西藏沃卡地區EW向韌性剪切帶特征及地質意義

徐旭明，馮翼鵬，唐建科，段炳鑫，劉廣，董洪凱

（1.河北省區域地質調查院，河北 廊坊 065000；2.西藏自治區地勘局第五地質大隊，青海 格爾木816000）

岡底斯構造帶的研究對分析青藏高原構造演化特征具重要意義。研究區位于岡底斯構造帶南東段，南鄰雅魯藏布江結合帶。前人在該區識別出一條近EW向的韌性剪切帶[1]，并認定該韌性剪切帶形成于始新世晚期，但未對早期變形進行研究。西藏地調院拉薩、澤當幅1∶25萬區域地質調查及乃東1∶5萬區域礦產調查對該條韌性剪切帶的變形域進行了簡單劃分?西藏地質調查院.拉薩、澤當幅1∶25萬區域地質調查報告，2007?陜西省地礦局區域地質礦產研究院.乃東-桑日地區1∶5萬地質礦產調查報告，2011。本文對研究區中北部近EW向韌性剪切帶的宏、微觀特征、運動學、動力學環境、形成溫壓環境、形成時代及構造演化等進行研究，對研究岡底斯構造帶的構造特征、構造演化具重要意義。

1 沃卡EW向韌性剪切帶整體特征

沃卡EW向韌性剪切帶分布于研究區中北部，呈EW向展布橫跨研究區。剪切帶中部較寬，向東西兩測逐漸變窄（圖1）。東西長約48 km，主帶南北寬約1.3 km。

卷入韌性剪切帶地層主要有晚白堊世比馬組、早—中侏羅世葉巴組、始新世花崗閃長巖及漸新世斑狀二長花崗巖。據剪切帶內巖石變形程度不同，可將韌性剪切帶劃分為糜棱巖化帶、初糜棱巖帶、糜棱巖帶3個變形強度帶，各變形帶間呈漸變過渡關系，自南向北由弱變強再變弱（糜棱巖化帶→初糜棱巖帶→糜棱巖帶→糜棱巖化帶）。

筆者在沃卡韌性剪切帶中東部、中部、中北部進行野外工作，測制了PM A、PM B及PM C現3條剖面（圖2）。PM A剖面中巖石變形程度整體較弱（圖2-A），均為糜棱巖化帶。糜棱面理及礦物拉伸線理在糜棱巖化帶中相對較發育。通過對野外實測產狀進行等面積赤平投影分析，得到兩組糜棱面理、線理產狀。第一組：糜棱面理優選方位為343°∠73°，線理產狀優選方位為NW 65°；第二組：糜棱面理優選方位為352°∠78°，線理產狀優選方位為NE 58°。PMB剖面中巖石變形程度自北向南為由強變弱再變強（糜棱巖帶→糜棱巖化帶→初糜棱巖帶）（圖2-B）。糜棱面理優選方位為290°∠80°，線理優選方位為NE 58°。PMC剖面中巖石變形程度自北向南由弱變強再變弱（糜棱巖化帶→初糜棱巖帶→糜棱巖帶→糜棱巖化帶）（圖2-C）。糜棱面理優選方位355°∠78°，線理優選方位NE 55°。

圖1 研究區構造綱要圖Fig.1 The Tectonic outline Map of the study area

圖2 沃卡地區韌性剪切帶構造剖面圖Fig.2 Tectonic section of the ductile shear zone of Woka area

2 運動學特征

據沃卡EW向韌性剪切帶野外運動學特征與室內定向薄片顯微構造分析[2-4]，得到沃卡EW向韌性剪切帶運動特征如下：

平面方向X-Z面野外露頭尺度上，可見石英條帶、旋轉碎斑（圖3-a）。顯微尺度上，可見定向拉長的石英條帶、云母魚等變形構造特征（圖3-b，c），平面上為左行剪切。

剖面方向Y-Z面可觀測到兩組韌性變形特征。第一組：野外露頭觀測的運動學標志為旋轉碎斑(圖3-d），顯微尺度上亦見旋轉碎斑（圖3-e），指示剖面上為北盤（上盤）向下運動的正斷式運動形式；第二組：野外露頭觀測到旋轉碎斑。顯微尺度上具定向拉長的石英條帶與“δ”型長石旋轉碎斑等構造特征（圖3-f），指示剪切帶北盤（上盤）為沿糜棱面理面向上的剪切運動。

