内蒙古小白颜花地区韧性变形带研究

万 力，梁 佳，万思航，陈敏佳

内蒙古第一水文地质工程地质勘查院，内蒙古呼和浩特 010020

1 地质背景

研究区区位于内蒙古大青山北麓的呼和浩特市的武川县。处于华北板块北缘西段，以早前寒武纪变质基底出露为特征，并且横跨这一早前寒武纪变质基底的两个地质构造单元：北部的花岗绿岩带和南部的高级区。除此之外，还发育大面积的古生代和中生代侵入体及少量的中元古代渣尔泰山群和中新生代地层。

研究区出露的地层，主要有太古宙色尔腾山岩群陈三沟岩组的细粒斜长角闪岩夹黑云角闪斜长片麻岩，东五分子岩组的细粒含石英黑云母斜长角闪岩、黑云母长英片麻岩夹磁铁石英岩。柳树沟岩组的细粒黑云母斜长片麻岩、黑云母石英片岩、二云母石英片岩、石榴二云母片岩、长石石英岩；中元古界渣尔泰山群书记沟组的下段，灰色中厚层状含砾粗粒长石石英砂岩、灰白色－青灰色中薄层中细粒石英砂岩和长石石英砂岩，上段（Chsˆ2）为银灰色绢云千枚岩、深灰色粉砂质板岩夹灰、灰白色薄层细粒石英砂岩，增隆昌组的银灰色绢云千枚岩，粉砂质板岩夹薄层页片状细纹状石灰岩；新生代新近系上新统宝格达乌拉组的岩性为、泥岩、灰黄色厚层状砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩组，呈半固结状。

岩浆岩主要有太古代变质深成岩浆岩，可以分为变质石英闪长岩、斜长花岗岩和花岗闪长岩；晚二叠世当中沟超单元的细粒含斑黑云母二长花岗岩岩性和中细粒斑状黑云母二长花岗岩与晚三叠世霍布超单元的细粒含石榴二云花岗岩。

2 韧性变形带宏观构造特征

西红山子大和城-小白颜花韧性变形带发育在太古宙花岗岩绿岩（色尔腾山群），是华北板块和西伯利亚板块两个大陆板块碰撞的结果。晚古生代天山-兴蒙造山带形成以后，一直处在抬升与剥蚀条件下，其上部许多复杂的构造成分己被剥蚀掉，露出地表的主要是碰撞造山带的根带部分。

小白颜花地区总体呈东西带状分布（内蒙古自治区地质局，1991），倾角在65°左右。自韧性剪切带中心向两侧，存在明显的变形分带现象：中心为强变形带糜棱岩，岩石细粒化发育，石英粒度细，残斑较少；而向两侧的糜棱岩及糜棱岩化岩石中，碎斑含量逐渐增多。流状构造和线状构造发育，表明岩石发生强烈的塑性流变。糜岩的面理上发育拉伸线理，拉伸线理现为被拉长的石英矿物集合体。韧性剪切带中央发育糜棱岩化岩石、糜棱岩、超糜棱岩。

各类构造形态的主要特征如下：

1）糜棱叶理

区内出露的顺层叶理在空间上平行于岩性的分界面，其同构造矿物组合有绢云母、白云母，石英、长石等碎屑物，且矿物呈定向拉长，说明了变形的不均匀性。其中，在能干层内发育有顺层叶理（C面），矿物及矿物组合定向拉长构成拉长方向平行于岩性的分界面，即与围岩层面平行。

2）S-C组构

S面理（Ss面理）即剪切带内面理，或拉伸面理，平行应变椭球的XY面，是岩石经韧性剪切作用，矿物发生塑性或塑一脆性变形，粒度减小并形成细小条纹而构成的面理。

3）矿物拉伸线理

在韧性剪切过程中形成的矿物拉伸线理，主要由定向生长的石英、长石构成。在其变质变形中粒度变小，矿物被拉长。线理主要发育在剪切叶理面上，其矿物的定向拉长方向指示了顺层滑动的方向与围岩层面平行，即与下部糜棱岩的运动方向一致。

4）“A”型褶皱或鞘褶皱

区内出现的“A”型褶皱或鞘褶皱规模较小，只发育在非能干软弱岩层带的强烈变形部位，指示了应变和变形的不均匀，“A”型褶皱枢纽与剪切带内矿物拉伸线理方向平行，指示了剪切运动的方向和围岩层理面平行。

