內(nèi)蒙古哈達門溝地區(qū)黑云母擊象及其構(gòu)造意義

陳代鑫，王根厚，劉得文

（中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083）

0 引言

在云母的（001）面上快速施加適量大小的外力時，可產(chǎn)生三組透入性裂理，其中一組平行于光軸面，相鄰兩組裂理的夾角為60°，這三組裂理造成的圖象稱為云母的擊象［1－2］。但由于切面并不完全平行于云母的（001）面，故在薄片中所測夾角也略有不同，一般情況下，見到更多的是平行光軸面的那組裂理，該組裂理發(fā)育最長，其他兩個方向的裂理表現(xiàn)較短，發(fā)育程度近似［3］。擊象裂理常被后期礦物充填，充填物通常為榍石［4］。黑云母擊象構(gòu)造是高速應(yīng)變形成的脆性變形，因此它的出現(xiàn)可以指示自然快速變形的存在［5］。

前人曾在哈達門溝、五當召等地的新太古界烏拉山群黑云角閃二輝麻粒巖、黑云母二長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖、紫蘇黑云角閃麻粒巖等巖石中發(fā)現(xiàn)了黑云母擊象構(gòu)造，并對其特征和地質(zhì)意義做過初步討論［6］。本文在前人研究資料的基礎(chǔ)上，詳細研究內(nèi)蒙古哈達門溝地區(qū)新太古界烏拉山群變質(zhì)巖中的黑云母擊象構(gòu)造的特征，并探討其成因及其構(gòu)造意義。

1 地質(zhì)概況

哈達門溝地區(qū)位于內(nèi)蒙古包頭市西郊，其大地構(gòu)造位置地處華北北緣西段的陰山隆起帶內(nèi)，區(qū)內(nèi)出露地層主要是新太古界烏拉山群變質(zhì)巖，該變質(zhì)巖帶被呼和浩特—包頭斷裂和臨河—集寧斷裂圍限（圖1）。古元古代早期，古陸塊的邊緣和內(nèi)部經(jīng)歷了強烈的裂解作用，烏拉山—大青山地區(qū)的包頭—呼和浩特斷裂初步形成［8］；臨河—集寧斷裂在新太古代的烏拉山旋回時開始活動，并在新太古代末表現(xiàn)為高角閃巖相、麻粒巖相的高溫韌性剪切帶；古元古代在伸展體制下抬升并疊加淺層次的綠片巖相低溫韌性剪切活動；中元古代之后轉(zhuǎn)化為脆性斷裂活動，并控制著以后各期的沉積和巖漿建造［9］。

圖1 哈達門溝地區(qū)構(gòu)造位置圖（據(jù)文獻［7］，修改）Fig.1 The tectonic position of the Hadamengou gold deposit

（1）地層。研究區(qū)出露的地層主要是新太古界烏拉山群第三巖組的一部分，從北向南、從老到新劃分為5個巖性段，依次為黑云母角閃斜長變粒巖、黑云斜長角閃片麻巖、含榴黑云斜長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖和黑云二長片麻巖［10］。烏拉山群變質(zhì)巖形成于活動大陸邊緣環(huán)境中，相當于活動大陸邊緣島弧靠近大陸的淺水盆地，原巖是一套以砂質(zhì)沉積為主的火山－沉積巖建造，夾少量侵入巖。火山－沉積巖建造發(fā)育時間大約為3Ga。新太古代，烏拉山群逐漸下沉至地下20～30km深處，發(fā)生了麻粒巖相變質(zhì)作用。隨著南北微古陸的碰撞，烏拉山群隨著一系列高溫韌性剪切帶上升到地表。到了古元古代，大青山地區(qū)的太古宇麻粒巖帶再次下沉，其上不整合沉積了古元古界二道洼群火山巖－沉積巖組合，下沉后遭受第二次升溫作用，發(fā)生了綠簾角閃巖相退變質(zhì)作用［6］。

（2）構(gòu)造。研究區(qū)最主要的構(gòu)造是近EW向展布的烏拉山大型復(fù)背斜及烏拉山山前大斷裂（呼和浩特—包頭斷裂）和山后臨河—集寧斷裂，其他次一級的褶皺斷裂造基本上是依此而派生的。其次，NW向、NE向斷裂構(gòu)造也較發(fā)育，但規(guī)模比較小。地貌表現(xiàn)為山岳和大川的走向均系NW向，主要的地質(zhì)構(gòu)造線的走向近NW向，其他構(gòu)造體系都是后來疊加或是NW向構(gòu)造體系派生的次一級構(gòu)造［11］。

