晋北早前寒武纪变质岩区构造相研究

郭景林，米广尧，范林森，魏俊浩

（1.山西省煤炭工业厅资源地质局，太原 030045；2.山西省地质调查院，山西榆次 030600；3.中国地质大学（武汉）资源学院，武汉 430074）

晋北早前寒武纪变质岩区构造相研究

郭景林1，米广尧2，范林森1，魏俊浩3

（1.山西省煤炭工业厅资源地质局，太原 030045；2.山西省地质调查院，山西榆次 030600；3.中国地质大学（武汉）资源学院，武汉 430074）

晋北地区出露有不同层次的地壳，是研究构造相最理想的地区之一。本文以构造分析为主线，结合当前地壳流变学研究进展，对该区早前寒武纪构造特征进行了分析，初步建立了早前寒武纪地质事件序列。提出了该区北部（大同-集宁）麻粒岩相变质岩代表下地壳的物质组成，中部（恒山）中深变质岩代表典型的中下地壳过渡带的特征（早前寒武纪一个重要的软弱层），南部（五台山）角闪岩相变质的五台岩群具中地壳构造特点，而绿片岩相变质的滹沱群代表上地壳构造特征的观点。根据不同层次的褶皱、断裂、布丁化岩石及同构造分泌结晶脉的宏观地质特征和与其相关的微组构特征，结合当前实验研究成果，提出了变质岩构造相新的划分方案，对该区进行了构造相的划分。在此基础上对该区构造相相变进行了探讨。

构造相；构造相相变；流变学分层；前寒武纪变质岩；晋北地区

晋北地区是指山西五台山、恒山及以北山区。这一地区的主要构造特点是：①区内早前寒武纪地层、岩体发育齐全，由南向北，从五台山-恒山-大同-内蒙集宁，变质地层由新至老，构造层次由浅到深，从而形成了不同的构造相。这一浅变质岩区至中深变质岩区的剖面，是代表我国早前寒武纪中、下地壳的典型剖面。②本区经历了多次强烈的构造变形，是研究面理置换、构造叠加和世代划分的典型地区。本区不仅有露头尺度上的叠加关系，亦有显微尺度上和区域尺度上的叠加形式。③既有在同一变形环境中，由于参与变形岩石的变形习性不同，而造成不同类型、不同样式的构造（同相异样）。也有同类岩石或地层在不同的构造变形环境和不同的构造事件中由于岩石变形习性随环境因素的改变而变化，所产生的不同构造相的构造形迹（同物异相）。因此，构造相变十分发育，既有垂向上的构造相变，也有横向上的构造相变。正是这些特点，使该区成为我国早前寒武纪地质研究的经典地区，也是研究构造相最理想的地区。正确合理地建立区内构造序列，就必须从空间上来研究构造形迹与形成环境之间的关系，即研究构造相。

根据地质单元的野外地质关系、变形变质特征和最新的同位素年代学资料[1]，结合邻区最新研究成果将晋北地区的地质事件序列归纳如下：

（1）古老表壳岩（BIF），形成时代＞2 800 Ma，高角闪岩相-麻粒岩相变质。

（2）五台岩群，形成于2 600～2 530 Ma；镁铁质-超镁铁质岩侵入，为裂谷-海底扩展期。

（3）五台期构造热事件，2 530～2 500 Ma，高凡岩群沉积，花岗岩侵位，绿片岩相-角闪岩相变质，恒山地区为高角闪岩相-麻粒岩相变质。主碰撞期造山事件（五台运动）。

（4）滹沱群（碎屑岩、碳酸岩盐和基性火山岩），2 500～2 200 Ma。

（5）滹沱期构造热事件，2 200～1 800 Ma，花岗岩侵位，低绿片岩相-角闪岩相变质，陆内造山事件（吕梁运动）。

（6）NW向基性岩墙群，非造山花岗岩及环斑花岗岩，1 800～1 600 Ma，陆内裂谷沉积（长城系、蓟县系、青白口系）。

（7）切穿长城系，被寒武系覆盖的基性岩墙事件（晋宁运动）。

自从“构造相”概念提出之后，有不少学者进行了研究。从各自研究范围又提出了构造层次[2～3]、构造相[4]、变形相[5]等概念。这些概念大同小异，都旨在阐明在同一次构造变形中，不同深度的各带的变形各具特点和规律，形成特征性构造。

