柴北緣錫鐵山韌性剪切帶的基本特征及其形成時(shí)代

付建剛, 梁新權(quán), 王 策 蔣 英 周 云,潘傳楚, 楊永強(qiáng), 王澤利, 鐘永生

(1.中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所, 同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州510640; 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心, 四川 成都 610081; 3.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 廣西 桂林541004; 4.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所 長(zhǎng)沙礦產(chǎn)勘查中心, 湖南 長(zhǎng)沙 410013; 5.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083; 6.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 青島 266510; 7.西部礦業(yè)股份有限公司錫鐵山分公司, 青海 錫鐵山 816203)

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柴北緣錫鐵山韌性剪切帶的基本特征及其形成時(shí)代

付建剛1,2, 梁新權(quán)1*, 王 策1, 蔣 英1, 周 云3,潘傳楚4, 楊永強(qiáng)5, 王澤利6, 鐘永生7

(1.中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所, 同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州510640; 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心, 四川 成都 610081; 3.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 廣西 桂林541004; 4.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所 長(zhǎng)沙礦產(chǎn)勘查中心, 湖南 長(zhǎng)沙 410013; 5.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083; 6.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 青島 266510; 7.西部礦業(yè)股份有限公司錫鐵山分公司, 青海 錫鐵山 816203)

在柴北緣錫鐵山地區(qū)元古宇達(dá)肯大坂群與奧陶系灘澗山群之間發(fā)育一條呈NW向展布的基底韌性剪切帶。本文對(duì)該韌性剪切帶中的宏觀構(gòu)造(鞘褶皺、不對(duì)稱褶皺、塑性流變組構(gòu)、S-C組構(gòu)、旋轉(zhuǎn)碎斑系、構(gòu)造透鏡體、粘滯型石香腸構(gòu)造)和糜棱巖微觀構(gòu)造(云母魚構(gòu)造、壓力影構(gòu)造、動(dòng)態(tài)重結(jié)晶、雪球狀旋轉(zhuǎn)構(gòu)造、波狀消光和云母扭折)特征作了詳細(xì)的研究。對(duì)錫鐵山基底韌性剪切帶中花崗質(zhì)糜棱巖進(jìn)行白云母Ar-Ar同位素測(cè)年, 獲得坪年齡為398±4 Ma, 等時(shí)線年齡為399±4 Ma, 二者基本一致, 代表了錫鐵山基底韌性剪切帶的形成時(shí)間。綜合上述特征判斷, 錫鐵山韌性剪切帶是一條由元古宇達(dá)肯大坂群向SW斜向逆沖所形成的右行逆沖韌性剪切帶, 該韌性剪切帶與早古生代柴達(dá)木地塊向NE斜向俯沖碰撞造山作用有關(guān), 并可能導(dǎo)致了超高壓變質(zhì)體折返到淺部地殼層次。同樣, 該韌性剪切帶的存在, 也對(duì)錫鐵山鉛鋅礦起到了十分重要的后期構(gòu)造控制作用。

韌性剪切帶; 白云母; Ar-Ar測(cè)年; 右行走滑逆沖; 構(gòu)造意義; 錫鐵山; 柴北緣

卷(Volume)40, 期(Number)1, 總(SUM)150頁(yè)(Pages)14～28, 2016, 2(February, 2016)

柴達(dá)木盆地北部邊緣(簡(jiǎn)稱柴北緣)構(gòu)造帶是青藏高原北部一條十分重要的構(gòu)造邊界, 帶內(nèi)以發(fā)育海相火山巖、蛇綠巖套以及超高壓變質(zhì)巖而備受地質(zhì)工作者的關(guān)注(賴紹聰?shù)? 1996; 楊經(jīng)綏等, 1998;張建新等, 2000, 2002, 2003, 2004; 郝國(guó)杰等, 2001;史仁燈等, 2003; 王惠初等, 2003; 張貴賓等, 2005; Zhang et al., 2005, 2006)。其中海相火山巖為一套呈NW向展布的早古生代淺變質(zhì)巖, 稱為奧陶系灘澗山群, 斷續(xù)分布在都蘭、錫鐵山、綠梁山和賽什騰山等地(青海省地層表編寫小組, 1980)。分布于錫鐵山地區(qū)的灘澗山群賦含我國(guó)大型鉛鋅礦床——錫鐵山鉛鋅礦床, 成為整個(gè)柴北緣地區(qū)的重點(diǎn)研究對(duì)象(鄔介人等, 1987; 馮佐海等, 1997; 鄧吉牛, 1999;孟繁聰?shù)? 2003; 李峰等, 2007; 王莉娟等, 2008; 馮志興等, 2010; 吳冠斌等, 2010; 孫華山等, 2012)。錫鐵山早古生代灘澗山群變火山?沉積碎屑巖經(jīng)歷了后期強(qiáng)烈的構(gòu)造變形和變質(zhì)作用, 從而為該地區(qū)的地質(zhì)研究工作帶來更多難題。前人雖對(duì)該地區(qū)做了大量的地質(zhì)研究工作, 但主要集中在巖石礦物(張聰?shù)? 2009)、地層學(xué)(鄔介人等, 1987; 李峰等, 2006)、地球化學(xué)(孟繁聰?shù)? 2003, 2005a, 2005b; 高曉峰等, 2011)以及鋯石年代學(xué)(趙風(fēng)清等, 2003; 李峰等, 2007; Zhang et al, 2009; Zhang et al, 2012)等方面, 對(duì)該地區(qū)構(gòu)造變形研究較少(賴紹聰?shù)? 1993; 郭進(jìn)京, 2000;汪勁草等, 2000), 到目前為止, 還沒有人對(duì)錫鐵山地區(qū)韌性剪切帶做過專門的研究。而該區(qū)韌性剪切帶的存在, 對(duì)錫鐵山鉛鋅礦床產(chǎn)生了明顯的后期構(gòu)造改造作用; 同時(shí), 該韌性剪切帶的形成時(shí)代和構(gòu)造背景, 是構(gòu)建整個(gè)柴北緣早古生代陸陸碰撞造山框架的主要依據(jù)。因此, 本文通過廣泛發(fā)育于錫鐵山地區(qū)韌性剪切帶中多種典型的宏觀、微觀構(gòu)造, 分析該地區(qū)韌性剪切帶的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征; 同時(shí)利用激光階段加熱法, 對(duì)韌性剪切帶內(nèi)高應(yīng)變區(qū)中的花崗質(zhì)糜棱巖進(jìn)行白云母Ar-Ar同位素測(cè)年, 從而確定該區(qū)基底韌性剪切帶的形成時(shí)代, 并討論了該韌性剪切帶形成的構(gòu)造背景及其對(duì)錫鐵山礦床的后期改造作用, 從而為進(jìn)一步研究錫鐵山礦床和整個(gè)柴北緣構(gòu)造帶的大地構(gòu)造演化提供新的證據(jù)。

