趙騰格 侯泉林 石夢(mèng)巖 丁林

1. 中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101

2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院；中國(guó)科學(xué)院計(jì)算地球動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100049

3. 中國(guó)科學(xué)院青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，北京 100101

4. 河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，焦作 454150

華北克拉通在中生代以來(lái)發(fā)生了強(qiáng)烈的破壞與巨量的減薄，并在地殼淺部發(fā)育了一系列的伸展構(gòu)造與變質(zhì)核雜巖。云蒙山變質(zhì)核雜巖位于華北克拉通北部，是我國(guó)最早發(fā)現(xiàn)的變質(zhì)核雜巖。20世紀(jì)80年代，王玉芳(1989)在云蒙山水峪地區(qū)發(fā)現(xiàn)了我國(guó)第一條低角度正斷層。隨后，Davis與鄭亞?wèn)|等人的合作研究將其確立為我國(guó)第一個(gè)變質(zhì)核雜巖(Davisetal., 1996)。三十多年來(lái)，不同的學(xué)者對(duì)云蒙山變質(zhì)核雜巖進(jìn)行了包括發(fā)育機(jī)制、巖石類型、地球化學(xué)以及年代學(xué)等多方面的研究工作，但仍存在一定的爭(zhēng)議與討論空間。

爭(zhēng)議的焦點(diǎn)之一是對(duì)云蒙山變質(zhì)核雜巖發(fā)育機(jī)制的認(rèn)識(shí)，即是伸展作用主導(dǎo)還是巖漿作用主導(dǎo)？Zhengetal.(1988)首先提出了熱隆-滑覆-推覆的構(gòu)造模式，把河防口低角度正斷層與云蒙山北部逆沖斷層的形成歸因?yàn)樵泼缮胶瞬炕◢弾r基的熱力隆起，之后又將其修正為先發(fā)生南北向的縮短作用形成四合堂剪切帶，再發(fā)生地殼熔融致使花崗閃長(zhǎng)巖隆起進(jìn)而側(cè)向伸展形成大水峪韌性剪切帶。Davisetal.(1996)則認(rèn)為云蒙山變質(zhì)核雜巖的發(fā)育機(jī)制是類似科迪勒拉型變質(zhì)核雜巖的簡(jiǎn)單伸展模式。此模式假設(shè)北部的推覆作用較早發(fā)生，之后才發(fā)生了云蒙山巖體的隆升以及拆離斷層的發(fā)育，變質(zhì)核雜巖整體受伸展作用所控制。Passchieretal.(2005)通過(guò)研究云蒙山花崗閃長(zhǎng)巖體侵入于周邊變閃長(zhǎng)巖體中同構(gòu)造花崗巖脈體的運(yùn)動(dòng)學(xué)與地球化學(xué)特征，推斷巖漿熱隆作用是云蒙山變質(zhì)核雜巖形成的主要原因并將四合堂剪切帶與大水峪剪切帶解釋為同期的伸展剪切帶。陳印(2014)則認(rèn)為云蒙山變質(zhì)核雜巖的形成更接近滾動(dòng)樞紐模式，主張變質(zhì)核雜巖形成的主導(dǎo)因素不是云蒙山巖體的侵位而是區(qū)域性的拉張作用。云蒙山野外實(shí)地勘探的結(jié)果表明四合堂剪切帶的上盤是向南倒轉(zhuǎn)的大型背斜，并且存在大量的“褶疊帶”與地層重復(fù)現(xiàn)象，所以部分觀點(diǎn)將云蒙山地區(qū)解釋為簡(jiǎn)單剪切成因有所不妥。此外，大水峪韌性剪切帶與其上覆的河防口低角度正斷層向NE延伸，并不環(huán)繞包圍云蒙山巖基，這與科迪勒拉型變質(zhì)核雜巖所具有的“斷層包圍的內(nèi)部變質(zhì)核”的特征不符。因此云蒙山變質(zhì)核雜巖的形成機(jī)制還有待進(jìn)一步探討。

爭(zhēng)議的焦點(diǎn)之二是大水峪韌性剪切帶內(nèi)應(yīng)變類型的變化及其與變質(zhì)核雜巖形成的關(guān)系。夏浩然(2011)認(rèn)為伸展作用早期的韌性變形以純剪切為主，其后簡(jiǎn)單剪切組分逐漸增加，在伸展變形后期過(guò)渡為簡(jiǎn)單剪切。李建波(2012)認(rèn)為大水峪韌性剪切帶的形成是地殼伸展與巖漿底辟聯(lián)合作用的產(chǎn)物。剪切帶在發(fā)育的早期經(jīng)歷了簡(jiǎn)單剪切作用，晚期則逐漸過(guò)渡為以純剪切為主的變形。陳印(2014)對(duì)大水峪韌性剪切帶內(nèi)不同位置的5塊樣品進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度計(jì)算，推斷大水峪韌性剪切帶各處均發(fā)生以簡(jiǎn)單剪切為主的變形。即便如此，這種數(shù)量的樣品數(shù)據(jù)似乎并不能很好地反應(yīng)剪切帶內(nèi)的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度特征。

無(wú)論是云蒙山變質(zhì)核雜巖的形成機(jī)制還是大水峪韌性剪切帶內(nèi)的應(yīng)變特征變化，其核心的問(wèn)題在于云蒙山地區(qū)構(gòu)造演化過(guò)程中巖漿作用與伸展作用的主次關(guān)系。巖漿作用所造成侵位隆升為變形過(guò)程提供了純剪切組分，伸展作用所造成的韌性剪切為變形過(guò)程提供了簡(jiǎn)單剪切組分。厘清大水峪韌性剪切帶形成過(guò)程中巖漿作用與伸展作用的關(guān)系，能更好地了解云蒙山地區(qū)的構(gòu)造演化過(guò)程。

通過(guò)對(duì)前人的研究方法與數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，覺得仍存在一些有待商榷的問(wèn)題，比如大水峪韌性剪切帶內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值。渦度本身是一個(gè)瞬時(shí)概念，指變形過(guò)程中某一階段的剪切狀態(tài)。除非剪切過(guò)程是穩(wěn)定遞進(jìn)變形，否則變形過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值并不恒定。在運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度的研究過(guò)程中，有不同的學(xué)者提出了多個(gè)研究方法，不同的方法得到的計(jì)算結(jié)果存在些許差異。因?yàn)樵趯?shí)際操作中，研究者觀察到的是變形的最終產(chǎn)物，并未涉及到變形事件的全過(guò)程，所以不同方法所計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值屬于變形的不同時(shí)期。盡管如此，運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值的計(jì)算仍不失其意義，通過(guò)多種方法之間的對(duì)比我們還是能夠?qū)^(qū)域內(nèi)的變形事件有所了解。在大水峪韌性剪切帶中，夏浩然(2011)和李建波(2012)所測(cè)量的剖面與傾向以較大角度斜交，無(wú)法判斷其變化是沿剪切方向的變化還是沿走向的不均性變化。因此這樣測(cè)量出的結(jié)果難以代表大水峪韌性剪切帶內(nèi)的應(yīng)變情況。陳印(2014)采用石英C軸組構(gòu)法測(cè)量得到河防口處的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值為0.98。由最大有效力矩準(zhǔn)則可知：最大主應(yīng)力軸σ1與伸展褶劈理(C’)的夾角為55°，因此σ1與剪切帶法線的夾角ξ不會(huì)大于35°，在公式Wk=sin2ξ的限制下，運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度Wk的最大值不會(huì)大于0.94。換言之，因巖石內(nèi)聚力的存在，在同一構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下，剪切帶必然遭受減薄，Wk<0.94。因此大水峪韌性剪切帶內(nèi)的應(yīng)變特征還存在一定的討論空間。

