粤北南雄断裂带糜棱岩岩相学特征及其对构造变形机制的指示意义

李晓崧, 刘成东, 万建军, 张 辉, 赵 严, 李茂强

(1.东华理工大学 核资源与环境国家重点实验室, 江西 南昌 330013; 2.东华理工大学 地球科学学院,江西 南昌 330013)

自20世纪提出韧性剪切带概念之后，学者对其研究的重心从最初的岩石类型、剪切指向和组构特征，逐渐转为运动学涡度、应变特征、韧性减薄量与热演化历史等定量解析(Ramsay,1980; Xypolias，2009; 李建波等, 2012; 郑亚东等, 1985, 2005)。糜棱岩带与韧性剪切带在成因上密切相关，研究区的构造演化史漫长而复杂，历史上存在多期次的韧性-脆性变形(梁良等, 2019)。变形、变质和构造叠加产生的热液也是控制成岩作用和矿化作用的因素之一(庞雅庆等, 2019)。糜棱岩作为蕴含金属成矿带或构造带丰富地质信息的主要载体，受到地质工作者的广泛关注(张明林等, 2009; Christie et al.,1980; 梁良等, 1989; Xypolias, 2010)。

南雄断裂带位于我国重要的花岗岩型铀矿聚集地，该区以往的构造研究主要集中于与热液铀成矿有关的脆性断裂带，已有研究认为此类脆性断裂可产生较大规模硅化、褪色蚀变带，控制着矿体的展布与富集(谢小占, 2016)。但是该区糜棱岩普遍分布，除了存在于较典型的韧性剪切带中之外，糜棱岩角砾或糜棱岩条带也在硅质碎裂岩带中发育，以往矿区内的构造地质学工作却很少对这一现象加以研究,而地壳运动，造山带岩石圈变形和矿床矿化的规律可通过研究韧性剪切带的演化历史来了解。因此，加强对矿区韧性剪切带定量解析、形成时代与演化历史的研究，将有助于提升研究区构造演化与铀成矿关系的认识。

本次以南雄断裂带糜棱岩为研究对象，在详细的野外构造地质调查基础上，针对其构造特征与运动学标志，开展镜下显微构造观察，石英岩组分析及有限应变测量等工作，结合前人资料，系统地分析了韧性剪切带中糜棱岩的结构变形特征，研究了区内的韧性剪切带发育和演化特征，为了解南雄断裂带和韧性剪切带构造的交切关系提供依据。

1 地质背景

南雄断裂带位于诸广矿集区东南缘，大地构造位置位于湘粤桂北海西-印支凹陷与闽赣粤后加里东隆起的结合部位，南岭纬向构造带中的骑田岭-九峰山-大余构造岩浆岩带的中部(朱捌, 2010)。研究区的构造格局为岩体的形成与演化、构造的形成与发展、铀元素的活化与迁移成矿提供了有利条件(詹礼贵, 2016; 庞雅庆等, 2019)。

南雄断裂带沿北东方向展布，总延伸长约120 km，其中南雄盆地内长度约为90 km，主要出露岩体为印支期和燕山期的诸广岩体(赵佳楠, 2017)，在印支-燕山时期，岩浆侵入达到顶峰(图1)。不同期次的岩体延伸方向大致为南北向，呈近东西向展布在诸广岩体南部，整体上呈“倒锤子”型(李丽荣, 2018)。印支期花岗岩规模很大，呈南北向展布，在已形成的岩体之中穿插燕山晚期发育的辉绿岩、煌斑岩、花岗斑岩等岩脉与小岩体(张龙, 2016)。盆地周边区域曾经历了多次构造岩浆活动，以诸广山、青嶂山为主的近EW向大型山系和近NE向断裂带控制的半地堑状断陷盆地构成区域内主要构造格架，受断裂活动的影响，在南雄盆地内部也发育了一些小型的断裂和褶皱。

图1 南雄盆地及其周缘大地构造格架图(赵佳楠,2017)

2 糜棱岩特征

2.1 糜棱岩野外构造特征

糜棱岩带总体走向NE55°,倾向SE,倾角30°～50°,延伸100多千米；宽数十米至百余米,影响宽度达上千米，为了确定糜棱岩带力学性质，笔者对南雄断裂做了剖面测量(图2)与拉伸线理产状测量(表1)。选择露头好，S-C组构清晰的构造面测量S面理与C面理的产状，然后根据其产状用赤平投影法求出剪切滑移线的产状。其依据是：C面理代表剪切带的主滑移面，在剪切带坐标系统上为XY面，剪切滑移线必在XY面即C面理上，S面理与C面理的交线必是Y轴，滑移线是在C面理上与Y轴垂直的线。利用这一几何关系，先在赤平投影图上投出S面理和C面理的大圆。二大圆的交点Y即为Y轴，然后在C面理上找出与Y成90°的极点L，就是所求的剪切滑移线(拉伸线理)，结果见表1。