1 地質(zhì)背景

柴北緣發(fā)育著一條NW-SE向展布的大型韌性剪切帶, 北起蘇干湖–魚卡–大柴旦–托素湖, 南以柴達(dá)木盆地為界, 包括賽什騰山、綠梁山、錫鐵山、阿木尼克山、茶卡南山等, 全長(zhǎng)約600 km (賴紹聰?shù)? 1993)(圖1)。

圖1 柴北緣區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)Zhang et al., 2005)Fig.1 Simplified geological map of the North Qaidam

錫鐵山地區(qū)位于柴北緣構(gòu)造帶的中部, 礦區(qū)出露地層由老到新依次為: 元古宇達(dá)肯大坂群; 奧陶系灘澗山群的海相火山碎屑–沉積巖系; 晚泥盆世磨拉石沉積建造的復(fù)成分礫巖; 石炭紀(jì)砂巖以及第四紀(jì)沉積物(青海第五地質(zhì)隊(duì), 1988)。元古宇達(dá)肯大坂群構(gòu)成了錫鐵山地區(qū)的基底, 進(jìn)一步可劃分為三套巖石組合, 即變質(zhì)的表殼巖系、角閃巖巖組和花崗質(zhì)片麻巖。變質(zhì)的表殼巖相當(dāng)于前人建立的沙柳河巖群或魚卡河巖群(張建新等, 2002; 王惠初等, 2006), 主要為石榴云母長(zhǎng)石片麻巖、石英云母片巖、石榴(藍(lán)晶)白云片巖、(含榴)二云片巖、黑云變粒巖、含榴黑云角閃片巖、大理巖。角閃巖巖組以斜長(zhǎng)角閃巖為主, 規(guī)模較小, 以構(gòu)造透鏡體呈“孤島”狀分布在表殼巖系中。花崗片麻巖具片麻狀或眼球構(gòu)造,成分上為黑云母和二云母、含或不含石榴子石的變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖、英云閃長(zhǎng)巖或奧長(zhǎng)花崗巖以及花崗巖等。灘澗山群為礦區(qū)主要的賦礦圍巖, 主要由中基性變火山巖、沉積碎屑巖、碳酸鹽巖組成, 從北東向南西進(jìn)一步劃分為四個(gè)組: ①下部火山–沉積巖組(O3tna, 又稱a巖性組), 包括: 下部基性和酸性火山巖互層段(O3tna-1)和上部正常沉積巖段(O3tna-2,主要賦礦層位), 底部a-1段中流紋斑巖的鋯石U-Pb年齡為455 Ma(梁新權(quán)等, 2012), 表明錫鐵山灘澗山群形成于中晚奧陶世; ②中基性火山碎屑巖組(O3tnb, 又稱b巖性組), 為次要含礦層; ③紫紅色砂礫巖組(O3tnc, 又稱c巖性組), 本次研究中對(duì)該組進(jìn)行碎屑鋯石U-Pb定年, 獲得最小峰值年齡為430 Ma (梁新權(quán)等, 2012), 推測(cè)其形成時(shí)代可能為早志留世;④上部中基性火山巖組(O3tnd, 又稱d巖性組), 包括下部中基性火山碎屑巖段(O3tnd-1)、正常碎屑沉積巖段(O3tnd-2)、上部中基性火山碎屑巖段(O3tnd-3)和頂部基性熔巖段(O3tnd-4)(鄔介人等, 1987; 張德全等, 2005; 李峰等, 2007)。

礦區(qū)遭受后期強(qiáng)烈的構(gòu)造變形作用, 以發(fā)育多條規(guī)模不等的韌性剪切帶為主要特征, 并分別被后期脆性斷層疊加和改造。從北東向南西, 韌性剪切帶在達(dá)肯大坂群與灘澗山群底部接觸帶、O3tna-1與 O3tna-2、O3tna-2與O3tnb、O3tnd-1與O3tnd-2、O3tnd-3與O3tnd-4以及其內(nèi)部不同巖性之間均有不同程度的發(fā)育, 韌性剪切變形強(qiáng)度依次減弱, 分別被后期脆性斷層F1、F0、F2、F3、F4疊加改造(圖2)。這些剪切帶出露在中間溝–斷層溝, 往西延伸到無名溝、錫鐵山溝, 甚至黃羊溝一帶, 一般呈NW-SE向平行分布, 與片理走向基本一致(圖3), 可能為同一構(gòu)造事件的產(chǎn)物。其中以分布于達(dá)肯大坂群和灘澗山群底部的韌性剪切帶(簡(jiǎn)稱基底韌性剪切帶)規(guī)模最大, 韌性剪切變形最強(qiáng), 帶內(nèi)巖石發(fā)生了強(qiáng)烈的糜棱巖化, 應(yīng)該是該地區(qū)韌性剪切變形的中心帶, 在該地區(qū)占據(jù)主導(dǎo)地位, 且被后期脆性斷層F1疊加改造。

