中下地壳切向分层流变的结果：喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆.pdf

书书书 （）：岩石学报 ：江成宇，周保军，陈小宇等 中下地壳切向分层流变的结果：喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆 岩石学报，（）：，：中下地壳切向分层流变的结果：喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆江成宇，周保军，陈小宇，刘俊来，中国地质大学（北京）地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 中国地质大学（北京）深时数字地球前沿科学中心，北京 ，（），（），收稿，改回 ，：，（）：，：（），：（）：；，（）（，），（），；摘要大陆中、下地壳切向（近水平）分层固态流动变形是地壳物质流动的重要形式之一，也是片麻岩穹隆的重要形成机制。雅拉香波穹隆位于特提斯喜马拉雅构造带的最东段，出露不同变质级别和时代的岩石地层，发育强烈的韧性剪切变形以及多期岩浆事件，是研究造山过程中构造变形和岩浆历史的天然实验室。本文以该穹隆为研究对象，进行了详细的野外构造本文受国家自然科学基金项目（）和深时数字地球前沿科学中心项目（）联合资助 第一作者简介：江成宇，男，年生，硕士生，构造地质学专业，：通讯作者：刘俊来，男，年生，教授，从事构造地质学的教学与研究工作，：解析和显微观察等工作，总结出以下三个特点：（）雅拉香波穹隆内不同构造层次的岩石经历了相同的构造体制和不同变形条件改造：从浅部到深部，变形温度逐渐递增，由 到 ；差应力逐渐减小，从 减少至 ；应变速率逐渐加快，从 增加到 。以上体现了地壳活动带强烈的分层流变特点。（）结合前人研究划分了穹隆变形的三个期次（、和），其中 表现为上盘向南的剪切方向，则表现为上盘向北的剪切方向。进一步，将主要变形期次 进一步划分为两个阶段，早期主要是以单剪为主导的剪切作用类型，而晚期则是以纯剪为主导的剪切作用类型。（）根据 面理和线理的产状分布特点，可以得出，深部岩石线理的倾伏角近水平，而浅层次岩石的线理倾伏角近竖直。基于以上研究表明，雅拉香波穹隆各部分岩石均遭受了不同程度的剪切改造，不同构造层次的岩石具有几何学上的一致性以及运动学上的解耦，体现了穹隆发育过程中运动方向上的转变。结合穹隆各部位线理的倾伏角的变化规律，本文认为雅拉香波穹隆记录了中下地壳分层流动的过程，穹隆的形成主要受中下地壳近水平切向流动控制，辅以垂向流动的改造。关键词藏南；雅拉香波片麻岩穹隆；穹隆形成机制；中下地壳；分层固态流变；应变速率；运动学涡度中图法分类号 ；片麻岩穹隆的概念由地质学家 （）首次提出，意指在中下地壳中由热动力学过程产生的、与岩浆作用（或混合岩化作用）紧密相关的地质构造，通常以穹隆状形态产出地表，普遍发育于全球大规模的造山带之中，如喜马拉雅造山带、秦岭 大别造山带、北美科迪勒拉造山带等。除造山带之外，片麻岩穹隆还发育在区域性伸展构造域以及区域大规模走滑环境下，亦或是区域构造叠加环境中（，；，；张进江等，；，；许志琴和马绪宣，）。对于片麻岩穹隆成因机制，长期存在争议，许多学者对其进行探讨并划分成因类型。（）对穹隆的类型进行了详细讨论，划分为单体穹隆和穹隆系，并根据穹隆与断层、岩浆活动之间的关系进一步细分。此外，他还总结了多种成因模式，包括瑞利 泰勒失稳与底辟流动、水平加载条件下的收缩应变场、双向挤压、褶皱的叠加作用、垂向黏度的改变导致失稳、均衡回弹致波瓦状拆离断层弯曲以及走滑剪切带中的宽缓褶皱等。许志琴和马绪宣（）依据片麻岩穹隆的岩石组构特征、成因机制、大地构造背景以及与地壳流之间的关系，将显生宙中国大陆造山带片麻岩穹隆和穹隆群划分为俯冲型、碰撞型和复合型三种不同的类型。另外，对于特定环境中出现的片麻岩穹隆群，其成因也有广泛的争议，并直接影响着对于区域造山带演化的认识。就西藏地区的北喜马拉雅穹隆带而言，前人曾提出了多种机制解释了它的成因：（）南北向收缩导致的双重逆冲变形（，；，；，）；（）深熔熔体的底辟作用（，；，；，；，）；（）科迪勒拉模式的变质核杂岩（，）；（）逆冲断层上盘的背斜隆起（，）；（）中部地壳通道流模型（，；，；，）。由此可见，穹隆的形成可能通过不同的形成机制而实现。最近的很多研究都表明，大陆中、下地壳切向（近水平）分层固态流动变形是地壳物质流动的重要表现。许多具有高热流值的活动带中地壳物质都表现出了不同层次具有明显的流变学分层性，即岩石的变质 变形特征随着深度的改变而表现出规律性的变化（刘俊来等，）。