长江中下游地区中生代“蝴蝶结”形态的构造成因研究：来自殷店—马垅剪切带的证据.pdf

2023年 7月CHINESEJOURNALOFGEOLOGY地质科学DOI：10.12017/dzkx.2023.04258（3）：7237631张刚723长江中下游地区中生代“蝴蝶结”形态的构造成因研究：来自殷店马垅剪切带的证据*张刚王辉扈志勇弓永峰何小锋王国瑞唐存智方璐高世昌杨睿青（宁夏回族自治区自然资源厅，国土资源调查监测院 银川750002）摘要殷店马垅剪切带位于大别造山带南侧，它不仅是一条划分大别造山带南侧岩性界线的剪切带，更是长江中下游地区“蝴蝶结”几何学形态的西侧边界断裂。本文通过该剪切带几何学、运动学、年代学和动力学特征深入了解整个区域的演化过程和动力学背景。剪切带宏观与显微构造均指示其运动学特征为右行剪切。纵向上，越靠近剪切带，呈现出分形维数值越大的变化趋势，差异应力值 和应变速率 也表现出此规律。横向上，剪切带东段岩石有限应变 RXZ在 1.912.46 之间，大于剪切带西段的值。表明剪切带越靠近“蝴蝶结”结点部位时，构造作用力的影响越深，剪应力和应变强度越大。显微构造特征估算、角闪石单矿物温压计和黑云母单矿物压力计计算，获得其形成时温压条件为：T=588 640，P=0.450.52 GPa，属于中低角闪岩相变质范围。剪切带涡度值 Wk远大于 0.75，以简单剪切变形为主。构造应力场指示了以 190向 180170的转变，可能代表了华南华北板块碰撞后产生的南北向挤压应力场逐渐转变为受太平洋构造体制影响下的应力场。锆石 UPb定年获得了剪切带在 153.52.9 Ma存在剪切活动，属于中生代构造活动的一部分，结合前人研究成果，认为剪切带活动时间约从 176 Ma开始，到 130 Ma左右结束。中生代以来，受太平洋构造体制的影响，殷店马垅剪切带与脉动式左行剪切的郯庐断裂带在几何学、运动学、年代学上十分吻合，共同构成了整个区域构造系统下的共轭剪切作用。二者的构造活动使得桐柏大别造山带内物质由西向东深层次有序流动，运动方向转变为向南，在桐柏大别造山带最南缘处成为理论上最佳的应力集中点，这种应力方式在与扬子板块相互挤压的共同作用下，可能造成了如今长江中下游地区表现为中间窄，两侧渐宽的“蝴蝶结”状几何学形态。关键词殷店马垅剪切带中生代构造年代学构造意义中图分类号：P542文献标识码：A文章编号：0563-5020（2023）03-723-41殷店马垅剪切带位于大别造山带南侧，断裂带与桐柏大别造山带整体走向基本一致，大约 320140走向（图 1）。关于殷店马垅剪切带在整个区域内的构造属性*国家自然科学基金项目（编号：41272222）和宁夏回族自治区自然科学基金项目（编号：2021AAC03426）资助。张刚，男，1995年生，博士，构造地质学专业。Email：王辉，女，1982年生，硕士，高级工程师，地质工程专业。本文通讯作者。Email:2023-01-03收稿，2023-04-10改回。1张刚地质科学2023年724或者说构造意义，学者们有着较为统一的认识。在桐柏大别造山带中，发育一期“挤出样式”的构造活动（Ratschbacher et al.，1991a，1991b；吴福元等，1994；索书田等，2001；曾佐勋等，2001；刘鑫等，2010；刘晓春等，2011；王勇生等，2012），这是造山带侧向水平运动造成挤出形式。秦岭大别造山带的侧向挤出发生在中生代（Webb et al.，1999；Xu et al.，2006；Li et al.，2010，2011），经历了超高压变质作用的下地壳随扬子地块一起挤出向东运动（王二七等，2009）；同时，南北向缩短与东西向拉长相辅相成，其机制为地壳层面的侧向挤出所造成（Wang et al.，2003）。这种类型的“挤出构造活动”，被有的学者称为重要的“管状通道”。在区域内提供剪切力的概念模型被陈泽超（2010）初次提出，该剪切带被认为既是华北和扬子板块碰撞挤压的产物之一，也是应力释放、消减或者转移的强塑性流变带，同时充当了造山带内不同块图 1长江中下游地区地质构造纲要简图（据王鹏程等，2012；常印佛等，2019修改；卫星底图据 Google地图数据进行处理）a.殷店马垅剪切带在区域中的位置；b.“蝴蝶结”形态的示意简图TLF.郯庐断裂带；LAF.六安断裂带；YMF.殷店马垅剪切带；XGF.襄樊广济断裂带；XWTF.