中蒙邊界早白堊世不對稱花崗巖穹隆的伸展時限、剪切作用類型和區(qū)域構造意義

杜 燦，郭 磊，王 濤，李建波，童 英，NARANTSETSEG Tserendash，ENKH-ORSHIKH Orsoo，張 磊

(1. 中國地質科學院 地質研究所， 北京 100037; 2. 中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院， 北京 100083;3. 東華理工大學 地球科學學院， 江西 南昌 330013; 4. 蒙古科學院 地質研究所， 蒙古 烏蘭巴托 15160)

晚中生代是東北亞地質演化和地殼變形的關鍵時期。這一時期東北亞最突出的特征是大規(guī)模的地殼伸展(Wangetal.， 2011， 2012)， 表現為廣泛發(fā)育變質核雜巖、變質/巖漿穹隆、伸展盆地、正斷層等(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)以及大規(guī)模的花崗質巖漿巖(多為A型花崗巖; Wuetal.， 2005a， 2005b， 2011a， 2011b; Wangetal.， 2015)。此外， 在伸展省的中部地區(qū)(二連浩特附近、蒙古中部和南部)發(fā)現了另一種伸展構造——不對稱花崗巖伸展穹隆(Castro and Fernández， 1998及其所引文獻)。不對稱伸展花崗巖穹隆， 以前稱為巖漿核雜巖(Liuetal.， 1997)或同減薄巖體(Daoudeneetal.， 2012)， 是指在巖漿形成、上升、定位和最終形成穹隆的過程中， 區(qū)域伸展拆離形成的穹狀隆起。不對稱伸展花崗巖穹隆由主體的花崗巖體和沿深成雜巖體邊緣的滑脫斷裂帶組成， 主拆離斷層僅在一側發(fā)育， 其他兩側微弱變形或不變形。此外， 花崗質巖體為同構造巖體， 其變形程度由未變形的核部向邊緣逐漸增大(Daoudeneetal.， 2012; 郭磊等， 2015)。對不對稱伸展花崗巖穹隆的研究可以獲得用于區(qū)域構造動力學分析的中、下地殼的流變信息 (Chenetal.， 1990; 許志琴等， 2006; Zhangetal.， 2020)， 然而， 目前其地質背景和剪切機制尚未得到很好的研究。

近年來， 中蒙邊界東南段陸續(xù)新發(fā)現了一系列呈帶狀展布的不對稱花崗巖穹隆， 以往的研究多關注于其構造樣式和巖漿來源(程銀行等， 2014; 郭磊等， 2015)。本文從限定部分穹隆的韌性變形時限入手， 進行了有限應變測量和運動學渦度估算， 進而討論這些穹隆韌性剪切帶的變形機制和演變。這將有助于更好地理解中上地殼的流變信息及與上述花崗巖穹隆相關的韌性剪切帶所反映的穹隆變形過程。

1 構造背景

研究區(qū)位于內蒙古東烏旗、蘇尼特左旗北部中蒙邊界一帶， 構造位置屬蒙古-鄂霍茨克構造帶和陰山-燕山構造帶夾著的蒙古高原地區(qū)， 是東北亞巨量區(qū)域伸展的核心區(qū)域(圖1)。該區(qū)晚古生代經歷了古亞洲洋的閉合以及華北板塊與西伯利亞板塊的最終拼貼等過程(Xiaoetal.， 2003， 2018; Jianetal.， 2010; Xuetal.， 2013)， 晚侏羅世—早白堊世， 陸內巖石圈大規(guī)模伸展并伴隨有強烈的火山噴發(fā)及盆嶺構造運動(Mengetal.， 2003; 李錦軼等， 2004; Wangetal.， 2011， 2012)， 伸展構造形跡均為北東向。區(qū)內花崗質侵入巖十分發(fā)育， 形成時代多為晚古生代和晚中生代(Wangetal.， 2015)。研究區(qū)由北東至南西依次發(fā)育罕烏拉穹隆、納蘭穹隆及寶德爾穹隆(圖1),其主體為早白堊世黑云母二長花崗巖及鉀長花崗巖， 北東向延伸均超過100 km， 巖體北西側多為中新生代坳陷盆地。

圖 1 研究區(qū)構造背景及伸展穹隆構造圖(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—寶德爾； HWL—罕烏拉； NL—納蘭； YG—亞干； HH—呼和浩特； LZ—樓子店； YM—云蒙山； FS—房山； TH—太行山； WZ—瓦子峪； SL—松遼； XK—新開嶺； LN—遼南； LL—玲瓏； LX—魯西； XQ—小秦嶺； XE—熊耳山； DB—大別山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 穹隆構造組成及樣品概況