圖2 錫鐵山地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Simplified geological map of the Xitieshan area

2 韌性剪切帶的特征

2.1 韌性剪切帶的宏觀特征

韌性剪切帶是巖石在塑性狀態(tài)下發(fā)生連續(xù)變形的狹窄高剪切應(yīng)變帶, 以發(fā)育強(qiáng)烈密集的面理帶為特色, 通常產(chǎn)于變形變質(zhì)巖區(qū)(朱志澄, 1999), 如新疆東天山地區(qū)塔水河韌性剪切帶(馬華東等, 2008)、新疆哈密庫(kù)姆塔格沙壟北段韌性剪切帶(魏剛鋒等, 2007)、滇西主高黎貢韌性剪切帶(吳小奇等, 2006)和煎茶嶺韌性剪切帶(聶江濤等, 2010)等。錫鐵山基底韌性剪切帶位于早古生代灘澗山群和元古宙基底達(dá)肯大坂群之間, 是區(qū)域上柴北緣大型韌性剪切帶在錫鐵山地區(qū)的出露部分(賴紹聰?shù)? 1993), 該剪切帶北西起黃羊溝, 向南東經(jīng)錫鐵山溝、無名溝、中間溝延伸到斷層溝(圖2), 呈NW向展布, 長(zhǎng)達(dá)10 km以上, 寬度從5～500 m不等, 在無名溝一帶最大, 寬度與O3tna-1相當(dāng), 往兩側(cè)(NW和SE)逐漸變窄。該剪切帶在錫鐵山溝表現(xiàn)明顯, 由花崗質(zhì)、角閃質(zhì)糜棱巖系列組成, 是一條明顯發(fā)生退變質(zhì)作用的動(dòng)力變質(zhì)變形帶。帶內(nèi)達(dá)肯大坂群和灘澗山群均遭受了強(qiáng)烈糜棱巖化的韌性剪切變形, 廣泛發(fā)育條帶狀長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖和中基性糜棱巖, 該糜棱巖具有以下四個(gè)特征: (1) 與原巖相比, 粒度明顯減小; (2) 面理及線理極為發(fā)育(圖4a); (3) 發(fā)育在狹窄的強(qiáng)應(yīng)變帶, 強(qiáng)應(yīng)變帶位于灘澗山群底部a-1組和老地層達(dá)肯大坂群交界處; (4) 至少有一種造巖礦物發(fā)生了明顯的塑性變形(如絲帶構(gòu)造和核幔構(gòu)造)(朱志澄, 1999)。灘澗山群底部a組靠近韌性剪切變形中心,下部a-1段變火山巖呈長(zhǎng)扁透鏡體出露, 帶內(nèi)灰綠色石英斜長(zhǎng)片巖、綠泥片巖、綠簾片巖、石英絹云母片巖皆屬糜棱巖、超糜棱巖和千糜巖, 向上a-2段中灰黑色、黑綠色綠泥石石英絹云母片巖、含炭絹云母石英片巖、白色薄–厚層大理巖、青灰色條帶狀大理巖等也發(fā)生強(qiáng)烈糜棱巖化, 甚至細(xì)頸化或透鏡化。向南西遠(yuǎn)離韌性剪切變形中心, 變形整體依次較弱, 呈現(xiàn)窗欞構(gòu)造, 中–小型緊閉直立褶皺, 斜歪褶皺、不對(duì)稱褶皺等等。從達(dá)肯大坂巖群到灘澗山群底部a組, 巖石的糜棱面理產(chǎn)狀是變化的, 時(shí)而傾向NE(45°～65°), 時(shí)而傾向SW(220°～245°), 但從區(qū)域上看, 主變形帶呈NW-SE向分布, 高角度(75°～90°)傾向NE; 同樣, 剪切帶中的礦物拉伸線理或生長(zhǎng)線理呈現(xiàn)類似倒轉(zhuǎn)背形的波狀變化特征,整體傾向NW, 側(cè)伏角大約20°～30°, 局部發(fā)育近水平方向、傾向SE的拉伸線理, 側(cè)伏角在10°～20° (圖3)。

2.1.1 拉伸線理與鞘褶皺

拉伸線理代表剪切運(yùn)動(dòng)方向, 主要為礦物拉伸線理, 由絹云母、綠泥石礦物集合體及粒狀礦物或其集合體的拉長(zhǎng)定向排列構(gòu)成。鞘褶皺是一種特殊的A型褶皺, 拉伸線理與褶皺大致平行, 呈扁圓狀或者舌狀, 沿著剪切方向可以拉伸很長(zhǎng)。錫鐵山地區(qū)發(fā)育的鞘褶皺(圖4b)和拉伸線理基本平行, 圖中顯示的為鞘褶皺YZ斷面, 呈現(xiàn)眼球狀和豆莢狀的特征, 同心層狀清晰明顯。鞘褶皺樞紐方向指向SE,與拉伸線理一致, 傾伏向150°, 側(cè)伏角在15°～25°左右, 代表了最大拉伸方向。

2.1.2 塑性流變組構(gòu)

錫鐵山韌性剪切帶糜棱巖中常發(fā)育有塑性流變(圖4c), 流變體多為長(zhǎng)英質(zhì)、硅質(zhì)的變質(zhì)分異條帶,形態(tài)多變, 十分復(fù)雜, 無法判別其剪切方向。

2.1.3 不對(duì)稱褶皺

錫鐵山韌性剪切帶中發(fā)育有小尺度露頭的不對(duì)稱褶皺(圖4d), 是由先期面理、成分層或變質(zhì)分異條帶的再褶皺或遞進(jìn)褶皺變形而成。隨著剪切變形的增加褶皺幅度加大, 形成了緩傾斜的長(zhǎng)翼和倒轉(zhuǎn)短翼的不對(duì)稱褶皺, 由長(zhǎng)翼到短翼的方向, 代表了褶皺倒向, 從而判定剪切方向?yàn)橛倚?圖4d)。同時(shí), 該褶皺屬于B型褶皺, 樞紐與剪切方向垂直。