本文以大水峪韌性剪切帶為研究對(duì)象，在剪切帶的不同部位沿傾向方向進(jìn)行樣品采集。在鏡下對(duì)采集到的定向樣品進(jìn)行有限應(yīng)變測(cè)量，使用石英長(zhǎng)石溫度計(jì)與EBSD石英組構(gòu)分析來(lái)確定剪切帶的變形溫度區(qū)間，采用極摩爾圓法、伸展褶劈理法以及Rs/θ法對(duì)剪切帶的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度進(jìn)行計(jì)算。以此判斷巖漿作用與伸展作用在剪切帶發(fā)育過(guò)程中的影響，為云蒙山變質(zhì)核雜巖的構(gòu)造演化提供新的證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

云蒙山位于華北克拉通北部，燕山構(gòu)造帶西段，地處北京北部的密云水庫(kù)以西(圖1)。研究區(qū)主要出露有太古代的變質(zhì)基底、中新元古界沉積巖蓋層以及侵入其中的云蒙山花崗巖基以及石城閃長(zhǎng)巖體(張慧等, 2018)。

圖1 云蒙山地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)陳印等, 2014修改)Fig.1 Geological sketch map of Yunmengshan (modified after Chen et al., 2014)

區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造主體為NE-SW向的云蒙山背形。背形的北緣為四合堂韌性剪切帶，東南緣為大水峪韌性剪切帶，北西側(cè)為崎峰茶高角度正斷層，南東側(cè)為河防口低角度正斷層(圖1)。云蒙山背形、大水峪韌性剪切帶和河防口低角度正斷層共同組成了云蒙山變質(zhì)核雜巖。

云蒙山背形長(zhǎng)約60km，寬約15km。其主要組成部分為晚侏羅-早白堊世的云蒙山花崗巖基以及兩翼的元古界、寒武系和中侏羅世的未變形的火山碎屑巖。云蒙山巖基出露面積約300km2，以中、細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖為主(姬廣義等, 2004)。巖基南側(cè)與長(zhǎng)園巖體相接，東側(cè)為密云閃長(zhǎng)巖和沙坨子花崗巖。云蒙山巖基在大水峪剪切帶的形成過(guò)程中發(fā)育了不同程度的韌性與脆性變形構(gòu)造，由巖基向外逐漸由片麻巖過(guò)渡到糜棱巖，再由糜棱巖過(guò)渡到斷層角礫巖和斷層泥。巖體中的脈體與面理呈不同角度相交。前人的研究資料表明，云蒙山巖體侵位的時(shí)間為146～137Ma(Davisetal., 1998; Shietal., 2009; Wangetal., 2012; 劉翠等, 2004; 陳印等, 2014)。

大水峪韌性剪切帶位于云蒙山變質(zhì)核雜巖的東南緣。巖石組成主要為片麻狀與糜棱狀的花崗巖和閃長(zhǎng)巖，普遍發(fā)育有旋轉(zhuǎn)碎斑、S-C組構(gòu)、伸展褶劈理、里德爾破裂等韌性與脆性變形構(gòu)造且普遍具有清晰的透入性面理和線理。這些現(xiàn)象均指示著上盤向SE的剪切作用。剪切帶的走向在梨樹溝附近由NE變?yōu)镹NE，因此本文將大水峪韌性剪切帶分為北東段和南西段兩個(gè)部分進(jìn)行研究。北東段韌性剪切帶走向NNE，沿梨樹溝-石城一線展布，長(zhǎng)約10km，寬約為1km，傾角20°～45°，上盤向SE運(yùn)動(dòng)。南西段韌性剪切帶走向NE，沿河防口-白道峪-梨樹溝一線展布，長(zhǎng)約15km，寬約3km，傾角20°～50°，上盤向SE運(yùn)動(dòng)。在石城附近，剪切帶切穿云蒙山花崗巖基與石城閃長(zhǎng)巖體。帶內(nèi)可見多期次的花崗巖侵入脈體，受變形作用影響與面理呈不同角度相交。年代學(xué)研究表明大水峪剪切帶的活動(dòng)時(shí)間為135～114Ma(Davisetal., 1996; Shietal., 2009; Wangetal., 2012; Zhuetal., 2015)。

河防口低角度正斷層疊加在大水峪韌性剪切帶之上，總長(zhǎng)約60km，走向NE-NNE，傾向SE，傾角15°～45°。關(guān)于河防口低角度正斷層的成因，目前尚存在一定的爭(zhēng)議，陳印(2014)認(rèn)為斷層和大水峪韌性剪切帶都受控于同樣的伸展機(jī)制，與云蒙山巖體侵位無(wú)關(guān)，是135～100Ma地殼隆升過(guò)程中由塑性變形轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔训慕Y(jié)果。Zhuetal.(2015)認(rèn)為河防口低角度正斷層是受到均衡回彈影響而發(fā)育的地殼淺層次伸展構(gòu)造，持續(xù)時(shí)間從114Ma到早白堊世末期。

2 大水峪韌性剪切帶的變形特征

2.1 宏觀變形特征

大水峪韌性剪切帶的南西段切穿長(zhǎng)園花崗巖體，北東段穿過(guò)云蒙山花崗巖基與石城閃長(zhǎng)巖體。剪切帶的上盤為侏羅系、元古宇以及太古宇的碎裂和角礫狀巖石，下盤為角礫狀太古宇片麻巖及侵入其中的花崗質(zhì)片麻巖。

大水峪韌性剪切帶的不同部位發(fā)育有不同變形程度的構(gòu)造巖，由巖基向斷層方向依次出露片麻巖、糜棱巖、初糜棱巖以及斷層角礫巖，剪切帶南西段的青龍峽附近可見下寒武統(tǒng)君山組豹皮灰?guī)r向南逆沖推覆在中侏羅統(tǒng)的火山碎屑巖之上，斷層面北傾，傾角約15°，上盤為一系列高角度的正斷層(圖2a)。在白道峪村村口，可見花崗質(zhì)糜棱巖的露頭，其上發(fā)育有良好的眼球狀旋轉(zhuǎn)碎斑和S-C組構(gòu)，指示向SE的剪切作用(圖2b)。剪切帶北東段的云蒙峽剖面內(nèi)可見同樣指示SE方向剪切作用的伸展褶劈理(圖2c)。此外，剖面內(nèi)還發(fā)現(xiàn)了鞘褶皺的存在(圖2d)，這指示著云蒙山早期南北向的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。鞘褶皺的形成有多種方式。當(dāng)剪應(yīng)變大于10時(shí)，直接形成沿剪切方向的拉長(zhǎng)不對(duì)稱褶皺；當(dāng)剪應(yīng)變較小時(shí)，鞘褶皺的形成有兩種可能：一是先期褶皺在剪切作用下樞紐被彎曲，形成翼間角很小的刀鞘狀褶皺，這是疊加變形的結(jié)果；二是先期褶皺中存在原始層厚度不等或褶皺的原始層面與剪切方向斜交以及其他的局部不均一性，在遞進(jìn)的剪切作用下發(fā)育為鞘褶皺(張逸鵬等, 2012)。有限應(yīng)變測(cè)量結(jié)果顯示大水峪韌性剪切帶內(nèi)的剪應(yīng)變均不大于5，屬于剪應(yīng)變較小的情況。前人的研究結(jié)果表明云蒙山地區(qū)早先存在過(guò)一次由北向南的逆沖推覆，因此鞘褶皺可能是在這個(gè)階段初步發(fā)育，之后在經(jīng)歷了東西向的剪切作用后形成的。另一方面，鞘褶皺的發(fā)育說(shuō)明剪切帶在形成過(guò)程中發(fā)生了韌性減薄。

