桂北四堡韧性剪切带的发现及其构造意义

张雪锋 ,孟宪刚,韩建恩,邵兆刚,张 达

1)中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081;2)中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083

桂北地区位于扬子地块东南缘,是扬子地块和华夏地块的结合部位,区内发育一套完整的新元古代地层和一系列岩浆岩。因构造部位特殊,地层发育完整,桂北地区长期以来一直是研究华南前泥盆纪构造演化的重要窗口(图1a)。前人从沉积学(杨菲等,2012)、同位素年代学及岩石地球化学(葛文春等,2001;王孝磊等,2006;高林志等,2013;Wang et al.,2012)等方面研究探讨华南新元古代构造演化,取得了丰硕的成果。然而对桂北地区韧性构造变形的研究相对较为薄弱,仅有零星报道(张桂林等,2003),且大多集中于岩体中,对桂北四堡地区前泥盆纪地层韧性剪切带的研究尚处于空白。笔者在参加“江南造山带”南段前寒武系野外地质考察中发现桂北黄金—四堡剖面的地层中发育透入性片理、线理和A型褶皱,认为该地区很可能存在一条规模可观的韧性剪切带。本文初步报道所发现的韧性剪切带的宏观构造特征、显微构造特征、岩石磁组构特征及变形时代,并探讨韧性剪切带的成因及其构造意义。

图1 桂北地区区域地质简图(据广西壮族自治区地质矿产勘查开发局,1999修改)Fig.1 Geological map of Sibao area,northern Guangxi(modified after Bureau of Geology and Mineral Resources of the Guangxi Zhuang Autonomous Region,1999)

桂北黄金—四堡地区主构造线呈北东向展布,主要断裂为 NE—SW 向的四堡断裂。区内发育完整的新元古代地层和古生代地层,地层走向 NE—SW向,由老到新依次为新元古代四堡群(鱼西组)、丹洲群(白竹组、合桐组和拱洞组)和南华纪,古生代地层有泥盆纪(图1b)。其中四堡群主要为低绿片岩相变质砂岩、变质粉砂岩、板岩、千枚岩和基性熔岩、凝灰岩;丹洲群为一套低绿片岩相变质沉积岩及火山岩组合,与下伏四堡群呈角度不整合接触;南华纪为一套极浅变质的含砾泥岩夹细砂岩、粉砂岩,与下伏丹洲群整合接触;泥盆纪主要为砾岩、含砾砂岩、粉砂岩、泥灰岩、生物碎屑灰岩、白云岩,与下伏南华纪呈角度不整合接触。韧性变形主要发育在四堡群鱼西组、丹洲群白竹组、合桐组及拱洞组地层中。研究区内岩浆活动强烈,形成了广泛分布的镁铁质火山岩、镁铁质-超镁铁质侵入岩及中酸性岩体,中酸性岩体主要有本洞岩体、三防岩体及元宝山岩体(广西壮族自治区地质矿产局,1985)。

图2 四堡韧性剪切带野外宏观特征Fig.2 Field view of the Sibao ductile shear zone

1 宏观构造特征

四堡韧性剪切带具有一般韧性剪切带的宏观特征,发育有密集的透入性片理、拉伸线理、A型褶皱和以细粒化为特征的动力变质糜棱岩。在区域变质岩背景上形成一狭长韧性变形变质带。

1.1 片理

带内片理十分发育,对变质原岩发生强烈的构造置换并发生了A型褶皱,以致原始层理面目不清,易误将片理看作层理,但通过划分片理褶曲“包络面”方法,仍可将片理识别出来。如黄金—四堡剖面湾塘角一带丹洲群白竹组(Pt3b)大理岩中测得包络面产状为 132°∠46°(图2a)。

1.2 “A”型褶皱

A型褶皱指线理与褶曲轴线平行的褶皱,系韧性剪切带常见的构造形迹。四堡韧性剪切带内此种褶皱十分发育,主要见于中部强带之内,属中小型,大者跨度数米,小者数厘米(图2b)。大者多为不甚紧密的等厚褶曲,小者褶皱紧密轴部增厚,仔细观察可见片理产状穿层,应属片理褶曲,而不是层面褶曲(图2b)。

