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大别造山带东部假玄武玻璃的成因与构造意义

刘建民  
【摘要】: 假玄武玻璃是发育在古地震断层带中的一种断层岩,是古地震断层快速滑移的化石记录。假玄武玻璃宏观上多沿断层或剪切带的主断层面及其次级破裂呈脉状及网脉状产出,主要为棕色-黑色隐晶质岩石,与围岩呈明显的侵入接触关系,并包含大量在粒度大小、形状及含量上及其不同的围岩碎屑和微晶体。作为一种较为特殊的构造岩,人们对假玄武玻璃的研究已经有百余年的历史,在野外产状、显微镜观察和实验模拟等多方面都积累了丰富的资料。但由于假玄武玻璃基质固有的隐晶质-显微隐晶质的特性及后期地质事件的改造与破坏,有关假玄武玻璃的成因及形成机制等问题仍然处于不断的争论之中,同时,也促使人们在不断的进行探索。综观假玄武玻璃的研究历史,人们的注意力主要集中在两个方面:一是关于假玄武玻璃的成因及形成机制问题。二是关于假玄武玻璃的形成深度问题。到目前为止,关于假玄武玻璃的成因及形成机制主要有两种观点:一种观点认为,假幺武玻璃是由断层面上的摩擦热导致的摩擦熔融体:另一种观点则认为假玄武玻璃仅仅是岩石的超碎裂岩化作用或超糜棱岩化作用形成的构造岩。进入80-90年代以来,不同学者还就此开展了人工模拟地震发生过程的大位移高速摩擦熔融实验研究。目前大量文献资料显示,两种成因或类型的假玄武玻璃在自然界都广泛存在。而且二者在野外产状及特征上完全相同,实验资料也显示,二者是相互补充的,不是相互孤立的事件。因此,对具体问题应该结合实际情况作具体分析。大量研究显示,假玄武玻璃可以发育在古地震构造带的不同深度范围内,从变形环境来考虑,假玄武玻璃既可以发育在以糜棱岩为主的韧性变形领域(目前推测深度可达60km),也可以发育在以碎裂岩为主的脆性变形域。由此,我们可以通过直接观察不同深度假玄武玻璃的特征及其与相应构造带的关系,来大致判断断裂带的变化过程。同时,有关假玄武玻璃本身的同位素定年并将其应用于构造带的定年问题正日益引起学者们的重视。 近年来的野外调查在大别造山带东部发现了多处假玄武玻璃,这些假玄武玻璃发育在从超高压榴辉岩相到浅变质的绿片岩相和花岗质片麻岩等不同性质的构造单元和岩石类型内。为确定这些假玄武玻璃的性质及其对研究大别造山带的构造演化过程所具有的指示意义,本论文对发育在东大别造山带内部的5个假玄武玻璃出露点进行了较为详细的野外观察、素描、取样和室内研究,并就与假玄武玻璃形成机制有关的问题首次在国内开展了花岗质岩石的大位移高速摩擦熔融实验。同时,对区内假玄武玻璃的同位素年代学进行了较为系统的测试和分析工作。根据上述不同侧面的研究,对大别造山带东部的假玄武玻璃得出初步结论如下: (1)大别造山带已经发现的假玄武玻璃主要沿着NE-SW向断裂带分布,后者基本上与郯庐断裂带相互平行,其中的3个假玄武玻璃出露点就分布在郯庐断裂带的分支断裂中。野外大别山假玄武玻璃也具有简单的脉状(断层脉)和网脉状两种类型,部分出露点呈两种混合型。宏观上,这些假玄武玻璃都表现为栗色隐晶质结构并包含大量母岩碎屑。含假玄武玻璃的断裂带与围岩间具有清晰地接触边界。这些假玄武玻璃的广泛发育暗示着,伴随着郯庐断裂带的大规模走滑运动发生了快速的古地震运动。 (2)根据假玄武玻璃本身的变形特征来看,宏观上可以分为两种类型:一种是发育以暗色石英条纹表现出来的糜棱结构的假玄武玻璃;一种是没有发育糜棱条带的假玄武玻璃。利用普通光学显微镜、扫描电镜(SEM)和粉晶X射线衍射等方法对假玄武玻璃进行了详细的观察、分析和成分测定。根据岩石的变形特征,发育在东大别造山带内的假玄武玻璃是以超碎裂岩化为主的构造岩。其中,发育在北大别地块内的假玄武玻璃基质在从宏观到超显微(SEM)的各种尺度上都表现出很强的糜棱结构,但早期糜棱岩又确实呈角砾存在,据此可以大致判断,该点假玄武玻璃形成于与糜棱岩大致相同的深度,并遭受了后期韧性变形作用的改造。