秦嶺伏牛山構(gòu)造帶的變質(zhì)-變形分析.pdf

1、秦嶺造山帶是地球表層變形最強烈的地區(qū)之一，是揚子和華北兩大板塊俯沖、碰撞及陸間造山作用的結(jié)果。板塊匯聚作用引起了華北板塊南緣強烈變形，且最終被卷入秦嶺造山帶中成為造山帶的重要組成部分。研究區(qū)伏牛山構(gòu)造帶就位于這個特殊的位置，它記錄了造山帶形成和演化的全部過程。所以，對其變質(zhì)變形作用細節(jié)研究可以恢復(fù)板塊俯沖碰撞作用、反演古板塊的匯聚方式和運動學(xué)過程，對建立大陸造山帶的結(jié)構(gòu)、演化和動力學(xué)模式有重要意義。
　　 本文以構(gòu)造礦物學(xué)和板塊

2、構(gòu)造學(xué)為指導(dǎo)，以秦嶺伏牛山構(gòu)造帶內(nèi)的洛欒和瓦喬兩條斷裂帶及其影響巖石為標志體，以其構(gòu)造巖石的宏觀、微觀及超微變質(zhì)-變形特征為主要研究內(nèi)容，以9條橫穿伏牛山構(gòu)造帶的橫剖面和1條沿構(gòu)造帶的縱剖面為主線，通過重點地段的地質(zhì)填圖、剖面繪制、運動學(xué)渦度分析、有限應(yīng)變測量等構(gòu)造解析常規(guī)方法，分析有關(guān)的面理、線理組構(gòu)、運動學(xué)矢量、剪切類型和方式等內(nèi)容;利用礦物變形與應(yīng)力關(guān)系研究構(gòu)造巖相帶變形的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)，估算構(gòu)造巖相帶變形的古應(yīng)力大小;利用巖石學(xué)

3、手段結(jié)合不同尺度分析，研究變質(zhì)巖的礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征，并確定其分布規(guī)律，分析變質(zhì)相與構(gòu)造帶的關(guān)系;利用特征變質(zhì)礦物研究分析斷裂帶及兩側(cè)變形巖石中特征變質(zhì)礦物種類、數(shù)量及組合關(guān)系，解析變形時期構(gòu)造環(huán)境:利用礦物變形特征研究構(gòu)造巖的變形方式和變形機制，揭示礦物塑性變形序列，特別是特征變質(zhì)礦物的脆-塑性轉(zhuǎn)換變形機制及影響脆-塑性轉(zhuǎn)換溫度、壓力、應(yīng)變速率等因素;通過對變形過程中產(chǎn)生的同構(gòu)造變質(zhì)流體的變形特征、成分特征進行分析，探討其來源及

4、其形成年代;通過對構(gòu)造帶巖石變質(zhì)與變形特征研究，劃分構(gòu)造帶巖石的變質(zhì)相和變形相，分析同一構(gòu)造背景下構(gòu)造帶巖石形變與相變之間的關(guān)系，建立構(gòu)造帶巖石的變質(zhì)相-變形相的關(guān)系模式。
　　 針對秦嶺伏牛山構(gòu)造帶的特點，通過大量閱讀相關(guān)資料和對前人成果的分析總結(jié)，了解區(qū)域地質(zhì)背景和研究現(xiàn)狀，分析存在的問題，采取大量野外現(xiàn)象觀測、室內(nèi)分析測試和綜合研究，嘗試用礦物學(xué)與構(gòu)造地質(zhì)學(xué)相結(jié)合的研究思路和宏觀、微觀、超微觀變形技術(shù)相結(jié)合的研究手段和方法

5、，在變形變質(zhì)巖石學(xué)、構(gòu)造礦物學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和地質(zhì)-熱事件年代學(xué)等方面做相應(yīng)的研究，并取得以下創(chuàng)新性研究成果:
　　 (1)伏牛山構(gòu)造帶的宏觀地質(zhì)特征
　　 伏牛山構(gòu)造帶位于北秦嶺北部，北界為洛欒斷裂帶，南界為瓦喬斷裂帶。
　　 洛欒斷裂帶作為北秦嶺與秦嶺北緣的界線，寬十幾公里，是由一系列韌性剪切帶和夾在其間的巖片組成的構(gòu)造帶。斷裂帶西窄東寬，總體走向290°，傾向NNE，傾角多為60°具有四期變形，早期由南向北俯