修水武宁天目山断裂带Fig.1Outline map of geological structure in the middle and lower reaches of Yangtze River（modified by Wang et al.，2012；Chang et al.，2019；satellite base map is processed from Google Map data）ab7241张刚3期张刚等：长江中下游地区中生代“蝴蝶结”形态的构造成因研究：来自殷店马垅剪切带的证据725体之间流动的“润滑剂”（刘欢等，2015）。李海龙等（2018）认为，桐柏造山带内南侧的殷店马垅韧性剪切带与北侧的晓天磨子潭韧性剪切带在中晚侏罗世活动的牵引下，造成造山带内物质由西向东做“管状流”运动。整个韧性剪切带可以研究桐柏造山带碰撞后的演化过程，为造山带的构造演化提供重要信息支撑（韩建军等，2013，2014，2015）。此外，殷店马垅剪切带在长江中下游地区所扮演的角色也十分重要。从宏观几何学特征来看，整个长江中下游地区北侧为“类三角形”的大别造山带，南侧为中间窄，两侧渐宽的“蝴蝶结”状的长江中下游构造带，二者“拼图式”镶嵌分布，几何学形态十分吻合。构造带与大别造山带之间的东、西两条界线，分别为左行平移的郯庐断裂带和右行平移的殷店马垅剪切带，它们与构造带形成有密切的关系。根据前人对两条剪切带的研究，认为两条剪切带在中生代活动时间十分吻合，运动学特征恰好相反，那么就引发了笔者对区域上几何学形态的一个思考和推论。中生代期间，这两条边界断裂带以“共轭断裂”的形式活动，造成了大别造山带物质的整体南移，在北侧大别造山带和南侧江南造山带两大块体的相互作用与后期太平洋板块俯冲的共同作用下，可能造成了构造带呈中间窄，两测渐宽的“蝴蝶结”形状。根据构造变形原理，边界断裂组成“共轭断裂”的锐夹角方向代表了整个构造系统上最大挤压应力方向，这也符合整个中国东部在中生代，尤其是燕山期太平洋板块开始俯冲以来，区域应力场大约为南北方向的挤压。构造结点部位是构造挤压最为强烈的区域，构造变质变形也最为强烈，向两侧逐渐减弱。同样的，在边界剪切带上的构造特征或多或少会表现出一定的差异。基于上述几何学、运动学和动力学的初步思考，两条重要边界断裂带的几何学形态分析，北西侧的殷店马垅右行剪切带和北东侧的郯庐左行剪切带成为了该几何学形态形成的重要研究对象。本文以长江中下游“蝴蝶结”几何学形态的北西侧殷店马垅剪切带为研究对象，通过剪切带的几何学、运动学、年代学等分析方法，对剪切带的构造特征、活动时间进行深入研究，这对理解区域构造变形、成因机制、演化过程和动力学背景有重要的启发作用。1地质概况断裂带自北西向南东，依次经过殷店、大悟、马垅等地区（图 2），称为殷店马垅断裂带。也有学者将其与鸿仪河桐柏剪切带构成一体化构造演化模型，因具有共同的性质、方向和构造属性，统称为“桐柏剪切带”（刘欢，2016）。按照前人划分标准，以大悟为界，将断裂带分为东西两段：西段称为殷店马垅剪切带西段，也称新城黄陂断裂带（Cheng et al.，2012）或新城殷店断裂带，东段称为殷店马垅剪切带东段（刘欢等，2015）。断裂带划分了桐柏大别造山带南侧的岩性界线：断裂带北侧主体为片麻岩、花岗片麻岩、斜长角闪片麻岩等构成的桐柏山群与大别岩群，而南侧则是中新元古代沉积岩与安山质火山碎屑岩组成的随县群（梁斌等，1999）。断裂带的东段部分因具有拆离断层性质，也称为宿松清水河剪切带（侯泉林等，2007），同时也是榴辉岩与蓝片岩的界线（石永红等，2006）。7251张刚地质科学2023年7262剪切带构造变形分析本次野外研究工作在殷店马垅剪切带东段的马垅地区开展。该地区构造变形特征明显，是研究整个剪切带的最佳场所之一。通过对剪切带中岩石的应变状态、构造特征、应力方向的研究，有助于厘清剪切带的运动学、动力学特征，对认识整个长江中下游地区中生代构造演化提供重要的信息支撑。为了研究殷店马垅剪切带的构造特征，设计了一条横穿断裂带的构造剖面，如图所示（图 2a）。通过详细的野外地质调查以及产状的测量，制作了构造剖面图（图 3），对剪切带上出露的岩石宏观变形特征进行了总结分析。构造剖面从长江马垅浠水方向（图 2，图 3），基本横穿了剪切带。殷店马垅韧性剪切带主要发育一套韧性的构造岩系列，出露岩石类型属于大别杂岩系列，主要以糜棱岩为主，同时向造山带核部延伸发育片麻岩和混合岩。