張 歡， 宋傳中， 王道軒， 任升蓮， 涂文傳， 李加好

（合肥工業(yè)大學(xué) 資 源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合 肥 230009）

朱陽關(guān)－夏館（簡稱朱－夏）斷裂帶位于秦嶺造山帶的中部，如圖1所示，是早古生代二郎坪弧后盆地南緣的邊界斷裂，一直被認(rèn)為是二郎坪弧后盆地與秦嶺古島弧的分界線［1－2］，至今仍然保存大量兩者匯聚時期的構(gòu)造變形和結(jié)晶巖石。研究朱－夏斷裂帶內(nèi)各種構(gòu)造巖的溫壓條件，將有助于對二郎坪弧后盆地消減環(huán)境和消減過程的了解，從而進一步深化對秦嶺造山帶形成、演化的認(rèn)識。北秦嶺位于秦嶺造山帶的中部，主要由秦嶺群、二郎坪群和寬屏群組成（圖1）。秦嶺群分布在商－丹斷裂帶和朱－夏斷裂帶之間，是一套中深變質(zhì)雜巖系，由片麻巖、角閃巖和大理巖組成，變質(zhì)相主體為角閃巖相，局部達麻粒巖相，其中在官坡－雙槐樹一帶還有榴輝巖出露［3］。二郎坪群以朱－夏斷裂和瓦（穴子）－喬（端）斷裂為界，主要是一套細碧角斑巖系，由蛇綠巖、變碎屑巖和碳酸鹽巖組成。其地球化學(xué)特征具有弧后盆地性質(zhì)，時代從早寒武世到早中奧陶世。寬坪群分布于瓦－喬斷裂的北部，它是一套以綠片巖相為主變形強烈的淺變質(zhì)巖系，以基性火山巖、碎屑巖和碳酸鹽巖為原巖，時代為中新遠古代［4］。

近20年來，秦嶺造山帶一直是世界各國地質(zhì)學(xué)家關(guān)注的熱點［5－6］，研究成果涉及其結(jié)構(gòu)、演化和動力學(xué)等方面。但對造山帶中的重要斷裂帶的精細研究尚待進一步深入，故本文選取具有特殊構(gòu)造位置的朱陽關(guān)－夏館斷裂帶進行溫壓條件等方面的精細研究，旨在進一步認(rèn)識二郎坪弧后盆地封閉過程中的構(gòu)造環(huán)境。

圖1 朱陽關(guān)－夏館斷裂帶構(gòu)造簡圖

1 變形的溫壓條件

朱陽關(guān)－夏館斷裂帶在二郎坪弧后盆地閉合時產(chǎn)生。選取以下3種測溫壓實驗研究朱－夏斷裂帶在區(qū)域變質(zhì)時期的溫度和壓力條件，來反演當(dāng)時的變形環(huán)境。

1.1 礦物變形估計變形溫度

在朱陽關(guān)－夏館斷裂帶內(nèi)及其附近發(fā)育大量糜棱巖和構(gòu)造片巖，其顯微構(gòu)造特征表明，石英大部分發(fā)生動態(tài)重結(jié)晶作用，長石部分也伴隨著動態(tài)重結(jié)晶作用，如圖2所示。其主要形式如下：①顆粒邊界的嵌入式動態(tài)重結(jié)晶BLG，細微的動態(tài)重結(jié)晶亞顆粒沿著晶體周圍和細小的裂紋出現(xiàn)；② 亞顆粒旋轉(zhuǎn)動態(tài)重結(jié)晶SR，動態(tài)重結(jié)晶亞顆粒發(fā)生旋轉(zhuǎn)，晶粒殘斑周圍出現(xiàn)較小的晶粒；③顆粒邊界遷移動態(tài)重結(jié)晶GBM，晶粒形狀和尺寸都不規(guī)則，晶粒邊界相互交接得非常緊密。

一般而言，石英的動態(tài)重結(jié)晶開始于約300℃溫度環(huán)境下，在300～400℃區(qū)間表現(xiàn)為顆粒邊界的嵌入式（BLG）動態(tài)重結(jié)晶（核－幔構(gòu)造為主），在400～500℃區(qū)間表現(xiàn)為亞顆粒旋轉(zhuǎn)（SR）重結(jié)晶，而在500℃以上呈現(xiàn)為顆粒邊界遷移（GBM）重結(jié)晶。

