北山造山带公路井—三个井韧性剪切带构造变形特征及其地质意义

高 勇，丁华磊，郭瑞军，刘元元，王建斌

（内蒙古地质矿产勘查院，呼和浩特 010010）



北山造山带公路井
—三个井韧性剪切带构造变形特征及其地质意义

高 勇，丁华磊，郭瑞军，刘元元，王建斌

（内蒙古地质矿产勘查院，呼和浩特 010010）

摘要：北山造山带公路井—三个井韧性剪切带作为明水地块与公婆泉岛弧（O—S）之间的区域韧性构造边界，带内构造复杂多样，线理、面理、不对称构造广泛发育。宏观与微观构造均显示剪切带具有由NWW向SEE逆冲、右行剪切运动的特征。在野外调查基础上，通过对微观／宏观构造、地球物理特征、同位素年龄与区域地质资料相结合的研究，阐述了剪切带的构造变形特征和形成时代，讨论了剪切带形成演化过程及其在北山造山带晚古生代碰撞－造山过程中的地质意义。

关键词：北山造山带；韧性剪切带；构造变形特征

引用格式：高勇，丁华磊，郭瑞军，等.北山造山带公路井—三个井韧性剪切带构造变形特征及其地质意义［J］.中国地质调查，2016，3（1）：26－34.

0 引言

北山地处新疆维吾尔自治区东部、甘肃省西北部和内蒙古自治区西部。在大地构造位置上，北山造山带位于西伯利亚、哈萨克斯坦、塔里木与华北板块交汇部位［1－3］。晚石炭世晚期，北山造山带完成了四大板块的碰撞拼合，并最终形成了统一的大陆［4］，区域上具有强烈的构造－岩浆活动。公路井—三个井韧性剪切带作为明水地块与公婆泉岛弧（O—S）［5］之间区域韧性构造边界，在北山造山带晚古生代碰撞－造山过程中具有重要的地质意义。1∶20万区域地质调查成果［6］表明，公路井—三个井韧性剪切带内的岩石为一套以片麻岩为主的副变质岩。左国朝等［7］最早发现北山地区的韧性剪切带，并进行初步研究和分带，认为其主要形成于海西末期—燕山早期。

本文在1∶5万区域地质调查的基础上，重新厘定了公路井—三个井剪切带岩石类型、构造变形特征等，同时围绕带内的构造变形特征、年代学特征以及地球物理特征等，阐述其形成机制及构造意义。

1 区域地质背景

公路井—三个井韧性剪切带在大地构造位置上处于哈萨克斯坦板块南缘明水地块与公婆泉岛弧（O—S）之间（图1），为一狭长的线性构造带，向西延入甘肃省境内，向东延至巴丹吉林坳陷盆地，总体上呈近NWW—SEE向，在区域上延伸大于300 km。剪切带沿延伸方向断续出露，局部被中新生代盆地覆盖。

剪切带内地层由古元古界北山岩群变质基底组成，岩性主要以石英岩、黑云石英片岩以及大理岩为主，岩层的总体走向与剪切带的走向近于一致。

岩浆岩是公路井—三个井韧性剪切带的主体组成部分，早古生代时期在北山地区第一次板块构造体制大背景的影响下，该地区岩浆活动频繁，板块俯冲时期的志留纪石英闪长岩、花岗闪长岩及碰撞造山时期的泥盆纪二长花岗岩大面积出露。

剪切带内构造复杂，多期构造叠加。古元古界北山岩群变质基底在前寒武纪经历地壳早期近水平顺层剪切变形作用后，晚古生代中期在地壳中—浅部构造层次上又遭受此次韧性剪切变形作用，糜棱面理置换了早期的片理。而在晚古生代晚期由于北山地区地壳整体抬升，在地壳上部构造层次上，剪切带内岩石主要以脆性变形为主，表现为破裂断层构造，断层面切割早期糜棱面理［8］。

图1 公路井—三个井韧性剪切带大地构造位置（a）与地质特征略图（b）Fig.1 Tectonic setting map（a）and geological sketch map（b）of the Gonglujing-Sangejing ductile shear zone1.中新生代；2.白山组二段；3.白山组一段；4.古元古界北山岩群；5.晚石炭世正长花岗岩；6.晚石炭世二长花岗岩；7.晚石炭世花岗闪长斑岩；8.晚石炭世黑云母花岗闪长岩；9.晚石炭世黑云石英闪长岩；10.早石炭世二长花岗岩；11.中泥盆世英云闪长岩；12.早泥盆世二长花岗岩；13.早泥盆世黑云母花岗闪长岩；14.早泥盆世细晶闪长岩；15.晚志留世黑云花岗闪长岩；16.早志留世黑云石英闪长岩；17.中奥陶世黑云二长花岗岩；18.实测逆断层；19.实测平移断层；20.糜棱岩化带；21.构造单元界线；22.实测片麻理产状；23.实测糜棱面理产状；24.实测剖面位置