圖4 錫鐵山韌性剪切帶中宏觀構(gòu)造特征Fig.4 Macroscopic structural characteristics of the ductile shear zone in the Xitieshan area

2.1.4 旋轉(zhuǎn)碎斑系

旋轉(zhuǎn)碎斑是韌性剪切帶中常見的構(gòu)造組合, 是在糜棱巖韌性基質(zhì)剪切流動(dòng)過程中, 剛性的碎斑及其周緣較弱的動(dòng)態(tài)重結(jié)晶集合體或者細(xì)碎粒發(fā)生旋轉(zhuǎn)而形成的。在錫鐵山灘澗山群和達(dá)肯大坂群地層中, 野外均可見到似σ型旋轉(zhuǎn)碎斑構(gòu)造(圖4e)。剛性的大理巖在剪切變形中旋轉(zhuǎn), 帶動(dòng)周圍的綠泥石片巖從而形成了不對(duì)稱的楔性尾部, 所引起的尖端延伸方向指示剪切方向?yàn)橛倚小?/p>

2.1.5 S-C組構(gòu)

韌性剪切帶中常發(fā)育兩類面理: 剪切帶內(nèi)面理(S)和糜棱巖面理(C)。錫鐵山地區(qū)達(dá)肯大坂群中糜棱巖化的長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖, 隨著韌性剪切的增加, 早期的面理和變質(zhì)分異條帶轉(zhuǎn)化為宏觀的C面理, 它與剪切帶邊界平行為一組連續(xù)的剪切滑劈理, 主要由層狀硅酸鹽礦物及拉長(zhǎng)的粒狀礦物定向排列而成。而糜棱巖中長(zhǎng)石顆粒定向排列, 形成了S面理(圖4f), 并與C面理呈小角度銳夾角, 大約30°左右, 指示剪切方向?yàn)橛倚小?/p>

2.1.6 構(gòu)造透鏡體

錫鐵山灘澗山群中的變火山巖在韌性剪切變形中, 多處出現(xiàn)了較強(qiáng)硬的大理巖剪切透鏡體(圖4g),其邊緣強(qiáng)烈糜棱巖化, 大小不等的構(gòu)造透鏡體沿著剪切方向呈疊加式展布。在遞進(jìn)剪切作用下, 透鏡體內(nèi)部產(chǎn)生破裂并發(fā)生了旋轉(zhuǎn), 生成多個(gè)透鏡體, 沿S-C組構(gòu)面分布, 并向剪切方向傾斜, 形成了類似多米諾骨牌的構(gòu)造, 產(chǎn)生破裂面與剪切帶呈大約30°的銳夾角, 指示剪切方向?yàn)橛倚小?/p>

2.1.7 粘滯型石香腸構(gòu)造

錫鐵山石香腸構(gòu)造中的香腸體在韌性剪切作用下, 相對(duì)于糜棱巖面理發(fā)生了小角度的旋轉(zhuǎn), 并被剪切拉長(zhǎng), 形成了不對(duì)稱的透鏡體, 透鏡體之間常表現(xiàn)為錯(cuò)而未斷的特征(圖4h), 是強(qiáng)硬層在高塑性條件下的剪切變形結(jié)果。

2.2 韌性剪切帶的顯微構(gòu)造特征

錫鐵山基底韌性剪切帶內(nèi)發(fā)生了強(qiáng)烈糜棱巖化,長(zhǎng)石、石英、云母和角閃石等礦物發(fā)生了明顯的塑性變形(圖5a～f)。顯微構(gòu)造均顯示出塑性變形、動(dòng)態(tài)重結(jié)晶等構(gòu)造特征, 多具有碎斑結(jié)構(gòu)及糜棱結(jié)構(gòu),碎斑主要為斜長(zhǎng)石或透長(zhǎng)石和石英。宏觀上能觀察到的構(gòu)造現(xiàn)象在鏡下基本都可以看到。下面主要介紹一些宏觀上觀察不到或不太明顯的顯微構(gòu)造特征。

2.2.1 壓力影

壓力影構(gòu)造是由巖石中相對(duì)剛性的物體及其兩側(cè)在變形中發(fā)育的同構(gòu)造纖維狀結(jié)晶礦物組成, 纖維的生長(zhǎng)方向隨變形過程中最大拉伸軸的方向而變化, 可分為單斜對(duì)稱壓力影(圖5g)和對(duì)稱性壓力影(圖5h)。錫鐵山灘澗山群糜棱巖在韌性剪切變形中,相對(duì)剛性的碎斑兩側(cè)的結(jié)晶纖維呈現(xiàn)出單斜對(duì)稱的形狀, 壓力影構(gòu)造中礦物結(jié)晶纖維生長(zhǎng)的方向指示剪切方向?yàn)橛倚?圖5g)。

2.2.2 角閃石或云母魚構(gòu)造

角閃石或云母魚構(gòu)造主要發(fā)育于錫鐵山老地層的長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖、花崗閃長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖和角閃石綠泥石糜棱巖等巖石中。先存的角閃石和云母等礦物,在剪切作用過程中, 形成了與剪切方向相反的微型犁式正斷層(圖5i)。隨著變形作用的持續(xù), 角閃石和云母發(fā)生了滑移、分離并且旋轉(zhuǎn), 從而形成了不對(duì)稱的云母魚(圖5a)或角閃石魚(圖5j)。而云母魚兩端的尾部主要由強(qiáng)烈剪切作用形成的細(xì)粒層狀硅酸鹽礦物和長(zhǎng)石組成, 細(xì)碎屑的尾部將相鄰的云母魚連接在一起, 形成臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)。這種尾部代表強(qiáng)剪切應(yīng)變的微剪切帶, 組成了C面理, 和S-C面理相同,形成大約30°的銳夾角, 指示剪切方向?yàn)橛倚?圖5j)。同樣, 根據(jù)不對(duì)稱角閃石魚和云母魚上反向的微型正斷層判斷, 剪切方向?yàn)橛倚?圖5a, i, j)。

