吉林省中部雙陽石灰廠一帶韌性剪切帶特征

孔凡乾，李 棟，朱書宏，袁鵬宇，王 焱，徐 峰，李 東

吉林省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所，吉林 長春 130022

0 引言

1 地質(zhì)背景

剪切帶發(fā)育區(qū)前晚三疊世屬于于華北板塊北緣陸緣活動帶內(nèi)；晚三疊世以來為張廣才嶺—哈達嶺火山—沉積隆盆帶之雙陽盆地西緣，經(jīng)歷了古亞洲構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域兩個構(gòu)造演化階段。

區(qū)內(nèi)晚古生帶地質(zhì)體主要為一套石炭紀—早二疊世淺海陸源碎屑巖-碳酸鹽巖建造(1)地礦部長春地質(zhì)地質(zhì)學(xué)校.土頂子、大三家子幅(1∶5萬)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].1995.(2)吉林省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊.長春市幅(1∶20萬)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].1976.(3)吉林省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊.遼源市幅(1∶20萬)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].1980.(4)吉林地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所. 吉昌、燒鍋街幅(1∶5萬)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].1995.，地層展布呈北東東向，少量早二疊世正長花崗巖侵入其中。中生界主要為一套陸相火山-陸源碎屑巖建造組合，屬于山間斷陷盆地沉積。

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育有一系列的近東西向、北東向、北西向的地質(zhì)的斷裂構(gòu)造(圖1)，始于古亞洲構(gòu)造域，定型于濱太平洋構(gòu)造域。

2 韌性剪切帶特征

韌性剪切帶出露在雙陽區(qū)太平鎮(zhèn)雙陽石灰廠一帶(圖1)，西起姜家溝北部一帶，經(jīng)常家村、孫家溝向東被侏羅紀—白堊紀地層覆蓋，出露長度約15 km，寬約8 km，呈現(xiàn)北東向展布，傾向北西，傾角約20°～40°，整體上產(chǎn)狀較為穩(wěn)定，局部略有變化。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structure outline map of the study area1.新生代構(gòu)造層；2.太平—石灰村白堊世上疊盆地；3.太陽嶺早侏羅世上疊盆地；4.晚古生代構(gòu)造層；5.實測逆斷層；6.實測張性斷裂；7.實測張扭性斷裂；8.實測壓扭性斷裂；9.韌性剪切帶強帶；10.韌性剪切帶弱帶；11.早白堊世花崗斑巖；12.中侏羅世正長花崗巖；13.中侏羅世二長花崗巖；14.早三疊世花崗閃長巖；15.早三疊世石英二長閃長巖；16.中二疊世正長花崗巖；17.中二疊世二長花崗巖

剪切帶發(fā)育在磨盤山組和鹿圈屯組中，其中在磨盤山組碳酸鹽巖的變形作用更為強烈。帶內(nèi)的巖石變形不均，明顯具有強弱分帶。與大多數(shù)韌性剪切帶不同，該剪切帶強弱分帶主要表現(xiàn)為強帶與弱帶相間出現(xiàn)，寬度一般2～80 m不等，甚至在露頭尺度上可以觀察到多個強弱帶互現(xiàn)的現(xiàn)象(圖2)，不僅體現(xiàn)了剪切作用在不同部位變形強度的差異，而且可以推斷，不同變形強度也反映了變形巖石原巖能干度的差異性。據(jù)野外觀察，其中的強變形帶原巖應(yīng)為能干性差的薄層石灰?guī)r夾粉砂質(zhì)泥巖；弱變形帶原巖應(yīng)為能干性強的厚層石灰?guī)r。根據(jù)作者等在雙陽石灰廠所測構(gòu)造剖面(圖3)，結(jié)合部分地質(zhì)調(diào)查路線觀測，茲將不同變形帶的特征介紹如下。

圖2 韌性剪切帶分帶特征(a,b.突變式;c.漸變式)Fig.2 Zoning characteristics of ductile shear zone (a, b. Abrupt type; c. Gradual type)

