高应变韧性剪切带长期以来一直是造山带构造研究的热点和关键(Bruhn and Burlini, 2005) 。剪切带内的构造岩一般都发育显著增强的岩石组构，是剪切带最为典型的特征。这些岩石组构是剪切带应变和剪切作用特征的直接反映(Ramsay and Huber, 1983)，也是解释造山作用过程中造山带内不同构造单元差异运动的基础，因此成为剪切带研究的核心问题之一(Alsop and Holdsworth, 2004) 。针对剪切带内岩石组构的发育演化迄今已开展了大量的研究(Passchier and Trouw, 2005)，其中，磁化率各向异性(AMS, Anisotropy of Magnetic Susceptibility)分析方法近年来因其理论体系的逐步完善而广为应用(Rochette et al., 1992; Tarling and Hrouda, 1993; Borradaile and Jackson, 2010)，成为分析剪切带岩石组构和应变样式的一个重要方法(Zhou et al., 2002; Sidman et al., 2005; 梁文天等, 2009; Liang et al., 2013; Ferré et al., 2014; Chen et al., 2016) 。

变形岩石的磁组构是磁性矿物受构造应力作用而定向排列所形成的，主要由磁性矿物颗粒的形态优选方位(SPO)和晶格优选方位(LPO)引起(Tarling and Hrouda, 1993) 。大量的研究表明，多数情况下变形岩石的磁化率椭球体与有限应变椭球体在主轴方位乃至量值上具有一一对应的关系(Borradaile and Jackson, 2010) 。因此，磁组构的本质物理意义与传统岩石组构相同。但与较为费时的传统岩石组构测试手段相比，磁组构方法可以在对样品无损的条件下快速高效的给出定量的岩石组构数据，且对没有明显矿物组构的岩石也十分有效。此外，磁组构来自样品中所有造岩矿物的贡献，因此能更好的反映变形过程中全岩的应变特征(Borradaile and Henry, 1997) 。

秦岭造山带内的商丹构造带是我国华南和华北板块拼合演化的缝合带(张国伟等, 2001; Dong et al., 2011)，构造带内透入性的发育了众多不同尺度的高应变韧性剪切带(许志琴等, 1997;张国伟等, 2001)，是解析秦岭造山带构造演化的关键。其中的沙沟街剪切带是一条大型韧性剪切带，带内岩石保存了丰富的变形形迹，长期以来一直是商丹带构造研究的热点(张国伟等, 2001) 。然而前人的研究主要集中于该带的年代学和变形温压条件等方面(Reischmann et al., 1990; 于在平等, 1996; 周建勋和张国伟, 1996; 张国伟等, 2001)，迄今为止缺乏对该带的应变和剪切作用特征等的系统分析，制约了对秦岭造山带碰撞造山过程等重要问题的深入理解。针对这一问题，本文在野外和显微构造观察的基础上，对沙沟街韧性剪切带开展了详细的磁组构工作，并以磁组构和构造观察数据为基础，分析了剪切带的运动学涡度，探讨了该带的应变与剪切作用特征及其区域构造意义。

秦岭造山带位于华北和华南板块之间，呈近东西向横贯中国大陆中部，向西分别与祁连和昆仑造山带交接，向东与桐柏-大别造山带相连。造山带的北界为灵宝-鲁山-舞阳断裂，南界为勉略-巴山-襄广断裂，现今地壳结构在横切剖面上总体呈现为不对称的扇形特点(张国伟等, 2001) 。造山带自北而南分为华北板块南缘、北秦岭、南秦岭和华南板块北缘等四个次级构造单元，各单元均以大型断裂带为分界面(图 1a)。造山带的形成发育主要围绕商丹和勉略两缝合带及由它们所分割的华南、华北和南秦岭三板块的开合演化展开(Meng and Zhang, 1999; 张国伟等, 2001) 。研究表明，造山带主要经历了前寒武纪结晶基底形成发育、古生代至早中三叠世板块构造演化和全面碰撞造山以及中新生代陆内造山作用等三个主要的构造演化阶段(张国伟等, 2001) 。其中，印支期强烈的碰撞造山作用奠定了造山带的基本构造格架。

图 1

Fig. 1

图 1 研究区域地质简图 1-灵宝-鲁山-舞阳断裂；2-洛南-栾川断裂；3-商丹缝合带；4-勉略缝合带；5-巴山弧形断裂；6-襄樊-广济断裂；7-郯庐断裂；8-断层；9-K-E红盆；10-罗汉寺岩组；11-秦岭群；12-刘岭群；13-花岗岩体；14-沙沟街韧性剪切带 Fig. 1 Geological sketch map of the Shagoujie area 1-Lingbao-Lushan-Wuyang fault; 2-Luonan-Luanchuan fault; 3-Shangdan suture zone; 4-Mianlüe suture zone; 5-Bashan arc-shape fault; 6-Xiangfan-Guangji fault; 7-Tanlu fault; 8-Fault; 9-K-E basin; 10-Luohansi Formation; 11-Qinling Group; 12-Liuling Group; 13-granite pluton; 14-Shagoujie ductile shear zone

