2012, Vol. 28
2. 澳大利亚詹姆斯库克大学地球科学学院, 汤斯维尔Qld 4811, 澳大利亚
2. School of Earth and Environmental Sciences, James Cook University, Townsville, Qld 4811, Australia
造山运动的复杂历史过程往往由于后期活动的改造而使得早期经历的历史过程信息难以保存下来，而变斑晶内包裹物迹线记录保存了所经历的地质过程历史信息，使得通过对变斑晶内包裹物迹线的研究来重建整个造山运动过程成为可能。基于变形分解理论提出的面理弯切轴测量技术是微观与宏观构造研究结合，将变斑晶内包裹物迹线应用于造山作用及大陆板块运动研究的重要成果之一 (Bell, 1981; Bell et al., 1998, 2004; Bell and Bruce, 2006,2007; Bell and Mares, 1999；Yeh and Bell, 2004; Sanislav, 2011)。面理弯切轴 (Foliation Intersection/Inflection Axes，FIAs；图 1和图 2) 测量方法是近年来发展起来的一种定量分析区域变形、变质过程，确定水平挤压主应力方向的显微构造分析与造山运动过程研究结合的新方法。在北美科迪勒拉造山系、欧洲阿尔卑斯山脉以及澳大利亚、新西兰等造山带的研究应用中，获得了传统研究方法难以揭示的新认识，有效的解决了造山运动过程、板块相对运动等重大地质问题，研究结果得到广泛认可。电子探针独居石Th-U-Pb定年技术是近年来发展起来的新的年代学测定方法。随着同位素定年技术的发展，独居石电子探针Th-U-Pb化学法定年越来越受到关注。独居石富含Th、U，几乎不含有非放射性成因的Pb，是最适合于化学法Th-U-Pb电子探针定年的矿物。与其它年代学测定方法相比，电子探针定年的突出特点是可以在岩石薄片下原位定年，具有较高空间分辨率，最小可达1μm。电子探针U-Th-Pb独居石电子探针定年方法，可以进行SHRIMP锆石U-Pb定年方法解决不了的中低级变质作用年代学测定。开展岩石薄片下变质矿物的原位定年，为精确测定造山运动中变质作用P-T-t轨迹中时间t提供了重要研究手段。北美大陆西部的落基山脉是研究美国西南部大陆造山过程的典型地区。美国科罗拉多州Texas Creek以东阿肯色河地区出露的前寒武纪变质沉积物中包含有大量红柱石、堇青石和斜长石变斑晶。变斑晶中包裹物迹线明显发育，是运用显微构造变形研究区域构造运动过程的天然实验室。已公开发表的前人研究成果表明，该地区在1700Ma到1400Ma期间经历了三期变形和两期变质作用事件 (Siddoway et al., 2000; Jones et al., 2010)。
|
图 1 变斑晶中面理弯曲 (左) 或相互交切 (右) 轴示意图 (据Bruce，2007修改) Fig. 1 Foliation Inflexion Axis (left) and Foliation Intersection Axis (right) (modified after Bruce, 2007) |
|
图 2 面理弯切轴原理示意图 (根据Bell et al., 2004修改) (a)-在野外从相互垂直的两个剖面观察同一褶皱可观察到几何形状相反的“S”和“Z”；(b)-FIA的走向位于从同一方向观察到的变斑晶包裹物迹线几何形状相反 (40°时为顺时针旋转“S”，360°时为逆时针旋转“Z”) 的相邻两薄片中间；(c)-两薄片切面夹角为90°且与FIA的交角均为45°时的情形；(d)-两薄片切面夹角为170°且与FIA的交角均为5°时的情形 Fig. 2 Sketch illustrating the principle behind FIA measurement (after Bell et al., 2004) (a)-the geologists to either side see the opposite asymmetry for same fold in a cliff face. They have no idea of its trend in 3-D. The geologist in the centre sees the fold on both cliff faces and knows it must trend from one to the other. (b)-shows the asymmetry on a series of differently-striking vertical sections. The asymmetry flips across the compass when viewed in the same direction. (c)-shows asymmetry of a sigmoid axis in two sections cut 90° apart. (d)-shows the sigmoid axis of (c) in two sections cut 10° apart lying on either side of the axis. The switch in asymmetry between them defines the location of the axis within a 10° range |
岩石学家和构造地质学家利用变斑晶内包裹物迹线来鉴别变形变质序列和剪切运动方向的历史已经很长了。自20世纪60年代以来，变斑晶内包裹物迹线研究取得了许多重要进展 (Zwart, 1960; Spry, 1963; Bell, 1981; Bell et al., 1986, 1998; Bell and Hayward, 1991; Bell and Bruce, 2006, 2007; Hayward, 1990, 1992; Johosn and Bell, 1996; Fay et al., 2008, 2009; Johosn, 2009; Sanislav and Shah, 2010)。变斑晶内的包裹物迹线大部分为早期形成的面理，这些包裹物迹线将所经历的各期应变过程记录下来，可以用来探讨相对较老变形事件的变形环境、应力状态与温压条件 (Bell and Hayward, 1991; Bell and Hickey, 1997; Bell et al., 1998; Bell and Welch, 2002)。因此，面理弯切轴可以用来判定各期变形事件的先后顺序，建立适用于变质岩的时间对比标准，重建区域构造史。将变斑晶内包裹物迹线的排列与区域面理之间的联系作为研究造山运动过程的途径，相关领域研究方法不断更新。变斑晶中面理弯切轴测量技术是这一研究领域的重要成果之一。