目前对构造相、构造层次的认识尚未统一，大体可归结为表、浅、中、深等四个层次（相）。构造相的划分准则、层次概念的研究尚未成熟，还没有一个公认的方案。此外，上述划分过分地强调了面理的作用。面理在划分表层构造相和浅层构造相时效果明显，划分其它构造相时不十分敏感，片理在低绿片岩相至高角闪岩相都会存在，片麻理也然。片理与劈理在浅层构造相中常常共存，泥质岩中表现为片理，而在能干性较强的粉砂岩、砂岩中表现为劈理，有时劈理与片理难以区分。

因此，我们在讨论构造相标志中，采用多方位、多尺度的研究方法，强调宏观与微观相结合。具体的操作方法是以参与不同构造层次变形岩石中的造岩矿物的脆韧性转换温压条件作为定量标志，将参与不同构造层次变形具特定物质组成的褶皱、断裂作为主要宏观标志，将面理类型、同构造分泌结晶脉、岩石布丁化作为辅助标志。并结合变质相的研究，力求二者相互统一。

1 构造相的划分

构造相既反映在褶皱变形方面，也反映在断层及其构造岩石类型上，还反映在受构造作用而形成的如岩石的布丁化、矿物晶体的塑性变形及变质构造分异等诸多方面，因此它不是单一的一种构造变形，而是有许多地质特征（指相标志）共同反映的构造形迹群[4]。

1.1 构造相划分的基础

1.1.1 不同构造层次的褶皱

本文将褶皱分为γ、β、α、δ四种类型。γ褶皱是不产生轴面片理的褶皱，是非变质条件下，岩石处于脆性环境中形成的褶皱，即沉积盖层中的褶皱；β褶皱是轴面片理处处与层理相交的褶皱，因为在岩石垂直压力的面理上已产生片状矿物的面状定向，也即进入到区域变质范畴。它主要发生在相当于以低绿片岩相-绿片岩相变质为主的滹沱群中的褶皱；α褶皱是指褶皱轴面片理在翼部与层理平行（S0∥S1），在转折部位表现为层理与片理斜交的那类褶皱，它主要发生在五台岩群地层中，其变质程度主要在绿片岩相到角闪岩相范围；δ褶皱是在流体状态下发生的变形，它基本上超出了固态变形的特点，而进入流体力学范畴，是形成于高角闪岩相-麻粒岩相的变质环境中。在这一环境中岩石的熔融、分异、交代，乃至局部运移等十分发育。在平行叶理的扩张空间，长英质组分迁移充填或成核生长形成眼球状、条带状岩石，形成柔流褶皱。在中深变质岩区发育有大量的δ褶皱，它们呈旋涡状、肠状、不规则弯曲状等，无法用三轴椭球体作应力分析，也不能以剪切、挤压、引张三种力学状态来判断运动方向、主应力方位。

当然γ、β、α、δ四类褶皱其实都有一定的形成机理，γ褶皱相当于弯曲褶皱或弯滑褶皱；β褶皱相当于剪切褶皱；而α褶皱相当于弯流褶皱；δ褶皱相当于柔流褶皱。本文之所以不用成因划分褶皱的原因是：γ、β、α、δ褶皱的划分是揭示了从构造层次这一角度出发的分类含义，而弯曲(滑)褶皱、剪切褶皱、弯流褶皱、柔流褶皱这样排列，显示不出剪切褶皱是介于弯曲(滑)与弯流之间过渡关系。而且还牵涉到纵弯、横弯都可以形成γ、α褶皱，唯独剪切褶皱必须是纵弯褶皱才能形成，显然成因机制是不协调的。

本文将γ、β、α、δ褶皱分别作为由表层构造相-深层构造相不同层次的褶皱指相标志，这一标志便于实际工作中直接应用。只需注意，β褶皱和α褶皱的转折部位表现均是层片处处相交，因此区别这两种褶皱需在翼部找依据。同时针对不同能干性岩层对褶皱反映的敏感性差别较大，一般要以柔性较大的泥沙质、泥质、基性火山质及薄层岩石这些敏感性岩石所表现的褶皱为代表。