2.2.3 雪球狀旋轉(zhuǎn)構(gòu)造

錫鐵山糜棱巖中剛性的碎斑在韌性剪切過程中發(fā)生了旋轉(zhuǎn), 帶動(dòng)了周邊基質(zhì)一起旋轉(zhuǎn)滾動(dòng), 形成了一種類似雪球狀的構(gòu)造(圖5k)。斑晶主要以長(zhǎng)石為主, 基質(zhì)中長(zhǎng)石、石英、云母均呈細(xì)碎粒, 大部分石英呈現(xiàn)出拔絲狀條帶。雪球狀構(gòu)造整體呈現(xiàn)出明顯的旋轉(zhuǎn)特征, 指示剪切方向?yàn)橛倚小?/p>

2.2.4 動(dòng)態(tài)重結(jié)晶

隨著韌性變形中的重結(jié)晶程度增高, 糜棱巖中細(xì)小的顆?；蛘呤嵌嗑Ъ象w重新結(jié)晶而長(zhǎng)大, 使糜棱巖轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N結(jié)晶片巖。而動(dòng)態(tài)重結(jié)晶是變形或產(chǎn)生位錯(cuò)的顆粒在同期韌性剪切過程中, 為消除形變及位錯(cuò)引起的不平衡, 使變形晶體回復(fù)到未變形狀態(tài)而產(chǎn)生的一種動(dòng)態(tài)恢復(fù)過程。在錫鐵山的糜棱巖中, 基質(zhì)和碎斑均發(fā)生了重結(jié)晶, 鏡下可見動(dòng)態(tài)重結(jié)晶顆粒多呈拔絲拉長(zhǎng)狀, 以發(fā)育矩形多晶石英細(xì)長(zhǎng)變形條帶為特征(圖5l)。碎斑的原始邊界一般被破壞而成彎曲狀、鋸齒狀或縫合線狀, 呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2.5 波狀消光和云母扭折

在錫鐵山花崗質(zhì)糜棱巖中, 石英晶粒常呈現(xiàn)出波狀消光及條帶狀消光(圖5m), 反映出強(qiáng)烈的韌性剪切變形。云母則主要是剪切過程中形成的重結(jié)晶礦物, 常常發(fā)生扭折, 解理彎曲, 多呈S型展布(圖5n)。因此, 利用剪切帶白云母或者黑云母Ar-Ar同位素測(cè)年, 可以確定韌性剪切帶的活動(dòng)時(shí)間(黃瀚霄等, 2012; 楊富全等, 2013)。

2.3 韌性剪切帶的運(yùn)動(dòng)方向

圖5 錫鐵山韌性剪切帶中微觀構(gòu)造特征Fig.5 Microscopic structural characteristics of the ductile shear zone in the Xitieshan area

錫鐵山韌性剪切帶整體走向NW, 傾向?yàn)镹E,局部見傾向SW, 與區(qū)域上柴北緣大型韌性剪切帶的產(chǎn)出基本一致(圖1)(賴紹聰?shù)? 1993)。從錫鐵山地區(qū)整體上看, 韌性剪切帶產(chǎn)狀基本穩(wěn)定, 剪切面理為45°～60°D75°～80°。糜棱巖中的礦物拉伸線理或生長(zhǎng)線理呈現(xiàn)出波狀變化特征, 整體傾向NW, 側(cè)伏角約20°～30°(圖4a), 局部發(fā)育近水平的, 傾向SE的拉伸線理, 側(cè)伏角在10°～20°(圖3)。同時(shí)在垂直面理和線理的截面(YZ)上以及后期F1斷層面上, 均發(fā)現(xiàn)有擠壓逆沖的變形現(xiàn)象(許志琴等, 2003)。結(jié)合S-C組構(gòu)(圖4f,圖5a)、不對(duì)稱褶皺(圖4d)、δ型和σ型旋轉(zhuǎn)碎斑系(圖4e, 圖5d、e、f)、角閃石和云母魚構(gòu)造(圖4a、5i、5j)、不對(duì)稱的壓力影構(gòu)造(圖5g)等特征, 說明錫鐵山基底韌性剪切帶為一右行走滑擠壓逆沖的剪切帶。隨著區(qū)域上達(dá)肯大坂群中高壓變質(zhì)體在淺部地殼的折返(大約在400～406 Ma)以及錫鐵山倒轉(zhuǎn)背斜的變化, 錫鐵山超高壓變質(zhì)體開始了斜向擠出, 表明區(qū)域上祁連微板塊相對(duì)于柴達(dá)木微板塊右行運(yùn)動(dòng)。綜合上述特征, 判斷錫鐵山基底韌性剪切帶的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)楸睎|向南西的斜向右行走滑逆沖剪切, 也就是礦區(qū)北東盤達(dá)肯大坂群向南西斜向逆沖于灘澗山群之上。

3 韌性剪切帶中白云母Ar-Ar測(cè)年研究

3.1 樣品特征

本文用于白云母Ar-Ar 測(cè)年的花崗質(zhì)糜棱巖樣品(10STS-02)位于錫鐵山中間溝地區(qū)與灘澗山群過渡的達(dá)肯大坂群中的花崗質(zhì)片麻巖帶, 采樣點(diǎn)位置坐標(biāo)為N37°20′29.5″, E95°34′37.7″(圖2)。本次研究過程中同時(shí)對(duì)該花崗質(zhì)片麻巖帶進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年, 獲得了新元古代915 Ma的年齡(梁新權(quán)等, 2012)。該花崗質(zhì)片麻巖帶在后期遭受了強(qiáng)烈的韌性變形, 從而形成了花崗質(zhì)糜棱巖。

