柴达木北缘大柴旦地区韧性剪切带的显微构造特征

徐明璞 冯 乔 陈 峰 赵吉林

(山东科技大学 地质科学与工程学院，山东 青岛266590)

柴达木盆地北缘北接祁连山，南接柴达木盆地，东临阿尔金山，西部通过德令哈地区与昆仑山收敛在一起，柴北缘主要受祁连山构造带和阿尔金走滑断裂带影响，根据柴达木盆地的演化过程，并通过野外的实地勘测韧性剪切带确定了柴北缘的三期韧性剪切构造：印支期左行逆冲—走滑运动、J1+2的伸展运动和白垩纪末的SE—NW的斜向挤压运动。

1 韧性剪切带的组成和结构

大柴旦韧性剪切带位于大柴旦镇以北的温泉附近，主要是古生界地层，走向近东西向（图1）。

图1 区域位置

1.1 物质组成

该韧性剪切带发育了一套糜棱岩：花岗质糜棱岩和长英质糜棱岩，后者糜棱岩化较强烈。

花岗质糜棱岩：糜棱面理构造，糜棱结构，由应变残斑和基质组成，基质含量为60-65%，应变残斑含量35-40%，粒径大于0.5mm，花岗质糜棱岩岩体显著破碎，发育眼球状花岗片麻岩；该岩性成分主要为石英、长石，其次为云母和角闪石，粒状和片状矿物在强变形带中以定向挤压形成拉伸线理，以云母、长石形成的拉伸线理最为显著，基质粒径小于0.2mm，成分为石英、长石等。

长英质糜棱岩：糜棱面理构造，糜棱结构，残斑由石英、长石组成，含量为15-20%，基质含量较高，其成分为石英、长石和白云母，矿物颗粒较小；该韧性剪切带有弱变带和强变带之分，在弱变带中，长英质糜棱岩中的长石斑晶压扁定向拉长，在强变带中，该岩性中的粒状、片状矿物均强烈变形形成拉伸线理，并发育碎斑系。

1.2 结构构造

该韧性剪切带走向近东西向，倾向北东，倾角30-50°，糜棱面理构造发育，由片状矿物黑云母定向密集排列，石英和长石的定向拉长构成，拉伸线理倾伏方向为90-110°，倾伏角为25-50°。

带内剪切构造发育，主要变现为眼球状、透镜体等，推测其应力方向为东西方向。

2 显微构造特征

显微构造的形成不仅受原岩物质组成和结构的影响，同时取决于岩石变形时起主导作用的变形机制。大柴旦韧性剪切带的显微构造有以下几种：

晶内破裂：长石的晶内破裂，破裂起源于晶体内部，而且消失于晶体颗粒内部。

穿晶破裂：晶内裂隙进一步发展为穿晶裂隙。穿晶裂隙穿过颗粒边界进入相邻的晶体颗粒，穿晶裂隙分为张性和剪性裂隙，裂隙总体延伸方向与外施应力之间有着密切的相关性，此韧性剪切带有长石和石英的穿晶裂隙。

波状消光：不均匀消光，是晶质塑性变形的重要标志。正交偏光显微镜下矿物中显示的一种不均匀消光现象，转动载物台时，消光影呈扇形或不规则状连续地扫过矿物颗粒，消光界面不显著，消光影的连续变化表明，矿物内不同部位的消光方位略有规律性偏差。波状消光是晶内应变的效应，是由于过量的位错引起晶格扇状或不规则状畸变的结果，主要是石英的波状消光。

机械双晶：也称为变形双晶或滑移双晶，是由晶内滑移。是由晶内滑移机制中双晶滑移所形成的，因而是晶体塑性变形的标志之一。机械双晶主要发育在一些对称性较低或粒内滑移系统较少的矿物中，该韧性剪切带中出现的是长石的机械双晶。

动态重结晶：动态重结晶是韧性剪切变形中常见的构造现象。动态重结晶的结果是随着变形的进行而形成新生的颗粒。不同的重结晶机制形成的新晶粒粒径大小不同。大柴旦韧性剪切带中可见到膨凸重结晶新晶粒、亚颗粒旋转重结晶新晶粒。

3 韧性剪切带构造变形的古应力和应变速率

3.1 古应力计算

古应力的定量计算有助于研究糜棱岩形成环境及其上升过程，计算差异应力的方法主要有自由位错密度法、动态重结晶法和亚颗粒法。

本文采用动态重结晶颗粒粒度来计算古差值压力大小，对于递进变形过程中某一特定的差值来说，在重结晶机制、颗粒含水量及变形温度一定的条件下，每一种矿物都有其相应的重结晶颗粒平均粒度，这里采用从金属及矿物变形试验中得出的经验公式来计算差值应力，其大小为重结晶颗粒平均粒度的负指数，其表达式为：σ1-σ2=AD-m。

式中A和m均为正系数，D为动态重结晶颗粒的粒度，当粒度D以mm为单位计算时，差值应力的单位为兆帕斯卡（Mpa）（Twiss 1977）。本文统计分析了石英和方解石的重结晶颗粒粒度，并进行了分析。计算过程中的石英的参数选择为A=6.03，m=0.68；方解石的参数选择为A=7.5，m=0.68，D的单位为毫米（mm）。

3.2 应变速率计算

差异应力和温度确定，就可以推算糜棱岩形成过程中的应变速率，岩石在稳定流动变形条件下，根据蠕变规律，应变速率（ε）与差应力值（σ）、温度（T）之间存在下列关系：

ε=Aσnexp（-Q/RT）

式中：A——根据物质及变质机制确定的常数，对石英取5.5×10-5

Q——控制变形扩散过程的活化能，取值为188406J/mol

R——理想气体常数，R=8.3144J/mol

N——取决于流动机制的稳态应力指数，取值2

T——绝对温度（K），取值T=C+500℃

大柴旦韧性剪切带经历了不同的温度条件下的变形，分别作出了大柴旦韧性剪切带在300℃（图2）和500℃（图3）不同问都条件下的变形速率直方图。

4 韧性剪切带的运动期次

依据野外实测变形特征，结合区域构造，在大柴旦韧性剪切带中发育三期构造运动：左行逆冲走滑、伸展和斜向挤压。

图2 300℃条件下的应变速率

图3 500℃条件下的应变速率

4.1 右行逆重走滑运动

在大柴旦韧性剪切带中发育s-c组构和构造透镜体，根据s-c组构判断运动方式为左形走滑，构造透镜体是在逆冲作用下形成的并伴有剪节理。

4.2 伸展构造

伸展运动的依据为石英脉的顺层就位且形成了较宽缓的滑脱褶皱。

图4 顺层石英脉及滑脱褶皱

4.3 斜向挤压运动

挤压运动使前期的石英脉颈缩，形成透镜体或石香肠化。

图5 石英脉颈缩

5 结论

1）大柴旦韧性剪切带长英质糜棱岩中，呈现了各种在不同岩相变质条件下形成的显微构造，如长石的晶内破裂及膨凸重结晶、斜长石的穿晶破裂、石英的波状消光、长石的机械双晶及穿晶破裂、长石和石英的膨凸重结晶、亚颗粒旋转重结晶等。

2）依据变形岩石矿物的组合特征、显微构造，大柴旦韧性剪切带的变形温度大约在300℃-500℃，根据糜棱岩中石英的动态重结晶得出古应力值变化范围为19-50MPa，应变速率在不同的温度下呈现不同数值。

3）大柴旦韧性剪切带发育三期构造运动：左行逆冲走滑、伸展和斜向挤压。

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