范天一,秦 亞,馮佐海,鄭桂青,白玉明,胡喬帆,吳 杰

(1.桂林理工大學 a.廣西有色隱伏金屬礦產(chǎn)勘查與新材料開發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心;b.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室,廣西 桂林 541006;2.中國海洋大學 海洋地球科學學院,山東 青島 266100;3.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司,廣西 桂林 541006)

桂北龍勝地區(qū)位處揚子和華夏陸塊拼貼造山帶的西南端,其上元古界廣泛發(fā)育鎂鐵-超鎂鐵巖［1-5］。由于缺乏典型的蛇綠巖和高壓變質(zhì)巖,桂北地區(qū)廣泛出露的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖成為研究華南大陸早期構造演化的關鍵［5-10］。早期部分學者認為桂北龍勝地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖與圍巖呈構造成因的“冷接觸”,進而提出龍勝蛇綠巖的認識［11-14］。但一些學者認為,桂北龍勝地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵巖與圍巖并非構造成因的“冷接觸”,進而對龍勝蛇綠巖提出質(zhì)疑［15-19］。張桂林等［15-16］認為桂北龍勝地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵巖是順層侵位的巖席在變形分解下殘留在弱變形域中的構造透鏡體,而周圍強變形域為邊緣韌性剪切帶;張成龍等［18］亦認為桂北龍勝地區(qū)吊竹山輝綠巖體北東側(cè)發(fā)生了明顯的變形和片理化,并發(fā)育糜棱結構;秦亞等［19］認為桂北龍勝地區(qū)上朗變鎂鐵巖的西側(cè)呈現(xiàn)透入性片理,具有S-C組構、旋轉(zhuǎn)碎斑和拉伸線理等糜棱結構。

盡管桂北龍勝地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵巖周緣發(fā)育韌性剪切構造的認識在20世紀已經(jīng)提出,但相關的研究多集中在鎂鐵質(zhì)糜棱巖的幾何學和糜棱結構,韌性剪切構造與金礦的成礦關系等方面［18-21］。桂北龍勝地區(qū)韌性剪切構造的應變特征、流變學、年代學和動力學背景等研究則甚少。近年來,本文作者及其所在團隊在桂北龍勝地區(qū)開展系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查,利用宏-微觀構造、磁組構和流變學等方法,探討龍勝韌性剪切帶的應變特征和動力學背景,約束區(qū)域構造演化。

1 地質(zhì)特征

揚子和華夏陸塊于新元古代初期拼貼造山形成統(tǒng)一的古華南大陸,碰撞拼貼帶被稱為江南造山帶［22-23］。其后,隨著全球Rodinia超大陸的裂陷,統(tǒng)一的古華南大陸開始裂解［24-26］。裂解之后的揚子和華夏陸塊于早古生代再次造山而形成現(xiàn)今統(tǒng)一的構造格局［2-4］。本文所討論的龍勝韌性剪切帶處于揚子和華夏陸塊拼貼造山帶南西端的桂北地區(qū)［27］(圖1-A)。

圖1 華南大地構造簡圖及桂北地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Tectonic map of the South China and sketch map of northern Guangxi province(A)圖據(jù)周雪瑤等［27］修改;(B)據(jù)廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局［33］修改。圖中:F1.摩天嶺韌性剪切帶,F2.四堡韌性剪切帶,F3.元寶山韌性剪切帶,F4.三江韌性剪切帶,F5.壽城-三門韌性剪切帶,F6.龍勝韌性剪切帶

桂北地區(qū)出露的最老地層為上元古界四堡群,自下而上分為九小組、文通組和魚西組,為一套變質(zhì)變形的火山-碎屑巖系。不整合于四堡群之上的是具有裂谷充填性質(zhì)的上元古界丹洲群［28-29］,自下而上分為白竹組、合桐組(三門街組)和拱洞組,為1套淺變質(zhì)的火山-碎屑巖系。丹洲群之上為冰期沉積的南華系,南華系與下伏丹洲群的接觸關系在黔東南—桂北地區(qū)往NW方向逐漸由整合接觸漸變?yōu)槠叫胁徽匣蛭⒔嵌炔徽辖佑|［29-32］。南華系之上為震旦系,下古生界寒武系和奧陶系,上古生界泥盆系和二疊系。中生界僅在龍勝南部的兩江地區(qū)局部出露［33］(圖1-B)。