2.2 顯微構(gòu)造特征

鏡下觀察可以發(fā)現(xiàn)，大水峪韌性剪切帶中同樣保留了不同特征的韌性與脆性變形構(gòu)造。在靠近河防口斷層的部位，韌性變形的S-C組構(gòu)(圖3a)與脆性變形的多米諾構(gòu)造(圖3b)均指示向SE的剪切。此外，大水峪韌性剪切帶不同位置的石英與長(zhǎng)石的重結(jié)晶機(jī)制存在差異。在靠近巖基的部位，通常為花崗質(zhì)片麻巖或花崗質(zhì)糜棱巖，鏡下觀察可見長(zhǎng)石膨凸重結(jié)晶與亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶現(xiàn)象共存(圖3c)，斜長(zhǎng)石的邊部發(fā)育明顯的蠕英結(jié)構(gòu)(圖3d)，石英則均為顆粒邊界遷移重結(jié)晶(圖3e)。在剪切帶中間部位，北東段因?yàn)樵泼缮綆r基與石城閃長(zhǎng)巖體侵入接觸，主要為花崗質(zhì)初糜棱巖與閃長(zhǎng)質(zhì)初糜棱巖互層。長(zhǎng)石的重結(jié)晶機(jī)制變?yōu)榕蛲怪亟Y(jié)晶(圖3f)，蠕英結(jié)構(gòu)的數(shù)量減少，石英則過(guò)渡為顆粒邊界遷移重結(jié)晶與亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶共存(圖3g)。南西段主要為花崗質(zhì)與花崗閃長(zhǎng)質(zhì)的初糜棱巖，石英與長(zhǎng)石重結(jié)晶機(jī)制基本保持不變。在靠近河防口斷層的部位，北東段位于石城閃長(zhǎng)巖體內(nèi)，長(zhǎng)石顆粒均為膨凸重結(jié)晶，石英多為亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶(圖3h)，但個(gè)別樣品中的石英仍可觀察到顆粒邊界遷移重結(jié)晶現(xiàn)象。南西段的長(zhǎng)石顆粒同樣為膨凸重結(jié)晶，石英則過(guò)渡為亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶。

圖3 大水峪韌性剪切帶鏡下顯微構(gòu)造(a)長(zhǎng)石的S-C組構(gòu)；(b)斜長(zhǎng)石的多米諾構(gòu)造；(c)鉀長(zhǎng)石的亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶現(xiàn)象；(d)斜長(zhǎng)石內(nèi)部的蠕英結(jié)構(gòu)；(e)石英的顆粒邊界遷移重結(jié)晶；(f)長(zhǎng)石的膨凸重結(jié)晶；(g)石英的亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶(SGR)與顆粒邊界遷移重結(jié)晶(GBM)共存；(h)石英的亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶.Pl-斜長(zhǎng)石；Kfs-鉀長(zhǎng)石；Qtz-石英；Hbl-角閃石；Mus-白云母；Bt-黑云母；SGR-亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶；GBM-顆粒邊界遷移重結(jié)晶Fig.3 Microstructures of rocks of the Dashuiyu ductile shear zone(a) S-C fabric of feldspar; (b) domino structure of plagioclase; (c) subgrain rotational recrystallization of K-feldspar; (d) myrmekitic texture within plagioclase; (e) grain boundary migration recrystallization of quartz; (f) bulging recrystallization of feldspar; (g) coexistence of subgrain rotation recrystallization (SGR) and grain boundary migration recrystallization (GBM) in quartz; (h) grain boundary migration recrystallization of quartz. Pl-plagioclase; Kfs-potash feldspar; Qtz-quartz; Hbl-amphibole; Mus-muscovite; Bt-biotite; SGR-subgrain rotational recrystallization; GBM-grain boundary migration recrystallization

前人的研究結(jié)果表明，石英與長(zhǎng)石在不同的溫度區(qū)間內(nèi)存在著不同的重結(jié)晶樣式(向必偉等, 2007)。通過(guò)觀察長(zhǎng)石與石英在顯微鏡下的動(dòng)態(tài)重結(jié)晶形式，可以限定大水峪韌性剪切帶的變形溫度區(qū)間。因此，初步推斷大水峪韌性剪切帶的構(gòu)造巖相在高綠片巖相與低角閃巖相之間變化。變形溫度區(qū)間為480～650℃(大部分樣品的變形溫度低于600℃)。這與張慧等(2018)對(duì)云蒙峽剖面使用二長(zhǎng)石溫度計(jì)估算的結(jié)果(450～630℃)基本吻合。

3 有限應(yīng)變測(cè)量與運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度估算

3.1 有限應(yīng)變測(cè)量

發(fā)生過(guò)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的區(qū)域，其間的巖石會(huì)在一定程度上發(fā)生變形，產(chǎn)生應(yīng)變。通過(guò)測(cè)量巖石中某些標(biāo)志物體(礫石、構(gòu)造角礫、化石、鮞粒、氣孔以及枕狀熔巖等)的應(yīng)變狀態(tài)，可以了解巖石的變形現(xiàn)象，從而進(jìn)一步了解研究區(qū)的構(gòu)造屬性與經(jīng)歷的構(gòu)造事件。這種定量分析研究區(qū)域應(yīng)變狀況的手段稱為“有限應(yīng)變測(cè)量”。

有限應(yīng)變測(cè)量首先要確定所測(cè)量的應(yīng)變標(biāo)志體。對(duì)所采集的樣品進(jìn)行了鏡下觀察研究發(fā)現(xiàn)，剪切帶內(nèi)的石英多數(shù)發(fā)生不同程度的重結(jié)晶作用，如亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶以及顆粒邊界遷移重結(jié)晶，不適合作為有限應(yīng)變測(cè)量的標(biāo)志體。剪切帶內(nèi)的長(zhǎng)石多發(fā)生脆性破裂和低溫膨凸重結(jié)晶。即使在出現(xiàn)長(zhǎng)石亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶的樣品中，也可觀察到部分膨凸重結(jié)晶的長(zhǎng)石顆粒。因此可將長(zhǎng)石在變形過(guò)程中的變化視為剛體旋轉(zhuǎn)。長(zhǎng)石在不同的變質(zhì)條件下具有不同的變形現(xiàn)象：在低級(jí)變質(zhì)條件(<400℃)下主要為脆性破裂，在中低級(jí)變質(zhì)條件(400～500℃)和中級(jí)變質(zhì)條件下(450～600℃)出現(xiàn)位錯(cuò)攀移與亞顆粒旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)重結(jié)晶作用，在高級(jí)變質(zhì)條件(>600℃)下則以亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶為主(胡玲等, 2009)。由前文可知，大水峪韌性剪切帶的變形溫度區(qū)間為480～650℃，且大多數(shù)樣品位于中低級(jí)和中級(jí)變質(zhì)條件下。Bailey and Eyster (2003)的研究結(jié)果表明：在中低級(jí)韌性變形過(guò)程中，長(zhǎng)石顆粒間的滑動(dòng)較少，近于剛體旋轉(zhuǎn)。此外，大水峪韌性剪切帶內(nèi)主要發(fā)育糜棱巖和初糜棱巖，基質(zhì)含量約在50%左右。鏡下觀察也可發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)石顆粒較多而石英多為裂隙充填。綜合以上原因，本研究選取鏡下較為完整的長(zhǎng)石顆粒作為應(yīng)變測(cè)量標(biāo)志體。

