岩石学报  2016, Vol. 32 Issue (4): 965-975   PDF    
石英c轴组构影响因素探讨:以郯庐断裂带糜棱岩为例
王勇生, 杨秉飞, 王海峰, 余顶杰    
合肥工业大学资源与环境工程学院, 合肥 230009
摘要: 石英是自然界中最主要的造岩矿物之一,也是地壳流变过程的主要变形矿物,其c轴组构特征与变形温度、剪切指向具有密切的关系,因而常被用来获取剪切指向、估计变形温度、计算运动学涡度等。但由于受到变形分解、先存构造、流体等因素的影响,同一岩石中常会得到多个不同的石英c轴组构结果。如果天然变形岩石同时受到多种因素的影响,其石英c轴组构会表现为何种特征?与岩石变形温度、剪切旋向是否仍具有很好的对应性?基于以上问题,本次工作以大别山东缘郯庐断裂带内经历了多期变形、富含流体活动的超糜棱岩为研究对象,在同一岩石薄片中选择不同区域,利用EBSD开展石英c轴组构分析。分析结果表明,选择的超糜棱岩的石英c轴组构点极密分布形态指示岩石变形发生于非共轴变形条件下;剪切指向方面,6个分析区域中区域1表现为左旋剪切指向特征,与薄片中优势剪切指向一致,而除区域4外的其他4个区域显示出与优势剪切指向相反的右旋剪切指向特征;变形温度方面,区域4以柱面滑移为主,显示了高温变形特征,而其余5个区域均以底面滑移为主,指示了低温变形环境。根据本次石英c轴组构特征分析结果,可以得出一些认识:岩石中石英表现为完全的GBM动态重结晶,所指示的温度明显高于大量沿糜棱面理分布的绿泥石所指示的绿片岩相环境,显示流体活动促进了岩石变形;而石英c轴组构指示的变形温度为绿片岩相环境,与绿泥石存在的现象一致,表明糜棱岩化过程中流体活动对石英c轴组构的影响并不明显。在发生过多期变形事件的岩石中,岩石中早期高温变形信息有可能保留下来并记录在石英c轴组构特征中,因而通过石英c轴组构分析有可能获得早期事件的信息;虽然石英c轴组构影响因素众多,但首先开展详细的显微镜下观察,然后有选择地对剪切指向清晰区域开展石英c轴组构分析,仍然能够得到与岩石中优势剪切指向一致的石英c轴组构结果。
关键词: 郯庐断裂带     糜棱岩     石英c轴组构     多期变形    
A discussion on influence factors of quartz c-axis fabrics: An example from mylonite in the Tan-Lu fault zone
WANG YongSheng, YANG BingFei, WANG HaiFeng, YU DingJie    
School of Resource and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
Abstract: Quartz is one of the most common minerals in the Earth's crust and therefore understanding its deformational behavior is important. Quartz c-axis fabrics measurement in deformed rocks is a common procedure introduced into classical structural analysis, such as obtaining shear sense, estimating deformation temperature, calculating the kinematic vorticity, and so on. However, influenced by mineral composition, earlier structure, fluid-rich condition, there are multi-styles of quartz c-axis fabric in one sample. If above-mentioned influence factors existed in one deformation event, what is the quartz c-axis fabrics pattern of the mylonites and should the quartz c-axis fabrics be used to obtaining shear sense? For answering the question, this work choose a ultra-mylonite experienced multi-stage deformation and deformed in fluid-rich condition to take quartz c-axis fabrics analysis by SEM-Based EBSD system on 6 regions of one same thin-section. The sample, foliation of 320°∠70° and mineral stretching lineation of 47°∠9°, is from Tongpu of the Tan-Lu fault zone on the eastern margin of the Dabie Mountains. S-C structure indicates that movement of the ductile shear zone is sinistral strike-slip. Detailed observations on oriented thin-sections show that the ultra-mylonite makes up of quartz, feldspar, chlorite and a few epidote and calcite. Quartz is characterized by grain boundary migration (GBM) recrystallisation, with grain width of 10~20μm mostly. Feldspar show brittle cataclasm and located dispersedly in the rock. GBM recrystallizated quartz and abundant chlorite alone mylonite foliation indicated that two deformation events happened: the high-temperature deformation at the early stage and the later low-temperature event. The crystal preferred orientation (CPO) of dynamically recrystallized quartz in the mylonite are measured using EBSD. Quartz CPO of one region asymmetry with respect to foliation (XY plane) indicates sinistral sense of shear, while the other four regions indicate dextral sense of shear. The temperature from quartz GBM recrystallisation is higher than that from the quartz c-axis fabrics and existence of chlorite, indicating fluid can accelerate deformation but no distinct influence for quartz c-axis fabrics. Varied CPO patterns of quartz in the sample may indicate an earlier ductile deformation in the rock. In conclusion, there are complicated controlling factors for the quartz c-axis fabrics, which need more detailed works to discover. During analysis quartz c-axis fabrics, observing carefully thin-section in the microscope firstly and then choosing quartz with certain shear sense to get quartz c-axis fabrics, which is still an effective way to get quartz c-axis fabrics consistent with microscopical observing.
Key words: The Tan-Lu fault zone     Mylonite     Quartz c-axis fabrics     Multi-stage deformation    