研究區(qū)出露多期巖漿巖,包括新元古代、早古生代和中生代巖漿巖。新元古代巖漿事件最為強烈,花崗巖和鎂鐵-超鎂鐵巖均廣泛出露。新元古代花崗巖主體出露于桂北摩天嶺、元寶山和四堡等地,主體巖性為二長花崗巖和花崗閃長巖。新元古代鎂鐵-超鎂鐵巖主要圍繞摩天嶺和元寶山巖體分布于四堡群,以及呈NNE向出露于丹洲群。早古生代巖體主要分布于桂北龍勝地區(qū),如龍勝巖體［34］。近年來,桂北地區(qū)還存在中生代燕山期鎂鐵-超鎂鐵巖的報道［35］。

桂北地區(qū)具有復雜的構造形跡,褶皺和斷裂構造均十分發(fā)育。四堡期褶皺總體呈近EW向展布的緊閉褶皺;而早古生代褶皺則總體呈現(xiàn)NNE向,自W向E分別出露摩天嶺復式背斜、元寶山復式背斜、三門復式背斜、龍勝復式背斜和馬海復式背斜等(圖1-B)。NNE向斷裂構造亦十分發(fā)育,且具韌性變形的宏-微觀構造特征;自W向E展布有摩天嶺韌性剪切帶、四堡韌性剪切帶、元寶山韌性剪切帶、三江韌性剪切帶、壽城-三門韌性剪切帶和龍勝韌性剪切構造等［18-19,21］。除NNE向韌性剪切構造外,NW、EW和SN構造亦相對發(fā)育(圖1-B)。

2 宏觀構造特征

龍勝韌性剪切帶具有典型的宏觀韌性變形構造,卷入韌性變形的地質(zhì)體包括上元古界丹洲群、南華系和震旦系,以及丹洲群中的鎂鐵-超鎂鐵巖(圖1-B)。

桂北龍勝地區(qū)上元古界丹洲群和震旦系因韌性變形而產(chǎn)生強烈片理化(圖2-A),并發(fā)育不對稱的眼球體(圖2-A)、大型拉伸線理(圖2-B)和A型褶皺等(圖2-C)。先存石英脈多被剪切拉伸形成石英構造透鏡體(圖2-D),或發(fā)生揉皺彎曲形成不對稱褶皺(圖2-E)。上述宏觀構造指示左旋逆沖剪切的運動學性質(zhì)。

圖2 龍勝韌性剪切帶的宏觀構造特征Fig.2 The outcrop structural features of Longsheng ductile shear zone(A)丹洲群巖石發(fā)生強烈的片理化并產(chǎn)生不對稱眼球體(龍勝縣 和平);(B)丹洲群中的拉伸線理(龍勝縣 黃家);(C)丹洲群中的A型褶皺(龍勝縣 泗水);(D)石英眼球體指示逆沖剪切(龍勝縣 現(xiàn)坪);(E)石英脈發(fā)生揉皺彎曲形成不對稱褶皺(龍勝縣 泗水);(F)韌性剪切帶內(nèi)變輝綠巖中的透入性片理構造(龍勝縣 金結);(G)鎂鐵質(zhì)糜棱巖中的σ殘斑和S-C組構,指示左旋剪切(平面)(龍勝縣 金結);(H)鎂鐵質(zhì)糜棱巖中同構造方解石眼球體指示逆沖剪切(龍勝縣 金結);(I)鎂鐵質(zhì)糜棱巖中的拉伸線理(龍勝縣 金結)

鎂鐵-超鎂鐵巖的中部常呈塊狀構造,其周緣常形成強烈的透入性片理(圖2-F),并發(fā)育糜棱巖、旋轉(zhuǎn)碎斑、S-C組構和拉伸線理等構造。龍勝縣金結變輝綠巖邊緣韌性剪切變形帶內(nèi),殘斑礦物主要是蝕變礦物方解石,呈不對稱的眼球體(圖2-G、H),其長軸優(yōu)選方位所顯示的剪切帶內(nèi)面理與細粒化的方解石、綠泥石和綠簾石等基質(zhì)定向排列所顯示的新生面理共同構成S-C組構(圖2-G)。拉伸線理中的礦物主要是帶狀分布的方解石和綠泥石等(圖2-I)。宏觀構造研究表明,研究區(qū)可能存在多期構造變形,不同部位保留不同的運動學性質(zhì),既有左旋逆沖剪切,又有右旋正滑剪切。