2 韧性剪切带特征

公路井—三个井韧性剪切带位于内蒙古额济纳旗境内，可见延伸40 km左右，中部被平台山中新生代盆地覆盖。

2.1 展布特征

三个井段韧性剪切带走向NWW—SEE，带宽1.5 km左右，地表露头延伸10 km左右。带内变形的地质体主要以早志留世石英闪长岩以及古元古界北山岩群变质岩为主，构造岩以糜棱岩化二长花岗岩、二长花岗质糜棱岩、糜棱岩化石英片岩、长英质糜棱岩为主。剪切带北部被脆性断裂截切，向南应变强度逐渐减弱（图2）。

公路井段韧性剪切带走向近EW，带宽8 km左右，可见延伸8 km左右。剪切带内变形的地质体主要以泥盆纪二长花岗岩以及志留纪花岗闪长岩、石英闪长岩为主，构造岩主要为花岗质糜棱岩，应变强度从韧性剪切带中心向两侧逐渐减弱（图3）。

2.2 露头构造

两段剪切带性质均为右行剪切，构造变形样式基本相同，剪切带内广泛发育透入性面理、矿物拉伸线理、剪切褶皱、不对称眼球构造以及S—C组构等构造样式。

2.2.1 糜棱面理

糜棱面理是公路井—三个井韧性剪切带中极为发育的一组大致相互平行的透入性面状构造。糜棱面理总体延伸稳定，主要是由被压扁拉长的长石、石英及暗色矿物等相间定向排列而成，顺糜棱面理发育大量的矿物拉伸线理。在野外地质调查过程中，对公路井段韧性剪切带不同地质体测量糜棱面理产状，并进行了面理极点投影（图4），结果显示，糜棱面理产状为走向近东西向，与北山地区韧性剪切带的整体延伸方向一致，倾角30°～50°之间。

图2 三个井段韧性剪切带剖面（PM002）图（剖面位置如图1所示）Fig.2 Geological section（PM002）of the Sangejing ductile shear zone（location as Fig.1）1.石英闪长岩；2.糜棱岩化片麻状石英闪长岩；3.糜棱岩化二长花岗岩；4.二长花岗质糜棱岩；5.糜棱岩化黑云石英片岩；6.长英质糜棱岩；7.糜棱岩化；8.逆断层；9.晚石炭世石英闪长岩；10.早泥盆世二长花岗岩；11.早志留世石英闪长岩；12.古元古界北山岩群

图3 公路井段韧性剪切带剖面（PM026）（剖面位置如图1所示）Fig.3 Geological section（PM026）of the Gonglujing ductile shear zone（location as Fig.1）1.二长花岗岩；2.糜棱岩化二长花岗岩；3.二长花岗质糜棱岩；4.花岗闪长质糜棱岩；5.糜棱岩化石英岩；6.长英质糜棱岩；7.早石炭世二长花岗岩；8.早泥盆世二长花岗岩；9.晚志留世花岗闪长岩；10.古元古界北山岩群

图4 公路井段韧性剪切带面理（左）、线理（右）产状投影图（下半球投影）Fig.4 Projections of foliation（left）and lineation （right）in the Gonglujing ductile shear zone（hemispher-ic projections from bottom to top）

2.2.2 拉伸线理

由长石、石英等矿物集合体强烈拉伸定向排列而成，其反映了物质在塑性变形过程中的剪切运动方向。对公路井韧性剪切带内糜棱岩进行了大量的线理统计。对其进行极点投影结果显示，线理走向总体近于东西向（图4（右）、图5（a）），倾角较缓，在5°～20°之间。

2.2.3 褶皱构造

剪切带内褶皱构造主要为鞘褶皱，发育在古元古界北山岩群黑云石英片岩以及早志留世片麻状石英闪长岩中的强烈剪切变形部位，其最本质的特点是褶皱轴与拉伸线理趋于平行，代表了最大拉伸方向。剪切带内所见鞘褶皱规模在5～20 cm之间大小不等，枢纽弯曲，沿X轴方向拉伸很长，在垂直Y轴剖面上更为明显，其倒向就是剪切指向（图5（b））。