2 黑云母擊象顯微特征

本次研究主要是在偏光顯微鏡下對研究區(qū)巖石薄片中的黑云母進行顯微構(gòu)造研究，所用的巖石薄片由采自內(nèi)蒙古哈達門溝地區(qū)的新太古界烏拉山群黑云角閃斜長片麻巖（樣號：YP23、YP39、YP59、YP270、YP284、YP288、dx22）、黑云母二長片麻巖（樣號：YP32、YP34、YP42、YP43、YP60、YP278、YP282、dx21）、混合巖化黑云斜長片麻巖（樣號：YP127）、糜棱巖化黑云二長片麻巖（樣號：dx2）、糜棱巖化細粒英云閃長巖（樣號：YP171）及紫蘇黑云角閃麻粒巖（樣號：YP274、YP279）磨制而得。

經(jīng)鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古哈達門溝地區(qū)烏拉山群變質(zhì)巖中的黑云母原本普遍發(fā)育擊象構(gòu)造，但因后期疊加改造、蝕變、交代等破壞，有的擊象被部分保留，有的徹底消失。保留下來的擊象裂理因為擠壓變形而改變了夾角，經(jīng)測量，裂理的夾角大于60°者集中在65°～90°之間，小于60°者集中在30°～55°之間，但這種夾角的改變也許部分是由于切片的角度導(dǎo)致的。大部分切面上可見3組發(fā)育完整的清晰裂理，裂理平直，部分裂理被后期新生礦物填充，部分裂理未被填充。經(jīng)光性鑒定，發(fā)育最完好、延伸最長的那組裂理平行于黑云母光軸面——（010）面（圖2）。

發(fā)育擊象的黑云母在單偏光下通常呈棕黑色—深棕色（圖2d），少部分呈淡綠色。在鏡下還發(fā)現(xiàn)有的云母片中間顏色深，呈深棕色，往邊部顏色逐漸變淺，呈淡綠色（圖2e，圖2f）。據(jù)前人研究資料，這種保留了擊象的淡綠色的黑云母是由棕黑色－深棕色黑云母丟失鐵而形成。發(fā)育擊象的黑云母在正交光下呈淺綠棕色－紫褐色，因綠泥石化和重結(jié)晶而呈深綠－紫黃、紫紅色。后期新生成的云母在正交偏光下干涉色高，顏色鮮艷，一般呈紫紅－藍綠色。

圖2 片麻巖中黑云母擊象特征的顯微照片F(xiàn)ig.2 Micrographs of biotitic percussion figures in gneiss

發(fā)育擊象的黑云母遭受了混合巖化作用改造而重熔，表面黑云母擊象幾乎消失，僅僅殘存部分裂理（圖3a，圖3b），其中還存在混合巖化后期新生黑云母，證明混合巖化作用晚于黑云母擊象（圖3c）。此外在糜棱巖中也發(fā)現(xiàn)了大量黑云母跡象，發(fā)育擊象的黑云母被拉呈長條狀，定向排列，有時殘存的擊象黑云母產(chǎn)生緣泥石化，并與不發(fā)育擊象的晚期黑云母共存（圖3d），在新生黑云母中見不到擊象特征（圖3e）；顯然黑云母發(fā)育擊象在前，剪切作用在后。

此次研究還發(fā)現(xiàn)，眼球狀黑云角閃斜長片麻巖（樣號YP 23）中的云母發(fā)育良好的擊象，黑云母呈長條狀，以細碎基質(zhì)的形式環(huán)繞碎斑分布，定向明顯（圖3f），說明黑云母擊象發(fā)生在眼球狀片麻糜棱巖形成之前。