变形岩石中,矿物晶体的晶格方位通常具有一定的排列规律,这种矿物晶体晶格定向排列的方位被称为晶格优选方位(Passchier and Trouw, 2005)。石英只有c轴一个晶轴,因而其晶格优选方位通常被称为石英c轴组构(quartz c-axis fabrics)。石英是自然界中最主要的造岩矿物之一,也是地壳流变过程的主要变形矿物,其c轴组构特征受变形温度、应变速率、差应力等因素控制(Stipp et al., 2002; Menegon et al., 2008)。由于石英c轴组构特征与岩石变形温度、剪切指向之间存在极好的对应性,因而被研究者们广泛接受与应用,在韧性剪切带研究中常被用来获取剪切指向(Law,1990; Passchier and Trouw, 2005)、估计变形温度(Kruhl,1996; Law et al., 2004; Morgan and Law, 2004; Toy et al., 2008; Zhang et al., 2012; Gottardi and Teyssier, 2013; Law,2014; Faghih and Soleimani, 2015)、计算运动学涡度(Xypolias,2009)等。但越来越多的工作表明,同一个岩石样品中可能会得到多个不同的石英c轴组构结果(Araújo et al., 2003; Toy et al., 2008; Peternell et al., 2010; Zhang et al., 2012)。而且,由石英c轴组构特征及动态重结晶型式分别推断出的变形温度有时会不一致(Jessell,1988; Takeshita et al., 1999)。所有这些可能与变形岩石的局部应变分解、先存构造、流体的影响等因素密切相关。那么,如果同时存在这些影响因素,石英c轴组构会表现为何种特征?是否还与岩石变形温度、剪切旋向具有很好的对应性?这就需要在复杂影响因素的天然变形岩石中开展研究。

郯庐断裂带 是中国东部的一条巨型断裂带,总体呈NNE走向。以往的研究表明,大别山东缘的郯庐断裂带发生过两期左行平移活动(Zhu et al., 20052010ab; 王勇生等,2005),形成走滑韧性剪切带。晚期韧性剪切带内糜棱岩以富绿泥石超糜棱岩为主,同时该韧性剪切带叠加在大别造山带岩石上形成的。因而,郯庐断裂带晚期韧性剪切带内的石英c轴组构可能会同时受到先存构造、流体等多种因素的影响,为探讨复杂状态下石英c轴组构特征的极佳研究对象。基于以上目的,本次工作将以郯庐断裂带内富绿泥石超糜棱岩为研究对象,探讨多种因素影响下形成的石英c轴组构特 征。

1 区域地质背景

郯庐断裂带是滨西太平洋东亚大陆边缘上一系列北北东向断裂带中的一条巨型断裂带(Xu et al., 1987; Niu et al., 2015)。它南起长江北岸的湖北武穴,在中国境内延伸总长度约2400km,总体走向为25°~40°,平面形态呈缓S型展布(图 1)。大别造山带东缘的郯庐断裂带是大别造山带的东界,其东侧为晚白垩世-古近纪的潜山断陷盆地(朱光等,2001)。近年来的研究表明,北大别杂岩带东侧呈狭长状分布的岩石并不是受郯庐断裂带的牵引向北延伸的南大别超高压变质岩,而是造山带折返过程中覆于北大别杂岩带之上,并于早白垩世造山带穹窿抬升过程中就 位于桐城-潜山一线的高压变质岩(Lin et al., 2009)。因而,大别山东缘郯庐断裂带潜山以北段实际上是叠加在高压变质带之上的(图 1)。大别山东缘郯庐断裂带地表出露为大型左旋走滑韧性剪切带,也是整个断裂带上糜棱岩类出露最好的地段之一,露头可以见到绿片岩相初糜棱岩、糜棱岩和超糜棱岩。断裂带西侧大别杂岩内的片麻理由原先的走向北西西至断裂带附近被牵引弯曲成东西至北东东走向,明显指示了该断裂带造山之后的左行平移运动(图 1)。