而其它各点的假玄武玻璃则主要是碎裂岩化-超碎裂岩化为主,其形成深度可能略浅。尽管假玄武玻璃多以超碎裂岩化为主,但基质中沿着残斑边缘普遍发育的多种熔蚀状结构及基质本身的超显微隐晶质结构和类似的玻璃质成分,都表明了这些假玄武玻璃形成过程中曾经发生了局部熔融。 (3)大别山含假玄武玻璃的断裂带普遍具有多期次活动,而且从断裂带边部向内,岩石的破碎程度逐渐增强,晚期构造产物或假玄武玻璃几乎总是较早期产物碎裂岩化作用更加强烈,说明假玄武玻璃形成之前的破裂,即构造薄弱带是形成假玄武玻璃的先决条件,细粒化是形成假玄武玻璃的机制之一。同时,假玄武玻璃本身也具有多期性, (4)假玄武玻璃及其母岩的岩石化学及稀土元素地球化学成分分析表明:假玄武玻璃具有与其所在母岩大致相近的化学成分及相似的REE模式曲线,说明假玄武玻璃基本上起源于各自所在的母岩,并没有经过较大的运移。但大别山绝大多数假玄武玻璃中的Fe_2O_3和SiO_2含量都不同程度的高于其各自的母岩;REE元素总量却又不同程度的较原岩有所降低,指示超碎裂岩化或熔融作用发生时矿物组分和元素有集散现象。。 (5)假玄武玻璃的同位素年代学研究显示:本文获得的大别山假玄武玻璃的全岩K-Ar年龄和假玄武玻璃基质中叠加的多硅白云母的激光~(40)Ar-~(39)Ar年龄分别为81-92Ma和81Ma,其中,假玄武玻璃母岩即糜棱岩的年龄为93Ma左右,因此,所获得的假玄武玻璃全岩年龄(92Ma)可以作为大别山假玄武玻璃形成的年龄上限;而叠加在假玄武玻璃之上的多硅白云母很明显应该代表假玄武玻璃形成之后的构造(热)事件,因此,多硅白云母的激光~(40)Ar-~(39)Ar年龄(81Ma)作为假玄武玻璃形成的下限是很合理的。因此说,大别山假玄武玻璃是在81-92Ma期间形成的地震岩。同时,两种定年方法在数据上的一致性也证明了K-Ar全岩技术在确定假玄武玻璃的形成年代,并进而确定含假玄武玻璃的断裂构造的年代时仍然是一种切实可行的方法。同时,这一年龄值与郯庐断裂带主期年代学数据一致。因此,这些假玄武玻璃是晚白垩世以来造山带折返过程中的产物,与早期造山带的俯冲没有成因上的关系。北大别造山带内的假玄武玻璃年龄与其所在的母岩(糜棱岩)完全一样,至少暗示着假玄武玻璃与糜棱岩之间在形成时间间隔上很短,结合早期糜棱岩呈角砾存在,说明假玄武玻璃是在断裂带的韧-脆性转换带附近形成的。 (6)根据假玄武玻璃的显微构造特征和假玄武玻璃内多硅白云母的同位素封闭温度及正常地温梯度计算,假玄武玻璃至少形成于9-12km的深度,而由此估算的80-90Ma以来造山带抬升速率大致为0.125mm/a(这里不考虑造山带抬升过程中剥蚀左右的影响)。这一数值远远低于造山带超高压岩石早期的折返速率(≥2mm/a),也同样远低于白垩纪花岗岩及花岗质片麻岩早期的折返速率(≥1mm/a),显示了大别造山带在晚白垩世以来基本上以非常缓慢的均衡隆升作用为主。 (7)为进一步了解假玄武玻璃的形成机制及其与形成环境之间的关系,本论文结合国家自然科学基金项目“震源过程的地质与实验研究”,在国内首次开展了花岗质岩石的高速摩擦及滑移预实验。实验再一次证实了假玄武玻璃形成过程中暗色矿物的优先选择性熔融的性质,再一次从实验的角度解释了大别山假玄武玻璃中残斑普遍为长石、石英,而很少暗色矿物的现象。同时,实验还进一步说明了假玄武玻璃的形成过程是非常复杂的。岩石表面摩擦熔融程度是滑动界面上所发生的速度-剪切力-位移-持续时间以及矿物本身的性质等一系列环境参数之间的函数。虽然定量的确定它们之间的关系还需要大量进一步的实验。


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