3 微觀構造特征

本文對鎂鐵-超鎂鐵巖和卷入韌性變形的沉積地層開展顯微構造研究,討論桂北地區(qū)龍勝韌性剪切帶的微觀構造特征。

超鎂鐵質(zhì)糜棱巖具有典型的糜棱結構(圖3-A)。殘斑礦物主要為長柱狀的陽起石、透閃石、方解石和黃鐵礦等;基質(zhì)礦物主要為針狀或纖維狀陽起石或透閃石,次要礦物為纖維狀的綠泥石和綠簾石等。陽起石或透閃石殘斑受韌性剪切變形而發(fā)生位移、旋轉(zhuǎn)和細?；?并形成眼球狀構造。眼球體呈“S”形彎曲,其長軸優(yōu)選方位構成剪切帶內(nèi)面理(S面理)。陽起石和綠泥石等纖維狀基質(zhì)圍繞眼球體定向排列,指示固態(tài)流變的特點,并形成剪切帶面理(C面理)。殘斑礦物和基質(zhì)共同構成S-C組構,指示左旋剪切(圖3-A)。眼球體殘斑的兩端常見纖維狀的陽起石或綠泥石拖尾,殘斑礦物的長軸優(yōu)選方位與拖尾構造形成剪切帶內(nèi)面理,與剪切帶面理構成S-C組構,指示右旋剪切(圖3-B)。方解石殘斑在超鎂鐵質(zhì)糜棱巖中呈不均勻分布,呈橢圓狀,其長軸方向與剪切帶的面理方向一致,且內(nèi)部發(fā)育機械雙晶(圖3-C)。黃鐵礦殘斑與綠泥石、少量的滑石和方解石等影中礦物共同構成不對稱的壓力影構造,指示右旋剪切(圖3-D)。

圖3 龍勝韌性剪切帶的典型顯微構造變形特征Fig.3 Typical microstructural characteristics of Longsheng ductile shear zone(A)陽起透閃石糜棱巖中的糜棱結構,殘斑礦物與基質(zhì)構成S-C組構,指示左旋剪切(龍勝縣 和平鄉(xiāng))(+);(B)陽起透閃石糜棱巖中的基質(zhì)圍繞殘斑礦物構成S-C組構,指示右旋剪切(龍勝縣 和平鄉(xiāng))(+);(C)陽起透閃石糜棱巖中方解石殘斑和機械雙晶(龍勝縣 和平鄉(xiāng))(+);(D)陽起透閃石糜棱巖中黃鐵礦殘斑及不對稱壓力影構造(龍勝縣 和平鄉(xiāng))(+);(E)鎂鐵質(zhì)糜棱巖中的S-C組構,指示左旋剪切(龍勝縣 金結)(+);(F)變泥質(zhì)巖中的石英動態(tài)重結晶顆粒,指示膨凸式重結晶的型式(龍勝縣 和平鄉(xiāng))(+) 。礦物代號:Qz.石英;Act.陽起石;Cal.方解石;Ser.絹云母;Py.黃鐵礦

鎂鐵質(zhì)糜棱巖具顯微糜棱結構。殘斑礦物主要是黃鐵礦和方解石,基質(zhì)為細粒化的方解石、石英、絹云母和綠泥石等。眼球狀方解石殘斑的優(yōu)選方位所指示的剪切帶內(nèi)面理與基質(zhì)礦物定向排列所組成的剪切帶面理共同構成S-C組構,指示左旋剪切(圖3-E)。方解石殘斑因剪切滑動形成的顯微書斜構造,亦指示左旋剪切(圖3-E)。

片理化的沉積地層主要巖性為凝灰質(zhì)片巖和云母片巖。石英殘斑以集合體形式存在,主要為動態(tài)重結晶顆粒,粒徑較小(20～50 μm);基質(zhì)主要為細?；氖?、絹云母及綠泥石等。石英殘斑顯示波狀消光,重結晶石英顆粒充填在石英殘斑礦物的顆粒邊界,顯示膨凸式重結晶(BLG)的型式,指示變形溫度較低(300 ℃～400 ℃)(圖3-F)。