研究表明，片麻岩穹隆通常以深成侵入体以及高级变质岩石为核心，并由韧性变形的高级片岩、片麻岩和其他类型变质岩所围限，上覆上地壳未变形变质 弱变形变质岩石（，）。构造分析揭示，穹隆内的岩石从核部向外分别发育高温到中低温的一系列变形构造，对应以夕线石蓝晶石 十字石 石榴子石 黑云母 绿泥石等为特征变质矿物的巴罗式变质带（，）。虽然不同层次在变质变形程度上有着明显的差别，但是各部位的运动学特征具有良好的一致性，反映了其是在统一应力场中分层流变的过程。另外，针对片麻岩穹隆的几何学和运动学分析也揭示了垂向以及切向（近水平）剪切作用在其形成过程中的重要性。垂向运动即底辟使得穹隆表现出有核部的隆起以及环带构造特点的变质与变形作用（，），而切向剪切作用则导致穹隆中发育统一的近水平拉伸线理（，；，；，）。喜马拉雅造山带是一个典型的热造山带（，），造山过程中一方面有高喜马拉雅地区高级变质岩的剥露，同时伴随着北喜马拉雅片麻岩穹隆群的发育。由前文可知，对于这些片麻岩穹隆的形成机制还存有一定的争议。并且，对于片麻岩穹隆成因机制的深入研究，是理解中下地壳物质流动以及造山带动力学演化的基础，是探讨喜马拉雅造山过程的必备条件。所以，本文试图以雅拉香波穹隆为研究对象，在精细的野外构造解析的基础上，重点开展变形条件、岩石剪切变形运动学涡度、应力条件及应变速率等方面的深入研究，查明了雅拉香波穹隆内不同层次的流变特点，进而阐释了穹隆的形成机制。区域地质背景 喜马拉雅造山带在 期间，伴随着新特提斯洋闭合，印度板块和欧亚板块发生俯冲型碰撞，进而形成了现今地球上规模最江成宇等：中下地壳切向分层流变的结果：喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆图 喜马拉雅造山带地质图，示喜马拉雅造山带的地理位置及岩石构造单元（据 ，修改）藏南拆离系；主中央逆冲断裂；主边界逆冲断裂；主前峰逆冲断裂 （，）；大、时代最年轻的陆陆碰撞造山带 喜马拉雅造山带（图）。造山带位于青藏高原南侧，整体呈向南突出的弧形展布，从最东侧的南迦巴瓦构造结向西一直延伸至巴基斯坦褶皱带，延伸范围近 。造山带由北向南划分为以下 个岩性构造单元：特提斯喜马拉雅岩系（）、高喜马拉雅结晶岩系（）、低喜马拉雅岩系（）以及西瓦里克前陆盆地（）。它们依次被藏南拆离系（）、主中央逆冲断裂（）、主边界逆冲断裂（）以及主前锋逆冲断裂（）所分开（，）。北喜马拉雅片麻岩穹隆特提斯喜马拉雅（）位于喜马拉雅造山带的最北侧，以藏南拆离系和雅鲁藏布江缝合带为南北界，东西延伸近 （图 ），主要由未变质或低级变质沉积岩组成，间夹一些中生代的火山岩，下伏泛非时期的花岗岩，经历了不同程度的变形作用。在 的中间，发育有一系列近东 西向展布的穹隆构造，从西向东依次为马拉山、拉轨岗日、麻布迦、坎帕、康马、雅拉香波等片麻岩穹隆（陈思雨等，）。大部分学者将其称为北喜马拉雅穹隆带（），认为是高喜马拉雅的高级变质岩在特提斯喜马拉雅的出露（陈思雨等，）。这些穹隆的岩性组合和构造特征非常类似，核部大多为早古生代花岗质片麻岩，幔部为中压相系变泥质岩，向外侧变质程度逐渐降低至绿片岩相或未变质的特提斯喜马拉雅沉积岩系（，；，；，；，；，；，；，）。核部与幔部之间通常发育一韧性剪切带，被认为是藏南拆离系在特提斯喜马拉雅的出露（，；，）。这些穹隆内部的变质岩通常被始新世至中新世的淡色花岗岩所侵入，暗示伴随穹隆所形成的岩浆活动十分活跃（，；，；，；，；，）。雅拉香波穹隆雅拉香波穹隆位于北喜马拉雅穹隆带的最东侧，穹隆的整体构造样式与 内的其他穹隆类似（图 ），由上下两条环状拆离断层所划分的上、中、下三个构造 岩性单元以及核部的花岗岩体组成（，）。上构造单元为特提斯喜马拉雅带，位于上拆离断层的外侧，由未变质 低级变质的中 晚三叠世沉积岩组成。中构造单元位于两条拆离断层之间，主要岩性为石榴千枚岩和石榴二云母片岩，此外还有较多的石英脉侵入到围岩当中。下构造层位于穹隆的核心部位，为高级变质岩系，主要由片岩、片麻岩、二云母花岗岩以及伟晶岩所组成，大量的新生代花岗岩脉侵入到这些片岩以及片麻岩中（，）。穹隆的核心为一出露面积约 的二云母花岗岩体，周围被正、副片麻岩等高级变质岩所包围，其结晶年龄为 （图 ，）。（）和 （）通过构造解析厘定了雅拉香波穹隆经历了三期的构造变形。