图 1 大别山东缘郯庐断裂带桐城-牛栏铺段构造简图及采样位置 Fig. 1 Structural map for Tongcheng-Niulanpu part of the Tan-Lu fault zone on the eastern margin of the Dabie Mountains and sampling locality

大别山东缘郯庐韧性剪切带在桐城县城至牛栏铺一带出露最好(图 1),剪切带露头宽1~1.5km,东侧掩于潜山盆地之下。近年来详细的工作表明,该段韧性剪切带实际上是由两期走滑韧性剪切带构成(Zhu et al., 20052009; 王勇生等,2005)。早期韧性剪切带残留在晚期剪切带之间断续出现,其糜棱面理优势走向为50°~60°(图 1),野外多处露头上见到它们被晚期剪切带所切割、牵引。这些早期韧性剪切带主要呈现为糜棱岩,部分为超糜棱岩。其糜棱面理多陡立,倾角变化于60°~85°之间。矿物拉伸线理平缓,多向北东倾伏,倾角为10°~20°。晚期韧性剪切带总体走向北东,糜棱面理优势走向40° NE,倾向北西或南东(图 1)。糜棱岩面理陡倾,倾角在70°~80°之间,拉伸线理较平缓,多向北倾,倾角多为10°~15°左右。晚期韧性剪切带由2~4条强剪切带组成(图 1),相间出现,剪切带内普遍发育了糜棱岩和超糜棱岩,其典型代表为绿泥石超糜棱岩。宏观和微观的的S-C组构、旋转残斑、牵引现象、小型剪切带以及矿物拉伸线理的赤平投影(图 1)皆指示大别山东缘的郯庐断裂带为左旋韧性剪切带。

2 样品描述及显微构造特征

本次工作的样品采集点为大别山东缘郯庐断裂带桐城-牛栏铺段童铺采石场。该点主要出露糜棱岩,露头上观察不到明显的大矿物颗粒。岩石颜色呈墨绿色(图 2ab),应该与岩石中含有较多的绿泥石有关。岩石面理产状320°∠70°;线理产状47°∠9°。露头上的S-C构造指示岩石为左旋剪切变形。岩石中可见颜色相对较浅的岩脉侵入(图 2ac)。岩脉四周被超糜棱岩包围(图 2a),指示该岩脉可能为高角度贯入糜棱岩中,露头点观察到的是侵入岩脉的横截面。侵入的岩脉已完全变形而转变成糜棱岩,并且岩石产状与富绿泥石糜棱岩完全一致(图 2a),暗示岩脉的侵入发生在断裂带韧性剪切活动之前。

图 2 大别山东缘童铺郯庐断裂带糜棱岩野外照片 (a)郯庐断裂带童铺富绿泥石超糜棱岩及变形岩脉;(b)郯庐断裂带童铺富绿泥石超糜棱岩;(c)郯庐断裂带童铺韧性剪切带中变形岩脉 Fig. 2 Field photos of mylonites in Tongpu of the Tan-Lu fault zone on the eastern margin of the Dabie Mountains (a)ultramylonite with abundant chlorite and deformed dike from the Tongpu in the Tan-Lu fault zone;(b)ultramylonite with abundant chlorite from the Tongpu in the Tan-Lu fault zone;(c)deformed dike from the Tongpu in the Tan-Lu ductile shear zone