面理弯切轴 (Foliation Intersection/Inflection Axes，FIAs) 是指保存在变斑晶中的包裹物迹线所记录的面理弯曲或相交轴线 (图 1和图 2)。面理弯切轴理论上垂直于岩体所受的主应力方向，可作为板块相对运动方向的判定指标 (Bell et al., 1995, 1998)。每一期面理弯切轴可以被认为是至少两期变形事件的结果。变斑晶中内核与外部边缘部分可能保存了不同时期的面理弯切轴。可以通过多个样品中内核与外部边缘部分保存的面理弯切轴形成时间先后的一致性来确定测得的一系列面理弯切轴形成的先后顺序。每期面理弯切轴代表了在一段时期内水平挤压主应力的方向相对恒定。由于面理弯切轴的方向垂直于水平挤压主应力的方向，可以通过测得的一系列面理弯切轴的变化来推断水平挤压主应力或者板块相对运动的方向变化的历史过程 (Bell et al., 1995, 1998；Bell and Mares, 1999)。
2.1 面理弯切轴的测定面理弯切轴是通过观察岩石样品竖直薄片中变斑晶包裹物迹线形状 (顺时针或逆时针旋转；图 3) 变化来判定的。首先，根据野外标记在室内将定向标本回归定向，从正北方向0°开始，每隔10°方位角切制竖直薄片。然后在偏光显微镜下观察变斑晶内包裹物迹线，当观察到相邻两薄片内包裹物迹线几何形状发生改变时 (顺时针与逆时针或S与Z之间的相互转变) 即可判定为面理弯切轴 (FIA) 的方向。面理弯切轴生长期次先后顺序的划分可以根据多期生长变斑晶及发育褶劈理的变斑晶来判定 (图 4)。
|
图 3 美国科罗拉多州阿肯色河地区斜长石变斑晶中Z形面理 (逆时针旋转，样品C36-120) Fig. 3 Anticlockwise inclusion trails in plagioclase porphyroblast from Arkansas River region, Colorado, USA (sample C36-120) |
|
图 4 美国科罗拉多州阿肯色河地区堇青石变斑晶中的褶劈理 (样品C20) (a)-正交偏光；(b)-单偏光 Fig. 4 Crenulation cleavage and crenulated cleavage in cordierite porphyroblast from Arkansas River region, Colorado, USA (sample C20) Vertical slide strikes 150° to the right. (a)-crossed polars; (b)-plane polarized light |
面理弯切轴是指变质岩体面理的弯曲轴或相交轴，最早是由Hayward于1990年提出一套微构造的测量技术。当岩体受应力作用产生应变，会在岩石中形成S形、阶梯形、或螺旋形痕迹的面理，这些面理相互叠置而形成面理交轴，此轴理论上会垂直于岩体所受的主应力σ1方向 (Bell et al., 1995, 1998)，可应用于造山运动过程及板块构造运动演化过程研究。
判别造山作用时的板块相对运动方向是面理弯切轴测量技术最重要的应用之一。由美国阿巴拉契造山带所测得的面理弯切轴资料显示，即使是经历过多次变形事件，同一造山事件所形成的面理弯切轴走向 (FIA trend) 具有相当的恒定性 (Yeh and Bell, 2004)。面理弯切轴的形成序列具有恒定性，可应用于研究造山运动及板块相对运动过程中变质作用及变形事件先后期次的划分研究。
3 面理弯切轴测量技术在美国阿肯色河地区构造变形过程研究中的应用 3.1 科罗拉多州阿肯色河地区及新墨西哥州Picuris Range地区区域地质背景美国科罗拉多州中部的阿肯色河地区位于美国西南部落基山脉的南端 (图 5)，是研究北美大陆西部造山过程的典型地区。科罗拉多州Texas Creek以东阿肯色河地区出露大量前寒武纪变质沉积物 (图 6)。出露岩石主要包括：堇青黑云片麻岩，黑云斜长片麻岩，长英质片麻岩，钙硅酸盐片麻岩，堇青石片岩，石英夕线片麻岩，石英片麻岩，细粒度硅质片岩和角闪岩。原生代变质沉积物中包含有大量红柱石、堇青石和斜长石变斑晶 (图 3和图 4)，大量发育的变斑晶为研究该区域的构造变质历史过程提供了有效途径。这些岩石经历的变形、变质作用时间约为1700~1400Ma，已经发表的前人研究成果表明，该地区在1700~1400Ma期间经历了三期变形和两期变质作用事件 (Siddoway et al., 2000)。岩浆侵入活动年龄为1705Ma、1663Ma和1474Ma (Bickford et al., 1989; Noblett, 1987; Siddoway et al., 2000, Wobus et al., 2001)。该地区位于北部Yavapai地体 (1.8~1.7Ga；Karlstrom and Humphreys, 1998) 和Mazatzal地体 (1.7~1.6Ga；Karlstrom and Humphreys, 1998) 的边缘 (图 5)。Karlstrom et al. (1987)认为Mazatzal地体是沉积于Yavapai地体之上形成的。
|
图 5 科罗拉多州和新墨西哥州原生代地质构造示意图 (据Jones and Connelly, 2006修改) Fig. 5 The map shows Proterozoic rocks and Proterozoic crustal province boundaries and/or transition zones (after Jones and Connelly, 2006) |
|
图 6 美国阿肯色河地区区域地质图 (据Siddoway et al., 2000; Gartner et al., 2001修改) Fig. 6 Geological map of the Texas Creek-Five Point Gulch area showing sample locations (after Siddoway et al., 2000; Gartner et al., 2001) The area "a" is shown at a larger scale in the top RH corner |
美国新墨西哥州北部Taos以南的Picuris Range地区出露早期原生代岩石，并在原生代晚期形成了西-东走向的Sangre de Cristo Range褶皱。该地区主要受Hondo向斜和Copperhill背斜的控制 (图 5和图 7)，褶皱为平卧褶皱，区域内有NE-SW走向Embudo断层。Bauer (2004)认为该地区造山运动发生在1500~1300Ma之间。属于Truchas地体的Hondo组硅质岩体 (年龄小于1700Ma) 与南部Vadito组的火山岩体 (1720Ma，Montgomery and Anonymous, 1996) 被区域内W-E走向，南倾的Plomo断层切断。Hondo组岩体包含有石英岩，千枚岩和浅海泥质片岩，为陆相沉积。Vadito组岩体为变质火山岩，变质火山碎屑岩和变质沉积物，其地层顺序应该位于Hondo组之下 (Cather et al., 2005)。尽管花岗岩类岩浆侵入活动仅出现于Vadito组，但各地层均经历了相同的变质作用和构造运动过程 (Bauer, 1993; Daniel and Pyle, 2005)。Plomo断层被认为是相对较老的Vadito组地层倒转于Hondo组之上的结果 (Bauer, 1993)。
|
