遼北法庫(kù)韌性剪切帶變形及其區(qū)域構(gòu)造意義

王雷,劉俊來(lái),滕超,常玉巧

1)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京,100083;

2)遼寧省地礦集團(tuán)地質(zhì)有限責(zé)任公司,沈陽(yáng),110032;

3)遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限責(zé)任公司,沈陽(yáng),110032;

4)遼寧有色勘察研究院有限責(zé)任公司,沈陽(yáng),110013; 5)云南省地震局,昆明, 650224

內(nèi)容提要:晚古生代—早中生代古亞洲洋板塊俯沖華北板塊在遼北法庫(kù)地區(qū)形成大型產(chǎn)狀近水平的韌性剪切帶。 剪切帶發(fā)展伴隨著多期幔源及殼源的巖漿侵入,侵入巖在韌性剪切作用下發(fā)生韌性變形,記錄了韌性剪切帶變形歷史。 詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)合巖石的宏觀變形、顯微構(gòu)造及石英c軸組構(gòu)特征分析,揭示了法庫(kù)韌性剪切帶內(nèi)五龍山雜巖、高麗溝雜巖、早期十間房超單元變形處于上盤(pán)向北的剪切作用之下,晚期十間房超單元巖石變形指示構(gòu)造運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯媳P(pán)向南剪切。 LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 分析結(jié)果顯示高麗溝雜巖變形時(shí)間為264.7±3.6 Ma(MSWD = 1.3),早期十間房超單變形時(shí)間為253.9±4.3 Ma(MSWD = 3.3),晚期十間房超單元244.0±3.0 Ma(MSWD = 1.9)。 巖石地球化學(xué)特征表明早期十間房超單元及小房申巖體中部分巖石來(lái)源于部分熔融的巖石圈地幔。 結(jié)合前人研究成果,我們認(rèn)為華北板塊北緣東段(遼北地區(qū))晚二疊世(264.7～253.9 Ma)處于古亞洲洋板塊俯沖華北板塊作用之下;晚二疊世至早三疊世(253.9～244.0 Ma)構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變?yōu)榕鲎埠笊煺骨抑饾u停止,244.0±3.0 Ma 碰撞后伸展逐漸結(jié)束;構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變并逐漸結(jié)束的過(guò)程是殼幔共同作用的結(jié)果,暗示了古亞洲洋板塊的俯沖板片斷離、重力失衡,這標(biāo)志著遼北地區(qū)古亞洲洋構(gòu)造域演化結(jié)束。

興蒙造山帶是位于西伯利亞板塊和華北板塊之間的一條古生代巨型造山帶,即中亞造山帶東段。興蒙造山帶形成之前,華北板塊與西伯利亞板塊之間是古亞洲洋板塊及分布其上的諸多微陸塊,晚古生代開(kāi)始微陸塊發(fā)生拼合(李雙林等,1998;張興洲等,2008; Yu Jiejiang et al., 2012;邵濟(jì)安等,2018),在華北板塊北緣東段形成松嫩—張廣才嶺地塊。 華北板塊北緣位于興蒙造山帶之南部,晚古生代—早中生代期間,隨著古亞洲洋板塊向華北板塊俯沖消減,古亞洲洋板塊、松嫩—張廣才嶺地塊、華北板塊之間發(fā)生復(fù)雜的相互作用,在華北板塊北緣發(fā)生復(fù)雜的增生造山作用,形成陸緣增生帶(王瑜,1996;邵濟(jì)安等,1997;李雙林等,1998; Xiao Wenjiao et al., 2003;葛肖虹等,2009; 呂洪波等,2018),造山作用具有“軟碰撞、弱造山”的特點(diǎn)(吳福元等,1995;任紀(jì)舜等,1999)。 古亞洲洋板塊俯沖消減及隨后的碰撞造山、造山后伸展等一系列構(gòu)造過(guò)程控制了該時(shí)期華北板塊北緣的演化(李錦軼,1998;Li Jinyi,2006;曹花花等,2012;潘桂棠等,2016)。