罕烏拉穹隆、納蘭及寶德爾穹隆位于中蒙邊境東烏旗及蘇尼特左旗北部地區(qū)， 整體呈北東30°～50°方向帶狀展布。野外調查表明花崗質巖漿于晚中生代多期次侵入形成穹隆主體(程銀行等， 2014; 童英等， 2017)。這些穹隆核部深成雜巖體由早白堊世黑云母二長花崗巖、含黑云母二長花崗巖、鉀長石花崗巖和早期侵入的中晚侏羅世黑云母二長花崗巖和正長巖組成(圖2、圖3)。拆離斷層帶發(fā)育于巖體西北側， 其他側發(fā)育后期高角度正斷層。穹隆上盤多位于蒙古境內， 為晚中生代盆地以及晚古生代巖漿-沉積雜巖。其中， 拆離斷層帶由糜棱巖帶(圖4a)以及疊加其上的脆性斷層組成， 主要發(fā)育于穹隆西北部， 剪切帶走向與巖體形態(tài)密切相關， 出露長度約30～100 km不等。拆離斷層帶具典型巖石組合， 由剪切帶底部至頂部依次發(fā)育花崗質糜棱巖、綠泥石化角礫巖、微角礫巖(圖4b)、斷層泥等。其中綠泥石化角礫巖、微角礫巖中可見糜棱巖碎塊， 剪切帶后期被高角度正斷層所切割， 指示花崗質巖體抬升剝露過程中先期韌性后期脆性的遞進變形過程(郭磊等， 2015)。

剪切帶大多延伸30～100 km， 其產狀與巖體形態(tài)密切相關。沿著巖體西北邊緣巖石面理發(fā)育， 隨剪切帶走向發(fā)生變化。糜棱面理向沉積盆地側緩傾， 約290°～346°∠10°～47°， 平均產狀為320°∠25°。由韌性剪切帶的南緣到北緣， 糜棱面理的產狀總體上具有越來越緩的趨勢。此外， 韌性剪切帶發(fā)育透入性北西-南東向的拉伸線理，拉伸線理產狀285°～321°∠7°～38°， 平均產狀305°∠21°(圖2、圖3)。弱變形的含黑云母二長花崗巖發(fā)育近水平節(jié)理， 長石定向排列形成流動線理， 其走向與剪切帶內拉伸線理平行， 核部巖體西北緣與韌性剪切帶之間連續(xù)過渡。糜棱巖化的黑云母二長花崗巖巖體發(fā)育S-C組構(圖4c)， 指示上盤向北西的伸展剪切。

圖 2 罕烏拉穹隆構造組成Fig. 2 Structural composition of Hanwula extensional dome

圖 3 寶德爾和納蘭穹隆構造組成Fig. 3 Structural compositions of Baoder and Narlan extensional domes

圖 4 拆離斷層帶野外特征Fig. 4 Field photographs of detachment fault zones

3 構造年代學

為了確定穹隆韌性剪切帶的變形時限， 考察了穹隆剪切帶中不同變形程度的花崗質糜棱巖及其交切關系。其中， 在罕烏拉穹隆剪切帶內發(fā)現了一處較好的露頭， 變形較強的中粗粒黑云母鉀長花崗巖(發(fā)育明顯的糜棱面理和拉伸線理)被弱變形(發(fā)育微弱面理和線理)的細?；◢弾r小角度斜切(圖4d、4e)， 早期變形形成的糜棱面理被細?；◢弾r脈所切割， 但巖脈本身發(fā)育與圍巖一致的糜棱面理， 指示該巖脈可能為同構造侵位。細?；◢弾r脈為鄰近一小型細?；◢弾r株的一部分(圖4f)， 該巖株也發(fā)生了變形， 發(fā)育微弱面理與拉伸線理， 與剪切帶總體一致(圖2)。分別對強變形糜棱巖化中粗粒黑云母鉀長花崗巖(N180717-9， N46°03′54″， E116°36′44″)和弱變形細?；◢弾r(N180717-11， N46°03′54″， E116°36′44″) 這兩種不同變形程度的花崗巖進行了采樣， 采用LA-ICP-MS進行了鋯石U-Pb年代學測試， 以期限定罕烏拉穹隆韌性變形的時限。