6、沖，隨后產(chǎn)生大規(guī)模的左行剪切作用，形成大量的糜棱巖，這期的糜棱巖是本文研究的重點。第三期為弱糜棱巖化作用，最后一期是巖片產(chǎn)生由北向南的逆沖作用。糜棱巖自東向西由粗粒糜棱巖向中粒糜棱巖-細粒糜棱巖變化，分別對應(yīng)于中下部地殼的變形、上部地殼的下構(gòu)造層和上部地殼的中上構(gòu)造層的變形。
　　 瓦喬斷裂帶為伏牛山構(gòu)造帶的南界，是二郎坪巖群與寬坪巖群的界線，寬幾公里至十幾公里不等，也是由多條韌性剪切帶組成。各剪切帶產(chǎn)狀基本一致，走向290°，

7、傾向NNE，傾角約50°。斷裂帶內(nèi)廣泛發(fā)育糜棱巖、超糜棱巖，糜棱巖礦物σ、δ殘斑、石英脈體形態(tài)等特征指示其具有由北向南逆沖兼左行平移的特征。
　　 (2)伏牛山構(gòu)造帶的顯微變形特征
　　 伏牛山構(gòu)造帶的巖石主要有糜棱巖、構(gòu)造片巖、糜棱巖化巖石等。其中糜棱巖按原巖成分的不同分為:長英質(zhì)糜棱巖、碳酸鹽質(zhì)糜棱巖、鎂鐵質(zhì)糜棱巖。通過大量的顯微觀察和分析，發(fā)現(xiàn)整個構(gòu)造帶的礦物組合和礦物變形特征自東向西明顯不同，且具有一定的規(guī)律。<

8、br>　　 ①石英的動態(tài)重結(jié)晶型式自東向西由高溫邊界遷移式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閬嗩w粒式、膨凸式動態(tài)重結(jié)晶，再往西部又轉(zhuǎn)變?yōu)閬嗩w粒式。
　　 ②長石的動態(tài)重結(jié)晶型式自東向西由亞顆粒-膨凸式重結(jié)晶逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榕蛲故街亟Y(jié)晶，直至顯微碎裂變形，再往西部又轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，出現(xiàn)膨凸式重結(jié)晶現(xiàn)象。
　　 ⑨黑云母自東向西由淺棕-棕紅色半自形細小的片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色-棕綠色眼球狀殘斑，蝕變增強。與此同時，白云母、綠泥石和綠簾石也由少變多。
　　

9、 ④東部大理巖（碳酸鹽）質(zhì)糜棱巖中的方解石產(chǎn)牛了膨凸式重結(jié)晶形成了核幔構(gòu)造，西部的大理巖（碳酸鹽）質(zhì)糜棱巖，只產(chǎn)生了細粒化，并沒有明顯的重結(jié)晶現(xiàn)象。在欒川縣廟子出露的灰?guī)r糜棱巖因剪切作用生熱而導(dǎo)致隱晶質(zhì)方解石在強變形域晶體有增大的現(xiàn)象。
　　 ⑤鎂鐵質(zhì)糜棱巖中的角閃石多產(chǎn)生了強烈塑性變形，但動態(tài)重結(jié)晶現(xiàn)象只有欒川縣廟子剖面才能見到，東部角閃石大多數(shù)產(chǎn)生綠簾石、綠泥石化，西部角閃石幾乎全部陽起石化，顯示出韌性剪切使原巖產(chǎn)生了退變