綜合宏-微觀構造特征,桂北地區(qū)龍勝韌性剪切帶具有多期構造變形的特征,不同部位呈現(xiàn)不同的運動學性質(zhì),部分地帶顯示左旋逆沖剪切,部分地帶顯示右旋正滑剪切。

4 應變特征

因龍勝韌性剪切帶缺乏明顯的宏觀應變標志體,本文利用磁橢球體來代替應變橢球體,采用磁組構特征來討論韌性剪切帶的規(guī)模、產(chǎn)狀、應變特征和剪切性質(zhì)等。

首先野外采集未風化、新鮮的定向樣品;然后在實驗室將其切割成立方體樣品(2 cm×2 cm×2 cm);最后開展磁組構測量。磁組構樣品的分析測試工作在桂林理工大學廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室使用MFK1-A/CS-4型卡帕橋旋轉(zhuǎn)型單頻磁化率儀完成。測量場300 A/m,工作頻率875 Hz,環(huán)境溫度20 ℃,靈敏度2×10-8SI,精度0.1%［36-37］。通過測量定向巖心的15個不同方向的磁化率大小,求得單個巖芯樣品的3個磁化率主軸Kmax、Kint、Kmin大小和方位,同時利用Anisoft軟件將多個巖心樣品的分析數(shù)據(jù)擬合出該采樣點的磁化率橢球體的形態(tài)和方位,并求出樣品的磁組構參數(shù),如磁化率各向異性度(P值),磁面理(F值),磁線理(L值)和磁化率橢球體扁率(E值)等。

4.1 規(guī)模和產(chǎn)狀

論文實測與區(qū)域構造線呈大角度相交的3條磁組構剖面(圖4),由N向S依次為棉花坪—泗水剖面(A-A’)、翁家—荔枝溝剖面(B-B’)和高石山—現(xiàn)坪剖面(C-C’)(圖4)。共采取磁組構樣品42件,其中棉花坪—泗水剖面共10件,翁家—荔枝溝剖面共13件,高石山—現(xiàn)坪剖面共19件,分析結果見表1。

表1 桂北地區(qū)龍勝韌性剪切帶的磁組構參數(shù)Table 1 The magnetic fabric parameters along Longsheng area of northern Guangxi

圖4 龍勝韌性剪切帶分布圖及剖面圖Fig.4 Distribution map and magnetic fabric profile of Longsheng ductile shear zone1.泥盆系;2.奧陶系;3.寒武系邊溪組;4.寒武系清溪組;5.震旦系老堡組;6.震旦系陡山沱組;7.南華系南沱組;8.南華系富祿組;9.南華系長安組;10.丹洲群拱洞組;11.丹洲群合桐組;12.鎂鐵-超鎂鐵巖;13.砂巖;14.含礫砂巖;15.變質(zhì)砂巖;16.千枚巖;17.板巖;18.鎂鐵-超鎂鐵巖的巖性花紋;19.斷層;20.角度不整合;21.地質(zhì)界線;22.強韌性變形域;23.弱韌性變形域;24.韌性剪切帶;25.剖面線方位;26.磁組構P值;27.P值=1.05線;28.P值=1.10線;29.磁組構樣品采樣位置及編號;30.磁組構剖面;31.標注線;32.城鎮(zhèn)

眾多磁組構參數(shù)中,磁化率各向異性度(P值)可衡量巖石的變形程度［38］。當P值<1.05時,巖石為非構造成因的變形;當1.05≤P值<1.10時,巖石為構造成因的弱韌性變形;當P值≥1.10時,巖石為構造成因的強韌性變形［36,39-40］。首先,將帶有GPS坐標的采樣點置于平面地質(zhì)圖,然后根據(jù)各個采樣點的磁組構測量結果,利用P值≥1.05的采樣點圈出龍勝韌性剪切帶的分布范圍(圖4);并根據(jù)各個剖面的P值大小繪制磁各向異性度折線圖(圖4);同時結合地質(zhì)剖面圖,由P值≥1.10和1.10>P值≥1.05的采樣點圈出強、弱韌性變形帶(圖4)。