3.1 測年方法

鋯石U-Pb同位素定年和微量元素含量在武漢上譜分析科技有限責任公司利用LA-ICP-MS同時分析完成，詳細的儀器參數和分析流程見Zong 等(2017)。GeolasPro激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193 nm準分子激光器和MicroLas光學系統(tǒng)組成， ICP-MS型號為Agilent 7700e。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調節(jié)靈敏度， 二者在進入ICP之前通過一個T型接頭混合， 激光剝蝕系統(tǒng)配置有信號平滑裝置(Huetal.， 2015)。本次分析的激光束斑和頻率分別為32 μm和5 Hz。U-Pb同位素定年和微量元素含量處理中采用鋯石標準91500和玻璃標準物質NIST610作外標分別進行同位素和微量元素分餾校正。每個時間分辨分析數據包括大約20～30 s空白信號和50 s樣品信號。對分析數據的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Pb同位素比值和年齡計算)采用軟件ICPMSDataCal (Liuetal.， 2008)完成。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權平均計算采用Isoplot/Ex_ver3 (Ludwig， 2003) 完成。

3.2 測年結果

鋯石U-Pb年代學測試數據和結果分別見表1和圖5。強變形中粗粒鉀長花崗巖樣品(N18717-9)與弱變形細?；◢弾r(N18717-11)中鋯石均為無色透明， 大小100～300 μm不等， 長寬比3∶1～1∶1， 絕大部分發(fā)育振蕩環(huán)帶(圖5)。Th/U值變化范圍為0.23～1.88， 這種比值特征暗示鋯石的巖漿來源。其中， 強變形花崗巖樣品(N18717-9)所測16個鋯石顆粒的206Pb/238U和207Pb/235U年齡投點均落在諧和線及其附近區(qū)域(圖5a)，206Pb/238U年齡介于136～129 Ma之間， 加權平均值為133±1 Ma(MSWD=3.2)， 時代為早白堊世， 代表了中粗粒鉀長花崗巖的侵位年齡。弱變形細?；◢弾r(N18717-11)所測19個鋯石顆粒的206Pb/238U和207Pb/235U年齡投點均落在諧和線及其附近區(qū)域(圖5b)， 可以分為兩組： 第1組有6個測點， 年齡介于329～222 Ma之間， 為捕獲鋯石的年齡; 第2組有13個測點， 構成最年輕且集中的主鋯石群，206Pb/238U年齡的加權平均值為128±2 Ma(MSWD=3.3)， 時代也為早白堊世， 略晚于中粗粒鉀長花崗巖， 代表了細粒花崗巖的侵位年齡。

表 1 罕烏拉花崗巖穹隆韌性剪切帶內強變形與弱變形花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結果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 顯微構造、有限應變測量及運動學渦度

4.1 顯微構造

糜棱巖中長英質礦物強烈變形， 其中長石多呈透鏡狀、眼球狀、帶狀， “σ”和“δ”旋轉殘斑均有發(fā)育， 具定向性， 多與糜棱面理(C面理)呈銳角相交， 形成S-C組構。石英變形更為強烈且顆粒形態(tài)多變， 呈不規(guī)則顆粒、拔絲狀、帶狀等， 具波狀消光， 礦物拉伸線理平行于或近似平行于剪切帶C面理。由剪切帶底部至頂部， 長石不對稱構造逐漸明顯。剪切帶底部礦物動態(tài)重結晶型式組合為長石部分亞顆粒旋轉重結晶(SR)、石英顆粒邊界遷移重結晶(GBM)和亞顆粒旋轉重結晶(SR)， 至頂部轉化為長石膨凸式動態(tài)重結晶(BLG)、石英亞顆粒旋轉重結晶(SR)及部分顆粒邊界遷移重結晶(GBM)方式。剪切帶內發(fā)育大量韌性變形組構， 如S-C組構(圖6a)、斜向石英條帶(圖6c)及核幔構造(圖6b)等， 剪切帶中上部可見長石脆性破裂(圖6f)、伸展褶劈理(圖6d)、“云母魚”(圖6e)等脆性變形組構， 其中伸展褶劈理小角度切割糜棱面理。

4.2 有限應變測量

為了確定該區(qū)域的應變類型和剪切類型， 并討論這些穹隆韌性剪切帶的變形機制和演化， 本文進行了有限應變測量和運動學渦度估計。在罕烏拉、納蘭及寶德爾伸展穹隆中， 由韌性剪切帶底部至頂部進行采樣， 共采集5個剖面25塊定向樣品用于測量(剖面位置見圖2和圖3)， 其中包括罕烏拉韌性剪切帶剖面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， 納蘭韌性剪切帶剖面C， 即M16604(N45°0′13.7″～N45°0′31″， E113°29′40.7″～E113°29′53.5″)剖面， 寶德爾韌性剪切帶剖面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″)兩個剖面。以上樣品均為花崗質糜棱巖。