其中，与印 岩石学报 ，（）：图 雅拉香波构造格架及年代学统计结果（）雅拉香波穹隆地质图；（）雅拉香波穹隆构造剖面图（据 ，修改）；（）雅拉香波穹隆岩浆事件和变质事件年龄谱线图（数据来自 ，；，；吴珍汉等，；，；，；，；，；，）；（）雅拉香波面理和线理的赤平投影图 （）；（）（，）；（）（，；，；，；，；，；，；，）；（）度 欧亚板块碰撞而导致的逆冲加厚有关，运动学方面表现为上盘向南的剪切方向，其发生时间大约在 （，；，）；主期 是与藏南拆离系相关的南北向伸展变形，运动学方面表现为上盘向北的剪切方向，主要活跃在 之间（，；，；，）；表现为穹隆向四周的垮塌，发生时间大约为 （，；，）。（，）和 （）对穹隆内不同变质级别的变质岩体进行相平衡模拟实验，识别出了至少两到三期的变质作用（图 ）。其中 （，）认为进变质作用发生在 ，峰期变质条件为 和 ；退变质事件发生在 。而 （）则提出始新世时期的变质作用是由更早期的高压榴辉岩相降压折返的结果，随后在 之间连续的降压。此外，（）的研究认为，雅拉香波高级变质岩在 （图 ）的时候才达到变质峰期，其温压条件为 和 ，这与 （）在雅拉香波穹隆所发现高温花岗岩（）的结晶时间比较吻合，说明在中新世时期很可能存在着一期构造热事件。前人通过对雅拉香波地区淡色花岗岩锆石和独居石 年代学分析，提出雅拉香波穹隆新生代以来经历了四期岩浆事件，分别为 、（图 ，；，；吴珍汉等，；，；，；，），地球化学以及同位素分析结果揭示了始新世以及渐新世的花岗岩来自于以角闪岩熔融，中新世花岗岩则来自于变泥质沉积岩的脱水熔融（，；，）。雅拉香波穹隆主要岩石单元和构造特征 岩石单元雅拉香波穹隆整体呈南北走向，面积约 ，高程范围一般在 之间。其中内部被分割成了南北两个穹隆，北侧的面积较大，为穹隆的主体，靠南的一侧面积较小，为一亚穹隆（图 ）。两者在岩石组成和分布上一致，都被分为三个岩石地层单元，即被新生代淡色花岗岩侵入的高级变质岩系（下构造层），中 高级变质岩系（中构造层）以及未变质 低级变质的中 晚三叠世沉积岩系（，）。江成宇等：中下地壳切向分层流变的结果：喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆图 雅拉香波穹隆不同阶段变形野外宏观构造图（）板岩、千枚岩 面理以及皱纹线理；（）石榴石千糜岩 面理和 面理斜交；（）千糜岩直立褶皱；（）石榴石千糜岩拉伸线理；（）辉长岩 和枢纽；（）千枚岩 面理和 面理斜交；（）片麻岩 面理和拉伸线理 （）；（）；（）；（）；（）；（）；（）下构造层为一套高级变质岩，由下拆离断层所围限（张波等，）。主要的岩石类型包括石榴黑云斜长片麻岩、电气黑云斜长片麻岩、二云斜长片麻岩、石榴角闪岩、石墨片岩和片麻岩、二云母花岗岩、花岗片麻岩以及伟晶岩。其主要的矿物组合包括石榴子石、斜长石、黑云母、石英、十字石和白云母。岩石中被大量的淡色花岗岩脉侵入，这些侵入体的结晶时间为 （，；，）。中构造层在地层上属于曲德贡组，是一较老的古生代沉积单位，位于两条拆离断层之间，并且被进一步分为两个亚层。上亚层靠近外侧，主要岩性为石榴子石千枚岩；下亚层靠近核部，主要岩性为石榴子石二云母片岩。此外，还有较多的石英脉侵入到片岩、千枚岩当中。该层位的岩石同样遭受了强烈的变形作用，只是两个亚层的变质程度有所区别，上亚层的主要矿物组合为绢云母、石英、石榴子石、十字石和钛铁矿，其变质温压条件为 和 ，下亚层的主要矿物组合为石榴子石、黑云母、白云母、石英以及少量长石，其变质温压条件为 和 （郭磊，）。这种变质级别的突变可能是由于剪切变形导致的地层减薄而形成的一个大型剪切不连续面。上构造层为 ，沿着穹隆的边缘分布，主要岩性为白垩纪和侏罗纪的板岩、砂岩、千枚岩和晚三叠世海相沉积物组成。宏观以及显微构造特征基于野外对于构造要素的叠加关系和几何学特征，将雅拉香波穹隆的变形阶段划分为三个期次（），与前人的研究结果一致（，；，）。其中的结构在穹隆内广泛发育，主要在中、下构造层表现明显，为穹隆的主期变形。岩石学报 ，（）：图 雅拉香波穹隆运动学标志图（）上构造层中石英脉发育的不对称褶皱和残斑，指示上盘向南的剪切感；（、）下构造层中花岗岩脉和长石残斑指示上盘向北的剪切感 （），；（，），变形特点阶段变形主要分布在穹隆的边缘部位，在露头尺度上表现为透入性的面理、拉伸线理、直立褶皱、轴面劈理以及间隔劈理的发育。在千糜岩中，在低应变域中表现为早期原生层理 的褶皱化，局部表现为直立褶皱（图 ），褶皱波长波幅相近，由纯剪作用形成。在高应变带中，则表现为强烈的平行化，有石英透镜体顺叶理发育。在粉砂岩中表现为透入性面理、间隔劈理和皱纹线理（图 ），倾伏向为 。在粉砂岩中没有石英脉的侵入，说明其与千糜岩形成时的环境有区别。在石榴石千糜岩中，通过石榴子石的定向生长所形成，后期发育的 与其斜交（图 ）。