万福变质核杂岩韧性剪切拆离带的韧性减薄量

丁园军，　黄佳星，　李建波，　张　莹　代平江，　方鸿飞

(1. 东华理工大学，江西 南昌　330013；2. 江西有色地质勘查一队，江西 鹰潭　335000)



万福变质核杂岩韧性剪切拆离带的韧性减薄量

丁园军1，黄佳星2，李建波1，张莹1代平江1，方鸿飞1

(1. 东华理工大学，江西 南昌330013；2. 江西有色地质勘查一队，江西 鹰潭335000)

万福变质核杂岩韧性剪切拆离带与辽南变质核杂岩相毗邻，位于辽东半岛北部。韧性剪切拆离带从浅部到深层依次发育糜棱岩、糜棱化岩石及条带状片麻岩。以长石碎斑为标志体的糜棱岩三维有限应变测量显示，X轴一直伸长，Y轴保持不变，Z轴一直缩短。极莫尔圆估算的韧性剪切拆离带内糜棱岩及糜棱岩化岩石的运动学表明，糜棱岩面理和线理形成时的运动学涡度为0.74～0.96，平均为0.86，表明万福韧性剪切拆离带形成以简单剪切为主，结合三维有限应变测量结果，可知万福韧性剪切拆离带为一条加长-减薄型剪切带。以有限应变测量与运动学涡度估算为基础，初步估算了该韧性剪切拆离带的韧性减薄量，沿剪切拆离方向，韧性减薄量从8%增加到29%，且韧性减薄量与运动学涡度负相关。

韧性剪切拆离带；有限应变；运动学涡度；韧性减薄量

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韧性剪切拆离带作为影响整个岩石圈的狭长的高应变带，带中的岩石在造山带缩短和岩石圈拉张、伸展过程中保存了大量的深部构造变形信息，如构造方位、剪切指向及运动学涡度等，是探索深部构造的最佳窗口(Bose et al., 2004; Mancktelow et al., 2004;Marques et al., 2004; 陈虹等，2009)。自然界的韧性剪切拆离带普遍是既有简单剪切作用又有纯剪切作用的一般剪切作用(De Paor, 1983; Simpson et al., 1993; 王新社等, 2005; Zheng et al., 2005; Wang et al., 2007; Xypolias P, 2010； Li et al., 2010)，简单剪切厚度不变，纯剪切厚度变薄，这表明在韧性剪切拆离带变形过程中存在着韧性减薄。分析韧性剪切拆离带形成过程中的单剪分量、纯剪分量以及韧性减薄量是研究韧性剪切拆离带形成机制的主要方法(李建波等，2012a，2012b)。本文拟选取万福变质核杂岩韧性剪切拆离带为研究对象，以有限应变测量与运动学涡度估算为基础，尝试估算韧性剪切拆离带在变形过程中发生的韧性减薄量，以期为韧性剪切拆离带研究及区域构造演化提供新的信息。

1　区域地质概况

辽东半岛位于华北克拉通东部，自从太古宙起经历了一系列复杂的构造演化，太古宙形成克拉通古陆核之后，辽东半岛经历了古元古代胶辽活动带的改造(白瑾，1999，2000)，区域性高角闪岩相-低绿片岩相变质作用条件下的变形作用使之构成了华北克拉通统一的结晶基底，晚中生代整个华北岩石圈处于强烈破坏和减薄阶段。

研究区位于辽东半岛北部，郯庐断裂以东城子坦断块之上。北北东走向的金州拆离断层带和北东东走向的董家沟拆离断层带相交于金州地区，基底岩系主体为太古宙角闪岩相变质的TTG岩套和表壳岩(关会梅，2008)，周边是中元古-古生代沉积盖层。区内以近南北向正断层带划分出两个基本的地质单元：东侧由东部中生代火山-沉积岩、南部新元古代沉积岩系和北部古元古代浅变质岩系多种不同时代的地层组成；西侧是侵入太古宇的古道岭花岗岩和饮马湾山花岗岩(关会梅等，2008)。在辽南地区分布大量白垩纪花岗质岩石，它们主要由闪长岩、花岗闪长岩、石英闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩、花岗岩及其斑岩组成。变质核杂岩的下盘为岩体主体，其就位和演化与万福变质核杂岩、辽南变质核杂岩的剥露和发育在成因上具有密切的联系(Wu et al.,2005;郭春丽等，2004; 关会梅等，2008)。