圖 5 罕烏拉穹隆韌性剪切帶內強變形及弱變形花崗巖鋯石U-Pb諧和圖及典型鋯石CL圖像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

圖 6 穹隆韌性拆離帶花崗質糜棱巖顯微構造圖Fig. 6 Microstructures of granitic mylonites of the ductile shear zone of domes qz—石英; fsp—長石; 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—膨凸式重結晶; SR—亞顆粒旋轉重結晶; GBM—顆粒邊界遷移重結晶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

將樣品切面做拋光處理， 平行拉伸線理和垂直糜棱面理作為XZ面， 垂直拉伸線理和糜棱面理作為YZ面(圖7)。基于樣品中石英多因強變形而顆粒細小、形態(tài)不定使測量不易， 且無法消除石英顆粒邊界滑動對應變的影響， 在光面上選取應變標志體進行了應變測量。長石顆粒較粗大且含量高， 近似可看作橢圓形， 且粒度分布基本均勻， 在中低級韌性變形中鮮少有顆粒邊界滑動的現象， 因此本文選用長石作為應變標志體。在選取樣品時， 盡量選擇變形巖體內部， 變形均一的巖體中的長石作為研究對象， 其近于隨機分布， 而非泊松分布(黃建軍， 1994; 李德倫等， 2001; 梁琛岳等， 2011)。

圖 7 穹隆韌性剪切帶內花崗質糜棱巖切面圖Fig. 7 Schematic diagram of granitic mylonites slice of the ductile shear zone of dome

測量巖石有限應變的方法較多， 常用的主要有長短軸法、Rf/ф法、Fry法等(鄭亞東等， 1985; 王云斌等， 2004)。其中長短軸法需利用原始球形或近球形標志體測量應變； Fry法要求標志體中心在變形前各向同性分布， 使各標志體中心間的距離都相等； 而Rf/ф法要求原標志體方位隨機分布， 對其形狀、粒度和是否均勻分布并無嚴格要求。因此， 本文選用的Rf/ф法對長石進行有限應變測量更為理想。

對糜棱巖樣品的XZ及YZ面進行了長石標志體的長短軸及長軸取向測量， 每一定向樣品所測量的長石標志體數目平均為50個。測量數據經Ellipstat軟件處理， 可得每一樣品的有限應變橢圓軸比Rs-xz、Rs-yz。根據所得數據求取弗林指數K值為0.36～0.59， 平均值為0.5， 指示糜棱巖的應變類型是平面壓扁應變。勞德指數的v值為0.49～1， 平均值為0.83。XZ平面上軸向應變率的Rs值為1.91～3.35， 平均值為2.33， 應變強度的Es值為0.53～0.95， 平均值為0.66。將上述數據投到Hsu圖解中， 可見在不同剖面中隨著糜棱巖Rs-xz值的增大， 應變強度從剪切帶底部向頂部逐漸增強(圖8)。

圖 8 糜棱巖有限應變測量Hsu圖解(據Hsu, 1966)Fig. 8 Hsu diagram of finite strain measurement for mylonite(Hsu, 1966)

4.3 運動學渦度

運動學渦度Wk原指一個參考點瞬時旋轉相對瞬時拉伸的比率(Meansetal.， 1980)，自20世紀70年代末被引入地質學領域， 應用于應變非共軸程度的確定， 可度量韌性變形帶中純剪切和簡單剪切組分的相對大小， 其簡單的定義為Wk=cosα(α指雙曲流兩特征方向夾角)(Bobyarchick， 1986)，其中純剪切為共軸變形，XZ面內兩流脊間夾角呈90°， 即Wk=0; 簡單剪切為非共軸變形， 主變形面內兩流脊間夾角為0， 即Wk=1。 由純剪切和簡單剪切形成的一般剪切(Zhang and Zheng， 1997)， 兩非旋轉方向間夾角介于0～90°之間， 則Wk介于0和1之間， 且以α=45°、Wk=0.71為純剪切和簡單剪切的分界(Forte and Bailey， 2007)。

渦度為瞬時概念， 指變形歷史中的某一階段的剪切狀態(tài)， 除穩(wěn)定遞進變形外， 在剪切過程中并不是恒定值(鄭亞東等， 2008)。渦度也可用瞬時縮短軸(ISA3)或最大主應力軸(σ1)方向、有限應變、臨界形態(tài)因子等形式來定義， 表征不同狀態(tài)下的運動學渦度(Passchier， 1988; Wallis， 1992， 1995; Simpson and De Paor， 1993)。目前渦度計算多數假定為平面應變 ，Y方向為穩(wěn)態(tài)單向流動或無變形(Weijermars， 1991， 1998)。本文采用多種運動學渦度計算方法對罕烏拉巖漿穹隆、納蘭穹隆及寶德爾穹隆中韌性剪切帶演化予以約束。

