藏南澤當(dāng)?shù)貐^(qū)大反向逆沖斷層變形研究*
——以磁組構(gòu)與EBSD組構(gòu)分析為例

曹新文 孫知明 黃寶春 曹勇 裴軍令 葉小舟 劉思琪

1. 自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點實驗室，中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081

2. 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，教育部造山帶與構(gòu)造演化重點實驗室，北京 100871

3. 自然資源部深地動力學(xué)實驗室，中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

新生代以來，印度板塊與歐亞大陸之間的碰撞造山運動造就了青藏高原的隆升與喜馬拉雅造山帶的崛起，造山帶內(nèi)地殼的加厚與地表巖石的強烈變形記錄了這一重要的構(gòu)造事件(Tapponnieretal.，2001; Yin，2006; 許志琴等，2006，2011)。其中平行于造山帶走向發(fā)育大量的線性構(gòu)造是這一碰撞造山過程中最為重要的地質(zhì)記錄之一，深入研究這些線性構(gòu)造與深部巖石變形特征關(guān)系對認(rèn)識整個造山帶的演化具有重要構(gòu)造意義(Zhaoetal.，1993; Roydenetal.，1997; Gaoetal.，2016)。大反向逆沖斷層(GCT)即藏南喜馬拉雅反沖斷層(Heim and Gansser，1939)是喜馬拉雅造山帶北部邊界一條新生代以來重要的東西走向構(gòu)造邊界。在整個喜馬拉雅造山帶內(nèi)，大反向逆沖斷層同藏南拆離斷層系(STDS)、主中央逆沖斷層(MCT)、主邊界逆沖斷層(MBT)以及主前緣逆沖斷層(MFT)等組成了整個喜馬拉雅造山帶的主要構(gòu)造單元(圖1a, b)(Gansser,1964；Dingetal.，2005；Yin，2006)。

圖1 青藏高原構(gòu)造格架簡圖(a)和喜馬拉雅造山帶主要地層與構(gòu)造單元圖(b)(據(jù)Yin，2006修改)

目前，大反向逆沖斷層的研究主要集中在西部岡仁波齊地區(qū)、日喀則弧前盆地和藏南澤當(dāng)-羅布莎三個地區(qū)(Ratschbacheretal.，1994; Yinetal.，1994，1999; Sanchezetal.，2013; Wangetal.，2015; Fengetal.，2020)。前人主要通過構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)及年代學(xué)的綜合研究，深入探討了大反向逆沖斷層周圍熱隆升歷史、變質(zhì)與變形的溫壓條件、斷層初始活動年代和主要活動時期等(Yinetal.，1994; Quidelleuretal.，1997; Harrisonetal.，2000; Lietal.，2015，2018; 董漢文等，2016)。此外，對大反向逆沖斷層的構(gòu)造變形特征也取得了一些重要認(rèn)識：如Murphy and Yin(2003)基于岡仁波齊峰地區(qū)大反向逆沖斷層的構(gòu)造變形恢復(fù)提出GCT經(jīng)歷了64km的南北向縮短；梁鳳華等(2011)對羅布莎蛇綠巖體和控制巖體的斷層進行了詳細(xì)的野外調(diào)查，結(jié)合宏觀、顯微結(jié)構(gòu)和石英EBSD組構(gòu)的研究，識別出兩條韌性剪切帶，提出了藏南雅魯藏布江蛇綠巖的侵位機制。最近，F(xiàn)engetal.(2020)等根據(jù)羅布莎鎮(zhèn)北沃卡鄉(xiāng)地區(qū)岡底斯韌性剪切帶變形特征的綜合研究，認(rèn)為中新世以來大反向逆沖斷層持續(xù)的北向擠出活動是該剪切帶形成的重要原因。然而，關(guān)于GCT斷層巖脆韌性變形帶的微觀變形機制、韌性剪切帶巖石流變學(xué)屬性等方面的研究工作相對較少，而深入研究這些微觀組構(gòu)對于進一步理解碰撞造山帶不同構(gòu)造層次變形和造山帶演化具有重要意義(Burg and Chen，1984; Murphy and Yin，2003; Ratschbacheretal.，1994)。

石英、長石和云母等作為大陸巖石圈最為豐富的造巖礦物，它們的微觀結(jié)構(gòu)以及結(jié)晶學(xué)優(yōu)選方向?qū)τ诶斫鈳r石變形機制、條件以及地殼流變學(xué)屬性十分重要 (Hirth and Tullis，1992; Stippetal.，2002a, b；Platt，2015；劉俊來，2017)。由于巖石磁組構(gòu)與變形礦物EBSD組構(gòu)分析在揭示巖石變形特征方面有著各自的優(yōu)勢，不少學(xué)者利用巖石AMS與巖石中變形礦物EBSD組構(gòu)方法開展了造山帶巖石變形特征研究(Debackeretal.，2009; Parsonsetal.，2016; Goswamietal.，2018; Ribeiroetal.，2019; Kuehnetal.，2019)。盡管一些學(xué)者通過石英為主的EBSD組構(gòu)對韌性剪切帶巖石的流變學(xué)特征進行了約束(Caoetal.，2007; 劉俊來等，2008; 許志琴等，2009; 陳小宇等，2016; 張青和李馨，2021)，然而，綜合分析巖石AMS和變形礦物EBSD組構(gòu)來探討造山帶變形特征研究卻很少。