1.1.2 不同构造层次的断裂

断裂构造由浅到深，其变形由脆性-韧性-超塑性流变变化，产状由陡-缓-水平剪切。在地壳表部表现为脆性变形，其形成的构造岩是角砾岩、构造透镜体、断层泥及碎裂岩系。地壳浅中部为脆韧性至韧性变形，岩石主要以矿物晶体的塑性变形为主要表现形式；矿物显著压扁、拉长而具定向组构，如长石、石英呈透镜状、眼球状、拔丝状等；变形产物为糜棱岩系及构造片岩类。断裂进入到地壳中深部时，岩石以超塑性剪切流变、变质构造分异为主要特征，而形成条纹状、条带状岩石。

作为地壳常见矿物的石英和长石，分别在300℃、11 km深和450℃、22 km深由脆性变形转变为韧性变形[6]。显然岩石在300～450℃区间石英为塑性变形，长石为脆性变形。所以该区间内形成的糜棱岩中，石英被压扁、拉长而显著定向，长石则发生破碎呈碎斑出现。在450～600℃区间，长石、石英均已塑性变形，而角闪石仍处于脆性变形状态，由于角闪石出现退变质，由链状结构向层状结构的黑云母转化来释放应力，野外一般看不到角闪石的碎斑。五台山区韧性剪切带由低绿片岩相区进入到高绿片岩相区、低角闪岩相区，长英质糜棱岩由所谓的“线糜岩”向“片糜岩”转变，即由单一的石英韧性变形向石英、长石一起韧性变形转变。反映其构造位置由上地壳进入到中地壳，即由浅层构造相向中层构造相转变。但温度＞600℃时，角闪石处于韧性变形状态，600～750℃产生扭折带，800℃观察到（100）面的滑移[1]。中酸性岩石开始部分熔融(温度630℃、压力5 kbar、H2O 5%)[7]，岩石变形以超塑性剪切流变为主，平行叶理的长英质脉体的广泛发育成为重要的指相标志。此时辉石（紫苏辉石、透辉石）明显为脆性变形，表现为粒化定向，构成常见的辉石链结构。据White和Mawer研究成果[8]，在麻粒岩相变形环境下，当长石和石英等其它矿物发生重结晶时，角闪石则分解为细小的黑云母、钛铁矿和碳酸岩，说明变形中有少量流体的存在。恒山变质镁铁质侵入岩中强变形的部位角闪石出现明显的动态重结晶现象和扩散蠕变机制及超塑性流动变形机制，说明恒山中深变质岩曾经处于中下地壳的过渡转换带。

因此，我们可以用石英、长石和角闪石塑性变形起始温度及中酸性岩初熔温度，将断层性质划分为脆性、脆韧性、韧性和超塑性流变四个相。

1.1.3 不同构造层次岩石的布丁化

布丁化是变质岩区常见的构造现象，在绿片岩相地区，常见石英脉、石英岩、花岗岩脉形成的布丁，附加条件是周围岩层应是柔软的泥砂质或玄武质变质岩石。角闪岩相条件下，斜长角闪岩可发生布丁化[9]，尤其是当围岩为长英质岩石时，布丁化更加容易产生。在高角闪岩相-麻粒岩相条件下，基性麻粒岩的布丁化十分普遍，并多呈可确定剪切指向的圆柱状旋转体，构成露头尺度上的旋转碎斑系，如浑源香水寺一带。由于熔融、分异作用，常常可以看到这些旋转的布丁体周围有白色的长英质眼圈。

据此，我们可以把石英脉、石英岩、花岗岩脉形成的布丁化，作为浅层构造相的辅助指相标志；而将斜长角闪岩的布丁化作为中层构造相的指相标志之一；将基性麻粒岩的布丁化作为深层构造相的辅助标志。

1.1.4 不同构造层次的同构造分泌结晶脉

不同矿物的脆-韧性转换温度或深度是不同的。单文琅等将主要矿物的固流限由低到高排列为：粘土类矿物、方解石、石英、钾长石、斜长石、角闪石[5]。在晋北早前寒武纪变质岩中观察到钾长石和斜长石的顺序正好相反[9]。

在表层构造相相当于亚绿片岩相-低绿片岩相条件下的强变形带中，石英作为碎斑存在，不发生晶体塑性变形。方解石发生塑性变形，局部溶解，充填于张裂隙中，形成同构造分泌结晶脉——方解石脉。

