东天山康古尔构造带红丘陵段主期构造变形温度及时代约束
——来自石英EBSD组构的证据

2021-12-24 09:18张海迪罗彦军郭伟立张丹丹刘生荣任广利

地质与勘探 2021年6期

张海迪，罗彦军，郭伟立，张丹丹，康磊，刘生荣，任广利

(中国地质调查局西安地质调查中心，中国地质调查局造山带地质研究中心，陕西西安 710054)

0 引言

东天山觉罗塔格构造带是中亚增生型造山带的重要组成部分，保存了大量古亚洲洋板片的俯冲、消减，微陆块的汇聚、拼合以及碰撞后伸展等多阶段造山演化过程中的地质记录(Xiao et al.，2004;李锦轶等,2006)。康古尔构造带发育东天山地区规模最大的韧性剪切带，其物质组成及构造变形丰富，是研究和构建中亚造山带晚古生代增生造山过程的关键构造带，长期受到中外地质学者关注(韩春明等，2002；Xiao et al.，2004;李锦轶等,2006;王京斌等,2006;王国灿等,2019)。姬金生等(1994)和杨兴科等(1998)研究提出康古尔构造带为准噶尔板块与塔里木板块之间缝合带，发育中深层次的紧闭同斜褶皱、中深层次的顺层韧性剪切作用、右行走滑脆-韧性剪切变形和中浅构造层次的挤压膝折等4期构造变形。马瑞士等(1997)、舒良树等(1997)认为该区为与洋壳板块俯冲相关的弧间盆地带，早期发育由南向北逆冲推覆构造，晚期发育走滑剪切变形。马天林等(1998)、徐兴旺等(1998,2003)认为康古尔构造带是吐哈地块和中天山地块陆内挤压形成的南北向水平挤压韧性变形带，不存在剪切变形。已有构造热年代学研究认为早期南北向挤压形成于晚石炭-早二叠，晚期右行走滑时限为晚二叠纪-早三叠世(王瑜等,2002;陈文等,2005;王国灿等,2019)。综上，前人对康古尔构造带的空间展布、变形序列、热年代学等做了大量研究，然而对构造变形样式、变形温压条件研究相对薄弱，且对是否存在右行走滑变形尚存在分歧，直接制约了对康古尔构造带构造背景的准确判定。因此，进一步开展构造变形过程和构造变形条件的研究，对限定深入认识康古尔断裂带的构造背景和动力学过程具有重要意义。

本文通过对康古尔构造带红丘陵段地质调查、剖面测制及构造解析工作，划分了2期构造变形，并对韧性变形进行了详细的显微构造、石英c轴组构EBSD分析，约束其构造变形条件，进而结合已有热年代学研究数据，探讨了康古尔构造带晚古生代构造背景和动力学过程。

1 区域地质背景

新疆东天山造山带位于准噶尔-哈萨克斯坦和塔里木板块的结合部位，由北往南依次划分为博格达-哈尔里克构造带、吐哈盆地、觉罗塔格构造带和中天山地块。觉罗塔格构造带进一步以康古尔断裂和雅满苏断裂断裂为界，划分为大南湖-头苏泉岛弧带、康古尔构造带和雅满苏岛弧带3个部分(图1a)。

图1 天山及邻区构造单元划分图(a,据王京彬等,2006修改)、康古尔构造带红丘陵段构造纲要图(b)

康古尔构造带前人称之为觉罗塔格韧性挤压带(徐兴旺等,1998)、秋格明塔什-黄山韧性剪切带(杨兴科等,1999)和康古尔断裂带(曹锐等,2016)等，总体呈近东西向延伸，西起大热泉子附近，向东经色尔特能、秋格明塔什、卡特恰尔塔格、康古尔塔格、夹白山、土屋、红丘陵、黄山、镜儿泉、甘肃北山再向东延伸甘蒙交界处，长度达600 km，宽约5～30 km(图1a)。康古尔构造带内卷入韧性变形的地层主要有下石炭统雅满苏组，岩性主要为中酸性火山岩及碳酸盐岩，下石炭统干墩组碎屑岩和上石炭统梧桐窝子组，以基性火山岩及碎屑岩为主。此外，各类侵入岩体包括黄山超基性岩体和各类花岗岩体均卷入了不同程度的右旋走滑变形。康古尔构造带总体上呈现出北窄南宽的不对称正扇形，依据变形强弱，从北向南可划分为北带、中带、南带，北带以脆性变形为主，且覆盖严重，中带发育中深层次韧性剪切变形，南带为中浅层次脆-韧性剪切变形(杨兴科等，1999)。康古尔构造带东西方向上变形变质级别也存在明显差别，东部苦水-黄山-镜儿泉一带可见变形和变质程度较高的绿片岩相或角闪岩相的动力变质岩，西部康古尔塔格一带为绿片岩相或低绿片岩相的动力变质岩(曹锐等,2016)。