有限應(yīng)變測(cè)量的基礎(chǔ)是要將變形巖石中標(biāo)志體的變形狀態(tài)與變形前進(jìn)行比較。通過(guò)測(cè)量應(yīng)變標(biāo)志體的主應(yīng)變軸的方位和大小等變形數(shù)據(jù)，算出研究區(qū)域內(nèi)各樣點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)，求取各點(diǎn)應(yīng)變橢球體主軸的方位、長(zhǎng)短軸比以及Flinn指數(shù)(k)等參數(shù)，進(jìn)而推算研究區(qū)域的減薄量和韌性位移量等數(shù)據(jù)。

因此，應(yīng)變測(cè)量的首要任務(wù)是要確定主應(yīng)變軸的方位及其大小。一般情況下，主應(yīng)變軸的方位由糜棱巖中的面理和拉伸線理的方位來(lái)確定。規(guī)定拉伸線理方向?yàn)閄軸，平行面理垂直線理方向?yàn)閅軸，垂直面理方向?yàn)閆軸。XYZ三個(gè)軸共同組成了應(yīng)變分析所需要的XY面(最大壓扁面)、XZ面和YZ面。通過(guò)測(cè)量三個(gè)面中任意兩個(gè)面上的長(zhǎng)短軸比，將其標(biāo)準(zhǔn)化到體積為4π/3的橢圓上，即可得到XYZ三個(gè)軸上的應(yīng)變參數(shù)。

本次研究在大水峪韌性剪切帶的5條剖面內(nèi)共采集41塊定向樣品進(jìn)行研究。平行于XZ和YZ面切制定向薄片。使用Straindesk軟件對(duì)鏡下照片中的長(zhǎng)石顆粒輪廓進(jìn)行勾勒，即可得到長(zhǎng)石顆粒的長(zhǎng)短軸比以及長(zhǎng)軸與剪切帶邊界夾角等應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)(李志勇和曾佐勛, 2006)。每個(gè)樣品采集30個(gè)以上的長(zhǎng)石顆粒數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)量得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算調(diào)和平均值來(lái)減少誤差。詳細(xì)測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 大水峪韌性剪切帶有限應(yīng)變測(cè)量、運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度分析數(shù)據(jù)表Table 1 Data table for finite strain measurement and kinematic vorticity analysis of the Dashuiyu ductile shear zone

3.2 應(yīng)變特征分析

許氏圖解和Flinn圖解是分析地質(zhì)體應(yīng)變類型的常用方法。通過(guò)將應(yīng)變測(cè)量得到的數(shù)據(jù)投影到圖上可以直觀地表達(dá)應(yīng)變橢球的形態(tài)以及其所代表的應(yīng)變類型。

剪切帶北東段的Flinn圖解投圖結(jié)果顯示云蒙峽剖面和南石城剖面的點(diǎn)位較為分散，北石城剖面內(nèi)的點(diǎn)則較為集中，但Flinn指數(shù)k的平均值相差不大，分別為0.23、0.28和0.24，均指示壓扁應(yīng)變(圖4a)。許氏圖解中三條剖面的Lode參數(shù)ν均位于0到1之間，結(jié)果與Flinn圖解的結(jié)果相同，仍指示壓扁變形的橢球(圖4b)。剪切帶南西段的Flinn圖解中白道峪剖面與小水峪剖面的投點(diǎn)位置更靠近k=0.1的軸，k的平均值分別為0.13和0.15，這指示著南西段的應(yīng)變狀態(tài)接近軸對(duì)稱壓縮(圖4c)。許氏圖解的Lode參數(shù)ν同樣位于0到1之間，指示壓扁應(yīng)變(圖4d)。

圖4 大水峪韌性剪切帶的Flinn圖解與許氏圖解Fig.4 Flinn and Hsǖ diagram of the Dashuiyu ductile shear zone

綜合分析表明大水峪韌性剪切帶在形成過(guò)程中的主要應(yīng)變類型為壓扁應(yīng)變，其由巖漿作用所主導(dǎo)的巖基侵位隆升所提供，且南西段的壓扁作用要大于北東段。此外，應(yīng)變測(cè)量結(jié)果顯示南西段與北東段的X軸與Y軸均發(fā)生了拉長(zhǎng)。剪切帶南西段的寬度(2～3km)大于北東段(1km)。前人研究表明，云蒙山東北部巖體(馮家峪巖體、西白蓮峪巖體和大東溝巖體)中未觀察到明顯的構(gòu)造變形現(xiàn)象(陳印, 2014)。因此，推測(cè)大水峪韌性剪切帶的北東段的伸展拆離過(guò)程受到云蒙山東北部巖體(西白蓮峪巖體、馮家峪巖體和大東溝巖體)的阻擋，進(jìn)而沿剪切帶走向方向發(fā)生了一定程度上的擠壓作用。綜合上述討論，可知剪切帶在發(fā)育過(guò)程受巖漿作用所主導(dǎo)的純剪切的影響較大，伸展拆離作用所提供的簡(jiǎn)單剪切作用于剪切帶形成晚期。

3.3 韌性位移量與減薄率計(jì)算

表2 大水峪韌性剪切帶中各剖面的韌性位移量Table 2 Ductile displacement of each section in the Dashuiyu ductile shear zone

剪切帶在形成過(guò)程中受到垂直和水平方向的力，必然會(huì)出現(xiàn)一定程度上的體積變化，韌性的減薄與增厚不可避免。Simpson and De Paor (1993)提出韌性剪切帶在形成過(guò)程中受到次簡(jiǎn)單剪切作用影響而發(fā)生厚度變化，剪切帶在其長(zhǎng)度增加、體積變小和第三位方向伸展的情況下可發(fā)生韌性減薄。Wallis (1995)認(rèn)為垂直剪切帶邊界方向的減薄率(減薄量與原厚度的比值)與運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度Wk以及XZ面的軸比Rs

分別采用公式法和極摩爾圓圖解法對(duì)云蒙峽剖面和小水峪剖面的XZ面和YZ面上的減薄率進(jìn)行計(jì)算(表3)，發(fā)現(xiàn)XZ面的減薄率高達(dá)60%～90%，YZ面的減薄率也在60%以上。這同樣指示著大水峪韌性剪切帶的形成過(guò)程中受壓扁作用的影響較大，與Flinn圖解與許氏圖解的投圖結(jié)果一致。

表3 大水峪韌性剪切帶的韌性減薄率Table 3 Ductile thinning rate of the Dashuiyu ductile shear zone

4 運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度

渦度(vorticity)原本是流體力學(xué)中描述流體旋轉(zhuǎn)程度的概念，地質(zhì)學(xué)上把它作為描述巖石變形過(guò)程中內(nèi)部旋轉(zhuǎn)程度的向量。為了度量簡(jiǎn)單剪切與純剪切各組分在變形過(guò)程中所占的比例，地質(zhì)學(xué)家又引入了運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度(Wk)的概念。運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度可以更加清晰地度量剪切帶中簡(jiǎn)單剪切與純剪切各組分在變形過(guò)程中所占的比例，進(jìn)而更好地解釋剪切帶的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)。當(dāng)0