2　万福变质核杂岩及其韧性剪切拆离带

2.1万福变质核杂岩

图1　辽南及万福变质核杂岩韧性剪切拆离带地质图(引自关会梅等，2008)Fig.1　A sketch map of the Liaonan Wanfu metamorphic core complex ductile shear zone

对万福变质核杂岩的研究，前人做了大量基础研究工作(图1)。万福变质核杂岩与Cordillera变质核杂岩一样具典型的三层结构(关会梅等，2008)，即上盘弱变形沉积岩层、下盘的深成变质岩和中部的韧性剪切拆离带。通过对核杂岩及其与相邻区域变质核杂岩的演化关系的探讨，可以为揭示岩石圈减薄过程属性和尺度提供大量证据。

2.2万福韧性剪切拆离带

万福韧性剪切拆离带与辽南变质核杂岩相毗邻，位于辽东半岛北部。万福韧性剪切拆离带的主拆离断层位于后沙河-桂云花—万福-梁屯及什字街-杨运以及北侧的古道岭花岗岩与古元古代之间，延伸约50 km。拆离断层带总体走向近SN，倾向东。主拆离断层面下伏的韧性剪切拆离带内线状和面状构造十分发育。糜棱岩作为主拆离断层带的主体，主要发育于万福及其北侧，少部分发育于南部。岩石在韧性剪切拆离带的不同部位，由岩石细粒化程度不同表现出糜棱岩化程度的显著变化。岩石中因韧性剪切作用十分强烈导致眼球构造、σ组构、剪切条带、S-C 组构、压力影构造、骨牌构造等普遍发育(关会梅等，2008)。

3　万福韧性剪切拆离带的韧性减薄量

3.1样品概况

万福韧性剪切拆离带主要由糜棱状黑云母花岗片麻岩以及少量斜长角闪岩组成。通过岩石的显微组构可以判别它们是由深部韧性剪切作用的结果，主要表现在岩石的动态重结晶方面。岩石变形程中同时发生了角闪岩相变质作用。

样品沿万福南、梁屯及什字街-杨运3条剖面展开(图1中VII、VIII、IX剖面)。万福南剖面糜棱面理产状变化不大，沿着韧性拆离方向依次可见到绿泥石化糜棱岩和糜棱岩，产状为倾向110°～130°，倾角22°～28°；梁屯剖面糜棱面理产状变化不大，产状为倾向134°～140°，倾角20°～21°，糜棱岩较为发育，在糜棱岩中可见S-C-C′组构；杨运-什字街剖面糜棱面理产状变化不大，产状为倾向90°～95°，倾角24°～32°，多发育为超糜棱岩。采集的样品主要为初糜棱岩和糜棱岩，超糜棱岩比较少见。在手标本上和薄片下，根据野外采集的手标本或镜下薄片中基质所含百分比来划分初糜棱岩与糜棱岩，初糜棱岩基质含量介于10%～50%(图2a)，初糜棱岩中的碎斑主要为长石，其次为石英集合体。

图2　万福变质核杂岩韧性剪切拆离带糜棱岩的宏观与微观照片Fig.2　Field photos and micrographs of Wanfu metamorphic core complex ductile shear zonea.显微镜下长石旋转碎斑，长轴取向为S面理；b.糜棱岩中发育的线理；c.糜棱岩中发育的S-C-C′组构；d.糜棱岩