作為連接華北板塊與興蒙造山帶的樞紐,華北板塊北緣是研究古亞洲洋閉合問(wèn)題的重要構(gòu)造單元,也是認(rèn)識(shí)增生造山作用的重要實(shí)驗(yàn)室。 盡管開(kāi)展了大量研究工作,但目前對(duì)于華北板塊北緣東段古亞洲洋最終閉合時(shí)間的認(rèn)識(shí)尚不統(tǒng)一(崔玉良等,2019; 王金芳等, 2020),有學(xué)者認(rèn)為是早古生代—晚古生代初(唐克東,1989; Yu Qian et al.,2014),也有學(xué)者認(rèn)為是早二疊世或者晚二疊世末—早三疊世(李錦軼,1998,2004; Jia Dacheng et al.,2004;Cao Huahua et al.,2013;汪相, 2018),甚至有學(xué)者認(rèn)為是在白堊紀(jì)才最后閉合(呂洪波等,2018)。 任何一個(gè)地質(zhì)單元的發(fā)展演化過(guò)程都受到其所處的大地構(gòu)造位置及深部過(guò)程的制約(牛樹(shù)銀等,1996)。 古亞洲洋板塊演化也是巖石圈深部構(gòu)造過(guò)程的響應(yīng),因此對(duì)于古亞洲洋板塊的演化研究需要對(duì)巖石圈深部構(gòu)造過(guò)程進(jìn)行揭示。

法庫(kù)韌性剪切帶是古亞洲洋板塊演化在華北板塊北緣東段形成的大型高應(yīng)變帶(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)調(diào)隊(duì)?)。 本次工作以該韌性剪切帶為研究對(duì)象,通過(guò)詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查,結(jié)合剪切帶宏觀變形特征、顯微構(gòu)造、石英c軸組構(gòu)分析以及年代學(xué)等方面的綜合研究,揭示韌性剪切帶變形過(guò)程,探討晚古生代—早中生代期間古亞洲洋板塊演化經(jīng)歷及巖石圈深部構(gòu)造過(guò)程,為古亞洲洋在華北板塊北緣東段(遼北地區(qū))的最終閉合時(shí)間以及巖石圈深部構(gòu)造過(guò)程問(wèn)題的研究提供參考。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

法庫(kù)韌性剪切帶大地構(gòu)造位置上處于華北板塊北緣東段,南鄰赤峰—開(kāi)原深大斷裂(圖1a)。 區(qū)域地層主要有古生界、中生界以及新生界第四系。 大型產(chǎn)狀平緩的韌性剪切帶構(gòu)成了區(qū)域主要構(gòu)造格架,控制了總體構(gòu)造樣式,巖石線理及槽中脊型擦痕指示剪切運(yùn)動(dòng)方向集中于NNE—SSW 方向(圖1b)。 前人工作將該韌性剪切帶稱(chēng)為法庫(kù)韌性剪切帶,如今剪切帶上盤(pán)已被剝蝕殆盡,出露于地表的是主剪切面之下的部分(楊曉波等,1996)。 區(qū)域上巖漿巖按形成時(shí)代及巖石組合特征可劃分為中二疊世五龍山雜巖、高麗溝雜巖,早—中三疊世十間房超單元、小房申巖體、梨樹(shù)溝單元,晚三疊世花匠溝單元,中侏羅世紅土墻子單元以及晚侏羅世石景山單元。除了紅土墻子單元和石景山單元外,其余單元巖石均遭受韌性剪切作用,發(fā)生糜棱巖化。

2 韌性剪切帶變形特征

法庫(kù)韌性剪切帶發(fā)展過(guò)程伴隨著多期巖漿侵入,侵入巖記錄了韌性剪切帶的變形特征。 韌性剪切帶內(nèi)發(fā)生韌性變形的侵入巖主要有五龍山雜巖、高麗溝雜巖、十間房超單元、小房申巖體、梨樹(shù)溝單元和花匠溝單元。 其中除了花匠溝單元巖外,其余巖石單元在巖體形態(tài)、總體變形特征、巖體邊部構(gòu)造形態(tài)、變形機(jī)制、顯微構(gòu)造等方面符合同構(gòu)造侵入巖特征(張進(jìn)江,1999;謝才富,2002)。 不同階段形成的同構(gòu)造侵入巖記錄了法庫(kù)韌性剪切帶發(fā)展的歷史。

2.1 宏觀變形特征

五龍山雜巖(Wγ):巖性主要為花崗閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖等,侵入古生界,接觸處可見(jiàn)有大型窗欞構(gòu)造(圖2a)。 巖石糜棱巖化強(qiáng)烈,形成超糜巖,礦物顆粒細(xì)小,甚至難以分辨,偶見(jiàn)粒徑約為5 mm 的長(zhǎng)石旋轉(zhuǎn)碎斑,指示上盤(pán)向北剪切(圖2b)。面理發(fā)育程度好于線理(S>L),線理邊界較模糊,傾伏向總體與韌性剪切方向相同。