Bobyarchick(1986)把運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度(Wk)的表達(dá)式簡(jiǎn)化為Wk=cosα。式中，α為兩特征方向間的夾角。純剪切的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值為0，簡(jiǎn)單剪切的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值為1，一般剪切的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值介于0和1之間(鄭亞?wèn)|等, 2008)。

運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度的研究與使用迄今已有40年，計(jì)算運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度的方法也在不斷完善和進(jìn)步。目前，估算運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度的主流方法有極摩爾圓法(Zhang and Zheng, 1997)、伸展褶劈理法(鄭亞?wèn)|等, 2007)以及Rs/θ圖解法(Tikoff and Fossen, 1993)。本文結(jié)合上述三種方法對(duì)大水峪韌性剪切帶的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值(Wk)進(jìn)行估算。

4.1 極摩爾圓法

Simpson and De Paor (1993)最先提出了極摩爾圓的構(gòu)建方法。Zhang and Zheng (1997)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，提出了更為實(shí)用的利用極摩爾圓計(jì)算運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度的方法。本文采用這個(gè)方法，對(duì)大水峪韌性剪切帶內(nèi)5條剖面上的定向樣品進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度的計(jì)算。利用有限應(yīng)變測(cè)量得到的XZ面長(zhǎng)短軸比RS-XZ以及其長(zhǎng)軸與剪切帶邊界的夾角θ來(lái)構(gòu)建極摩爾圓，從而得到兩特征向量的夾角α，再利用公式Wk=cosα計(jì)算運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度(表1)。將計(jì)算得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值結(jié)合采樣位置投影在剖面圖上，可以得到大水峪韌性剪切帶走向方向的渦度變化趨勢(shì)。

剪切帶北東段的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值變化幅度較大。云蒙峽剖面的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度為0.08～0.84，平均值為0.42；南石城剖面的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度為0.06～0.5，平均值為0.25；北石城剖面的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度為0.11～0.65，平均值為0.44(表1)。結(jié)合剖面在地質(zhì)圖上的位置(圖1)分析得到大水峪剪切帶北東段的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度變化趨勢(shì)由巖基向斷層方向先減小后增大，剪切類型總體仍為純剪切(圖5)。

圖5 大水峪韌性剪切帶北東段采樣剖面與運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值變化Fig.5 Sampling locations and kinematic vorticity variations in the northeast section of the Dashuiyu ductile shear zone

剪切帶南西段的渦度變化范圍較小。白道峪剖面的渦度為0.44～0.66，平均值為0.54；小水峪剖面的渦度為0.60～0.85，平均值為0.77。結(jié)合剖面地理位置分析得到大水峪剪切帶南西段由北向南運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值逐漸增大，純剪切組分減少，剪切類型逐漸由純剪切過(guò)渡到簡(jiǎn)單剪切(圖6)。

圖6 大水峪韌性剪切帶南西段采樣剖面及運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值變化Fig.6 Sampling locations and kinematic vorticity variations in the southwest section of the Dashuiyu ductile shear zone

4.2 伸展褶劈理(C’)法

伸展褶劈理(C’)形成于剪切帶晚期的低溫階段，代表的是剪切帶形成晚期的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度(鄭亞?wèn)|等, 2008)。鄭亞?wèn)|(1999)提出的“最大有效力矩準(zhǔn)則”可用于伸展褶劈理發(fā)育時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度的計(jì)算。C′面理與C面理間的夾角為0°～35°，C′與最大主應(yīng)力(σ1)間的夾角為55°。測(cè)量糜棱巖中形成的伸展褶劈理(C’)與剪切帶面理(C)的夾角，可得最大主應(yīng)力軸(σ1)與剪切帶法線的夾角(ξ)，通過(guò)公式 可以計(jì)算得到運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度Wk(鄭亞?wèn)|等, 2008)。

本文針對(duì)白道峪、云蒙峽、南石城和北石城4條剖面中選取能觀察到伸展褶劈理發(fā)育的XZ面薄片進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。為了減小誤差，每張薄片測(cè)量30組數(shù)據(jù)以上并計(jì)算調(diào)和平均值(表1)。白道峪剖面的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值為0.27～0.47，平均值為0.39。云蒙峽剖面的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值為0.10～0.59，平均值為0.40；南石城剖面的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值為0.15～0.42，平均值為0.30；北石城剖面的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值為0.22～0.62，平均值為0.44。四條剖面的伸展褶劈理法計(jì)算結(jié)果均指示純剪切為主的變形作用。結(jié)合極摩爾圓法計(jì)算得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度數(shù)據(jù)與剖面采樣位置(圖5、圖6)分析，說(shuō)明剪切帶形成的后期純剪切組分占比較高且北東段的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度存在由巖基向外先減小后增大的趨勢(shì)。

4.3 RS/θ曲線法

在某些剪切帶中，有限應(yīng)變橢球體可以由垂直于剪切帶和平行于剪切方向的截面中的變形標(biāo)志體計(jì)算。Fossen and Tikoff (1993)的研究表明如果應(yīng)變橢圓的軸率RS和應(yīng)變橢圓長(zhǎng)軸與高應(yīng)變帶邊界夾角θ已知，則可通過(guò)關(guān)系圖解估算運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值的范圍與地質(zhì)體所經(jīng)歷的擠壓或拉張作用。劉江等(2012)基于前人的研究，繪制了平均運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度Wm關(guān)于RS與θ的等值線圖。本文主要通過(guò)測(cè)量S面理與C面理間的夾角來(lái)獲得θ的值，結(jié)合特征向量間的夾角α以及長(zhǎng)短軸比RS進(jìn)行投圖(圖7)。結(jié)果顯示，剪切帶北東段與南西段均發(fā)生減薄的一般剪切作用，且北東段內(nèi)的渦度變化范圍要大于南西段。

圖7 大水峪韌性剪切帶RS/θ法圖解Fig.7 RS/θ diagrams of the Dashuiyu ductile shear zone

此外，Tikoff and Fossen (1993)還提出了轉(zhuǎn)換擠壓和轉(zhuǎn)換拉張下運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度(Wk)分別與θ和α的關(guān)系圖。將θ和α投影在圖上，發(fā)現(xiàn)大水峪韌性剪切帶的南西段和北東段均為以純剪切為主的變形(圖8a, b)，且均指示以純剪切為主的轉(zhuǎn)換擠壓作用(圖8c, d)。白道峪剖面的純剪切組分多于小水峪剖面，這與極摩爾圓法測(cè)得的結(jié)果一致。盡管剪切帶北東段剖面的長(zhǎng)度要小于剪切帶南西段剖面的長(zhǎng)度，但北東段剖面內(nèi)的渦度變化范圍要大于南西段剖面的渦度變化范圍。結(jié)合云蒙山地區(qū)的地質(zhì)背景，這說(shuō)明大水峪韌性剪切帶的北東段的相較南西段發(fā)生了更為復(fù)雜的構(gòu)造演化事件。

圖8 轉(zhuǎn)換擠壓和轉(zhuǎn)換拉張下運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度(Wk)分別與θ和α的關(guān)系Fig.8 The relationship between kinematic vorticity (Wk) and θ and α, under transpression and transtension