基质主要由微小的长石、石英和云母组成(图2b)；糜棱岩基质含量介于50%～90%(图2c)；超糜棱岩基质含量大于90%(图2d)。在显微尺度下观察，长石主要为韧-脆性变形，局部可见韧性变形的长石，长石中可以见到细微破裂面。强烈变形成拔丝状石英围绕在长石周围(图2b)。石英以韧性变形为主，主要以石英的动态重结晶、波状消光等为主要特征，石英的形态包括眼球状集合体、重结晶石英条带。在宏观尺度上，糜棱岩普遍发育的糜棱面理拉伸线理，眼球状长石与石英集合体的中部与尾部的取向定义了糜棱岩中的S面理与C面理，从而构成了S-C组构(图2a，c，d)。

3.2应变测量

岩石有限应变测量作为定量化研究岩石变形的重要手段，在构造地质学研究中扮演着重要的角色(Roy et al.,2006)。对岩石测量其有限应变，要尽量寻找具有一定代表性的、变形均一的露头面进行野外样品的采集，室内对应变椭球三个主平面精确地选定能有效的减少误差。根据样品线理和面理切制三个主应变面并制作光面：垂直糜棱面理、平行拉伸线理作为XZ面；垂直糜棱面理与拉伸线理的作YZ面，平行糜棱面理的作XY面(李建波等，2012a，2012b)。本文对万福变质核杂岩韧性剪切拆离带糜棱岩样品进行有限应变测量。通常情况下，变形石英、长石都可作为应变测量标志体，但在强变形条件下，由于动态重结晶作用，石英颗粒边界很难精确确定，而长石颗粒边界相对容易确定，故本文采用长石作为应变标志体。目前进行岩石有限应变测量的方法很多(Yu et al.,1984; Mulchrone, 2003; Mulchrone et al.,2003;Ailleres et al.,2004)，本文采用Rf/φ法进行应变测量。在每个定向样品的XZ面、YZ面上测量变形长石斑晶的长短轴的长度，为了减少误差，每一组数据随机不重复测量40～50个。测量数据通过双曲线网(De Paor，1988)进行处理，得出三维有限应变数值Rxz、Ryz，三维有限应变测量值列于表1。

3.3运动学涡度估算

运动学涡度值是一个无纲量参数，运动学涡度分析已成为岩石流变学和构造分析的重要组成部分。运动学涡度可以指示简单剪切和纯剪切在一般剪切作用中的相对份量。本文采用有限应变椭圆轴比Rxz和最大拉伸方向与剪切方向的夹角通过极莫尔圆法(De Paor，1988；Zhang et al., 1997，2000)获得两特征向量(非旋转方向)的夹角(υ)，取其余弦即可得到运动学涡度。例如两样品ln09627- 4与ln09627- 5在XZ面上有限应变的轴比Rs分别为3和2，其最大拉伸方向与剪切方向的夹角β为14.8°和13.2°，依据Rs和β构建的极摩尔圆(图3)，获得运动学涡度值ln09627-4为0.88、ln09627- 5为0.74。运动学涡度测量结果列于表1。

表1　辽南万福变质核杂岩韧性剪切拆离带有限应变、运动学涡度估算及韧性减薄量计算结果

注:Rxz为XZ面轴比；Ryz为YZ面轴比；X、Y、Z为应变主轴长度；Wk为运动学涡度；S为韧性减薄量(%)。

图3　样品ln09627-4与ln09627-5极莫尔圆法求解运动学涡度图解Fig.3　The kinematic vorticity estimated by the Polar Mohr diagram of sample ln09627-4 and ln09627-5

3.4韧性减薄量估算

韧性剪切拆离带的韧性减薄量问题被越来越多的研究者所注意。计算韧性减薄量可在运动学涡度值的基础上进行。Wallis等(1993)通过研究提出了垂直于韧性剪切拆离带边界方向的减薄率(韧性减薄量与原厚度的比值)与韧性剪切拆离带的运动学涡度Wk和XZ主应变平面的轴比Rxz有关，并且通过公式推导得出了求解垂直于韧性剪切拆离带边界方向韧性减薄量的公式。本文通过结合有限应变测量与运动学涡度估算的基础上，依据下面的公式计算万福韧性剪切拆离带的韧性减薄率(表1)。