详细的显微镜下观察发现,岩石中存在一条显微裂隙(图 3a),该裂隙与糜棱面理夹角约45°,呈近N-S走向,裂隙两侧物质表现为明显地不连续(图 3a),指示其具有一定的走滑运动分量。岩石的主要组成矿物为石英、长石和绿泥石,约占矿物总量的95%左右(图 3a)。此外还有少量的帘石类矿物零星分布以及少量的方解石呈脉状分布于岩石中。石英已完全动态重结晶,没有任何残斑存在。动态重结晶石英颗粒细小,粒径大小介于10~20μm之间,边界呈港湾状接触(图 3b),指示为GBM动态重结晶。动态重结晶石英约占岩石中矿物总量的60%,呈条带状或分布于长石压力影部位(图 3bc)。长石在岩石中表现为脆性破裂。大部分大颗粒长石被破碎成大小相对均一的较小颗粒,颗粒较大者200~350μm,较小者50~100μm,其中颗粒较小者占长石总量的80%以上(图 3bc)。碎裂的长石被动态重结晶的石英分割而分散分布于整个岩石中,表明长石碎裂之后变形过程又持续发生了一段时间或是经历了再一次变形事件,使得长石呈孤岛状分布于动态重结晶的石英之中。部分颗粒较大的长石发生了脆性变形,在岩石中表现为书斜构造。绿泥石沿糜棱面理分布,充填于长石、石英等矿物的间隙,约占矿物总量的25%(图 3d)。正是岩石中大量绿泥石的存在使岩石在露头表现为墨绿色(图 2ab)。

图 3 大别山东缘童铺郯庐断裂带糜棱岩显微照片 (a)超糜棱岩及岩石中发育的显微裂隙;(b)超糜棱岩,长石旋转残斑指示左行剪切;(c)超糜棱岩,长石旋转残斑指示右行剪切;(d)超糜棱岩中沿糜棱面理分布的绿泥石;(e)超糜棱岩中的变形岩脉,矿物弱定向性;(f)超糜棱岩中的变形岩脉,石英BLG+SR重结晶 Fig. 3 Photomicrographs of mylonite from Tongpu of the Tan-Lu fault zone on the eastern margin of the Dabie Mountains (a)ultramylonite from Tongpu and micro-crack in the rock;(b)ultramylonite from Tongpu,σ-type feldspar porphyroclast indicating top-to-NW shear sense in the shear zone;(c)ultramylonite from Tongpu,σ-type feldspar porphyroclast indicating top-to-SE shear sense in the shear zone;(d)chlorites along mylonite foliation in the Tongpu ultramylonite;(e)deformed dike with weak-orientation minerals in the Tongpu ultramylonite;(f)quartz BLG and SR recrystallization of the deformed dike in the Tongpu ultramylonite

研究表明,随着变形温度的升高,石英由亚颗粒旋转动态重结晶(SR)向颗粒边界迁移动态重结晶(GBM)转换,这一转换温度发生在480℃左右(Urai et al., 1986; Stipp et al., 2002; Mancktelow and Pennacchioni, 2004)。而400℃以下长石呈现为显微破裂,500℃以上则长石的动态重结晶占优势(Passchier and Trouw, 2005)。岩石中广泛的石英GBM动态重结晶指示了明显高于500℃的变形温度。但岩石中存在大量的绿泥石,同时存在长石的脆性破裂现象,并且这些绿泥石沿糜棱面理面分布(图 3d),指示岩石曾发生过一期绿片岩相的变形事件。但绿片岩相环境下石英应表现为SR为主的重结晶型式(Stipp et al., 2002),而不是完全的GBM重结晶。因而,岩石可能经历了两期变形事件。早期变形过程中石英发生完全的GBM重结晶,然后在晚期变形过程中再次细粒化。但岩石中长石主要表现为大颗粒的脆性碎裂,因而即使在早期较高温度变形过程中,岩石的变形温度可能仅稍高于500℃。基于上述分析,可知早期变形为角闪岩相变形,变形温度介于500~550℃之间,形成石英GBM重结晶和长石的脆性碎裂;晚期变形为绿片岩相变形,导致绿泥石的形成、石英的再次动态重结晶以及碎裂长石被分散于岩石中。岩石中存在多种剪切指向标志,但这些指向标志中既有指示左旋剪切的(图 3b),又有指示右旋剪切的(图 3c),表明岩石变形过程中存在应变分解。纵览整个薄片,成条带状分布的石英形成的S-C构造、长石旋转残斑、脆性长石破裂形成的书斜构造指示的左旋剪切明显占优势。因而虽然岩石中存在部分右旋剪切指向标志,但根据优势剪切指向标志判定岩石为左旋剪切变形。