棉花坪—泗水剖面(A-A’):該剖面位于研究區(qū)北部,自棉花坪一帶沿111°延伸至泗水一帶。該剖面切割南華系長安組含礫砂巖,丹洲群拱洞組砂質(zhì)板巖、千枚巖,合桐組千枚巖、變質(zhì)砂巖和板巖,以及丹洲群合桐組中的鎂鐵-超鎂鐵巖。10件磁組構樣品P值介于1.02～1.35,其中,2件樣品P值<1.05;2件樣品P值介于1.05～1.10;其余樣品P值>1.10(圖4)。該剖面所控制的韌性變形帶寬度8 km。

翁家—荔枝溝剖面(B-B’):該剖面位于研究區(qū)中部,自翁家一帶沿95°延伸至荔枝溝一帶。該剖面切割丹洲群拱洞組、合桐組,以及合桐組中的鎂鐵-超鎂鐵巖。13件磁組構樣品P值介于1.05～2.18,其中2件樣品P值介于1.05～1.10,其余樣品P值>1.10。該剖面相對較短,未能完全控制韌性剪切帶的寬度(圖4)。

高石山—現(xiàn)坪剖面(C-C’):該剖面位于研究區(qū)的南部,自高石山一帶沿122°過金車后延伸至現(xiàn)坪一帶。該剖面切割丹洲群拱洞組和合桐組,以及合桐組中的鎂鐵-超鎂鐵巖。19件磁組構樣品P值介于1.04～2.40,其中1件樣品P值<1.05,其余18件樣品P值>1.05。盡管該剖面未能控制其東側(cè)邊界,但其控制的韌性變形寬度超過6 km。

根據(jù)39件P值≥1.05磁組構樣品的分布,在地質(zhì)圖上圈出龍勝韌性剪切帶的分布范圍和方位,并以P值=1.10為界劃分強弱變形帶(圖4)。磁組構測量結果顯示,龍勝韌性剪切帶沿NNE向延伸超過20 km,寬6～8 km,并沿走向延伸進入湖南與鄰區(qū)斷裂相接。龍勝韌性剪切帶的強韌性變形域多集中于鎂鐵-超鎂鐵巖的周緣(圖4)。

27組實測糜棱C面理(表2)的極射赤平投影顯示,龍勝韌性剪切帶呈NNE向延伸,傾向164°～318°,傾角25°～87°,極密點產(chǎn)狀294°∠56°(圖5-A、B)。39組P值≥1.05磁面理(表2)的極射赤平投影顯示,龍勝韌性剪切帶傾向NWW,傾角33°～89°,極密點產(chǎn)狀280°∠50°(圖5-C、D)。

表2 龍勝韌性剪切帶糜棱C面理和磁面理產(chǎn)狀Table 2 C foliation and magnetic foliation of the Longsheng ductile shear zone

圖5 龍勝韌性剪切帶面理產(chǎn)狀的極射赤平投影和極點等密度圖Fig.5 The stereographic projection and pole figures for the Longsheng ductile shear zone foliation(A)(B)分別為野外實測糜棱C面理的極射赤平投影和極點等密度圖;(C)(D)分別為磁面理的極射赤平投影和極點等密度圖

4.2 應變特征

因磁橢球體與應變橢球體之間具有對應關系,故常用磁組構參數(shù)來衡量巖石的應變特征。磁化率橢球體扁率(E=F/L)常用來衡量磁橢球體的應變特征,故可利用其進行巖石應變特征分析。當E=1時,代表平面應變;當1

本文利用龍勝韌性剪切帶39件樣品(P值≥1.05)的磁面理(F值)和磁線理(L值)數(shù)據(jù)繪制L-F圖解(圖6)。L-F圖解中,棉花坪—泗水剖面的8件樣品中,5件樣品落入壓扁型應變區(qū),3件樣品落入拉伸應變區(qū)(圖6);翁家—荔枝溝剖面的13件樣品中,7件樣品落入壓扁應變區(qū),6件樣品落入拉伸應變區(qū)(圖6);高石山—現(xiàn)坪剖面的18件樣品中,8件樣品落入壓扁應變區(qū),10件樣品落入拉伸應變區(qū)(圖6)。上述磁化率橢球體扁率(E)表明,龍勝韌性剪切帶具有多期變形,變形巖石中既保留有壓扁型應變,也保留有拉伸型應變。