4　讨论

4.1韧性减薄量与运动学涡度的关系

表1显示样品的运动学涡度为0.74～0.96，平均为0.86。在测量的20个样品中，只有1个样品测量的运动学涡度值比0.75小，剩余样品测量的运动学涡度值均大于0.75，表明在糜棱岩的演化过程中经历了以简单剪切为主的一般剪切作用。沿拆离方向，运动学涡度变化幅度较小，表明岩石组构随着伸展拆离在变形过程中简单剪切组分与纯剪切组分相对稳定。韧性剪切拆离带与其边界垂直的方向发生了压扁变形，通过对韧性剪切拆离带递进变形时产生的压扁组分进行估算，可以对韧性剪切拆离带非共轴韧性变形产生的韧性减薄量进行分析(Simpson et al., 1993)。一般剪切最大主应力轴σ1与韧性剪切拆离带边界的夹角为45°～90°，简单剪切时为45°，纯剪切时为90°(Xypolias et al., 2001)。根据上文所述，在韧性剪切拆离带变形过程中可以通过运动学涡度确定简单剪切与纯剪切组分的相对大小。运动学涡度研究表明，增厚型剪切带运动学涡度为Wk<0；减薄型剪切带运动学涡度为0

Xypolias等(2001)指出希腊西奈山Hellenides韧性剪切拆离带内存在韧性减薄量与运动学涡度为负相关关系。沿拆离方向万福应变与运动学涡度分布特征为运动学涡度逐渐减小，韧性减薄量的分布特征相结合表明，韧性减薄量伴随拆离断层的演化，变形岩石组构产生的变形越来越大，而与动学涡度呈负相关(图4B)。产生韧性减薄量与应变及运动学涡度存在这种数学关系的原因是，运动学涡度减小，纯剪组分增大导致岩石沿垂直于韧性剪切拆离带的压扁增加进而韧性减薄量增加。

4.2研究意义

图4　万福韧性剪切拆离带的韧性减薄量分布图(S表示韧性减薄量)Fig.4　The distribution of ductile thinning of the Wanfu metamorphic core complex ductile shear zone

华北克拉通是世界上少有的遭受强烈破坏及岩石圈巨量减薄的地区。金伯利岩中的金刚石包体、地球物理探测以及新生代玄武岩中的慢源包体等资料表明华北克拉通中生代以来经历了上百公里的减薄(Griffin et al., 1998; Menzies et al., 1998; 徐义刚，1999，2004；郑建平，1999；路凤香等，2006；王涛等，2007)。这一整套剧烈的岩浆作用、构造作用、大型盆地的形成以及成矿大爆发伴随着岩石圈的减薄和破坏，在全球极为罕见，许多年以来一直地质学界的研究热点。岩石圈地幔的拆沉、下地壳的拆沉(Gao et al., 2002，2004；Wu et al., 2003; Yang et al., 2003)或去根(Deng et al.，2004；2006；邓晋福等，1996；2006)过程可能是岩石圈减薄的主要机制。另一种观点则指出岩石圈减薄是软流圈热侵蚀(包括化学侵蚀和热机械侵蚀)(徐义刚，1999; Xu et al.，2004)或“地幔置换”(郑建平等，2006； Zhai et al.，2007)或转型(周新华等，2006)的结果，是一种典型的热减薄-化学减薄，“蘑菇云”模式也属于这种观点(路凤香等，2000)。这些模式更多的倾向于深部地质作用，没有过多的将关注焦点用于浅部尤其是浅部的构造变形作用，更没有通过深部过程与联系浅部响应相结合来考虑。构造变形减薄作用是岩石圈及地壳发生减薄的重要作用之一。目前，对岩石圈地幔减薄和上地壳伸张减薄的形成机制还存在很大的争议，变质核杂岩韧性剪切拆离带是地壳经历强烈伸展和减薄的标志。以变质核杂岩及与其相伴生的韧性剪切拆离带作为研究内容，以有限应变与运动学涡度作为糜棱岩类岩石的研究对象，将华北地块中不同层次的变形岩石特征和构造演化过程相结合，有助于深入探讨岩石圈深部减薄及浅部地壳响应。针对辽南万福变质核杂岩以及相应的韧性剪切拆离带的实测运动学涡度与韧性减薄量表明，韧性减薄确实存在于变质核杂岩及与其相伴生的韧性剪切拆离带的发育过程中，对于整个华北克拉通地壳的总体减薄量而言，变质核杂岩的韧性减薄量虽然贡献不大，但对中生代以来华北克拉通伸展减薄的研究仍具有十分重大的意义。