4.3.1 長石極莫爾圓法

糜棱巖樣品中， 長石不對稱結構發(fā)育， 其中的碎斑系多為σ型， 適于用應變橢圓的長短軸比和最大拉伸方向與剪切帶夾角編制極摩爾圓， 從而獲得兩特征向量的夾角， 通過Wk=cosα求得韌性剪切帶運動學渦度(Simpson and De Paor， 1993; 張進江等， 1997; 鄭亞東等， 2008)。長石的長短軸比Rs、應變橢球長軸與剪切邊界夾角β由 Rf/ф法獲得(圖9a)。由樣品N180717-21.1和H7-16所繪制的極莫爾圓(圖9)在XZ面上有限應變橢圓軸比Rs及β分別為2.82、15°和2.28、13°，由此所得的α角分別是41°和48°， 即樣品N180717-21.1的運動學渦度值為0.75， 樣品H7-16的運動學渦度值為0.67(表2)。

圖 9 運動學渦度計算方法示意圖Fig. 9 Schematic diagrams of kinematic vorticity calculation methods a—極莫爾圓法示意圖(a1.N180717-21.1樣品; a2.H7-16樣品); b—石英斜交面理SB、主面理SA與剪切帶邊界間關系圖(據Xypolias， 2009); c—剛性顆粒網求解運動學渦度圖解(N18717-19.1樣品); d—石英光軸組構與S-C組構間的關系(據 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)

運用此方法可知， 罕烏拉穹隆中由長石標志體所得的運動學渦度Wm=0.64～0.89， 平均值為0.76; 納蘭穹隆中Wm=0.59～0.80， 平均值為0.69; 寶德爾穹隆中Wm=0.62～0.84， 平均值為0.73(表2)。通過長石極摩爾圓法獲得的是糜棱面理和拉伸線理形成時的運動學渦度值， 代表巖石變形過程中的總體應變，具有最長時效性。

表 2 糜棱巖應變測量及運動學渦度值統(tǒng)計表Table 2 Strain measurements and kinematic vorticities of mylonites

4.3.2 石英C軸組構法

石英是自然界中最主要的造巖礦物之一， 具多種滑移系。在不同的溫度下不同的滑移系起著主導作用， 而不同的滑移系在剪切作用下會產生不同的石英晶格優(yōu)選方位， 導致不同的石英光軸定向排列(Passchier and Trouw， 2005; 許志琴等， 2009; 夏浩然等， 2011; Law， 2014)。石英組構實驗研究表明， 石英C軸組構大環(huán)帶法線與主面理SA夾角β等于特征流動方向A1與應變主軸X間的夾角(Wallis， 1992; Vernooijetal.， 2006)。因此， 將石英C軸組構與有限應變結合可計算渦度值(圖9d)。這一過程通常假定瞬時剪應變相對瞬時伸長度的大小保持恒定， 因此可以實測有限應變代替瞬時應變， 使β結合有限應變軸比Rs來求得剪切過程中較長期的平均運動學渦度(Passchier， 1988; 鄭亞東等， 2008)， 公式為Y=tan-1{sin2β[ (Rxz+1)/(Rxz-1)-cos2β]-1}，Wm=sinY(Rs-xz+1)/(Rsz-x-1)。

EBSD組構分析是通過分析晶體背散射衍射圖像來確定晶軸方向， 進而確定晶體顆粒排列的取向性， 由于測試顆粒多， 更能客觀地反映樣品中礦物顆粒排列的優(yōu)勢方位(許志琴等， 2009)。本文糜棱巖樣品石英C軸測量在北京大學EBSD實驗室完成。實驗過程中， 每個樣品手動打點數大于300個， 經數據處理后所得的等密度圖如圖10所示， 并結合樣品野外及顯微構造特征繪制各組構輪廓圖， 據此獲得SA和A1夾角β， 再與有限應變軸比Rs-zx聯合求取運動學渦度值， 其中納蘭穹隆因所測C軸取向較分散無結果(圖10c、10d); 罕烏拉穹隆運動學渦度值為0.59～0.81， 平均值為0.70; 寶德爾穹隆的渦度值為0.61～0.75， 平均值為0.67(表2)。因一些糜棱巖樣品的石英C軸取向分散而不能繪制出石英C軸輪廓圖， 且所求夾角β可能因存在的幾度誤差而導致運動學渦度值有較大變化， 故平均運動學渦度值Wm多采用極莫爾圓法所測值。