图3 四堡韧性剪切带显微构造特征(+,正交偏光)Fig.3 Microfabrics of the Sibao ductile shear zone(+,crossed)

1.3 线理

野外观察发现,凡是 A型褶皱发育地段,平行褶曲轴线线理均十分发育,且产状稳定,密集分布(图2b),以低角度SSW倾伏为特征。湾塘角一带测得产状为:倾伏向 195°,倾伏角 20°～30°,其倾伏向比磁组构圈定的韧性剪切带总体走向(NE30°)存在明显夹角,显示韧性剪切带具有明显走滑特征。

1.4 糜棱岩

糜棱岩是识别韧性剪切带存在最主要的标志之一,多产于韧性变形较强的部位。黄金—四堡剖面卷入构造变形的岩石主要为区域变质岩,其原岩为砂岩和泥岩。带内糜棱岩主要由动态重结晶的亚颗粒及新生应力矿物如绢云母、绿泥石等组成,构成以细粒化为特征的狭窄的强应变带。

2 微观构造特征

四堡韧性剪切带微观标志十分发育且极为典型,主要有:糜棱结构、糜棱面理、S-C组构。

2.1 糜棱结构

显微构造表明四堡韧性剪切带发育有典型的糜棱结构,原岩区域变质岩中石英作为残斑,基质为绢云母和细粒石英,有的含有绿泥石;石英残斑呈眼球状(图3b),表现强塑性变形,包括波状消光、变形带等晶内、晶界塑性变形(图3a,b)。

2.2 糜棱面理

图4 桂北四堡地区韧性剪切带分布图Fig.4 Distribution of the Sibao ductile shear zone

图5 四堡韧性剪切带剖面图(a、c为实测剖面,b据广西壮族自治区地质局,1968)Fig.5 Geological section of the Sibao ductile shear zone (a,c:measured tectonic sections,b:modified after Bureau of Geology and Mineral Resources of the Guangxi Zhuang Autonomous Region,1968)

四堡韧性剪切带强变形带内糜棱面理普遍发育,丹洲群白竹组底部泥质板岩,粘土质杂基绢云母化,鳞片状定向排列,显微褶皱发育,石英残斑定向排列(图 3c);丹洲群合桐组顶部炭质板岩显微A型褶皱,绢云母、细粒石英定向排列,组成糜棱面理构造及显微A型褶皱(图3d)。

2.3 S-C组构

S-C面理构造是四堡韧性剪切带常见的一种变形构造。S面理是由石英残斑的长轴优选方位所显示的不连续面状构造组成,C面理为新生应力矿物绢云母、细粒石英、绿泥石定向排列组成的剪切面(图 3c)。

3 岩石磁组构特征

本次研究共实测3条横切研究区构造线的磁组构采样剖面,分别是北部的帮洞剖面、中部的黄金—四堡剖面及南部的宝坛剖面。每条剖面上以约200 m间距连续采样,共采集经GPS定位的磁组构定向标本 114件,其中帮洞剖面 27件(采点编号为BD1-BD27)、黄金—四堡剖面 55件(采点编号为SH1-SH55)、宝坛剖面 32件(采点编号为BT1-BT32)。定向标本在实验室内切割为立方体样品(2 cm×2 cm×2 cm),共114个,测试在中国地质大学使用 MFK1-FA卡帕桥磁化率仪完成。实验条件为:测量场为300 A/m,工作频率为875 Hz,环境温度为20℃,灵敏度为2×10-8SI,精度为0.1%,黄金—四堡剖面(部分样品)测试结果见表1。

表1 黄金—四堡岩石磁组构参数及参数计算结果(单位:SI)Table 1 Measurements and calculations of the rock magnetic fabric elements along Huangjin-Sibao section (unit:SI)

图6 四堡韧性剪切带面理、线理赤平投影图Fig.6 Stereonet project (Wulff net,lower hemisphere) of foliation and lineation

研究表明磁各向异性度P值是衡量岩石韧性变形程度的量化指标(余钦范等,1992;马天林等,2003)。根据研究区三个剖面磁组构测量结果,将各采样点P值置于平面图,由P≥1.10与1.10>P≥1.05分别圈定出强、弱韧性变形带的位置(图4),并根据P值大小绘制磁各向异性度剖面曲线图(图5)。