在不同岩石中侵入的 型石英脉以及不对称的石英透镜体都指示了上盘向南的运动学方向，结合同层位发育的直立褶皱，这可能是区域性挤压所导致的结果（图 ；，）。变形特点阶段的变形构造主要分布在穹隆的中、下构造层，通过其在穹隆内不同部位发育的特点将其分为两期。在露头尺度上，早期表现为面理、矿物拉伸线理、褶皱、组构；晚期则表现为微观尺度下的伸展褶劈理。在千糜岩中表现为褶劈理与皱纹线理，线理的倾伏向为 ，倾伏角为 。在粉砂岩中表现为破劈理，改造了侵入的石英脉。在石榴石千糜岩中，发育在黑云母等片状矿物分布相对集中的高应变带中。在中、下构造层接触的部位，普遍发育糜棱状片岩和片麻岩以及花岗质糜棱岩（张波等，）。在这些岩石中，透入性糜棱面理 与矿物拉伸线理（图 ）非常发育，主要由拉长的石英、长石和云母等矿物定向排列而成，线理倾伏向为 。另外，在花岗质糜棱岩中，组构发育，面理由拉长的长石等矿物颗粒定向排列而成，面理由细粒化的云母等矿物颗粒形成，指示上盘向北的运动学方向。这些现象说明地质体经历了强烈的韧性变形。在剪切辉长岩中，岩石整体发育 型褶皱（图 ），枢纽的倾伏向为 ，与线理的方向平行。侵入到糜棱状片麻岩中的淡色花岗岩脉有明显受剪切改造而发生错断的现象，同样指示上盘向北的运动学方向（图 ）。由于这些运动学标志多发育在穹隆的拆离断层带内，故 早期的韧性变形表明了中下地壳上盘向北的伸展（，）。、早期阶段变形的显微构造也分布在各类岩石中。在上构造层的千糜岩中，发育褶皱 以及压溶面理（图 ，）。在石榴石千糜岩中，早期叶理 被保留在了石榴子石中（图 ），以包裹体的形式定向排列，则由白云母，长石和石英定向排列组成，二者呈高角度斜交。在石榴片麻岩中，白云母呈条带状集合体形成早期面理，长石以及石英拉长定向和白云母组成晚期面理（图 ），二者同样呈斜江成宇等：中下地壳切向分层流变的结果：喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆图 雅拉香波穹隆不同阶段变形显微构造（）千枚岩 层理和 褶皱；（）石榴石内 和外部的；（）云母片岩中（由长石、石英和白云母定向组成）和（由云母条带组成）；（）花岗岩中的 （）组构；（）石榴石花岗岩中（由长石、石英和白云母定向组成）和（由长石、石英和白云母定向组成）；（）花岗岩中长石发育矿物鱼，指示上盘向北的剪切感 （）；（）；（）（，）（）；（）（）；（）（，）（，）；（）交关系。在淡色花岗岩中，长石遭受剪切改造形成矿物鱼，指示上盘向北的方向，属于 早期阶段变形的产物。此外，镜下可观察到在花岗岩中，还广泛发育伸展褶劈理，这种构造一般发育于剪切带演化的后期阶段（郑亚东等，），故将其定义为 晚期。其中 面理由条带状的黑云母、白云母定向排列组成，石英和长石拉长定向组成 面理，由长石和石英的颗粒边界排列所构成，与 面理呈低角度斜交（图 ）。变形特点据前人的野外观测结果表明，在上构造层的劈理面上，发现了密集发育的热擦痕和矿物生长线理，产状沿面理向穹隆外侧倾伏，代表的是晚期穹隆外侧的下滑运动（，）。同剪切和剪切后花岗岩脉详细的野外构造解析在穹隆的不同位置上识别出了剪切期和剪切后花岗岩脉（图 ），它们在主穹隆的北侧和南部亚穹隆的北侧均有出露。在主穹隆的北侧，发育宽约 的拆离断层带，整体向穹隆外侧倾斜，倾角 。在剪切带内，由含石榴子石千糜岩、糜棱状片岩、片麻岩、糜棱状花岗岩构成了主要的岩性组合。其中，淡色花岗岩脉以不同的形态和方式侵入到了 岩石学报 ，（）：图 同构造和构造后花岗岩脉（、）花岗岩脉发育与围岩一致的面理（同构造花岗岩脉）；（、）垂直切过围岩叶理的为变形的花岗岩脉（构造后花岗岩脉）；（、）同构造花岗岩主要由长石、石英和白云母组成，其中石英发育颗粒边界迁移，且长石、石英定向排列构成 颗粒边界迁移 （，）（）；（，）（）；（，），片岩和片麻岩中。我们在其中识别出了剪切期和剪切后的两类花岗岩脉体，为二云母花岗岩，是一细脉。岩脉内的面理、线理都很发育。岩脉的面理与围岩的面理相互平行，但是顺着岩脉的延伸方向，可以发现二者面理之间的关系由平行改为斜交（图 ），这种交互关系的改变是由韧性变形所导致的。显微镜下，可观察到长石长轴定向排列，且遭受剪切改造形成矿物鱼（图 ）。石英颗粒之间发育锯齿状边界（图 ），以上证据说明其为同剪切花岗岩脉，参与江成宇等：中下地壳切向分层流变的结果：喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆了 的变形。为白云母花岗岩，分布着 条岩脉，发育规模较大。它们相互平行展布，其中两条岩脉较为细小，厚 左右。另有一条岩脉较宽（图 ），厚 左右。