為了揭示大反向逆沖斷層新生代以來的微觀變形特征及其構(gòu)造變形演化過程，本文選取藏南澤當(dāng)-瓊結(jié)地區(qū)的仁布-澤當(dāng)逆沖斷層為研究對象，通過宏觀與顯微構(gòu)造觀察，并綜合磁組構(gòu)(AMS)和云母、石英EBSD組構(gòu)對GCT斷層及圍巖變形特征進行詳細(xì)分析，試圖通過不同方法獲得的巖石變形組構(gòu)信息來T探討研究區(qū)GCT新生代以來的構(gòu)造變形特征及其構(gòu)造環(huán)境。

1 地質(zhì)背景與樣品采集

最早由Heim and Gansser (1939)提出的大反向逆沖斷層是特提斯喜馬拉雅地塊北緣沿著雅魯藏布江展布的最為重要的東西向線性構(gòu)造之一。詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查表明GCT是一個呈疊瓦狀排列向南傾的逆沖斷層系，自西向東延伸約1500km，斷層上盤為特提斯喜馬拉雅沉積層，下盤為岡底斯花崗巖(圖2b)，在構(gòu)造上同北邊的岡底斯逆沖斷層共同分隔了拉薩地塊和喜馬拉雅地塊(Ratschbacheretal.，1994; Yinetal.，1999)。GCT在空間上出露并不連續(xù)，目前識別出有仁布-澤當(dāng)逆沖斷層(Yinetal.，1999，1994)、日喀則弧前盆地背向沖斷層以及西藏西南地區(qū)的岡仁波齊峰附近大反向逆沖斷層(圖1b)(Ratschbacheretal.，1994; Quidelleuretal.，1997; Harrisonetal.，2000; Wangetal.，2015)。在日喀則弧前盆地以及朗縣地區(qū)斷裂一般由多條次級斷層平行排列分布，切割了雅魯藏布江蛇綠巖和特提斯喜馬拉雅沉積地層。GCT主要活動于中新世(19～10Ma)(Ratschbacheretal.，1994; Quidelleuretal.，1997; Yinetal.，1999)，在東部羅布莎-朗縣地區(qū)的活動不早于早漸新世(董漢文等，2016)。

北向逆沖作用下特提斯喜馬拉雅地層向北疊覆于雅魯藏布江蛇綠巖或特提斯喜馬拉雅沉積層之上。由于斷層上、下盤巖性的差異，在不同地區(qū)對斷層滑移距離的估計存在較大差異，如通過西部平衡剖面計算其斷層滑移距離至少為38km (Murphy and Yin，2003)，而基于東部雅拉香波地區(qū)新生代淡色花崗巖的對比推算其斷層最大滑移距離可達(dá)60km (Aikman，2007)，根據(jù)岡底斯撓曲估算其斷層滑移距離至少為70km (Wangetal., 2015)。沿著大反向逆沖斷層附近存在一些中新世以來的巖漿活動，包括岡底斯后碰撞巖漿作用(26～10Ma)、北喜馬拉雅片麻巖穹隆等(張進江等，2007; Aikmanetal.，2008；Montomolietal.，2017)。大反向逆沖斷層作為少數(shù)沿著整個喜馬拉雅造山帶可以追蹤的線性構(gòu)造之一，其活動時代與藏南拆離斷層系(STDS)以及主邊界逆沖斷層(MCT)的主活動期是同時的，也有研究者認(rèn)為其可能與STDS相連(Yinetal.，1994)。

仁布-澤當(dāng)逆沖斷層(RZT)是大反向逆沖斷層在澤當(dāng)?shù)貐^(qū)的延伸，位于西藏山南市澤當(dāng)以南，斷層主要由三條呈東西向展布平行排列、南傾的次級逆沖斷層F1、F2和F3組成，斷裂自仁布-加查沿雅魯藏布江南岸東西延伸約為200km，在澤當(dāng)?shù)貐^(qū)穿行于最北部的蛇綠巖和特提斯喜馬拉雅沉積層中(圖2a)。在斷層穿越的沉積地層區(qū)沿著砂巖和砂質(zhì)板巖層理面發(fā)育有大量的石英脈，多與地層平行，最寬不超過30cm (圖3a-d)。研究區(qū)仁布-澤當(dāng)逆沖斷層上盤為上三疊統(tǒng)朗杰學(xué)群復(fù)理石沉積，由一套綠片巖相淺變質(zhì)的砂巖、砂質(zhì)板巖組成，從北向南依次可以劃分為姐德秀組、江雄組和宋熱組，各地層單元之間為斷層接觸(圖2)，下盤為雅魯藏布江蛇綠巖和岡底斯花崗巖(李祥輝等，2003; 張朝凱等，2014)。澤當(dāng)?shù)貐^(qū)上三疊統(tǒng)朗杰學(xué)群復(fù)理石沉積層由于受到新生代以來周邊巖漿弧以及穹隆活動的影響(張進江等, 2007; Fengetal., 2020)，在澤當(dāng)鎮(zhèn)-瓊結(jié)縣北部主要表現(xiàn)為低溫動力變質(zhì)作用(Dunkletal.，2011; Montomolietal.，2017)，變質(zhì)礦物組合為鈉長石、絹云母、綠泥石，總體上看變質(zhì)程度由北向南逐漸增強。在靠近斷層活動區(qū)動力變質(zhì)作用以脆性和韌性變質(zhì)作用并存，這種脆-韌性的變質(zhì)帶主要沿著仁布-澤當(dāng)逆沖斷層分布，沿東西向呈狹長的帶狀展布，主要有構(gòu)造角礫巖、碎裂巖、碎斑巖以及糜棱巖化的巖石等。仁布-澤當(dāng)逆沖斷層作為大反向逆沖斷層的一部分，其主要活動年代為19～10Ma，并且于9Ma左右停止活動(Quidelleuretal.，1997; Yinetal.，1999; 董漢文等，2016)。