5 EBSD石英組構(gòu)分析

在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究中，巖石組構(gòu)分析是研究巖石物理性質(zhì)、變形機(jī)制以及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律的重要方向和手段。僅在露頭尺度上對(duì)巖石的變形現(xiàn)象進(jìn)行研究不僅不精確而且難以定量分析。因此，在巖石組構(gòu)的研究中常常需要借助一些技術(shù)手段。

電子背散射衍射(Electron backscatter diffraction，簡(jiǎn)稱EBSD)技術(shù)是一種近年來(lái)在地質(zhì)領(lǐng)域很流行的技術(shù)。其原理是結(jié)合波譜和能譜成分分析等設(shè)備使用高分辨率的掃描電子顯微鏡來(lái)確定晶體的粒度、邊界、取向差、物相鑒定與應(yīng)變等信息(黃學(xué)猛等, 2016)。通過(guò)EBSD技術(shù)分析能夠把掃描得到的晶體參數(shù)以不同的圖件表示，其中就包括礦物的CPO樣式。

樣片表面晶體的優(yōu)選方向稱為CPO(crystal preferred orientation)。不同的CPO樣式可以指示不同的運(yùn)動(dòng)方向、確定變形溫度區(qū)間和度量應(yīng)變大小。CPO樣式在共軸變形與非共軸變形中呈現(xiàn)不同的對(duì)稱關(guān)系，前者為對(duì)稱關(guān)系，后者為單斜對(duì)稱關(guān)系(Langilleetal., 2010)。此外，CPO樣式也能指示不同的變形溫度區(qū)間。以石英為例，變形溫度由低到高依次為底面滑移、菱面滑移、柱面滑移和柱面滑移。

本研究采用石英作為研究載體，實(shí)驗(yàn)在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所大陸動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試方法及流程見文獻(xiàn)(劉俊來(lái)等, 2008)。根據(jù)所測(cè)試的5個(gè)樣品呈現(xiàn)出不同的CPO樣式，并將其結(jié)合采樣位置繪制在地質(zhì)圖上(圖9)。由圖9可知，5塊樣品的石英C軸組構(gòu)圖均指示向SE的剪切作用，但環(huán)帶類型和極密位置存在差異。剪切帶兩端靠近巖基的樣品(YMX19554)和靠近斷層的樣品(YMX121401和SC694)呈現(xiàn)為靠近Y軸極密的柱面滑移，指示高溫變形。剪切帶中間部位的樣品(DX682和SC692)則為Z軸與YZ軸之間的極密，為指示中低溫變形的菱面滑移和底面滑移。這說(shuō)明剪切帶中間部位存在不同溫度巖片疊加的現(xiàn)象并且變形溫度由巖基向外呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢(shì)。

圖9 大水峪韌性剪切帶北東段石英EBSD組構(gòu)及采樣位置Fig.9 EBSD fabric and sampling location of quartz in the northeast part of the Dashuiyu ductile shear zone

6 討論

6.1 變形條件

糜棱巖通常形成于動(dòng)力變質(zhì)條件下。Tullisetal.(2000)指出：韌性剪切帶不僅是巖石的變形帶，同時(shí)也是變質(zhì)帶。在不同的變質(zhì)環(huán)境下，糜棱巖呈現(xiàn)出不同的礦物組合和變形特征。這些現(xiàn)象同時(shí)也可以反映出巖石形成時(shí)的物理環(huán)境。大水峪韌性剪切帶北東段和南西段的礦物組成略有不同。北東段的三條剖面中可以觀察到綠泥石、綠簾石和白云母等綠片巖相環(huán)境下的典型礦物。此外還發(fā)現(xiàn)了蠕英結(jié)構(gòu)這種中高溫變質(zhì)條件下的產(chǎn)物。蠕英結(jié)構(gòu)的成分由斜長(zhǎng)石和石英組成。董彥龍等(2019)的研究表明，變形花崗巖中蠕英結(jié)構(gòu)的形成在一定程度上會(huì)受到剪切帶發(fā)育過(guò)程中力的作用。因此，蠕英結(jié)構(gòu)很可能形成于大水峪韌性剪切帶的發(fā)育過(guò)程之中。綜合以上特征，結(jié)合長(zhǎng)石的不同重結(jié)晶現(xiàn)象，可以推斷大水峪韌性剪切帶的北東段經(jīng)歷了從綠片巖相到角閃巖相的變化。與北東段不同的是，南西段的兩條剖面中均普遍發(fā)育蠕英結(jié)構(gòu)以及石英顆粒邊界遷移重結(jié)晶等中高溫條件下的變形現(xiàn)象。因此推測(cè)大水峪剪切帶南西段的巖石大部分形成于角閃巖相條件下。

由石英長(zhǎng)石礦物溫度計(jì)以及EBSD石英組構(gòu)分析可知：大水峪韌性剪切帶北東段的變形溫度區(qū)間變化較大，變形主要發(fā)生在中低溫的綠片巖相條件下，少數(shù)發(fā)生在中高溫的角閃巖相中。剪切帶內(nèi)的溫度由巖基向斷層方向先降低后升高。前人的研究表明：云蒙山東側(cè)的冷卻速率為28.6℃/Myr(500～300℃)和50.0℃/Myr(300～200℃)(陳印等, 2014)。剪切帶整體的變形溫度在480～650℃之間，幾百米之內(nèi)出現(xiàn)如此大的溫度變化可能是因?yàn)樯煺棺饔门c走滑擠壓作用將不同變形溫度的巖片堆疊到了一起。

6.2 變形特征分析

Flinn圖解和許氏圖解均指示剪切帶內(nèi)發(fā)生以壓扁作用為主的應(yīng)變，但北東段的壓扁程度要小于南西段。Lode參數(shù)ν和Flinn指數(shù)k的值指示北東段的應(yīng)變類型為一般壓縮，南西段的應(yīng)變類型接近軸對(duì)稱壓縮。減薄率的計(jì)算結(jié)果表明剪切帶北東段和南西段均存在60%以上的減薄，因此大水峪剪切帶在發(fā)生變形時(shí)不僅僅是X軸發(fā)生了伸長(zhǎng)，同時(shí)Y軸也有所伸長(zhǎng)。由應(yīng)變分析的結(jié)果可知，北東段和南西段的Y軸伸長(zhǎng)原因有所不同：剪切帶南西段是因?yàn)閴罕庾饔幂^大導(dǎo)致了Z軸縮短，與此同時(shí)X軸與Y軸方向同時(shí)發(fā)生了加長(zhǎng)；剪切帶北東段則是因?yàn)榧羟袔г谏煺共痣x過(guò)程中受到了東側(cè)巖體的阻擋，進(jìn)而沿剪切帶走向方向發(fā)生了擠壓造成的Y軸拉長(zhǎng)。

6.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度變化的構(gòu)造意義

極摩爾圓法測(cè)量運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度需要使用剪切方向與拉伸方向之間的夾角以及拉伸方向的長(zhǎng)短軸比。因此極摩爾圓法獲得的是拉伸線理和糜棱面理形成時(shí)，也就是變形早期階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值 (倪金龍等, 2019)。由圖5和圖6可知，極摩爾圓法計(jì)算出的Wk值在南西段自北向南逐漸增大，由純剪切過(guò)渡到簡(jiǎn)單剪切；在北東段由巖基向斷層方向先減小后增大，除靠近巖基和斷層方向的個(gè)別位置為簡(jiǎn)單剪切外，剖面內(nèi)整體仍以純剪切為主。