图 7 美国新墨西哥州北部Picuris Range地区地质图 (图中标注本研究样品采集位置) Fig. 7 Geological map of Picuris Range region in Northern-Central New Mexico (after Fletcher, unpublished data) showing sample locations |
从美国阿肯色河地区采集的46个样品 (采样点见图 6) 中共测得63个面理弯切轴数据 (Cao, 2009)。其中变斑晶中只包含有一期面理弯切轴的样品有36个，其余27个面理弯切轴数据是从13个样品中测得的。图 8玫瑰花图显示的为表 1中面理弯切轴数据，由北向南依次分布的五个明显的方向为：SSW-NNE, SW-NE, W-E, NW-SE和NNW-SSE。
|
图 8 美国科罗拉多州阿肯色河地区变斑晶中面理弯切轴数据 (据Cao，2009) Fig. 8 FIA data from Arkansas River region, Colorado, USA (after Cao, 2009) |
|
表 1 美国科罗拉多州阿肯色河地区变斑晶中面理弯切轴数据表 Table 1 FIA trend and its location within the porphyroblast determined for each sample from Hindman Gulch and Five Point Gulch |
通过对多期生长的变斑晶样品中包裹物迹线由核部到翼部变化的观察及发育褶劈理的变斑晶中面理弯切轴期次的先后顺序，获得面理弯切轴先后期次具有如下关系 (图 9)：
|
图 9 美国科罗拉多州阿肯色河地区根据多期生长变斑晶内包裹物迹线由核部到翼部变化推断面理弯切轴数据形成的先后顺序示意图 箭头指向为多期生长变斑晶中面理弯切轴方向由核部到翼部的变化 Fig. 9 hows the determination of the sequence of FIA set from Arkansas River region, Colorado, USA Arrow is showing FIA data from core to rim variation in one multi-stage growth porphyroblast |
(1) 样品YL39和C 11中，斑晶核部面理弯切轴为南南西-北北东向，翼部面理弯切轴为南西-北东向；
(2) 样品YL43中，斑晶核部面理弯切轴为南南西-北北东向，翼部为北北西-南南东；
(3) 样品C36和C 2中，斑晶核部面理弯切轴为北北西-南南东向，翼部为南西-北东向；
(4) 样品Yl36中，斑晶核部面理弯切轴为北西-南东向，翼部为南西-北东向。
由以上各期面理弯切轴数据的相互关系可知：在70°和110°之间的W-E向分布的面理弯切轴为第一期，20°到40°之间的面理弯切轴为第二期，第三期面理弯切轴则为160°至180°，第四期面理弯切轴为120°到140°，第五期面理弯切轴为50°到60°。
由以上推断可以得到阿肯色河地区面理弯切轴形成的先后顺序如图 9所示：第一期面理弯切轴 (FIA1) 为W-E，第二期面理弯切轴 (FIA2) 为SSW-NNE第三期面理弯切轴 (FIA3) 为NNW-SSE，第四期面理弯切轴 (FIA4) 为NW-SE，第五期面理弯切轴 (FIA5) 为SW-NE。
3.3 电子探针独居石测年方法及样品数据电子探针U-Th-Pb测年是近几年发展起来的一种原位定年方法, 其主要优点是它具有较高分辨率 (直径≈1μm) 能够提供比其它定年方法更多的地质事件年代学信息。并且电子探针原位定年的另外一个重要特点是对样品不具有破坏性, 使其应用领域更广。20世纪90年代以来, 国内外逐步开展电子探针U-Th-Pb微区定年的研究和应用 (Suzuki and Adachi, 1991; Montel et al., 1996; Williams et al., 1999, 2002; Bell and Welch, 2002; Sanislav, 2009; Cao, 2009)。虽然电子探针U-Th-Pb定年测试精度通常低于SHRIMP锆石年龄的测试精度。但是，由于是岩石薄片下直接原位定年，使获得的年龄数据地质意义非常明确 (图 10)。
|
图 10 样品C23中堇青石变斑晶中的独居石颗粒 (a) 及独居石颗粒测年点位 (b)(据Cao, 2010) Fig. 10 Image shows the location of monazite in porphyroblast (a) and the spot dated in monazite (b) in sample C23 (after Cao, 2010) |
面理弯切轴的定量分析与独居石电子探针U-Th-Pb定年的结合成功的应用于美国科迪勒拉造山系、阿巴拉契亚造山带以及欧洲阿尔卑斯造山带变质变形作用过程的研究，精确划分了造山运动的构造期次并且确定了各构造期次的绝对年龄 (Sanislav, 2009, 2010, 2011；Cao，2009；Bell and Welch, 2002; Williams and Jercinovic, 2002)，为研究造山运动过程提供了新的途径。
美国科罗拉多州阿肯色河地区采集到的样品准备制作了12个抛光薄片 (每期面理弯切轴至少2个) 来寻找变斑晶内包含的适合于电子探针定年的独居石颗粒，但只有5个样品包含有颗粒大小足以用来测定其年龄的独居石 (Cao，2009)。包含这些独居石的变斑晶用来确定的面理弯切轴期次为第一期 (FIA1)、第二期 (FIA2)、第三期 (FIA3) 和第五期 (FIA5)。在为测定第四期面理弯切轴 (FIA4) 准备的薄片中并没有适合年代学测定的独居石颗粒。
样品C20包含的堇青石变斑晶中发育有细褶劈理，该劈理定义的伪面理弯切轴确定了第一期面理弯切轴 (FIA1)，而其真正的面理弯切轴则为第三期面理弯切轴 (FIA3)。样品中适合于定年的独居石颗粒均包含于确定第一期面理弯切轴的伪面理弯切轴中。样品C40包含的堇青石变斑晶也是确定了第一期面理弯切轴 (FIA1)。样品YL42，YL14和C23包含的堇青石变斑晶，分别确定了第二期面理弯切轴 (FIA2)、第三期面理弯切轴 (FIA3) 和第五期面理弯切轴 (FIA5)。
研究中独居石年龄的测定是由澳大利亚詹姆斯库克大学高级分析中心的日本电子公司生产的JX8200电子探针仪测得的。测试所采用的具体方法、步骤、数据处理流程及年龄计算方法参照Lisowiec (2006)、Cihan et al. (2006)和Sanislav (2009)。测定过程中电压为15kV，电流200nA，光斑大小为1~2μm。年龄数据处理选用软件Isoplot v. 3.00 (Ludwig, 2003)，误差范围为2σ。根据独居石颗粒在变斑晶中所处不同期次面理弯切轴的位置，对所获得的年龄进行了分组，最终计算得出各期面理弯切轴的具体年龄。图 10所示为一个样品C23中包含在变斑晶中的独居石颗粒，图 10b中亮点为已测点。
