內蒙古小白顏花地區韌性變形帶研究

萬 力，梁 佳，萬思航，陳敏佳

內蒙古第一水文地質工程地質勘查院，內蒙古呼和浩特 010020

1 地質背景

研究區區位于內蒙古大青山北麓的呼和浩特市的武川縣。處于華北板塊北緣西段，以早前寒武紀變質基底出露為特征，并且橫跨這一早前寒武紀變質基底的兩個地質構造單元：北部的花崗綠巖帶和南部的高級區。除此之外，還發育大面積的古生代和中生代侵入體及少量的中元古代渣爾泰山群和中新生代地層。

研究區出露的地層，主要有太古宙色爾騰山巖群陳三溝巖組的細粒斜長角閃巖夾黑云角閃斜長片麻巖，東五分子巖組的細粒含石英黑云母斜長角閃巖、黑云母長英片麻巖夾磁鐵石英巖。柳樹溝巖組的細粒黑云母斜長片麻巖、黑云母石英片巖、二云母石英片巖、石榴二云母片巖、長石石英巖；中元古界渣爾泰山群書記溝組的下段，灰色中厚層狀含礫粗粒長石石英砂巖、灰白色－青灰色中薄層中細粒石英砂巖和長石石英砂巖，上段（Chs?2）為銀灰色絹云千枚巖、深灰色粉砂質板巖夾灰、灰白色薄層細粒石英砂巖，增隆昌組的銀灰色絹云千枚巖，粉砂質板巖夾薄層頁片狀細紋狀石灰巖；新生代新近系上新統寶格達烏拉組的巖性為、泥巖、灰黃色厚層狀礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖組，呈半固結狀。

巖漿巖主要有太古代變質深成巖漿巖，可以分為變質石英閃長巖、斜長花崗巖和花崗閃長巖；晚二疊世當中溝超單元的細粒含斑黑云母二長花崗巖巖性和中細粒斑狀黑云母二長花崗巖與晚三疊世霍布超單元的細粒含石榴二云花崗巖。

2 韌性變形帶宏觀構造特征

西紅山子大和城-小白顏花韌性變形帶發育在太古宙花崗巖綠巖（色爾騰山群），是華北板塊和西伯利亞板塊兩個大陸板塊碰撞的結果。晚古生代天山-興蒙造山帶形成以后，一直處在抬升與剝蝕條件下，其上部許多復雜的構造成分己被剝蝕掉，露出地表的主要是碰撞造山帶的根帶部分。

小白顏花地區總體呈東西帶狀分布（內蒙古自治區地質局，1991），傾角在65°左右。自韌性剪切帶中心向兩側，存在明顯的變形分帶現象：中心為強變形帶糜棱巖，巖石細粒化發育，石英粒度細，殘斑較少；而向兩側的糜棱巖及糜棱巖化巖石中，碎斑含量逐漸增多。流狀構造和線狀構造發育，表明巖石發生強烈的塑性流變。糜巖的面理上發育拉伸線理，拉伸線理現為被拉長的石英礦物集合體。韌性剪切帶中央發育糜棱巖化巖石、糜棱巖、超糜棱巖。

各類構造形態的主要特征如下：

1）糜棱葉理

區內出露的順層葉理在空間上平行于巖性的分界面，其同構造礦物組合有絹云母、白云母，石英、長石等碎屑物，且礦物呈定向拉長，說明了變形的不均勻性。其中，在能干層內發育有順層葉理（C面），礦物及礦物組合定向拉長構成拉長方向平行于巖性的分界面，即與圍巖層面平行。

2）S-C組構

S面理（Ss面理）即剪切帶內面理，或拉伸面理，平行應變橢球的XY面，是巖石經韌性剪切作用，礦物發生塑性或塑一脆性變形，粒度減小并形成細小條紋而構成的面理。

3）礦物拉伸線理

在韌性剪切過程中形成的礦物拉伸線理，主要由定向生長的石英、長石構成。在其變質變形中粒度變小，礦物被拉長。線理主要發育在剪切葉理面上，其礦物的定向拉長方向指示了順層滑動的方向與圍巖層面平行，即與下部糜棱巖的運動方向一致。

4）“A”型褶皺或鞘褶皺

區內出現的“A”型褶皺或鞘褶皺規模較小，只發育在非能干軟弱巖層帶的強烈變形部位，指示了應變和變形的不均勻，“A”型褶皺樞紐與剪切帶內礦物拉伸線理方向平行，指示了剪切運動的方向和圍巖層理面平行。

