广东正果韧性剪切带变形特征及其年代学研究

许冠军，杨伟彬，何 斌，龙 桂，程亮开

（广东省地质调查院，广东 广州 510080）

0 引 言

韧性剪切带（ductile shear zone）作为中-下地壳直至上地幔顶部变形的重要表现形式，受高应变带内岩石塑性流动以及剪切作用的影响，与造山作用的深部过程密切相关[1-7].韧性剪切带是研究地壳深部塑性变形的重要内容，广泛应用于造山带岩石圈变形、探讨构造演化过程及其动力特征探讨，是碰撞造山带或大陆内部研究中最为详尽和深入的地壳中深层次的构造带[4].韧性剪切带在研究造山带构造动力与形变约束等方面起着举足轻重的作用，是认识深部构造层次岩石变形特征以及物质能量迁移转化的关键媒介[3，8].逆冲与滑脱型剪切带一般形成于大洋俯冲-增生或陆-陆碰撞过程中-下地壳收缩构造变形阶段[9]，伸展型剪切带与岩石圈的伸展-减薄过程紧密相连[10-11]，而走滑型剪切带通常与大陆-洋/ 陆的斜向汇聚作用相关[12].韧性剪切带尽管两侧围岩位移明显，但宏观破裂面并不显著，其内部与周围岩石呈现为递进式的应变演化关系.鉴于韧性剪切带形成于高温高压的构造环境，以韧性变形为主，故剪切运动过程中伴随着熔融产物的扩散和运移，通常与金矿、锡矿等矿产资源的成矿作用关系密切[13-17].因此，韧性剪切带的变形研究对于理解构造背景下陆内大型变形带的地壳深部特征及成矿机制等具有重要的参考价值.

华南陆块作为亚洲东部主要的大陆块体，元古代中晚期以来，周缘超大陆裂解与汇聚过程对其构造演化产生了极其深远的影响[18-20].尤其中-新生代以来，华南陆块在古亚洲、特提斯和太平洋三大构造域多向汇聚的构造环境之下[21-22]，在陆内形成了一系列北东（NE）向和北西（NW）向叠加的棋盘格状断裂系统.其中韧性剪切带多发育于NE 向构造带中，且多具早期韧性剪切、晚期脆性活动的特征.前人围绕华南沿海地区的吴川—四会断裂带[23-25]、瘦狗岭—罗浮山断裂带[26-28]、莲花山断裂带[29-31]等韧性剪切带，开展了一系列几何学、运动学、动力学、年代学、成矿效应等方面的研究，揭示出一系列关键的区域剪切带的分布演化特征及其可能的蕴矿机理.本文依托“广东1∶5 万派潭、增城县、石龙镇幅区域地质调查”项目，在广东正果地区，首次厘定出区域内存在造山带尺度，近E—W 走向的韧性剪切带——正果韧性剪切带.同时，在查明正果韧性剪切带几何学及运动学特征的基础上，选取正果韧性剪切带中白云母单矿物为年代学研究对象，开展40Ar/39Ar 测年分析，为研究华南陆内地壳变形过程及区域构造活动提供年代学信息.

1 区域地质背景

正果剪切带位于广州市增城区与惠州市龙门县交界处，范围为东经113°50′30″～113°59′50″，北纬23°22′24″～23°29′58″，属华南陆块之罗霄—云开弧盆系，横跨贵子—增城增生杂岩带和武夷地块两个Ⅳ级大地构造单元[32].该区域具有较为复杂的基底构造，以及相对不完善的地层发育，主要为元古宇、泥盆-石炭系及第四系，岩浆活动强烈，出露有早志留世、晚三叠世及晚侏罗世花岗岩，构造变形作用较强，变形的类型有褶皱构造、韧性剪切带及脆性断层（图1）.