在此需要指正，本文韧性减薄量是根据垂直于韧性剪切拆离带边界方向上计算得出的。应变标志体的选择不同会给韧性减薄量的估算造成一定的误差，而且野外采集局部强变形岩石的应变参数存在一定困难也会给韧性减薄量的估算造成一定误差，因此本文计算的韧性减薄量值应该小于地壳的实际减薄量，本文所估算的韧性减薄量应为拆离断层内韧性剪切拆离带的最小减薄量。

5　结论

(1)三维有限应变通过以长石碎斑为标志体的测量显示，万福韧性剪切拆离带内糜棱岩变形过程中其三维应变椭球的X轴一直伸长，Y轴保持不变，Z轴一直缩短。莫尔圆估算的韧性剪切拆离带内糜棱岩及糜棱岩化岩石的运动学涡度表明万福韧性剪切拆离带形成以简单剪切为主，结合三维有限应变测量结果，可知万福韧性剪切拆离带为一条加长-减薄型剪切带。

(2)以有限应变测量与运动学涡度估算为基础，初步估算了该韧性剪切拆离带的韧性减薄量，沿剪切拆离方向，韧性减薄量从8%增加到29%，且韧性减薄量与运动学涡度负相关。

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Ductile Thinning of Wanfu Metamorphic Core Complex Ductile Shear Detachment Zone

DING Yuan-jun1,HUANG Jia-xing2,LI Jian-bo1,ZHANG Ying1,DAI Ping-jiang1,FANG Hong-fei1

( 1.East China University of Technology，Nanchang，JX 330013，China; 2. Jiangxi Nonferrous Metals Geological Exploration Bureau of the First Team，Yingtan，JX 335000，China)

The Wanfu metamorphic core complex ductile shear detachment zone is located at the northern of the Liaodong peninsula and adjacent to Liaonan metamorphic core complex. The ductile shear detachment zone composed of mylonites, mylonites rocks and banded gneisses from the shallow crust to deep crust. The strain measurement using the feldspar porphyroclasts show that the principal axis X>Y (≈1)>Z of the strain ellipsoids and that the X-axis lengthening, the Y-axis remaining unchanging and the Z-axis shortening. The kinematic vorticity (Wk) values, estimated by the Polar Mohr diagram, changed from 0.74 to 0.96 with an average of 0.86, which suggest that the Wanfu ductile shear detachment zone experienced simple-dominated general shearing forming the mylonite foliation and lineation. Based on the finite strain measurement and kinematics vorticity estimation, the ductile thinning ranged from 8% to 29% alone the sense of detachment, and has negative correlation with the kinematic vorticity.

ductile shear detachment zone; finite strain; Kinematic vorticity; ductile thinning

2015-05-29

丁园军(1990—)，男，硕士生，主要从事构造变形、构造与成矿方面的科研工作。E-mail:491242693@qq.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2016.02.003

P542

A

1674-3504(2016)02-0118-08