在剪切带附近岩石以强烈的变形为主，可见构造片岩的褶皱，糜棱岩中糜棱面理与矿物拉伸线理清晰可见。图 2殷店马垅韧性剪切带区域地质图（a）及面理线理赤平投影图（b）（据李海龙等，2018修改）Fig.2Geological map of YindianMalong shear zone area（a）and stereographic projection of foliation andlineation（b）（modified after Li et al.，2018）彩页ab7261张刚3期张刚等：长江中下游地区中生代“蝴蝶结”形态的构造成因研究：来自殷店马垅剪切带的证据727糜棱岩面理倾向南、南西向（以 170240为主），线理倾伏向南东（倾伏向以 140160为主，倾伏角集中在 530），显示具有典型的走滑韧性剪切特征。剖面由北向南，依次发育糜棱岩、云母石英片岩、构造片岩、糜棱岩和超糜棱岩的岩石组合类型。越靠近剪切带，岩石变形强度逐渐变强。野外构造主要表现为：构造片岩的褶皱，其中发育的长英质脉体拖尾和整体类似SC组构的形态指示了右行剪切（图 4a）；浅色长英质初糜棱岩（图 4b）发育水平线理，指示强烈的韧性剪切活动；褐黄色糜棱岩出露范围较大，线理较水平（16012）（图 4c）；在靠近剪切带附近，产出范围较大的脆性构造破碎带，带内浅色糜棱岩、深色糜棱岩、构造片岩、伟晶岩、构造透镜体和岩脉等呈条带状互层产出（图 4d），其中岩脉约 3 m2 m 大小宽度不等，透镜体呈条带状分布其中，构造剖面示意图如图所示（图 4f）；同时还可观察到脉体的构造透镜体呈“”残斑（图 4e），均指示了右行剪切活动。野外构造现象表明位于剪切带上的变形岩石面理大多倾向 SW，岩片的褶皱、透镜体拖尾、SC组构、糜棱岩与伟晶岩、构造片岩、透镜体的互层等特征，均表明剪切带具有典型的右行平移的运动学特征，岩石出露特征显示越靠近剪切带，这种剪切力的剪应变越大，遭受应力作用越强。上述野外研究查明了殷店马垅剪切带的宏观变形特征。为了进一步了解剪切带的运动学方向和变质变形特征，对所采集的定向样品制作薄片并进行室内分析。殷店马垅剪切带出露主要变形岩石以糜棱岩、糜棱岩化片麻岩和超糜棱岩为主，岩石塑性变形强烈，颗粒细小，重结晶程度较高。因此，选取了上述岩石类型进行镜下观察。糜棱岩显微特征：镜下矿物主要为石英（Q）和长石（Pl）组成的残斑，少量黑云母（Bt）呈鳞片状分布于长石和石英的之间，基质由石英、长石微晶颗粒组成，具有典型的糜棱结构、流动状构造（图 5a、图 5c）。石英颗粒被定向拉长，且石英的长轴方向基本一致（图 5a）；部分较大的石英残斑定向拉长，呈“丝带状”构造（图 5c），部分石英颗粒发生波状消光，以亚颗粒旋转式（SR）向颗粒边界迁移式（GBM）动态重结晶转变（图 5b、图 5c）。长石残斑以“核幔构造”形态出现，具有明显拖尾，指示右行剪切（图 5c），同时表面出现机械双晶纹及波状消光，发生塑性变形，在残斑边缘位置可见图 3殷店马垅韧性剪切带构造剖面图Fig.3Structural section of YindianMalong shear zone7271张刚地质科学2023年728新晶出现，发生膨凸式（BLG）动态重结晶（图 5c），残斑长宽比较大。在糜棱岩中，存在较大的残斑，残斑内矿物组成为绿泥石+绿帘石+角闪石+黑云母等矿物（图 5d、图 5f），在单偏光下，整体以“”残斑形态展出，指示了右行剪切活动（图 5e、图 5g）。糜棱岩化片麻岩特征：岩石的矿物组成与长英质糜棱岩基本一致，矿物共生组合主要为石英+长石+黑云母，具鳞片状、粒状变晶结构，片麻状构造。长石颗粒残斑较少，特征表现为表面较破碎，出现波状消光，主要以脆性破裂为主，部分发生塑性变形；角闪石残斑被定向拉长，颗粒粒径在 0.52 mm 之间；黑云母含量相较于糜棱岩中，含量较多，被定向拉长，呈“丝带状”（图 5b）。超糜棱岩显微特征：镜下以大量的基质为主，具糜棱结构。残斑少见，基质主要为重结晶形成的石英细粒，含量大于 90%，呈纹层状分布。仅观察到一颗石英残斑，形态指示右行剪切（图 5h）。通过对以上殷店马垅剪切带上的岩石显微变形分析，大量的矿物长轴定向排列，图 4殷店马垅韧性剪切带野外部分构造照片a.构造片岩的褶皱形态指示挤压环境、长英质脉体的透镜体拖尾形态指示了右行剪切；b.浅色糜棱岩，发育水平线理；c.长英质糜棱岩，水平线理，面理近直立；d.整体为构造破碎带，以构造片岩、糜棱岩、花岗质伟晶岩、长英质脉体和构造透镜体互层产出；e.