糜棱巖基質(zhì)中新生礦物組合及礦物的變形現(xiàn)象與變形溫度密切相關(guān)，其中新生黑云母的出現(xiàn)，指示變形環(huán)境至少為中綠片巖相，綠片巖相的溫度范圍為300～500℃，而中綠片巖相溫度范圍為350～450℃［7］。天然變形巖石中長石脆－韌性轉(zhuǎn)換溫度的詳細研究顯示，低綠片巖相下長石呈脆性變形，中綠片巖相下開始顯示以位錯蠕變?yōu)闃?biāo)志的塑性變形，而進入高綠片巖相－低角閃巖相長石呈現(xiàn)為以動態(tài)重結(jié)晶為標(biāo)志的塑性變形［8］。這一轉(zhuǎn)換溫度發(fā)生在400～550℃。文獻［9］指出，400℃以下長石呈現(xiàn)為顯微破裂，在400～500℃時長石變形主要表現(xiàn)為塑性拉長、波狀消光及形成亞顆粒和核－幔構(gòu)造，而在500℃以上則長石的動態(tài)重結(jié)晶占優(yōu)勢。

本文根據(jù)文獻［9］的標(biāo)準(zhǔn)，對朱－夏斷裂帶形成溫度進行估算，見表1所列。采樣點大致按圖1中AB路線，其結(jié)果是：朱陽關(guān)－夏館斷裂帶巖石變形溫度在300～650℃，帶中心溫度較高，為500～650℃，而且越靠近構(gòu)造帶溫度越高，往兩側(cè)溫度遞減。按表1數(shù)據(jù)生成圖3所示的溫度分布曲線圖。由上述結(jié)果可見，朱陽關(guān)－夏館斷裂帶是在較高的溫度－壓力條件下形成的，二郎坪弧后盆地的封閉環(huán)境在綠片巖相到低角閃巖相之間。兩側(cè)的片巖和片麻巖也受到朱－夏斷裂帶韌性變形階段構(gòu)造變形的影響。

圖2 糜棱巖中的石英、長石顯微構(gòu)造特征

表1 變形巖石中石英長石變形特征及其溫度估計

圖3 溫度分布曲線圖

1.2 石英C軸組構(gòu)估溫

通常石英的滑移系主要分為底面滑移、菱面滑移、柱面滑移［10］，不同的溫度下會產(chǎn)生不同的石英C軸組構(gòu)特征。底面滑移中石英C軸組構(gòu)中光軸的優(yōu)選方位（LPO）形成的點極密主要分布于邊緣，柱面滑移分布于中心位置，菱面滑移則位于前兩者的中間位置。通過對石英C軸組構(gòu)中LPO的分布情況可以知道巖石變形溫度和剪切方向。

文獻［10］研究表明，400℃以下表現(xiàn)為底面滑移為主，400℃以上開始表現(xiàn)為以菱面滑移為主，且兼有底面滑移和柱面滑移出現(xiàn)，650℃以上表現(xiàn)為以柱面滑移為主。

取朱－夏斷裂帶附近發(fā)育的糜棱巖和構(gòu)造片巖，通過電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)對石英的C軸組構(gòu)進行分析，從而得出變形期的溫度。制取XZ面的薄片樣品，每個樣品的測試點數(shù)（n）都大于200，有些樣甚至上千點。通過吳氏網(wǎng)下半球投影，得出石英C軸組構(gòu)圖，如圖4所示。

從圖4中可以看出，巖石樣品石英C軸組構(gòu)中點極密分布于邊緣位置，部分樣品的點極密分布于圓周上，指示著巖石變形過程中石英以底面與菱面滑移為特征。根據(jù)本次變形巖石的石英C軸組構(gòu)統(tǒng)計分析其點極密分布情況，可推斷其變形溫度為400～600℃。這反映了二郎坪弧后盆地封閉時期，即朱陽關(guān)－夏館斷裂帶形成時溫度較高，與依據(jù)礦物重結(jié)晶類型估計的變形溫度是一致的。