10、質(zhì)作用。
　　 ⑥巖石結(jié)構(gòu)和構(gòu)造自東向西由粒狀（柱-粒狀）變晶結(jié)構(gòu)、片麻狀構(gòu)造逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槊永饨Y(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。
　　 ⑦糜棱巖的類型自東向西也由高溫斜長石-鉀長石超塑性糜棱巖依次向中溫石英-斜長石塑性糜棱巖和中溫石英塑性糜梭巖轉(zhuǎn)變，在Ⅶ剖面又轉(zhuǎn)向中溫石英-斜長石塑性糜棱巖。
　　 ⑧構(gòu)造帶構(gòu)造片巖特別發(fā)育。東部的構(gòu)造片巖內(nèi)殘留有較多糜棱結(jié)構(gòu)，說明構(gòu)造片巖原為糜棱巖經(jīng)重結(jié)晶作用演變成，具有典型的塑性變形特征。而西部的

11、構(gòu)造片巖則以強烈的構(gòu)造壓扁變形特征為主，兼有剪切作用，礦物顆粒脆性裂紋十分常見，是在脆-韌性條件下形成的半塑性構(gòu)造巖。說明東段巖石相對西段遭受構(gòu)造作用的時間更長，層次更深。
　　 伏牛山構(gòu)造帶中糜棱巖及構(gòu)造片巖的礦物變形特征和動態(tài)重結(jié)晶型式均反映出構(gòu)造帶的溫壓條件自東向西由高到低，說明伏牛山構(gòu)造帶的東部抬升高于西部。
　　 (3)構(gòu)造巖的變形機制、變形相和礦物塑性變形序列
　　 長英質(zhì)糜棱巖是伏牛山構(gòu)造帶出現(xiàn)最多

12、的一類糜棱巖。東部石英的變形機制為位錯攀移成為重要的蠕變機制，為高溫塑性變形機制，西部石英則以脆性微破裂、位錯滑移與重結(jié)晶為主。東部長石的變形機制為位錯蠕變?yōu)橹?西部則以微裂隙、雙晶與重結(jié)晶為主。因此，東部長英質(zhì)糜棱巖的形成機制為中地殼偏深的環(huán)境下的晶質(zhì)塑性變形、高溫擴散蠕變?yōu)橹鞯乃苄宰冃螜C制;西部則為上地殼下部-中地殼上部環(huán)境下的低溫擴散蠕變、顆粒邊界滑移以及晶質(zhì)塑性變形控制的塑性變形機制。
　　 伏牛山構(gòu)造帶中礦物塑性變形序

13、列為:方解石、黑云母、石英、斜長石、鉀長石。
　　 伏牛山構(gòu)造帶長英質(zhì)糜棱巖的變形相變化為:自東向西，依次為二長石變形相、石英斜長石變形相、石英變形相。
　　 (4)伏牛山構(gòu)造帶的形成環(huán)境
　　 1)變質(zhì)相
　　 通過巖石的礦物共生組合分析伏牛山構(gòu)造帶變質(zhì)相:東部為低角閃巖相，往西逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦呔G片巖相和低綠片巖相。
　　 2)變質(zhì)變形溫度
　　 通過變質(zhì)相、石英動態(tài)重結(jié)晶型式、石英脈包裹體

14、測溫、糜棱巖中的動態(tài)重結(jié)晶石英分維數(shù)、石英組構(gòu)分析、斜長石和角閃石地質(zhì)溫度計等多種方法的分析和計算，得出伏牛山構(gòu)造帶的形成溫度為中溫偏高的條件，東部的溫度高于西部。洛欒斷裂帶形成溫度范圍為300～550℃;瓦喬斷裂帶形成溫度范圍為500～550℃。
　　 3)壓力和應(yīng)變條件
　　 ①糜棱巖的動態(tài)重結(jié)晶石英分維數(shù)計算的洛欒斷裂帶差異應(yīng)力為0.32-0.41GPa，應(yīng)變速率值為3.92917E-11～3.17713E-16;

15、瓦喬斷裂帶的差異應(yīng)力為32.417～33.524MPa，應(yīng)變速率值為3.45769E-14～2.14687E-16。兩條斷裂帶的差異應(yīng)力均表現(xiàn)為自東向西逐漸增大趨勢，屬于中等應(yīng)變速率條件。
　　 ②同構(gòu)造石英脈的石英晶體位錯特征顯示:洛欒斷裂帶具有先擠壓后疊加較強剪切改造的特征;瓦喬斷裂帶則表現(xiàn)出先強烈擠壓后疊加弱剪切力為輔的特征。根據(jù)位錯密度計算的差異應(yīng)力為:0.71～0.87Gpa，應(yīng)變速率值為:2.34445E-11～4.

