廣東正果韌性剪切帶變形特征及其年代學研究

許冠軍，楊偉彬，何 斌，龍 桂，程亮開

（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080）

0 引 言

韌性剪切帶（ductile shear zone）作為中-下地殼直至上地幔頂部變形的重要表現(xiàn)形式，受高應變帶內(nèi)巖石塑性流動以及剪切作用的影響，與造山作用的深部過程密切相關[1-7].韌性剪切帶是研究地殼深部塑性變形的重要內(nèi)容，廣泛應用于造山帶巖石圈變形、探討構造演化過程及其動力特征探討，是碰撞造山帶或大陸內(nèi)部研究中最為詳盡和深入的地殼中深層次的構造帶[4].韌性剪切帶在研究造山帶構造動力與形變約束等方面起著舉足輕重的作用，是認識深部構造層次巖石變形特征以及物質(zhì)能量遷移轉(zhuǎn)化的關鍵媒介[3，8].逆沖與滑脫型剪切帶一般形成于大洋俯沖-增生或陸-陸碰撞過程中-下地殼收縮構造變形階段[9]，伸展型剪切帶與巖石圈的伸展-減薄過程緊密相連[10-11]，而走滑型剪切帶通常與大陸-洋/ 陸的斜向匯聚作用相關[12].韌性剪切帶盡管兩側(cè)圍巖位移明顯，但宏觀破裂面并不顯著，其內(nèi)部與周圍巖石呈現(xiàn)為遞進式的應變演化關系.鑒于韌性剪切帶形成于高溫高壓的構造環(huán)境，以韌性變形為主，故剪切運動過程中伴隨著熔融產(chǎn)物的擴散和運移，通常與金礦、錫礦等礦產(chǎn)資源的成礦作用關系密切[13-17].因此，韌性剪切帶的變形研究對于理解構造背景下陸內(nèi)大型變形帶的地殼深部特征及成礦機制等具有重要的參考價值.

華南陸塊作為亞洲東部主要的大陸塊體，元古代中晚期以來，周緣超大陸裂解與匯聚過程對其構造演化產(chǎn)生了極其深遠的影響[18-20].尤其中-新生代以來，華南陸塊在古亞洲、特提斯和太平洋三大構造域多向匯聚的構造環(huán)境之下[21-22]，在陸內(nèi)形成了一系列北東（NE）向和北西（NW）向疊加的棋盤格狀斷裂系統(tǒng).其中韌性剪切帶多發(fā)育于NE 向構造帶中，且多具早期韌性剪切、晚期脆性活動的特征.前人圍繞華南沿海地區(qū)的吳川—四會斷裂帶[23-25]、瘦狗嶺—羅浮山斷裂帶[26-28]、蓮花山斷裂帶[29-31]等韌性剪切帶，開展了一系列幾何學、運動學、動力學、年代學、成礦效應等方面的研究，揭示出一系列關鍵的區(qū)域剪切帶的分布演化特征及其可能的蘊礦機理.本文依托“廣東1∶5 萬派潭、增城縣、石龍鎮(zhèn)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”項目，在廣東正果地區(qū)，首次厘定出區(qū)域內(nèi)存在造山帶尺度，近E—W 走向的韌性剪切帶——正果韌性剪切帶.同時，在查明正果韌性剪切帶幾何學及運動學特征的基礎上，選取正果韌性剪切帶中白云母單礦物為年代學研究對象，開展40Ar/39Ar 測年分析，為研究華南陸內(nèi)地殼變形過程及區(qū)域構造活動提供年代學信息.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

正果剪切帶位于廣州市增城區(qū)與惠州市龍門縣交界處，范圍為東經(jīng)113°50′30″～113°59′50″，北緯23°22′24″～23°29′58″，屬華南陸塊之羅霄—云開弧盆系，橫跨貴子—增城增生雜巖帶和武夷地塊兩個Ⅳ級大地構造單元[32].該區(qū)域具有較為復雜的基底構造，以及相對不完善的地層發(fā)育，主要為元古宇、泥盆-石炭系及第四系，巖漿活動強烈，出露有早志留世、晚三疊世及晚侏羅世花崗巖，構造變形作用較強，變形的類型有褶皺構造、韌性剪切帶及脆性斷層（圖1）.