在浅层构造相，即相当于低绿片岩相-绿片岩相条件下的强变形带中，石英发生塑性变形，长石在变形中以脆性破裂为主，成为碎斑。石英易于溶解，充填于张裂隙中，形成同构造分泌结晶脉——石英脉。

在中层构造相，即相当于高绿片岩相-角闪岩相变质条件下的强变形带中，石英、长石均呈塑性变形。长英质岩石发生显著的静态重结晶，形成多晶石英条带；暗色矿物由链状结构向层状结构转化而在强变形带中得以保留，长石、石英发生溶解，并携带角闪石转变为黑云母时析出的钙质向张性环境的迁移，形成同构造分泌结晶脉——绿帘石石英脉。

在深层构造相，即相当于高角闪岩相-麻粒岩相条件下，角闪石为塑性变形，并主动定向。中酸性岩石开始部分熔融，岩石中条带状构造发育，出现了大量平行剪切面理的浅红色长英质条带、灰白色长英质条带。

我们可以把不同条件下形成的同构造分泌结晶脉作为辅助指相标志。即把方解石脉、石英脉作为浅层构造相的标志，绿帘石石英脉作为中层构造相的标志，透入性的浅红色长英质条带、灰白色长英质条带作为深层构造相的标志。

1.2 构造相的划分

1.2.1 划分构造相的温度条件

本文根据不同层次的褶皱、断裂、布丁化岩石及同构造分泌结晶脉的宏观地质特征和与其相关的微组构特征，结合当前实验研究成果，将构造相自上而下划分为：表层构造相、浅层构造相、中层构造相和深层构造相(表1)。

在褶皱构造中，表层构造相应当以成岩作用的顶界180～230℃为标志。而断裂构造中，以石英发生塑性变形临界点300℃为标志。两者相差约100℃，这是客观存在的，因此，将表层构造相与浅层构造相的分界温度定于200～300℃之间。

浅层构造相与中层构造相，以褶皱而论，到高绿片岩相环境中，泥质岩已形成α褶皱，但大理岩与厚层石英岩尚处于β褶皱阶段，到了低角闪岩相环境β褶皱才完全消失。所以β与α褶皱界限涉及两者并存的区间，其温度范围大约在400～500℃之间。糜棱岩中长石由脆性向韧性转换温度为450℃。故将450℃作为浅层构造相与中层构造相的分界。

中层构造相与深层构造相，褶皱以类型划分，δ褶皱（柔流褶皱）必须在岩石处于超塑性的流体状态下产生，因此温度起码需要达到中酸性岩的部分熔融起点温度630℃。岩石在超塑性剪切流变过程中，发生构造分异作用形成浅暗色条带相间的条带状构造，角闪石已发生塑性变形，而角闪石发生塑性变形的温度需在600℃以上，与中酸性岩的部分熔融的初始温度基本吻合。故将630℃作为中层构造相与深层构造相分界温度。

1.2.2 划分构造相的宏观标志

(1)褶皱：不产生片(劈)理的褶皱属表层构造相，层理与片理处处斜交的褶皱为浅层构造相，层理与片理几乎处处平行的(转折端除外)褶皱属中层构造相，柔流褶皱的出现则属于深层构造相。

(2)断裂：脆性断裂，构造角砾岩，断层泥均属表层构造相的产物；断层泥中出现丝绢光泽，指示进入浅层构造相，韧性剪切带及韧性断裂的出现则表明已达浅层构造相，石英发生塑性变形，长石仍属碎斑；韧性剪切带及韧性断裂中的长石也发生塑性变形时，则进入到中层构造相；深层构造相的强变形带则表现为超塑性流变和部分融熔，条带状构造、肠状构造发育。

(3)布丁化：表层构造相中极少见布丁化岩石，偶而也有砂质、粉砂质薄层岩石呈布丁而隔于泥岩中，但它不变质，很容易识别它属表层构造相的产物；石英岩、石英脉的布丁化，在浅变质岩区应属浅层构造相；花岗岩脉、斜长角闪岩的布丁化则属于中层构造相；而斜长角闪岩四周包绕白色长英质条带的布丁体则属于深层构造相的特点。

(4)同构造分泌脉：在强变形带中同构造分泌出的方解石、石英细脉，它们常平行片理面分布，或在其附近的张性空间充填，此类脉体属浅层构造相的产物；顺片理分布的绿帘石石英脉则属于中层构造相的产物；透入性的长英质条带及部分融熔物的出现则表明已达深层构造相。