高麗溝雜巖(Gδc):巖性主要為閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖等。 巖石均遭受韌性剪切作而發(fā)生強(qiáng)烈的糜棱巖化,糜棱巖面理發(fā)育好于線理(S>L)。 巖石中礦物顆粒多細(xì)小,石英被拉長(zhǎng),長(zhǎng)石以脆性變形為主,角閃石不規(guī)則狀,云母呈細(xì)小片狀且分布不均。XZ面上偶見(jiàn)粒徑約為5 ～10 mm 的長(zhǎng)石σ 旋轉(zhuǎn)碎斑、S—C 組構(gòu)、長(zhǎng)石書(shū)斜構(gòu)造等,指示剪切帶的上盤(pán)向北運(yùn)動(dòng)(圖2c)。XY面上云母分布較集中,且解理面均平行于糜棱葉理。

十間房超單元(T1S):巖體呈帶狀分布,巖體長(zhǎng)軸方向與韌性剪切方向近平行。 巖性主要為花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖等。 巖石糜棱巖化較強(qiáng),石英被強(qiáng)烈拉長(zhǎng)呈條狀;長(zhǎng)石呈粒狀或不規(guī)則狀,集合體定向分布呈條帶狀,偶見(jiàn)長(zhǎng)石旋轉(zhuǎn)碎斑;黑云母呈細(xì)小鱗片狀,在XZ面上呈細(xì)條帶狀沿面理分布,云母解理面大多平行于XY面。 拉長(zhǎng)的石英條帶、長(zhǎng)石集合體、黑云母定向排列等構(gòu)成的線理延伸方向與韌性剪切方向平行。 該單元由三期侵入巖組成,自西向東年齡逐漸變老(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)調(diào)隊(duì)?)。 野外調(diào)查沿A—B 剖面,西側(cè)年齡較新的巖石趨向于形成SL 型構(gòu)造,東側(cè)年齡較老的巖石趨向于形成L 型構(gòu)造巖。 石英S—C 組構(gòu)及長(zhǎng)石旋轉(zhuǎn)碎斑系指示上盤(pán)向南剪切為主(圖2d),局部上盤(pán)向北剪切。 侵入高麗溝雜巖中的十間房超單元巖石邊部變形強(qiáng),向中部變形逐漸減弱直至消失(圖2e),表現(xiàn)出明顯的同剪切特征,暗示了巖石經(jīng)歷了剪切作用逐漸減弱直至消失的過(guò)程。

小房申巖體(T2X):巖性主要為輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖。 巖體規(guī)模較小,呈巖株?duì)町a(chǎn)出。 巖石XY面上角閃石及輝石呈粒狀或柱狀定向分布,斜長(zhǎng)石呈細(xì)?；灰?guī)則狀,局部見(jiàn)有少量平行于線理的石英條帶狀(圖2f),YZ面上角閃石及輝石呈近圓形粒狀,局部面理不清晰(圖2g)。 巖石中線理發(fā)育程度好于面理(L>S),線理傾伏向總體平行于韌性剪切方向。

梨樹(shù)溝單元(T2L):巖性主要為粗粒二長(zhǎng)花崗巖。 巖石中礦物無(wú)韌性變形,鉀長(zhǎng)石呈自行長(zhǎng)板狀,長(zhǎng)軸一般為1.5～2.2 cm,定向分布,形成原生流線、流面構(gòu)造(圖2h),流面產(chǎn)狀與上覆十間房超單元面理基本一致,表明此時(shí)礦物結(jié)晶處于韌性剪切作用之下。

圖1 華北板塊北緣東段法庫(kù)地區(qū)大地構(gòu)造位置(a) 和地質(zhì)圖(b,據(jù)遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局?修改)Fig.1 Tectonic map (a) and geological sketch map(b, from Regional Geological Survey Team of Liaoning Geology and Mineral Resources Bureau, 1996#) of Faku area, eastern section of the northern margin of the North China Plate

圖2 華北板塊北緣東段法庫(kù)地區(qū)侵入巖宏觀變形特征Fig. 2 Deformation features of intrusive rocks in Faku sheer zone, the eastern section of the northern margin of the North China Plate