3.4 数据结果解释五期面理弯切轴反映了造山运动过程中水平挤压主应力的变化。这些水平挤压主应力变化的先后顺序由前文提到的变斑晶中包裹物迹线由核部到翼部变化确定的面理弯切轴的先后期次确定的。这一先后顺序可由电子探针独居石定年数据进一步验证。总共测试分析了五个样品中多个变斑晶的74个点。每个分析点的年龄都被计算出来 (Cao, 2009)。
根据独居石颗粒所处变斑晶内的位置及所确定的面理弯切轴的期次，对数据进行分组加权平均，计算得出了各期面理弯切轴的年龄。由样品C20和C40中测试分析的独居石颗粒计算出的第一期面理弯切轴 (FIA1) 的年龄为1506±15Ma。由样品Yl42，YL14和C23中独居石年龄加权平均得出的第二期面理弯切轴 (FIA2)、第三期面理弯切轴 (FIA3) 和第五期面理弯切轴 (FIA5) 的年龄依次为1467±23Ma，1425±18Ma和1366±20Ma (Cao，2009)。
在1506±15Ma W-E向的第一期面理弯切轴 (FIA1) 形成时，挤压主应力的方向为N-S (图 11)；在1467±23Ma SSW-NNE向的第二期面理弯切轴 (FIA2) 形成时，挤压主应力的方向为WNW-ESE；在1425±18Ma NNW-SSE向的第三期面理弯切轴 (FIA3) 形成时，挤压主应力的方向为WSW-ENE；第四期面理弯切轴的年龄数据没有获得；在1506±15Ma SW-NE向的第五期面理弯切轴 (FIA5) 形成时，挤压主应力的方向变为NW-SE。
|
图 11 美国阿肯色河地区第一期面理弯切轴电子探针独居石年龄及对应挤压主应力方向 Fig. 11 Shows the EPMA monazite age of FIA set 1and the horizontal bulk shortening direction during this stage |
美国科罗拉多州阿肯色河地区片岩中包含有大量斜长石、堇青石和红柱石变斑晶，通过对变斑晶中面理弯切轴的研究发现堇青石和斜长石经历了多期生长。由多期生长的变斑晶中包裹物迹线确定了该区域五期面理弯切轴形成的先后顺序如下：第一期面理弯切轴 (FIA1) 为东-西走向，第二期面理弯切轴 (FIA2) 为南西-北东走向，第三期面理弯切轴 (FIA3) 为北北西-南南东走向，第四期面理弯切轴 (FIA4) 为北西-南东走向，第五期面理弯切轴 (FIA5) 为南西-北东走向。用来确定其中四期面理弯切轴的样品中，变斑晶内包含适合于年龄测定的独居石颗粒。通过电子探针独居石定年，确定各期面理弯切轴的年龄如下：第一期面理弯切轴 (FIA1) 年龄为1506±15Ma，第二期面理弯切轴 (FIA2) 年龄1467±23Ma，第三期面理弯切轴 (FIA3) 年龄为1425±18Ma，第四期面理弯切轴 (FIA4) 未测得，第五期面理弯切轴 (FIA5) 年龄为1366±20Ma。
4 面理弯切轴测量技术在地体拼合时限及板块相对运动过程研究中的应用在落基山脉南端相距200km的美国科罗拉多州中部阿肯色河地区和新墨西哥州北部Picuris Range地区 (图 5) 测得了十分相近的面理弯切轴及电子探针独居石年龄数据 (Cao, 2010)，揭示了两地均受到1506~1370Ma期间变形和变质作用的影响。科罗拉多州中部测得的方向为西-东，南南西-北北东，北北西-南南东，北西-南东和西南西-东北东的5期面理弯切轴，其电子探针独居石年龄依次为：1506±15Ma, 1467±23Ma, 1425±18Ma, 未测得和1366±20Ma。位于其南部的新墨西哥州Picuris Range地区，面理弯切轴方向为南南西-北北东，西北西-东南东，北北西-南南东，北西-南东和西南西-东北东 (图 12)，其年龄依次为：1482±48Ma, 1448±12Ma, 1422±35Ma, 未测得和1394±22Ma (Cao, 2010; 图 13)。将两地测得的面理弯切轴数据进行综合分析，研究认为该区域共存在六期面理弯切轴 (FIA A-FIA F)。
|
图 12 美国新墨西哥州北部Picuris Range地区面理弯切轴数据图 Fig. 12 FIA data for northern New Mexico plotted on a rose diagram showing 5 distinct peaks in distribution corresponding to 5 FIA trends preserved by porphyroblasts |
|
图 13 美国科罗拉多州阿肯色河地区和新墨西哥州Picuris Range地区各期面理弯切轴数据及对应电子探针独居石定年数据图 (竖直标注年龄为板块运动发生转变的时代) Fig. 13 FIA sequences for central Colorado and northern New Mexico assembled into a dated six FIA sequence using combined monazite EPMA data, with approximate dates for plate motion regime transitions in vertical text |
科罗拉多州中部受到了最早在1506Ma W-E向的变形作用及其后影响科罗拉多州中部和新墨西哥州北部两地的1470Ma SSW-NNE向的变形作用的影响。然而，1448Ma的变形作用只在新墨西哥州北部出现，科罗拉多州中部并没有受到其影响。两地均受到造山过程中随后发生的其余三期变形作用影响。新墨西哥州北部并没有经历出现在科罗拉多州中部的第一期面理弯切轴 (FIA A)，可能是由于北部科罗拉多州阿肯色河地区和南部新墨西哥州北部的Picuris Range地区正好位于北部较老的Yavapai地体和南部Mazatzal地体之间转换带的北部和南部边缘，当时Mazatzal地体尚未与Yavapai地体拼贴。(图 5)。
科罗拉多州中部阿肯色河地区缺失了WNW-ESE向的第三期面理弯切轴 (FIA C)，可能是由于受到位于研究区SW和NE方向1.7Ga岩体的阻挡，使得该地区没有受到SSW-NNE向挤压应力的影响。这一现象的出现可以用变形分解作用 (Bell，1981) 来解释。
4.2 Yavapai地体与Mazatzal地体拼贴时限从科罗拉多州中部到新墨西哥州北部这一区域内的六期面理弯切轴数据 (FIA A-FIA F；图 13) 中的第一期并没有出现在南部的Mazatzal地体中。而在两地均受到了六期面理弯切轴数据中的第二期变形事件的影响。这说明，当第一期面理弯切轴形成时，Yavapai地体与Mazatzal地体并没有拼贴。并可以进一步推断，Yavapai地体与Mazatzal地体的拼贴应该发生在第二期面理弯切轴形成的1470±20Ma。这一认识与Karlstrom et al. (1987)提出的Mazatzal地体是沉积于Yavapai地体之上的独立形成的观点是不同的。