2 晋北地区的大陆地壳结构、性质和构造相相变

2.1 晋北地区的大陆地壳结构和性质

大陆岩石圈流变学分层性的认识是二十世纪八十年代以来地质学和地球物理学在应用流变学理论方面的重大进展之一[10]。Meissner（1967）在德国南部的地球物理工作揭示出地壳内低速层和高速层多呈互层状，提出了复杂的地壳结构模式[1]。Percival通过对出露的深部地壳剖面的研究，提出陆壳结构的三分模式，下部地壳为麻粒岩相岩石，中部地壳为角闪岩相岩石，上部地壳为绿片岩相岩石[11～13]。不同构造环境陆壳的物质组成和结构有所不同，在裂谷区中地壳波速偏低，可能与近水平剪切和部分熔融有关，下地壳高速体的存在暗示着是地幔底侵作用的结果。大同-集宁麻粒岩区是下地壳的代表，恒山角闪麻粒岩相高级区可能是中-下地壳的过渡带，五台山角闪岩相变质的五台岩群可能代表中地壳，五台山低绿片岩相变质为主的滹沱群是上地壳的代表。

表1 构造相分类表Table 1Classification of tectonic facies

大同-集宁麻粒岩区(深层构造相)，以一套麻粒岩相变质的紫苏斜长片麻岩为主体(葛胡窑片麻岩)，其物质组成以中基性岩石和添加的地幔物质（紫苏透辉斜长角闪岩、石榴斜长二辉岩）为主。近水平韧性剪切构造发育，平行片麻理的长英质条带、构造透镜体、布丁体十分发育。构造形式与传统的太古宙片麻岩区热底辟状巨型尖圆褶皱模式比较类似，认为是固体状态的热底劈上升形成的构造形式，可能代表华北克拉通早前寒武纪下地壳的物质组成和构造样式。

近年来一些学者研究表明，康氏面性质和存在状态是比较复杂的，在许多地区不存在康氏面。Percival和Fountain通过对加拿大Kapuskasing抬升区出露的深变质岩石研究表明，康氏面在该区是可能存在的，但不是一种突变截然的地质界面，而是一个宽度大、岩性复杂的过渡带，它既与来自深部的麻粒岩相变质地体中含水的长英质岩浆上升迁移造成的岩石密度差有关，也可能是由于下地壳垫托了较多的基性、超基性岩浆所致[14]。恒山角闪麻粒岩相高级区这一中-下地壳的过渡带可能暗示着康氏面曾存在过。恒山角闪麻粒岩相高级区(深层构造相)的土岭片麻岩、义兴寨片麻岩，以闪长质岩石和横向添加的地幔物质为主，表壳岩（主要为角闪岩相）以镁铁质火山岩及沉积岩为代表。即便是以构造岩片产于片麻岩中的五台岩群金刚库岩组也以基性、中基性岩层为主，而在五台山区金刚库岩组广泛分布的中酸性变粒岩则在恒山角闪麻粒岩相高级区分布很少。片麻岩中有熔融程度不同而呈不同色调的地层残留体，又有暗色矿物集合成的渣体，尚有顺层侵位被强烈改造成具滚动、旋转构造并以包体形式产出的超镁铁质-镁铁质岩。岩体中条带结构发育，这些长英质条带，反映出片麻岩深层构造相的深熔流动层次[5]-超塑性剪切流动层次特征。该层次中的低熔组分熔融、分异、交代、反应与超塑性顺层剪切流动现象很普遍。构造面貌复杂，δ褶皱发育是其最大特征。恒山角闪麻粒岩相高级区代表中-下地壳的过渡带、拆离带，其典型的构造样式、物质组成、变质作用及深融作用对于研究中下地壳的流变习性、地壳分异作用、早期大陆裂解事件具有十分重要的意义。

近代地壳拉张区的深反射地震模式，呈现出相对透明的上地壳（镁铁质岩墙是陡立的）和上地幔，下地壳充满了致密、重叠和近似水平的反射体，即近似水平的“强反射层”，局部有网结状的特点，认为是下地壳在拉张作用下的近水平剪切，镁铁质-超镁铁质岩浆发生底侵，沿横向贯入并发生变质作用的结果。比较而言，恒山近水平韧性剪切作用，也伴随着镁铁质-超镁铁质岩浆的底侵作用，沿横向贯入并发生麻粒岩相变质作用，具有十分相近的特征。