圖6 龍勝韌性剪切帶的F-L圖解Fig.6 F-L diagram for the Longsheng ductile shear zone

4.3 運動學渦度

運動學渦度是定量表征剪切帶中純剪切和簡單剪切的相對比重,亦是定量檢驗應力類型和運動方式的重要參數(shù)。A.R.Bobyarchick［41］將運動學渦度定義為變形面內(nèi),兩非旋轉(zhuǎn)軸間夾角的余弦(Wk=cosα)。純剪切為共軸變形,其夾角為90°,運動學渦度為0;簡單剪切為非共軸變形,其運動學渦度為1;一般剪切為簡單剪切和純剪切的結合,其運動學渦度介于0～1。在一般剪切中,簡單剪切和純剪切所占比重相同時,運動學渦度值介于0.71～0.75。當純剪切占主導時,運動學渦度值介于0～0.71;當簡單剪切占主導時,運動學渦度值介于0.75～1［42］。

運動學渦度的估算方法較多,如最大主應力方位法、雙曲線法、σ型旋轉(zhuǎn)碎斑穩(wěn)定法、極摩爾圓法和有限應變法等。本文根據(jù)巖石磁組構測量的結果,采用最大主應力軸(σ1)方位法［43］對龍勝韌性剪切帶進行運動學渦度估算,估算結果見表3。

表3 龍勝韌性剪切帶運動學渦度計算結果Table 3 Kinematic vorticity calculation results for the Longsheng ductile shear zone

龍勝韌性剪切帶的運動學渦度值(Wk)介于0.25～0.99。20個測量點中,10個測量點的Wk<0.71, 10個測量點的Wk>0.75。運動學渦度估算結果表明,龍勝韌性剪切帶亦顯示多期變形的特征,不同的變形巖石保留有不同的剪切性質(zhì),既保留有簡單剪切,也保留有純剪切。

5 流變學特征

本文通過變形溫度、古差異應力和應變速率等方面來討論龍勝韌性剪切帶的流變學特征。

5.1 變形溫度

龍勝韌性剪切帶的變形巖石主要為鎂鐵質(zhì)糜棱巖、鈣硅質(zhì)片巖和綠泥絹云片巖等。鎂鐵質(zhì)糜棱巖的主要礦物組合為綠泥石+綠簾石+方解石+斜長石;鈣硅質(zhì)片巖的主要礦物組合為絹云母+白云母+方解石+石英;綠泥絹云片巖的主要礦物組合為綠泥石+絹云母+石英。上述各類變形巖石的礦物組合均屬于中綠片巖相,推測龍勝韌性剪切帶的變形溫度介于300 ℃～500 ℃。

5.2 古差異應力

古差異應力是指最大主應力與最小主應力的差值,能反映糜棱質(zhì)巖石的形成環(huán)境和動力大小。韌性剪切帶內(nèi),重結晶石英顆粒的大小與差異應力存在著對應關系［44-48］。本文采用R.J.Twiss［44］提出的動態(tài)重結晶石英顆粒計算古差異應力的方法。

巖石韌性變形過程中,重結晶石英顆粒的粒徑大小與古差異應力之間存在如下函數(shù)關系式:

σ1-σ3=(d/b)1/R

(1)

式中:σ1-σ3為最大主應力與最小主應力的差值,單位為MPa;d為動態(tài)重結晶石英顆粒的平均粒徑,單位為μm;b和R為實驗參數(shù)。

本文選擇龍勝韌性剪切帶內(nèi)動態(tài)重結晶石英顆粒含量較高的8件樣品進行古差異應力估算。采用M.Stipp等［48］給出的古差異應力估算參數(shù)(實驗參數(shù)R和b分別為-1.26和0.36×104)。首先,在顯微鏡下采用截線法測量動態(tài)重結晶石英顆粒的粒徑;然后,將粒徑代入古差異應力計算公式(1),即可獲得相應的古差異應力值(表4)。計算結果表明,龍勝韌性剪切帶具有相對較小的古差異應力,介于18.03～30.64 MPa。

表4 龍勝韌性剪切帶古差異應力和應變速率估算結果Table 4 Calculation of paleo-differential stress and strain rates for the Longsheng ductile shear zone

5.3 應變速率

當古差異應力和變形溫度確定后,即可估算變形巖石的應變速率［49-50］。本文采用D.K.Parrish等［51］提出的濕石英流變速率公式和G.C.Gleason等［52］提出的石英應變速率計算公式來確定韌性剪切帶的應變速率［53］,并分別用ε1和ε2表示。具體公式分別為:

