《构造地质学课程设计》指南.docx

郯庐断裂带张八岭隆起段西韦剖面简介构造地质学课程设计指南中国东部的郯庐断裂带，南起长江北岸湖北广济，经安徽庐江、江苏宿迁、山东郯城、渤海，过沈阳后分为西支的依兰伊通断裂带和东支的密山抚顺(也称敦密)断裂带，总体呈缓S状的北北东向延伸(图1)，中国境内长达2400km。断裂带一般宽几至十几km，其中出露了左旋走滑韧性剪切带、脆性的伸展构造与逆冲构造。这条巨型断裂带是中国东部最大的平移断裂，记录了中国东部中生代以来板块活动与演变。对该断裂带构造演化的正确认识，不仅仅是对该断裂带本身的了解，也是揭示中国东部板块汇聚过程与地球动力学演变的重要途径。中国东部一系裂大型陆相盆地，如松辽盆地、伊兰依通盆地、渤海湾盆地、胶莱盆地、苏北盆地、合肥盆地、潜山盆地、望江盆地等，沿此断裂带分布，使该断裂带也具有十分重要的实际研究意义。该断裂带还是中国东部重要的岩浆活动带和地震活动带（山东郯城1668年8.5级地震,中国东部最强的地震记录）。根据横穿郯庐断裂带的多条地学断面成果，该断裂带已切穿整个岩石圈，并且其深部普遍出现了软流圈变浅现象。郯庐断裂带最醒目的地质现象是将大别苏鲁造山带左行错移达550km。然而，这一错移现象发生在华北与华南板块陆陆碰撞同时，还是之后，或者兼而有之，存在着多种解释模式。大别与苏鲁造山带之间郯庐断裂带所在变质岩出露区称为张八岭隆起。张八岭隆起西部为下侏罗统下第三系连续充填的合肥盆地（侏罗纪期间为前陆盆地，白垩纪至古近纪为断陷盆地）；而东部为下扬子前陆变形带。该隆起北部出露低温高压变质的张八岭群变质杂岩，以一套酸性变火山岩为主（西冷组），局部含有浅变质的沉积岩（北将军组）。其中蓝片岩中多硅白云母给出245.10.5Ma的40Ar/39Ar变质年龄（李曙光等，1993），而锆石给出新元古代原岩年龄。张八岭隆起南部主要出露肥东群（有多种划分方案）高级变质杂岩，仅其东侧与南侧有张八岭群出露。肥东群内黑云斜长片麻岩中的锆石上交点年龄为1995 Ma，而下交点为688 Ma（葛宁洁和周导之，1993）。郯庐断裂带张八岭性起南段左旋走滑韧性剪切带内糜棱岩中一系裂黑云母、角闪石的40Ar/39Ar定年，都给出了早白垩世的年龄（详见附录）。其中一个角闪石样给出了走滑变形年龄（143.3 Ma），而黑云母给出的是冷却年龄（137-125 Ma）。这表明张八岭隆起南段的走滑韧性剪切带形成于早白垩初。其中肥东西韦剖面上角闪片麻质初糜棱岩中（N47）的黑云母给出了137.20.8 Ma40Ar/39Ar年龄。西韦剖面地处肥东县庙岗乡西韦村，位于浮槎山东南麓。剖面处于张八岭隆起南部，为该段郯庐左旋走滑韧性剪切带的东部。韧性剪切带的原岩为肥东群高级变质杂岩，主要有角闪斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩、花岗片麻岩等。这套变质杂岩在剪切带东缘弱剪切变形处，片麻理与物质层平缓，而进入剪切带内产状变陡，向东倾，而线理向SW倾。西韦剖面以出现较大规模的浅色超糜棱岩为特征，一系列采石场将该处郯庐走滑韧性剪切带很好地暴露出来（图1）。约500 m宽的采场露头上，可见5条以出现超糜棱岩、糜棱岩为标志的走滑韧性剪切带（复合型韧性剪切带）。自东向西，这5条韧性剪切带由几米宽变为几十米宽。韧性剪切之间是糜棱岩化至未受糜棱岩化影响的区域变质原岩。这些韧性剪切带内中间强变形带出现超糜棱岩（主要为浅色富绢云母的超糜棱岩，局部可见墨绿色富绿泥石、绿帘石超糜棱岩），向两侧依次出糜棱岩、初糜棱岩至糜棱岩化岩石，呈现为明显的变化规律。剪切带内糜棱面理普遍向东倾，倾角为5070。而矿物拉伸线理一致向SW缓倾，倾角多为20左右，局部出现了40余度的倾角。这指示韧性剪切带在走滑运动中有一定的逆冲分量，为一压扭性剪切带。一处采场糜棱岩(N44)的运动学涡度测试（斜列云母颗粒形态法、C组构和主应变法）结果为Wk=0.89,0.95，指示以简单剪切变形为主，兼有垂直于剪切带的纯剪变形。除了野外露头上的剪切指示标志，室内定向薄片下的S-C组构、长石旋转残斑及书斜构造，以及该采场糜棱岩、超糜棱岩基质中动态重结晶石英C轴组构（图1），皆指示该剪切带为左旋走滑。显示镜下观察显示，糜棱岩中基质矿物组合为动态重结晶石英+黑云母+绿泥石+绿帘石+绢云母。