元古宇（Pt）巖性為淺灰、灰綠、淺紫色云母片巖、石英云母片巖、堇青石黑云母石英片巖及絹云千枚巖等，從其礦物組合特征及結構特征看，其原巖可能為一套砂泥質(zhì)頁巖，其沉積環(huán)境多為深海、半深海.泥盆—石炭系（D-C）巖性為灰白色石英質(zhì)礫巖、灰白色石英砂巖、頁巖、灰白色灰?guī)r、鈣質(zhì)砂巖，主要為濱淺?！恿飨喑练e，不整合于元古宇之上.第四系（Q）多發(fā)育于山間河谷，巖性多為卵礫石層、砂礫層等，為河流沖洪積物.早志留世花崗巖形成的過程與同碰撞到后碰撞轉(zhuǎn)化階段的構造環(huán)境轉(zhuǎn)變有關，三疊紀和侏羅紀花崗巖則都形成于同碰撞構造環(huán)境.

2 正果韌性剪切帶的原位特征

正果韌性剪切帶在研究區(qū)首次被發(fā)現(xiàn)，其主要沿正果鎮(zhèn)一帶近東西向延伸至白面石發(fā)育，長16 km，垂直剪切帶走向變質(zhì)變形巖石范圍最寬處可達6.7 km，整體表現(xiàn)為近東西走向，剪切帶東北側(cè)為第四系覆蓋，西南側(cè)被晚侏羅世花崗巖巖體侵入.

該剪切帶發(fā)育于元古宇、早志留世花崗巖及泥盆—石炭系內(nèi)，由糜棱巖、片麻巖、片巖及片理化巖石組成.其糜棱葉理或片理面總體走向近東西向，局部北東向或北西向，總體傾向南，傾角25°～65°（圖2）.剪切帶內(nèi)巖性整體表現(xiàn)為各種類型的糜棱巖類、片麻巖類、片巖類及片理化巖石類，各類巖石主體的變形產(chǎn)狀相協(xié)調(diào)，表明晚期應受同一期構造活動作用所致，其不同表現(xiàn)形式應與原巖巖性不同有關（帶內(nèi)的片麻巖、片巖及片理化巖石應為剪切作用形成，而非區(qū)域變質(zhì)巖，比如原巖為沉積巖且泥質(zhì)含量較高，則易形成片巖類巖石；原巖為沉積巖且長英質(zhì)礦物含量較高，則易形成片麻巖類巖石；原巖為花崗巖類，則易形成糜棱巖類巖石），各種變形巖石受剪切應力作用，強烈置換原巖的原生構造.

圖2 廣東省增城地區(qū)正果韌性剪切帶A-A’實測剖面

白面石A—A’剖面分析揭示出該韌性剪切帶特征如下（圖1、圖2）：

（1）逆沖兼具左行走滑的活動性質(zhì).該韌性剪切帶影響的巖層（石）主要包括元古宇、早志留世花崗巖及泥盆—石炭系，副變質(zhì)巖表現(xiàn)為片理化帶，正變質(zhì)巖表現(xiàn)為糜棱巖帶.在野外調(diào)查過程中，多見層間片理撓曲（圖3a）以及早期貫入石英脈受后期構造運動影響而發(fā)生彎曲，其形態(tài)均指示該韌性剪切帶的主體運動方向為逆沖擠壓.對花崗質(zhì)糜棱巖中的巖石組構及殘斑旋轉(zhuǎn)形態(tài)（圖3b）分析可知，該韌性剪切帶活動性質(zhì)為逆沖兼具左行走滑.

圖3 層間片理撓曲示意圖（a）及花崗質(zhì)糜棱巖野外照片（b，俯拍）

（2）變質(zhì)變形程度不一.該韌性剪切帶南側(cè)主要位于早志留世花崗巖內(nèi)，中部及北側(cè)主要位于元古宇及泥盆—石炭系內(nèi)（圖1），南側(cè)發(fā)育于早志留世花崗巖內(nèi)的剪切帶表現(xiàn)為糜棱巖，中部發(fā)育于元古宇內(nèi)的剪切帶表現(xiàn)為片麻巖、片巖（圖2），北側(cè)發(fā)育于泥盆—石炭系內(nèi)的剪切帶表現(xiàn)為片理化巖石，變形程度往北逐漸減弱，直至消失.同一條韌性剪切帶不同的變形特征，應與其原巖性質(zhì)有關，雖然巖性表現(xiàn)不一致，但其產(chǎn)狀高度協(xié)調(diào)一致，應位于同一韌性剪切帶.