圖2 研究區(qū)構(gòu)造地質(zhì)簡圖(a，據(jù)謝堯武等，2007(1)謝堯武等. 2007. 1:25萬澤當(dāng)幅地質(zhì)圖)及研究區(qū)穿過仁布-澤當(dāng)逆沖斷層的橫剖面圖(b)

圖3 澤當(dāng)?shù)貐^(qū)仁布-澤當(dāng)逆沖斷層地層野外構(gòu)造特征

本次研究采集的AMS定向樣品來自姐德秀組(T3j)、江雄組(T3jx)和宋熱組(T3s)的砂巖、砂質(zhì)板巖，采樣點在空間上垂直于仁布-澤當(dāng)逆沖斷層的次級斷層F2和F3走向分布，主要位于斷層帶及附近區(qū)域(圖2a)。所有巖石磁組構(gòu)(AMS)的樣品均由便攜手提汽油鉆機鉆取，共計采集15個采點196塊古地磁樣品。并采集8個顯微薄片定向樣品用于EBSD組構(gòu)分析，其中兩個樣品來自主斷層區(qū)的石英脈體用于石英EBSD，其他6個樣品(ZL1、ZL3、ZL4、ZL6、ZL8和ZL14)用于白云母和黑云母EBSD分析。

2 實驗方法與樣品測試

磁組構(gòu)即磁化率各向異性(AMS)作為一種地球物理學(xué)方法，主要通過巖石構(gòu)造變形過程中應(yīng)力對巖石中磁性礦物結(jié)晶學(xué)優(yōu)選與磁晶各向異性的改變來獲得構(gòu)造變形組構(gòu)信息(Tarling and Hrouda，1993; Borradaile and Jackson，2010)，相比傳統(tǒng)的巖石組構(gòu)分析，AMS在反映巖石變形特征尤其是弱變形巖石的變形特征和三維應(yīng)變狀態(tài)具有顯著的優(yōu)勢。利用變形過程中礦物晶格對稱與滑移特征變化衍生的電子背散射衍射(EBSD)技術(shù)，可以獲得巖石中石英、長石和云母等礦物的晶格滑移系及優(yōu)選方向的信息，進而推測其變形溫度與強度信息(Hirth and Tullis，1992; Stippetal.，2002a)。

(1)磁組構(gòu)(AMS)測試分析

樣品的加工與制作以及測試工作在自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點實驗室完成。樣品AMS測試是在捷克產(chǎn)的Agico卡帕橋磁化率儀上進行，數(shù)據(jù)分析處理軟件為Anisoft 5.0。

(2)EBSD組構(gòu)測試分析

本研究對斷層圍巖及斷層核心區(qū)分別選取定向的手標(biāo)本進行薄片制作，薄片沿著平行于拉伸線理方向、垂直于面理方向進行切片，隨后對薄片進行拋光、噴碳等預(yù)處理。石英和云母等定向薄片的EBSD組構(gòu)測試在自然資源部深地動力學(xué)實驗室完成，使用的測試儀器為日本電子公司(JEOL)制造的JSM-56101V 型掃描電鏡和丹麥HKL公司制造的CHANNEL 5型號EBSD儀器，數(shù)據(jù)處理由軟件Channel 5完成。本研究主要對斷層變形強烈區(qū)石英脈和斷層以及圍巖中的黑云母和白云母三種礦物進行EBSD組構(gòu)分析。

3 變形的宏觀與微觀特征

3.1 宏觀變形特征

沿澤當(dāng)-瓊結(jié)縣國道沿線可以觀察到大量向北逆沖與擠壓構(gòu)造(圖4a, b)，如不對稱傾斜褶皺、劈理化帶(圖4c，d)、褶劈理(圖4d，e)、構(gòu)造透鏡體(圖4d，e)等。變形區(qū)地層總體上線理傾伏向為北東-南西向，傾伏角～40°。多期構(gòu)造疊加作用標(biāo)志也十分顯著，早期的沉積層理(S0)大多難以識別，S1與S2面理發(fā)育；在褶皺巖層中S1與S2分別代表褶皺兩翼、軸面劈理(圖4c，e)，在強褶皺變形巖石可以識別出S1與S2分別代褶皺地層和褶劈理。在靠近斷層中心區(qū)域可以觀察到砂巖、砂質(zhì)板巖除了遭受強烈擠壓變形與上盤向北的剪切作用外還伴有部分變質(zhì)作用，如長石等礦物的絹云母化和綠泥石化作用(圖3b，d)。

