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大别山双河变质花岗岩变形特征及其大地构造意义

刘强  
【摘要】: 花岗岩构造研究是构造地质学的重要研究领域之一。岩体构造样式研究可以揭示更多的区域变形信息,可以提供造山带演化详细的构造演化信息,可以确定出岩体侵位机制,并进一步探讨岩浆活动与构造作用及深部过程之间的互反馈关系。研究花岗岩构造变形是花岗岩研究与大陆动力学研究的一个结合点。 柯石英和微粒金刚石在大别山的发现,使得大别超高压变质带成为研究地球动力学的热点地区。围绕超高压和造山带的研究,在构造地质学、地球化学以及矿物学、岩石学、地层学等方面取得了丰硕成果。然而一些重大科学问题仍存在较大争议,诸如“就地”“异地”变质的问题、俯冲深度确定问题、超高压变质岩形成的折返机制与过程问题等等。 本文以大别造山带南缘双河变质花岗岩岩体为研究对象,通过详细野外观测、石英岩组分析、有限应变测量、岩石磁化率各向异性特征、流体包裹体特征等研究手段,总结岩体的构造样式,探讨变质花岗岩岩体、区域超高压花岗片麻岩、超高压岩石之间的关系,进一步分析花岗岩侵位与造山带演化阶段之间的联系,为解决“原地”“异地”变质问题提供构造地质学证据,为大别造山带演化(尤其是碰撞稍后阶段)提供确实的地质信息和新制约。目前,初步取得以下新认识: 双河变质花岗岩岩石矿物组合为:钾长石+斜长石+石英+黑云母+角闪石+多硅白云母+石榴石+绿帘石+锆石+榍石等。岩体富硅、富碱、贫钙、过铝,全岩ACNK=1.42~1.57,属过铝质。双河变质花岗岩属于S型花岗岩。结合邻区变质花岗岩岩体的锆石研究、矿物温压计结果及岩石学特征,双河岩体有可能为碰撞造山过程中或后期晋宁期花岗岩发生部分熔融重新侵位形成,并推知>500℃,0.8GPa为岩体发生部分熔融的地质环境,侵位深度在27KM±(取地壳压力30MPa/Km)。 石英组构研究表明,石英C轴组构以单斜和三斜对称为特点,以三斜对称为主。组构图以极密为主,较少发育大圆环带和小圆环带,组构中发育NE-SW、NW向的高极密。结合岩石面理、线理分析,NE-SW的高极密主要集中发育于b轴方位,NW向的高极密则集中发育于C轴方位。岩体变形特点为NE-SW的剪切或拉伸,NW-SE向的主压应力。岩体围岩及硬玉石英岩和榴辉岩的石英组构相似,以极密程度高、极密集中在NE-SW方位与岩体石英岩组相区别。变质花岗岩岩体主体变形晚于超高压岩石的变形,其岩组记录了超高压变质作用后期的区域应力状态。 双河变质花岗岩三维应变测量显示,主应变面xy产状倾向SE,倾角较缓,Rsxy=1.06~1.34;主应变面yz产状倾向NW,倾角较陡,Rsyz=1.37~2.02;主应变面xz产状倾向NE,倾角陡,Rsxz=1.59~2.18。a轴倾伏向为SE,b轴倾伏向为NE或SW,c轴倾伏向为NW,岩体物质流动方向为SE-NW,主压应力方位为NW-SE。Flinn指数在0.11~0.82,说明双河岩体在侵位和后期变形过程中以挤压变形为主。在接触带部位,岩体应变椭球体与围岩的应变椭球体呈一致性;岩体和围岩具有共同一期变形,岩体具有同构造变形特点。 岩体磁化率各向异性结果显示,反映岩石变形程度的磁化率参数P变化不大,在1.109~ WP=6 1.639,说明岩体变形较为均匀。反映岩石三维变形状态的压扁率T值均为正值,在0.079~0.534,显示岩体整体受挤压变形。挤压应力K3由NW向SE呈高角度挤压,物质流动方向K1由SE向NW流动。磁面理(K1K2)向SE方向倾斜,与应变分析结果一致。最小磁化率主轴K3的剪切分量指示岩体在SE-NW挤压变形过程中叠加着NE-SW向的剪切变形。双河地区榴辉岩磁化率各向异性结果说明榴辉岩在经历超高压变质作用后物质流动方向为由NW向SE运动,以拉伸变形为主,与双河变质花岗岩的运动形式相异。 双河变质花岗岩流体包裹体研究表明,均一温度集中于三个区间:150-195℃、205-245℃、305-340℃。均一温度集中在前两个区间的包裹体以次生(假次生包裹体)为主,定向性明显,呈NNE-SSW排列,可以判定岩体发育NNE-SSW向剪裂隙,说明主压应力方位SE-NW,反映岩体冷凝收缩后期阶段的应力状态。 大别山双河超高压岩石与双河变质花岗岩冷却曲线显示,超高压岩石明显经历三次快速冷却,第一阶段在248~218Ma;第二阶段在174~169.2Ma;第三阶段在169.2~59.4Ma。双河变质花岗岩也经历三次快速冷却过程,与超高压岩石的快速冷却过程稍有不同。第一阶段在222.5~213.3Ma;第二阶段在180~171Ma;第三阶段在171~50Ma。对比显示,二者冷却速率不同,在222Ma 之后冷却阶段较为相似。 基于以上论文工作,提出大别山东段(自三叠纪始)构造演化特点及UHP折返过程: 超高压岩石在经历超高压俯冲作用后迅速向中下地壳折返并经历快速冷却过程,显示高温状态下的简单剪切或拉伸变形,UHP岩石面理、线理代表向SE一期的逆冲作用。 在226~218Ma,双河变质花岗岩体侵位,受到倾向NW的高角度挤压应力,物质流动方向由SE向NW,并叠加剪切变形。岩体在垂向上与超高压岩石呈构造并置状态,具有同构造变形特点。超高压岩石折返速率明显大于变质花岗岩抬升速率,在中下地壳位置达到同一深度水平。构造背景为超高岩石与变质花岗岩在由NW向SE的仰冲挤压应力作用下驱动向中上地壳SE向垂向挤出。


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