构造变斑晶呈“”残斑，指示右行剪切活动；f.图 d的构造剖面示意图Fig.4Structural photographs of the YindianMalong shear zone in the field7281张刚3期张刚等：长江中下游地区中生代“蝴蝶结”形态的构造成因研究：来自殷店马垅剪切带的证据729石英残斑、云母等这类易变形的矿物形成的“”残斑及长石颗粒的“核幔构造”等，均指示了右行剪切作用。对比于剖面中，岩石类型由北向南，即从造山带方向至剪切带方向，由糜棱岩糜棱岩化片麻岩超糜棱岩之间逐渐变化，从糜棱岩中石英颗粒的定向拉长到超糜棱岩中石英颗粒完全细粒化，残斑已基本不见。这种转变方式主要通过晶格的位错蠕变，是强烈应力作用下的动态重结晶，说明了剪切作用强度逐渐变图 5殷店马垅韧性剪切带显微构造特征a.糜棱岩中石英颗粒定向拉长，流动状构造，显示 SC组构；b.糜棱岩化片麻岩，云母定向排列，部分角闪石被拉长，石英颗粒呈塑性流变；c.糜棱岩中，长石颗粒 残斑拖尾显示右行剪切；d.糜棱岩；e.图 d单偏光下，残斑中矿物由绿柱石、角闪石、绿泥石等组成，整体以“”残斑形态，指示右行剪切；f.糜棱岩中“”残斑指示右行剪切；g.图 f单偏光下；h.超糜棱岩中石英的残斑指示右行剪切Q.石英；Pl.长石；Amp.角闪石；Bt.黑云母Fig.5Microstructural characteristics of YindianMalong ductile shear zone7291张刚地质科学2023年730大。符合越靠近剪切带，剪切强度越高的一般特征。野外构造特征与显微构造均指示殷店马垅韧性剪切带为一条右行走滑剪切带，剪切带上的岩石以糜棱岩、超糜棱岩为主，表明矿物经历较强的应变作用，变质变形较为强烈。为了进一步了解殷店马垅剪切带在剪切过程中的各种动力学状态，开展了以下显微构造变形分析工作。此次的 8个样品编号分别为 YM11、YM12、YM21、YM31、YM32、YM33、YM41、YM42，采样位置沿着垂直于剪切带走向上，由北向南分布，显微镜下均可看到石英的动态重结晶。2.1石英分形特征石英的分形特征可以用来描述剪切带的应变速率、变形温度等，且已被许多学者应用到韧性剪切带的研究中（王新社等，2001；陈泽超等，2009；梁琛岳等，2015；李海龙等，2017a，2017b）。在韧性剪切变形中，动态重结晶石英颗粒边界形态具有自相似性，表现出分形特征，用分维数 D 来衡量。不同温度范围的石英颗粒边界分形具有不同的分维数（Kruhl and Nega，1996），即颗粒边界周长 P 与颗粒等面积圆的直径 d 存在相应的数学关系：周长对数 logP 与粒径对数 logd 在坐标轴中的投点进行最小二乘法拟合成一条直线，其斜率即为分维数 D。分维数 D 的测量方法很多，其中封闭折线法（Kruhl and Nega，1996；王新社等，2001）、面积周长法和数盒子（Lovejoy，1982；张波等，2006，2008）等 3种方法适用于动态重结晶石英颗粒的统计。本文选择面积周长法对剪切带中出露的糜棱岩、糜棱岩化片麻岩的薄片进行石英动态重结晶颗粒分维数的统计计算（图 6，表 1）。具体方法学者们已经有了很详细的论述（任升莲等，2013；袁芳等，2020a，2020b）。结果显示，8个样品中统计数据的相关系数 R大于 0.90，表明位于剪切带上的这些岩石内石英颗粒边界的动态重结晶统计有自相似性。分维数 D在 1.1421.181之间。样品分维数变化趋势 1.161.141.161.18。从样品的结果来看，变化趋势不是很明显，变质相的变化没有很大的跨越，但是这种越靠近剪切带，分维值越大的趋势规律在一定程度上也代表了靠近剪切带附近，岩石变形强度的变大。2.2岩石有限应变测量在对走滑韧性剪切带的研究过程中，有两种理想状态下的剪切方式和结果。在纯剪切当中，岩石内部颗粒未发生旋转，被垂直压力挤压时，颗粒未破裂，并且垂直于压缩方向定向排列，最终形成的挤压面理；在一般剪切过程中，岩石颗粒均匀受力，发生明显定向拉长和旋转，最终形成具有与剪切力方向平行的剪切面理。但是，我们通常观察到的韧性剪切带都是两种方式共同叠加的产物（De Paor，1983），分量的大小可以判断剪切类型属于二者的哪一种。