4.3 AUSWUS模型正确与否？Brookfield (1993)和Karlstrom (1999)提出的AUSWUS (AUS代表澳大利亚，WUS代表美国西部) 模型提出现在的澳大利亚东部与美国西部在原生代是劳伦古大陆与澳大利亚大陆结合的部分。根据这一模型，两地在分离之前应该经历了相同的变形历史过程。如果这两地的面理弯切轴的方向和年龄存在一致性，则可以很好的证明该模型的正确性。当然，部分地区的面理弯切轴数据的方向也可能由于受到区域内变形分解作用的影响而有一定差异。但是由于经历了相同的变形历史过程，挤压主应力的方向及发生变化的先后顺序是一样的。虽然由于后期板块之间的运动会发生旋转或改变，但其面理弯切轴的先后顺序应该保持一致。这可以解决模型中造山过程的挤压受力方向及年龄等一系列问题。目前已知的科罗拉多州中部面理弯切轴电子探针独居石年龄为1506~1370Ma，该研究区以北200km科罗拉多州北部面理弯切轴电子探针独居石年龄为1759~1677Ma的 (Shah，2009)。这些面理弯切轴年龄数据与澳大利亚东北部1655~1542Ma (Cihan et al., 2006) 的面理弯切轴年龄数据并不吻合，并且面理弯切轴的先后序列也不一致。由此可以推断，AUSWUS模型不正确或者由于造山过程中变形分解作用，美国西部研究区与澳大利亚东北的研究区所处应变区域不同而使面理弯切轴数据不吻合。因此，目前获得的面理弯切轴数据尚不足以检验AUSWUS模型的正确性。
5 结论及建议造山运动的复杂过程往往由于后期活动的改造而使得早期经历的历史过程信息难以保存下来。而变斑晶内包裹物迹线记录保存了所经历的地质过程的历史信息，使得通过对变斑晶内包裹物迹线的研究来重建整个造山运动过程成为可能。基于变形分解理论提出的面理弯切轴测量技术是将微观构造分析与宏观构造研究结合，将变斑晶内包裹物迹线研究应用于造山运动过程及大陆板块运动研究的重要成果。可有效揭示造山运动中区域构造变形过程及板块相对运动等问题。
目前，面理弯切轴主要应用于变斑晶内包裹物迹线发育良好的中低级变质岩区域，在一些经历了复杂变质变形过程的变质程度相对较高地区的应用还有一定局限性。近年来，电子背散射衍射 (EBSD) 技术在显微构造及大陆动力学领域的应用逐渐推广。建议尝试运用电子背散射衍射 (EBSD) 技术测定变斑晶中面理弯切轴，可使变斑晶变形期次划分的研究水平由目视定性分析提升为有效数据支持的定量划定。为有效利用变斑晶显微构造分析划分区域构造变形期次，重建造山运动过程的提供有效数据支持。不仅可为造山过程研究提供新的途径，也可为探讨变斑晶形成过程及生长过程中是否旋转问题这一多年来悬而未决的学术争论提供新的研究思路。
致谢 感谢澳大利亚詹姆斯库克大学Tim Bell教授在论文撰写过程中提供的帮助。该研究中部分实验研究经费由国家留学基金委奖学金和澳大利亚詹姆斯库克大学资助。| [] | Bauer PW. 1993. Proterozoic tectonic evolution of the Picuris Mountains, Northern New Mexico. Journal of Geology, 101: 483–500. DOI:10.1086/648241 |
| [] | Bauer PW. 2004. Proterozoic rocks of the Pilar Cliffs, Picuris Mountains, New Mexico. Guidebook-New Mexico Geological Society, 55: 193–205. |
| [] | Bell TH. 1981. Foliation development: The contribution, geometry and significance of progressive, bulk, inhomogeneous shortening. Tectonophysics, 75(3-4): 273–296. DOI:10.1016/0040-1951(81)90278-X |
| [] | Bell TH, Rubenach MJ, Fleming PD. 1986. Porphyroblast nucleation, growth and dissolution in regional metamorphic rocks as a function of deformation partitioning during foliation development. Journal of Metamorphic Geology, 4: 37–67. DOI:10.1111/jmg.1986.4.issue-1 |
| [] | Bell TH, Hayward N. 1991. Episodic metamorphic reactions during orogenesis: The control of deformation partitioning on reaction sites and reaction Duration. Journal of Metamorphic Geology, 9: 619–640. DOI:10.1111/jmg.1991.9.issue-5 |
| [] | Bell TH, Forde A, Wang J. 1995. A new indicator of movement direction during orogenesis-measurement technique and application to the Alps. Terra Nova, 7(5): 500–508. DOI:10.1111/ter.1995.7.issue-5 |
| [] | Bell TH, Hickey KA. 1997. Distribution of pre-folding linear indicators of movement direction around the Spring Hill synform, Vermont: Significance for mechanism of folding in this portion of the Appalachians. Tectonophysics, 274(4): 275–294. DOI:10.1016/S0040-1951(97)00008-5 |
| [] | Bell TH, Hickey KA, Upton GJG. 1998. Distinguishing and correlating multiple phases of metamorphism across a multiply deformed region using the axes of spiral, staircase and sigmoidal inclusion trails in garnet. Journal of Metamorphic Geology, 16(6): 767–794. DOI:10.1111/j.1525-1314.1998.00170.x |
| [] | Bell TH, Mares VM. 1999. Correlating deformation and metamorphism around arcs in orogens. American Mineralogist, 84: 1727–1740. DOI:10.2138/am-1999-11-1203 |