3 40Ar/39Ar 年代學證據(jù)

3.1 樣品特征

選取韌性剪切帶西北和東南兩個單礦物白云母樣品進行40Ar/39Ar 年代學研究（PM04-20 和PM22-12，圖1），采樣部位其面理均為近東西走向，且同構造新生白云母比較發(fā)育，其可代表該期動熱變質(zhì)事件的發(fā)生時間.PM04-20 為白云母二長片麻巖，呈灰白色，片麻狀構造，礦物含量為石英約35%、正長石約32%、鈉-更長石約15%，次生礦物白云母約12%、黑云母約3%，具鱗片變晶結構，其他礦物少量，礦物分布定向較明顯.PM22-12 為長石黑云石英片巖，呈褐色，片狀構造，礦物含量為石英50%、長石18%，次生礦物黑云母25%、白云母3%，其他礦物少量，礦物分布定向明顯（圖4）.

圖4 PM04-20（a）及PM22-12（b）鏡下照片

3.2 樣品挑選

單礦物的挑選采用標準礦物分離技術（《40Ar-39Ar 同位素地質(zhì)年齡及氬同位素比值測定（DZ/T 0184.8-1997）（中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)部，1998）》），樣品挑選及相關處理完成于河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室.

3.3 年齡測試

采用鋁箔片將挑選好的單礦物白云母裝入石英管內(nèi)，在石英管的不同區(qū)域置入用于計算中子通量梯度的黑云母標準樣品（ZBH-25）.將真空熔封后的石英管置入HFETR 反應堆（中國核動力設計研究院）中輻照15 h[33].采用核工業(yè)北京地質(zhì)研究院的Argus VI 惰性氣體質(zhì)譜儀對于輻照后的樣品開展Ar 同位素組成研究，樣品排氣采用雙真空鉭片加熱爐設備，通過階段升溫法實現(xiàn)[33].分別采用兩組液氮U 型冷阱，其高溫組采用鋯-鋁吸氣劑泵（450 ℃）、室溫組采用鋯-鋁吸氣劑泵的順序依次對氣體開展純化處理，在質(zhì)譜儀中對經(jīng)過處理后僅存的惰性氣體開展Ar 同位素組成的測試分析.在輻照過程中，通過引入純凈的CaF2和K2SO4輻照實驗對于樣品中Ca 和K 可能存在的異常干擾信號進行校準[33]（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心）.在反應堆內(nèi)，相關校準參數(shù)包括：（36Ar/37Ar）ca＝3.539×10-4，（36Ar/37Ar）ca＝8.735×10-4和（40Ar/39Ar）k＝7.98×10-3，結合基于標準黑云母標樣計算的石英管內(nèi)的中子通量梯度數(shù)據(jù)，對于石英管內(nèi)不同區(qū)域單礦物樣本的輻照常數(shù)（J 值）進行系統(tǒng)的計算分析，同時，質(zhì)譜中的質(zhì)量歧視校正因子經(jīng)由大氣氬同位素組成的測試分析獲得，并參考Steiger and Jager（1977）的衰變常數(shù)推薦值5.543×10-10[34].采用Antony Koppers 的ArArCALC 2.40 軟件開展系統(tǒng)的40Ar/39Ar 年齡數(shù)據(jù)的相關計算和分析[35].上述測試由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成.

3.4 測試結果

樣品PM04-20 年齡譜由14 個加熱階段組成：第1 階段獲得的年齡值為（67.65±6.93）Ma，明顯偏低，存在39Ar 丟失，第1 階段到第6 階段及第13 階段到第14 階段的39Ar 析出量較少，占比小，誤差大，不穩(wěn)定，無地質(zhì)意義；第7 至第12 階段的視年齡從（160.00±0.79）Ma 變化到（161.38±0.90）Ma，相應的39Ar 析出量總和為83.58%，由此計算得到的坪年齡為（160.80±0.65）Ma（表1、圖5a），等時線年齡（159.53±1.22）Ma（圖5b）和反等時線年齡（159.51±1.22）Ma（圖5c）與坪年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致，表明樣品在該階段無明顯的氬過剩或氬丟失，說明了坪年齡值具有很高的可靠性，可代表白云母的結晶年齡；第2 階段到第6 階段及第13 階段到第14 階段的39Ar 析出量較少，但其視年齡值與主體坪年齡值也基本一致.

圖5 PM04-20 和PM22-12 白云母40Ar/39Ar 坪年齡（a、d）、40Ar/36Ar-39Ar/36Ar 等時線年齡（b、e）及36Ar/40Ar-39Ar/40Ar 反等時線年齡（c、f）