5）糜棱巖

糜棱巖由韌性基質和變形殘核、殘碎斑晶或變斑晶組成，有著以下特征：粒徑較原巖減小；產生在一個相當狹窄的面狀地帶中；出現強化面理（流動構造）和線理，主要由應變集中形成。巖石礦物的組成和正常的花崗巖基本一樣。此外，在巖石中還夾有少量的黑云母片巖。

3 動力學與運動學分析

韌性變形變質帶的動力學分析主要包括兩方面內容，即主應力方位的確定和差應力值大小的估算。

3.1 應力方位的確定

在區內糜棱巖線理、葉理十分發育，利用stereo_nett軟件對糜棱巖的線理、葉理做應力場投影圖得出：最大主應力σ1方位為N30°E，傾伏角為25.8°；中間主應力σ2方位為N60°W，傾伏角為10.3°；最小主應力S8.40W，傾伏角為59.10。

圖1 線理葉理應力場

西紅山子大和城小白顏花的構造玻片中，大多數都可見到十分豐富的變形顯微構造，并且不少變形顯微構造都有指向意義。我們通過對顯微構造、野外宏觀現象分析及線理、葉理的產狀分析，和對前人資料的收集整理得出，該地區運動方式為左行擠壓逆沖推覆構造。

3.2 古應力值的測定

韌性變形帶往往是一種高應變遞進剪切變形帶，主應力測試所依據的原則是顯微構造產生于低應變早期階段，因此，對韌性剪切帶所進行的動力學分析，更多的側重古差應力值的估算。

通過測定亞晶粒與動態重結晶粒徑，運用經驗公式估算古應力值計算，分述如下：

1）利用亞晶顆粒進行古應力估算時，利用了Twiss（1977）的石英亞晶顆粒粒徑估算公式:

（α1-α3）=kμbd-1即△ σ=.18000d-1

其中，k 為無量綱常數；p為剪切模量；b為伯格斯矢量；d為亞晶顆粒大小，單位為μm；△σ為差應力值，單位為Mpa。

對玻片B0055-1計算，共計算11個數據，得到△σ=46.77Mpa

2）在利用動態重結晶顆粒粒徑進行古應力估算，利用Twiss（1977）的石英亞晶顆粒粒徑估算公式：

（σ1-σ3）=AD-m

其中，A、m均為常數。Twiss對比了金屬與礦物的物性資料，從理論角度進行推算，并得到常數：m都為0.68；不同的礦物A值不同，石英為6.1。△σ為差異應力，單位為MPa。顆粒直徑單位為mm。

對玻片B0055-1花崗質糜棱巖、B0054-1花崗質糜棱巖、B0054-2花崗質超糜棱巖各取40個數據計算，得到B0055-1的差應力值△σ=75.31 MPa，B0054-1的差應力值△σ=83.56 MPa，B0054-2的差應力值△σ=77.61MPa。本區內古差應力平均值為78.83MPa。

通過分析上述應力值估算結果，可以得出如下結論：

（1）我們利用動態重結晶及亞晶粒粒度變形顯微構造參數進行了古差異應力值計算，結果是46.77 MPa與78.83MPa；

（2）利用亞晶粒粒度計算的結果略為偏低，估計其偏低的主要原因是我們在光學顯微鏡下所觀測到的亞晶粒并不是真正的亞晶粒，而可能是亞晶的集合體，由于亞晶間的位相差太小，一般光學顯微鏡很難分辯出小的亞晶粒；

（3）綜上所述，以動態重結晶計算為準，本區古差異應力約為78.83MPa；

4 結論

通過對研究區內韌性流變層的宏觀、微觀和運動學、動力學分析，研究區韌性變形及韌-脆性變形，而且存在明顯的變形分帶現象，中心為強變形帶超糜棱巖，巖石細粒化發育，石英粒度細，顯微構造現象好。拉伸線理優勢產狀為傾向，傾角韌性剪切帶中發育糜棱巖化巖石、糜棱巖、超糜棱巖。

在系統總結前人研究成果的基礎上，通過顯微構造和運動學、動力學、應變研究分析，本文得出以下結論：

1）詳細研究了小白顏花地區主要的變形顯微構造，并對其進行分析，初步得出以下結論：這些變形顯微構造特征反映出該區巖石是在韌性至脆一韌性變形件下發生的變形。區內變質巖石處于綠片巖相，綠片巖相的溫度范圍為300℃～500℃（Essene，1989）；

2）通過對糜棱巖的葉理與線理經行赤平投影可見該區最大主應力σ1方位為N30°E，傾伏角為25.8°；中間主應力σ2方位為N60°W，傾伏角為10.3°；最小主應力S8.4°W，傾伏角為59.1°。對該區內糜棱巖做應變分析，得出韌性變形應力以擠壓變形機制為主；

3）通過對動態重結晶粒徑做差異應力計算的出應力值為78.83MPa。

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