圖 10 伸展穹隆韌性剪切帶剖面及糜棱巖石英C軸組構等密度圖Fig. 10 Sections of ductile shear zones of extensional domes and isodensity diagrams of quartz C-axis fabric of mylonites

4.3.3 剛性顆粒網法

在韌性剪切帶中， 存在一臨界形態(tài)因子， 小于臨界形態(tài)因子的剛性體因順向不斷旋轉而使其長軸取向隨機分散。反之， 大于臨界形態(tài)因子的剛性體順向逆向旋轉， 其取向限定在一定范圍內(Passchier， 1987; Simpson and De Paor， 1993)。前人可根據這一特點進行多種方式投圖獲取運動學渦度。其中剛性顆粒網投圖采用直角坐標系， 以形態(tài)因子B為橫軸，以剛性體長軸取向為縱軸， 剪切指向參照順向傾斜的銳角為正， 逆向傾斜為負。當剛性體長軸取向由隨機分布突變?yōu)閮?yōu)選分布形態(tài)因子即為臨界形態(tài)因子B*， 其值可直接代表運動學渦度(圖9c， Jessupetal.， 2007)。

此種方法無需判斷剛性體的旋轉方式， 只需客觀記錄剛性體的長軸取向及二長比， 可避免一些人為判斷的失誤。文中每一定向樣品的XZ面上測得的剛性體個數大于50個， 將數據投影于剛性顆粒網中可得出運動學渦度， 如N18717-19.1樣品， 運動學渦度值為0.69。應用此方法可得罕烏拉穹隆運動學渦度值為0.61～0.83， 平均值為0.71; 納蘭穹隆的渦度值為0.60～0.77， 平均值為0.70； 寶德爾穹隆的渦度值為0.59～0.79， 平均值為0.69(表2)。

4.3.4 石英斜向條帶法

石英斜交面理SB和主面理SA夾角δ等于ISA1(瞬時拉伸軸)和應變主軸X軸之間的夾角， 高應變帶中的糜棱面理與剪切帶邊界近于平行， 則糜棱面理與石英斜向面理的夾角為ξ， 根據Wk=sin2ξ可獲得相關運動學渦度(圖9b， Simpson and De Paor， 1993)。于每塊樣品的XZ面， 選取約20處石英斜向條帶獲取其與糜棱面理的夾角計算調和平均值， 部分樣品石英條帶不發(fā)育無測量數據。此法所測得的運動學渦度值均較大， 罕烏拉穹隆的渦度值介于0.87～0.99之間， 平均值為0.94; 納蘭穹隆的渦度值為0.91～0.93， 平均值為0.91; 寶德爾穹隆的渦度值介于0.88～0.97之間， 平均值為0.93(表2)。石英長軸方向所測得的Wk記錄了石英韌性變形最后階段的運動學渦度(Simpson and De Paor， 1993; Xypolias， 2009)。

4.3.5C’法

糜棱巖中多發(fā)育剪切條帶C’(伸展褶劈理)。C’法基于最大有效力矩準則得出同向伸展褶劈理與最大主應力方向理論夾角為54°44′(鄭亞東等， 2005， 2007)。根據式Wn=sin(70-2ε)(ε為伸展褶劈理與剪切帶邊界的夾角)所得的運動學渦度一般代表較晚期的剪切作用類型(王新社等， 2002)。選取發(fā)育伸展褶劈理的XZ面， 每張薄片測量約20組數據求取其調和平均值。據C’法獲得罕烏拉穹隆的渦度值介于0.59～0.74之間， 平均值為0.69; 納蘭穹隆為0.53～0.72， 平均值0.65; 寶德爾穹隆的渦度值介于0.62～0.74之間， 平均值0.68(表2)。

5 討論

5.1 剪切變形時限

結合罕烏拉穹隆韌性剪切帶內強變形中粗粒鉀長花崗巖(133±1 Ma)和弱變形細?；◢弾r(128±2 Ma)的構造關系及其鋯石U-Pb年齡， 筆者認為該穹隆內韌性伸展時限為133 Ma之后并持續(xù)至128 Ma或更晚， 細粒花崗巖可能為同伸展巖體。近期的巖漿巖專題填圖和構造研究則發(fā)現寶德爾穹隆發(fā)育2個巖套5個單元的巖漿作用， 早期中侏羅世巖體由2個單元組成(159～161 Ma)， 而晚期的早白堊世石林巖套由3個單元組成(138～125 Ma)， 該期巖漿具有明顯的先后關系和脈動式侵位特點， 與剪切帶的伸展變形具有密切的關系， 為同伸展巖漿作用(郭磊等， 2015; 童英等， 2017)。Daoudene等(2012)對鄰近Nartyn和Atanshiree同減薄巖體的構造解析、鋯石U-Pb年代學和單礦物Ar-Ar熱年代學分析也表明， 這兩個類似的花崗巖穹隆構造韌性剪切時限也為134～128 Ma， 花崗巖為同伸展侵位。