綜上所述，該韌性剪切帶分兩期剪切運動，第一期平面上呈左行剪切，垂向上具上盤（北盤）下降的運動學特征；第二期平面上呈左行剪切，垂向上具上盤（北盤）上升的運動學特征。

3 變形溫壓條件分析

3.1 礦物變形溫壓計

韌性剪切帶中，礦物變形構造受溫度影響。據向必偉，朱光等研究成果[5]，石英和長石在不同溫度下可呈不同的變形行為，通過不同溫度下礦物變形組合方式可厘定韌性剪切帶形成的溫度。

圖3 韌性剪切帶運動學標志Fig.3 The deformation symbol of sheer zone

圖4 石英和長石的動態重結晶形式隨溫度的變化圖Fig.4 Illustration of the process of quartz recrystallisation with diffrernt temperatures

礦物動態重結晶機制主要包括：BLG型膨凸式重結晶能、SR型亞顆粒旋轉式重結晶及GBM型顆粒邊界遷移式重結晶3種。石英和長石動態重結晶形式隨溫度變化情況見圖4，石英顆粒動態重結晶機制在不同溫度環境下的變化特征見圖5。

對3條剖面樣品進行鏡下觀察發現，韌性剪切帶中存在兩套不同特征的礦物變形組合，指示存在兩套溫壓環境。

特征礦物變形組合一石英多呈重結晶顆粒集合體形式，重結晶顆粒形狀大小不規則，呈BLG邊緣膨凸重結晶向SR顆粒旋轉重結晶（核幔構造）轉化特征（圖6-a），大部分石英條帶及集合體均出現波狀消光現象。長石主要呈脆性破裂，可見長石與石英構成不對稱的壓力影構造（圖6-b），說明該期韌性剪切帶形成于380℃～420℃溫度環境。

特征礦物變形組合二鏡下見石英為GBM型顆粒邊界遷移重結晶（圖6-c），石英和長石的關系為石英呈拉長的絲帶狀，同時長石呈BLG邊緣膨凸重結晶（圖6-d）。表明該期韌性剪切運動處于中高溫環境，形成溫度為500℃～580℃。

綜上所述，沃卡EW向韌性剪切帶中存在高溫件下石英的動態重結晶顆粒[12]，利用image j軟件將拍攝的顯微照片進行處理，識別圈出石英的動態重結晶顆粒（100～300個/張），再對照片的閥值進行調節，調整至清晰可識別狀態，最后利用軟件計算出石英重結晶顆粒的平均粒徑（鏡下挑選工作在河北省區域地質礦產調查研究所實驗室完成）（表1）。

對3條剖面選出的5件薄片樣品進行粒度統計。每件樣品統計100～200個顆粒。采用Koch的差應力公式（1）進行計算[11]。

其中，b=4.09×102μmMPa-R，R=-0.59

4.2 石英流變速率

利用溫度和差異應力數據，可計算糜棱巖化過程中的流變速率。一般在長英質糜棱巖中，我們使用高溫石英的流變速率[12]。

圖5 石英在相同尺度上的3種動態重結晶機制Fig.5 Characteristic microstructures of the three dynamic recrystallisation mechanisms of quartz shown at the same relative scale

公式中參數采用Koch et al提供數據：和低溫兩種動力變質環境。據平均地熱增溫率為33℃/km可大致推斷出早期韌性剪切帶形成于12 km左右深度，晚期韌性剪切帶形成于17 km左右深度。據25 MPa/km的地壓梯度可換算出早期韌性剪切帶圍壓為300 MPa左右，晚期韌性剪切帶的圍壓為425 MPa左右。