2 康古尔构造带红丘陵地区岩石地层单元

本文红丘陵段位于康古尔构造带东段，主干断裂为呈近北西南东向展布的康古尔断裂(F1)，此外还发育近东西向和南北向两组断裂，近东西向断裂为早期韧性挤压剪切带边界断裂(F2～F5)，南北向断裂(f)切割了东西向和北西南东向断裂，为最晚期断裂(图1b)。区内地层受强烈的构造变形影响，主体为一套无序的构造岩石地层。通过区域综合对比，根据岩石组合及变形变质特征，对区内的地层系统及岩浆岩序列进行了系统厘定划分(图2)。地层包括早石炭世干墩组、晚石炭世梧桐窝子组和企鹅山组，岩浆岩包括晚石炭世-早二叠世中酸性、基性、超基性岩体，从南往北具体特征如下：

图2 康古尔构造带红丘陵段构造剖面图

(1)干墩组，位于南部，细分为四个岩性段，一段为变碎屑岩、碳酸盐岩，多发育宽缓褶皱、同斜褶皱，岩石劈理化发育；二段为灰黑色长英质糜棱岩、石英岩、二云母石英片岩等组成，韧性变形较强，发育紧闭褶皱、石英旋转碎斑、矿物拉伸线理；三段由中酸性火山熔岩、火山碎屑岩组成，变形变质整体较弱；四段岩石变形变质较强，由黑云石英片岩、榴石二云石英片岩、变基性火山岩、变质砂岩等组成，局部发育重熔作用。沉积岩石组合序列显示干墩组下部为半深海-深海环境，上部为海相火山喷发相环境，自下而上粒序变细，为退积型沉积序列特征。

(2)岩浆岩带，发育晚石炭世早期和早二叠世二期岩浆活动，晚石炭世岩石组合为辉长岩、辉石岩、石英闪长岩，早二叠世由英云闪长岩和二长花岗岩组成。岩体内部劈理化发育，辉长岩体与南部干墩组接触边界，发育强糜棱岩化带。

(3)梧桐窝子组，位于康古尔断裂南侧，主体为喷发相+深海平原相沉积岩石组合，一段主体由安山岩、英安岩、安山质火山碎屑岩等组成，劈理化发育，岩石较为破碎;二段由凝灰质粉砂质板岩夹砂岩组成，局部见水平层理、递变层理；三段为糜棱岩化安山岩、英安岩、火山碎屑岩，受韧性变形影响内部石英旋转碎斑、A型褶皱发育。

(4)企鹅山组，位于康古尔断裂带北侧，野外露头有限，大多被中新生代覆盖，主体为一套浅海相-火山喷发相组合，形成于后碰撞裂谷环境(李向民等,2004;白建科等,2018)，分为三个岩性段，第一岩性段以碎屑岩-凝灰岩-碳酸盐岩为主；第二岩性段以中基性火山岩为主，夹少量酸性火山岩；第三岩性段以碎屑岩为主，夹玄武岩-凝灰岩-火山角砾岩及生物碎屑灰岩。

3 康古尔构造带红丘陵段构造变形特征

由于经过多期构造作用影响，野外露头尺度构造变形极为发育，区内出露的各类地层及中酸性侵入岩体均受明显构造作用影响，强劈理化、片理化、糜棱岩化特征显著，构造面理总体和区域构造面理方向一致，向北或向南陡倾。依据构造样式及截切关系，划分出2期构造变形。

D1期为近南北向挤压变形，进一步分为两个阶段，第一阶段为南北向挤压形成的中深构造层次变形，仅在干墩组、梧桐窝子组内局部保留，以发育原始层理(S0)的揉流褶皱、紧闭同斜褶皱(图3a，b)，褶皱轴面劈理置换明显，形成东西走向陡倾的透入性劈理，与褶皱轴面劈理产状一致(图1b)。此外，在干墩组四段内局部发育重融作用、变质分异条带(图3c)等。第二阶段为南北向挤压形成的顺层韧性剪切，该阶段变形是上一阶段变形的进一步强化，形成了间隔性的挤压型韧性剪切带，糜棱面理向南东、北西陡倾，与透入性劈理面、片理面产状一致，剪切带内层间石英脉剪切褶皱、石英旋转碎斑(图3d)、A型褶皱(图3e)、矿物拉伸线理(图3f)等发育，沿构造面理发育角闪石、石英、黑云母、石榴子石，整体为绿片岩相到低角闪岩相变质，矿物拉伸线理的倾伏向陡倾，为南东东或北西西(图1b)。

