西藏沃卡地區(qū)EW向韌性剪切帶特征及地質(zhì)意義

徐旭明，馮翼鵬，唐建科，段炳鑫，劉廣，董洪凱

（1.河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，河北 廊坊 065000；2.西藏自治區(qū)地勘局第五地質(zhì)大隊(duì)，青海 格爾木816000）

岡底斯構(gòu)造帶的研究對(duì)分析青藏高原構(gòu)造演化特征具重要意義。研究區(qū)位于岡底斯構(gòu)造帶南東段，南鄰雅魯藏布江結(jié)合帶。前人在該區(qū)識(shí)別出一條近EW向的韌性剪切帶[1]，并認(rèn)定該韌性剪切帶形成于始新世晚期，但未對(duì)早期變形進(jìn)行研究。西藏地調(diào)院拉薩、澤當(dāng)幅1∶25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及乃東1∶5萬(wàn)區(qū)域礦產(chǎn)調(diào)查對(duì)該條韌性剪切帶的變形域進(jìn)行了簡(jiǎn)單劃分?西藏地質(zhì)調(diào)查院.拉薩、澤當(dāng)幅1∶25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2007?陜西省地礦局區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院.乃東-桑日地區(qū)1∶5萬(wàn)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告，2011。本文對(duì)研究區(qū)中北部近EW向韌性剪切帶的宏、微觀特征、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)環(huán)境、形成溫壓環(huán)境、形成時(shí)代及構(gòu)造演化等進(jìn)行研究，對(duì)研究岡底斯構(gòu)造帶的構(gòu)造特征、構(gòu)造演化具重要意義。

1 沃卡EW向韌性剪切帶整體特征

沃卡EW向韌性剪切帶分布于研究區(qū)中北部，呈EW向展布橫跨研究區(qū)。剪切帶中部較寬，向東西兩測(cè)逐漸變窄（圖1）。東西長(zhǎng)約48 km，主帶南北寬約1.3 km。

卷入韌性剪切帶地層主要有晚白堊世比馬組、早—中侏羅世葉巴組、始新世花崗閃長(zhǎng)巖及漸新世斑狀二長(zhǎng)花崗巖。據(jù)剪切帶內(nèi)巖石變形程度不同，可將韌性剪切帶劃分為糜棱巖化帶、初糜棱巖帶、糜棱巖帶3個(gè)變形強(qiáng)度帶，各變形帶間呈漸變過(guò)渡關(guān)系，自南向北由弱變強(qiáng)再變?nèi)酰永鈳r化帶→初糜棱巖帶→糜棱巖帶→糜棱巖化帶）。

筆者在沃卡韌性剪切帶中東部、中部、中北部進(jìn)行野外工作，測(cè)制了PM A、PM B及PM C現(xiàn)3條剖面（圖2）。PM A剖面中巖石變形程度整體較弱（圖2-A），均為糜棱巖化帶。糜棱面理及礦物拉伸線理在糜棱巖化帶中相對(duì)較發(fā)育。通過(guò)對(duì)野外實(shí)測(cè)產(chǎn)狀進(jìn)行等面積赤平投影分析，得到兩組糜棱面理、線理產(chǎn)狀。第一組：糜棱面理優(yōu)選方位為343°∠73°，線理產(chǎn)狀優(yōu)選方位為NW 65°；第二組：糜棱面理優(yōu)選方位為352°∠78°，線理產(chǎn)狀優(yōu)選方位為NE 58°。PMB剖面中巖石變形程度自北向南為由強(qiáng)變?nèi)踉僮儚?qiáng)（糜棱巖帶→糜棱巖化帶→初糜棱巖帶）（圖2-B）。糜棱面理優(yōu)選方位為290°∠80°，線理優(yōu)選方位為NE 58°。PMC剖面中巖石變形程度自北向南由弱變強(qiáng)再變?nèi)酰永鈳r化帶→初糜棱巖帶→糜棱巖帶→糜棱巖化帶）（圖2-C）。糜棱面理優(yōu)選方位355°∠78°，線理優(yōu)選方位NE 55°。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.1 The Tectonic outline Map of the study area

圖2 沃卡地區(qū)韌性剪切帶構(gòu)造剖面圖Fig.2 Tectonic section of the ductile shear zone of Woka area

2 運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

據(jù)沃卡EW向韌性剪切帶野外運(yùn)動(dòng)學(xué)特征與室內(nèi)定向薄片顯微構(gòu)造分析[2-4]，得到沃卡EW向韌性剪切帶運(yùn)動(dòng)特征如下：

平面方向X-Z面野外露頭尺度上，可見(jiàn)石英條帶、旋轉(zhuǎn)碎斑（圖3-a）。顯微尺度上，可見(jiàn)定向拉長(zhǎng)的石英條帶、云母魚(yú)等變形構(gòu)造特征（圖3-b，c），平面上為左行剪切。