条岩脉都截切了围岩叶理，没有被面理化所改造，岩石未变形。这是剪切后花岗岩的特点，是在 结束之后才侵入到围岩中。在亚穹隆的西侧，分布着一系列古生代的花岗片麻岩，广泛发育 组构，并被大量的细粒花岗岩脉所侵入。同样地，我们在其中也识别出了剪切期和剪切后的两类花岗岩脉体。粒度较粗，在围岩的一个面理面上，该岩脉平行于围岩面理侵入，而在相邻的面理面上，与围岩叶理呈低角度的斜交关系（图 ），脉体自身变形强烈，面理线理发育。镜下可观察长石，石英和白云母定向排列构成面理（图 ），为剪切期花岗岩脉。为一花岗伟晶岩，无变形，垂直切过了花岗片麻岩的叶理（图 ），为剪切后花岗质岩脉。技术方法基于野外工作的结果，我们采集了与 期次变形相关的岩石样品，进行变形温度、运动学涡度、差异应力以及应变速率的估算，以确定该期次变形下雅拉香波穹隆的变形条件以及流变特点。变形温度估计变形过程中温度的确定是研究造山事件的关键因素（，；，）。前人曾将自然变形与石英的动态重结晶结合建立了石英重结晶温度计（，），该温度计基于显微结构的分析以及动态重结晶机制的推断，包括膨凸重结晶（）、亚颗粒旋转重结晶（）和颗粒边界迁移（）。发生在低温（）和较高的差应力下，会使得颗粒边界之间的位错密度发生变化，那么在两个具有不同位错密度的颗粒边界附近，较低位错密度的颗粒会朝较高位错密度的颗粒凸出并形成新的独立细小颗粒的过程。发生在中高温（）但差应力较低的环境下，晶内位错逐渐有效地组织形成位错壁和位错列，并形成亚颗粒。发生在高温（）和更低的差应力的环境下，在这种条件下，颗粒边界的迁移率增加，从而消除位错和亚颗粒边界，形成新的，更大的矿物颗粒。运动学涡度分析运动学涡度（）是度量物质递进变形中非共轴性的一种参数（，）。运动学涡度的测定与分析对于深入理解变形岩石的应变特征和岩石组构的运动学意义有着不可忽视的作用。它能够计算出韧性变形中简单剪切和纯剪切各自所占的比例，为 代表纯剪切应变（或共轴应变），为 代表简单剪切（郑亚东，）。目前对于运动学涡度的估算方法已比较成熟，如极摩尔圆法（，）、伸展褶劈理法（郑亚东等，）及刚性碎斑法等。结合前人研究结果以及穹隆发育的特点，本文采用伸展褶劈理法对运动学涡度值（）进行估算。伸展褶劈理法是一种非常实用的运动学涡度计算方法（郑亚东等，）。运动学涡度的其中一个计算公式为 ，为变形带边界的法线与瞬时最小主长度比或最大主应力（）轴间的夹角（）（，），故求出 值，即可得到运动学涡度值。糜棱岩通常发育伸展褶劈理，与糜棱面理呈小角度相交，其运动方向与剪切指向相同。一般情况下，与反向褶劈理间的夹角约为 ，与最大主应力（）轴间的夹角为 （郑亚东等，）。根据这一原理，可获得最大主应力轴（）与剪切带发现的夹角 ，进而求出运动学涡度值。本文针对剖面 、的样品，选取发育伸展褶劈理的样品的 面进行分析计算，计算结果见表 。古差异应力估算与应变速率应变速率以及应力和应变关系的确定是理解岩石圈流变特征的关键参数（，）。对雅拉香波穹隆不同层位的古差异应力和应变速率的测定能进一步加深对穹隆内的流变学和应变局部化的空间变化的认识。前人通过大量的实验研究发现差异应力（）与动态重结晶的新生石英颗粒的平均粒径（）呈一定关系，并以此建立了古应力计（，；，），公式为：（）其中 （）和 （）是由实验推导得出的常数项。一般情况下，可通过电子背散射衍射技术（）去获得石英颗粒的粒径。然而，由于所采集的样品粒度相对较粗，所以我们使用了面积 周长法测定了颗粒粒径，此方法通过对重结晶的石英颗粒进行矢量化，并得到它们的面积与周长，进而获得这些颗粒的真实粒径。这种方法的局限性是计算所得的差应力为其最小差应力。由动态重结晶的石英颗粒粒径所确定的古差异应力可以与估算得到的变形温度相结合，来确定变形过程中的应变速率。其公式为：（）（）在本文中，计算应变速率选用 （）通过对岩石学实验以及前人结果的对比所确定的实验参数，其中 ；为理想气体常数（）。根据上文估算的变形温度和古差异应力值计算出穹隆内不同位置的应变速率。岩石学报 ，（）：表 样品号、变形特征以及相关数据 ，样品号石英显微变形特征变形温度（）运动学涡度古差异应力（）应变速率上构造层 中构造层 下构造层 张波等（）结果 石英的动态重结晶机制选取了穹隆内不同构造层位的样品，其中 和 分别为穹隆南北两侧的上构造层中平行于 侵入的石英脉。、和 分别为穹隆中构造层北侧以及南侧发育 的白云母片岩、千糜岩和花岗质糜棱岩。、分别为穹隆北侧和南侧的同构造花岗岩脉，为南侧的眼球状花岗片麻岩。浅部石英变形机制 在光学显微镜下观察到其中的石英颗粒边界呈现出锯齿状、港湾状特点。