图2 南雄断裂地质概况及韧性剪切带信手剖面

由表1产状数据求解出的拉伸线理产状数据可知，面理产状不均一，C面理主要可分为向南东倾斜(150°～160°)和向北西倾斜(305°～320°)两组，S面理也相应分成两组。由S-C面理产状求出的滑移线产状，其侧伏角(或倾伏角)50%都在10°左右，个别的(如10号)侧伏角达87°，侧伏角算术平均值为20°，据此可判断韧性剪切带的滑移线以近水平(或倾角小)者居多，因而可认为南雄断裂韧性剪切带以(左旋)走滑性质为主，但不是一期的，而是多期活动，因而滑移线产状也发生变化。

表1 南雄断裂S面理与C面理的拉伸线理的产状

2.2 岩相学及变形矿物特征

南雄断裂带野外特征如图3A，B所示，糜棱岩的主要矿物成分是石英和长石(图3C,D)，本研究中所有定向样品均平行于线理且垂直于面理(XZ平面)。

图3 南雄糜棱岩带宏观与微观照片

糜棱岩样品采集自南雄断裂带(图2)，将采集的样品磨制成薄片后放在偏光显微镜下观察，镜下岩相学信息指示其主要发生了石英与长石位错攀移、位错滑移和动态重结晶等作用，并形成波状消光、机械双晶(图3F)、变形纹(图3E)等显微现象，并且观察到动态重结晶特征由膨凸重结晶所主导，说明不同时期存在不同的变形温度(胡玲等, 2009)。

2.3 显微构造特征

镜下可见韧性剪切带常见的微观结构，如云母定向排列、核幔构造、压力影，S-C面理，云母鱼扭折，动态重结晶、机械双晶和石英、长石颗粒定向排列等。石英可见因韧性剪切变形而拉长形成的糜棱线理，以颗粒边界迁移的动态重结晶为主，颗粒发生膨凸重结晶较少，糜棱岩的基质由细粒化的石英颗粒组成(图3D)。有的样品在镜下可见石英发育的布丁构造(图4A)，石英布丁表现为不规则的多边形，说明存在低温变形，可观察到S-C组构(图4B、C)。另外波状消光现象与石英的变形纹都代表着低温变形特征。石英重结晶主要为动态重结晶，存在代表低温的膨凸重结晶。蠕英构造(图4D)大多分布于变形长石颗粒的外围，清晰可见，并产生新的膨凸颗粒，这些新生颗粒的边缘不平直，可能指示高温或者低温的颗粒边界迁移。

样品中可观察到因晶内自由位错受到压力过大时，导致晶格发生弯曲而产生的石英的波状消光与动态重结晶(图4D)、机械双晶(图4E)以及核幔构造(图4F)等现象。尽管石英颗粒等矿物表现出明显的塑性变形特征，但还是在定向薄片中观察到微裂隙有穿晶裂隙(图4A)与晶内裂隙(图4E)，反映了南雄断裂带内糜棱岩可能在变形过程中受到外力作用并且是多期次构造作用的结果。

图4 南雄断裂带糜棱岩显微镜下照片与显微构造照片

2.4 运动学标志

在对南雄断裂带野外研究过程中，参照野外宏观运动学标志，补充室内微观运动学标志，可加深对断裂带变形构造特征和变形机制的认识。糜棱岩不同空间部位的定向样品经室内显微镜下识别分析后，可以看到微观运动学标志：旋转碎斑构造(斑晶多为长石，尾部为石英细晶，图5A,B)、不对称压力影构造(图5C)与S-C面理构造(图5D)。根据镜下观察结果推断糜棱岩带的剪切方向以左行剪切为主。

图5 南雄断裂带微观运动学特征

3 石英岩组分析与应变测量

3.1 石英岩组分析

岩石变形过程中经历的不同变形条件、滑移系统都会影响结晶学优选的结果。温度是滑移系统启动期间的变形条件。变形过程中的变形温度、运动方向与应变等信息可被岩石组构样式所揭示。在镜下薄片观察后，挑选出具有代表性的石英变形样品，送至中国地质科学院地质力学研究所进行石英X光岩组测定。综观石英(1120)极图(图6)可见数个大圆环带，相应于石英光轴图为数个产状不同的点极密，可推断出石英经历过不同期次的变形。