2.2 构造相及相变特征

该区1∶5万区调取得重要成果：①将含水-东跑池一带的斜长角闪岩、变粒岩夹磁铁石英岩的一套变质火山岩（朱家坊表壳岩）划归五台群金岗库组。②前庄旺表壳岩是五台群遭受深层次变形变质和重熔的结果。③麻粒岩相事件也涉及了五台群。这些成果的取得使人们对晋北地区由南向北地壳层次加深的区域构造轮廓更加清晰（图1）。

由五台山北坡至恒山北麓，具有两大宏观特征，其一是由南向北地层与片麻岩互为消长。金刚库岩组逐渐减少至消失，片麻岩则增多。由地层(金刚库岩组)向原地片麻岩(土岭片麻岩)和异地片麻岩(义兴寨片麻岩)渐变过渡[15]。其二是南部呈NEE -近EW向线性构造带，北部则以复杂的卵形构造区为主。

五台山北坡代县的西田一带，五台岩群金岗库岩组底部为一套富铝岩系，表明五台岩群金岗库岩组是沉积在古老基底之上的一套以变质镁铁质火山岩为主，含少量BIF和碎屑岩的沉积组合，属中层构造相，地层褶皱呈同斜α褶皱，变质程度为低角闪岩相。向北过滹沱河至牛星堡进入深层构造相。在牛星堡剖面上，金岗库岩组自南向北变质程度递增，出现矽线石带，斜长角闪岩具变余杏仁构造，浅红色条带、条纹发育。再向北进入前庄旺表壳岩中，条带状变粒岩、层状片麻岩或条纹状、条带状斜长角闪岩、片麻岩呈互层状产出，界线是过渡的。再向北则依次过渡为层状片麻岩与条带状变粒岩互层至以片麻岩为主夹较多的黑云变粒岩、斜长角闪岩残体，亦相应出现二辉石带，灰白色长英质条带及柔流褶皱十分发育。显示了由层状至不连续似层状，由地层至片麻岩过渡的特征。变质作用由角闪岩相至高角闪岩相、麻粒岩相渐变过渡，部分熔融程度递增的趋势。地层残体中所采集的标本中出熔结构发育，能反映斜长石熔出低熔的钠长石的过程。由渣体-变质地层-原地片麻岩（土岭片麻岩）-异地（侵位）片麻岩（义兴寨片麻岩）的长石牌号An为50-40-32-31，这一变化规律反映了部分熔融使地层中低熔组分向岩体迁移，难熔组分在渣体中富集的规律[15～16]。与金岗库岩组残留地层呈渐变过渡关系的土岭片麻岩有一系列不同于常见侵入成因的片麻岩体的地质特征。①岩体宏观地质面貌复杂，岩体中既有新生的花岗质熔体，又含有大量大小不等、形态各异的包体(图2-a、b、d)，可谓“四世同堂”。其中有熔融程度不同而呈不同色调的地层残留体、有由暗色矿物集合成的渣体，尚有顺层侵位被强烈改造成具滚动、旋转构造并以包体形式产出的超镁铁质-镁铁质岩(图2-a、b、d)。有的基性包体为高压麻粒岩。②岩体中条带发育(图2-c)，这些长英质条带，早期阶段发育淡色长英质条带（2 480±12 Ma），晚期阶段为肉红色花岗质条带（2 415±3 Ma）[1]，肉红色花岗质条带切穿淡色长英质条带的现象常见，反映出片麻岩由深层构造相的深熔流动层次-超塑性剪切流动层次向中层构造相变化的过程。在此过程中低熔组分的熔融、分异、交代、反应与超塑性顺层剪切流动同行。伸展抬升的后期，在平行叶理的扩张空间，长英质矿物成核，生长形成钾质眼球状、强直片麻岩（混合岩）。其形成过程中，熔融、交代、分异，乃至局部运移（甚至注入）均不同程度发生过。在恒山灰色片麻岩和金岗库岩组的局部底部层位（大川岭、牛还和太和岭口等强烈变形的表壳岩单元），发育眼球状、条纹状、条带状片麻岩，均是回返抬升过程中在高级变质作用条件下强烈剪切流变，递进变形的产物。主要岩性无论区域规模还是露头尺度，均由片麻状英云闪长岩，至眼球状黑云斜长片麻岩、条纹（条痕）状黑云斜长片麻岩，到条带状黑云斜长片麻岩（强直片麻岩）。眼球状片麻岩是在中细粒片麻岩中出现较大颗粒的碱性长石斑晶的岩石，斑晶往往呈φ、δ型碎斑系，反映剪切变形过程中长英质组分类似变斑晶成核、生长形成的运动学标志体。暗色矿物条带主要由辉石、角闪石和黑云母组成，辉石粒化构成辉石链结构，角闪石和黑云母显著定向。脉体的布丁化由早阶段发育灰白色条带片麻岩中斜长角闪岩细脉的布丁化向晚阶段发育浅红色条带片麻岩中花岗质细脉的布丁化转化。③构造面貌复杂，δ褶皱发育是其最大特征(图3-a、b、c)。在靠近地层的地方条带往往强直、细密，往往是以旋转碎斑系来指示运动方向。各种运动学标志表明上盘总体向SEE向运移，属右旋剪切特征。稍远离地层，褶皱构造是十分复杂的，可见流褶层、顺层掩卧褶皱及无规律不协调褶皱（δ褶皱）。