16、05872E-11。
　　 ③利用角閃石全鋁壓力計獲得洛欒斷裂帶的壓力為:0.75～0.95GPa，瓦喬斷裂帶的壓力為:0.60～0.85GPa。
　　 ④利用Massonne多硅白云母壓力計計算出伏牛山構(gòu)造帶的壓力為0.27～0.87GPa。
　　 通過上述不同方法得出伏牛山構(gòu)造帶巖石的變質(zhì)變形的溫雎條件基本相同，均表現(xiàn)出東部溫壓條件高于西部。說明東段抬升強，西段抬升弱。
　　 (5)構(gòu)造帶運動學(xué)特征<

17、br>　　 伏牛山構(gòu)造帶兩條主要斷裂帶的巖石有限應(yīng)變測量結(jié)果顯示其運動學(xué)特征各自不同:洛欒斷裂帶單剪作用較強，而瓦喬斷裂帶以純剪作用為主。
　　 洛欒斷裂帶巖石的付林系數(shù)K值為:1.68～15.13，應(yīng)變橢球體的形態(tài)屬于雪茄狀，反映出其以剪切拉伸變形為主，且西段強于東段;渦度分析(WK＞0.75)顯示洛欒斷裂帶具有簡單剪切為主的性質(zhì)。
　　 瓦喬斷裂帶的付林參數(shù)K在0～1之間，應(yīng)變橢球體為扁橢球狀，屬壓扁型應(yīng)變。反映出

18、瓦喬斷裂帶的巖石變形以壓扁為主。渦度分析也顯示瓦喬斷裂帶以純剪性質(zhì)為主。
　　 (6)伏牛山構(gòu)造帶年代學(xué)特征
　　 同構(gòu)造石英脈的ESR測年結(jié)果顯示:在372.9±30.0Ma時洛欒斷裂帶產(chǎn)生剪切走滑作用，瓦喬斷裂帶韌性剪切走滑的年齡是275.0±20.0Ma。所測218.0±20.0Ma、120Ma、71.6±7.0Ma的年齡則反映了揚子、華北兩大板塊印支晚期全面閉合以及燕山期的構(gòu)造-熱事件在北秦嶺也產(chǎn)生了一定的影響。

19、北秦嶺各構(gòu)造帶在時代上自北向南依次變新，說明是自北向南演化的。
　　 (7)伏牛山構(gòu)造帶巖石變質(zhì)相與變形相的對應(yīng)關(guān)系
　　 伏牛山構(gòu)造的巖石變質(zhì)相和變形相有明顯的對應(yīng)關(guān)系:長英質(zhì)糜棱巖變形相自東向西依次為二長石變形相、石英斜長石變形相、石英變形相。在地殼層次上表現(xiàn)為從中地殼到上地殼層次。礦物共生組合顯示出東部巖石的變質(zhì)相為低角閃巖相，往西逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦呔G片巖相和低綠片巖相。從東往西，變質(zhì)變形條件由高到低。
　　 總

20、之，本文以伏牛山構(gòu)造帶中具有特殊構(gòu)造作用的洛欒斷裂帶、瓦喬斷裂帶和受其影響的寬坪巖塊、二郎坪巖塊北緣、欒川巖片、陶灣巖片、石人山巖塊南緣為切入點，通過分析伏牛山構(gòu)造帶巖石的變形細節(jié)和應(yīng)變特征，確定華北板塊南緣的變形作用、構(gòu)造型式，恢復(fù)其所在巖相帶、主壓應(yīng)力方位及作用方式;通過研究伏牛山構(gòu)造帶巖石的變質(zhì)特點、形成方式、機理、環(huán)境，分析斷裂帶對其周邊巖石的變質(zhì)-變形影響，建立巖石變質(zhì)相-變形相的耦合關(guān)系等，從構(gòu)造礦物變質(zhì)-變形過程、形成方式