花岗岩脉变形形成的糜棱岩颜色明显较浅,其矿物组合同样主要为石英+长石+绿泥石。与富绿泥石超糜棱岩不同的是,长石、石英等主要组成矿物的颗粒大小明显较大,多大于500μm(图 3e)。虽然岩石中矿物同样表现为定向排列,但其定向性与富绿泥石超糜棱岩相比明显较差(图 3e)。石英多以残斑形式存在,仅在边缘发生动态重结晶;少量石英表现为完全的动态重结晶(图 3f),指示其动态重结晶型式为BLG+SR重结晶。长石主要表现为脆性破裂。这些矿物的变形特征指示岩石的变形温度为400~450℃,与富绿泥石超糜棱岩晚期变形温度基本一致。这也同样证明了富绿泥石的超糜棱岩曾经历过两期变形。

3 石英c轴组构分析

本次工作对童铺超糜棱岩定向标本沿垂直于面理、平行于线理(有限应变椭球中的XZ面)方向磨制薄片,利用EBSD对样品进行石英c轴组构分析。工作中在岩石薄片中选取了6个不同的区域开展石英c轴组构分析工作(表 1)。区域1选择呈条带状分布在一起的动态重结晶石英(图 4a)。这些石英颗粒具有21~41的长宽比,且在分布的矿物条带中形成S-C构造。区域2选择具有明显右旋剪切指向的长石旋转残斑附近的石英颗粒。这些石英颗粒主要分布于长石残斑的压力影区域及其附近(图 3c)。区域3没有明显的选择倾向性,在没有明显剪切指向标志的区域随机选择石英颗粒(图 4b),该区域也是测试石英颗粒最多的(图 5)。区域4选择碎裂长石周围的石英颗粒(图 4c),由于聚集在一起的碎裂长石相对较少,因而该区域测试的石英颗粒相对较少。区域5横跨薄片中显微裂隙选择石英颗粒开展分析,其目的主要在于获得岩石中显微裂隙的存在对石英c轴组构的影响。区域6选择在方解石脉充填区域周围选择石英开展分析(图 4d),由于岩石中方解石脉含量较少,该区域测试的石英颗粒最少(图 5)。石英c轴组构分析工作在北京大学造山带与地壳演化重点实验室完成的,工作步长15μm。采用等面积网下半球投影,得出的石英c轴组构图见图 5

表 1 糜棱岩中不同测试区域矿物特征 Table 1 Details of the six analysis areas in the sample

图 4 郯庐断裂带超糜棱岩EBSD分析区域石英分布特征 (a)呈条带状展布的动态重结晶石英,形成的S-C构造指示左行剪切;(b)充填于孤岛状分布的长石颗粒之间的动态重结晶石英;(c)动态重结晶长石分散后充填其中的动态重结晶石英;(d)位于脆性破裂长石、方解石脉附近的动态重结晶石英 Fig. 4 Distribution of quartz for EBSD analysis in ultra-mylonite from the Tan-Lu fault zone (a)zonal dynamically recrystallized quartz,S-C structure indicating sinistral shearing;(b)recrystallizated quartz filling in feldspars as isolated isl and in the ultra-mylonite;(c)recrystallizated quartz filling in cracked feldspars;(d)recrystallizated quartz near the cracked feldspars and calcite vein

图 5 郯庐断裂带童铺超糜棱岩石英c轴组构 采用等面积网下半球投影,n为测量的颗粒数,X、Y、Z分别代表应变椭球的最长轴、中间轴和最短轴,薄片方向平行于XZ面 Fig. 5 Quartz c-axis fabric stereograms in the ultramylonite from Tongpu of the Tan-Lu fault zone Lower-hemisphere,equal-area projection. n: measured grain numbers. X,Y,Z are principle axes of finite strain. The thin-sections are parallel with XZ plane