圖4 澤當(dāng)?shù)貐^(qū)斷層帶剪切變形及石英脈體的宏觀構(gòu)造特征

沿逆沖斷層剪切面通常廣泛發(fā)育石英脈，其脈體的幾何形態(tài)與空間分布通常反映與構(gòu)造應(yīng)力和應(yīng)變特征有關(guān)的信息(Hilgers and Urai，2002; Passchier and Trouw，2005)。石英脈在剪切作用下多呈透鏡狀、串珠狀產(chǎn)出，部分順層面發(fā)育的石英脈產(chǎn)出的長軸方向多與劈理面呈小角度相交(圖4c，e)。逆沖與強烈擠壓作用下形成的褶皺區(qū)石英脈與地層褶皺作用同步發(fā)生形成小型褶皺，在斷層核部或剪切帶中石英脈與層面或劈理面產(chǎn)狀基本一致；而靠近斷層中心區(qū)域石英脈遭受強烈的韌性剪切作用，同時在與剪切面垂直的方向發(fā)現(xiàn)有大量的雁列式張裂縫被石英脈充填(圖3b)。圍巖區(qū)可見大量石英脈隨地層同步褶皺變形(圖4c, e)，但是位于褶皺逆沖區(qū)的石英脈在后期剪切作用下發(fā)生明顯的錯斷(圖4e)與拉伸形變(圖4f)。

藏南地區(qū)磷灰石裂變徑跡冷卻史也表明澤當(dāng)?shù)貐^(qū)在始新世至漸新世之間經(jīng)歷兩次冷卻過程，這一時期正是印度與歐亞大陸之間強烈的擠壓碰撞作用時期，也是THS形成大量褶皺逆沖構(gòu)造的主要時期(Lietal.，2015; Wangetal.，2016)。GCT主要活動于中新世 (Ratschbacheretal., 1994; Quidelleuretal.,1997; 董漢文等，2016)，多樣的變形特征也指示構(gòu)造活動呈現(xiàn)多期次特征。其中形成于斷層活動前的脈體多經(jīng)歷了褶皺作用后被逆沖斷層所切斷，而順斷層面發(fā)育的石英脈多與后期斷層活動過程相關(guān)。

3.2 石英微觀變形特征

石英作為一種最主要的造巖礦物具有穩(wěn)定的物理-化學(xué)行為和簡單的晶格滑移系，是理解地殼流變學(xué)行為最常用的礦物之一(Passchier and Trouw，2005; 胡玲等，2009; 嵇少丞等，2021)。不同變形區(qū)石英會呈現(xiàn)不同的微觀變形行為，分別選取斷層圍巖區(qū)、同構(gòu)造石英脈和斷層核心區(qū)開展變形顯微組構(gòu)分析，用以對比研究區(qū)變形特征的微觀差異。

3.2.1 斷層圍巖區(qū)

仁布-澤當(dāng)逆沖斷層在澤當(dāng)-瓊結(jié)縣地區(qū)為多條不連續(xù)出露的次級斷層，次級斷層F2和F3分別作為姐德秀組與江雄組以及江雄組和宋熱組組的邊界斷層(圖2a)。野外露頭觀察發(fā)現(xiàn)朗杰學(xué)群復(fù)理石為低綠片巖相的淺變質(zhì)巖系，微觀變形構(gòu)造的觀察則提供了更多變形與變質(zhì)作用的細(xì)微特征。其中壓溶作用是澤當(dāng)?shù)貐^(qū)宋熱組與江雄組砂巖變形的最主要特征，局部應(yīng)變增強區(qū)可發(fā)現(xiàn)砂巖發(fā)生了劈理化或強劈理形成砂質(zhì)板巖(圖5a, b)，石英顆粒在沿線理平行的方向呈現(xiàn)顯著拉長的塑性變形(圖5c, d)。大量石英顆粒長軸的尾端可以識別出的壓力影構(gòu)造，主要由泥質(zhì)或一些暗色礦物組成(圖5c, d)。根據(jù)掃描電鏡成像(BSE)可以清晰分辨出石英顆粒之間基質(zhì)主要為綠泥石、白云母和黑云母等(圖5e, f)。這些礦物在巖石磁學(xué)中屬于順磁性礦物，在應(yīng)力作用下的結(jié)晶學(xué)優(yōu)選對AMS分析具有重要的構(gòu)造意義(Borradaile and Werner，1994; Borradaile and Henry，1997)。大多數(shù)云母及長石等在低溫作用下蝕變成綠泥石、絹云母和伊利石等并形成“須狀”拖尾構(gòu)造，這種由于流體參與的壓溶作用在砂泥質(zhì)碎屑巖中十分常見(Vernon，2018)。根據(jù)低級變質(zhì)礦物組合和石英顆粒的微觀組構(gòu)指示的特征推測圍巖區(qū)的變形溫度不會超過300℃ (Passchier and Trouw，2005)。