花匠溝單元(T3H):巖性以黑云斜長(zhǎng)花崗巖為主。 侵入十間房超單元,變形較弱,石英呈粒狀、拉長(zhǎng)的條狀或不規(guī)則狀,長(zhǎng)石呈粒狀,粒徑一般約為10 mm,黑云母沿面理定向分布。 線理傾伏向總體上近東西,傾角平緩。 S—C 組構(gòu)、長(zhǎng)石σ 旋轉(zhuǎn)碎斑等指示上盤(pán)向南東運(yùn)動(dòng)(圖2i),與區(qū)域韌性剪切方向明顯不同。

總體看來(lái),法庫(kù)韌性剪切帶變形具有階段性特征,中二疊世韌性剪切帶發(fā)生上盤(pán)向北的剪切變形,早—中三疊世期間剪切方向由上盤(pán)向北剪切逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯媳P(pán)向南剪切,十間房超單元記錄了這一過(guò)程。晚三疊世研究區(qū)處于南東—北西方向擠壓作用之下,暗示此時(shí)太平洋構(gòu)造域演化在研究區(qū)內(nèi)占主導(dǎo)地位。

2.2 顯微構(gòu)造特征

五龍山雜巖(Wγ):礦物強(qiáng)烈的細(xì)?；?粒徑一般在50 μm 左右,少量長(zhǎng)石碎斑粒徑>500 μm。 石英重結(jié)晶方式以顆粒邊界遷移為主(圖3a),重結(jié)晶新顆粒粒徑一般大于100 μm。 長(zhǎng)石發(fā)生波狀消光,部分發(fā)生扭折,膨凸重結(jié)晶作用形成核幔構(gòu)造(圖3b),偶見(jiàn)δ 旋轉(zhuǎn)碎斑系。 黑云母呈細(xì)小片狀零散分布于基質(zhì)中,或者沿礦物邊緣及先存裂隙定向分布,局部可見(jiàn)云母魚(yú)構(gòu)造。 長(zhǎng)石δ 旋轉(zhuǎn)碎斑系、云母魚(yú)等指示上盤(pán)向北剪切。 顯微構(gòu)造總體顯示出中級(jí)糜棱巖(Medium-Grade Mylonites)的特征,巖石變形溫度條件約為500～650 ℃(Trouw et al., 2009)。

圖3 華北板塊北緣東段法庫(kù)地區(qū)變形侵入巖顯微構(gòu)造照片(CPL)Fig. 3 Microstructure photos of deformed intrusive rocks from Faku area, the eastern section of the northern margin of the North China Plate(CPL)

高麗溝雜巖:石英多呈條帶狀、樹(shù)枝狀,石英條帶中亞顆?；蛑亟Y(jié)晶新顆粒粒徑一般大于200 μm,具有穩(wěn)定的三聯(lián)點(diǎn)結(jié)構(gòu);斜長(zhǎng)石發(fā)生膨凸重結(jié)晶作用,偶見(jiàn)長(zhǎng)石旋轉(zhuǎn)碎斑(圖3c),指示上盤(pán)向北運(yùn)動(dòng)。顯微構(gòu)造特征顯示該單元總體具有高級(jí)糜棱巖(High-Grade Mylonites)特征(Trouw et al., 2009)。

十間房超單元:XZ面上,石英呈拉長(zhǎng)的條帶狀,重結(jié)晶方式以顆粒邊界遷移重結(jié)晶為主,兼有亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶,石英亞顆粒(及新顆粒)粒徑一般為150～200 μm;斜長(zhǎng)石多呈微細(xì)粒狀,偶有渾圓的碎斑,碎斑邊緣可見(jiàn)膨凸重結(jié)晶,發(fā)育晶內(nèi)微破裂;云母集中分布于石英條帶兩側(cè),解理面多垂直與XZ面(圖3d)。YZ面上,礦物動(dòng)態(tài)重結(jié)晶方式與XZ面上的一致,石英集合體呈不規(guī)則的橢圓狀,亞顆粒具有一定的定向性;長(zhǎng)石碎斑邊緣棱角分明;云母解理面多垂直于YZ面,難以觀察到(圖3e)。 顯微構(gòu)造顯示該單元總體具有中級(jí)糜棱巖(Medium-Grade Mylonites)的特征,變形溫度范圍約約為500 ～650℃(Trouw et al., 2009)。

小房申巖體:薄片中礦物顆粒一般較大(>1000 μm),斜長(zhǎng)石發(fā)育有蠕英結(jié)構(gòu)(圖3f),石英含量較少且分布不均,顆粒之間具有穩(wěn)定的三聯(lián)點(diǎn)結(jié)構(gòu),粒徑一般大于200 μm。 鉀長(zhǎng)石泥化現(xiàn)象普遍,發(fā)育卡式雙晶,部分斜長(zhǎng)石發(fā)交代作用。 總體顯示出巖石變形處于較高溫度條件。