北東段與南西段運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值變化的差異與變形過(guò)程的不同有關(guān)。剪切帶的南西段早期受到自北向南的逆沖推覆作用影響，積累了一定程度的簡(jiǎn)單剪切組分。剪切帶活動(dòng)階段又發(fā)生了向SE的拆離，兩次向南的構(gòu)造事件疊加造成了剪切帶南西段的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值自北向南逐漸增大。北東段剖面的走向基本與逆沖推覆作用的方向垂直，所以北東段剖面的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值不受南北向逆沖推覆作用的影響，剖面內(nèi)的簡(jiǎn)單剪切組分均由向SE的伸展拆離作用產(chǎn)生。此外，云蒙山背斜的樞紐為NE-SW方向(Davisetal., 1996)，這導(dǎo)致了北東段的伸展拆離過(guò)程要比南西段更為順利，其在拆離階段所積累的簡(jiǎn)單剪切組分也要多于南西段。應(yīng)變特征分析的結(jié)果暗示了北東段在拆離過(guò)程中受東側(cè)巖體的阻擋，進(jìn)而沿剪切帶走向方向發(fā)生了Y軸方向的伸長(zhǎng)。因此北東段的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度存在由巖基向斷層方向先減小后增大的變化趨勢(shì)。夏浩然(2011)在云蒙峽內(nèi)做的EBSD石英組構(gòu)分析結(jié)果顯示云蒙峽剖面內(nèi)1200m的范圍內(nèi)出現(xiàn)了由單環(huán)帶過(guò)渡到共軛的雙環(huán)帶最后再變?yōu)閱苇h(huán)帶的變化過(guò)程。Leeetal.(1987)以及Malavieille (1993)的研究表明：在拆離斷層中，沿上盤運(yùn)動(dòng)方向，應(yīng)變由小變大，石英的C軸組構(gòu)圖像由雙環(huán)帶過(guò)渡為單環(huán)帶(張進(jìn)江等, 1998)。這指示著云蒙峽剖面內(nèi)存在著“簡(jiǎn)單剪切-純剪切-簡(jiǎn)單剪切”的變化趨勢(shì)，與極摩爾圓法得到的結(jié)論相符。綜上，剪切帶北東段在發(fā)育過(guò)程中經(jīng)歷了巖漿作用與伸展作用，受巖漿作用控制；南西段除了受到巖漿作用以及伸展作用的影響外，其運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度還被云蒙山早期的逆沖推覆作用所影響，最終自北向南由純剪切過(guò)渡到簡(jiǎn)單剪切。因此，大水峪韌性剪切帶在形成的早期受巖漿作用所主導(dǎo)的純剪切所控制。

伸展褶劈理(C’)法是鄭亞?wèn)|教授在最大有效力矩準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上提出的計(jì)算運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度的方法。C’面理是先存面理受到剪應(yīng)力作用發(fā)生旋轉(zhuǎn)而形成的面理，因此伸展褶劈理(C’)法所計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值反映的是較為晚期的剪切作用(王新社等, 2002)。伸展褶劈理只能在剪切帶中靠近斷層的部位觀察到，白道峪、云蒙峽、南石城和北石城剖面中的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度均指示純剪切組分占主導(dǎo)地位(0.1

RS/θ法使用的θ的值為S面理與C面理的夾角，代表了晚期的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度。北東段與南西段均指示純剪切為主的轉(zhuǎn)換擠壓作用，同樣說(shuō)明巖漿作用在剪切帶發(fā)育的后期占據(jù)了主導(dǎo)地位。

綜上所述，極摩爾圓法計(jì)算的是早期的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度，其計(jì)算出的值相較其他兩種方法更大，說(shuō)明伸展作用主要作用于剪切帶形成的早期。即使這樣，極摩爾圓法所計(jì)算出的渦度值也多小于0.75，指示剪切帶發(fā)育早期仍受純剪切控制。伸展褶劈理(C’)法與RS/θ法所指示的是晚期的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度，這同樣說(shuō)明巖漿作用在剪切帶形成過(guò)程中所占的組分更大。

6.4 變形時(shí)間與動(dòng)力學(xué)機(jī)制

大水峪韌性剪切帶的變形主要發(fā)育于云蒙山巖基和石城閃長(zhǎng)巖體內(nèi)，對(duì)它們內(nèi)部的花崗巖、閃長(zhǎng)巖以及同構(gòu)造脈體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)定年，能夠有效地限定大水峪韌性剪切帶發(fā)育不同階段的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

云蒙山巖基的鋯石U-Pb定年結(jié)果為143～141Ma(Davisetal., 1996)、144±4Ma(劉翠等, 2004)、145～141Ma(Shietal., 2009)、137±3Ma、141±2Ma(Wangetal., 2012)以及146～141Ma(陳印, 2014)。綜合前人的數(shù)據(jù)，推測(cè)云蒙山花崗巖基的侵位時(shí)間在146～137Ma之間。

石城巖體的鋯石U-Pb定年結(jié)果為159±1Ma(Davisetal., 1996)、162～151Ma(Shietal., 2009)和158Ma(Wangetal., 2012)。侵入到石城閃長(zhǎng)巖體中的花崗巖脈的捕獲鋯石的U-Pb年齡為158～153Ma(Wangetal., 2012; 陳印, 2014; 陳印等, 2014)。因此，石城巖體的鋯石U-Pb年齡在162～151Ma之間，屬晚侏羅世巖體。

大水峪韌性剪切帶切穿云蒙山巖基與石城巖體。剪切帶的黑云母40Ar-39Ar測(cè)年結(jié)果為113～106Ma(王玉芳等, 1989)；鉀長(zhǎng)石40Ar-39Ar的測(cè)年結(jié)果為118Ma(Davisetal., 2002)；剪切帶內(nèi)變形巖體的鉀長(zhǎng)石、黑云母和角閃石40Ar-39Ar測(cè)年結(jié)果分別為114Ma、120Ma和125Ma(Wangetal., 2012)；剪切帶中變形的云蒙山花崗巖和侵入到剪切帶中的同構(gòu)造花崗巖脈的鋯石U-Pb同位素測(cè)年結(jié)果為135～126Ma，剪切帶中的糜棱巖黑云母40Ar-39Ar測(cè)年結(jié)果為120～116Ma(陳印, 2014)。綜上，推測(cè)大水峪韌性剪切帶的活動(dòng)時(shí)間為135～126Ma。前文中提到云蒙山巖基的侵位年齡為146～137Ma，這說(shuō)明剪切帶并不是在巖基侵位剛發(fā)生時(shí)就開始發(fā)育的。此外，大水峪韌性剪切帶的變形溫度為480～650℃，要大于黑云母、角閃石、鉀長(zhǎng)石K-Ar同位素封閉體系的溫度(300±50℃)，因此125～114Ma為大水峪剪切帶的抬升冷卻時(shí)間。

在云蒙山東北部的3個(gè)巖體中均未觀察到明顯的構(gòu)造變形現(xiàn)象。前人同樣對(duì)這3個(gè)巖體進(jìn)行了鋯石U-Pb測(cè)年：大東溝巖體的年齡為127～128Ma(Davisetal., 1996)和129±2Ma(孫會(huì)一等, 2016)；西白蓮峪巖體的年齡為124±5Ma(Wangetal., 2012)、130.4±1.3Ma(陳印, 2014)和130±1Ma(孫會(huì)一等, 2016)；馮家峪巖體的年齡為128±5Ma (Wangetal., 2012)、127±1Ma、130.7±0.72Ma(陳印, 2014)以及127±1Ma(孫會(huì)一等, 2016)。綜合分析前人數(shù)據(jù)，云蒙山北部3個(gè)小巖體的侵位時(shí)間應(yīng)該在130～127Ma。這個(gè)時(shí)間早于剪切帶的快速抬升時(shí)間，說(shuō)明東側(cè)巖體的侵位隆升確實(shí)可能對(duì)剪切帶北東段的伸展拆離過(guò)程構(gòu)成影響。