圖5 澤當(dāng)?shù)貐^(qū)上三疊統(tǒng)朗杰學(xué)群砂巖顯微構(gòu)造特征

3.2.2 同構(gòu)造斷層脈體

野外觀測到大量順斷層面發(fā)育的薄層石英脈，顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)這些脈體中石英顆粒均較大(直徑大于1mm)(圖6a-d)，屬于新生石英顆粒、呈現(xiàn)較弱的波狀消光特征，變形十分微弱。顯然，這些石英脈的形成與最新的一次構(gòu)造活動相關(guān)，類似的脈體在京北云蒙山地區(qū)也有報道(裴磊和劉俊來，2016)；少部分顆粒邊緣發(fā)生了微弱的動態(tài)重結(jié)晶作用，主要為膨凸重結(jié)晶作用；部分石英顆粒邊緣聚集有膠結(jié)物，表明在重結(jié)晶作用同時可能有流體的參與發(fā)生了濕擴散作用(圖6a, b)。另外，江雄組與宋熱組砂巖、砂質(zhì)板巖中保存有大量晶型完好的黃鐵礦顆粒，指示了原巖形成時強的還原環(huán)境，顯微鏡下可以觀察到沿著黃鐵礦顆粒邊緣發(fā)育有大量近垂直生長的石英顆粒(圖6e)，這些石英顆粒在應(yīng)力作用下呈現(xiàn)一定的優(yōu)選定向(右旋)(圖6f)。

圖6 大反向逆沖斷層附近新生石英脈的微觀變形行為

3.2.3 斷層核心區(qū)

斷層核心區(qū)的石英和云母微觀結(jié)構(gòu)揭示了大反向逆沖斷層經(jīng)歷了強烈和復(fù)雜的變形過程，同時也呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。復(fù)雜性體現(xiàn)在：(1)斷層核心區(qū)石英顆粒表現(xiàn)出強烈的韌性變形特征，其中以動態(tài)重結(jié)晶作用為主的位錯蠕變是石英最主要的微觀變形機制，可以識別出三種不同類型的重結(jié)晶作用，包括靜態(tài)重結(jié)晶(石英邊界多邊形)(圖7e中藍(lán)色箭頭)，膨凸重結(jié)晶作用(BLG)(圖7c, e, f中紅色箭頭)、亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶作用(SGR)(圖7f中黃色箭頭)；(2)云母礦物也伴隨有強烈的與剪切作用有關(guān)的拉伸形變(圖7b)。其中膨凸重結(jié)晶作用在低級變質(zhì)巖區(qū)、高應(yīng)力作用下是十分常見的現(xiàn)象(Wu and Groshong，1991)。規(guī)律性表現(xiàn)在：(1)多期復(fù)雜的變形特征保留有早期中高溫的變形特征，如鎂鐵質(zhì)層狀硅酸鹽礦物剪切面(S2)(圖7a, b)；同時疊加有晚期低溫的簡單剪切變形特征，如重結(jié)晶石英顆粒定向排列形成S1面理與透鏡狀碎斑(圖7d)。(2)晚期變形石英在應(yīng)力作用下顯著的剪切變形均指示方向為NNE。以上特征表明，斷層區(qū)總體以低溫動態(tài)重結(jié)晶作用為主，局部并伴有中高溫重結(jié)晶作用。根據(jù)以上礦物的變形特征，強變形區(qū)石英揭示的變形溫度不超過400℃ (Wintsch and Yeh，2013)。

圖7 逆沖斷層核心區(qū)石英脈變形顯微特征

4 磁組構(gòu)(AMS)與EBSD組構(gòu)結(jié)果

4.1 磁組構(gòu)結(jié)果

實驗獲得了GCT斷層附近砂巖、砂質(zhì)板巖磁組構(gòu)的結(jié)果(圖8)，其中最左列為磁化率各向異性主軸方向赤平投影圖，中間列為樣品數(shù)與平均磁化率分布直方圖，最右邊為各向異性度(P’)與形狀因子(T)關(guān)系圖。所有磁化率主軸(K1、K2、K3分別代表最大、中間與最小磁化率主軸)赤平投影結(jié)果均顯示較好的優(yōu)選方向。磁線理(K1)普遍發(fā)育、近南北向，構(gòu)造面理(劈理面或斷層面)與磁面理(K1-K2軸平面)要么重合或呈較小的角度相交，指示一種較強的變形組構(gòu)特征(圖8左列)。研究區(qū)已有的巖石磁學(xué)研究結(jié)果表明順磁性的綠泥石、云母等礦物在巖石內(nèi)組成均在10%以上(Dunketal., 2011; Caoetal.，2021)。本研究獲得樣品的平均磁化率均集中在130μSI，表明順磁性礦物主導(dǎo)巖石的構(gòu)造變形組構(gòu)(Tarling and Hrouda，1993; Borradaile and Jackson，2010)。磁化率各向異性度分布在1.02～1.16之間，除了少數(shù)形狀因子(T)為負(fù)值，大多為正值，表明磁化率橢球體總體呈現(xiàn)為壓扁的橢球形。

