内蒙古哈达门沟地区黑云母击象及其构造意义

陈代鑫，王根厚，刘得文

（中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083）

0 引言

在云母的（001）面上快速施加适量大小的外力时，可产生三组透入性裂理，其中一组平行于光轴面，相邻两组裂理的夹角为60°，这三组裂理造成的图象称为云母的击象［1－2］。但由于切面并不完全平行于云母的（001）面，故在薄片中所测夹角也略有不同，一般情况下，见到更多的是平行光轴面的那组裂理，该组裂理发育最长，其他两个方向的裂理表现较短，发育程度近似［3］。击象裂理常被后期矿物充填，充填物通常为榍石［4］。黑云母击象构造是高速应变形成的脆性变形，因此它的出现可以指示自然快速变形的存在［5］。

前人曾在哈达门沟、五当召等地的新太古界乌拉山群黑云角闪二辉麻粒岩、黑云母二长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、紫苏黑云角闪麻粒岩等岩石中发现了黑云母击象构造，并对其特征和地质意义做过初步讨论［6］。本文在前人研究资料的基础上，详细研究内蒙古哈达门沟地区新太古界乌拉山群变质岩中的黑云母击象构造的特征，并探讨其成因及其构造意义。

1 地质概况

哈达门沟地区位于内蒙古包头市西郊，其大地构造位置地处华北北缘西段的阴山隆起带内，区内出露地层主要是新太古界乌拉山群变质岩，该变质岩带被呼和浩特—包头断裂和临河—集宁断裂围限（图1）。古元古代早期，古陆块的边缘和内部经历了强烈的裂解作用，乌拉山—大青山地区的包头—呼和浩特断裂初步形成［8］；临河—集宁断裂在新太古代的乌拉山旋回时开始活动，并在新太古代末表现为高角闪岩相、麻粒岩相的高温韧性剪切带；古元古代在伸展体制下抬升并叠加浅层次的绿片岩相低温韧性剪切活动；中元古代之后转化为脆性断裂活动，并控制着以后各期的沉积和岩浆建造［9］。

图1 哈达门沟地区构造位置图（据文献［7］，修改）Fig.1 The tectonic position of the Hadamengou gold deposit

（1）地层。研究区出露的地层主要是新太古界乌拉山群第三岩组的一部分，从北向南、从老到新划分为5个岩性段，依次为黑云母角闪斜长变粒岩、黑云斜长角闪片麻岩、含榴黑云斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩和黑云二长片麻岩［10］。乌拉山群变质岩形成于活动大陆边缘环境中，相当于活动大陆边缘岛弧靠近大陆的浅水盆地，原岩是一套以砂质沉积为主的火山－沉积岩建造，夹少量侵入岩。火山－沉积岩建造发育时间大约为3Ga。新太古代，乌拉山群逐渐下沉至地下20～30km深处，发生了麻粒岩相变质作用。随着南北微古陆的碰撞，乌拉山群随着一系列高温韧性剪切带上升到地表。到了古元古代，大青山地区的太古宇麻粒岩带再次下沉，其上不整合沉积了古元古界二道洼群火山岩－沉积岩组合，下沉后遭受第二次升温作用，发生了绿帘角闪岩相退变质作用［6］。

（2）构造。研究区最主要的构造是近EW向展布的乌拉山大型复背斜及乌拉山山前大断裂（呼和浩特—包头断裂）和山后临河—集宁断裂，其他次一级的褶皱断裂造基本上是依此而派生的。其次，NW向、NE向断裂构造也较发育，但规模比较小。地貌表现为山岳和大川的走向均系NW向，主要的地质构造线的走向近NW向，其他构造体系都是后来叠加或是NW向构造体系派生的次一级构造［11］。

2 黑云母击象显微特征

本次研究主要是在偏光显微镜下对研究区岩石薄片中的黑云母进行显微构造研究，所用的岩石薄片由采自内蒙古哈达门沟地区的新太古界乌拉山群黑云角闪斜长片麻岩（样号：YP23、YP39、YP59、YP270、YP284、YP288、dx22）、黑云母二长片麻岩（样号：YP32、YP34、YP42、YP43、YP60、YP278、YP282、dx21）、混合岩化黑云斜长片麻岩（样号：YP127）、糜棱岩化黑云二长片麻岩（样号：dx2）、糜棱岩化细粒英云闪长岩（样号：YP171）及紫苏黑云角闪麻粒岩（样号：YP274、YP279）磨制而得。