元古宇（Pt）岩性为浅灰、灰绿、浅紫色云母片岩、石英云母片岩、堇青石黑云母石英片岩及绢云千枚岩等，从其矿物组合特征及结构特征看，其原岩可能为一套砂泥质页岩，其沉积环境多为深海、半深海.泥盆—石炭系（D-C）岩性为灰白色石英质砾岩、灰白色石英砂岩、页岩、灰白色灰岩、钙质砂岩，主要为滨浅海—河流相沉积，不整合于元古宇之上.第四系（Q）多发育于山间河谷，岩性多为卵砾石层、砂砾层等，为河流冲洪积物.早志留世花岗岩形成的过程与同碰撞到后碰撞转化阶段的构造环境转变有关，三叠纪和侏罗纪花岗岩则都形成于同碰撞构造环境.

2 正果韧性剪切带的原位特征

正果韧性剪切带在研究区首次被发现，其主要沿正果镇一带近东西向延伸至白面石发育，长16 km，垂直剪切带走向变质变形岩石范围最宽处可达6.7 km，整体表现为近东西走向，剪切带东北侧为第四系覆盖，西南侧被晚侏罗世花岗岩岩体侵入.

该剪切带发育于元古宇、早志留世花岗岩及泥盆—石炭系内，由糜棱岩、片麻岩、片岩及片理化岩石组成.其糜棱叶理或片理面总体走向近东西向，局部北东向或北西向，总体倾向南，倾角25°～65°（图2）.剪切带内岩性整体表现为各种类型的糜棱岩类、片麻岩类、片岩类及片理化岩石类，各类岩石主体的变形产状相协调，表明晚期应受同一期构造活动作用所致，其不同表现形式应与原岩岩性不同有关（带内的片麻岩、片岩及片理化岩石应为剪切作用形成，而非区域变质岩，比如原岩为沉积岩且泥质含量较高，则易形成片岩类岩石；原岩为沉积岩且长英质矿物含量较高，则易形成片麻岩类岩石；原岩为花岗岩类，则易形成糜棱岩类岩石），各种变形岩石受剪切应力作用，强烈置换原岩的原生构造.

图2 广东省增城地区正果韧性剪切带A-A’实测剖面

白面石A—A’剖面分析揭示出该韧性剪切带特征如下（图1、图2）：

（1）逆冲兼具左行走滑的活动性质.该韧性剪切带影响的岩层（石）主要包括元古宇、早志留世花岗岩及泥盆—石炭系，副变质岩表现为片理化带，正变质岩表现为糜棱岩带.在野外调查过程中，多见层间片理挠曲（图3a）以及早期贯入石英脉受后期构造运动影响而发生弯曲，其形态均指示该韧性剪切带的主体运动方向为逆冲挤压.对花岗质糜棱岩中的岩石组构及残斑旋转形态（图3b）分析可知，该韧性剪切带活动性质为逆冲兼具左行走滑.

图3 层间片理挠曲示意图（a）及花岗质糜棱岩野外照片（b，俯拍）

（2）变质变形程度不一.该韧性剪切带南侧主要位于早志留世花岗岩内，中部及北侧主要位于元古宇及泥盆—石炭系内（图1），南侧发育于早志留世花岗岩内的剪切带表现为糜棱岩，中部发育于元古宇内的剪切带表现为片麻岩、片岩（图2），北侧发育于泥盆—石炭系内的剪切带表现为片理化岩石，变形程度往北逐渐减弱，直至消失.同一条韧性剪切带不同的变形特征，应与其原岩性质有关，虽然岩性表现不一致，但其产状高度协调一致，应位于同一韧性剪切带.

3 40Ar/39Ar 年代学证据

3.1 样品特征

选取韧性剪切带西北和东南两个单矿物白云母样品进行40Ar/39Ar 年代学研究（PM04-20 和PM22-12，图1），采样部位其面理均为近东西走向，且同构造新生白云母比较发育，其可代表该期动热变质事件的发生时间.PM04-20 为白云母二长片麻岩，呈灰白色，片麻状构造，矿物含量为石英约35%、正长石约32%、钠-更长石约15%，次生矿物白云母约12%、黑云母约3%，具鳞片变晶结构，其他矿物少量，矿物分布定向较明显.PM22-12 为长石黑云石英片岩，呈褐色，片状构造，矿物含量为石英50%、长石18%，次生矿物黑云母25%、白云母3%，其他矿物少量，矿物分布定向明显（图4）.