從整體看來，發(fā)育擊象的黑云母顆粒細小，蝕變嚴重，通常呈長條狀或多邊形近等軸粒狀。包含有擊象黑云母的變質(zhì)巖，有的發(fā)生了糜棱巖化（YP23：眼球狀黑云角閃斜長片麻巖），有的發(fā)生了退變質(zhì)作用（YP39：條帶狀黑云角閃斜長片麻巖；YP54：紫蘇黑云角閃斜長片麻巖；YP59：蝕變黑云角閃斜長片麻巖；YP60：蝕變黑云母二長片麻巖；dx21：黑云母二長片麻巖）。與擊象黑云母共生的長石，多發(fā)育雙晶和顯微裂紋；石英多呈拉長狀、條帶狀，更多的顯示塑性變形特征。除了黑云母之外，尚未發(fā)現(xiàn)其他快速變形的痕跡，這或許是因為云母顆粒較小且含量相對較少，分散地夾雜在其他礦物顆粒之間，且云母對快速應(yīng)變的反應(yīng)比其他礦物更敏感而強烈，當受快速應(yīng)力時，長石、石英、角閃石等相對堅硬的礦物將應(yīng)力直接傳遞給旁邊相對較軟的云母，因此在快速應(yīng)力作用下這些礦物自身尚未表現(xiàn)出脆性變形的特征。

3 黑云母擊象形成時代及成因

圖3 混合巖化和韌性變形巖石中的黑云母顯微照片F(xiàn)ig.3 Micrographs of biotite from gmatized and ductile deformed rocks

研究工作表明，哈達門溝地區(qū)變質(zhì)巖石擊象黑云母的退變質(zhì)現(xiàn)象較為普遍。鏡下黑云母邊緣多模糊不清，常有一些狹小的次生礦物如綠簾石、綠泥石生成；擊象裂理在黑云母顆粒中心發(fā)育較好，到邊部逐漸變得模糊，且裂理總是不穿過黑云母邊部的新生礦物（圖4）。以上特征表明，哈達門溝地區(qū)的烏拉山群巖石中具擊象的黑云母遭受了后期退變質(zhì)作用的改造，而后來因退變質(zhì)作用而生成的黑云母不具擊象，且在正交光下干涉色比具有擊象的黑云母高，顏色更鮮艷，晶形更完好（圖3e，下圖）。

哈達門溝地區(qū)發(fā)育的黑云母擊象遭受了混合巖化作用、綠簾角閃巖相退變質(zhì)作用及韌性剪切作用的改造和破壞，顯然黑云母擊象的形成時代早于鈉質(zhì)混合巖化作用、綠簾角閃巖相退變質(zhì)作用及韌性剪切作用。據(jù)前人對哈達門溝地區(qū)變質(zhì)巖系研究資料，混合巖化作用發(fā)生的時間為中太古代—新太古代（陳昌勇，1988；陳毓川、薛春紀等，2003）；綠簾角閃巖相退變質(zhì)作用發(fā)生在元古代初，在退變質(zhì)過程中發(fā)生了大規(guī)模的綠泥石化（朱大崗等，1996）；早期高角閃巖相麻粒巖相高溫韌性剪切作用發(fā)生在新太古代，晚期綠片巖相韌性剪切作用發(fā)生在古元古代早期（即呂梁期）［9］（苗來成等，1999；胡寶全等，1990）。另據(jù)文獻［6］研究，烏拉山群巖石在新太古代末遭受了麻粒巖相變質(zhì)作用，到古元古代時又發(fā)生了綠簾角閃巖相退變質(zhì)作用，之后尚未發(fā)現(xiàn)烏拉山群巖石再發(fā)生退變質(zhì)作用；烏拉山地區(qū)眼球狀片麻糜棱巖帶形成于太古宙末—古元古代初期，麻粒巖帶上隆抬升的過程中。因此，新太古界烏拉山群巖石中的黑云母擊象出現(xiàn)的時期最可能是在新太古代麻粒巖相變質(zhì)作用之后到古元古代綠簾角閃巖相變質(zhì)作用之前。