图5 公路井—三个井韧性剪切带构造变形照片Fig.5 Photos of tectonic deformation in the Gonglujing－Sangejing ductile shear zone

2.2.4 不对称眼球构造

公路井—三个井韧性剪切带内广泛发育不对称眼球构造，在眼球状花岗质糜棱岩之中尤为发育，野外所见主要以“σ”型眼球体最为常见（图2、图5（c））。眼球体核部是较大的长石旋转碎斑，长石有较短的拖尾出现，尾部主要由石英、黑云母、长石等组成，围绕碎斑分布，呈单斜对称性，显示右行剪切的特点。眼球比较分散，直径由几毫米至几厘米不等，最大可达5 cm，不同大小眼球体的形态非常相似。

2.2.5 构造透镜体

构造透镜体主要发育在古元古界北山岩群黑云石英片岩与石英岩之中，由于黑云石英片岩与石英岩的能干性差异，在剪切拉伸应力作用下形成，石英岩以透镜状、串珠状或扁豆状的不连续块体形式存在。透镜体具明显的不对称性，显示右行剪切特征（图5（d））。

2.2.6 条带状构造

主要为变形变质分异条带（图5（e）），见于早志留世片麻状石英闪长岩之中，是在剪切分异的作用下，由浅色矿物长石、石英等组成的浅色条带与暗色矿物黑云母、角闪石等组成的暗色条带相间排列构成，条带规模多在0.5～2 cm之间，延伸稳定，其产状与片麻状石英闪长岩的片麻理是平行一致的，故可称其为顺层条带。

2.2.7 S—C组构

剪切带内的S—C组构局部可见，主要发育在古元古界北山岩群黑云石英片岩之中。糜棱面理即C面理斜切或置换了早期片理面，而S面理，即早期的片理，在韧性剪切带中呈“S”形分布，在边缘部分S面理与剪切带方向近45°相交，向中心夹角逐渐变小，最终与主剪切面平行（即S≈C），为由片柱状矿物优选定向排列而成的不连续面状构造。以上2种面状构造在韧性变形带中通常是相伴生的，二者有机地组合在一起形成S—C组构，指示该韧性剪切的运动学特征为右行剪切运动（图2）。

2.3 显微构造

显微构造特征可从微观的尺度上对韧性剪切带的构造变形分析以及运动学特征提供信息与依据。通过对公路井—三个井韧性剪切带内岩石定向薄片进行全面细致地观察和分析，发现镜下显微指向构造种类繁多且发育齐全，因此总结出该韧性剪切带内的显微构造主要有以下4种：

（1）石英条带。在韧性剪切带内，随变形强度的增加，矿物晶体发生韧性变形拉长，矿物轴比（长度和宽度比值）变大，最终单个矿物晶体拉长呈单晶矿物条带。在显微镜下，三个井地区的糜棱岩化二长花岗岩中可见石英被拉长呈石英条带或者石英集合体条带。石英相对集中呈条带状、细纹状定向分布，条带间彼此以弯曲或透镜形边界分开，每个条带由伸长的重结晶颗粒组成。条带宽多在0.2 ～0.5 mm之间，与其共生的长石多已细粒化或呈链状（图5（f））。

（2）旋转碎斑系。旋转碎斑根据残碎斑晶与细粒基质的组合形态特征，可以划分为“σ”型和“δ”型2大类。三个井—公路井韧性剪切带中“σ”型与“δ”型旋转碎斑系均有发育，但以“σ”型旋转碎斑系最为常见，碎斑结晶尾长短不一（图5（g））。碎斑多由拉长的长石组成，直径由几毫米至几厘米不等，最大可达5 cm。旋转碎斑尾端由变形基质或动态重结晶组成，拖尾方向XZ面多显示SEE向右行剪切指向特征，偶见左行特征，YZ面上则可见由NNE至SSW逆冲特征。

（3）显微S—C面理。在三个井韧性剪切带的糜棱岩化二长花岗岩中，不对称旋转碎斑的结晶尾指向C面理，主要由角闪石、黑云母相对集中成细纹状或线痕状定向分布而构成；长石碎斑长轴或扁平面为S面理，两者构成显微S—C面理，S—C面理的锐角指示了C面理对盘的运动方向，具右行剪切的特征。

（4）显微剪切褶皱。公路井段韧性剪切带的眼球状黑云二长花岗质糜棱岩在显微镜下，石英条带呈反“S”型弯曲的显微剪切褶皱，具右行剪切的特征（图5（h））。

3 变形年代分析

本次区域地质调查工作通过对公路井段韧性剪切带内泥盆纪花岗质糜棱岩进行锆石U-Pb测年，样品采集位置位于公路井西南约1 km，地理坐标为东经99°24′09″、北纬41°50′25″。