商丹构造带横贯整个秦岭造山带，东西绵延一千余千米，是造山带内最为醒目的边界地质体之一。构造带在长期演化的过程中卷入了不同时期、不同性质的构造岩片(块)，局部包含蛇绿岩残片，并为不同尺度的断层所分割(张国伟等, 2001) 。已有的研究表明，商丹带主体为志留至泥盆纪华南和华北板块拼合的缝合带(Dong et al., 2011)，其后被印支期及中新生代陆内构造叠加改造，形成现今的复合构造带(张国伟等, 2001) 。东秦岭沙沟街区段是商丹带的经典研究地区之一，该区段无蛇绿混杂岩出露，发育一条大型的韧性剪切带，地表出露长度约50km，宽约1~3km (图 1b)。野外观察表明，剪切带南以板房子-沙沟街断层为界与南秦岭中-晚泥盆世刘岭群分割，同时与晚三叠世八里坪岩体相邻。该岩体局部(位于商丹构造带部分)为糜棱岩，主体为未明显变形变质的花岗岩。此外，剪切带南侧还分布有晚三叠世东江口花岗岩体群(Liang et al., 2015)，局部发育有中新生代山间沉积盆地。

已有的研究表明，沙沟街剪切带主要经历了四个构造演化阶段(Reischmann et al., 1990; 于在平等, 1996; 张国伟等, 2001; 李阳, 2014) ：(1) 花岗岩侵位阶段，最新的锆石U/Pb同位素年龄(211±8Ma、220.1±1.3Ma)表明岩体的侵位时代为晚三叠世；(2) 糜棱岩化阶段，根据角闪石-斜长石地质温压计(530℃、650MPa)数据，认为这一阶段处于低角闪岩相条件，糜棱岩化时代约为219~210Ma；(3) 角闪岩相静态变质阶段，根据126±9Ma的石榴石全岩Sm-Nd同位数年龄，认为这一阶段大致发生在早白垩世；(4) 绿片岩相退变质阶段，主要表现为先期重结晶颗粒的再次重结晶，亚晶化作用以及黑云母部分转变为铁绿泥石，这一阶段可能与晚白垩世剪切带的抬升作用有关。此外，周建勋和张国伟(1996) 根据石英c轴组构的型式(Y轴点极密)提出该带糜棱岩化阶段处于中-高绿片岩相条件。而实际上，Y轴点极密的石英c轴组构型式对应于石英柱面滑移，反映至少550℃以上的变形温度环境(Takeshita, 1996; Passchier and Trouw, 2005) 。

野外观察表明，沙沟街剪切带内岩石主要为花岗质糜棱岩(图 2a)，原岩以似斑状黑云母二长花岗岩为主。横过剪切带，应变强度发生规律变化，由北而南发育超糜棱岩、糜棱岩和初糜棱岩。宏观上，沙沟街剪切带内S-C组构较为发育，面理主要由云母、长石等片状、板柱状矿物组成，矿物拉伸线理由拔丝石英及长石等的定向排列组成。线、面理产状较为稳定，野外测量表明S面理产状总体为204°∠56°，C面理产状总体为179°∠47°；部分区段可见矿物拉伸线理(图 2b)，总体向东低角度倾伏。剪切带内发育的S-C组构、长石残斑与拖尾形成的不对称旋转碎斑构造以及不对称剪切褶皱，均指示左行剪切指向(图 2c, d)。显微镜下，沙沟街花岗质糜棱岩矿物粒径明显减小，长石、石英以及云母均发生了强烈的塑性变形(图 2e-i)。石英普遍发生亚颗粒和动态重结晶，亚颗粒旋转和颗粒边界迁移动态重结晶(图 2e, h)均有出现，其中亚颗粒旋转重结晶以颗粒的压扁作用以及大量的亚颗粒为特征，而颗粒边界重结晶以重结晶颗粒的不规则形态、舌状的边界线为特征。石英和长石波状消光现象较为普遍，局部出现火焰状条纹长石，长石边部多出现应力蠕英结构(图 2f)，钾长石出现多组机械双晶(图 2g)，钾长石残斑显示微斜格子双晶(图 2i)。沙沟街剪切带糜棱岩的显微构造反映了高温固态韧性变形后被中低温韧-脆性变形叠加的构造特征(Vernon, 2004) 。此外，显微尺度的S-C组构、钾长石残斑形成的不对称旋转碎斑亦指示了左行剪切作用(图 2e)。