黑云母擊象是快速受力、脆性變形的產(chǎn)物，這已得到公認。其成因通常有：因應(yīng)變硬化而出現(xiàn)應(yīng)力與應(yīng)變的脈動現(xiàn)象，從而導(dǎo)致韌性變形和脆性變形交替出現(xiàn)的現(xiàn)象［2］；隕石沖擊或火山噴發(fā)及古地震斷裂［1］。本次研究從黑云母擊象特征、區(qū)域地質(zhì)演化及構(gòu)造位置來看，內(nèi)蒙古哈達門溝地區(qū)的黑云母擊象出現(xiàn)的原因不可能是應(yīng)變硬化，因為尚未發(fā)現(xiàn)存在多期次擊象，而且與擊象黑云母共生的長石、石英等礦物幾乎未表現(xiàn)出脆性變形特征。至于隕石沖擊和火山噴發(fā)，也尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)證據(jù)。最有可能的情況是古地震斷裂引起的快速破裂作用。有關(guān)的研究資料表明，古元古代早期，華北地塊的邊緣和內(nèi)部經(jīng)歷了強烈的裂解作用，烏拉山—大青山山前的包頭—呼和浩特斷裂初步形成［8］；臨河—集寧斷裂在新太古代的烏拉山旋回時開始活動，在太古宙末表現(xiàn)為高角閃巖相、麻粒巖相的高溫韌性剪切帶；古元古代，在伸展體制下抬升之后又疊加有淺層次的綠片巖相低溫韌性剪切活動［9］。由此可知，哈達門溝地區(qū)的黑云母擊象極有可能形成于新太古代末—古元古代初期烏拉山—大青山山前包頭—呼和浩特斷裂與山后臨河—集寧斷裂初成時的地震作用中。

圖4 退變質(zhì)化巖石的黑云母擊象特征顯微照片F(xiàn)ig.4 Micrographs of biotitic percussion figures in retrogressive metamorphic rocks

4 黑云母擊象構(gòu)造意義

（1）黑云母擊象的發(fā)生，表明當時巖石已經(jīng)具備較高的剛度，能夠表現(xiàn)出一定的彈性或彈－塑性變形行為。哈達門溝地區(qū)和五當召地區(qū)烏拉山群巖石中黑云母擊象的廣泛存在，證明華北地塊在新太古代—古元古代初時就具備了較高的剛度，在快速應(yīng)力作用下就能表現(xiàn)出脆性變形特征。

（2）板塊構(gòu)造理論的一個基本觀點就是認為巖石圈板塊在發(fā)生變形時具備足夠的剛度，能整體運動并傳遞應(yīng)力。那么烏拉山群巖石中黑云母擊象的存在，就證明華北地塊在太古宙末—古元古代初期烏拉山群麻粒巖帶隆升變形時就具備了足夠的剛性，能迅速傳遞應(yīng)力，使其內(nèi)部礦物（如黑云母）在快速應(yīng)力作用下發(fā)生脆性變形。結(jié)合華北北緣太古宙麻粒巖帶沿著近EW向穩(wěn)定延伸千余千米的事實，可以認為這條麻粒巖帶的形成與剛性板塊的快速碰撞有關(guān)。也就是說，太古宙末麻粒巖帶的廣泛出現(xiàn)，很可能就是地殼運動真正的板塊構(gòu)造機制開始的標志［6］。此外，因為黑云母擊象發(fā)生在新太古代末—古元古代初烏拉山群巖石發(fā)生退變質(zhì)作用之前，而黑云母擊象很可能是由呼和浩特—包頭斷裂、臨河—集寧斷裂初成時發(fā)生地震作用而引起的，因此反過來可以由此佐證這兩條大斷裂最初形成的時代為新太古代末—古元古代初。

5 結(jié)語

（1）內(nèi)蒙古哈達門溝烏拉山群巖石中黑云母擊象構(gòu)造發(fā)生于其退變質(zhì)作用之前，極有可能形成于新太古代末—古元古代初呼和浩特—包頭斷裂和臨河—集寧斷裂初成時的地震作用中。黑云母擊象的存在也表明了華北地塊在新太古代末—古元古代初已經(jīng)具備足夠的剛度，自此以來的地殼運動完全可以用板塊構(gòu)造理論來解釋了，即板塊構(gòu)造理論是適用范圍的最早時限很可能能夠向前推移到新太古代。

（2）本次研究工作尚未涉及的內(nèi)容主要有：未對黑云母擊象裂理內(nèi)填充的新生礦物進行電子探針成分分析，對退變質(zhì)生成的礦物如綠簾石、綠泥石等未進行測年，故未能精確約束黑云母擊象的發(fā)育時間。隨著對烏拉山群變質(zhì)巖研究的不斷深入，上述問題將會逐步得到解決。

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