石英的滑移系大体可以分为底面滑移、菱面滑移、柱面滑移(Passchier and Trouw, 2005)。不同的温度下不同的滑移系起着主导作用,而不同的滑移系在剪切作用下会产生不同的石英晶格优选方位,导致不同的石英光轴定向排列,产生不同的石英c轴组构特征。通过测量岩石石英c轴组构中点极密的分布情况,可以获得石英滑移系的活动情况,进而推测岩石的变形温度。Passchier and Trouw(2005)研究表明,400℃以下表现为底面<a>滑移为主,点极密主要位于边缘位置;400℃以上开始表现为棱面<a>滑移为主,且兼有底面<a>滑移和柱面<a>滑移出现,点极密多位于边缘与中心的中间位置;650℃以上表现为以柱面<a>滑移为主,点极密主要位于中心位置。本次EBSD分析结果显示,除区域4外,其余5个区域获得石英c轴组构图中点极密均分布于圆周附近,指示了底面<a>滑移和棱面<a>滑移占优势,表明岩石变形发生于400℃左右的温度条件下;区域4点极密位于圆心位置,指示了柱面<a>滑移占优势,岩石变形发生于大于600℃的温度条件下。

样品中同构造结晶石英c轴组构主要表现为单斜对称(图 5),反映了平面应变特征;区域5表现为斜方对称。斜方对称产生于共轴变形作用下,纯剪切占优势;单斜对称产生于非共轴变形作用中,简单剪切变形占优势。但在相同剪切变形过程中,只能表现为简单剪切占优势或是纯剪切占优势。笔者等通过运动学涡度分析发现,大别山东缘郯庐断裂带韧性变形总体表现为简单剪切占优势(王勇生等,2006)。并且本次工作中分析的6个区域中的4个点极密分布显示为单斜对称,同样说明了剪切变形过程中简单剪切占优势。因而,区域5中点极密分布展示的可能为“斜方对称”假象,应该是由两组单斜对称点极密分布组合形成的。点极密的分布相对于XY面的偏转方向可以指示剪切方向(Passchier and Trouw, 2005)。由石英c轴组构分析结果可以看出,区域1石英c轴组构中点极密明显向左偏转,指示了上盘向SW的剪切指向;区域2、3、6石英c轴组构中点极密明显向右偏转,指示了上盘向NE的剪切指向。

4 石英c轴组构的影响因素 4.1 流体活动的影响

韧性剪切带变形过程中常常存在明显的流体活动,强变形带中长英质矿物的流失与层状硅酸盐矿物的富集、岩石的退变质作用和含水矿物的形成都是流体活动存在的直接表现。而韧性剪切带形成过程中的流体活动直接影响了变形岩石中矿物的变形机制(Takeshita and Hara, 1998; Stipp et al., 2002; Mancktelow and Pennacchioni, 2004)。Mancktelow and Pennacchioni(2004)对来自阿尔卑斯不同剪切带的天然样品分析发现,贫流体条件下石英动态重结晶表现为递进的亚颗粒旋转(SR)和膨凸(BLG)重结晶,而富流体条件下石英则表现为完全的GBM动态重结晶。甚至在薄片尺度下富流体区域比贫流体区域表现出更明显的强变形现象(Lagoeiro and Fueten, 2008)。以往的工作也发现,由石英动态重结晶型式及c轴组构特征分别推断出的变形温度有时会不一致(Jessell,1988; Takeshita et al., 1999)。这表明糜棱岩化过程中的流体活动促进了石英的变形,使之以细粒化更强的重结晶型式出现在自然变形岩石中,而c轴组构仍反映岩石相对较弱的变形特征。这就导致了石英动态重结晶型式和c轴组构特征在同一变形岩石中的不对应(Mancktelow and Pennacchioni, 2004)。

本次工作中选择的糜棱岩含有大量的绿泥石(图 3d)。绿泥石是含水矿物,因而岩石中大量沿糜棱面理分布的绿泥石的存在指示糜棱岩化过程是在富流体的条件下发生的。富绿泥石糜棱岩中石英表现为完全的GBM动态重结晶(图 3a);与之相对应的浅色变形岩脉中的石英仅表现为BLG为主,兼有SR重结晶(图 3f)。超糜棱岩中大量的绿泥石的存在表明岩石的变形环境为绿片岩相,与之对应的石英动态重结晶型式应为SR重结晶为主兼有BLG重结晶(Stipp et al., 2002),而不是岩石中表现出来的石英完全的GBM动态重结晶。因而,应有其他的因素在影响石英重结晶型式或是c轴组构特征。