| [] | Bell TH, Welch PW. 2002. Prolonged Acadian orogenesis: Revelations from foliation intersection axis (FIA) controlled monazite dating of foliations in porphyroblasts and matrix. American Journal of Science, 302(7): 549–581. DOI:10.2475/ajs.302.7.549 |
| [] | Bell TH, Ham AP, Kim HS. 2004. Partitioning of deformation along an orogen and its effects on porphyroblast growth during orogenesis. Journal of Structural Geology, 26(5): 825–845. DOI:10.1016/j.jsg.2003.11.021 |
| [] | Bell TH, Bruce MD. 2006. The internal inclusion trail geometries preserved within a first phase of porphyroblast growth. Journal of Structural Geology, 28(2): 236–252. DOI:10.1016/j.jsg.2005.11.001 |
| [] | Bell TH, Newman R. 2006. Appalachian orogenesis; the role of repeated gravitational collapse. Special Paper of Geological Society of America, 414: 95–118. |
| [] | Bell TH, Bruce MD. 2007. Progressive deformation partitioning and deformation history: Evidence from millipede structures. Journal of Structural Geology, 29: 18–35. DOI:10.1016/j.jsg.2006.08.005 |
| [] | Bickford ME, Cullers RL, Shuster RD, Premo WR, Van Schmus WR. 1989. U-Pb zircon geochronology of Proterozoic and Cambrian plutons in the Wet Mountains and southern Front Range, Colorado. Special Paper of Geological Society of America, 235: 49–64. DOI:10.1130/SPE235 |
| [] | Brookfield ME. 1993. Neoproterozoic Laurentia-Australia fit. Geology, 21: 683–686. DOI:10.1130/0091-7613(1993)021<0683:NLAF>2.3.CO;2 |
| [] | Bruce MD. 2007. The development and 3D geometry of porphyroblast inclusion trails: Significance for the tectonic evolution of the Lebanon Antiformal Syncline, New Hampshire. Ph.D. Dissertation. Australia, Townsville: James Cook University: 1-156. |
| [] | Cao H. 2009. Chemical U-Th-Pb monazite dating of deformations versus pluton emplacement and the Proterozoic history of the Arkansas River Region, Colorado, USA. Acta Geologica Sinica, 83: 961–970. |
| [] | Cao H. 2010. The tectonics of the Arkansas River region, Colorado, USA. Ph. D. Dissertation. Australia, Townsville: James Cook University: 1-168. |
| [] | Cather SM, Timmons JM, Karlstrom KE. 2005. Regional tectonic inferences for the 1. 4Ga-Holocene lateral slip history of the Picuris-Pecos and related faults, Northern New Mexico. Guidebook-New Mexico Geological Society, 56: 93–104. |
| [] | Cihan M, Evins P, Lisowiec N, Blake K. 2006. Time constraints on deformation and metamorphism from EPMA dating of monazite in the Proterozoic Robertson River metamorphics, NE Australia. Precambrian Research, 145(1-2): 1–23. DOI:10.1016/j.precamres.2005.11.009 |
| [] | Daniel CG, Pyle JM. 2005. Monazite-xenotime thermochronometry and Al2SiO5 reaction textures in the Picuris Range, Northern New Mexico, USA: New evidence for a 1450~1400Ma orogenic event. Journal of Petrology, 47: 97–118. DOI:10.1093/petrology/egi069 |
| [] | Fay C, Bell TH, Hobbs BE. 2008. Porphyroblast rotation versus nonrotation: Conflict resolution!. Geology, 36: 307–310. DOI:10.1130/G24499A.1 |
| [] | Fay C, Bell TH and Hobbs BE. 2009. Porphyroblast rotation versus nonrotation: Conflict resolution! Reply. Geology, 37, doi: 10.1130/G25630Y.1 |
