內(nèi)蒙古小白顏花地區(qū)韌性變形帶研究

萬(wàn) 力，梁 佳，萬(wàn)思航，陳敏佳

內(nèi)蒙古第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)區(qū)位于內(nèi)蒙古大青山北麓的呼和浩特市的武川縣。處于華北板塊北緣西段，以早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底出露為特征，并且橫跨這一早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底的兩個(gè)地質(zhì)構(gòu)造單元：北部的花崗綠巖帶和南部的高級(jí)區(qū)。除此之外，還發(fā)育大面積的古生代和中生代侵入體及少量的中元古代渣爾泰山群和中新生代地層。

研究區(qū)出露的地層，主要有太古宙色爾騰山巖群陳三溝巖組的細(xì)粒斜長(zhǎng)角閃巖夾黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖，東五分子巖組的細(xì)粒含石英黑云母斜長(zhǎng)角閃巖、黑云母長(zhǎng)英片麻巖夾磁鐵石英巖。柳樹溝巖組的細(xì)粒黑云母斜長(zhǎng)片麻巖、黑云母石英片巖、二云母石英片巖、石榴二云母片巖、長(zhǎng)石石英巖；中元古界渣爾泰山群書記溝組的下段，灰色中厚層狀含礫粗粒長(zhǎng)石石英砂巖、灰白色－青灰色中薄層中細(xì)粒石英砂巖和長(zhǎng)石石英砂巖，上段（Chs?2）為銀灰色絹云千枚巖、深灰色粉砂質(zhì)板巖夾灰、灰白色薄層細(xì)粒石英砂巖，增隆昌組的銀灰色絹云千枚巖，粉砂質(zhì)板巖夾薄層頁(yè)片狀細(xì)紋狀石灰?guī)r；新生代新近系上新統(tǒng)寶格達(dá)烏拉組的巖性為、泥巖、灰黃色厚層狀礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖組，呈半固結(jié)狀。

巖漿巖主要有太古代變質(zhì)深成巖漿巖，可以分為變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖、斜長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖；晚二疊世當(dāng)中溝超單元的細(xì)粒含斑黑云母二長(zhǎng)花崗巖巖性和中細(xì)粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖與晚三疊世霍布超單元的細(xì)粒含石榴二云花崗巖。

2 韌性變形帶宏觀構(gòu)造特征

西紅山子大和城-小白顏花韌性變形帶發(fā)育在太古宙花崗巖綠巖（色爾騰山群），是華北板塊和西伯利亞板塊兩個(gè)大陸板塊碰撞的結(jié)果。晚古生代天山-興蒙造山帶形成以后，一直處在抬升與剝蝕條件下，其上部許多復(fù)雜的構(gòu)造成分己被剝蝕掉，露出地表的主要是碰撞造山帶的根帶部分。

小白顏花地區(qū)總體呈東西帶狀分布（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局，1991），傾角在65°左右。自韌性剪切帶中心向兩側(cè)，存在明顯的變形分帶現(xiàn)象：中心為強(qiáng)變形帶糜棱巖，巖石細(xì)?；l(fā)育，石英粒度細(xì)，殘斑較少；而向兩側(cè)的糜棱巖及糜棱巖化巖石中，碎斑含量逐漸增多。流狀構(gòu)造和線狀構(gòu)造發(fā)育，表明巖石發(fā)生強(qiáng)烈的塑性流變。糜巖的面理上發(fā)育拉伸線理，拉伸線理現(xiàn)為被拉長(zhǎng)的石英礦物集合體。韌性剪切帶中央發(fā)育糜棱巖化巖石、糜棱巖、超糜棱巖。

各類構(gòu)造形態(tài)的主要特征如下：

1）糜棱葉理

區(qū)內(nèi)出露的順層葉理在空間上平行于巖性的分界面，其同構(gòu)造礦物組合有絹云母、白云母，石英、長(zhǎng)石等碎屑物，且礦物呈定向拉長(zhǎng)，說(shuō)明了變形的不均勻性。其中，在能干層內(nèi)發(fā)育有順層葉理（C面），礦物及礦物組合定向拉長(zhǎng)構(gòu)成拉長(zhǎng)方向平行于巖性的分界面，即與圍巖層面平行。