图 2

Fig. 2

图 2 沙沟街韧性剪切带露头与显微照片 (a)沙沟街韧性剪切带露头；(b)矿物拉伸线理；(c)不对称剪切褶皱；(d)眼球状糜棱岩宏观S-C组构；(e)钾长石σ型不对称旋转碎斑；(f)火焰状条纹长石及应力蠕英结构；(g)钾长石机械双晶及扭折现象；(h)石英的高温颗粒边界迁移重结晶现象；(i)钾长石残斑显示微斜格子双晶. (e-i)为正交偏光 Fig. 2 Field photographs and photomicrographs of the Shagoujie ductile shear zone (a) outcrop of the Shagoujie ductile shear zone; (b) stretching lineation; (c) a symmetric shear fold; (d) S-C fabric of the mylonite; (e) σ-type porphyroclast system; (f) flame microperthite and myrmekitic texture; (g) kink and deformation twins in K-feldspar; (h) grain boundary migration recrystalization in quartz; (i) K-feldspar shows microcline twinning. (e-i) under CPL

此次工作沿沙沟街剪切带20个采样点共采集磁组构样品107个，每个采样点至少钻取5个标准圆柱状样品。常温下的低场磁组构测试在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，在室温条件下使用捷克AGICO公司的Kappabrige磁化率仪(KLY-4S，测试场强300A/m，工作频率875Hz，检出限1×10^-8SI，测试精度0.1%)进行测量，并用ANISOFT软件计算获得相关磁组构参数(表 1) 。代表性样品的岩石磁学实验在中国科学院地质与地球物理研究所古地磁实验室完成：热磁分析使用捷克AGICO公司的Kappabridge MFK1-FA系统(检出限1×10^-8SI，工作频率967Hz)完成，样品在氩气环境下由室温加热至700℃，之后再次冷却至室温，获得升温和降温过程的磁化率变化曲线(χ-T曲线)；磁滞回线在室温下使用振动样品磁强计(MicroMag VSM 3900) 完成，外加场最高达±2.0T，经顺磁性校正后得到饱和磁感应强度(M_s)、剩磁感应强度(M_rs)和矫顽力(H_c)等磁学参数。等温剩磁(Isothermal Remanent Magnetization, IRM)获得曲线测试中外加场最高为2.0T，之后进行分步饱和等温剩磁(Saturation IRM, SIRM)反向场退磁曲线测试，并得到剩磁矫顽力(H_cr)参数。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 磁组构参数表 Table 1 Magnetic data for the individual samples

表 1 磁组构参数表 Table 1 Magnetic data for the individual samples

平均磁化率K_m反映了样品中矿物磁化率的综合特征，与磁性矿物类型、含量、粒径和分布等密切相关。沙沟街剪切带样品的平均磁化率变化范围较大，其K_m值介于262~23192μSI之间，平均值约为6850μSI (表 1) 。所有样品中，仅有2个采点(Site 9和Site 15) 的K_m值低于500μSI，而有8个采点，约占总数40%的样品的K_m值高于5000μSI (表 1、图 3a)。通常情况下，K_m值低于500μSI的样品，其磁化率主要由顺磁性矿物引起，而高于5000μSI的样品则主要受控于铁磁性矿物(Tarling and Hrouda, 1993) 。此外，磁化率值分布曲线显示(图 3b)，介于500~5000μSI之间的样品，其K_m值基本呈连续分布，变化相对较小；而大于5000μSI的样品，其K_m值变幅相对较大。与典型花岗质岩石一般具有较低的K_m值不同(Bouchez et al., 1997)，沙沟街剪切带花岗质糜棱岩表现出较为明显的高磁化率特点。

图 3

Fig. 3

图 3 沙沟街剪切带平均磁化率直方图(a)及磁化率值分布曲线(b) 图 3b中实心圆及数字为开展岩石磁学的代表性样品 Fig. 3 Histogram of mean susceptibility (a) and its distribution curve (b) of the Shagoujie shear zone Solid circles with numbers in Fig. 3b are the representative samples for rock-magnetism

为进一步查明沙沟街剪切带样品的磁化率载体，揭示样品磁化率各向异性的本质，本次工作选择部分代表性样品开展了岩石磁学实验，这些样品分别来自小于500μSI、500~5000μSI和大于5000μSI三个区间段(图 3b)。