在韧性剪切带中，运动学涡度（Wk）可以很好地反映这二者的相对分量关系，从而判断剪切类型（Wk=0，表示完全为纯剪切变形；Wk=1，表示完全为简单剪切；Wk=0.75，表示二者剪切作用各占一半）（Tikoff et al.，1995）。7301张刚3期张刚等：长江中下游地区中生代“蝴蝶结”形态的构造成因研究：来自殷店马垅剪切带的证据731目前，构造地质学中对变形岩石的涡度测量已论述了多种方法（Passchier，1990；张进江等，1995；Xypolias and Koukouvelas，2001；Short and Johnson，2006；Jessup etal.，2007；Xypolias，2009；李建波等，2012；刘江等，2012），并且学者们通过各种方法判断了桐柏造山带内边界剪切带的剪切类型（陈泽超等，2009；陈泽超，2010；李图 6殷店马垅韧性剪切带中动态重结晶石英颗粒的周长粒径双对数图d.重结晶石英颗粒粒径；P.重结晶石英颗粒周长；N.测量数；R.相关系数Fig.6LogPLogd plot of dynamically recrystallized quartz grain size against perimeter ofthe ductile shear zone in YindianMalong表 1殷店马垅剪切带地区岩石动态重结晶石英颗粒边界分形特征Table 1Fractal characteristics of dynamically recrystallized quartz grain boundary of the rocks inYindianMalong ductile shear zone样品号YM11YM12YM21YM31YM32YM33YM41YM42测量数 N4241503648473238粒径分布 d/m18.47120.9648.72155.3820.87113.3320.63117.6422.65126.0120.68109.4141.67210.5416.9294.70平均粒径d/m56.0674.3447.8653.9243.9856.4799.6644.89周长分布P/m77.25552.08180.70699.6181.84516.2872.58364.54107.64679.0572.33421.86144.02937.7975.52555.53平均周长P/m227.20315.68204.36198.85264.18234.95433.38216.39分维数 D1.1651.1621.1421.1581.1621.1511.1631.181相关系数 R0.9840.9580.9520.8930.9020.9230.9130.9237311张刚地质科学2023年732海龙等，2018）。本文主要运用主应变比值法，这种方法学者们已经有详细的论述（王勇生等，2004）。在综合研究剪切带内岩石变形特征后，选取 8块殷店马垅剪切带东段的样品，在平行于线理、垂直于面理方位（XZ面）上进行显微观察和石英颗粒统计，按照相应的公式进行计算（Tikoff and Fossen，1995）。公式如下所示：Wk=sin arctan sin 2RXZ+1RXZ-1-cos 2RXZ+1RXZ-1（1）其中，为石英颗粒长轴方向与剪切方向锐夹角 的弧度值，RXZ为有限应变，Wk为涡度值，测量结果见表 2。结果显示，殷店马垅剪切带内变形岩石有限应变 RXZ在 1.972.46之间，通过对比前人对该剪切带的有限应变分析（表 3），基本在误差范围内一致（1.52.6）。剪切带在西段有限应变值 RXZ在 1.512.32，东段为 1.62.6，说明东段的应变强度稍高于西段，本次的统计结果也在东段的范围值之内。涡度 Wk值在 0.880.97，与前人研究结果相一致。涡度值均远大于 0.75而小于 1，表明殷店马垅剪切带是以简单剪切为主，带有少量纯剪切的右行韧性剪切带，大量的水平线理也说明剪切带以简单剪切为主。剪切带上东段岩石应变强度要稍高于西段，进一步说明了剪切带在越靠近整个构造结点部位时，应变强度是越大的，这也与岩石石英分形得出的结论相一致。2.3剪切带变形温度压力对韧性剪切带中岩石变形温度的计算是更深入了解剪切带构造层次的一个窗口。