2.1 強變形帶特征

從圖3可以看出，強變形帶在孫家溝、常家村和雙陽石灰廠一帶出露寬度較大，最寬可達120 m。帶內(nèi)巖性主要為鈣質(zhì)糜棱巖(原巖為灰?guī)r)，糜棱巖多呈灰—白相間的條帶狀，條帶寬度多為毫米級，糜棱葉理較為發(fā)育(圖4a)，頁理理產(chǎn)狀較為一致，傾向約280°～320°，傾角約25°～40°，與剪切帶總體產(chǎn)狀基本一致。巖石具糜棱結(jié)構(gòu)，見有被壓碎、?；爸亟Y(jié)晶現(xiàn)象，且具強定向分布，主要由碎斑和基質(zhì)兩部分構(gòu)成。其中，碎斑體積分數(shù)小于10%，由碳酸鹽成分組成，呈透鏡狀、眼球狀不均勻分布于巖石中(圖5a)，部分巖石中見有σ型旋轉(zhuǎn)殘斑、亞顆粒等構(gòu)造，粒度主要在0.15～2.5 mm不等；基質(zhì)體積分數(shù)大于90%，主要由被壓碎、?；拜^強烈重結(jié)晶的碳酸鹽礦物組成，繞過碎斑略具定向分布，粒度主要在0.05～0.1 mm不等。

圖4 韌性剪切帶強帶野外特征Fig.4 Field characteristics of strong ductile shear zonea.鈣質(zhì)糜棱巖中的糜棱葉理;b.含燧石團塊灰?guī)r中的燧石旋轉(zhuǎn)拖尾現(xiàn)象;c.含燧石條帶灰?guī)r中的莢片構(gòu)造;d.燧石條帶灰?guī)r中的燧石呈曲頸狀構(gòu)造;e.拉伸線理;f.皺紋線理;g.平臥褶皺;h.夾層泥質(zhì)粉砂巖中的鞘褶皺;i.褶皺方解石脈;j.灰?guī)r中的燧石條帶受力形成不對稱褶皺;k.窗欞構(gòu)造;l.粘滯性石香腸

圖5 變形巖石微觀特征Fig.5 Microscopic characteristics of deformed rocka.鈣質(zhì)糜棱巖,碎斑呈眼球狀;b.鈣質(zhì)初糜棱巖;c.糜棱巖化灰?guī)r;d.生物碎屑灰?guī)r中的碎屑有拉長現(xiàn)象

在含燧石條帶(團塊)和含殘留碎塊的鈣質(zhì)糜棱巖中的燧石條帶(團塊)在剪切作用之下具有較強的壓扁拉伸變形，形成明顯的旋轉(zhuǎn)拖尾或眼球狀構(gòu)造(圖4b)；燧石條帶被持續(xù)性壓扁形成一種呈豆莢狀排列的莢片構(gòu)造(圖4c)，部分燧石條帶在遞進剪切作用下，使得一側(cè)被拉長褶曲，形成曲頸狀構(gòu)造(圖4d)。

在鈣質(zhì)糜棱巖的糜棱頁理面上發(fā)育有拉伸線理和皺紋線理(圖4e，4f)，其中拉伸線理產(chǎn)狀310°∠30°，而皺紋線理產(chǎn)狀230°∠10°；同時，在生物碎屑灰?guī)r中的可以看到生物碎屑有拉長現(xiàn)象(見圖5d)，可以視為另外一致拉伸線理。

強變形帶內(nèi)的中—薄層鈣質(zhì)糜棱巖中，巖石能干度更低的變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖在順層剪切作用下，產(chǎn)生一系列不協(xié)調(diào)褶皺(圖4g，j)、鞘褶皺(圖4h)等，其中不協(xié)調(diào)褶皺其軸面與糜棱頁理小角度斜交，反映了由南向北逆沖推覆的運動學(xué)特點。局部還見有卷入剪切帶中的褶皺方解石脈(同構(gòu)造分泌結(jié)晶脈)(圖4i)強變形帶中的能干度強的部分巖石，在強烈變形的巖石中形成窗欞構(gòu)造(圖4k)和粘滯型和褶皺型石香腸構(gòu)造。其中后者連個石香腸體之間?？梢姾芗毜募氼i相連，斷面常呈藕節(jié)狀或透鏡狀(圖4l)。

2.2 弱變形帶變形特征

弱變形帶主要發(fā)育在鹿圈屯組泥質(zhì)粉砂巖、長石石英砂巖和磨盤山組厚層石灰?guī)r、大理巖中，在強變形帶側(cè)呈帶狀分布，分布較為連續(xù)。磨盤山組石灰?guī)r構(gòu)造巖化明顯，主要發(fā)育有一系列的鈣質(zhì)初糜棱巖(圖6b)和糜棱巖化灰?guī)r(圖6a)(兩者之間漸變過度關(guān)系)。其中鈣質(zhì)初糜棱巖具初糜棱結(jié)構(gòu)，由碎斑和基質(zhì)兩部分組成。其中，碎斑體積分數(shù)約占75%～80%，占絕大多數(shù)；碎基約占20%～25%。巖石中礦物略具定向，動態(tài)重結(jié)晶作用顯現(xiàn)(圖5b)，可見有亞顆粒、眼球狀等特殊構(gòu)造；糜棱巖化灰?guī)r具有初糜棱結(jié)構(gòu)，疊加有應(yīng)力作用，碎基體積分數(shù)約占5%～8%，其余為碎斑，碎斑占絕大多數(shù)，粒度0.1～2.0 mm略具定向拉長現(xiàn)象(圖5c)，原巖特征基本保留，是韌性剪切帶弱變形域的產(chǎn)物。