圖8 仁布-澤當(dāng)逆沖斷層巖石磁組構(gòu)特征

圖8a-c對應(yīng)于斷層F2附近的磁組構(gòu)特征，磁線理近南北向與斷層的運動方向(即南北向擠壓方向)一致，指示斷層的剪切作用與磁組構(gòu)的形成關(guān)系密切，在比利牛斯山地區(qū)的逆沖斷層的磁組構(gòu)研究中也發(fā)現(xiàn)了大量類似的組構(gòu)(Marcénetal.，2019)。另外在強變形區(qū)，對比分析發(fā)現(xiàn)逆沖作用導(dǎo)致的應(yīng)變局部化對形狀因子的數(shù)值影響較大。因為各采樣點的巖性特征一致，采點ZL1、ZL2在空間位置上距離斷層核部較ZL3、ZL4、ZL5距離遠(yuǎn)。從ZL1至ZL5采點得到其形狀因子(T)與各向異性度(P’)存在一個顯著的遞增的變化范圍，同時磁化率橢球體呈現(xiàn)由拉長“桿狀”到壓扁“餅狀”轉(zhuǎn)變(圖8c)。這種由于應(yīng)變局部化引起各向異性變化的情況在剪切變形中十分常見(Ferréetal.，2014; Kusbachetal.，2019)。采點ZL6至ZL11主要呈現(xiàn)單斜地層的特征，未發(fā)生褶皺變形(圖3c)。如圖8d-f所示磁化率主軸的優(yōu)選十分顯著，磁線理近南北向；平均磁化率值～130μSI,呈現(xiàn)連續(xù)分布特征；同時形狀因子(T)與各向異性度(P’)分布也比較集中，其中P’平均值為1.10，T的平均值為1.3。其中靠近F3斷層附近采點ZL12和ZL13兩采點樣品的磁化率主軸(K1)在赤平投影上均呈現(xiàn)較好的優(yōu)選方向，其平均磁化率值主要分布在2個區(qū)間，即100μSI以下和150μSI以上(圖8g-i)。盡管ZL12、ZL13的磁化率主軸(K1)在AMS赤平投影圖上呈現(xiàn)完全一致的優(yōu)選方向，但其各向異性度(P’)與形狀因子(T)卻表現(xiàn)出較大的差異，ZL12為扁平的磁化率橢球體，ZL13卻表現(xiàn)為拉長的橢球形。雖然ZL12與ZL13位于同一露頭區(qū)相距不過5m，但是周圍巖石均遭受顯著剪切與褶皺作用，顯然這種由于采點巖石應(yīng)變局部化對各向異性度值影響顯著。樣品ZL12，ZL13采點位于逆沖斷層作用下相關(guān)褶皺的兩翼強應(yīng)變帶(圖4c, d)，其局部強烈的應(yīng)變集中引起巖石內(nèi)部磁性礦物的優(yōu)選與分布導(dǎo)致ZL12、ZL13采點的磁線理方向與區(qū)域整體的近南北向優(yōu)選方向存在一定的差異。劈理面與磁面理形成的復(fù)合組構(gòu)(交面線理)是磁組構(gòu)的又一重要特征(圖8a, d, g)，在順磁性主導(dǎo)AMS的砂泥巖剖面中，交面線理的出現(xiàn)通常揭示巖石經(jīng)歷多期構(gòu)造過程(Housenetal., 1993; Arangurenetal., 1996; Aubourg and Robion，2002)。

斷層帶巖石AMS呈現(xiàn)明顯的構(gòu)造組構(gòu)特征，磁線理與磁面理均發(fā)育，巖石總體表現(xiàn)為受南北向擠壓應(yīng)力的作用，磁化率橢球主要表現(xiàn)為壓扁狀。磁線理與區(qū)域逆沖斷層運動的方向一致，顯然這是一種與斷層剪切運動方向有關(guān)的磁組構(gòu)(Housenetal., 1995； Marcénetal.，2018)。

4.2 EBSD組構(gòu)結(jié)果

4.2.1 石英EBSD

沿著仁布-澤當(dāng)逆沖斷層廣泛發(fā)育的多種形態(tài)的石英脈記錄了巖石發(fā)生強烈構(gòu)造變形的過程，如圖9a所示位于斷層F2中心區(qū)域的石英脈的延伸方向與剪切方向平行，形成拉長的透鏡狀。定向薄片切面觀察發(fā)現(xiàn)石英脈的生長已經(jīng)透入圍巖中(圖9b)，指示石英脈的形成與斷層的活動是同步的。顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)斷層區(qū)新生石英脈的石英顆粒通常較大(大于1mm)(圖9d左下)，但是與剪切面面理平行的石英顆粒通常較小(小于50μm)(圖9e)，石英顆粒的顯著細(xì)?；F(xiàn)象及其空間分布顯示樣品經(jīng)受了強烈剪應(yīng)力作用(9c)。根據(jù)石英脈定向薄片的EBSD組構(gòu)研究能夠獲得不同粒徑石英組構(gòu)與溫度以及應(yīng)變量的綜合關(guān)系(Stippetal.，2002b)。同一薄片小顆粒石英與大顆粒石英的生長特征的顯著差異是區(qū)域應(yīng)力環(huán)境變化的結(jié)果，分別選取定向薄片中這兩種粒徑石英的進行顯微構(gòu)造和EBSD組構(gòu)分析。