高温条件下GBM重结晶石英的粒径相对较大。笔者等曾获得大别造山带晓天-磨子潭剪切带糜棱岩中GBM重结晶石英颗粒大小多为50μm左右,部分可达70~80μm(王勇生等,2008)。这些重结晶石英颗粒明显大于本次工作超糜棱岩中的重结晶石英。而SR重结晶并不是一种完全细粒化的动态重结晶型式。因而,必然有一种因素存在导致了岩石中石英变形特征的增强。岩石变形过程中大量流体的存在就是一种导致岩石特征增强的因素,而本次工作中选择的糜棱岩在糜棱岩化过程中存在明显的流体活动。基于上述分析,笔者等认为富绿泥石糜棱岩可能经历过早期变形,早期高温变形形成了石英相对较大颗粒的重结晶石英,晚期变形过程中流体的存在使之再次完全的细粒化。所以,岩石中的石英变形特征是两期变形叠加的结果,丰富的流体活动对在晚期石英动态重结晶过程中起到了非常重要的促进作用。

本次工作获得的石英c轴组构特征也很好的证明了上述推测。仅有区域4显示为高温特征,其他区域均表现为底面<a>滑移和棱面<a>滑移占优势,显示了绿片岩相环境特征,并且不同区域之间并没有明显的差别(图 5)。这与岩石中存在大量绿泥石所指示的变形环境一致,表明岩石变形过程中流体活动的存在并没有明显影响到石英c轴组构特征。

笔者等曾利用费氏台获得了一系列大别山东缘郯庐断裂带内糜棱岩的石英c轴组构(王勇生等,2006),这些糜棱岩中均没有明显的早期变形事件的信息。糜棱岩中的长石表现为书斜构造、石香肠构造等脆性、脆-韧性变形,与石英的SR和GBM动态重结晶共存的变形现象发生于相同的温度环境中(王勇生等,2006)。其中无论是云母、绿泥石等含水矿物较多的糜棱岩还是以长英质矿物为主的相对贫水的糜棱岩,得到的石英c轴组构特征与本次工作获得的结果完全一致,并且同样表现为非共轴变形,很好地证明了本次工作得到的认识是合理的。

4.2 先存构造的影响

自然界岩石中多期变形现象是非常普遍的。在韧性剪切变形过程中,矿物的晶体优选方位(CPO)会在剪应变大小为2~3时就会被重置(Brunel,1980)。但在以往的研究中很多学者开展了多期变形岩石的石英c轴组构研究(Jessel and Lister, 1990; Gleason et al., 1993; Ralser,2000; Araújo et al., 2003),同时试着去获得早期构造事件中形成的石英c轴组构(White and Mawer, 1992; Ralser,2000; Araújo et al., 2003; Toy et al., 2008)。Araújo et al.(2003)通过对巴西Seridó带研究发现,变形岩石的显微构造和石英c轴组构均很好的记录了两期变形事件的信息。Toy et al.(2008)发现在阿尔卑斯断层糜棱岩中同样记录了早期高温变形事件的石英c轴组构。这些研究表明,在多期变形的岩石中早期高温变形组构是有可能残存或保留下来的。

本次工作选取的糜棱岩来自于大别山东缘的郯庐韧性剪切带内,原岩为经历了高压变质的造山带内岩石,其变质-变形温度在500℃以上(Lin et al., 2009)。详细的显微构造解析表明,该糜棱岩样品发生过两期变形:早期的角闪岩相变形、晚期的绿片岩相变形。童铺糜棱岩中区域4点极密位于中心部位附近,指示了形成于高温条件下的石英c轴组构特征(Passchier and Trouw, 2005; Toy et al., 2008)。区域4点极密的中心并不是位于赤平投影中心部位(图 5),指示其石英滑移系以柱面<a>滑移为主,兼有棱面<a>滑移,变形温度应高于500℃(Passchier and Trouw, 2005)。该石英c轴组构特征可能记录了童铺糜棱岩的早期高温变形事件。由于糜棱岩原岩为大别造山带内的高压变质岩,因而该高温变形事件可能与高压变质岩的折返过程有关。并且,由石英c轴组构特征以及岩石中长石变形特征获得的变形温度与糜棱岩原岩的变质-变形温度基本一致,也同样表明了童铺糜棱岩的早期高温变形事件可能发生于同造山过程中。但富绿泥石超糜棱岩和浅色岩脉具有一致的面、线理特征(图 2),表明露头上的构造特征形成于晚期变形过程中,早期变形的构造痕迹已经基本被掩盖了。并且,柱面滑移的石英c轴组构表现为位于赤平投影中心附近的点极密,没办法通过点极密相对于XY面的偏转方向来判断运动学方向。因而,本次工作虽然从石英c轴组构中识别出了早期变形存在的证据,但却无法通过石英组构特征获得早期构造变形的运动学信息。