花崗質(zhì)糜棱巖呈灰白色–灰紅色, 中粗粒似斑狀花崗質(zhì)結(jié)構(gòu), 主要呈片麻狀構(gòu)造、眼球狀構(gòu)造, 片麻理和礦物拉伸線理發(fā)育。主要組成礦物為鉀長(zhǎng)石(30%～35%)、斜長(zhǎng)石(20%～25%)、石英(15%～20%)、白云母(10%～15%)和黑云母(5%), 副礦物有鋯石、石榴子石、榍石、矽線石。其中鉀長(zhǎng)石, 呈肉紅色, 斑晶較大, 10～15 mm, 受后期強(qiáng)烈剪切變形影響, 長(zhǎng)石發(fā)生旋轉(zhuǎn), 呈書斜狀或眼球狀分布(圖4f)。石英,無色, 它形粒狀, 粒度2～3 mm, 波狀消光明顯, 許多重結(jié)晶的細(xì)小石英顆粒, 與微斜長(zhǎng)石、黑云母等礦物定向排列, 反映巖石遭受了明顯的韌性變形作用, 石英被強(qiáng)烈拉長(zhǎng)(圖4h)。白云母, 呈鱗片狀, 片徑2～8 mm, 在剪切過程中發(fā)生了重結(jié)晶, 常常發(fā)生扭折, 多呈S型展布。

3.2 測(cè)試方法

白云母Ar-Ar 定年分析是在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室GVI5400?質(zhì)譜儀上完成。通過對(duì)樣品進(jìn)行粉碎、過篩、手工淘洗、重液分離、磁力分選和實(shí)體顯微鏡檢查等工序獲取白云母單礦物, 并對(duì)其選純(純度> 99%)和超聲波清洗。

中子通量監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)樣品采用北京房山花崗閃長(zhǎng)巖黑云母ZBH-2506, 其年齡為132.5 Ma。標(biāo)樣用激光全熔進(jìn)行質(zhì)譜Ar同位素組成分析, 得到J值。然后根據(jù)J值變化曲線的函數(shù)關(guān)系和樣品的位置計(jì)算出每個(gè)樣品的J值。干擾同位素的校正因子為(39Ar/37Ar)Ca=8.984×10–4, (36Ar/37Ar)Ca=2.673×10–4, (40Ar/39Ar)K=5.97×10–3。

為了準(zhǔn)確扣除系統(tǒng)本底對(duì)樣品的影響, 實(shí)驗(yàn)過程中以本底分析為開始和結(jié)束, 且白云母每做5個(gè)階段樣品分析間插做1個(gè)本底分析。數(shù)據(jù)處理時(shí), 用每個(gè)本底值扣除其前后各2～3個(gè)階段樣品分析中本底的貢獻(xiàn)。本底分析的實(shí)驗(yàn)流程與樣品分析完全一致(包括純化、擴(kuò)散轉(zhuǎn)移和質(zhì)譜分析等過程, 以及各個(gè)過程所占用的時(shí)間)。

3.3 測(cè)試結(jié)果

錫鐵山花崗質(zhì)糜棱巖樣品10STS-02白云母Ar-Ar激光加熱過程共分為20個(gè)階段, 分析結(jié)果見表1。采用專業(yè)軟件ArArCALC(v.2.4)進(jìn)行40Ar/39Ar年齡計(jì)算和作圖(Koppers, 2002)。16個(gè)激光階段組成一個(gè)平坦的年齡坪(圖6a), 坪年齡為398±4 Ma,對(duì)應(yīng)的36Ar/40Ar-39Ar/40Ar反等時(shí)線年齡為399±4 Ma (圖6b), 坪年齡和反等時(shí)線年齡在誤差范圍內(nèi)接近一致, 代表韌性剪切帶的形成時(shí)間。

4 討 論

4.1 韌性剪切帶的形成時(shí)代

早在20世紀(jì)70年代, 前人利用K-Ar法對(duì)發(fā)育于柴北緣達(dá)肯大坂群內(nèi)部韌性剪切帶中的黑云母做了同位素年齡測(cè)定, 獲得年齡最大值為402 Ma (林坤等, 1978), 該年齡代表變晶黑云母的形成年齡, 后來的學(xué)者將其解釋為柴北緣大型韌性剪切帶的形成時(shí)間(賴紹聰?shù)? 1993)。隨后, 許志琴等(2003)對(duì)錫鐵山地區(qū)北東部達(dá)肯大坂群中的花崗質(zhì)片麻巖進(jìn)行白云母Ar-Ar測(cè)年, 獲得坪年齡和等時(shí)線年齡基本一致, 分別為405.7 Ma和404.7 Ma,并認(rèn)為是超高壓變質(zhì)巖體在淺部的后期折返年齡,該年齡同樣也是達(dá)肯大坂群中韌性剪切帶的活動(dòng)年齡。本文針對(duì)錫鐵山灘澗山群與達(dá)肯大坂群過渡帶中的花崗質(zhì)糜棱巖進(jìn)行了白云母Ar-Ar同位素測(cè)年, 獲得了坪年齡和等時(shí)線年齡分別為398 Ma和399 Ma, 二者基本接近一致, 該年齡應(yīng)是花崗質(zhì)糜棱巖中白云母的重結(jié)晶年齡。另一方面, 該地區(qū)溫壓變質(zhì)軌跡研究表明在400 Ma左右, 超高壓變質(zhì)體折返至淺部(約10 km)(Xu et al., 2006), 對(duì)應(yīng)的變質(zhì)變形溫度為400 ℃左右(Zhang et al., 2005, 2009), 而白云母40Ar-39Ar體系的封閉溫度(Tc)大約在405～425 ℃左右(Harrison et al., 2009),變形時(shí)溫度條件與同位素封閉溫度相近, 因此, 白云母Ar-Ar年齡代表了錫鐵山基底韌性剪切帶的形成時(shí)間。