图4 PM04-20（a）及PM22-12（b）镜下照片

3.2 样品挑选

单矿物的挑选采用标准矿物分离技术（《40Ar-39Ar 同位素地质年龄及氩同位素比值测定（DZ/T 0184.8-1997）（中华人民共和国地质矿产部，1998）》），样品挑选及相关处理完成于河北省区域地质矿产调查研究所实验室.

3.3 年龄测试

采用铝箔片将挑选好的单矿物白云母装入石英管内，在石英管的不同区域置入用于计算中子通量梯度的黑云母标准样品（ZBH-25）.将真空熔封后的石英管置入HFETR 反应堆（中国核动力设计研究院）中辐照15 h[33].采用核工业北京地质研究院的Argus VI 惰性气体质谱仪对于辐照后的样品开展Ar 同位素组成研究，样品排气采用双真空钽片加热炉设备，通过阶段升温法实现[33].分别采用两组液氮U 型冷阱，其高温组采用锆-铝吸气剂泵（450 ℃）、室温组采用锆-铝吸气剂泵的顺序依次对气体开展纯化处理，在质谱仪中对经过处理后仅存的惰性气体开展Ar 同位素组成的测试分析.在辐照过程中，通过引入纯净的CaF2和K2SO4辐照实验对于样品中Ca 和K 可能存在的异常干扰信号进行校准[33]（核工业北京地质研究院分析测试研究中心）.在反应堆内，相关校准参数包括：（36Ar/37Ar）ca＝3.539×10-4，（36Ar/37Ar）ca＝8.735×10-4和（40Ar/39Ar）k＝7.98×10-3，结合基于标准黑云母标样计算的石英管内的中子通量梯度数据，对于石英管内不同区域单矿物样本的辐照常数（J 值）进行系统的计算分析，同时，质谱中的质量歧视校正因子经由大气氩同位素组成的测试分析获得，并参考Steiger and Jager（1977）的衰变常数推荐值5.543×10-10[34].采用Antony Koppers 的ArArCALC 2.40 软件开展系统的40Ar/39Ar 年龄数据的相关计算和分析[35].上述测试由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成.

3.4 测试结果

样品PM04-20 年龄谱由14 个加热阶段组成：第1 阶段获得的年龄值为（67.65±6.93）Ma，明显偏低，存在39Ar 丢失，第1 阶段到第6 阶段及第13 阶段到第14 阶段的39Ar 析出量较少，占比小，误差大，不稳定，无地质意义；第7 至第12 阶段的视年龄从（160.00±0.79）Ma 变化到（161.38±0.90）Ma，相应的39Ar 析出量总和为83.58%，由此计算得到的坪年龄为（160.80±0.65）Ma（表1、图5a），等时线年龄（159.53±1.22）Ma（图5b）和反等时线年龄（159.51±1.22）Ma（图5c）与坪年龄在误差范围内基本一致，表明样品在该阶段无明显的氩过剩或氩丢失，说明了坪年龄值具有很高的可靠性，可代表白云母的结晶年龄；第2 阶段到第6 阶段及第13 阶段到第14 阶段的39Ar 析出量较少，但其视年龄值与主体坪年龄值也基本一致.

图5 PM04-20 和PM22-12 白云母40Ar/39Ar 坪年龄（a、d）、40Ar/36Ar-39Ar/36Ar 等时线年龄（b、e）及36Ar/40Ar-39Ar/40Ar 反等时线年龄（c、f）