代表性样品主要表现出两类磁滞回线特征(图 4) ：K_m值小于500μSI的低磁化率样品(如Site9)，其磁滞回线表现出明显的顺磁性特征，样品磁感应强度随外场增减呈线性变化。但需要注意的是，在斜线中部出现了极为轻微的弯曲，显示了磁滞现象，表明样品中仍有少量铁磁性物质存在。此外，K_m值较高的样品，磁滞回线表现出较为明显的磁滞特征，显示了铁磁性组分的存在。经顺磁校正后，磁滞回线呈现较陡且紧闭的特征，在外加场约为0.2T时即达到饱和，表明这些铁磁性组分主要为单一的低矫顽力磁性矿物，如磁铁矿等。样品磁滞参数的Day图显示(Day et al., 1977; Dunlop, 2002)，若样品中的铁磁性组分为磁铁矿，则其主要应为多畴(multidomain, MD)磁铁矿(图 5) 。等温剩磁获得曲线和反向场退磁曲线分析进一步确定了样品中的载磁矿物主要为软磁性矿物，如磁铁矿，磁赤铁矿等，而几乎不存在硬磁性矿物(图 6) 。IRM获得曲线表明：当外加场由0增加到0.1T时，样品的IRM迅速升高，达到饱和值的80%左右；之后IRM随外场升高缓慢增加，但在0.2T之前即已达到饱和。SIRM的分步反向场退磁曲线也表明，所有样品的剩磁矫顽力也较小，不超过0.04T。

图 4

Fig. 4

图 4 沙沟街剪切带代表性样品的磁滞回线 Fig. 4 Hysteresis loops of representative samples of the Shagoujie shear zone

图 5

Fig. 5

图 5 沙沟街剪切带磁滞参数的Day图 图中磁滞参数的含义见正文；SD、PSD和MD分别代表单畴、假单畴和多畴磁铁矿 Fig. 5 Hysteresis ratios on Day plot of the Shagoujie shear zone Find the details of the hysteresis ratios in text; SD, PSD and MD represent respectively the single-domain, pseudo-singe-domain and multi-domain magnetites

图 6

Fig. 6

图 6 沙沟街剪切带代表性样品的IRM曲线和反向场退磁曲线 Fig. 6 IRM acquisition curves and back-field demagnetization curves of SIRM for representative sample

磁化率-温度曲线(χ-T曲线)常被用来识别样品中磁性矿物的类型、大小及随温度升降而出现的矿物相转变。χ-T升温曲线表明(图 7)，K_m值较低的样品(Site9)，其磁化率在~400℃之前随温度升高有明显的下降，表现出顺磁性组分的磁化率变化特征。从400℃开始，磁化率随温度升高而增加，~550℃时达到最大，可能生成了新的强磁性矿物。从~550℃开始，磁化率随温度升高迅速降低，在~580℃降至最低值，显示了磁铁矿的居里温度。样品的降温曲线与升温曲线并不重合，当温度降至磁铁矿居里点以后，样品的磁化率值明显高于升温曲线，暗示样品加热过程中可能出现了新生强磁性矿物。此外，所有高K_m值样品的χ-T升、降温曲线特征较为一致：曲线非常平滑且大致可逆；均在~580℃时出现急剧的磁化率值变化。这些特征表明样品中铁磁性组分主要为磁铁矿，且多为MD型磁铁矿。

图 7

Fig. 7

图 7 沙沟街剪切带代表性样品的热磁曲线特征(黑色为升温曲线，灰色为降温曲线) Fig. 7 Temperature dependence of magnetic susceptibility (dark line show heating, whereas grey lines show cooling)

磁组构标量参数，磁化率各向异性度P_J和形态参数T，常用来约束磁化率椭球体的各向异性量值和椭球形态。对变形岩石来说，这两个参数大致对应于应变强度和应变椭球体的形态(Hrouda, 1982; Tarling and Hrouda, 1993) 。P_J值与变形强度呈正相关；T值介于-1和1之间，-1≤T＜0代表长球体，0＜T≤1代表扁球体，而T=0为圆球体。沙沟街剪切带样品的P_J值和T值有较大的变化范围(表 1)，T值介于-0.47和0.66之间，而P_J值介于1.05和2.41之间，显示了剪切带不均匀的几何学特征。T值分布特征表明，剪切带内同时存在长球和扁球体，其中扁球体占优势(图 8) 。与普通的长英质岩石相比，沙沟街剪切带的P_J值明显较高：除了Site15、Site18和Site20三个样品的P_J值较小外，其余所有样品的P_J值均大于1.19，集中在1.6和2.0之间(图 8)，显示了较高的各向异性度及变形强度。