五台山花岗绿岩带，为呈NEE向展布的线状构造带，分布在五台山区和恒山南部。绿岩带下部为五台岩群，原岩以基性火山岩为主体夹中酸性火山沉积的含铁建造；绿岩带上部为高凡岩群浊积岩复理石建造。五台岩群地层基本上属中层构造相(图1)，褶皱以α褶皱为主(图3-d)，向南西逐渐出现β褶皱。五台山角闪岩相变质为主的五台岩群(南西部为绿片岩相)，以镁铁质火山岩及沉积岩为代表。绿岩带总体构造格架呈NE向展布的“之”字型构造，α褶皱和逆冲断层或韧性剪切带发育。广泛分布的北台片麻岩，由北往南，随着变质相由角闪岩相向绿片岩相渐变，由中性岩(石英闪长岩)向中酸性岩(英云闪长岩)、酸性岩(奥长花岗岩)渐变过渡[16～17]。这可能反映其构造位置由中层构造相向浅层构造相转化。

滹沱群褶皱以β褶皱为主。在非叠加褶皱地区，片理走向稳定，为NEE向，倾向S，倾角40°～60°，远观褶皱形态均为一翼陡一翼缓的倒转构造。其中泥质岩为主体的岩系以及火山质和泥砂质胶结的变质砾岩胶结物，对片理化十分敏感，从顶部郭家寨亚群中的板岩，到底部四集庄组底砾岩，层理与片理处处斜交，是最典型的β褶皱。

图1 晋北早前寒武系构造相变图Fig.1Tectonic facies map ofNorthern Shanxi province in EarlyPrecambrian

滹沱群的构造相变主要表现为顺走向在滹沱群的NEE-SWW两端发生，由中心地区的五台城一带，向东30 km至插箭梁一带，进入β褶皱与α褶皱过渡地带，泥质岩在此已呈α褶皱，而砂岩仍属β褶皱；再向东至石咀一带，则完全进入α褶皱区，过去一度将该套地层划归五台群底部板峪口组，二十世纪九十年代1∶5万区调证实，这套地层完全与滹沱群大石岭组地层逐层相连。这是滹沱群复向斜南部情况。复向斜中部，滹沱群在白头庵一带，泥质岩进入α褶皱，而砂岩为β褶皱。到东缘化桥一带，碎屑岩包括变质砾岩也都为α褶皱。复向斜北缘，在金阁寺一带，泥质岩呈α褶皱，砂岩呈β褶皱，到更东部的竹林寺一带，变质砾岩也都成为α褶皱。五台山最西端，过忻口至金山，滹沱群也呈α褶皱。

图2 恒山灰色片麻岩中的镁铁质和长英质脉体的石香肠构造和碎斑系Fig.2Boudin and porphyroclastic structures in mafic and felsic veins in Hengshan greygneiss

图3 恒山灰色片麻岩中褶皱构造特征Fig.3Structural features ofthe Hengshan greygneiss’s folded region