3.1 分析方法

锆石的分选由河北省区域地质矿产研究所实验室完成。分选完成后，将完整的典型锆石置于DEV-CON环氧树脂中，待固结后抛磨，使锆石内部充分暴露，然后进行锆石的显微照相（反射光和透射光）和锆石的阴极发光（CL）照相。锆石U-Pb同位素分析在天津地质矿产研究所同位素实验室测试，使用仪器为Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪和193 nm激光取样系统（LA-MC-ICP-MS）。激光剥蚀的斑束为35 μm，能量密度为13～14 J／cm2，频率为8～10 Hz，激光剥蚀物质以He为载气送入Neptune （MC-ICP-MS）。锆石标样采用TEMORA标准锆石。数据处理采用中国地质大学（武汉）Liu等［9］编写的ICPMSDataCal程序和Ludwing［10］的Isoplot程序进行作图，采用208Pb对普通铅进行校正，利用NIST作为外标计算锆石样品的Pb、Th、U含量。

3.2 锆石定年结果

本次对花岗质糜棱岩样品（TW6052）的锆石进行了26个点的测试（表1），所测锆石粒径100 μm左右，呈柱状，长宽比多介于2∶1～3∶1之间，个别可达4∶1。

表1 公路井韧性剪切带花岗质糜棱岩LA-ICP-MS锆石（TW6052）U-Th-Pb同位素分析结果Tab.1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data for granitic mylonite（TW6052）in the Gonglujing ductile shear zone

图6 公路井韧性剪切带花岗质糜棱岩（TW6052）锆石CL图像Fig.6 CL images for zircons of granitic mylonite（TW6052）from the Gonglujing ductile shear zone

阴极发光CL图像（图6）显示出多数锆石内部具典型的明暗相间环带结构，表明其属于岩浆结晶产物。26个点的测试结果显示锆石的Th／U多数大于0.4，也说明了锆石属于典型岩浆成因范围。在锆石U-Pb年龄206Pb／238U-207Pb／235U谐和图（图7）中，所有分析数据均分布在谐和线上或附近。

图7 花岗质糜棱岩（TW6052）锆石U-Pb谐和图Fig.7 Zircon U-Pb concordia diagram of granitic mylonite（TW6052）

获得2组谐和年龄：206Pb／238U年龄加权平均值为（300±3）Ma，加权平均方差MSWD（Mean Square of Weighted Deviates）为2.7（包括8～12，14 ～16，20，21号点）；206Pb／238U年龄加权平均值为（411±3）Ma，MSWD为0.111（包括1，6，17，19，26号点），分别属于早泥盆世和晚石炭世。后者可作为公路井—三个井韧性剪切带发生韧性剪切运动时限的参考，即在（300±3）Ma时期，北山地区大洋闭合的同时发生碰撞－造山作用，这与蔡志慧等［11］研究的北山造山带晚古生代板块发生碰撞－造山作用的时限是一致的。

4 讨论

4.1 构造演化

露头与微观构造均显示公路井—三个井韧性剪切带由NWW向SEE的逆冲右行剪切运动特征，剪切带以水平走滑为主、斜向逆冲为辅，而走滑型韧性剪切带常与地质体之间的斜向汇聚和碰撞有成因联系。

早石炭世初期，北山地区统一大陆沿蓬勃山一带发生裂解，形成蓬勃山大洋；早石炭世中晚期，洋壳在不断扩张的同时向南、向北发生双向俯冲作用，并伴随华力西中期大量花岗岩类侵入，形成了以石炭纪花岗岩类为主体的明水地块；晚石炭世晚期，蓬勃山大洋经双向俯冲后逐渐萎缩，哈萨克斯坦板块和塔里木板块互相靠拢，进而大洋闭合。与此同时，明水地块与北山造山带早古生代板块构造体制形成的公婆泉岛弧之间发生斜向汇聚和碰撞，沿接触带发生碰撞造山作用，本次碰撞造山属于“软碰撞弱造山”，山系隆升不强烈，主要是在地壳中—上层次发生强烈的右行韧性剪切作用，最终形成公路井—三个井韧性剪切带。