圖9 斷層帶剪切變形石英脈顯微組構(gòu)與EBSD組構(gòu)特征

顯微鏡下可以觀察到沿著剪切方向石英脈底部的巖石強烈劈理化，在右旋剪切應(yīng)力的作用下觀察到薄片頂部石英有明顯的亞顆粒旋轉(zhuǎn)動態(tài)重結(jié)晶(SGR)(圖9d)(Seyboldetal., 2019)。圖9d的左下方也觀測到了大顆粒(>500μm)石英的顆粒邊界呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀，與強劈理化的斷層巖存在明顯的交切關(guān)系，顯然這些石英顆粒形成的時間相對較晚。如圖9b所示，分別選取薄片底部受剪切作用影響顯著的(d)區(qū)域以及剪切影響較小的(g)區(qū)域動態(tài)重結(jié)晶石英EBSD組構(gòu)進行分析，實驗獲得了其軸與軸的極圖信息。兩個選區(qū)石英軸極密分布近平行于Z軸(圖9f, i)，以(0001)<1000>滑移系為主，反映了變形溫度為低溫條件(<400℃) (Stippetal.，2002a, b)。圖9e所在的區(qū)域，由于受到剪切應(yīng)力的作用其Z軸頂面的極密區(qū)存在一定分散集中，主要分布在極圖的頂?shù)姿膫€區(qū)域。測量Z軸附近極密點開角為71.2°(圖9f)，石英軸組構(gòu)的張開角已被Kruhl(1996)提出并給出經(jīng)驗公式作為一種地質(zhì)溫度計用于巖石變形溫度的估算，初步估計溫度為400±50℃。圖9g, h分別為選區(qū)粗顆粒石英鏡下顯微特征和面掃結(jié)果，其沿軸方向的結(jié)晶學(xué)優(yōu)選方位為近平行于Z軸，指示以(0001)<1000>滑移系為主，也表現(xiàn)為低溫組構(gòu)(圖9i)。

如圖10所示為斷層F3中心區(qū)域石英脈的微觀變形特征與石英的EBSD組構(gòu)，薄片下可以觀測到石英顆粒在剪切應(yīng)力作用下存在一定定向，整體形態(tài)呈現(xiàn)“σ”型旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)(圖10a)。其中左側(cè)區(qū)域的石英顆粒發(fā)生了明顯的亞顆粒旋轉(zhuǎn)與顆粒邊界遷移動態(tài)重結(jié)晶作用(圖10b)。石英EBSD結(jié)果顯示其軸具有沿Z軸最大極密分布的特征，同時在近平行于Y軸的方向也有極密的出現(xiàn)(圖10c)，顯然這是底面滑移和菱面滑移兩組滑移系疊加的結(jié)果(Stippetal.，2002b; Passchier and Trouw，2005)。區(qū)域整體組構(gòu)表現(xiàn)出低溫條件(小于400℃，低綠片巖相)沿底面滑移的特征，實驗獲得了樣品面掃結(jié)果(圖10d)滑移系為(0001)<1100>，不對稱性指示NE-SW方向的剪切。在斷層附近的石英部分保留了中溫組構(gòu)類型，即(1-101)<1100>滑移系(圖10c)，這種較高的溫度可能是變形早期局部升溫作用的結(jié)果。

圖10 仁布-澤當(dāng)逆沖斷層(F3)中心石英脈顯微構(gòu)造特征及軸與軸EBSD測量結(jié)果

4.2.2 白云母與黑云母EBSD

白云母與黑云母作為重要的層狀硅酸鹽礦物都屬于云母族礦物，具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，其中常見的滑移系有(100)、(010)和(001)。盡管云母族礦物的結(jié)晶學(xué)優(yōu)選方位(CPO)相對石英而言報道較少(Lloydetal.，2009; Wenketal.，2010；Dempseyetal.，2011)，但是其CPO在剪切運動方向分析中具有重要指示意義(O’Brienetal.，1987)。如圖11a-c獲得了研究區(qū)樣品ZL14-8和ZL1-4的白云母與黑云母沿<100>(a軸)，<010>(b軸)和<001>(c軸)3個方向的極圖信息，三組數(shù)據(jù)顯示出兩種云母軸方向的極密點均近平行于面理面(圖11最右列)，其中樣品ZL1-4白云母與黑云母的極密點中心分布表現(xiàn)出較強的一致性，<100>和<010>方向的優(yōu)選則呈大圓環(huán)帶分布。

圖11 白云母、黑云母結(jié)晶學(xué)優(yōu)選方位EBSD測量的等面積下半球投影結(jié)果

4.3 磁組構(gòu)與EBSD組構(gòu)比較

圖12 黑云母結(jié)晶學(xué)優(yōu)選(CPO)與磁組構(gòu)以及宏觀組構(gòu)之間的關(guān)系

5 討論

5.1 磁組構(gòu)(AMS)和云母、石英EBSD組構(gòu)指示的構(gòu)造環(huán)境

前述GCT宏觀變形組構(gòu)、石英脈和強變形區(qū)石英軸EBSD組構(gòu)揭示了變形區(qū)巖石變形強度與指示溫度的差異，澤當(dāng)?shù)貐^(qū)GCT經(jīng)歷了多期構(gòu)造變形保留了差異的形變特征。從上面的描述可以看出沿逆沖斷層面和剪切帶發(fā)育同構(gòu)造的石英顆粒較大、顆粒邊界粗糙多反映普遍低溫重結(jié)晶作用；而沿剪切方向定向排列細(xì)?；氖㈩w粒多反映較高溫的重結(jié)晶作用，石英顆粒的細(xì)粒化是引起應(yīng)變局部化和軟化作用的主要因素，其中石英的膨凸重結(jié)晶作用或亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶是中上地殼環(huán)境中遭受剪切變形的最直接體現(xiàn)(劉俊來， 2017)。綜合微觀組構(gòu)和區(qū)域構(gòu)造變形演化特征，我們將影響研究區(qū)石英組構(gòu)發(fā)育的因素總結(jié)為以下幾點：(1)弱變形變質(zhì)區(qū)砂巖、砂質(zhì)板巖中石英顆粒的變形以壓溶作用為主，這一變形過程與朗杰學(xué)群在50～45Ma擠壓碰撞背景下THS經(jīng)歷的低溫變質(zhì)成巖環(huán)境密切相關(guān)(Godin，2003; Dunkletal.，2011; Montomolietal.，2017)；(2)斷層區(qū)石英動態(tài)重結(jié)晶的特征的差異指示巖石經(jīng)歷多期次構(gòu)造變形(圖9d)，其中強烈定向分布的石英顆粒的變形多代表造山帶碰撞早期變形作用的產(chǎn)物，結(jié)合已有年代學(xué)數(shù)據(jù)順斷層面或劈理面發(fā)育的石英脈多反映與最新一次斷層活動有關(guān)(Quidelleuretal., 1997; Lietal., 2015)。