新生的石英颗生长在老的石英颗粒边界上，呈水滴状，边界较为平滑；而老的石英颗粒则表现为不均匀消光，表明其具有相对较高的位错密度，是典型的膨凸重结晶现象。在其他地方可观察新生的亚颗粒聚集呈条带，并定向排列，是亚颗粒旋转重结晶的特点（图 ，）。主要由粗粒的石英残斑与细粒化重结晶的石英颗粒组成。残斑的颗粒边界多呈锯齿状或不规则的形态特征。一部分残斑形成典型的核 幔结构，即核部被新生的亚颗粒核重结晶晶粒所环绕。细小的石英颗粒呈多晶集合体，有一定的拉长定向特征（图 ）。中部石英变形机制 主要由白云母、长石和石英组成，其中新生的石英颗粒其长轴定向排列，与白云母平行分布。并且其颗粒边界不规则，发育颗粒边界迁移。少部分石英颗粒发育三联点结构，表明其经历了静态恢复重结晶作用（图 ）。为一千糜岩，遭受了强烈的变形和细粒化。其中石英遭受了亚颗粒旋转重结晶，并被拉长，定向排布构成糜棱叶理。部分石英组合形成矩形条带，说明其发生在较高的温度和较强的剪切作用下（图 ）。深部石英变形机制 中石英颗粒大多较为粗大，并集合形成条带，且与云母平行排列。相邻的石英颗粒，其边界表现为港湾状，发育高温颗粒边界迁移。在石英条带之间，发育一些细小的石英颗粒集合体，是石英的亚颗粒旋转重结晶所导致的结果（图 ）。和 都为同构造花岗岩，平行于围岩叶理侵入，变形强烈。二者在显微镜下都呈现高温颗粒边界迁移的特点（图 ，），部分石英颗粒边界接触长石时，发育窗户构造。作为花岗岩脉的围岩，变形同样剧烈，发育 组构。镜下可观察到粗大的石英颗粒，其边界整体向右侧迁移（图 ）。变形温度依据前述推断的石英动态重结晶机制，并将其与石英的江成宇等：中下地壳切向分层流变的结果：喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆图 不同深度的石英的动态重结晶机制（）石英发育膨凸重结晶和亚颗粒旋转重结晶；（）石英发育亚颗粒旋转重结晶和颗粒边界迁移；（）石英发育颗粒边界迁移 膨凸重结晶；亚颗粒旋转重结晶；颗粒边界迁移 （）；（）；（）；粒径相结合，使用 （）提出的图解，去估算穹隆内 不 同 位 置 的 变 形 温 度。统 计 所 得 的 石 英 粒 径 在 和 之间变化（图 ）。上构造层样品显示出膨凸重结晶和亚颗粒旋转重结晶，意味着变形温度在 之间。中构造层样品多显示亚颗粒旋转重结晶和颗粒边界迁移叠加的现象，其变形温度在 之间。下构造层样品则基本以颗粒边界迁移为主，说明变形温度在 之间（图 ）。运动学涡度利用伸展褶劈理的方法对几组符合要求的样品进行了涡度的计算，详见表 。计算的结果为 ，代表了以纯剪为主导的剪切变形。由于此方法计算所得一般为岩石变形后期代表的变形模式，本文收集了前人利用刚性碎斑以及极摩尔圆法求得的涡度值，来恢复岩石在整个变形过程中的剪切变形模式。古差异应力和应变速率我们估算的古差异应力和应变速率可见表 。其中，以膨凸重结晶为主的上构造层样品 和 的差异应力分别为 和 ，结合其估算的变形温度范围计算的应变速率分别为 和 。以亚颗粒旋转重结晶和颗粒边界迁移叠加的中构造层样品 和 的差异应力分别为 和 ，结合其变形温度范围计算所得应变速率分别为 和 。以颗粒边界迁移为主的下构造层样品 和 的差异应力分别为 和 ，结合其变形温度计算所得的应变速率分别为 和 。以颗粒边界迁移为主的下构造层样品 和 的差异应力分别为 和 ，结合其变形温度计算的应变速率分别为 和 。岩石学报 ，（）：图 石英动态重结晶粒径大小统计直方图 江成宇等：中下地壳切向分层流变的结果：喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆图 不同石英颗粒的变形温度 讨论 大陆地壳活动带分层流动变形在板块之间的各种作用，如洋 陆俯冲、陆 陆碰撞的背景下，大陆岩石圈板块发生了强烈变形改造，形成一系列陆内或陆缘造山带（如阿尔泰造山带、喜马拉雅造山带、比利牛斯图 不同构造单元的差应力和应变速率 华力西造山带、秦岭造山带等；，；，；，；，；，）、伸展构造系（如辽南变质核杂岩、科迪勒拉地区；，；，）以及走滑构造带（如红河哀牢山走滑剪切带；，；，；，），统称为大陆地壳活动带。在以上这些研究成熟的构造带中，变质 变形以及热结构分析都显示出其存在着显著的上、中、下地壳结构分带性，揭示了随着深部变化其对应的温度 压力条件发生改变，且表现出力学和流变学性质等属性的规律性变化（，；，；，；，）。此外，大陆地壳活动带的一个共同特点在于不同构造层次的热状态存在差异且岩石流动机制具有规律性改变，活动带递进变形的结果通常是演化成典型的片麻岩穹隆构造（，；，），这些穹隆通常以片麻岩、花岗质岩石以及混合岩为核心，中高级 低级层状变质岩系组成幔部与盖层。