| [] | Gartner JE, Siddoway CS, Anonymous. 2001. Field investigation of small Mesoproterozoic intrusions in the southern Colorado: Lack of deformation fabrics gives evidence for comparatively shallow emplacement. Abstracts with Programs, Geological Society of America, 33(5): 12. |
| [] | Hayward N. 1990. Determination of early fold axis orientations in multiply deformed rocks using porphyroblast inclusion trails. Tectonophysics, 179(3-4): 353–369. DOI:10.1016/0040-1951(90)90301-N |
| [] | Hayward N. 1992. Microstructural analysis of the classical spiral garnet porphyroblasts of South-East Vermont: Evidence for non-rotation. Journal of Metamorphic Geology, 10(4): 567–587. DOI:10.1111/jmg.1992.10.issue-4 |
| [] | Johllson SE and Bell TH. 1996. How useful are millipede mid other similar porphyroblast microstructues for determining synmetamorphic defomation histories. Journal of Metamorphic Geology, 14: 15–28. |
| [] | Jones III JV, Connelly JN. 2006. Proterozoic tectonic evolution of the Sangre de Cristo Mountains, southern Colorado, USA. Rocky Mountain Geology, 41(2): 79–116. DOI:10.2113/gsrocky.41.2.79 |
| [] | Johnson SE. 2009. Porphyroblast rotation and strain localization: Debate settled!. Geology, 37: 663–666. DOI:10.1130/G25729A.1 |
| [] | Jones III JV, Siddoway CS, Connelly JN. 2010. haracteristics and implications of ca. 1.4Ga deformation across a Proterozoic mid-crustal section, Wet Mountains, Colorado, USA. Lithosphere, 2(2): 119–135. DOI:10.1130/L78.1 |
| [] | Karlstrom KE, Bowring SA, Conway CM. 1987. Tectonic significance of an Early Proterozoic two-province boundary in central Arizona. Geological Society of America Bulletin, 99(4): 529–538. DOI:10.1130/0016-7606(1987)99<529:TSOAEP>2.0.CO;2 |
| [] | Karlstrom KE, Humphreys ED. 1998. Persistent influence of Proterozoic accretionary boundaries in the tectonic evolution of southwestern North America: Interaction of cratonic grain and mantle modification events. Rocky Mountain Geology, 33(2): 161–179. DOI:10.2113/33.2.161 |
| [] | Karlstrom KE, Harlan SS, Williams ML, McLelland J, Geissman JW, Ahall KI. 1999. Refining Rodinia: Geologic evidence for the Australia-Western U. S. connection in the Proterozoic. GSA Today, 9: 1–7. |
| [] | Lisowiec N. 2006. Precision estimation in electron microprobe monazite dating: Repeated measurements versus statistical (Poisson) based calculations. Chemical Geology, 234(3-4): 223–235. DOI:10.1016/j.chemgeo.2006.04.010 |
| [] | Ludwig KR. 2003. User's manual for Isoplot 3.00. A geochronological Toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center, Special Publication No. 4a, Berkeley, California. |
| [] | Montel JM, Foret S, Veschambre M, Nicollet C, Provost A. 1996. Electron microprobe dating of monazite. Chemical Geology, 131(1-4): 37–53. DOI:10.1016/0009-2541(96)00024-1 |
| [] | Montgomery A, Anonymous. 1996. Precambrian geology of the Picuris Range, north central New Mexico. Guidebook-New Mexico Geological Society, 7: 143–146. |