ε1=4.4×10-2σ2.6exp(-27778/T)

(2)

ε2=1.1×10-4σ2.6exp(-223000/(8.314T))

(3)

式(2)和式(3)中:ε為應變速率,單位為s-1;σ為古差異應力,單位取MPa;T為應變溫度(熱力學溫度),單位取K。

將上文所求的變形溫度和古差異應力分別代入公式(2)和(3),即可獲得相應的應變速率ε1和ε2。估算結果表明,龍勝韌性剪切帶具有相對較低的應變速率,2種方法獲得應變速率分別為(0.20～0.80)×10-13s-1和(0.10～0.83)×10-13s-1(表4)。

6 應變特征及構造意義

6.1 巖石應變特征

龍勝韌性剪切帶具有典型的宏-微觀韌性變形結構,發(fā)育S-C組構、拉伸線理、A型褶皺、旋轉(zhuǎn)碎斑、透入性片理、不對稱壓力影和石英的動態(tài)重結晶等(圖2和圖3)。宏-微觀構造和磁組構表明,龍勝韌性剪切帶主體發(fā)育于桂北龍勝縣金車—泗水一線,NNE向延伸超20 km,寬6～8 km,屬于區(qū)域性永福—龍勝—城步斷裂帶的中段(圖4)。糜棱C面理的極密點產(chǎn)狀294°∠56°(圖5-A、B),磁面理的極密點產(chǎn)狀280°∠50°(圖6-C、D)。

前人研究表明,糜棱C面理與磁面理的夾角可以判斷剪切帶的運動學方向;相對于實測糜棱C面理而言,磁面理位于其銳角順時針方向,則表明發(fā)生了左旋剪切;反之,磁面理位于其銳角逆時針方向,則表明發(fā)生了右旋剪切［54］。龍勝韌性剪切帶磁面理的極密點產(chǎn)狀(280°∠50°)相對于糜棱C面理的極密點產(chǎn)狀(294°∠56°)而言,發(fā)生了逆時針方向的旋轉(zhuǎn),表明龍勝韌性剪切帶具有右旋剪切的性質(zhì)。運動學渦度、應變特征和宏-微觀構造表明,龍勝韌性剪切帶具有多期變形的特征,整體顯示早期左旋逆沖剪切,晚期右旋正滑剪切的運動學性質(zhì)。

應變分析表明,龍勝韌性剪切帶具有多期韌性變形的特征,總體顯示早期壓扁型應變,晚期拉伸型應變的特征。運動學渦度亦分析表明,龍勝韌性剪切帶呈現(xiàn)多期變形,不同的巖石保留不同的剪切性質(zhì),既保留有簡單剪切,也保留有純剪切。根據(jù)龍勝韌性剪切帶具有中綠片巖相的變形礦物組合,暗示其變形溫度介于300 ℃～500 ℃。龍勝韌性剪切帶具有相對較低的古差異應力(18.03～30.64 MPa)和應變速率((0.10～0.83)×10-13s-1)。

卷入龍勝韌性剪切帶變形的地質(zhì)體主要為上元古界和下古生界,以及上元古界丹洲群中的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵巖,上古生界未發(fā)生明顯的韌性變形(圖1),暗示龍勝韌性剪切帶形成于早古生代。前人對龍勝韌性剪切帶變形時代的研究相對較少,僅張成龍等［18］和秦亞等［19］利用熱液鋯石U-Pb年齡限定其形成于早古生代的～440 Ma B.P.。但龍勝韌性剪切帶具有多期活動的特征,且前人研究成果未能明確左旋逆沖剪切、右旋正滑剪切以及逆沖剪切和正滑剪切轉(zhuǎn)換的時代。綜上所述,龍勝韌性剪切帶多期構造變形的精細年代學刻畫仍需進一步的工作。

6.2 構造意義

前已述及,桂北龍勝地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵巖與圍巖的接觸關系對約束華南大陸早期構造演化具有重要意義。宏-微觀構造和磁組構研究表明,桂北龍勝地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵巖周緣強片理化帶為韌性剪切帶,而非構造成因的“冷接觸”,故不支持龍勝蛇綠巖的認識。本文研究內(nèi)容表明,桂北龍勝韌性剪切帶形成于早古生代,其形成可能與早古生代揚子和華夏陸塊的造山事件有成因聯(lián)系。