剖面方向Y-Z面可觀測(cè)到兩組韌性變形特征。第一組：野外露頭觀測(cè)的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)志為旋轉(zhuǎn)碎斑(圖3-d），顯微尺度上亦見(jiàn)旋轉(zhuǎn)碎斑（圖3-e），指示剖面上為北盤(pán)（上盤(pán)）向下運(yùn)動(dòng)的正斷式運(yùn)動(dòng)形式；第二組：野外露頭觀測(cè)到旋轉(zhuǎn)碎斑。顯微尺度上具定向拉長(zhǎng)的石英條帶與“δ”型長(zhǎng)石旋轉(zhuǎn)碎斑等構(gòu)造特征（圖3-f），指示剪切帶北盤(pán)（上盤(pán)）為沿糜棱面理面向上的剪切運(yùn)動(dòng)。

綜上所述，該韌性剪切帶分兩期剪切運(yùn)動(dòng)，第一期平面上呈左行剪切，垂向上具上盤(pán)（北盤(pán)）下降的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征；第二期平面上呈左行剪切，垂向上具上盤(pán)（北盤(pán)）上升的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。

3 變形溫壓條件分析

3.1 礦物變形溫壓計(jì)

韌性剪切帶中，礦物變形構(gòu)造受溫度影響。據(jù)向必偉，朱光等研究成果[5]，石英和長(zhǎng)石在不同溫度下可呈不同的變形行為，通過(guò)不同溫度下礦物變形組合方式可厘定韌性剪切帶形成的溫度。

圖3 韌性剪切帶運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)志Fig.3 The deformation symbol of sheer zone

圖4 石英和長(zhǎng)石的動(dòng)態(tài)重結(jié)晶形式隨溫度的變化圖Fig.4 Illustration of the process of quartz recrystallisation with diffrernt temperatures

礦物動(dòng)態(tài)重結(jié)晶機(jī)制主要包括：BLG型膨凸式重結(jié)晶能、SR型亞顆粒旋轉(zhuǎn)式重結(jié)晶及GBM型顆粒邊界遷移式重結(jié)晶3種。石英和長(zhǎng)石動(dòng)態(tài)重結(jié)晶形式隨溫度變化情況見(jiàn)圖4，石英顆粒動(dòng)態(tài)重結(jié)晶機(jī)制在不同溫度環(huán)境下的變化特征見(jiàn)圖5。

對(duì)3條剖面樣品進(jìn)行鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，韌性剪切帶中存在兩套不同特征的礦物變形組合，指示存在兩套溫壓環(huán)境。

特征礦物變形組合一石英多呈重結(jié)晶顆粒集合體形式，重結(jié)晶顆粒形狀大小不規(guī)則，呈BLG邊緣膨凸重結(jié)晶向SR顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶（核幔構(gòu)造）轉(zhuǎn)化特征（圖6-a），大部分石英條帶及集合體均出現(xiàn)波狀消光現(xiàn)象。長(zhǎng)石主要呈脆性破裂，可見(jiàn)長(zhǎng)石與石英構(gòu)成不對(duì)稱的壓力影構(gòu)造（圖6-b），說(shuō)明該期韌性剪切帶形成于380℃～420℃溫度環(huán)境。

特征礦物變形組合二鏡下見(jiàn)石英為GBM型顆粒邊界遷移重結(jié)晶（圖6-c），石英和長(zhǎng)石的關(guān)系為石英呈拉長(zhǎng)的絲帶狀，同時(shí)長(zhǎng)石呈BLG邊緣膨凸重結(jié)晶（圖6-d）。表明該期韌性剪切運(yùn)動(dòng)處于中高溫環(huán)境，形成溫度為500℃～580℃。

綜上所述，沃卡EW向韌性剪切帶中存在高溫件下石英的動(dòng)態(tài)重結(jié)晶顆粒[12]，利用image j軟件將拍攝的顯微照片進(jìn)行處理，識(shí)別圈出石英的動(dòng)態(tài)重結(jié)晶顆粒（100～300個(gè)/張），再對(duì)照片的閥值進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)整至清晰可識(shí)別狀態(tài)，最后利用軟件計(jì)算出石英重結(jié)晶顆粒的平均粒徑（鏡下挑選工作在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成）（表1）。

對(duì)3條剖面選出的5件薄片樣品進(jìn)行粒度統(tǒng)計(jì)。每件樣品統(tǒng)計(jì)100～200個(gè)顆粒。采用Koch的差應(yīng)力公式（1）進(jìn)行計(jì)算[11]。

其中，b=4.09×102μmMPa-R，R=-0.59

4.2 石英流變速率

利用溫度和差異應(yīng)力數(shù)據(jù)，可計(jì)算糜棱巖化過(guò)程中的流變速率。一般在長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖中，我們使用高溫石英的流變速率[12]。

圖5 石英在相同尺度上的3種動(dòng)態(tài)重結(jié)晶機(jī)制Fig.5 Characteristic microstructures of the three dynamic recrystallisation mechanisms of quartz shown at the same relative scale