根据全区114个采样点的磁各项异性度P≥1.10与1.10>P≥1.05点的分布(图4),圈出了四堡韧性剪切带的强变形域和弱变形域;四堡韧性剪切带总体呈 NE30°方向展布,带宽达 10 km,区内长度超30 km,沿走向向邻区继续延伸,具体延伸情况尚未控制,有待进一步的研究;区内卷入变形最老的地层是四堡群,最新地层是南华系。泥盆纪地层岩石磁化率各向异性度P值介于1.010～1.047,均小于1.05,这一结果说明泥盆纪地层均未卷入韧性变形。

横穿研究区的三条磁各项异性度剖面曲线清晰地反映出韧性剪切带的分布范围、展布方向、规模、中心及变形精细结构(图5);由图可见,帮洞剖面、黄金—四堡剖面及宝坛剖面自西向东韧性变形均呈现中间强,两侧弱的规律性变化,其中强应变中心宽约 4 km;弱变形主要分布于强变形带两侧,形成强弱带互相参杂、交替出现,并向两侧韧性变形逐渐消失的格局。

4 运动方式

为查清韧性剪切带的运动方式,选择黄金—四堡剖面内强韧性变形点绘制了磁面理平面投影图(图4)。由图可见:磁面理总体的走向为NE49°,与韧性剪切带总体走向呈小角度(19°)相交。由此可推断四堡韧性剪切带平面上具有逆时针方向水平扭动特点;野外宏观线理和磁线理均一致向 SSW 倾伏,倾角在 20°～30°之间(图6),反映四堡韧性剪切带同时具有向 NNE低角度逆冲的特点;总体显示该韧性剪切带上盘(SE盘)向 NNE低角度推覆的运动方式。

5 形成时代

前述桂北四堡地区早泥盆纪以前的地层已卷入变形,泥盆纪地层却均未卷入变形,说明韧性变形发生于泥盆纪之前。对宝坛剖面四堡期黄褐色基性岩(BT27-1)的锆石 SHRIMP测年获得了(453±9) Ma的变质变形年龄,反映基性岩被糜棱岩化的时间为晚奥陶世,表明该韧性剪切带形成于加里东晚期。

6 四堡韧性剪切带成因探讨及构造意义

华南加里东运动是华南地质演化历史中一次重大的构造热事件。它不仅形成了巨型的华南加里东褶皱带,还发生了广泛而强烈的花岗质岩浆活动及前泥盆纪地层的强烈变形和变质(舒良树,2006)。大型韧性剪切带是微地块碰撞对接带及增生地体拼合的重要组成部分(钱会文等,1996),对其的识别和研究是深化区域地壳演化的重要手段(王新社等,2005)。研究表明中奥陶世—晚奥陶世扬子地块与华夏地块开始汇聚,构造应力转为挤压,并发生俯冲碰撞事件(尹福光等,2001)。形成于晚奥陶世的四堡韧性剪切带走向为 NNE向,与桂北地区加里东期构造线一致;总体压应力方向为 NW—SE,运动学性质为左旋斜冲剪切,与加里东运动近东西向挤压剪切作用相协调。因此,笔者认为四堡韧性剪切带应是伴随加里东造山过程中逆冲推覆事件的韧性变形带,是华夏地块由南东向北西作斜向逆冲到扬子地块的产物,属于俯冲碰撞缝合线的一部分。桂北四堡韧性剪切带的发现揭示了扬子地块与华夏地块碰撞拼合的方式,为深化华南构造演化提供了新资料。

7 初步结论

(1)野外宏观地质特征、室内显微构造分析及磁组构测量结果表明,桂北四堡地区存在一条大型韧性剪切带;

(2)四堡韧性剪切带是一条以 NE30°走向,约40°倾角,向南东倾的大型左旋斜冲韧性剪切带,由一宽约 4 km的主应变带及边缘弱带组成,总体宽约10 km,长度超30 km;

(3)剪切带内四堡期黄褐色基性岩的锆石SHRIMP测年获得了(453±9) Ma的变形变质年龄,表明四堡韧性剪切带形成于晚奥陶世。

(4)四堡韧性剪切带是华南加里东晚期华夏地块由南东向北西作斜向低角度逆冲到扬子地块的产物。

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