图 8

Fig. 8

图 8 PJ和T值分布直方图 Fig. 8 Histograms of PJ and T

磁组构对数Flinn图解(Ramsay and Huber, 1983) 表明(图 9a)，在不考虑体积变化的情况下(Δ=0)，绝大部分样品落入K=1线(lnL=lnF)及其以下的区域(lnL ＜lnF)，即剪切和压扁区域，仅有四个采样点落在收缩区域(lnF＜lnL)。压扁应变样品明显多于收缩应变样品，与T值判别结果一致。这些特征表明，剪切带内磁面理较磁线理发育，这与野外观察到的矿物线、面理发育程度相一致。构造岩分类图解(图 9b)显示，沙沟街剪切带样品主要为SL、LS和L=S构造岩，并以L=S和SL构造岩为主体。

图 9

Fig. 9

图 9 磁组构对数弗林图解 Fig. 9 Flinn-type plot of lnF vs. lnL

磁组构参数K_m、P_J和T协变关系图解显示，三者之间并没有特别明显的统计意义上的相关性(图 10) 。尽管图 10a显示P_J值随着K_m值的增大似乎有升高的趋势，但若把低K_m值和高K_m值样品分开考虑，则发现实际上无论K_m值如何变化，P_J值并没有随之出现明显变化。因此，P_J值的变化除受岩性差异影响外，更多的反映了剪切带几何学特征的变化，即应变强度的差异。此外，K_m-P_J-T协变关系图解也显示了K_m和T以及P_J和T之间无明显相关性，高、低K_m值以及P_J值样品中均有扁球和长球体(图 10b, c)，说明岩性和构造作用强度的变化并不导致应变方式的改变。

图 10

Fig. 10

图 10 Km-PJ、Km-T和PJ-T图解 Fig. 10 Diagram of Km vs. PJ, Km vs. T and PJ vs. T

沙沟街剪切带的磁组构具有非常明显的规律性(表 1)，其空间分布特征如图 11所示。磁面理大致呈中高角度向南倾，绝大部分采点倾角介于46°至84°之间，仅有两个采点倾角小于45°，平均产状为192.2°∠54.4°；磁线理总体向SEE倾伏，绝大部分样品倾伏角介于2°至33°，仅一个采点倾伏角为60°，平均产状为115°∠19.5°。尽管倾(伏)角变化相对较大，但沿沙沟街剪切带走向或者横切沙沟街剪切带，磁面、线理的倾(伏)向基本一致，也没有受到应变强度差异的影响(图 11) 。此外，磁面理产状大致与野外观测面理一致。受发育程度及出露条件的影响，野外观察的线理数据较少，但磁线理数据很好的约束了沙沟街剪切带的线理特征。据此，可认为沙沟街剪切带磁化率椭球体的最大主轴K₁产状与最小主应力σ₃相对应，而其最小主轴K₃的产状则代表了最大主应力σ₁。结合野外观测到的C面理产状以及边界断层近东西向的走向，沙沟街剪切带的磁组构特征反映其经历了左行走滑挤压构造。

图 11

Fig. 11

图 11 沙沟街韧性剪切带磁组构分布特征 (a、b)磁面(线)理分布特征及磁化率主轴赤平投影图(下半球，等面积)；(c)磁组构揭示沙沟街剪切带左行走滑挤压运动学特征 Fig. 11 Magnetic fabric patterns of the Shagou ductile shear zone (a) magnetic foliations; (b) magnetic lineations; (c) kinematic model reflected by the magnetic fabrics

运动学涡度是度量剪切变形非共轴度的一个物理量(Xypolias, 2010) 。运动学涡度分析有助于深入理解变形岩石的应变特征及岩石组构的运动学意义。自Passchier (1986) 首次开展糜棱岩的运动学涡度分析以来，剪切带的涡度分析理论不断完善并提出了众多涡度计算方法，逐渐成为剪切带研究的一个新领域(Xypolias, 2010) 。最近十几年来，构造地质学家在不同的造山带内开展了较多实例研究，提高了对造山作用过程中剪切带发育演化机制的认识(Johnson et al., 2009; Xypolias, 2010) 。一些国内学者针对不同区域的剪切带也开展了大量的研究(张进江和郑亚东, 1997; 王新社等, 2007; 张波等, 2008) 。然而，目前对秦岭造山带内的诸多不同层次、尺度的剪切带，尚无相关工作。本文利用前述野外观察、显微构造和磁组构分析数据，对秦岭沙沟街剪切带部分糜棱岩样品进行了运动学涡度分析。