在不同温度压力条件下，岩石内不同矿物的变形特征不一样，显示不同的变形矿物组表 2殷店马垅剪切带岩石涡度分析结果Table 2The vorticity analysis results of rocks in YindianMalong ductile shear zone样品编号YM11YM12YM21YM31YM32YM33YM41YM42岩性糜棱岩糜棱岩糜棱岩糜棱岩糜棱岩糜棱岩糜棱岩糜棱岩测量数5159493744623642/26.6632.8712.2912.9415.3324.4811.6814.66RXZ1.972.212.462.122.252.332.182.28Wk0.960.970.890.920.930.950.880.907321张刚3期张刚等：长江中下游地区中生代“蝴蝶结”形态的构造成因研究：来自殷店马垅剪切带的证据733合，以此为基础来推断岩石变形环境条件。学者们通过长英质糜棱岩中不同矿物变形组合研究石英、长石和云母在不同温度下的变形特征，进而推断岩石变质变形时的温压 条 件（Tullis et al.，1982，1996；Simpson，1985；Evans，1988；Pryer，1993；Passchier and Trouw，2005；胡玲等，2009），并划分了多个温度范围。Hirth and Tullis（1992）在研究温度和石英变形之间关系时，发现石英存在低温颗粒边界迁移也称“膨凸式动态重结晶”（BLG）、中温亚颗粒旋转式动态重结晶（SR）、高温颗粒边界迁移式动态重结晶（GBM）3 种变形域，其温度范围分别为 280 400、400 500、500 700 （Stipp et al.，2002）。之后，学者们对温度做了更详细的划分，包括长石的动态重结晶形式，与石英类似，但温度有差异（Van Daalen et al.，1999；向必伟等，2007）。长石的变形和动态重结晶主要在绿片岩相向角闪岩相变质转换条件下，温度大约为 500。与石英颗粒变形方式类似，500 600 之间时，长石的动态重结晶型式为 BLG，表现为残斑的镶嵌构造；650 700 温度区间时，长石存在 BLG 与 SR两类重结晶型式，出现港湾状与圆滑状颗粒边界，表现为“核幔”构造；在 700 800 温度范围内，长石为独立的 SR型重结晶；800 850 时，长石重结晶由 SR型向 GBM 型快速转变；850 以上时，长石重结晶则以独立的 GBM 型存在（Tullis andYund，1987；Yund and Tullis，1991；Lafrance et al.，1998；Altenberger et al.，2000；Rosenberg and Stnitz，2003）。本次研究利用岩石中石英颗粒的动态重结晶样式来半定量估算温度；其次，利用电子探针数据中角闪石全 Al压力计，再结合黑云母 Ti温度计定量计算其温压条件。殷店马垅剪切带中出露岩石多为糜棱岩、糜棱岩化片麻岩。在显微构造中，以石英、长石、云母为主，含少量角闪石等矿物。石英动态重结晶类型多，为估算岩石变形温度提供了很好的数据来源。本文选取主要为糜棱岩中样品，经过显微构造分析，根据长石、石英等动态重结晶形式对剪切带内岩石变形温度范围做了估算。变形温度估算结果见表 4。殷店马垅剪切带中糜棱岩中，变形温度范围大致在 400 600，温度范围的表 3殷店马垅剪切带岩石有限应变测量统计表Table 3Finite strain measurement statistics of rocks in YindianMalong ductile shear zone方法长短轴法长短轴法长短轴法Rf/法长短轴法长短轴法RXZ范围1.52.01.52.0西段：1.632.32西段：1.512.15东段：1.602.601.701.86东段：1.972.46Wk0.880.91西段：0.910.98东段：0.700.99东段：0.880.97分维 D1.321.391.141.18文献来源陈泽超等，2009；陈泽超，2010宋传中等，2009韩建军等，2013，2014，2015；韩建军，2016刘欢等，2015刘欢，2016李海龙等，2018本文7331张刚地质科学2023年734下限可能以石英的动态重结晶（SR）为主（图 7a），同时部分长石未发生塑性拉长，这样形成的温度可能较低；部分显示以石英的亚颗粒旋转式动态重结晶（SR）向颗粒边界迁移式（GBM）转变（图 7b），有的石英颗粒发生边界迁移式（GBM）动态重结晶（图 7c），颗粒边界呈锯齿状；变形温度的上限，则为长石颗粒发生的核幔构造，显示 BLG 变形条件（图 7d），这样的变形温度要较高，在 500 600 之间。