5.2 區(qū)域構(gòu)造意義

仁布-澤當(dāng)逆沖斷層位于喜馬拉雅地體的東南緣，作為喜馬拉雅北大反向逆沖斷層的一部分與北部的拉薩地體南部的岡底斯逆沖斷層相鄰，經(jīng)歷過多期構(gòu)造演化。其中新生代以來印度與歐亞大陸之間的碰撞造山作用產(chǎn)生的影響是最為明顯的，尤其是后碰撞期南北向持續(xù)的擠壓作用下保存有大量南傾的褶皺與逆沖構(gòu)造記錄。磁組構(gòu)與石英脈EBSD組構(gòu)的分析結(jié)果中，黑云母和石英兩種最為常見的造巖礦物分別在磁線理特征和微變形機制特征反映的巖石變形特征存在較好的一致性。在斷層區(qū)磁線理(K1軸)與最大擠壓方向K3軸均為南北向(ZL12、ZL13除外)，且與斷層向北逆沖的方向一致，反映了持續(xù)南北向擠壓與剪切作用(Marcénetal.，2019)。

在澤當(dāng)東段(羅布莎-朗縣段)的識別出兩條切過雅魯藏布江蛇綠巖的斷層其在空間分布與本研究中F2、F3是對應(yīng)的(梁鳳華等，2011)，董漢文等(2016)認(rèn)為F2、F3斷層在藏東地區(qū)(朗縣-羅布莎)的演化經(jīng)先后經(jīng)歷了啟動(早漸新世)、快速活動(～24Ma)和折返三個階段(晚中新世)。本次研究獲得斷層帶同構(gòu)造石英EBSD組構(gòu)的微觀變形揭示變形溫度為300～400℃，斷裂帶巖石保留的韌性剪切標(biāo)志及南北向穩(wěn)定的磁線理表明變形形成于中上地殼韌性剪切帶并經(jīng)歷低綠片巖相的變質(zhì)作用(Fossen and Cavalcante，2017)。澤當(dāng)?shù)貐^(qū)GCT上盤朗杰學(xué)群大量與斷層活動有關(guān)發(fā)生韌性變形及石英組構(gòu)揭示的變形特征主要形成于中上地殼，斷層經(jīng)歷升溫向地表折返的過程，并在喜馬拉雅造山帶后期持續(xù)擠壓碰撞過程抬升至現(xiàn)今地表。

6 結(jié)論

(1)澤當(dāng)?shù)貐^(qū)大反向逆沖斷層和圍巖磁組構(gòu)(AMS)結(jié)果表明黑云母、白云母和綠泥石等順磁性礦物是AMS的主要貢獻者，磁化率各向異性橢球體以壓扁狀為主。磁線理(K1)與區(qū)域南北向擠壓一致，反映了斷裂帶的向北持續(xù)的擠壓作用過程并伴有強烈的剪切作用，進一步表明磁組構(gòu)應(yīng)用于造山帶變形區(qū)構(gòu)造分析與獲得的微觀變形機制具有較好的一致性。

(2)澤當(dāng)?shù)貐^(qū)GCT主斷層圍巖區(qū)綠片巖相淺變質(zhì)的砂巖、板巖的石英主要以溶解蠕變(壓溶)為主；逆沖斷層區(qū)石英呈現(xiàn)變形強度遞增的微觀變形特點，沿斷層面發(fā)育的同構(gòu)造粗顆粒石英脈主要呈現(xiàn)低溫膨凸重結(jié)晶，與后期斷層活動相關(guān)；部分保存的細(xì)?；閬嗩w粒旋轉(zhuǎn)動態(tài)重結(jié)晶，是中上地殼環(huán)境中遭受剪切變形的結(jié)果；斷層區(qū)石英EBSD組構(gòu)以低溫底面滑移系(0001)<1100>為主，部分疊加有中溫的菱面滑移系(1-101)<1100>，變形溫度T>400℃。

(3)藏南澤當(dāng)?shù)貐^(qū)GCT的微觀特征揭示了斷層經(jīng)歷了中上地殼韌性剪切作用活動階段，沿斷層面發(fā)生韌性形變的石英脈主要形成于斷層向地表折返的階段。

致謝中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所王曉敏實驗員在EBSD實驗測試及數(shù)據(jù)處理中給予了大量幫助；中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所吳百靈博士后、碩士生劉晨光參與了野外樣品采集；論文在形成過程多次與中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所李海兵研究員、董漢文副研究員、中國地質(zhì)科學(xué)院陳虹研究員進行了討論；中國科學(xué)院青藏高原研究所顏茂都研究員和中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所陳正樂研究員對本文的認(rèn)真評閱，提出了許多有益的建議與意見；在此一并表示感謝!