4.3 变形过程的影响

详细的显微镜下观察发现,童铺糜棱岩中同时存在指示左行剪切和右行剪切的剪切指向标志(图 3),并以左行剪切占优势。虽然不正确的薄片方向也会导致矛盾的剪切指向(Passchier and Williams, 1996),但本次工作中选择的糜棱岩严格按照平行于线理、垂直于面理的方向切制薄片,因而不存在切片方向不正确导致的剪切指向的偏差。而且,结合露头上的观察得到的剪切指向,可以判定童铺糜棱岩形成于左行剪切过程中。但本次石英c轴组构分析工作表明,区域1点极密的分布相对于XY面向左偏转,区域2、3、6点极密则向右偏转(图 5)。如果按照点极密分布相对于XY面的偏转方向来判断剪切指向的话,那么应该是右行剪切占优势。这样,由显微镜下观察和石英c轴组构分析得到了相互矛盾的剪切指向结果。

Peternell et al.(2010)研究发现,石英c轴组构特征的主要控制因素可能并不是变形温度而是变形机制。Zhang et al.(2012)在青藏高原东部高黎贡剪切带内发现同一岩石薄片中不同部位具有不同的石英c轴优选方位,并认为石英c轴优选方位不仅受温度控制,还受到岩石变形机制和运动学涡度的影响。本次工作也表明,不能仅仅依靠石英c轴组构来判断岩石剪切变形的剪切指向。工作中区域1选择S-C构造指示左行剪切的动态重结晶石英,区域2选择指示右旋剪切长石残斑压力影内及其附近区域的动态重结晶石英(图 4)。这两个样品均获得了与显微镜下观察完全一致的剪切指向(图 5)。而区域3、区域6选择没有任何剪切倾向性区域的动态重结晶石英。如果按照某一剪切条带两侧出现反向剪切的准则来判断的话,区域3、6应该产生左行剪切与右行剪切叠加的结果,尤其是区域3的测量颗粒数占了薄片中总测量颗粒的大部分。但事实并非如此,因而石英c轴组构可能受到了更复杂的因素控制,如变形机制等。因而,还需要开展更详细的工作来查明石英c轴组构特征的控制因素。但对于岩石薄片中剪切指向清晰的区域,能够得到与剪切指向一致的点极密偏转。这在以往的工作中也得到了证实(Zhang et al., 2012)。因而,在开展石英c轴组构分析之前,开展详细的显微镜下观察,获得岩石的优势剪切指向,然后有选择地对剪切指向清晰区域的动态重结晶石英开展测试,能够得到与指示意义与镜下观察一致的石英c轴组构结果。

5 结语

石英c轴组构记录了地壳岩石流变过程的重要信息,是开展构造解析常用的手段之一。本次工作通过对大别山东缘郯庐断裂带内童铺糜棱岩的石英c轴组构分析,获得了以下认识:

(1)岩石中石英表现为完全的GBM动态重结晶,所指示的温度明显高于大量沿糜棱面理分布的绿泥石所指示的绿片岩相环境,显示流体活动促进了岩石变形;而石英c轴组构指示的变形温度为绿片岩相环境,与绿泥石存在的现象一致,表明糜棱岩化过程中流体活动对石英c轴组构的影响并不明显。

(2)在发生过多期变形事件的岩石中,岩石中早期高温变形信息有可能保留下来并记录在石英c轴组构特征中,因而通过石英c轴组构分析有可能获得早期事件的信息;同时结合详细的显微镜下观察,有助于更准确的揭示岩石的多期构造变形历史;

(3)岩石薄片中剪切指向清晰的区域,得到的石英c轴组构中点极密的偏转方向与剪切指向一致;而在没有明显剪切指向的区域,则有可能得到岩石中优势剪切指向不一致的点极密偏转方向,因而需谨慎对待。

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