4.2 地质意义

公路井—三个井韧性剪切带作为明水地块与公婆泉岛弧（O—S）之间区域韧性构造边界，在北山造山带晚古生代碰撞－造山过程中具有重要的地质意义。

在严加永［12］等测制的航磁极化异常图上，公路井—三个井剪切带两侧磁场明显不同，北侧明水地块以强正磁场为主，其主要是由中高等磁性的晚古生代花岗岩引起；南侧的公婆泉岛弧（O—S）以低缓的弱正磁场为主，与南侧广泛分布的早古生代中基性、中酸性火山岩有关。

综合区域构造、岩浆活动及地球物理等资料分析表明，公路井—三个井韧性剪切带两侧地质体的地球物理特征、构造变形及岩浆活动等诸多方面都存在明显差异，说明其对北山地区晚古生代构造演化具有重要控制作用，以此剪切带为界，南北两侧分属不同大地构造单元。

此外，由于公路井—三个井韧性剪切带是由明水地块与公婆泉岛弧发生斜向汇聚和碰撞而产生，所以该韧性剪切带的形成也在一定程度上分解了平行弧－陆边界的应变。地质体间斜碰撞产生的变形分解为垂直于地质体边界的挤压应变和平行于地质体边界的走滑形变［13－14］。前者使地壳沿垂直于地质体边界的方向缩短；后者使地质体边界发生大规模走滑。结合区域构造背景，公路井—三个井韧性剪切带是由明水地块和公婆泉岛弧之间的斜碰撞所产生，剪切带的形成对斜碰撞过程中平行碰撞地质体边界方向上的应变起到重要分解作用。

公路井—三个井韧性剪切带的发现，为研究北山造山带晚古生代板内弧－陆碰撞－造山作用提供了丰富的构造变形资料，同时也为确定明水地块与公婆泉岛弧两大构造单元间界线提供了重要的构造地质学依据。而剪切带内花岗质糜棱岩同位素变质年龄的获取也为北山造山带晚古生代碰撞－造山作用提供了时间参考。

5 结论

（1）宏观与微观构造均显示公路井—三个井韧性剪切带具有由NWW向SEE逆冲右旋剪切运动的特征。

（2）锆石U-Pb年代学研究表明，公路井—三个井韧性剪切带内的花岗质糜棱岩获得（411±3）Ma的结晶年龄，锆石增生边给出了（300±3）Ma的变质年龄，后者可作为公路井—三个井韧性剪切带发生韧性剪切运动时限的参考。

（3）公路井—三个井韧性剪切带作为明水地块与公婆泉岛弧（O—S）之间区域韧性构造边界，是北山造山带晚古生代板内走滑剪切作用的产物。剪切带的形成对弧－陆斜碰撞过程中平行边界方向上的应变起到重要的分解作用。

致谢：参与本研究野外工作的还有赵志雄、陈海东、郝曾元、王建斌、鲁宁、邱锦雄、张旭龙等人，在此致以诚挚感谢！

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（责任编辑：刁淑娟）

Structural deformation of Gonglujing—Sangejing ductile shear zone in the Beishan orogenic belt，and its geological significance

GAO Yong，DING Hualei，GUO Ruijun，LIU Yuanyuan，WANG Jianbin
（Inner Mongolia Institute of Geological Survey and Mineral Exploration，Hohhot 010010，China）

Abstract：The Gonglujing—Sangejing ductile shear zone is the tectonic boundary between the Mingshui Block and the Gongpoquan（O—S）island arc of Beishan orogenic belt.The deformation style of the ductile shear zone is complex and diverse，in which lineation，foliation and asymmetric structures are well developed.Both the macro-and micro-structures show that the shear zone is mainly characterized by thrust fault movement from NWW to SEE，and with right-lateral dislocation.Based on comprehensive study of field survey，micro-macro structural analysis，geophysical characteristics，isotopic age and regional geological data，the tectonic deformation features and formation age of the ductile shear zone have been proposed；the process of formation and evolution of the ductile shear zone have been analyzed；and the geological significance during the collisional orogenics of the Beis-han orogenic belt in Late Paleozoic has been discussed.

Key words：the Beishan orogenic belt；ductile shear zone；characteristics of structural deformation

第一作者简介：高勇（1987—），男，助理工程师，主要从事区域地质调查工作。Email：gaoyong-mail＠qq.com。

基金项目：中国地质调查局“内蒙古1∶5万风雷山、额默勒乌拉、锥西口、平台山幅区域地质矿产调查（编号：1212011220462）”项目资助。

收稿日期：2015－10－16；

修订日期：2015－11－30。

中图分类号：P542.3

文献标志码：A

文章编号：2095－8706（2016）01－0026－09