鹿圈屯組泥質(zhì)粉砂巖、長石石英砂巖宏觀構(gòu)造巖化不明顯，宏觀特征主要發(fā)育一些小褶皺(圖6c)，而在顯微鏡下糜棱巖化泥質(zhì)粉砂巖中的絹云母呈定向排列，具有褶曲現(xiàn)象；長石石英砂巖中的長石多具有碎裂、重結(jié)晶、變形等現(xiàn)象。表現(xiàn)出簡單剪切作用的存在。

圖6 韌性剪切帶弱帶野外特征Fig.6 Field characteristics of weak ductile shear zonea.糜棱巖化灰?guī)r;b.鈣質(zhì)初糜棱巖的;c.小型牽引褶皺

綜上所述，野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)鏡下鑒定的結(jié)果較為一致。整體上該韌性剪切帶巖石塑性變形特征較為明顯，根據(jù)韌性剪切帶內(nèi)巖石的空間組合、構(gòu)造要素組合以及變質(zhì)變形等分析確定該韌性剪切帶具有擠壓-逆沖-右行剪切型的特征，具有由南向北逆沖的運動學(xué)特點。

3 討論

(1) 吉中地區(qū)晚古生代廣泛發(fā)育，多數(shù)地區(qū)地層連續(xù)，其中如磐石市鹿圈屯—窩瓜地剖面由早石炭世—早二疊世地層連續(xù)出露，并發(fā)育有連續(xù)的生物化石帶(5)吉林省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所.磐石縣幅(1∶20 萬)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R] .1985.，沒有發(fā)現(xiàn)順層或小角度穿層的斷層改造。同時，在區(qū)域上中二疊世活動陸緣火山-沉積建造與晚二疊世磨拉石建造為平行不整合接觸(6)吉林省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所.吉林市幅(1∶20 萬)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].1988.，反映了晚二疊世拼貼造山作用屬于所謂的“軟碰撞”的特點，可以推斷本地區(qū)發(fā)現(xiàn)順層剪切的構(gòu)造帶不是古亞洲構(gòu)造域最終碰撞造山的產(chǎn)物，而應(yīng)為太平洋構(gòu)造域的產(chǎn)物。

(2)韌性剪切帶發(fā)育在中生代雙陽盆地西緣，被盆地早侏羅世太陽嶺組和白堊系覆蓋。但在雙陽盆地南緣的大醬缸發(fā)育有晚三疊世大醬缸組，發(fā)現(xiàn)磨盤山組由南向北逆沖推覆于大醬缸組之上，并發(fā)育有大量飛來峰構(gòu)造。如果考慮到雙向?qū)_的構(gòu)造模式，我們可以推斷其形成時代為晚三疊世與早侏羅世之間。

(3)晚三疊世是古亞洲構(gòu)造域與太平洋構(gòu)造域重要轉(zhuǎn)換時期[6]，在吉中地區(qū)發(fā)現(xiàn)有紅旗嶺、漂河川等多個鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖體群，為華北板塊與西伯利亞板塊碰撞造山后巖石圈拆沉，軟流圈上涌的產(chǎn)物[7-9]。這種大規(guī)模巖石圈拆沉必然引起斷陷盆地的形成，不僅雙陽盆地南緣，磐石市官馬西山等地也同樣發(fā)育有晚三疊世大醬缸組。而且在磐石市磨盤山也發(fā)現(xiàn)磨盤山組推覆在中生代礫巖之上(周曉東未刊資料)，似乎可以推斷晚三疊世存在一個南至磐石市的一個原盆地。這個盆地南緣已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一系列向北逆沖的推覆構(gòu)造[10]。而本次發(fā)現(xiàn)的逆沖型剪切帶，處于這個原盆地的北緣，向南逆沖，正是這組對沖構(gòu)造的一翼。

4 結(jié)論

雙陽石灰廠一帶新發(fā)現(xiàn)的韌性剪切帶為一組以順層剪切的逆沖構(gòu)造，根據(jù)次生構(gòu)造推斷其由北向南逆沖，與磐石—吉昌逆沖推覆構(gòu)造帶相對，對沖在磐石—大醬缸晚三疊世原盆地之上，形成時代在晚三疊世—早侏羅世之間。