梨樹(shù)溝單元:鏡下表現(xiàn)為全晶質(zhì)結(jié)構(gòu),鉀長(zhǎng)石呈自形狀,粒徑巨大,超過(guò)整個(gè)視域,卡式雙晶發(fā)育,具有一定泥化現(xiàn)象。 斜長(zhǎng)石含量較少,發(fā)育有后期形成的穿晶破裂(圖3g)。

花匠溝單元:石英重結(jié)晶方式以膨凸重結(jié)晶及亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶為主,S—C 組構(gòu)發(fā)育,長(zhǎng)石顆粒較大,粒徑300～2000 μm,脆性變形為主,σ 旋轉(zhuǎn)碎斑發(fā)育,云母定向分布,發(fā)育云母魚(yú)構(gòu)造(圖3h)。石英S—C 組構(gòu)、長(zhǎng)石σ 旋轉(zhuǎn)碎斑、云母魚(yú)等顯微構(gòu)造均指示上盤(pán)向南東運(yùn)動(dòng)。 顯微構(gòu)造顯示出低級(jí)糜棱巖(Low-grade mylonites)特征,巖石變形處于中低溫(約250～550℃)環(huán)境。

2.3 石英c軸組構(gòu)分析

石英有多種滑移系,常見(jiàn)的有底面、菱面、柱面和柱面,構(gòu)造巖在不同的變形條件下,石英滑移系不同,因而產(chǎn)生不同的石英晶格優(yōu)選(LPO)。 底面滑移形成溫度約為350 ～550℃、柱面滑移形成溫度約為450 ～600℃、柱面滑移形成溫度約為550～700℃(Toy, 2008;夏浩然等,2011;張?chǎng)乱?2017)、菱面滑移形成溫度約為500℃ (Law, 2014)。

采集法庫(kù)韌性剪切帶內(nèi)侵入巖定向樣品,沿平行于XZ面方向磨制薄片,利用電子背散射(EBSD)技術(shù)對(duì)薄片進(jìn)行石英c軸組構(gòu)分析。 實(shí)驗(yàn)在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,分析方法、數(shù)據(jù)處理參考相關(guān)文獻(xiàn)(劉俊來(lái)等,2008)。

為了揭示韌性剪切帶發(fā)展不同階段特征,選擇位置相近、時(shí)代不同的樣品(FK46、FK53、FK16)進(jìn)行石英c軸組構(gòu)對(duì)比。

FK46 樣品來(lái)自于高麗溝雜巖,石英c軸組構(gòu)表現(xiàn)為一個(gè)靠近Y0 軸主點(diǎn)極密和一個(gè)靠近Z0 軸次級(jí)點(diǎn)極密,靠近X0 軸存在一個(gè)微弱點(diǎn)極密。Y0 軸極密由柱面滑移完成,形成于中等溫度條件(約450～600℃);次級(jí)極密與底面有關(guān),形成于低溫條件(約350～550℃)。 組構(gòu)對(duì)稱(chēng)形式為單斜對(duì)稱(chēng),主極密和次級(jí)極密指示左行了剪切作用,微弱極密反映了右行剪切作用。 經(jīng)產(chǎn)狀恢復(fù),左行對(duì)應(yīng)上盤(pán)向北剪切,右行對(duì)應(yīng)上盤(pán)向南剪切。 組構(gòu)特征表明高麗溝雜巖受到兩次上盤(pán)向北的剪切作用和一次上盤(pán)向南的剪切作用。

FK53 樣品來(lái)自于十間房超單元,石英c軸組構(gòu)極密圖上顯示存在兩個(gè)極密,相對(duì)于Y0 方向?qū)ΨQ(chēng)分布,是菱面滑移的結(jié)果,溫度條件可能達(dá)到500℃。 組構(gòu)單斜對(duì)稱(chēng)形式表明左行剪切作用,經(jīng)產(chǎn)狀恢復(fù),指示上盤(pán)向北剪切。

FK16 樣品來(lái)自于花匠溝單元,主要表現(xiàn)為兩個(gè)位于Z0 軸和Y0 軸之間的點(diǎn)極密,反映的是低溫變形條件為主,與菱面滑移有關(guān),溫度條件約為500℃。 組構(gòu)單斜對(duì)稱(chēng)形式指示左行剪切作用的存在,經(jīng)產(chǎn)狀恢復(fù),指示上盤(pán)向南東方向剪切。