5）糜棱岩

糜棱岩由韧性基质和变形残核、残碎斑晶或变斑晶组成，有着以下特征：粒径较原岩减小；产生在一个相当狭窄的面状地带中；出现强化面理（流动构造）和线理，主要由应变集中形成。岩石矿物的组成和正常的花岗岩基本一样。此外，在岩石中还夹有少量的黑云母片岩。

3 动力学与运动学分析

韧性变形变质带的动力学分析主要包括两方面内容，即主应力方位的确定和差应力值大小的估算。

3.1 应力方位的确定

在区内糜棱岩线理、叶理十分发育，利用stereo_nett软件对糜棱岩的线理、叶理做应力场投影图得出：最大主应力σ1方位为N30°E，倾伏角为25.8°；中间主应力σ2方位为N60°W，倾伏角为10.3°；最小主应力S8.40W，倾伏角为59.10。

图1 线理叶理应力场

西红山子大和城小白颜花的构造玻片中，大多数都可见到十分丰富的变形显微构造，并且不少变形显微构造都有指向意义。我们通过对显微构造、野外宏观现象分析及线理、叶理的产状分析，和对前人资料的收集整理得出，该地区运动方式为左行挤压逆冲推覆构造。

3.2 古应力值的测定

韧性变形带往往是一种高应变递进剪切变形带，主应力测试所依据的原则是显微构造产生于低应变早期阶段，因此，对韧性剪切带所进行的动力学分析，更多的侧重古差应力值的估算。

通过测定亚晶粒与动态重结晶粒径，运用经验公式估算古应力值计算，分述如下：

1）利用亚晶颗粒进行古应力估算时，利用了Twiss（1977）的石英亚晶颗粒粒径估算公式:

（α1-α3）=kμbd-1即△ σ=.18000d-1

其中，k 为无量纲常数；p为剪切模量；b为伯格斯矢量；d为亚晶颗粒大小，单位为μm；△σ为差应力值，单位为Mpa。

对玻片B0055-1计算，共计算11个数据，得到△σ=46.77Mpa

2）在利用动态重结晶颗粒粒径进行古应力估算，利用Twiss（1977）的石英亚晶颗粒粒径估算公式：

（σ1-σ3）=AD-m

其中，A、m均为常数。Twiss对比了金属与矿物的物性资料，从理论角度进行推算，并得到常数：m都为0.68；不同的矿物A值不同，石英为6.1。△σ为差异应力，单位为MPa。颗粒直径单位为mm。

对玻片B0055-1花岗质糜棱岩、B0054-1花岗质糜棱岩、B0054-2花岗质超糜棱岩各取40个数据计算，得到B0055-1的差应力值△σ=75.31 MPa，B0054-1的差应力值△σ=83.56 MPa，B0054-2的差应力值△σ=77.61MPa。本区内古差应力平均值为78.83MPa。

通过分析上述应力值估算结果，可以得出如下结论：

（1）我们利用动态重结晶及亚晶粒粒度变形显微构造参数进行了古差异应力值计算，结果是46.77 MPa与78.83MPa；

（2）利用亚晶粒粒度计算的结果略为偏低，估计其偏低的主要原因是我们在光学显微镜下所观测到的亚晶粒并不是真正的亚晶粒，而可能是亚晶的集合体，由于亚晶间的位相差太小，一般光学显微镜很难分辩出小的亚晶粒；

（3）综上所述，以动态重结晶计算为准，本区古差异应力约为78.83MPa；

4 结论

通过对研究区内韧性流变层的宏观、微观和运动学、动力学分析，研究区韧性变形及韧-脆性变形，而且存在明显的变形分带现象，中心为强变形带超糜棱岩，岩石细粒化发育，石英粒度细，显微构造现象好。拉伸线理优势产状为倾向，倾角韧性剪切带中发育糜棱岩化岩石、糜棱岩、超糜棱岩。

在系统总结前人研究成果的基础上，通过显微构造和运动学、动力学、应变研究分析，本文得出以下结论：

1）详细研究了小白颜花地区主要的变形显微构造，并对其进行分析，初步得出以下结论：这些变形显微构造特征反映出该区岩石是在韧性至脆一韧性变形件下发生的变形。区内变质岩石处于绿片岩相，绿片岩相的温度范围为300℃～500℃（Essene，1989）；

2）通过对糜棱岩的叶理与线理经行赤平投影可见该区最大主应力σ1方位为N30°E，倾伏角为25.8°；中间主应力σ2方位为N60°W，倾伏角为10.3°；最小主应力S8.4°W，倾伏角为59.1°。对该区内糜棱岩做应变分析，得出韧性变形应力以挤压变形机制为主；

3）通过对动态重结晶粒径做差异应力计算的出应力值为78.83MPa。

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