4 動力學環境分析

4.1 差異應力

差應力的計算有利于恢復巖石變形時的動力學環境。差應力的計算方法有多種，本文采用達到穩態流動條件下石英動態重結晶顆粒的平均粒度計算差應力。

具體實驗辦法：使用顯微鏡拍攝在穩態流動條

圖6 韌性剪切帶礦物變形特征Fig.6 The character of deformation of mineral of sheer zon

表1 差異應力計算結果Table 1 The result of differential stress values

A=5.05×10-6MPan-1S-1，n=2.6，H=145 000Jmol-1，R=8.314JK-1mol-1。取第一期變形平均溫度400℃，第二期變形平均溫度540℃,帶入公式中計算，其中ε′為流變速率（單位s-1）；σ為差應力（單位Pa）；T為絕對溫度（單位K）。計算結果見表2。

從實驗數據中可看出（表2），400 ℃（673.15 k）時，屬低溫變形環境，應變速率為10-12s-1；540℃（813.15 k）時屬中高溫變形環境，應變速率為10-11s-1。第一期韌性變形應變速率為10-12s-1，第二期韌性變形石英應變速率為10-11s-1。

5 變形時代及構造演化

研究區韌性剪切帶主要發育于斑狀二長花崗巖、石英二長巖和葉巴組變質英安巖、變質砂巖中。前人對研究區南部藏南羅布莎蛇綠巖、輝綠巖進行了鋯石SHRIMP測年取得年齡為（162.9±2.8）Ma[14]，與發生韌性變形的變質英安巖的U-Pb鋯石測年結果（167.9±1.3）Ma相近，變質英安巖巖石化學結果表明為巖漿弧環境?西藏地質五隊.西藏桑日地區1∶5萬區域地質調查,2015。筆者認為發生韌性變形的葉巴組變質英安巖可能與羅布莎蛇綠巖帶配套，形成于同一時期，結合前文討論的運動學特征及溫壓環境印度板塊向歐亞板塊俯沖作用的改造，自SW向NE向擠壓環境中產生的壓性韌性剪切活動[19]。

綜上所述，研究區韌性剪切帶可能存在兩期韌性變形，即早期（162.9±2.8）Ma左右的低溫壓環境形成的正斷式滑脫脆-韌性變形及晚期（31.01±0.2）Ma左右的中-高溫壓環境形成的逆斷式韌性變形。

6 結論

（1）研究區發育兩期韌性剪切帶，早期為平面上左行剪切，剖面上上盤（北盤）下降的脆-韌性剪切帶。晚期為平面上左行剪切，剖面上上盤（北盤）上升的韌性剪切帶。

（2）早期韌性剪切帶形成溫度為380℃～420℃，圍壓約300 MPa。差應力36～79 MPa，石英流變速率為10-12s-1；晚期韌性剪切帶形成溫度為500℃～580℃，圍壓425 MPa左右。差應力為140 MPa，石英流變速率為10-11s-1。

（3）早期韌性剪切帶形成于(162.9±2.8)Ma，燕山構造階段中期至華北構造階段中期緩慢的脆-韌性剪切活動。晚期剪切帶形成于(31.01±0.2)Ma之后，后期遭喜馬拉雅期構造運動改造。特征，將部分葉巴組中韌性變形劃分為早期韌性變形。

表2 石英流變速率計算結果Table 2 The results of rheological rate

漸新世斑狀二長花崗巖的U-Pb鋯石年代加權平均年齡為（31.01±0.2）Ma?，巖石化學結果表明為巖漿弧環境?，結合前文討論的運動學特征及溫壓環境特征，將斑狀二長花崗巖參與的韌性變形劃分為晚期韌性變形。該期變形處于新特提斯洋雅魯藏布江封閉時間[16-18]，推測為新特提斯洋完全閉合后，受

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