒网求解运动学涡度图解(N18717-19.1样品); d—石英光轴组构与S-C组构间的关系(据 Xypolias and Koukouvelas， 2001)a—schematic diagram of polar Mohr’s circle method (a1. sample N180717-21.1; a2. sample H7-16); b—diagram of oblique foliation SB， main foliation SA and boundary of shear zone (according to Xypolias，2009); c—diagram of kinematic vorticity solved by rigid particle network (sample N18717-19.1); d—relationship between quartz optical axis fabric and S-C fabric (according to Xypolias and Koukouvelas， 2001)

运用此方法可知， 罕乌拉穹隆中由长石标志体所得的运动学涡度Wm=0.64～0.89， 平均值为0.76; 纳兰穹隆中Wm=0.59～0.80， 平均值为0.69; 宝德尔穹隆中Wm=0.62～0.84， 平均值为0.73(表2)。通过长石极摩尔圆法获得的是糜棱面理和拉伸线理形成时的运动学涡度值， 代表岩石变形过程中的总体应变，具有最长时效性。

表 2 糜棱岩应变测量及运动学涡度值统计表Table 2 Strain measurements and kinematic vorticities of mylonites

4.3.2 石英C轴组构法

石英是自然界中最主要的造岩矿物之一， 具多种滑移系。在不同的温度下不同的滑移系起着主导作用， 而不同的滑移系在剪切作用下会产生不同的石英晶格优选方位， 导致不同的石英光轴定向排列(Passchier and Trouw， 2005; 许志琴等， 2009; 夏浩然等， 2011; Law， 2014)。石英组构实验研究表明， 石英C轴组构大环带法线与主面理SA夹角β等于特征流动方向A1与应变主轴X间的夹角(Wallis， 1992; Vernooijetal.， 2006)。因此， 将石英C轴组构与有限应变结合可计算涡度值(图9d)。这一过程通常假定瞬时剪应变相对瞬时伸长度的大小保持恒定， 因此可以实测有限应变代替瞬时应变， 使β结合有限应变轴比Rs来求得剪切过程中较长期的平均运动学涡度(Passchier， 1988; 郑亚东等， 2008)， 公式为Y=tan-1{sin2β[ (Rxz+1)/(Rxz-1)-cos2β]-1}，Wm=sinY(Rs-xz+1)/(Rsz-x-1)。

EBSD组构分析是通过分析晶体背散射衍射图像来确定晶轴方向， 进而确定晶体颗粒排列的取向性， 由于测试颗粒多， 更能客观地反映样品中矿物颗粒排列的优势方位(许志琴等， 2009)。本文糜棱岩样品石英C轴测量在北京大学EBSD实验室完成。实验过程中， 每个样品手动打点数大于300个， 经数据处理后所得的等密度图如图10所示， 并结合样品野外及显微构造特征绘制各组构轮廓图， 据此获得SA和A1夹角β， 再与有限应变轴比Rs-zx联合求取运动学涡度值， 其中纳兰穹隆因所测C轴取向较分散无结果(图10c、10d); 罕乌拉穹隆运动学涡度值为0.59～0.81， 平均值为0.70; 宝德尔穹隆的涡度值为0.61～0.75， 平均值为0.67(表2)。因一些糜棱岩样品的石英C轴取向分散而不能绘制出石英C轴轮廓图， 且所求夹角β可能因存在的几度误差而导致运动学涡度值有较大变化， 故平均运动学涡度值Wm多采用极莫尔圆法所测值。

图 10 伸展穹隆韧性剪切带剖面及糜棱岩石英C轴组构等密度图Fig. 10 Sections of ductile shear zones of extensional domes and isodensity diagrams of quartz C-axis fabric of mylonites

4.3.3 刚性颗粒网法

在韧性剪切带中， 存在一临界形态因子， 小于临界形态因子的刚性体因顺向不断旋转而使其长轴取向随机分散。反之， 大于临界形态因子的刚性体顺向逆向旋转， 其取向限定在一定范围内(Passchier， 1987; Simpson and De Paor， 1993)。前人可根据这一特点进行多种方式投图获取运动学涡度。其中刚性颗粒网投图采用直角坐标系， 以形态因子B为横轴，以刚性体长轴取向为纵轴， 剪切指向参照顺向倾斜的锐角为正， 逆向倾斜为负。当刚性体长轴取向由随机分布突变为优选分布形态因子即为临界形态因子B*， 其值可直接代表运动学涡度(图9c， Jessupetal.， 2007)。