4.2 韌性剪切帶形成的動(dòng)力學(xué)背景

韌性剪切帶通常形成于地殼以下的深度, 與深部造山作用過程的簡(jiǎn)單剪切機(jī)制密切相關(guān)。無論是洋–陸殼俯沖, 還是陸–陸碰撞, 在其板塊聚合帶,都將表現(xiàn)為構(gòu)造變形的高應(yīng)變帶韌性。逆沖型剪切帶的形成及演化一般在大洋俯沖增生和弧–陸、陸–陸碰撞造山過程的中下地殼收縮階段, 逆沖走滑型韌性剪切帶常與地體之間的斜向匯聚和碰撞有成因聯(lián)系(許志琴等, 1996)。

表1 樣品10STS-02中白云母Ar-Ar定年結(jié)果Table 1 Results of Ar-Ar dating of muscovite from the sample 10STS-02

圖6 白云母40Ar/39Ar年齡譜(a)和等時(shí)線(b)Fig.640Ar/39Ar age spectrum (a) and isochron (b) of muscovite

研究表明, 柴北緣在早古生代加里東期經(jīng)歷了多期復(fù)雜的俯沖–折返–碰撞造山事件(史仁燈等, 2003, 2004; 孟繁聰?shù)? 2005; Shi et al., 2006; Xu et al., 2006; 宋述光等, 2007, 2009; 孟繁聰和張建新, 2008; Chen et al., 2012; 張貴賓等, 2012)。晚寒武世–早奧陶世南祁連洋盆向北東俯沖于北祁連地體之下,形成了島弧火山巖(圖7a); 中–晚奧陶世柴達(dá)木地塊隨著南祁連洋殼的俯沖而發(fā)生了大陸的深俯沖及超高壓變質(zhì)作用, 同時(shí)弧后盆地開始擴(kuò)張, 形成了大型錫鐵山鉛鋅礦床(圖7b); 晚奧陶世–志留紀(jì)伴隨著正向深俯沖向斜向深俯沖的轉(zhuǎn)變, 超高壓變質(zhì)片巖開始了全面的折返, 隨后祁連地塊自北東至南西斜向逆沖在柴達(dá)木地塊之上, 在柴北緣則形成了陸陸碰撞造山帶, 晚志留世–中泥盆世為加里東期碰撞造山運(yùn)動(dòng)的末期(圖7c)。這一系列的碰撞造山事件是形成柴北緣大型韌性剪切帶的主要原因。前人對(duì)韌性剪切帶進(jìn)行黑云母K-Ar法、白云母Ar-Ar法同位素測(cè)年, 獲得年齡為402～406 Ma (林坤等, 1978;許志琴等, 2003)。結(jié)合我們本次研究獲得錫鐵山地區(qū)韌性剪切帶的形成時(shí)間為399 Ma, 該年齡與超高壓變質(zhì)體后期折返年齡在誤差范圍內(nèi)一致, 表明柴北緣韌性剪切帶的形成時(shí)代在400 Ma左右, 是加里東期陸陸碰撞造山末期的產(chǎn)物。柴達(dá)木地塊向北東斜向俯沖碰撞是柴北緣韌性剪切帶形成的主要機(jī)制。同時(shí), 此韌性剪切帶也促使超高壓變質(zhì)體折返到地殼淺部。

圖7 柴北緣錫鐵山地區(qū)基底韌性剪切帶形成的動(dòng)力學(xué)背景(據(jù)郭進(jìn)京, 2000; 許志琴等, 2003)Fig.7 Geodynamic background of the ductile shear zone at the Xitieshan area, North Qaidam

4.3 韌性剪切帶對(duì)礦床的后期改造

柴北緣錫鐵山灘澗山群的形成時(shí)代從514～ 440 Ma(吳才來等, 2001; 趙風(fēng)清等, 2003), 基本上在晚寒武世–奧陶紀(jì)范圍內(nèi)。本次研究中獲得錫鐵山韌性剪切帶中白云母Ar-Ar年齡為399 Ma, 屬于早泥盆世, 明顯要晚于灘澗山群火山–沉積巖組合的形成時(shí)代。同時(shí)在野外考察中發(fā)現(xiàn), 位于灘澗山群中部的紫紅色碎屑巖組(原灘澗山群c巖性組)經(jīng)歷了較弱的韌性剪切變形, 而其上覆泥盆紀(jì)地層具磨拉石建造的阿木尼克組中基本沒有見到明顯的韌性剪切變形, 說明該韌性剪切帶是加里東期碰撞造山作用的產(chǎn)物。礦區(qū)含礦層位于灘澗山群的中下部, 靠近韌性剪切帶, 在加里東期碰撞造山過程中, 伴隨著柴達(dá)木地塊與祁連地塊斜向碰撞, 達(dá)肯大坂群向SW逆沖到灘澗山群之上, 分布于韌性剪切帶內(nèi)的含礦層(a, b組), 遭受了強(qiáng)烈的擠壓剪切作用, 片理化發(fā)育程度極高, 變質(zhì)程度較深。在灘澗山群中上部地層中(d組), 遠(yuǎn)離韌性剪切帶, 片理發(fā)育較差, 但仍發(fā)育強(qiáng)烈的褶皺變形。錫鐵山鉛鋅礦的主體是以沉積巖為容礦圍巖的噴流沉積(SEDEX)型礦床(張德全等, 2005; 王莉娟等, 2009), 礦體主要呈薄層狀或似層狀?yuàn)A于圍巖大理巖、炭質(zhì)板巖及綠泥片巖巖性段中, 分別對(duì)應(yīng)于大理巖型礦體、過渡型礦體以及片巖型礦體三類。在后期的韌性剪切變形中, 含礦層經(jīng)變質(zhì)變形分解為強(qiáng)變形綠片巖相的韌性剪切帶和弱變形相的大理巖構(gòu)造透鏡體, 而大理巖構(gòu)造透鏡體的兩端屬于壓縮變形分量最大的構(gòu)造域(汪勁草等, 2000)。強(qiáng)弱不同的構(gòu)造變形域, 導(dǎo)致了礦體規(guī)模、形態(tài)及類型的差異, 在強(qiáng)變形帶內(nèi), 構(gòu)造置換作用較為徹底, 均一化程序高, 大理巖和礦體被剪切拉伸, 其產(chǎn)狀與新生的糜棱巖面理基本一致。強(qiáng)變形域內(nèi)的片巖型礦體和大理巖被強(qiáng)烈剪切拉伸變薄, 礦體厚度小、不連續(xù)、品位低、礦體形態(tài)簡(jiǎn)單、產(chǎn)狀較穩(wěn)定。而在弱變形域內(nèi), 構(gòu)造置換作用較弱, 均一化程度低, 受原控礦構(gòu)造控制的礦體形態(tài)保存較好。因此, 弱變形域內(nèi)的大理巖型礦體厚度大、連續(xù)性好、品位高、礦體形態(tài)相對(duì)復(fù)雜、產(chǎn)狀不甚穩(wěn)定。結(jié)合野外觀察及礦區(qū)深部勘探資料,發(fā)現(xiàn)礦區(qū)大理巖均以一系列大小不等、相互重疊的構(gòu)造透鏡體形式出現(xiàn), 而錫鐵山鉛鋅礦床的主體,經(jīng)后期韌性剪切帶的改造之后, 主要以透鏡狀或似層狀產(chǎn)于大理巖構(gòu)造透鏡體的張裂構(gòu)造中, 以及其與綠片巖接觸的虛脫構(gòu)造中。