因此， 可以認為包括罕烏拉、寶德爾和納蘭穹隆在內的這些伸展構造均發(fā)育于134～128 Ma左右， 穹隆內的早白堊世花崗巖為同伸展侵位。

5.2 應變型式及剪切類型

本文以長石為應變標志體， 采用Rf/ф法測定的罕烏拉、納蘭及寶德爾穹隆韌性剪切帶的應變指數、應變強度均具相同特征。弗林指數K值為0.36～0.59， 平均值為0.5， 表明糜棱巖的應變類型為平面壓扁型(Simpson and De Paor， 1993; Wallis， 1995; Xypolias， 2009)。XZ面應變軸率Rs值為1.91～3.35， 平均值為2.33， 應變強度Es值為0.53～0.95， 平均值為0.66， 且由剪切帶底部至頂部， 糜棱巖應變軸率及應變強度逐漸增大。

剪切帶一般經歷幾個階段的演化， 如韌性變形、韌脆變形和脆性變形。與之對應， 不同的巖石組構記錄了不同變形期的運動學渦度。具體而言， 基于有限應變測量的極莫爾圓法和石英光軸組構法估算了糜棱巖長期韌性變形的平均運動渦度(Simpson and De Paor， 1993; Zhang and Zheng， 1997; 鄭亞東等， 2008)。石英斜向面理、“云母魚”等Ⅱ型S-C組構法可以估算糜棱巖韌性變形晚期渦度(Simpson and De Paor， 1993; Wallis， 1995; Xypolias， 2009)。最大有效力矩法(鄭亞東等， 2008)或C’法可以估算拆離末期糜棱巖韌脆性變形的運動學渦度。共軛脆性斷層估算的是剪切帶脆性變形期的“渦度”。因此， 對不同顯微構造進行運動學渦度的估算有利于詳細刻畫剪切帶的運動學演化過程。

以石英長石為應變標志體， 由長石極莫爾圓法、石英C軸組構法及剛性顆粒法、石英斜向面理法所測得的伸展時期不同階段的運動學渦度也具相似特征(圖11)， 即長石極莫爾圓法求得的運動學渦度值為0.59～0.89， 平均值為0.74; 石英C軸組構法求得的運動學渦度值為0.59～0.81， 平均值為0.68， 人為估算β值可能會使結果存在偏差; 剛性顆粒網法獲得的運動學渦度值為0.59～0.83， 平均值為0.71， 與極莫爾圓法所得結果相近。以長石極莫爾圓法和剛性顆粒網法所得的運動學渦度為參照數值， 即平均運動學渦度值介于0.68～0.74之間， 可指示長期韌性變形過程中的運動學渦度， 代表剪切帶在韌性變形過程中受到近于純剪切和簡單剪切各占一半的一般剪切作用; 石英斜向面理法所求得的韌性變形較晚期運動學渦度值為0.87～0.99， 平均值為0.93， 指示石英韌性變形最后應變增量的剪切類型以簡單剪切為主;C’法獲得的末期運動學渦度為0.53～0.74， 平均值為0.68， 指示在這一遞進變形過程中抬升至韌脆性轉化域的增量應變以純剪切為主。這些結果表明伸展拆離帶為一般剪切變形， 前期韌性剪切帶中的簡單剪切分量逐漸增加， 隨著抬升至脆性域， 后期純剪切分量增加。

圖 11 糜棱巖運動學渦度值對比圖Fig. 11 Comparison diagrams of kinematic vorticities of mylonites

5.3 發(fā)育過程及區(qū)域演化意義

東北亞地區(qū)晚中生代發(fā)育巨量伸展構造， 被認為與蒙古鄂霍次克構造帶的造山后垮塌和古太平洋的弧后擴張相關(李錦軼等， 2009; Wangetal.， 2011; 許文良等， 2013)。據前人研究， 代表東北亞地區(qū)地殼典型伸展構造的變質核雜巖具有北西-南東向極性伸展， 深層次的韌性伸展剪切可能在約150～145 Ma開始， 于145～130 Ma達到頂峰， 130～120 Ma期間冷卻隆升(Wangetal.， 2012; Daoudeneetal.， 2017及其所引文獻)。研究區(qū)罕烏拉、納蘭及寶德爾等3個不對稱花崗巖穹隆也具有統(tǒng)一向北西的極性伸展， 變形時限則集中于134～128 Ma， 表明這些穹隆可能為同時期相同區(qū)域應力場下的產物， 于東北亞大規(guī)模地殼伸展變形高峰期產出。