图6 南雄糜棱岩石英(1120)极图

剪切指向可通过面理极点与石英光轴大圆环带的关系判别，剪切方向为叶理极点到环带走向点的方向。根据南雄剖面上糜棱岩(1120)极图上的主(次)大圆环带，按照前人的分类标准(夏浩然等，2011)推断其属于S型构造岩，经历了数次剪切变形。根据光轴极密在S面的右侧或左侧可以判定剪切指向的左右旋。对NX005、NX007、NX008等3个代表性样品进行岩组图统计(表2)，左旋的有4个，右旋的有1个，说明南雄断裂不同期次的运动学方向不同，既有左旋，也有右旋，总体以左旋为主。

表2 南雄剖面糜棱岩石英(1120)极图特征与解释

糜棱岩石英(1120)极图解读出5个滑移类型，以底面滑移型占多数，其中4个底面滑移型，1个菱面滑移型，故以中低温(250～350 ℃)韧性变形为主，中高温(350～450 ℃)韧性变形为次。

3.2 有限应变测量

本次采用长短轴法进行有限应变测量，以进一步确定南雄断裂带糜棱岩的应变状态，定量分析糜棱岩带的应变组分、应变状态和变形量，可更好地解释变形过程，获取的数据可用于查明南雄断裂带糜棱岩的变形机制。其方法是在单偏光或正交偏光镜下测量其变形体的各主轴的大小，发育有S-C组构的岩石测量其夹角并确定其剪切指向，然后计算变形体的轴比和各种应变数据，根据应变测量数据统计(表3)，可以得出以下结论：

(1)等值线方向与韧性剪切带走向一致，均呈NE向，这是因为糜棱岩带所在的剪切带是岩石变形的主导因素，那里的岩石应变量最大，等值线方向不受岩体、岩性所限，与印支期还是燕山期岩体关系不大。等值线在剪切带内外应变强度呈渐变和规则性变化，该区构造应变场具有不均匀的简单剪切应变特征，为Ramsay的韧性剪切位移的I型(Ramsay, 1980)。

(2)本区的糜棱岩带的富林参数K值为0.54～0.77，应变类型属压缩型变形。

(3)糜棱岩的剪应变r值为7.4～11.7，条带状或长英质糜棱岩或超糜棱岩的r值都大于10，而初糜棱岩的r值小于10，反映它们的应变程度不同。在此方面，表示应变程度的V值更为显著，有限应变测量结果显示，超糜棱岩的V值为2.81，约是糜棱岩质花岗岩V值的1.6倍(表3)。

表3 南雄断裂带糜棱岩有限应变测量数据

4 讨论

4.1 南雄断裂带的变形机制

南雄断裂带内糜棱岩的岩相学信息指示了其内部的长石与石英等发生了位错攀移、位错滑移以及动态重结晶等应力现象，并形成石英矿物塑性变形常见的波状消光、变形纹(图3E)、机械双晶(图3F)等显微地质现象，并且动态重结晶特征是由膨凸重结晶所主导，表明矿物的变形温度环境不一致。样品中可观察到因晶内自由位错受到压力过大时导致晶格发生弯曲而使石英波状消光表现明显(图4D)，并且石英的动态重结晶(图4D)与机械双晶(图4E)，以及核幔构造(图4F)等现象同样明显。在镜下石英和云母等矿物表现出明显的塑性变形特征，同时在石英、长石等矿物晶粒中都可见较明显的显微破裂隙，主要有穿晶裂隙(图4A)和晶内裂隙(图4E)。这些特征表明南雄断裂带内糜棱岩在变形过程中受到多期次的构造作用，在定向样品的显微观测中还可见各种典型的构造运动标志特征(图5)，指示了南雄断裂带以左行剪切为主，少量有右行剪切。

根据南雄断裂带糜棱岩和石英岩组的测试结果，可知构造剪切带经历了多次剪切变形。岩组图的极密程度可直观反映岩石遭受的应力作用强弱，岩组图上的极密程度会随应力的增加而增大，因此可以利用极密程度来推断应变程度。从岩组图上反映了岩石曾经受多次构造的影响，形成交互的大圆环带。从极图中解读出来滑移型有5个，其中4个底面滑移型，1个菱面滑移型，故以中低温(250～350 ℃)韧性变形为主，中高温(350～450 ℃)韧性变形为次。

南雄断裂带早期发生韧性变形，使得带内沉积变质岩产生片理化带或挤压带，在后期发生脆性变形，表现出韧性剪切到脆性剪切的过渡；早古生代的地层和相关岩体发生韧性变形，晚期脆性变形发育碎裂岩系列岩石，并常发育硅化带或石英脉，带内韧脆性变形叠加，因此可认为南雄断裂带具多期多阶段构造活动特征。