石英c軸組構(gòu)表明樣品變形總體處于中—中低溫條件,變形溫度自中二疊世至晚三疊世逐漸降低。剪切帶上盤(pán)運(yùn)動(dòng)方向在晚三疊世以前為S—N 向,自晚三疊世剪切方向變?yōu)镾E 向。

為深入了解同一階段剪切帶不同部位變形差異,選擇CD、EF 兩個(gè)剖面進(jìn)行觀察。

CD 剖面上,FK1、FK28 表現(xiàn)為Y0 軸極密,反映中溫條件(450～600℃),與柱面滑移有關(guān);FK30極密位于Y0、Z0 軸之間,與菱面滑移有關(guān),反映的是中溫變形條件(約500℃)。 組構(gòu)均呈單斜對(duì)稱(chēng)形式,表明了剪切作用的存在,通過(guò)薄片副樣恢復(fù)產(chǎn)狀,FK1、 FK30 指示上盤(pán)向南剪切、FK28 指示上盤(pán)向北剪切。

圖4 華北板塊北緣法庫(kù)剪切帶不同部位石英c軸組構(gòu)特征Fig. 4 Quartzc-axis fabrics at different place of Faku ductile sheer zone, northern margin of the North China Plate

EF 剖面上,FK24 以Z0 軸極密為主,兼有Y0 軸微弱極密,反映了低溫條件(350～550℃)為主,以底面滑移為主。 FK41 樣品以?xún)蓚€(gè)Y0 軸上點(diǎn)極密為主,兼有靠近Z0 軸的兩個(gè)次級(jí)極密,主極密與柱面滑移有關(guān),反映中溫條件(550 ～650℃),次級(jí)極密與底面滑移有關(guān),反映了低溫條件(350 ～550℃)為主。 FK52 極密處于Y0 軸和Y0 軸、Z0 之間,反映了中低溫條件(350 ～600℃),與柱面和菱面滑移有關(guān)。 通過(guò)薄片副樣恢復(fù)產(chǎn)狀,FK24、 FK41 指示上盤(pán)向南剪切為主,FK52 指示上盤(pán)向北剪切。

石英c軸組構(gòu)特征顯示十間房超單元既存在上盤(pán)向南剪切又存在上盤(pán)向北剪切,表明不同時(shí)期的十間房超單元遭受了方向相反的兩種韌性剪切作用。

3 鋯石U-Pb LA-ICP-MS 定年

3.1 采樣及分析方法

本次工作在野外采集了3 件同時(shí)期的同剪切侵入巖測(cè)年樣品,為法庫(kù)韌性剪切帶演化提供年齡數(shù)據(jù)支撐,每件樣品重量大于5 kg。 FK6-2 樣品采自侵入高麗溝雜巖中的脈狀十間房超單元(圖2e),巖石變形處于上盤(pán)向南的剪切作用之下,且經(jīng)歷了剪切作用逐漸減弱直至消失的過(guò)程;FK46-2 采自于高麗溝雜巖(圖2c),代表了高麗溝雜巖的成巖時(shí)間。FK46-4 采自于高麗溝雜巖中的十間房單元侵入體。

實(shí)驗(yàn)在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室激光燒蝕等離子質(zhì)譜(LA-ICPMS)微區(qū)分析實(shí)驗(yàn)室完成,激光剝蝕系統(tǒng)為美國(guó)Coherent 公司的GeoLasPro 193 準(zhǔn)分子固體進(jìn)樣系統(tǒng),ICP-MS 為美國(guó)Thermo Fisher 公司的X Series 2型四極桿等離子體質(zhì)譜。 測(cè)試激光束斑直徑為32 μm,頻率為6 Hz,采用氦氣作為載氣,氬氣作為補(bǔ)償氣。 采用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM610 對(duì)儀器進(jìn)行最佳化,并將其作為微量元素含量測(cè)定的外標(biāo)。 采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500(Michael et al., 2004)作為定年外標(biāo),采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石Mud Tank(Black et al., 1978)作為監(jiān)控樣品。 在樣品測(cè)試過(guò)程中每測(cè)定5 個(gè)樣品點(diǎn)測(cè)定兩次標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500。 測(cè)試完成后,采用軟件ICP-MSDataCal(Liu Yongsheng et al., 2008)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理,年齡計(jì)算和諧和圖的繪制采用Isoplot4.15 完成。