经镜下观察，发现内蒙古哈达门沟地区乌拉山群变质岩中的黑云母原本普遍发育击象构造，但因后期叠加改造、蚀变、交代等破坏，有的击象被部分保留，有的彻底消失。保留下来的击象裂理因为挤压变形而改变了夹角，经测量，裂理的夹角大于60°者集中在65°～90°之间，小于60°者集中在30°～55°之间，但这种夹角的改变也许部分是由于切片的角度导致的。大部分切面上可见3组发育完整的清晰裂理，裂理平直，部分裂理被后期新生矿物填充，部分裂理未被填充。经光性鉴定，发育最完好、延伸最长的那组裂理平行于黑云母光轴面——（010）面（图2）。

发育击象的黑云母在单偏光下通常呈棕黑色—深棕色（图2d），少部分呈淡绿色。在镜下还发现有的云母片中间颜色深，呈深棕色，往边部颜色逐渐变浅，呈淡绿色（图2e，图2f）。据前人研究资料，这种保留了击象的淡绿色的黑云母是由棕黑色－深棕色黑云母丢失铁而形成。发育击象的黑云母在正交光下呈浅绿棕色－紫褐色，因绿泥石化和重结晶而呈深绿－紫黄、紫红色。后期新生成的云母在正交偏光下干涉色高，颜色鲜艳，一般呈紫红－蓝绿色。

图2 片麻岩中黑云母击象特征的显微照片Fig.2 Micrographs of biotitic percussion figures in gneiss

发育击象的黑云母遭受了混合岩化作用改造而重熔，表面黑云母击象几乎消失，仅仅残存部分裂理（图3a，图3b），其中还存在混合岩化后期新生黑云母，证明混合岩化作用晚于黑云母击象（图3c）。此外在糜棱岩中也发现了大量黑云母迹象，发育击象的黑云母被拉呈长条状，定向排列，有时残存的击象黑云母产生缘泥石化，并与不发育击象的晚期黑云母共存（图3d），在新生黑云母中见不到击象特征（图3e）；显然黑云母发育击象在前，剪切作用在后。

此次研究还发现，眼球状黑云角闪斜长片麻岩（样号YP 23）中的云母发育良好的击象，黑云母呈长条状，以细碎基质的形式环绕碎斑分布，定向明显（图3f），说明黑云母击象发生在眼球状片麻糜棱岩形成之前。

从整体看来，发育击象的黑云母颗粒细小，蚀变严重，通常呈长条状或多边形近等轴粒状。包含有击象黑云母的变质岩，有的发生了糜棱岩化（YP23：眼球状黑云角闪斜长片麻岩），有的发生了退变质作用（YP39：条带状黑云角闪斜长片麻岩；YP54：紫苏黑云角闪斜长片麻岩；YP59：蚀变黑云角闪斜长片麻岩；YP60：蚀变黑云母二长片麻岩；dx21：黑云母二长片麻岩）。与击象黑云母共生的长石，多发育双晶和显微裂纹；石英多呈拉长状、条带状，更多的显示塑性变形特征。除了黑云母之外，尚未发现其他快速变形的痕迹，这或许是因为云母颗粒较小且含量相对较少，分散地夹杂在其他矿物颗粒之间，且云母对快速应变的反应比其他矿物更敏感而强烈，当受快速应力时，长石、石英、角闪石等相对坚硬的矿物将应力直接传递给旁边相对较软的云母，因此在快速应力作用下这些矿物自身尚未表现出脆性变形的特征。

3 黑云母击象形成时代及成因

图3 混合岩化和韧性变形岩石中的黑云母显微照片Fig.3 Micrographs of biotite from gmatized and ductile deformed rocks

研究工作表明，哈达门沟地区变质岩石击象黑云母的退变质现象较为普遍。镜下黑云母边缘多模糊不清，常有一些狭小的次生矿物如绿帘石、绿泥石生成；击象裂理在黑云母颗粒中心发育较好，到边部逐渐变得模糊，且裂理总是不穿过黑云母边部的新生矿物（图4）。以上特征表明，哈达门沟地区的乌拉山群岩石中具击象的黑云母遭受了后期退变质作用的改造，而后来因退变质作用而生成的黑云母不具击象，且在正交光下干涉色比具有击象的黑云母高，颜色更鲜艳，晶形更完好（图3e，下图）。