本文及前人研究結果顯示這3個穹隆與巖漿底侵作用密切相關(Daoudeneetal.， 2012; 程銀行等， 2014; 郭磊等， 2015; 童英等， 2017)。穹隆形成前期， 區(qū)域內發(fā)育中晚侏羅世A型巖漿作用(約160 Ma或之前， 薛富紅等， 2015)， 表明此時地殼深層次已發(fā)生減薄， 巖漿上升層狀侵入中下地殼， 使其流變性增強， 形成相對軟弱帶(圖12a)。隨后代表地殼深層次伸展的變質核雜巖啟動(Wangetal.， 2011及其所引文獻)， 導致下地殼進一步熔融形成大規(guī)模花崗質巖漿作用(145～130 Ma)(Wangetal.， 2015)， 同伸展巖漿作用侵入至中地殼并發(fā)生與變質核雜巖類似的近水平伸展剪切， 即穹隆形成早期。運動學渦度估算結果指示早期韌性剪切為純剪切和簡單剪切近于各占一半的一般剪切作用， 形成與巖漿流動線理近平行的拉伸線理及糜棱面理， 單剪組分持續(xù)增大(圖12b)。隨著地殼伸展減薄的遞進和同伸展巖漿作用持續(xù)上涌侵位(130～120 Ma)， 穹隆進一步伸展抬升進入韌脆性轉化域， 發(fā)育伸展褶劈理， 伸展褶劈理逐漸擴展為大型拆離面， 巖體上涌逐漸占據了主導地位， 使得先期剪切帶沿拆離面逐漸抬升，脆性域疊加脆性斷層帶并剝露至地表(圖12c)。由C’法估算的運動學渦度記錄了以純剪切為主的該變形過程。在穹隆形成的連續(xù)過程中， 于地表可見多期次巖漿形成的不變形核部、弱變形巖體邊部(流動線理與糜棱巖中拉伸線理近平行)、強變形韌性剪切帶(花崗質糜棱巖)及疊加于韌性剪切帶之上的脆性變形(含糜棱巖團塊的綠泥石化角礫巖、微角礫巖、斷層泥、后期切割韌性剪切帶的高角度正斷層等)， 反映花崗質巖體就位、抬升和剝露過程中先期韌性后期脆性的遞進變形過程。該模式與前人探討的變質核雜巖的形成類似， 均反映東北亞地區(qū)地殼減薄的過程， 為解析晚中生代構造體制的轉換提供了一種有效的方法。

圖 12 伸展穹隆發(fā)育模式圖Fig. 12 Structural evolution model of extensional domes

6 結論

(1) 中蒙邊界地區(qū)發(fā)育3個不對稱花崗巖穹隆(罕烏拉穹隆、納蘭穹隆及寶德爾穹隆)， 其特點是主拆離斷層僅在一側發(fā)育， 其他兩側變形微弱或不變形， 被后期高角度正斷層所圍限， 整體呈穹隆狀， 變形程度從未變形的核部到邊緣逐漸增加。據罕烏拉穹隆韌性剪切帶內強變形中粗粒鉀長花崗巖(133±1 Ma)和弱變形細?；◢弾r(128±2 Ma)的構造關系及其鋯石U-Pb年齡， 限定該穹隆內巖體可能為同伸展巖體， 韌性伸展時限為133 Ma之后并持續(xù)至128 Ma或更晚， 與同區(qū)其他穹隆發(fā)育時限相同。

(2) 3個穹隆韌性剪切帶內糜棱巖的應變型式均為平面壓扁應變(k=0.5)， 應變強度為中強度應變(Es值為0.53～0.95， 平均0.66)， 且應變強度從剪切帶底部向頂部(向巖體邊緣)增加。

(3) 3個穹隆韌性剪切帶巖石塑性變形平均渦度(長石極莫爾圓法為0.74，石英C軸組構法為0.68，剛性顆粒網法為0.71)說明它們均為一般剪切。石英斜向條帶法求得的石英韌性變形最后的運動學渦度值為0.93，C’法獲得的此遞進變形最晚期階段運動學渦度值為0.68，表明早期高溫階段韌性剪切帶中簡單剪切分量增加(石英斜向面理法)， 晚期抬升和低溫階段純剪切分量增大(C’法)， 韌性剪切帶經歷的一般剪切指示在伸展背景下， 其由地殼伸展與巖漿底侵的共同作用形成， 是東北亞地區(qū)晚中生代巨量伸展峰期的產物。