大型韌性剪切帶是大陸構造變形過程中地殼較深層次的構造形跡,也是碰撞造山作用或陸內(nèi)變形的主要表現(xiàn)形式之一,多是陸塊碰撞拼貼帶及地體增生拼合帶的重要組成部分,常出現(xiàn)在活動板塊或地塊的邊界及其附近［55］。桂北地區(qū)處于揚子和華夏陸塊拼貼造山帶的南西段,發(fā)育一系列近NNE向的韌性剪切帶。已有的研究表明,桂北地區(qū)一系列NNE向的韌性剪切帶形成于早古生代,且多是前人建議過的早古生代揚子和華夏陸塊的西南段邊界斷裂［18,36,40,56-62］。因此,對桂北地區(qū)韌性剪切帶的厘定有助于揭示華南大陸早古生代揚子和華夏陸塊造山作用的方式和過程。

大型韌性剪切帶常與造山過程密切相關,逆沖型韌性剪切帶一般在大洋俯沖增生及弧陸—陸陸碰撞造山過程的中下地殼收縮階段;伸展型韌性剪切帶主要形成于地殼伸展減薄的后造山階段;而走滑型韌性剪切帶常與地體之間的斜向匯聚和碰撞有關［63-64］。綜合研究表明,龍勝韌性剪切帶的早期左旋逆沖剪切和壓扁型應變應形成于早古生代揚子和華夏陸塊擠壓造山背景;而晚期右旋正滑剪切和拉伸型應變應形成于造山后伸展背景。

揚子和華夏陸塊早古生代造山事件的動力來源長期存在不同的認識。鄭桂青［21］認為龍勝韌性剪切帶的形成與早古生代揚子和華夏陸塊匯聚事件相關。區(qū)域上,張雪鋒［40］認為桂北地區(qū)四堡韌性剪切帶是華南早古生代華夏地塊自SE向NW做低角度斜沖到揚子地塊的產(chǎn)物;馬筱［61］研究表明,揚子東南緣的前泥盆系構造變形具有SE向NW逐漸變?nèi)醯内厔?亦支持華南大陸早古生代構造事件的驅(qū)動力來自SE側(cè)。龍勝韌性剪切帶傾向NW,似乎很難用來自SE側(cè)的驅(qū)動力來解釋NW傾向的構造;金寵［60］則在研究雪峰陸內(nèi)構造系統(tǒng)時認為,來自SE側(cè)的擠壓力由于受到黔中隆起的影響,在靖縣—溆浦斷裂附近產(chǎn)生強大的反沖作用。向東的反沖作用在黔陽、溆浦一帶的前泥盆紀地層中的褶皺軸面普遍東倒西傾中也可以得到體現(xiàn)。綜上所述,本文所述的龍勝韌性剪切帶呈傾向NW,其形成于華夏陸塊自SE向揚子陸塊擠壓受阻后而產(chǎn)生反沖作用的構造背景下。

龍勝韌性剪切帶的產(chǎn)狀、規(guī)模、應變特征、流變學及動力背景等的厘定,對明確揚子和華夏陸塊早古生代造山事件的方式、時限和動力來源等具有重要的啟示意義,為深化華南大地構造演化研究提供了新的資料。

7 結 論

a.宏-微觀構造和磁組構表明,桂北地區(qū)龍勝韌性剪切帶呈NNE向延伸20 km,寬6～8 km。糜棱C面理的極密點產(chǎn)狀294°∠56°,磁面理的極密點產(chǎn)狀280°∠50°。

b.龍勝韌性剪切帶具有多期變形,整體顯示早期左旋逆沖剪切和壓扁型應變,晚期右旋正滑剪切和拉伸型應變。

c.龍勝韌性剪切帶具有較低的古差異應力(18.03～30.64 MPa)和應變速率((0.10～0.83)×10-13s-1)。

d.龍勝韌性剪切帶形成于華南大陸早古生代華夏陸塊自SE向揚子陸塊擠壓受阻而產(chǎn)生反沖作用的構造背景下。早期擠壓背景下,產(chǎn)生壓扁型應變和左旋逆沖剪切;晚期造山后伸展背景下,產(chǎn)生拉伸型應變和右旋正滑剪切。

非常感謝桂林理工大學廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室在磁組構測試過程中提供的幫助。