变质变形作用表现为由核心向外同心展布的环状分布特点，它们的发育往往伴随着深部地壳物质的热演化以及流动（，）。其中，中下地壳不同深度层次岩石的流动变形通常伴随着不同温度条件下的变质、深熔或混合岩化作用以及花岗质岩石的就位。通过对雅拉香波穹隆的研究，我们可以发现其具有十分明显的分层流动变形特点（图 ）。从穹隆的下构造层一直到上构造层，石英的动态重结晶机制从颗粒边界迁移转变为膨凸重结晶，变形温度逐渐减小，从 降至 （图）。此外，从变质作用程度来看，穹隆内不同层位变质岩石的矿物组合，表现为下构造层位的片麻岩由夕线石、石榴石、蓝晶石、十字石、黑云母、白云母、斜长石、石英、金红石和钛铁矿组成，其变质温压条件为 和 （，），其所处的变质温压环境明显高于上中构造层（石榴石、绢云母、斜长石和石英），故其变质变形条件具有明显的分层特点（，）。从流变学的角度来看，深部岩石的差异应力在 之间，应变速率为 至 （图 ），而 浅 部 岩 石 的 差 异 应 力 在 之间，应变速率为 至 （图 ），表现为深部岩石的低差异应力和高应变速率，以及浅部岩石的高差异应力和低应变速率。这种流变学在不同层次岩石的解耦同样体现了地壳分层变形的特点，并且这种应变速率的高低说明了在地壳流动变形的时候，深部地壳的物质流速更高，相较于浅层更加主动，从而可带动上部地壳一起活动。综上所述，我们认为在雅拉香波穹隆中，不同地壳深度 岩石学报 ，（）：图 运动学涡度的变化（剖面位置以及岩性等同图 ）（）的岩石流变性表现具有显著差异。下构造层的岩石通常具有高温变形的特点，并伴随塑性流动变形和高级变质作用，且有混合岩化作用发生，同构造花岗质岩脉是围岩发生剪切过程中岩浆侵入的结果，其同样具有高温变形和塑性流动的特征；而中构造层往往为层状岩石组合，广泛遭受低温变质变形作用的改造；更浅层次的岩石则具有低温或极低温条件下的变质变形温度。深部岩石的高应变速率表明，此次变形很可能源自于深部地壳，或许与早期缩短挤压导致加厚地壳的熔融有关，长时间的深熔作用产生了大量的熔体，从而弱化了下地壳，使其更容易发生流动（张进江等，）。不过早期的熔体聚集只是一个触发穹隆内主期变形开始的可能机制，其对内部岩石的整体变形影响较弱。而南北向的伸展作用才是雅拉香波穹隆内岩石变形的主要因素（，），此次变形使得穹隆内的岩石保留了糜棱面理（）和拉伸线理（）以及多种上盘向北的运动学标志。并由于其深部的变化，使得不同深度的岩石保留了不同的变形温度、差异应力以及应变速率。穹隆内运动学涡度的变化本文通过对雅拉香波穹隆详细的野外和镜下构造分析以及前人的研究工作表明其经历了三阶段的变形（、和）。阶段变形多分布在上构造层，根据保留的运动学标志（不对称的石英脉）所指示的上盘向南运动以及前人工作可知，阶段与早期印度 欧亚板块碰撞所导致的南北挤压有关，这期变形由于发生较早，故保存不完整，且并非穹隆的主期变形。阶段是形成雅拉香波穹隆构造的主要变形阶段，为一剪切变形，分为两期。早期表现为透入性的糜棱面理（）、型褶皱（）、构造透镜体、碎斑与 向矿物拉伸线理（）。这些标志物结构形态的不对称性表明 早期的变形以单剪变形为主。晚期则表现为微观尺度下的伸展褶劈理。阶段则是以底辟作用为主导的穹隆剥露过程，表现为擦痕和矿物生长纤维以及与垮塌有关的褶皱（张进江等，）。本文结合了以往的研究成果对 的不同阶段的变形进行了运动学涡度的分析，结果表明，早期的 在 之间（碎斑旋转系法和极摩尔圆法，误差为（），图 ）（张波等，），代表了以简单剪切为主导的剪切作用类型。晚期的 在 之间（伸展褶劈理法，误差为 ，图 ），代表了以纯剪切为主导的剪切作用类型。由此可见，在 的变形期次中，早期发育以单剪为主导的剪切变形，而晚期则是以纯剪为主导的剪切作用类型。与张波等（）所得的结论类似，不过其并未将其分为两个阶段。穹隆的形成机制以及对于中下地壳物质分层流动的启示造山带内部的中下地壳变形特征是三种变形端元相互作用的综合表现，分别为：（）竖直面理和竖直线理的几何学特征，反映了地壳物质的垂向流动作用；（）竖直面理和水平线理的几何学特征，反映了地壳物质平行于造山带的走滑流动作用；（）水平面理和水平线理的几何学特征，反映了地壳物质的水平流动作用。其中，垂向流动和走滑流动作用记录了造山带内部的走滑挤压作用，而走滑流动和水平流动记录的是造山带内部的近水平切向流动（图 ）（，；，）。这三种端元在变形过程中的相对大小定义了中下地壳物质的流动过程，并且反应了垂向流动与近水平切向流动的相对大小。