此种方法无需判断刚性体的旋转方式， 只需客观记录刚性体的长轴取向及二长比， 可避免一些人为判断的失误。文中每一定向样品的XZ面上测得的刚性体个数大于50个， 将数据投影于刚性颗粒网中可得出运动学涡度， 如N18717-19.1样品， 运动学涡度值为0.69。应用此方法可得罕乌拉穹隆运动学涡度值为0.61～0.83， 平均值为0.71; 纳兰穹隆的涡度值为0.60～0.77， 平均值为0.70； 宝德尔穹隆的涡度值为0.59～0.79， 平均值为0.69(表2)。

4.3.4 石英斜向条带法

石英斜交面理SB和主面理SA夹角δ等于ISA1(瞬时拉伸轴)和应变主轴X轴之间的夹角， 高应变带中的糜棱面理与剪切带边界近于平行， 则糜棱面理与石英斜向面理的夹角为ξ， 根据Wk=sin2ξ可获得相关运动学涡度(图9b， Simpson and De Paor， 1993)。于每块样品的XZ面， 选取约20处石英斜向条带获取其与糜棱面理的夹角计算调和平均值， 部分样品石英条带不发育无测量数据。此法所测得的运动学涡度值均较大， 罕乌拉穹隆的涡度值介于0.87～0.99之间， 平均值为0.94; 纳兰穹隆的涡度值为0.91～0.93， 平均值为0.91; 宝德尔穹隆的涡度值介于0.88～0.97之间， 平均值为0.93(表2)。石英长轴方向所测得的Wk记录了石英韧性变形最后阶段的运动学涡度(Simpson and De Paor， 1993; Xypolias， 2009)。

4.3.5C’法

糜棱岩中多发育剪切条带C’(伸展褶劈理)。C’法基于最大有效力矩准则得出同向伸展褶劈理与最大主应力方向理论夹角为54°44′(郑亚东等， 2005， 2007)。根据式Wn=sin(70-2ε)(ε为伸展褶劈理与剪切带边界的夹角)所得的运动学涡度一般代表较晚期的剪切作用类型(王新社等， 2002)。选取发育伸展褶劈理的XZ面， 每张薄片测量约20组数据求取其调和平均值。据C’法获得罕乌拉穹隆的涡度值介于0.59～0.74之间， 平均值为0.69; 纳兰穹隆为0.53～0.72， 平均值0.65; 宝德尔穹隆的涡度值介于0.62～0.74之间， 平均值0.68(表2)。

5 讨论

5.1 剪切变形时限

结合罕乌拉穹隆韧性剪切带内强变形中粗粒钾长花岗岩(133±1 Ma)和弱变形细粒花岗岩(128±2 Ma)的构造关系及其锆石U-Pb年龄， 笔者认为该穹隆内韧性伸展时限为133 Ma之后并持续至128 Ma或更晚， 细粒花岗岩可能为同伸展岩体。近期的岩浆岩专题填图和构造研究则发现宝德尔穹隆发育2个岩套5个单元的岩浆作用， 早期中侏罗世岩体由2个单元组成(159～161 Ma)， 而晚期的早白垩世石林岩套由3个单元组成(138～125 Ma)， 该期岩浆具有明显的先后关系和脉动式侵位特点， 与剪切带的伸展变形具有密切的关系， 为同伸展岩浆作用(郭磊等， 2015; 童英等， 2017)。Daoudene等(2012)对邻近Nartyn和Atanshiree同减薄岩体的构造解析、锆石U-Pb年代学和单矿物Ar-Ar热年代学分析也表明， 这两个类似的花岗岩穹隆构造韧性剪切时限也为134～128 Ma， 花岗岩为同伸展侵位。