自然界中的剪切带大都是介于简单剪切(非共轴应变)和纯剪切(共轴应变)之间的一般剪切带，简单剪切和纯剪切是不同类型变形的两个端元(郑亚东, 1999; Xypolias, 2010) 。对于剪切带非共轴程度的分析，之前主要利用各种对称或不对称的宏观、显微构造(如残斑系、压力影、S-C组构和云母鱼等)来直接判断。然而，这些方法的定量化程度较低，而运动学涡度值(W_k)可定量的表征非共轴变形程度及剪切作用类型(Xypolias, 2010) 。运动学涡度值W_k可根据质点流动路径(Passchier, 1986) 或者最大主应力轴σ₁的方位(Weijermars, 1991) 来计算。本次沙沟街韧性剪切带运动学涡度值主要根据最大主应力轴σ₁的方位计算获得。糜棱岩的C面理通常认为是剪切流动(或者滑动)的边界，其产状可通过野外测量得到；而主应力轴σ₁的方位可以根据其与磁化率椭球体主轴(应变主轴)的对应关系得到。在已知C面理和最大主应力σ₁产状的情况下，可以得到C面理法线与σ₁的夹角ξ，再通过公式W_k=sin2ξ便可计算出每个样品的运动学涡度值(Weijermars, 1991) 。纯剪作用(ξ=0) 的W_k=0；简单剪切作用(2ξ=90°)的W_k=1；一般剪切的W_k值介于0~1。由于W_k与ξ为非线性关系，纯剪切和简单剪切组分各占一半时的W_k值为0.71(2ξ=45°)而不是0.5(2ξ=30°)(Law et al., 2004)，这被称为“纯剪倾向性”(Tikoff and Fossen, 1995) 。

依前述方法，对横切沙沟街剪切带3个剖面共10个采样点(图 12) 进行了运动学涡度计算，以查明剪切带不同部位的运动学涡度特征，结果(表 2) 表明：(1) 所有样品的W_k值均低于0.8，且大部分样品小于0.71，这说明在沙沟街剪切带的形成过程中，纯剪切作用所占的比重要大于简单剪切作用； (2) 横过剪切带的3条剖面都显示出W_k值自北而南逐渐减小，甚至在接近剪切带南部边界断层时，呈现出一种剧减现象(图 12a)，这反映出沙沟街剪切带自北而南纯剪切比重增大，在靠近南部边界断层时几乎是全部受到纯剪切作用；(3) 沿剪切带东西走向方向上，自西向东，W_k值有先减小后增大的趋势(图 12b)，这表明沿沙沟街剪切带东西走向方向，两端纯剪切所占的比重较低，而中间部位的纯剪切作用比重较高。沙沟街剪切带W_k值所反映出来的以纯剪切作用为主的应变特征，与岩石磁组构弗林图解所揭示的以压扁应变为主的特征具有很好的一致性。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 沙沟街韧性剪切带Wk值计算结果 Table 2 Kinematic vorticity of the Shagoujie ductile shear zone

表 2 沙沟街韧性剪切带Wk值计算结果 Table 2 Kinematic vorticity of the Shagoujie ductile shear zone

图 12

Fig. 12

图 12 沙沟街剪切带运动学涡度值分布特征 (a)横过剪切Wk的分布；(b)沿剪切带走向Wk的分布 Fig. 12 Kinematic vorticity patterns of the Shagoujie ductile shear zone

花岗质岩石的磁化率来自于抗磁性的长石、石英，顺磁性的云母、角闪石和铁磁性的磁铁矿等所有造岩矿物的贡献(Tarling and Hrouda, 1993) 。其中，顺磁和铁磁性矿物是其最为主要的磁化率载体。此类岩石的磁化率值变化范围较大，最大差距可达几个数量级，主要受载磁矿物类型、含量和大小等的差异的影响。沙沟街剪切带花岗质糜棱岩的平均磁化率值高达6850μSI，属典型的磁铁矿系列(Ishihara, 1979) 。这一系列的花岗质岩石，其铁磁性矿物主要为氧化岩浆环境下形成的磁铁矿和磁黄铁矿等(Ishihara, 1979) 。代表性样品的岩石磁学实验也表明，沙沟街剪切带花岗质样品内的铁磁性矿物主要为磁铁矿，且多为MD型磁铁矿。但是，磁滞回线和χ-T曲线均显示，低K_m值的样品，尤其是K_m值低于500μSI的样品，明显包含了顺磁性矿物的贡献。因此，可以认为沙沟街剪切带样品的磁化率载体主要为顺磁性的铁镁页硅酸盐矿物及铁磁性的磁铁矿等，且随着K_m值的升高，样品内铁磁性组分对磁化率的贡献也更大一些。