圖4 糜棱巖中的石英C軸組構(gòu)圖（EBSD）（吳氏網(wǎng)下半球投影）

1.3 礦物對的電子探針溫壓條件

石榴石－黑云母礦物對是變質(zhì)巖中最常見的礦物對，兩者之間Fe－Mg交換與變質(zhì)程度密切相關(guān)。早在1959年Kretz就開始了石榴石黑云母之間的Fe－Mg交換與平衡溫度關(guān)系的研究，隨后人們從經(jīng)驗和實驗的角度標(biāo)定了該溫度計，并進行了多次修正。目前該溫度計已成為一種成熟、精確的地球化學(xué)熱力學(xué)方法，被廣泛應(yīng)用于變質(zhì)作用的溫度條件的研究［11］。

朱陽關(guān)－夏館斷裂帶廣泛出露糜棱巖、片巖、片麻巖、大理巖等，其中不少巖石中含有石榴石。石榴石裂理發(fā)育，顆粒很大（大于1mm，有的甚至能達到5mm），還有甚者呈條狀，表示該地區(qū)在后期的韌性變形階段壓力很大，證明朱陽關(guān)－夏館斷裂帶可能為二郎坪弧后盆地與秦嶺古島弧匯聚時期的產(chǎn)物。

朱陽關(guān)－夏館斷裂帶內(nèi)礦物電子探針數(shù)據(jù)，見表2所列。采用石榴石－黑云母－斜長石地質(zhì)溫壓力計［12］，結(jié)合表2電子探針的分析結(jié)果，得到了朱陽關(guān)－夏館斷裂帶形成時期的溫度最高值660℃，最低值為561.5℃，取其平均值為608.6℃。變質(zhì)壓力的上限為5 161bar，變質(zhì)程度最高可達角閃巖相，再次證明了朱陽關(guān)－夏館斷裂帶在較高的溫度－壓力下形成，也符合朱－夏斷裂帶是二郎坪弧后盆地與秦嶺古島弧南分界線，反映了二郎坪弧后盆地消減環(huán)境。

表2 朱陽關(guān)－夏館斷裂帶內(nèi)礦物電子探針數(shù)據(jù)

探針位置：石榴石、黑云母和斜長石接觸邊界。石榴石、黑云母、斜長石是區(qū)域變質(zhì)產(chǎn)生的。但是在后期二郎坪弧后盆地閉合形成時期，朱陽關(guān)－夏館斷裂帶經(jīng)過韌性剪切作用，石榴石、黑云母、斜長石邊部可出現(xiàn)部分動態(tài)重結(jié)晶，所以石榴石－黑云母－斜長石接觸邊界區(qū)域可以顯示其韌性變形的性質(zhì)。故本次探針數(shù)據(jù)可以指示朱陽關(guān)－夏館斷裂帶在形成時期的溫度和壓力。

2 結(jié) 論

（1）根據(jù)顯微數(shù)據(jù)可以估算出朱－夏斷裂帶附近的巖石變形溫度在300～650℃，帶中心溫度較高，為500～650℃，越靠近構(gòu)造帶溫度越高，而往兩側(cè)溫度遞減。變形環(huán)境在綠片巖相到低角閃巖相之間。

（2）運用電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)得到點極密分布圖，對石英的C軸組構(gòu)統(tǒng)計分析可推斷朱陽關(guān)－夏館斷裂帶韌性變形階段的變形溫度為400～600℃。

（3）采用石榴石－黑云母－斜長石地質(zhì)溫壓力計，結(jié)合電子探針的分析結(jié)果，得到了朱陽關(guān)－夏館斷裂帶的變形溫度為608.6℃，變質(zhì)壓力的上限為5 161bar，變質(zhì)程度最高可達角閃巖相。

綜上所述，地處北秦嶺具特殊構(gòu)造位置的朱陽關(guān)－夏館斷裂帶形成時期的溫度壓力中等；二郎坪弧后盆地關(guān)閉環(huán)境，即二郎坪弧后盆地和秦嶺古島弧碰撞閉合時期，為中溫－中低壓。

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