因此， 可以认为包括罕乌拉、宝德尔和纳兰穹隆在内的这些伸展构造均发育于134～128 Ma左右， 穹隆内的早白垩世花岗岩为同伸展侵位。

5.2 应变型式及剪切类型

本文以长石为应变标志体， 采用Rf/ф法测定的罕乌拉、纳兰及宝德尔穹隆韧性剪切带的应变指数、应变强度均具相同特征。弗林指数K值为0.36～0.59， 平均值为0.5， 表明糜棱岩的应变类型为平面压扁型(Simpson and De Paor， 1993; Wallis， 1995; Xypolias， 2009)。XZ面应变轴率Rs值为1.91～3.35， 平均值为2.33， 应变强度Es值为0.53～0.95， 平均值为0.66， 且由剪切带底部至顶部， 糜棱岩应变轴率及应变强度逐渐增大。

剪切带一般经历几个阶段的演化， 如韧性变形、韧脆变形和脆性变形。与之对应， 不同的岩石组构记录了不同变形期的运动学涡度。具体而言， 基于有限应变测量的极莫尔圆法和石英光轴组构法估算了糜棱岩长期韧性变形的平均运动涡度(Simpson and De Paor， 1993; Zhang and Zheng， 1997; 郑亚东等， 2008)。石英斜向面理、“云母鱼”等Ⅱ型S-C组构法可以估算糜棱岩韧性变形晚期涡度(Simpson and De Paor， 1993; Wallis， 1995; Xypolias， 2009)。最大有效力矩法(郑亚东等， 2008)或C’法可以估算拆离末期糜棱岩韧脆性变形的运动学涡度。共轭脆性断层估算的是剪切带脆性变形期的“涡度”。因此， 对不同显微构造进行运动学涡度的估算有利于详细刻画剪切带的运动学演化过程。

以石英长石为应变标志体， 由长石极莫尔圆法、石英C轴组构法及刚性颗粒法、石英斜向面理法所测得的伸展时期不同阶段的运动学涡度也具相似特征(图11)， 即长石极莫尔圆法求得的运动学涡度值为0.59～0.89， 平均值为0.74; 石英C轴组构法求得的运动学涡度值为0.59～0.81， 平均值为0.68， 人为估算β值可能会使结果存在偏差; 刚性颗粒网法获得的运动学涡度值为0.59～0.83， 平均值为0.71， 与极莫尔圆法所得结果相近。以长石极莫尔圆法和刚性颗粒网法所得的运动学涡度为参照数值， 即平均运动学涡度值介于0.68～0.74之间， 可指示长期韧性变形过程中的运动学涡度， 代表剪切带在韧性变形过程中受到近于纯剪切和简单剪切各占一半的一般剪切作用; 石英斜向面理法所求得的韧性变形较晚期运动学涡度值为0.87～0.99， 平均值为0.93， 指示石英韧性变形最后应变增量的剪切类型以简单剪切为主;C’法获得的末期运动学涡度为0.53～0.74， 平均值为0.68， 指示在这一递进变形过程中抬升至韧脆性转化域的增量应变以纯剪切为主。这些结果表明伸展拆离带为一般剪切变形， 前期韧性剪切带中的简单剪切分量逐渐增加， 随着抬升至脆性域， 后期纯剪切分量增加。

图 11 糜棱岩运动学涡度值对比图Fig. 11 Comparison diagrams of kinematic vorticities of mylonites

5.3 发育过程及区域演化意义

东北亚地区晚中生代发育巨量伸展构造， 被认为与蒙古鄂霍次克构造带的造山后垮塌和古太平洋的弧后扩张相关(李锦轶等， 2009; Wangetal.， 2011; 许文良等， 2013)。据前人研究， 代表东北亚地区地壳典型伸展构造的变质核杂岩具有北西-南东向极性伸展， 深层次的韧性伸展剪切可能在约150～145 Ma开始， 于145～130 Ma达到顶峰， 130～120 Ma期间冷却隆升(Wangetal.， 2012; Daoudeneetal.， 2017及其所引文献)。研究区罕乌拉、纳兰及宝德尔等3个不对称花岗岩穹隆也具有统一向北西的极性伸展， 变形时限则集中于134～128 Ma， 表明这些穹隆可能为同时期相同区域应力场下的产物， 于东北亚大规模地壳伸展变形高峰期产出。