由于磁化率主要受控于顺磁和铁磁性组分，因此，其磁组构也主要由这两类组分的亚组构组成。野外及显微观察表明，样品内顺磁性的铁镁硅酸盐矿物主要为黑云母及少量的角闪石。黑云母的K_m值相对较高，单矿物具有磁晶各向异性和形态各向异性，但二者基本一致，可以提供有效的岩石矿物组构(Tarling and Hrouda, 1993) 。其磁化率最小轴(K₃)大致垂直于黑云母晶体的底面([001]面)，可以视为磁面理的法线；而磁化率最大轴(K₁)与结晶轴的a或b轴基本重合，沿这两轴的矿物生长或定向排列构成磁线理(Borradaile and Jackson, 2004) 。对磁铁矿来说，单畴(SD)磁铁矿往往形成异常组构，而只有多畴(MD)磁铁矿才形成正常组构(Tarling and Hrouda, 1993) 。多畴磁铁矿的磁化率各向异性多由矿物的形态和分布各向异性控制，已有的大量研究结果表明，其磁化率各向异性可以用来反映花岗质岩石的内部组构特征(Grégoire et al., 1995) 。此外，显微构造观察还表明，沙沟街剪切带样品内的磁铁矿长轴方向大致平行于黑云母颗粒的长边且主要沿黑云母解理面分布。多数研究表明，在此情况下，磁铁矿亚组构往往与黑云母亚组构基本共轴(Stevenson et al., 2007) 。梁文天等(2015) 对秦岭造山带晚三叠世花岗岩的研究也表明，其磁铁矿亚组构、黑云母亚组构均与样品的低场磁组构数据相一致。

综合上述，沙沟街剪切带的磁组构数据可以有效反映剪切带的变形特征，磁组构来自于所有造岩矿物的贡献，但主要受控于顺磁性的铁镁页硅酸盐矿物(如黑云母、角闪石等)和铁磁性的多畴磁铁矿等。

通常情况下，经历固态变形的花岗岩，其各向异性度P_J值较高(通常大于1.2) (Tarling and Hrouda, 1993) 。沙沟街剪切带内岩石的AMS分析结果显示，大部分样品的P_J值均大于1.19，最大值可达为2.41，显示出强烈的各向异性度。这表明沙沟街剪切带内岩石磁组构的形成是受构造应力作用的影响，是构造成因磁组构(Hrouda, 1982)，而非岩浆原生流动成因。显微构造分析也证实该剪切带经历了高温固态塑性变形。再者，本次研究所得到的AMS椭球体与有限应变椭球体的主轴方位(李阳, 2014) 也具有良好的对应关系。上述特征表明，晚三叠世发育的沙沟街韧性剪切带的磁组构特征可以用来反映其形成时期的构造应力状态。

沙沟街剪切带的磁组构产状在整个剪切带内具有非常明显的一致性，磁面理产状平均为192.2°∠54.4°，磁线理总体产状115°∠19.5°。结合沙沟街剪切带南北边界断层总体走向近东西以及剪切带内C面理的产状，可以判定该韧性剪切带具有左行走滑挤压的运动学特征(图 11c)。W_k值计算揭示了其挤压分量大于走滑分量，说明在沙沟街剪切带的形成过程中，纯剪切作用所占的比重要大于简单剪切作用，这与磁组构弗林图解所揭示的扁球型应变椭球体相一致。

此外，对于沙沟街剪切带内W_k值自北而南减小(纯剪比重增大)这一特征，一种可能的解释是，剪切带的中央部位位于北界断层附近，向南逐渐远离中心部位。研究表明，横过剪切带，单剪与纯剪比值一般会发生变化，剪切带中央部位的变形可近于简单剪切，而远离中央域的变形其纯剪切与简单剪切作用的比值增高(Lin et al., 2007)，从而导致运动学涡度值减小(图 13) 。因此，沙沟街剪切带的剪切作用的中央部位应该位于剪切带北界断层附近。而野外最直接的证据有：(1) 剪切带由北而南发育超糜棱岩、糜棱岩和初糜棱岩；(2) 沙沟街剪切带的南侧的局部地区还出露有未明显变质、变形的线状分布花岗岩。由此，可推断剪切带是自北而南发育的，并经历了左行走滑挤压剪切作用。

图 13

Fig. 13

图 13 横过剪切带的变形分解图(据Lin et al., 2007) Fig. 13 Diagram showing the localization and partitioning of deformation across shear zone (after Lin et al., 2007)

走滑挤压构造是造山带最为重要的组成部分之一，是调节造山作用过程中造山带内不同构造单元差异运动的关键(Alsop and Holdsworth, 2004) 。秦岭造山带内的商丹构造带是华南、华北板块之间的对接拼合带，带内发育了众多不同时期、不同规模的韧性走滑挤压构造带(张国伟等, 2001) 。这些走滑挤压构造带调节了沿商丹一线俯冲、碰撞造山过程中，南、北秦岭之间以及构造带内不同地质体之间的相对运动。