4.2 南雄断裂带的成因

对于南雄断裂带的力学性质，多数人的看法是早期逆冲，晚期上盘下滑形成红盆(张明林等,2009)，但关于带内的糜棱岩成因认识有三种观点：①糜棱岩是剥离断层的产物，即上盘下陷、下盘抬升时形成于主动盘(下盘)的韧性剪切带(陈跃辉等, 1998)；②南雄断裂带在韧性剪切阶段的运动方式是上冲兼左滑(郑家仪, 1996)；③南雄断裂带与牛尾岭、烟筒岭、塘洞、百顺等NE向断裂一样，也是吴川-四会深大断裂北延的组成部分之一，是一条具有规模大、切割深、时间长、期次多等特征的韧性剪切带(李建红等, 2005)。从宏观上来看，该糜棱岩带表现出走滑性质，但断裂活动在不同的时间和区域显示出多变性和不均匀性。例如，南雄断裂后期的拉张性质就具有非常强烈的剥离断层特征，它作为南雄盆地的边界断层，上盘下降幅度很大，接受了厚达1 000多米以上的K2-E1沉积地层，下盘隆起成山(龙华山)，出露多期次形成的糜棱岩、碎裂岩带。从南雄断裂的岩石S-C组构特征也反映出断裂的多期性和多变性，因为除了糜棱岩和碎裂岩共存以及相互交替穿切之外，即使都是糜棱岩，S-C组构所示的剪切指向有的以左旋为主，有的以右旋为主，显示两者的不统一性。

前人曾对南雄断裂带进行Ar-Ar年龄研究，结果表明该断裂带在早白垩世(117.3±2.7) Ma发生了中生代拉伸剥离正断层活动，而发生伸展变形韧性剪切时间是在早白垩世末-晚白垩世初期(94.6±0.4) Ma。不仅如此，还可能发生过两次明显的热扰动事件，时间分别是(88.9±1.0) Ma和(81.1±2.0) Ma(李出安等，2011)。

4.3 南雄断裂带与铀成矿的关系

南雄断裂带的铀成矿年龄发生在晚白垩世(75 Ma或100 Ma，梁良等, 2019)。年代学的研究结果显示构造时间在成矿时间之前。根据前人的研究认为，华南地区花岗岩型铀矿与加拿大Beaverlodge地区脉型铀矿的成矿模式类似，为地表积蓄的流体向下渗透而将铀源活化，而断裂构造作用的挤压与伸展，为导矿流体在岩体内的流动和搬运提供了成矿环境(Chi et al., 2020)。

原生花岗岩通常具有低渗透性，如果岩体没有发生地质作用而呈完整的一块，很难发生铀元素的迁移从而富集成矿。贯穿花岗岩的脆性断层和断裂带，包括由前期韧性变形带演化而来的断裂和断裂带，将会成为铀矿形成的重要控制因素之一(吴迪等,2020)。在韧性剪切带的形成时，会在其内部与两侧形成大量的破碎带，从而大大提高了岩石的渗透率，不仅有助于流体的活动，还有助于流体与原岩之间交代作用的形成。张明林等(2009)的研究结果表明，铀的空间分布与糜棱岩化和碱交代相关，糜棱岩化和碱交代作用叠加促使元素发生迁移，控制着铀元素的空间分布。南雄断裂带的糜棱岩的构造特征与前人年代学的研究结果，显示出了南雄断裂带在时间与空间上和铀成矿的相关性，可作为未来预测已知矿体的延伸与勘查隐伏矿床的地质依据。

5 结论

通过对南雄断裂带内糜棱岩开展野外构造解析、显微构造分析、有限应变测量和岩组分析工作，取得了几点认识：

(1)南雄断裂带内的糜棱岩中发育有大量的具有剪切指向的宏微观运动学标志，指示南雄断裂带以左行剪切为主，少有右行剪切，这是多期次构造运动作用的结果。

(2)糜棱岩的有限应变测量结果显示，南雄断裂带的构造应变场具有不均匀简单剪切的应变特征，其归属于Ramsay的韧性剪切位移的I型，主要应变类型为压缩型变形。

(3)糜棱岩的石英岩组分析结果表明，南雄断裂带形成过程中经历了早期数次中低温左行为主的韧性剪切和晚期脆性变形，造就了复杂多变的构造面貌，其中韧性、脆性断裂为成矿流体及铀源的活化与迁移提供了重要的通道与媒介。