滹沱群的构造相变反映滹沱群在构造运动中所处的地壳层次不同，西浅东深的构造相与西浅东深的变质相是协调的。滹沱群西部变质浅，相当于低绿片岩相，向东至刘定寺一带，片岩中出现黑云母斑晶，即进入高绿片岩相。而继续向东到插箭梁、白头庵则分别出现石榴子石、十字石，岩性变为石榴子石黑云母片岩、十字石黑云母片岩，变质程度递增，构造层次由浅变深。滹沱群顶部地层泥质岩为板岩，而底部砾岩中的泥质胶结物已成绿泥片岩。变质相的变化与构造相所反映的变化相互映衬，它们都是岩层所处地壳层次的指示剂。

3 结论

（1）通过构造相研究，对变质岩区普遍发生的所谓“同岩异化”和“异岩趋同”，或“同物异相”和“同相异样”现象进行合理的解释，初步建立了晋北地区早前寒武纪地质事件序列。从而对变质岩区研究方法提供了一些新的思路。

（2）在对晋北变质岩区的构造相和物质组成研究的基础上，结合当前岩石圈的层圈结构理论，认为大同-集宁麻粒岩相变质区是下地壳的代表，恒山中深变质岩区是典型的中下地壳过渡带，五台山角闪岩相变质的五台岩群代表中地壳，绿片岩相变质的滹沱群是上地壳的代表，探讨了该区的地壳结构、性质和构造样式。

（3）恒山中-下地壳的过渡带在区域构造演化过程中起着关键作用，是岩石圈中能量和物质交换最活跃的层圈，表现为广泛发育的超塑性剪切流变现象和部分熔融现象,伴随着镁铁质-超镁铁质岩浆的底侵作用，沿横向贯入并发生麻粒岩相变质作用。

（4）以晋北早前寒武纪变质岩区的构造研究为依据，结合当前一些造岩矿物变形行为的实验研究成果，提出了构造相的划分方案，并对该区进行了构造相的划分，分别为表层构造相、浅层构造相、中层构造相、深层构造相。确定了相标志，从空间上探讨了构造形迹与形成环境之间的关系。

（5）着重论述了晋北早前寒武纪变质岩区的构造相及相变特征，总结了该区不同层次岩石和主要造岩矿物的变形行为以及褶皱、断裂、同构造分泌结晶脉、岩石布丁化的特点，将不同层次的褶皱进行了新的分类，由浅到深分别为γ褶皱、β褶皱、α褶皱和δ褶皱。

岩石的变形决定因素很多，除温度、压力外，尚有岩石的力学性质、岩层的厚度、应力的作用时间、有无水的参与等等。目前我们仅仅可以从温度、压力等物化条件方面对构造相进行了粗略的划分和探索，对于其它因素对构造相的影响有待有关专家去探索。就构造相的划分界限的温压条件也是有待进一步完善和商榷的。

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Tectonic Facies of Early Precambrian Metamorphic Terrance,Northern Shanxi province

GUO Jin-lin1,MI Guang-yao2,FANLin-sen1,Wei Jun-hao3
(1.Bureau ofResourceand Geology,Department ofcoal-industryofShanxi Province,Taiyuan 030045,Shanxi,China;2.Instituteof Geological Surveyin Shanxi Province,Yuci 030600,Shanxi,China;3.FacultyofEarth Resources,China UniversityofGeosciences, Wuhan 430074,China)

Northern Shanxi province is considered to be one of the most popular places for the tectonic facies researches due to the various structural characters at different crust levels.In the present study,the relative order of geological events in Early Precambrian was established using the structural analysis combined with the research progress of geological rheology.The results are as follows:the rocks of the lower crust in Datong-Jining areas are believed to consist chiefly of granulite-facies metamorphic rocks;the high grade metamorphosed crustose rocks in Hengshan Mt.may represent the transitional zone of mid-lower crust;the amphibolite facies metamorphic rocks are mainly in the southern areas(Wutai Mt.);the greenschist facies metamorphic rocks are characterized by the presence of upper crust in Hutuo group.In addition,based on the different geological characters of fold,fracture,pudding of the rock and syntectonic crystallization,we provide some references for analyzing the tectonic facies and the structural phase transition in the Northern Shanxi province.

tectonic facies;structural phase transition;rheology layer;Early Precambrian metamorphic rock;northern Shanxi province

P534.1

A

1007-3701(2011)03-0221-10

2011-04-21

郭景林(1957—)，男，高级工程师，主要从事地质矿产调查工作.E-mail：gjl4370599@163.com