样品PM22-12 年龄谱由10 个加热阶段组成：第1 阶段获得的年龄值为（216.68±19.33）Ma，明显偏老，说明该样品白云母可能存在一定的过剩氩（40Ar）.虽然样品可能产生了一定程度的过剩氩（40Ar），但是在获取坪年龄的同时进行等时线年龄计算，可以消除过剩氩（40Ar）对年龄测定的影响.第1、第2 及第10 阶段的39Ar 析出量较少，占比小，误差大，不稳定，无地质意义；第3 至第9 阶段的视年龄从（159.71±0.79）Ma 变化到（160.85±0.84）Ma，相应的39Ar 析出量总和为92.09%，由此计算得到的坪年龄为（160.17±0.65）Ma（表1、图5d），其计算出的等时线年龄（159.83±0.90）Ma（图5e）和反等时线年龄（160.07±0.89）Ma（图5f）与坪年龄在误差范围内基本一致，再次表明所测样本在该阶段无明显的氩过剩或氩丢失，也说明了坪年龄值具有很高的可靠性，可代表白云母的结晶年龄.第2 阶段和第10 阶段的39Ar 析出量较少，但其视年龄值与主体坪年龄值基本一致.

综上所述，于该韧性剪切带获得的（160.80±0.65）Ma 和（160.17±0.65）Ma 两个坪年龄质量可靠，基本代表了该剪切带的形成时间.

4 构造意义探讨

中生代华南大陆主要由扬子和华夏两大地块所构成，并处于全球三大构造板块的汇聚拼接地带，使得华南大陆的构造演化极其复杂，形成了在板块构造围限作用下的独特大陆构造[36-37]（图6a-b）.华南地块的中生代构造运动和岩浆活动自侏罗纪始深受太平洋板块和伊泽纳吉板块俯冲的深刻影响.晚侏罗世时期，由于伊泽纳吉板块向欧亚板块西北方向俯冲，太平洋板块在扬子地块表现为平俯冲模式，对江南造山带以及毗邻的华夏地块的深部活动均造成一定的影响[37-38].目前，国内学者对华南大陆中生代重大地质问题的讨论主要集中在：（1）对其构造特征模式的转换机制及其时间尺度约束的研究方面[39-43]；（2）华南大陆构造活动来自周围大尺度板块构造演化，亦或陆域多期构造复合所致[43-47].另外，目前对于侏罗纪时期的不同时段的华南大陆构造演化并非完全明确，诸如华南板块挤压或拉张所涉及的构造层次及其时空差异性，等等.这些问题也仍需进一步深入探讨[41].因此，对正果韧性剪切带的识别和研究有助于揭示华南侏罗纪时期的构造演化过程，以期对理解燕山运动在华南地区的响应提供新的地质证据.

图6 晚侏罗世花岗岩Rb-（Yb+Ta）（a）和Rb-（Y+Nb）（b）构造判别图解（底图据[49]）

综合区域地质资料分析，对附近晚侏罗世花岗岩（图1 正果镇东南侧）进行锆石U-Pb定年，年龄为（161.9±2.6）Ma[48]，与正果韧性剪切带的白云母Ar-Ar 坪年龄（160.80±0.65）Ma 和（160.17±0.65）Ma 基本一致，表明正果韧性剪切带与该期花岗岩应同为晚侏罗世早期同构造形成的产物.结合该套花岗岩构造环境分析，显示其形成于同碰撞构造环境[48]（图6），说明该期花岗岩的形成处于挤压构造体制之下.结合该剪切带左行逆冲的变形特征，说明这次碰撞事件同时具有水平收缩和侧向挤出的地质效应，暗示晚侏罗世早期（～160 Ma）华南大陆构造体制转换可能尚未结束，以及该时期华南大陆东南沿海的构造演化为周缘板块构造效应的响应.

5 结论

（1）正果韧性剪切带整体走向近东西，倾向南，倾角25°～65°，最宽可达6.7 km，主要由糜棱岩类、片麻岩类、片岩类及片理化岩石类组成，其变形特征为逆冲兼具左行走滑.

（2）正果韧性剪切带40Ar/39Ar 年龄结果为（160.80±0.65）Ma 和（160.17±0.65）Ma，与附近形成于同碰撞构造环境下的花岗岩具一致的形成时代（161.9±2.6）Ma，表明该剪切带形成于晚侏罗世早期太平洋板块与华夏地块的持续俯冲-汇聚，表现出垂直于板块挤压应力的水平收缩和平行于板块挤压应力的侧向挤出的构造变形样式，具有水平收缩和侧向挤出的地质效应.