公式中參數(shù)采用Koch et al提供數(shù)據(jù)：和低溫兩種動(dòng)力變質(zhì)環(huán)境。據(jù)平均地?zé)嵩鰷芈蕿?3℃/km可大致推斷出早期韌性剪切帶形成于12 km左右深度，晚期韌性剪切帶形成于17 km左右深度。據(jù)25 MPa/km的地壓梯度可換算出早期韌性剪切帶圍壓為300 MPa左右，晚期韌性剪切帶的圍壓為425 MPa左右。

4 動(dòng)力學(xué)環(huán)境分析

4.1 差異應(yīng)力

差應(yīng)力的計(jì)算有利于恢復(fù)巖石變形時(shí)的動(dòng)力學(xué)環(huán)境。差應(yīng)力的計(jì)算方法有多種，本文采用達(dá)到穩(wěn)態(tài)流動(dòng)條件下石英動(dòng)態(tài)重結(jié)晶顆粒的平均粒度計(jì)算差應(yīng)力。

具體實(shí)驗(yàn)辦法：使用顯微鏡拍攝在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)條

圖6 韌性剪切帶礦物變形特征Fig.6 The character of deformation of mineral of sheer zon

表1 差異應(yīng)力計(jì)算結(jié)果Table 1 The result of differential stress values

A=5.05×10-6MPan-1S-1，n=2.6，H=145 000Jmol-1，R=8.314JK-1mol-1。取第一期變形平均溫度400℃，第二期變形平均溫度540℃,帶入公式中計(jì)算，其中ε′為流變速率（單位s-1）；σ為差應(yīng)力（單位Pa）；T為絕對(duì)溫度（單位K）。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可看出（表2），400 ℃（673.15 k）時(shí)，屬低溫變形環(huán)境，應(yīng)變速率為10-12s-1；540℃（813.15 k）時(shí)屬中高溫變形環(huán)境，應(yīng)變速率為10-11s-1。第一期韌性變形應(yīng)變速率為10-12s-1，第二期韌性變形石英應(yīng)變速率為10-11s-1。

5 變形時(shí)代及構(gòu)造演化

研究區(qū)韌性剪切帶主要發(fā)育于斑狀二長(zhǎng)花崗巖、石英二長(zhǎng)巖和葉巴組變質(zhì)英安巖、變質(zhì)砂巖中。前人對(duì)研究區(qū)南部藏南羅布莎蛇綠巖、輝綠巖進(jìn)行了鋯石SHRIMP測(cè)年取得年齡為（162.9±2.8）Ma[14]，與發(fā)生韌性變形的變質(zhì)英安巖的U-Pb鋯石測(cè)年結(jié)果（167.9±1.3）Ma相近，變質(zhì)英安巖巖石化學(xué)結(jié)果表明為巖漿弧環(huán)境?西藏地質(zhì)五隊(duì).西藏桑日地區(qū)1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查,2015。筆者認(rèn)為發(fā)生韌性變形的葉巴組變質(zhì)英安巖可能與羅布莎蛇綠巖帶配套，形成于同一時(shí)期，結(jié)合前文討論的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征及溫壓環(huán)境印度板塊向歐亞板塊俯沖作用的改造，自SW向NE向擠壓環(huán)境中產(chǎn)生的壓性韌性剪切活動(dòng)[19]。

綜上所述，研究區(qū)韌性剪切帶可能存在兩期韌性變形，即早期（162.9±2.8）Ma左右的低溫壓環(huán)境形成的正斷式滑脫脆-韌性變形及晚期（31.01±0.2）Ma左右的中-高溫壓環(huán)境形成的逆斷式韌性變形。

6 結(jié)論

（1）研究區(qū)發(fā)育兩期韌性剪切帶，早期為平面上左行剪切，剖面上上盤(pán)（北盤(pán)）下降的脆-韌性剪切帶。晚期為平面上左行剪切，剖面上上盤(pán)（北盤(pán)）上升的韌性剪切帶。

（2）早期韌性剪切帶形成溫度為380℃～420℃，圍壓約300 MPa。差應(yīng)力36～79 MPa，石英流變速率為10-12s-1；晚期韌性剪切帶形成溫度為500℃～580℃，圍壓425 MPa左右。差應(yīng)力為140 MPa，石英流變速率為10-11s-1。

（3）早期韌性剪切帶形成于(162.9±2.8)Ma，燕山構(gòu)造階段中期至華北構(gòu)造階段中期緩慢的脆-韌性剪切活動(dòng)。晚期剪切帶形成于(31.01±0.2)Ma之后，后期遭喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造。特征，將部分葉巴組中韌性變形劃分為早期韌性變形。

表2 石英流變速率計(jì)算結(jié)果Table 2 The results of rheological rate

漸新世斑狀二長(zhǎng)花崗巖的U-Pb鋯石年代加權(quán)平均年齡為（31.01±0.2）Ma?，巖石化學(xué)結(jié)果表明為巖漿弧環(huán)境?，結(jié)合前文討論的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征及溫壓環(huán)境特征，將斑狀二長(zhǎng)花崗巖參與的韌性變形劃分為晚期韌性變形。該期變形處于新特提斯洋雅魯藏布江封閉時(shí)間[16-18]，推測(cè)為新特提斯洋完全閉合后，受

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