樣品PM22-12 年齡譜由10 個加熱階段組成：第1 階段獲得的年齡值為（216.68±19.33）Ma，明顯偏老，說明該樣品白云母可能存在一定的過剩氬（40Ar）.雖然樣品可能產(chǎn)生了一定程度的過剩氬（40Ar），但是在獲取坪年齡的同時進行等時線年齡計算，可以消除過剩氬（40Ar）對年齡測定的影響.第1、第2 及第10 階段的39Ar 析出量較少，占比小，誤差大，不穩(wěn)定，無地質(zhì)意義；第3 至第9 階段的視年齡從（159.71±0.79）Ma 變化到（160.85±0.84）Ma，相應的39Ar 析出量總和為92.09%，由此計算得到的坪年齡為（160.17±0.65）Ma（表1、圖5d），其計算出的等時線年齡（159.83±0.90）Ma（圖5e）和反等時線年齡（160.07±0.89）Ma（圖5f）與坪年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致，再次表明所測樣本在該階段無明顯的氬過?；驓鍋G失，也說明了坪年齡值具有很高的可靠性，可代表白云母的結晶年齡.第2 階段和第10 階段的39Ar 析出量較少，但其視年齡值與主體坪年齡值基本一致.

綜上所述，于該韌性剪切帶獲得的（160.80±0.65）Ma 和（160.17±0.65）Ma 兩個坪年齡質(zhì)量可靠，基本代表了該剪切帶的形成時間.

4 構造意義探討

中生代華南大陸主要由揚子和華夏兩大地塊所構成，并處于全球三大構造板塊的匯聚拼接地帶，使得華南大陸的構造演化極其復雜，形成了在板塊構造圍限作用下的獨特大陸構造[36-37]（圖6a-b）.華南地塊的中生代構造運動和巖漿活動自侏羅紀始深受太平洋板塊和伊澤納吉板塊俯沖的深刻影響.晚侏羅世時期，由于伊澤納吉板塊向歐亞板塊西北方向俯沖，太平洋板塊在揚子地塊表現(xiàn)為平俯沖模式，對江南造山帶以及毗鄰的華夏地塊的深部活動均造成一定的影響[37-38].目前，國內(nèi)學者對華南大陸中生代重大地質(zhì)問題的討論主要集中在：（1）對其構造特征模式的轉(zhuǎn)換機制及其時間尺度約束的研究方面[39-43]；（2）華南大陸構造活動來自周圍大尺度板塊構造演化，亦或陸域多期構造復合所致[43-47].另外，目前對于侏羅紀時期的不同時段的華南大陸構造演化并非完全明確，諸如華南板塊擠壓或拉張所涉及的構造層次及其時空差異性，等等.這些問題也仍需進一步深入探討[41].因此，對正果韌性剪切帶的識別和研究有助于揭示華南侏羅紀時期的構造演化過程，以期對理解燕山運動在華南地區(qū)的響應提供新的地質(zhì)證據(jù).

圖6 晚侏羅世花崗巖Rb-（Yb+Ta）（a）和Rb-（Y+Nb）（b）構造判別圖解（底圖據(jù)[49]）

綜合區(qū)域地質(zhì)資料分析，對附近晚侏羅世花崗巖（圖1 正果鎮(zhèn)東南側(cè)）進行鋯石U-Pb定年，年齡為（161.9±2.6）Ma[48]，與正果韌性剪切帶的白云母Ar-Ar 坪年齡（160.80±0.65）Ma 和（160.17±0.65）Ma 基本一致，表明正果韌性剪切帶與該期花崗巖應同為晚侏羅世早期同構造形成的產(chǎn)物.結合該套花崗巖構造環(huán)境分析，顯示其形成于同碰撞構造環(huán)境[48]（圖6），說明該期花崗巖的形成處于擠壓構造體制之下.結合該剪切帶左行逆沖的變形特征，說明這次碰撞事件同時具有水平收縮和側(cè)向擠出的地質(zhì)效應，暗示晚侏羅世早期（～160 Ma）華南大陸構造體制轉(zhuǎn)換可能尚未結束，以及該時期華南大陸東南沿海的構造演化為周緣板塊構造效應的響應.

5 結論

（1）正果韌性剪切帶整體走向近東西，傾向南，傾角25°～65°，最寬可達6.7 km，主要由糜棱巖類、片麻巖類、片巖類及片理化巖石類組成，其變形特征為逆沖兼具左行走滑.

（2）正果韌性剪切帶40Ar/39Ar 年齡結果為（160.80±0.65）Ma 和（160.17±0.65）Ma，與附近形成于同碰撞構造環(huán)境下的花崗巖具一致的形成時代（161.9±2.6）Ma，表明該剪切帶形成于晚侏羅世早期太平洋板塊與華夏地塊的持續(xù)俯沖-匯聚，表現(xiàn)出垂直于板塊擠壓應力的水平收縮和平行于板塊擠壓應力的側(cè)向擠出的構造變形樣式，具有水平收縮和側(cè)向擠出的地質(zhì)效應.