在片麻岩类岩石中，一些角闪石类矿物，显示定向拉长，出现拖尾构造，因而变形温度要稍高一些，可能在580 之上。同时，对比 Kruhl and Nega（1996）提出的分形维数 D 与变形温度 T 的关系，本文的数据均位于高绿片岩相到低角闪岩相的分维数范围内，对应变形温度在 550 左右，与利用矿物动态重结晶程度估算的变质变形温度在误差范围内基本一致，见表 4。为了获取剪切带的形成温度和形成压力，此次分析选取了 4块靠近于剪切带附近和位于剪切带上的岩石进行电子探针分析实验，并对其进行了相关的温度、压力计算。这样的数据更接近代表了剪切活动过程中的温度压力条件。探针片喷碳与矿物成分测试分析在合肥工业大学资源与环境工程学院电子探针实验室完成。主要应用的设备有 JOELJAX8230电子探针（EPMA）矿物化学定量分析仪器、扫描电镜、能谱仪和 OlympusBX53光学显微镜。其中 EPMA 的工作条件为：加速电压15 kV，电子束流 20 nA，束斑尺寸大小 3 m。测试的主量元素包括 Na2O、SiO2、FeO、K2O、Al2O3、MgO、TiO2、CaO、P2O5等。标样类型主要为美国 SPI标样组和周建雄标样组（GB/T 277882011），标样匹配模式采用金属和氧化物两种形式，基底效应小，分辨率高。Al、Si、Mg 的检测限均小于 8010-6，其它元素的检测限基本均在 15010-6之间。具体原理及注意事项参考相关文献（Batanova et al.，2015；王娟等，2017；张迪等，2019）。电子探针分析的样品编号分别是 YM33、YM34、YM41、YM42。4 块岩石均属表 4殷店马垅剪切带中岩石矿物变形特征与温度估算Table 4Deformation characteristics and temperature estimation of rocks and minerals in YindianMalong ductile shear zone样号YM11YM12YM21YM31YM32YM33YM42YM43岩石类型长英质糜棱岩长英质糜棱岩糜棱岩糜棱岩糜棱岩糜棱岩糜棱岩化片麻岩糜棱岩矿物组合Q+Bt+PlQ+Bt+PlQ+Bt+Pl+AmpQ+Bt+Pl+Amp+ChlQ+Bt+Pl+Amp+ChlQ+Bt+Pl+Amp+Chl+EpQ+Bt+Pl+AmpQ+Amp+Pl动态重结晶类型石英BLGSRBLGSRBLGSRBLGSRBLGSRSRGBMGBMSRGBM长石塑性拉长塑性拉长塑性拉长塑性拉长塑性拉长塑性拉长BLG塑性拉长BLG温度估算/400500400500400520400520400480500530500600480550Q.石英，Pl.长石，Bt.黑云母，Amp.角闪石，Chl.绿泥石，Ep.绿帘石；BLG.膨凸式重结晶，SR.亚颗粒旋转式重结晶，GBM.颗粒边界迁移式重结晶7341张刚3期张刚等：长江中下游地区中生代“蝴蝶结”形态的构造成因研究：来自殷店马垅剪切带的证据735于长英质糜棱岩系列。由于长英质糜棱岩以及长英质超糜棱岩中没有合适的矿物组合来直接计算温压条件，因此选取其中的角闪石单矿物温压计及其黑云母 Ti温度计加以辅佐验证。显微构造特征可观察到这类型的糜棱岩中存在大量黑云母条带、角闪石，并且伴随着剪切活动，黑云母被定向拉长，部分角闪石产生拉长（图 8a、图 8b），所以通过基质中的黑云母计算出的温度可以反映出当时变质温压环境，同时也反映了剪切带形成的条件。根据糜棱岩中角闪石电子探针的结果（表 5），采用 Gerya et al.（1997）提出的角闪石单矿物温度计、压力计进行计算，得到角闪石的形成温压。其中角闪石离子计算通过Holland and Blundy（1994）提出的方法，结果显示，这类糜棱岩系列岩石中角闪石 SiT在6.35左右，主要为普通角闪石（钙镁闪石质角闪石系列）（图 9），其形成的压力 P：0.450.52 GPa，形成温度 T：592 636，属于中低角闪岩相变质范围，温度结果与通过石英动态重结晶半定量得出的结果基本一致。此外，根据糜棱岩基质中黑云母进行电子探针测试分析，根据 Wu and Chen（2015）图 7殷店马垅剪切带岩石变形温度估算（矿物缩写参见上文）a.石英矿物 SR变形；b.石英矿物 SRGBM 变形；c.石英矿物 GBM 变形；d.