3.2 分析結(jié)果

FK6-2 樣品鋯石形狀多呈四方錐狀或長(zhǎng)條狀,粒徑大于100 μm,具有較明顯的巖漿鋯石韻律環(huán)帶,鋯石邊部多具有較窄的變質(zhì)邊,在陰極發(fā)光(CL)照片上呈暗黑色,Th/U 值介于0.107 ～0.810之間,符合巖漿復(fù)合鋯石特征。 測(cè)試共分析22 個(gè)點(diǎn), 核部及邊部的年齡差異不大, 鋯石n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡為244.4±3.0 Ma(MSWD = 1.9)。FK46-2 樣品鋯石形狀以四方錐狀為主,粒徑大于100 μm,多具有較清晰韻律環(huán)帶,個(gè)別鋯石環(huán)帶不清晰,Th/U 值范圍在0.196 ～0.756 之間,總體符合巖漿鋯石的特征。 測(cè)試共分析了19 個(gè)點(diǎn),核部及邊部的年齡差異不大,鋯石n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡為264.7±3.6 Ma(MSWD = 1.3)。

圖5 華北板塊北緣法庫(kù)地區(qū)侵入巖鋯石CL 照片及U-Pb 諧和圖Fig.5 Cathodoluminescence (CL) image and zircon U-Pb diagrams of the intrusive rocks at Faku area, northern margin of the North China Plate

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FK46-4 樣品鋯石顆粒呈四方錐狀,粒徑大于100 μm,具有較明顯的巖漿鋯石韻律環(huán)帶。 Th/U值變化范圍為0.076 ～1.534,總體符合巖漿鋯石特點(diǎn)。 測(cè)試共分析了18 個(gè)點(diǎn),核部及邊部的年齡差異不大,鋯石n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡為253.9±4.3 Ma(MSWD = 3.3)。

4 討論

前人研究認(rèn)為華北板塊北緣在早二疊世至晚二疊世期間處于古亞洲洋的俯沖作用下,俯沖板片斷離及造山后伸展發(fā)生在晚二疊世(262～255 Ma),古亞洲洋構(gòu)造域完成于250 ～228 Ma(彭玉鯨等, 2012;趙娟等,2012;Cao Huahua et al., 2013)。

法庫(kù)韌性剪切帶位于華北板塊北緣東段(遼北地區(qū)),剪切帶內(nèi)的同構(gòu)造侵入巖在剪切作用下發(fā)生糜棱巖化,石英發(fā)生顆粒邊界遷移重結(jié)晶,斜長(zhǎng)石普遍發(fā)生膨凸重結(jié)晶,石英c軸組構(gòu)特征均表現(xiàn)為靠近Y0 軸點(diǎn)集密為主,表明剪切帶變形總體處于中溫條件(550 ～650℃),屬中—下地殼層次。 這與前人認(rèn)為的法庫(kù)韌性剪切帶形成于綠片巖相條件、形成溫度略低于400℃有所不同(楊曉波等,1996;郝永利等,1996;張曉暉等,2004)。

同構(gòu)造侵入巖中礦物變形(長(zhǎng)石σ 旋轉(zhuǎn)碎斑、石英S—C 組構(gòu)、長(zhǎng)石書(shū)斜構(gòu)造等)、顯微構(gòu)造(長(zhǎng)石δ 和σ 旋轉(zhuǎn)碎斑系、石英S—C 組構(gòu)、云母魚(yú)等)以及石英c軸組構(gòu)單斜對(duì)稱(chēng)形式表明五龍山雜巖、高麗溝雜巖(264.7±3.6 Ma)侵入過(guò)程處于上盤(pán)向北的剪切作用下,早期十間房超單元(253.9±4.3 Ma)侵入高麗溝雜巖并且與高麗溝雜巖同遭受上盤(pán)向北的剪切作用,晚期十間房超單元(244.0±3.0 Ma)巖石受到上盤(pán)向南剪切作用,且?guī)r石邊部變形強(qiáng),至中部逐漸消失,反映了剪切作用減弱至消失。