晚三叠世是中国大陆华南、华北板块完成最终拼合演化的关键时期，也是秦岭造山带由古生代板块构造体制向中、新生代陆内造山体制过渡的重要阶段(张国伟等, 2001) 。前人的大量研究认为晚三叠世沿商丹一线存在强烈的碰撞造山作用(Reischmann et al., 1990; 张国伟等, 2001) 。Dong et al. (2011) 进一步提出沿商丹带存在两阶段造山，其中，晚三叠世随着华南、华北板块沿秦岭南侧勉略一线的碰撞造山，因先期俯冲、碰撞而成的商丹带再次经历了强烈的构造活动。Reischmann et al. (1990)和李阳(2014)等的年代学研究表明，尽管发育多期次的脆性构造叠加，沙沟街韧性剪切带主要形成于晚三叠世时期，应是这次构造作用的产物。

沙沟街剪切带走滑挤压的构造属性暗示，晚三叠世沿商丹一线的构造拼合作用应是一个斜向汇聚过程(图 14) 。该韧性剪切带的形成正是华南和华北板块斜向汇聚碰撞沿商丹带的构造响应。此外，Liang et al. (2013) 在商丹带西延的关子镇一线识别出晚三叠世(花岗质糜棱岩中白云母残斑⁴⁰Ar/³⁹Ar坪年龄为226.8±2.2Ma, 李王晔, 2008) 的右行走滑挤压构造，与沙沟街剪切带运动方向相反，进而提出了一个侧向挤出构造模式来解释这一差异。挤出构造是造山带调节造山作用引起的强烈缩短的主要方式之一，并常常通过大型韧性剪切带的走滑运动来完成(张波等, 2008) 。随着晚三叠世华南、华北板块的碰撞，尤其是二者岩石圈厚度最大的鄂尔多斯和四川地块的相向对挤，秦岭造山带蜂腰部位的物质可能发生了向东西秦岭两侧的有限挤出，沙沟街剪切带所在的商丹带正是这一挤出构造的北侧边界构造带(图 14) 。

图 14

Fig. 14

图 14 沙沟街韧性剪切带形成的动力学背景模式图 Fig. 14 Geodynamic model for the formation of the Shagoujie ductile shear zone

此外，沙沟街剪切带的发育演化及其与带内八里坪岩体的相互关系也为秦岭造山带晚三叠世花岗岩类的侵位机制提供了新的构造约束。野外观察表明，沙沟街剪切带内糜棱岩的原岩与八里坪岩体一致，剪切带发育于八里坪岩体局部，与未变形主岩体呈渐变过渡关系。显微构造观察也表明，剪切带形成于高温固态变形条件下(Vernon, 2004)，而八里坪岩体主要发育了次岩浆和岩浆型显微构造特征(李阳, 2014)，从岩体至剪切带其显微构造类型呈一个从岩浆到固态变形的连续变化序列。这些特征与同构造侵位于剪切带中的花岗岩体一致(De Saint Blanquat and Tikoff, 1997; Weinberg et al., 2004)，表明晚三叠世的八里坪岩体是同构造侵位的(李阳, 2014)，而沙沟街剪切带是侵位晚期阶段该岩体位于商丹构造带内部分糜棱岩化的产物(图 14) 。前人对秦岭造山带晚三叠世花岗岩的侵位机制有同碰撞挤压、后碰撞伸展等诸多解释(张成立等, 2008)，而沙沟街走滑挤压构造带的发育及其与晚三叠世八里坪岩体的相互关系表明，该岩体应是在碰撞造山过程中的区域走滑背景下侵位的。这一侵位机制也可以很好的解释剪切带南盘刘岭群中东江口岩体群的斜列展布特征(Liang et al., 2015) 。

通过对沙沟街剪切带野外和显微构造观察、岩石磁学、磁组构以及运动学涡度分析，得到以下结论：

(1) 沙沟街韧性剪切带的糜棱岩化过程经历了高温固态塑形变形。糜棱岩样品的K_m值总体较大，磁铁矿等铁磁性矿物是其主要的磁化率载体；向异性度P_J值较高，反映出强变形岩石组构类型；磁化率椭球体形状参数T总体大于0，代表AMS椭球体以扁球体形态为主，磁面理较磁线理发育；

(2) 磁面理产状平均为192.2°∠54.4°、磁线理总体产状为115°∠19.5°，结合该韧性剪切带边界断层走向近东西以及剪切带内发育的C面理产状(179°∠47°)，可判断沙沟街剪切带左行走滑挤压的运动学特征；

(3) W_k值及其分布特征表明，沙沟街剪切带形成过程中纯剪切作用所占的比重总体大于简单剪切作用，并且剪切带的核部应位于北部边界断层附近；

(4) 沙沟街剪切带运动学特征所反映的动力学背景表明，秦岭造山带晚三叠世仍处于碰撞造山阶段。斜向汇聚的碰撞造山导致了秦岭造山带“蜂腰”部位的物质发生了侧向挤出逃逸，造成东西秦岭沿商丹构造带反向的运动学特征。