2）S-C組構(gòu)

S面理（Ss面理）即剪切帶內(nèi)面理，或拉伸面理，平行應(yīng)變橢球的XY面，是巖石經(jīng)韌性剪切作用，礦物發(fā)生塑性或塑一脆性變形，粒度減小并形成細(xì)小條紋而構(gòu)成的面理。

3）礦物拉伸線理

在韌性剪切過(guò)程中形成的礦物拉伸線理，主要由定向生長(zhǎng)的石英、長(zhǎng)石構(gòu)成。在其變質(zhì)變形中粒度變小，礦物被拉長(zhǎng)。線理主要發(fā)育在剪切葉理面上，其礦物的定向拉長(zhǎng)方向指示了順層滑動(dòng)的方向與圍巖層面平行，即與下部糜棱巖的運(yùn)動(dòng)方向一致。

4）“A”型褶皺或鞘褶皺

區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的“A”型褶皺或鞘褶皺規(guī)模較小，只發(fā)育在非能干軟弱巖層帶的強(qiáng)烈變形部位，指示了應(yīng)變和變形的不均勻，“A”型褶皺樞紐與剪切帶內(nèi)礦物拉伸線理方向平行，指示了剪切運(yùn)動(dòng)的方向和圍巖層理面平行。

5）糜棱巖

糜棱巖由韌性基質(zhì)和變形殘核、殘碎斑晶或變斑晶組成，有著以下特征：粒徑較原巖減??；產(chǎn)生在一個(gè)相當(dāng)狹窄的面狀地帶中；出現(xiàn)強(qiáng)化面理（流動(dòng)構(gòu)造）和線理，主要由應(yīng)變集中形成。巖石礦物的組成和正常的花崗巖基本一樣。此外，在巖石中還夾有少量的黑云母片巖。

3 動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

韌性變形變質(zhì)帶的動(dòng)力學(xué)分析主要包括兩方面內(nèi)容，即主應(yīng)力方位的確定和差應(yīng)力值大小的估算。

3.1 應(yīng)力方位的確定

在區(qū)內(nèi)糜棱巖線理、葉理十分發(fā)育，利用stereo_nett軟件對(duì)糜棱巖的線理、葉理做應(yīng)力場(chǎng)投影圖得出：最大主應(yīng)力σ1方位為N30°E，傾伏角為25.8°；中間主應(yīng)力σ2方位為N60°W，傾伏角為10.3°；最小主應(yīng)力S8.40W，傾伏角為59.10。

圖1 線理葉理應(yīng)力場(chǎng)

西紅山子大和城小白顏花的構(gòu)造玻片中，大多數(shù)都可見(jiàn)到十分豐富的變形顯微構(gòu)造，并且不少變形顯微構(gòu)造都有指向意義。我們通過(guò)對(duì)顯微構(gòu)造、野外宏觀現(xiàn)象分析及線理、葉理的產(chǎn)狀分析，和對(duì)前人資料的收集整理得出，該地區(qū)運(yùn)動(dòng)方式為左行擠壓逆沖推覆構(gòu)造。

3.2 古應(yīng)力值的測(cè)定

韌性變形帶往往是一種高應(yīng)變遞進(jìn)剪切變形帶，主應(yīng)力測(cè)試所依據(jù)的原則是顯微構(gòu)造產(chǎn)生于低應(yīng)變?cè)缙陔A段，因此，對(duì)韌性剪切帶所進(jìn)行的動(dòng)力學(xué)分析，更多的側(cè)重古差應(yīng)力值的估算。

通過(guò)測(cè)定亞晶粒與動(dòng)態(tài)重結(jié)晶粒徑，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式估算古應(yīng)力值計(jì)算，分述如下：

1）利用亞晶顆粒進(jìn)行古應(yīng)力估算時(shí)，利用了Twiss（1977）的石英亞晶顆粒粒徑估算公式:

（α1-α3）=kμbd-1即△ σ=.18000d-1

其中，k 為無(wú)量綱常數(shù)；p為剪切模量；b為伯格斯矢量；d為亞晶顆粒大小，單位為μm；△σ為差應(yīng)力值，單位為Mpa。

對(duì)玻片B0055-1計(jì)算，共計(jì)算11個(gè)數(shù)據(jù)，得到△σ=46.77Mpa

2）在利用動(dòng)態(tài)重結(jié)晶顆粒粒徑進(jìn)行古應(yīng)力估算，利用Twiss（1977）的石英亞晶顆粒粒徑估算公式：

（σ1-σ3）=AD-m

其中，A、m均為常數(shù)。Twiss對(duì)比了金屬與礦物的物性資料，從理論角度進(jìn)行推算，并得到常數(shù)：m都為0.68；不同的礦物A值不同，石英為6.1?！鳓覟椴町悜?yīng)力，單位為MPa。顆粒直徑單位為mm。

對(duì)玻片B0055-1花崗質(zhì)糜棱巖、B0054-1花崗質(zhì)糜棱巖、B0054-2花崗質(zhì)超糜棱巖各取40個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算，得到B0055-1的差應(yīng)力值△σ=75.31 MPa，B0054-1的差應(yīng)力值△σ=83.56 MPa，B0054-2的差應(yīng)力值△σ=77.61MPa。本區(qū)內(nèi)古差應(yīng)力平均值為78.83MPa。

通過(guò)分析上述應(yīng)力值估算結(jié)果，可以得出如下結(jié)論：

（1）我們利用動(dòng)態(tài)重結(jié)晶及亞晶粒粒度變形顯微構(gòu)造參數(shù)進(jìn)行了古差異應(yīng)力值計(jì)算，結(jié)果是46.77 MPa與78.83MPa；

（2）利用亞晶粒粒度計(jì)算的結(jié)果略為偏低，估計(jì)其偏低的主要原因是我們?cè)诠鈱W(xué)顯微鏡下所觀測(cè)到的亞晶粒并不是真正的亞晶粒，而可能是亞晶的集合體，由于亞晶間的位相差太小，一般光學(xué)顯微鏡很難分辯出小的亞晶粒；

（3）綜上所述，以動(dòng)態(tài)重結(jié)晶計(jì)算為準(zhǔn)，本區(qū)古差異應(yīng)力約為78.83MPa；

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)韌性流變層的宏觀、微觀和運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，研究區(qū)韌性變形及韌-脆性變形，而且存在明顯的變形分帶現(xiàn)象，中心為強(qiáng)變形帶超糜棱巖，巖石細(xì)粒化發(fā)育，石英粒度細(xì)，顯微構(gòu)造現(xiàn)象好。拉伸線理優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀為傾向，傾角韌性剪切帶中發(fā)育糜棱巖化巖石、糜棱巖、超糜棱巖。

在系統(tǒng)總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)顯微構(gòu)造和運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、應(yīng)變研究分析，本文得出以下結(jié)論：

1）詳細(xì)研究了小白顏花地區(qū)主要的變形顯微構(gòu)造，并對(duì)其進(jìn)行分析，初步得出以下結(jié)論：這些變形顯微構(gòu)造特征反映出該區(qū)巖石是在韌性至脆一韌性變形件下發(fā)生的變形。區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖石處于綠片巖相，綠片巖相的溫度范圍為300℃～500℃（Essene，1989）；

2）通過(guò)對(duì)糜棱巖的葉理與線理經(jīng)行赤平投影可見(jiàn)該區(qū)最大主應(yīng)力σ1方位為N30°E，傾伏角為25.8°；中間主應(yīng)力σ2方位為N60°W，傾伏角為10.3°；最小主應(yīng)力S8.4°W，傾伏角為59.1°。對(duì)該區(qū)內(nèi)糜棱巖做應(yīng)變分析，得出韌性變形應(yīng)力以擠壓變形機(jī)制為主；

3）通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)重結(jié)晶粒徑做差異應(yīng)力計(jì)算的出應(yīng)力值為78.83MPa。

[1]李德倫，王恩林.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[M].吉林大學(xué)出版社，2001，8.

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