6.5 大水峪韌性剪切帶的構(gòu)造演化

由前文可知，大水峪韌性剪切帶的南西段與北東段經(jīng)歷了不同的構(gòu)造演化事件。剪切帶南西段早先受由北向南逆沖推覆作用的影響，積累了一定的簡(jiǎn)單剪切組分。在135～126Ma，大水峪韌性剪切帶開始活動(dòng)，簡(jiǎn)單剪切組分進(jìn)一步增多，與逆沖推覆作用的簡(jiǎn)單剪切組分疊加，導(dǎo)致了運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度值自北向南逐漸增大。125～114Ma，大水峪韌性剪切帶發(fā)生了快速隆升，純剪切組分迅速增加。最終，大水峪韌性剪切帶的南西段整體受一般剪切控制。

剪切帶北東段的構(gòu)造演化過(guò)程較為復(fù)雜。162～151Ma，石城閃長(zhǎng)巖體首先發(fā)生侵位(圖10a)。146～137Ma，云蒙山巖基發(fā)生侵位，與石城巖體發(fā)生侵入接觸(圖10b)。根據(jù)前文的研究，大水峪韌性剪切帶的變形溫度在480～650℃之間，這說(shuō)明變質(zhì)核雜巖的顯著隆升發(fā)生在云蒙山巖基侵位之后，侵位深度約7km(許繼峰等, 1994)。135～126Ma，大水峪韌性剪切帶開始活動(dòng)，對(duì)云蒙山巖基和石城閃長(zhǎng)巖體產(chǎn)生剪切作用，為變形的過(guò)程提供簡(jiǎn)單剪切組分。在此期間，石城巖體中更靠近巖基方位的高溫變形部分被向SE的剪切作用搬運(yùn)到更遠(yuǎn)的東部(圖10c)。韌性位移的距離約為1500m。130～127Ma，在大水峪韌性剪切帶活動(dòng)的期間，云蒙山東部的馮家峪、西白蓮峪和大東溝巖體發(fā)生侵位。巖體內(nèi)未觀察到明顯的構(gòu)造變形，說(shuō)明其未受大水峪韌性剪切帶的影響。結(jié)合韌性位移量的計(jì)算結(jié)果與東部巖體(馮家峪巖體、西白蓮峪巖體和大東溝巖體)的地理位置，推斷其阻礙了大水峪韌性剪切帶北東段的伸展拆離過(guò)程。因?yàn)榧羟袔У闹饕纬蓜?dòng)力是巖體侵位所引發(fā)的垂向應(yīng)力，不是區(qū)域應(yīng)力。在區(qū)域應(yīng)力導(dǎo)致拆離作用發(fā)生時(shí)，東部巖體已經(jīng)成巖，因此會(huì)對(duì)向東的拆離作用產(chǎn)生阻擋以削弱剪切帶的伸展作用。因?yàn)槌蓭r作用已經(jīng)完成，所以東部巖體內(nèi)并未發(fā)生明顯的變形現(xiàn)象。剪切帶的伸展受阻擋作用的影響，從而發(fā)生Y軸方向上的拉長(zhǎng)。125～114Ma，大水峪韌性剪切帶發(fā)生了快速隆升，在抬升的過(guò)程中大水峪韌性剪切帶主要受到純剪切組分的影響，但其過(guò)程并未伴隨有巖漿作用。在隆升的過(guò)程中，剪切帶由韌性域過(guò)渡到脆性域，野外觀察也發(fā)現(xiàn)大水峪韌性剪切帶中云蒙山巖基與石城巖體的交界處可觀察到花崗質(zhì)初糜棱巖與閃長(zhǎng)質(zhì)初糜棱巖互層，這可能指示著不同變形溫度的構(gòu)造巖片在拆離過(guò)程中發(fā)生了堆疊，高溫的巖片被插入到了相對(duì)低溫的巖片之中，二者互相影響造成了石英CPO的樣式中高溫變形與低溫變形疊加的現(xiàn)象(圖10d)。由于云蒙山東部西白蓮峪等巖體的阻擋，使大水峪韌性剪切帶的北東段無(wú)法向東繼續(xù)伸展拆離，進(jìn)而沿剪切帶走向方向發(fā)生了走滑作用。這也導(dǎo)致了剪切帶中心部位的純剪切組分增大，所以大水峪剪切帶內(nèi)的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度存在著“中間低兩端高”的現(xiàn)象。隨后的113～100Ma，大水峪韌性剪切帶緩慢隆升至地表(圖10e)。

圖10 大水峪韌性剪切帶北東段演化模式(a) 162～151Ma(石城巖體侵位)；(b) 146～137Ma(云蒙山巖基侵位)；(c) 135～126Ma(大水峪韌性剪切帶活動(dòng))；(d) 125～114Ma(快速抬升)；(e) 113～100Ma(緩慢隆升)Fig.10 Evolution model of northeast segment of the Dashuiyu ductile shear zone(a) 162～151Ma (the Shicheng rock mass intrusion); (b) 146～137Ma (the Yunmengshan batholith intrusion); (c) 135～126Ma (the Dashuiyu ductile shear zone activity); (d) 125～114Ma (rapid uplift); (e) 113～100Ma (slow uplift)

7 結(jié)論

(1)北京云蒙山變質(zhì)核雜巖東南緣的大水峪韌性剪切帶的變形溫度區(qū)間為480～650℃(大多數(shù)樣品的變形溫度區(qū)間位于600℃以下)。南西段的變形溫度自北向南逐漸降低，北東段的變形溫度由巖基向河防口斷層方向先降低后升高。

(2)采用長(zhǎng)石作為應(yīng)變測(cè)量標(biāo)志體，對(duì)大水峪韌性剪切帶進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量與運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度的估算。應(yīng)變測(cè)量的結(jié)果指示剪切帶在形成過(guò)程中主要受壓扁作用的影響。南西段的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度自北向南逐漸增大，北東段的運(yùn)動(dòng)學(xué)渦度由巖基向外先減小后增大，二者均以純剪切組分居多且南西段的壓扁程度與韌性位移量均大于北東段。巖漿作用導(dǎo)致的巖基侵位隆升主要提供純剪切組分，伸展拆離作用主要提供簡(jiǎn)單剪切組分。因此推斷云蒙山變質(zhì)核雜巖發(fā)育過(guò)程中巖漿作用居于主導(dǎo)地位，并且剪切帶北東段向SE方向的拆離過(guò)程受到了云蒙山東部巖體(馮家峪巖體、西白蓮峪巖體以及大東溝巖體)的阻擋。

致謝中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所梁鳳華老師在EBSD實(shí)驗(yàn)過(guò)程中給予了切實(shí)的指導(dǎo)；中國(guó)科學(xué)院大學(xué)研究生胡俊成在野外工作中給予了大量幫助；審稿人提出了寶貴的修改意見和建議；作者在此向他們致以誠(chéng)摯的謝意。

在李繼亮先生逝世一周年之際，謹(jǐn)以此文寄托哀思，先生千古！