本文及前人研究结果显示这3个穹隆与岩浆底侵作用密切相关(Daoudeneetal.， 2012; 程银行等， 2014; 郭磊等， 2015; 童英等， 2017)。穹隆形成前期， 区域内发育中晚侏罗世A型岩浆作用(约160 Ma或之前， 薛富红等， 2015)， 表明此时地壳深层次已发生减薄， 岩浆上升层状侵入中下地壳， 使其流变性增强， 形成相对软弱带(图12a)。随后代表地壳深层次伸展的变质核杂岩启动(Wangetal.， 2011及其所引文献)， 导致下地壳进一步熔融形成大规模花岗质岩浆作用(145～130 Ma)(Wangetal.， 2015)， 同伸展岩浆作用侵入至中地壳并发生与变质核杂岩类似的近水平伸展剪切， 即穹隆形成早期。运动学涡度估算结果指示早期韧性剪切为纯剪切和简单剪切近于各占一半的一般剪切作用， 形成与岩浆流动线理近平行的拉伸线理及糜棱面理， 单剪组分持续增大(图12b)。随着地壳伸展减薄的递进和同伸展岩浆作用持续上涌侵位(130～120 Ma)， 穹隆进一步伸展抬升进入韧脆性转化域， 发育伸展褶劈理， 伸展褶劈理逐渐扩展为大型拆离面， 岩体上涌逐渐占据了主导地位， 使得先期剪切带沿拆离面逐渐抬升，脆性域叠加脆性断层带并剥露至地表(图12c)。由C’法估算的运动学涡度记录了以纯剪切为主的该变形过程。在穹隆形成的连续过程中， 于地表可见多期次岩浆形成的不变形核部、弱变形岩体边部(流动线理与糜棱岩中拉伸线理近平行)、强变形韧性剪切带(花岗质糜棱岩)及叠加于韧性剪切带之上的脆性变形(含糜棱岩团块的绿泥石化角砾岩、微角砾岩、断层泥、后期切割韧性剪切带的高角度正断层等)， 反映花岗质岩体就位、抬升和剥露过程中先期韧性后期脆性的递进变形过程。该模式与前人探讨的变质核杂岩的形成类似， 均反映东北亚地区地壳减薄的过程， 为解析晚中生代构造体制的转换提供了一种有效的方法。

图 12 伸展穹隆发育模式图Fig. 12 Structural evolution model of extensional domes

6 结论

(1) 中蒙边界地区发育3个不对称花岗岩穹隆(罕乌拉穹隆、纳兰穹隆及宝德尔穹隆)， 其特点是主拆离断层仅在一侧发育， 其他两侧变形微弱或不变形， 被后期高角度正断层所围限， 整体呈穹隆状， 变形程度从未变形的核部到边缘逐渐增加。据罕乌拉穹隆韧性剪切带内强变形中粗粒钾长花岗岩(133±1 Ma)和弱变形细粒花岗岩(128±2 Ma)的构造关系及其锆石U-Pb年龄， 限定该穹隆内岩体可能为同伸展岩体， 韧性伸展时限为133 Ma之后并持续至128 Ma或更晚， 与同区其他穹隆发育时限相同。

(2) 3个穹隆韧性剪切带内糜棱岩的应变型式均为平面压扁应变(k=0.5)， 应变强度为中强度应变(Es值为0.53～0.95， 平均0.66)， 且应变强度从剪切带底部向顶部(向岩体边缘)增加。

(3) 3个穹隆韧性剪切带岩石塑性变形平均涡度(长石极莫尔圆法为0.74，石英C轴组构法为0.68，刚性颗粒网法为0.71)说明它们均为一般剪切。石英斜向条带法求得的石英韧性变形最后的运动学涡度值为0.93，C’法获得的此递进变形最晚期阶段运动学涡度值为0.68，表明早期高温阶段韧性剪切带中简单剪切分量增加(石英斜向面理法)， 晚期抬升和低温阶段纯剪切分量增大(C’法)， 韧性剪切带经历的一般剪切指示在伸展背景下， 其由地壳伸展与岩浆底侵的共同作用形成， 是东北亚地区晚中生代巨量伸展峰期的产物。