前人對(duì)該區(qū)開(kāi)展巖石地球化學(xué)分析結(jié)果表明,十間房超單元由兩部分組成,一部分為輝長(zhǎng)巖～二長(zhǎng)巖,侵位年齡約260 Ma,巖石地球化學(xué)特征表現(xiàn)為大離子親石元素和輕稀土強(qiáng)烈富集、高場(chǎng)強(qiáng)元素虧 損、[n(87Sr)/n(86Sr)]i= 0.70549 ～ 0.7054、εNd(t) = +2.72～1.82、鋯石εHf(t) = +3.4 ～+7.1,巖石來(lái)源于俯沖相關(guān)的巖石圈地幔的高度部分熔融;另一部分為長(zhǎng)英質(zhì),侵位年齡約250 Ma,巖石地球化學(xué)特征表現(xiàn)為輕稀土富集、無(wú)Eu 異常、高Ba、Sr、Ti、高場(chǎng)強(qiáng)元素富集、ISr=0.7043 ～0.7062、εNd(t) =+2.28～0.55、鋯石εHf(t) = +3.6～+6.6,巖石來(lái)源于年輕的玄武巖底板及古老下地殼組成的原巖的部分熔融(張曉暉等,2005; Zhang Xiaohui et al., 2010)。 小房申巖體(241±6 Ma)巖石地球化學(xué)特征表現(xiàn)為大離子親石元素,輕稀土元素強(qiáng)烈富集,Eu輕虧損,高場(chǎng)強(qiáng)元素明顯虧損,n(87Sr)/n(86Sr)=0.7053 ～0.7055,εNd(t) = + 0.40 ～+ 0.68,鋯 石εHf(t)= +0.50 ～+7.4,巖石來(lái)源于俯沖相關(guān)的巖石圈地幔交代部分熔融(Zhang Xiaohui et al., 2008)。十間房超單元及小房申巖體中幔源組成部分暗示了此時(shí)構(gòu)造過(guò)程是殼、幔共同作用的結(jié)果。

綜合區(qū)域地質(zhì)背景、同構(gòu)造侵入巖變形特征以及前人研究成果可知,法庫(kù)韌性剪切帶是古亞洲洋板塊演化在遼北地區(qū)中—下地殼層次的響應(yīng);剪切帶上盤(pán)向北運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是古亞洲洋板塊俯沖、微陸塊碰撞的結(jié)果,剪切方向轉(zhuǎn)變?yōu)樯媳P(pán)向南運(yùn)動(dòng)且剪切作用逐漸減弱至消失是因?yàn)闃?gòu)造體制由碰撞轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)時(shí)間較短的碰撞后伸展,而244.0±3.0 Ma 接近碰撞后伸展的結(jié)束時(shí)間,這較前人的研究(262 ～255 Ma)略晚;構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變是地殼底部俯沖板片斷離導(dǎo)致的;晚三疊世花匠溝單元剪切帶運(yùn)動(dòng)方式為上盤(pán)向南東方向運(yùn)動(dòng),巖石變形特征也與其他變形侵入巖不同,說(shuō)明此時(shí)該區(qū)剪切作用可能處于另一構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)之下,與古亞洲洋演化無(wú)關(guān)。

5 結(jié)論

(1)法庫(kù)韌性剪切帶在中二疊世—早三疊世期間受古亞洲洋板塊俯沖華北板塊控制,是NNE—SSW 方向的擠壓作用在中下地殼層次的產(chǎn)物。 中二疊世韌性剪切帶上盤(pán)向北剪切,早三疊世逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯媳P(pán)向南剪切。 韌性剪切帶變形特征反映了古亞洲洋板塊演化過(guò)程。

(2)中—晚二疊世(264.7 ～253.9 Ma)華北板塊北緣東段(遼北地區(qū))處于古亞洲洋板塊俯沖作用之下,晚二疊世至早三疊世(253.9～244.0 Ma)構(gòu)造體制轉(zhuǎn)為碰撞后伸展,244.0±3.0 Ma 接近碰撞后伸展的結(jié)束時(shí)間。

(3)晚二疊世至早三疊世(253.9 ～244.0 Ma)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)變并逐漸結(jié)束過(guò)程中有巖石圈地幔加入,所以該構(gòu)造過(guò)程是殼幔共同作用的結(jié)果。 結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景推測(cè)是古亞洲洋板塊的俯沖板片斷離、重力失衡的結(jié)果,這標(biāo)志著遼北地區(qū)古亞洲洋構(gòu)造域演化結(jié)束。

注釋/Note

? 遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)調(diào)隊(duì). 1996. 法庫(kù)縣、五臺(tái)子、大明鎮(zhèn)三幅1∶5 萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.

Regional geological survey team of Liaoning Geology and Mineral Resources Bureau. 1996#. 1 ∶50000 Regional Geological Survey Report of Faku County, Wu Taizi and Daming town.