长石残斑颗粒具有核幔构造，显示 BLG变形Fig.7Estimation of rock deformation temperature in YindianMalong ductile shear zone7351张刚地质科学2023年736图 8殷店马垅剪切带电子探针部分样品显微构造特征（矿物缩写参见上文）a.样品 YM42正交偏光下，黑云母定向拉长、角闪石破碎，有部分被定向拉长出现拖尾现象；b.样品 YM42单偏光下角闪石淡绿色菱形状，黑云母呈棕色条带分布Fig.8Microstructural characteristics of some EPMA samples from the YindianMalong shear zone表 5殷店马垅剪切带中角闪石单矿物温压计计算结果Table 5Calculation results of hornblende single mineral temperaturemanometer in YindianMalong ductile shear zone样品SiO2/%TiO2/%Al2O3/%FeO/%MgO/%CaO/%Na2O/%K2O/%Total/%SiAlTiFe3+Fe2+MgCaNaKT/P/GPaYM3344.090.3212.6218.5310.0210.751.420.0697.826.342.210.031.061.212.141.770.200.025920.52143.660.3512.9218.529.5510.751.480.0397.266.392.160.041.241.012.161.670.070.016130.475YM3443.220.3812.8517.969.6610.851.420.0396.366.382.230.041.131.132.081.680.100.006200.48542.950.3512.6618.2310.2211.231.380.0397.066.382.240.041.081.142.131.720.120.016220.48643.560.3213.2518.929.5411.031.440.0498.106.302.190.041.211.032.231.760.160.016360.453YM4142.540.3613.2516.9510.1311.181.390.0695.856.332.270.041.161.142.071.720.120.016280.48743.620.2712.7618.2510.0610.751.430.0397.156.302.310.041.041.062.241.780.170.016350.496YM4243.580.2912.8517.5810.0511.021.380.0596.806.362.190.031.250.972.191.680.080.016240.47343.380.3212.9518.529.5411.001.420.0297.166.392.220.031.071.092.201.730.130.016190.48743.430.3512.7518.359.8511.021.420.0497.206.362.240.041.091.182.091.730.130.006000.51844.090.3212.6218.5310.0210.751.420.0697.826.362.200.041.131.122.151.730.130.016130.4887361张刚3期张刚等：长江中下游地区中生代“蝴蝶结”形态的构造成因研究：来自殷店马垅剪切带的证据737提出的黑云母中的 Ti来计算变质温度，公式（2）表达为：ln T=6.313+0.224 ln(Ti)-0.228 ln(Fe)-0.449 ln(Mg)+0.15P（2）式中，T为温度，单位为；P为压力，单位为 GPa。该公式适用于温度在 450 840，压力在 0.11.9 GPa 之间的变质条件下，适合于自然界 98%以上的黑云母，误差为50。公式中，压力系数为 0.15，在计算温度时，压力的影响是很小的，因此可以忽略不计。根据黑云母中Ti温度计的计算结果（表6）得出：殷店马垅剪切带的形成温度 T：588 640，平均温度 616。通过黑云母Ti温度计计算的温度与角闪石单矿物获得的温度相一致。结果显示要比矿物共生组合估算温度偏高，是因为这类角闪石和黑云母虽然有拉长拖尾现象，或多或少保留的仍为基质的成