| [] | Noblett JB. 1987. Geology of the Precambrian metamorphic rocks along South Hardscrabble Creek, Wet Mountains, Colorado. The Mountain Geologist, 24: 67–76. |
| [] | Sanislav IV. 2009. Tectono-metamorphic evolution of the western Maine, Northern Appalachians, USA. Ph. D. Dissertation. Australia, Townsville: James Cook University: 1-273. |
| [] | Sanislav IV. 2010. Porphyroblast rotation and strain localization: Debate settled!. Comment Geology, 38: 204. DOI:10.1130/G30522C |
| [] | Sanislav IV, Shah AA. 2010. The problem, significance and implications for metamorphism of 60 million years of multiple phases of staurolite growth. Journal Geological Society of India, 76(5): 384–398. |
| [] | Sanislav IV. 2011. A long-lived metamorphic history in the contact aureole of the Mooselookmeguntic pluton revealed by in situ dating of monazite grains preserved as inclusions in staurolite porphyroblasts. Journal of Metamorphic Geology, 29(2): 251–273. DOI:10.1111/jmg.2011.29.issue-2 |
| [] | Shah AA. 2009. Decoding the regional~1700Ma deformational history from the rocks of Big Thompson Canyon region Colorado using monazite dating of foliations preserved within garnet and staurolite porphyroblastic phases. Acta Geologica Sinica, 83(5): 971–984. DOI:10.1111/j.1755-6724.2009.00120.x |
| [] | Siddoway CS. Givot RM. Bodle CD, Heizler MT. 2000. Dynamic versus anorogenic setting for Mesoproterozoic plutonism in the Wet Mountains, Colorado: Does the interpretation depend on level of exposure?. Rocky Mountain Geology, 35(1): 91–111. DOI:10.2113/35.1.91 |
| [] | Spry A. 1963. The origin and significance of snowball structure in garnet. Journal of Petrology, 4: 211–222. DOI:10.1093/petrology/4.2.211 |
| [] | Suzuki K, Adachi M. 1991. Precambrian provenance and Silurian metamorphism of the Tsubonosawa Paragneiss in the South Kitakami Terrane, Northeast Japan, revealed by the chemical Th-U-total Pb isochron ages of monazite, zircon and xenotime. Geochemical Journal, 25(5): 357–376. DOI:10.2343/geochemj.25.357 |
| [] | Williams ML, Jercinovic MJ, Terry MP. 1999. Age mapping and dating of monazite on the electron microprobe: Deconvoluting multistage tectonic histories. Geology, 27(11): 1023–1026. DOI:10.1130/0091-7613(1999)027<1023:AMADOM>2.3.CO;2 |
| [] | Williams ML, Jercinovic MJ. 2002. Microprobe monazite geochronology: Putting absolute time into microstructural analysis. Journal of Structural Geology, 24(6-7): 1013–1028. DOI:10.1016/S0191-8141(01)00088-8 |
| [] | Wobus RA, Folley MJ, Wearn KM, Noblett JB. 2001. Geochemistry and tectonic setting of Paleoproterozoic metavolcanic rocks of the southern Front Range, lower Arkansas River Canyon and northern Wet Mountains, central Colorado. Rocky Mountain Geology, 36(2): 99–118. DOI:10.2113/gsrocky.36.2.99 |
| [] | Yeh MW, Bell TH. 2004. Significance of dextral reactivation of an E-W transfer fault in the formation of the Pennsylvania orocline, central Appalachians. Tectonics, 23: TC5009. |
| [] | Zwart HJ. 1960. Relations between folding and metamorphism in the central Pyrenees. Geologiscbe Rundschau, 50: 203–218. DOI:10.1007/BF01786838 |