我们统计了雅拉香波穹隆内不同深度的构造产状数据，可以看到穹隆中三种流动变形端元的占比从核部到浅层次有着规律性的变化。在面理 线理（）产状投影图解中（图 ），穹隆深部的位置以水平流动为主，辅以走滑流动，反映了下构造层的近水平切向流动作用。越往浅部，其垂向流动分量占比就越大，并且基本没有走滑流动和水平流动的出现。此外，在雅拉香波片麻岩穹隆中，不同构造层次的岩石的叶理具有不同的倾向和倾角（图 ）。但是各部位所发育江成宇等：中下地壳切向分层流变的结果：喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆图 反映中下地壳物质流动的倾角 倾伏角投图（）及模式三角图（）（）（）图 雅拉香波穹隆 阶段演化简易模型图（）早期演化立体图和剖面图；（）晚期演化立体图和剖面图 （）；（）的拉伸线理的倾伏向几乎一致（只有个别属于后期垮塌时期形成的线理倾伏向有所区别）。倾角和倾伏角则是以核部近水平，浅部近竖直为特点。而且在下构造层中，广泛发育有型褶皱，这些褶皱的枢纽与雅拉香波穹隆的长轴以及拉伸线理所平行，说明 型褶皱与拉伸线理形成于同一应变场内，是深部岩石遭受剪切变形的结果（，）。我们认为在 的早期阶段，穹隆变形以近水平的切向流动和地壳分层流动变形为主（图 ），具体表现为透入性的近水平拉伸线理、型褶皱、不对称残斑以及不同构造层次的变形变质条件和流变学上的解耦。有研究表明，印度与欧亚板块碰撞导致了新特提斯洋板块的拆沉，进而导致增厚的下地壳受到了来自软流圈的加热，从而发生了深熔作用（，）。这些熔体的产生弱化了下地壳，触发了北喜马拉雅加厚地壳的垮塌伸展（，；，；，），同时也使得地壳物质更容易发生近水平的流动，这使得 早期广泛发育近水平的拉伸线理等构造以及以单剪为主导的剪切作用类型。在 的晚期，地壳深部物质长期的加热和熔融产生了大量熔体，降低了下地壳的密度和黏度，以至于造山带内部的重力发生不稳定（，；，；，；，），使得底辟作用开始（图 ）。在岩浆底辟的过程中，竖直挤压的构造作用占据穹隆变形的主导地位，使得其保留了倾伏角近竖 岩石学报 ，（）：直的线理和以纯剪为主的剪切作用类型。除岩浆底辟之外，裂谷的发育可能也会带来一定的垂直变形分量，有研究表明错那 沃卡裂谷穿切了雅拉香波穹隆（，；，），其活动时间在 （付建刚等，），稍晚于，故其可能对 的运动学涡度的改变起到一定的作用。不过，从野外工作来看，在雅拉香波穹隆内并没有发现与裂谷有关的几何学和运动学特征，所以其对于 期次的变形影响不会太大。结论（）雅拉香波穹隆不同构造层次岩石经历了一致构造体制但不同变形环境下的三期变形作用改造。从上构造层至下构造层，各层位的变形温度从 一直升温至 ；差应力则是从 减少至 ；应变速率从 增加至 ，体现了地壳活动带强烈的分层流变特点。（）基于 变形不同阶段形成的构造开展的运动学涡度分析显示，在 的早期阶段以切向单剪变形为主，在 之间；晚期以垂向纯剪为主，在 之间。（）雅拉香波穹隆的发育是区域收缩体制中 变形期次形成的重要构造型式。变形早期阶段中下地壳的近水平切向流动和地壳分层流动变形占主导地位，而晚期阶段伴随花岗质岩石就位发生的垂向底辟作用为穹隆格局的最终形成做出重要贡献。谨以此文庆祝希夏邦马峰登顶暨科学考察六十周年！这六十年来，大量优秀的地质前辈们纷纷赶赴喜马拉雅地区，在艰苦的环境中开展科研工作，为国家的地质发展做出了巨大的贡献，他们是作者努力学习的榜样。致谢王佳敏副研究员、董汉文副研究员、褚杨研究员以及一位匿名审稿人在文章修改中给予了诸多宝贵的意见，特此感谢！感谢吴福元院士在研究和学习中给予的教导和指引！感谢编辑部的大力支持和帮助！，（）：，（）：，（）：，（，），（）：，（）：，：，（），：，（），（）：，（，），（）：，：，（）：，：，：，（）：，（）：（），：，（）：，：（），（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，：，：，：，（）：，（）：？江成宇等：中下地壳切向分层流变的结果：喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆 ，（）：，（）：，：，（）：（），：，：，（）：，：（）：，：（），（）：，（）：，（）：，：，：，：，：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，：（），：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，：，：，（）：，（）：（），：？，（）：，：，（）：，（）：（），（）：，：，（）：