哈达门沟地区发育的黑云母击象遭受了混合岩化作用、绿帘角闪岩相退变质作用及韧性剪切作用的改造和破坏，显然黑云母击象的形成时代早于钠质混合岩化作用、绿帘角闪岩相退变质作用及韧性剪切作用。据前人对哈达门沟地区变质岩系研究资料，混合岩化作用发生的时间为中太古代—新太古代（陈昌勇，1988；陈毓川、薛春纪等，2003）；绿帘角闪岩相退变质作用发生在元古代初，在退变质过程中发生了大规模的绿泥石化（朱大岗等，1996）；早期高角闪岩相麻粒岩相高温韧性剪切作用发生在新太古代，晚期绿片岩相韧性剪切作用发生在古元古代早期（即吕梁期）［9］（苗来成等，1999；胡宝全等，1990）。另据文献［6］研究，乌拉山群岩石在新太古代末遭受了麻粒岩相变质作用，到古元古代时又发生了绿帘角闪岩相退变质作用，之后尚未发现乌拉山群岩石再发生退变质作用；乌拉山地区眼球状片麻糜棱岩带形成于太古宙末—古元古代初期，麻粒岩带上隆抬升的过程中。因此，新太古界乌拉山群岩石中的黑云母击象出现的时期最可能是在新太古代麻粒岩相变质作用之后到古元古代绿帘角闪岩相变质作用之前。

黑云母击象是快速受力、脆性变形的产物，这已得到公认。其成因通常有：因应变硬化而出现应力与应变的脉动现象，从而导致韧性变形和脆性变形交替出现的现象［2］；陨石冲击或火山喷发及古地震断裂［1］。本次研究从黑云母击象特征、区域地质演化及构造位置来看，内蒙古哈达门沟地区的黑云母击象出现的原因不可能是应变硬化，因为尚未发现存在多期次击象，而且与击象黑云母共生的长石、石英等矿物几乎未表现出脆性变形特征。至于陨石冲击和火山喷发，也尚未发现相关证据。最有可能的情况是古地震断裂引起的快速破裂作用。有关的研究资料表明，古元古代早期，华北地块的边缘和内部经历了强烈的裂解作用，乌拉山—大青山山前的包头—呼和浩特断裂初步形成［8］；临河—集宁断裂在新太古代的乌拉山旋回时开始活动，在太古宙末表现为高角闪岩相、麻粒岩相的高温韧性剪切带；古元古代，在伸展体制下抬升之后又叠加有浅层次的绿片岩相低温韧性剪切活动［9］。由此可知，哈达门沟地区的黑云母击象极有可能形成于新太古代末—古元古代初期乌拉山—大青山山前包头—呼和浩特断裂与山后临河—集宁断裂初成时的地震作用中。

图4 退变质化岩石的黑云母击象特征显微照片Fig.4 Micrographs of biotitic percussion figures in retrogressive metamorphic rocks

4 黑云母击象构造意义

（1）黑云母击象的发生，表明当时岩石已经具备较高的刚度，能够表现出一定的弹性或弹－塑性变形行为。哈达门沟地区和五当召地区乌拉山群岩石中黑云母击象的广泛存在，证明华北地块在新太古代—古元古代初时就具备了较高的刚度，在快速应力作用下就能表现出脆性变形特征。

（2）板块构造理论的一个基本观点就是认为岩石圈板块在发生变形时具备足够的刚度，能整体运动并传递应力。那么乌拉山群岩石中黑云母击象的存在，就证明华北地块在太古宙末—古元古代初期乌拉山群麻粒岩带隆升变形时就具备了足够的刚性，能迅速传递应力，使其内部矿物（如黑云母）在快速应力作用下发生脆性变形。结合华北北缘太古宙麻粒岩带沿着近EW向稳定延伸千余千米的事实，可以认为这条麻粒岩带的形成与刚性板块的快速碰撞有关。也就是说，太古宙末麻粒岩带的广泛出现，很可能就是地壳运动真正的板块构造机制开始的标志［6］。此外，因为黑云母击象发生在新太古代末—古元古代初乌拉山群岩石发生退变质作用之前，而黑云母击象很可能是由呼和浩特—包头断裂、临河—集宁断裂初成时发生地震作用而引起的，因此反过来可以由此佐证这两条大断裂最初形成的时代为新太古代末—古元古代初。

5 结语

（1）内蒙古哈达门沟乌拉山群岩石中黑云母击象构造发生于其退变质作用之前，极有可能形成于新太古代末—古元古代初呼和浩特—包头断裂和临河—集宁断裂初成时的地震作用中。黑云母击象的存在也表明了华北地块在新太古代末—古元古代初已经具备足够的刚度，自此以来的地壳运动完全可以用板块构造理论来解释了，即板块构造理论是适用范围的最早时限很可能能够向前推移到新太古代。

（2）本次研究工作尚未涉及的内容主要有：未对黑云母击象裂理内填充的新生矿物进行电子探针成分分析，对退变质生成的矿物如绿帘石、绿泥石等未进行测年，故未能精确约束黑云母击象的发育时间。随着对乌拉山群变质岩研究的不断深入，上述问题将会逐步得到解决。

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