图3 D1期构宏观变形特征

卷入韧性挤压的岩石表现为强烈的糜棱岩化，韧性剪切带由角闪黑云糜棱片岩(图4a)、安山质糜棱岩、长英质糜棱岩(图4b)、绢云母长英质千糜岩、二云母长英质千糜岩等组成。显微镜下，糜棱岩构造组构发育，主要由残斑和基质两部分组成，残斑含量约5%～15%，少量残斑达到60%～85%(图4b)，主要由石英、长石、岩屑类等组成，呈浑圆状，眼球状，长轴定性排列，基质绕过其定性分布，基质主要由云母类、长英质、细粒碎屑物等组成，云母主要为绢云母和黑云母，呈条纹状定向排列，部分发生炭化，岩石变形程度从初糜棱岩到超糜棱岩。

图4 D1期韧性挤压剪切带内变形岩石显微构造特征

显微尺度观察到石英脉紧闭同斜褶皱发育(图4d)，指示D1期南北向挤压构造变形，在韧性挤压变形过程中，糜棱岩内常发育塑性剪切流变构造，流变体一般为长英质和云母类，在挤压分层剪切应力作用下形成条带状构造(图4e)。干墩组变质岩石沿构造面理发育的变质矿物组合黑云母+斜长石+绿泥石+绿帘石，石榴子石+黑云母+白云母+斜长石+石英，角闪石+黑云母+绿帘石+长英质组合。长石、石英残斑均可见到晶内裂隙，大多被压扁定向拉长(图4b)。石英呈细条状、矩形状、竹节状，塑性变形特征明显(图4e)，主要表现为亚颗粒、动态重结晶、塑性拉长、带状消光等变形特征，石英由于重结晶作用强烈细粒化，动态重结晶以颗粒边界迁移重结晶和亚颗粒旋转重结晶为主(图4e，f)，颗粒边界迁移重结晶形成的新生矿物晶粒多呈现石英多晶条带存在显著的定向性，并出现带状消光现象(图4e)。长石呈表现为旋转碎斑、石香肠构造(图4g)，S-C组构(图4h)、晶内破裂、机械双晶等组构发育。此外，在较高的变形温压条件下，发育长石膨凸重结晶现象(图4i)，长石大部分发生蚀变形成钠长石、云母类矿物(图4g，i)。综合变质矿物组合及石英、长石显微组构分析推测D1韧性挤压糜棱岩化形成于绿片岩相或低角闪岩相变质环境，变形温度在450～550℃(Stipp et al.，2002；向必伟等，2007；胡玲等，2009)。

D2期为右行走滑剪切，沿康古尔构造带包括克孜尔塔格英云闪长岩、黄山超基性岩体等各类侵入岩体均卷入到不同程度的右旋走滑变形而呈现出不对称的透镜状形态。红丘陵地区宏观尺度上右行剪切表现为D1期构造面理的牵引褶皱、英云闪长岩透镜体，露头上沿构造面理发育石英脉层间褶皱、旋转碎斑(图5a,b)，英云闪长岩体内剪切透镜体等构造，显微尺度糜棱岩化黑云石英片岩内见斜长石书斜构造(图5c)，露头及显微尺度观察到黑云母-绢云母-石英变质矿物组合，为低绿片岩相变质，此外，显微镜下糜棱岩内保留D2期右行剪切截切早期挤压糜棱面理现象(图5d)。

图5 D2期宏观和显微构造变形特征

4 EBSD石英c轴组构特征

电子背散射(EBSD)技术通过晶体背散射衍射图像来确定晶轴方向，进而确定晶体颗粒排列的取向性。该技术具有高分辨率、高晶向敏感度及精准的晶向分布与结构图像。由于测试颗粒多，其更能客观地反映样品中矿物颗粒排列的优选方位定向(刘俊来等,2008;许志琴等,2009;黄学猛等,2016)。石英是自然界中最主要的造岩矿物之一，并且在韧性剪切带中广泛出现，且滑移系很多，是目前研究最为广泛和充分的矿物。石英在不同的温度条件下启动的滑移系类型、应变型式和应变量等因素决定了变形岩石组构的基本型式。因此，对韧性剪切带糜棱岩中石英c轴组构的测量可以为韧性剪切带变形条件提供重要信息。

本次采集的EBSD实验样品的前期处理、实验分析及测试数据处理均在中国地质科学院地质研究所大陆动力学国家重点实验室完成。测试样品选自康古尔构造带红丘陵剖面中不同位置变形较强的岩石，具体位置见图2。首先依据手标本中矿物线理、面理，选取XZ面切制定向光学薄片，薄片厚度约为30 μm。测试样品要先经过高度机械抛光及贴导电胶条，然后将样品以70°左右倾斜置于SEM样品室进行测定，测试过程中以人机交互模式手动控制分析的精度以及测量颗粒数量具体实验原理、流程及判别方法参见(徐海军等,2007;刘俊来,2008;许志琴等,2009;夏浩然等,2011)，分析结果见图6。