5 結(jié) 論

(1) 錫鐵山基底韌性剪切帶中白云母Ar-Ar測(cè)年獲得坪年齡為398±4 Ma, 等時(shí)線年齡為399±4 Ma,二者基本一致, 代表了該韌性剪切帶的形成時(shí)代。

(2) 錫鐵山韌性剪切帶是由達(dá)肯大坂群向南西斜向逆沖所形成的一條右行逆沖韌性剪切帶。

(3) 錫鐵山韌性剪切帶是柴達(dá)木地塊和祁連地塊之間斜向碰撞作用晚期的產(chǎn)物, 其活動(dòng)促使了超高壓變質(zhì)體折返到地殼淺部。

(4) 錫鐵山韌性剪切帶對(duì)錫鐵山鉛鋅礦起到了十分重要的后期構(gòu)造控制作用, 礦體主要位于大理巖和炭質(zhì)石英綠泥石片巖的構(gòu)造虛脫處。

致謝:野外工作得到了西部礦業(yè)股份有限公司和湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)專家的幫助, 吉林大學(xué)劉正宏教授和中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所張建新研究員在對(duì)本文審閱和修改過程中提出了建設(shè)性的修改意見, 在此一并表示衷心的感謝。

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Characteristics and Muscovite40Ar/39Ar Age of Ductile Shear Zone in the Xitieshan Area, North Qaidam

FU Jiangang1,2, LIANG Xinquan1*, WANG Ce1, JIANG Ying1, ZHOU Yun3, PAN Chuanchu4, YANG Yongqiang5, WANG Zeli6and ZHONG Yongsheng7
(1. State Key Laboratory of Isotope Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, Guangdong, China; 2. Chengdu Institute of Geology and Mineral Resources, China Geological Survey, Chengdu 610081, Sichuan, China; 3. College of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin 541004, Guangxi, China; 4. Changsha Mineral Exploration Center, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410013, Hunan, China; 5. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China; 6. College of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266510, Shandong, China; 7. Xitieshan Branch, Western Mining Co. Ltd., Xitieshan 816203, Qinghai, China)

A north-west trending ductile shear zone was recognized in between the Proterozoic Dakendaban Group and the Ordovician lower Tanjianshan Group in the Xitieshan area, North Qaidam. This paper illustrates various macroscopic structures including sheath fold, asymmetrical fold, plastic flow fabric, S-C fabric, rotating mortar system, tectonic lens, and viscous boudinage structure, as well as the microscopic structures including mica fish structure, pressure shadow structure, dynamic recrystallization, snowball shape tectonic rotation, wavy extinction and kinking mica. These structural data indicate that the ductile shear zone in the Xitieshan area is dextral transpressional ductile shear zone with southwest ward thrust of the Proterozoic Dakendaban Group. Ar-Ar dating of muscovite from the granitic mylonite of the Xitieshan base ductile shear zone yielded Ar-Ar plateau age of 398 Ma and inverse isochron age of 399 Ma, respectively, showing that the ductile shear zone formed in Late Silurian. Combined structural and dating results, we suggest that this ductile shear zone is related to the northeastward oblique subduction of the Qaidam block during Early Paleozoic, which might have led to the exhumation of the ultrahigh pressure metamorphic rocks to the shallow crust. The ductile shear zone might also have played a very important rule in controlling the mineralization of the Xitieshan lead-zinc deposits.

ductile shear zone; muscovite; Ar-Ar dating; dextral thrust; structural significance; Xitieshan; North Qaidam

P542; P597

A

1001-1552(2016)01-0014-015

10.16539/j.ddgzyckx.2016.01.002

2014-01-22; 改回日期: 2014-08-07

項(xiàng)目資助: 國(guó)家自然科學(xué)基金(41173066)和西部礦業(yè)股份有限公司科研項(xiàng)目聯(lián)合資助。

付建剛(1987–), 男, 博士, 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)。Email: fujiangang@gig.ac.cn

梁新權(quán)(1964–), 男, 研究員, 主要從事構(gòu)造、沉積、地球化學(xué)研究。Email: liangxq@gig.ac.cn