石英主要呈现为动态重结晶；长石兼有脆性碎裂与塑性拉长，部分出现了亚颗粒与动态重结晶；角闪石表现为脆性变形，常退变为黑云母、绿帘石、绿泥石。这些现象指示该处剪切带糜棱岩化中的温度为400-500，为中-高绿片岩相。超糜棱岩（N46）中绢云母b0值（据X射线衍射）为0.8994，指示为低压环境下的糜棱岩化。附录：郯庐断裂带肥东段走滑运动的40Ar/39Ar法定年合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥230009摘要郯庐断裂带在华北与华南板块碰撞之后是否发生过大规模左行平移及其准确的时间，仍然是存在着争议的重要问题。郯庐断裂肥东段地表出露了大规模的、北北东走向的韧性剪切带。野外构造、显微构造与石英C轴组构分析皆指示为左旋走滑韧性剪切带。糜棱岩中变形矿物组合与矿物变形行为指示该韧性剪切带形成中-高绿片岩相环境。通过对该段走滑糜棱岩中角闪石与黑云母的40Ar/39Ar年代学研究，本次工作中获得了一个角闪石（N14）的40Ar/39Ar坪年龄为143.31.3 Ma（早白垩世初），据变形温度判断其代表了该断裂带左行平移中的变形年龄。该糜棱岩（N14）中新生的黑云母40Ar/39Ar坪年龄为134.10.6 Ma，而同一采场中另一糜棱岩（N13）中新生黑云母40Ar/39Ar坪年龄为130.30.6 Ma，皆指示了左行平移活动的冷却年龄。另外3处走滑糜棱岩中黑云母的40Ar/39Ar坪年龄分别为137.20.8 Ma（N47）、135.60.6 Ma（N17）、124.80.7 Ma（N21）和125.90.4 Ma（N22），也都属于冷却年龄，反映了该走滑韧性剪带内的不均匀冷却现象。由此变形年龄与冷却年龄可以判断该断裂带的左行平移持续时间不超过6 Ma左右。由N14糜棱岩中的角闪石与黑云母坪年龄得到该处的平均冷却速率为21.7/Ma，属于较快速的冷却。本次40Ar/39Ar测年结果，更可靠地证实了郯庐断裂带在早白垩世初发生过大规模的左行平移，其肥东段准确的平移时间为143.4 Ma前。这次左行平移是太平洋区伊泽纳崎板块向北北西向高速斜向俯冲的结果，属于典型的滨太平洋构造，可能代表了中国东部构造格局转换的开始。关键词郯庐断裂带左行平移糜棱岩角闪石黑云母40Ar/39Ar年龄中国东部巨型的郯庐断裂带，早期起源于华北与华南板块的陆陆碰撞中(Zhang et al, 1984；Hsu et al, 1987；Watson et al. , 1987；Lin and Fuller,1990；Okay and Sengor, 1992；Yin and Nie, 1993；Li, 1994；徐树桐等,1992；万天丰和朱鸿,1996；Zhang, 1997；董书文等,1998；王小凤等, 2000；Chung, 1999；Gilder et al., 1999；肖文交等，2000；汤家富和许卫, 2002；杨文采和余长青, 2001；朱光等, 2004)，随后成为滨太平洋构造的典型代表(Xu et al., 1987；赵越等, 1994;朱光等2004)。该断裂带在华北与华南板块碰撞之后是否有过大规模的左行平移及其时间，不但关系到断裂带本身的演化规律，也关系到中国东部构造体制转换的型式及时代。基于郯庐断裂带糜棱岩全岩的40Ar/39Ar定年及早白垩世岩浆活动与所控制的沉积现象，笔者等（2001，2002）曾主张该断裂带在早白垩世曾发生过大规模的左行平移。而万天丰和朱鸿（1996）根据区域地质现象及断裂带内的一些特征，认为侏罗纪时该断裂带呈逆断层活动，而白垩纪表现为拉张活动，不认为有过早白垩世的左行平移。王小凤等（2000）则提出该断裂带在侏罗纪时为左行平移，而在早白垩世古近纪表现为拉张活动。Zhang et al.(2003)基于郯庐断裂带山东段断层擦痕分析，提出该断裂带在早白垩世先后经历了右行平移、伸展断陷与左行平移，而在晚白垩世又出现右行平移。汤家富和许卫（2002）甚至主张郯庐断裂带南段从未发生过显著的左行平移。由此可见，在华北与华南板块碰撞造山之后该断裂带是否发生过平移活动及其时间仍存在着较大的分歧。解决郯庐断裂带在造山之后是否发生过左行平移及其具体时间这些重要问题，选择其走滑韧性剪切带内糜棱岩进行准确的同位素定年是有效的方法之一。而这方面的研究过去虽有过一些工作，但测试方法与对象上的选择不当，一直没有得到可靠而准确的结果。陈文寄等（1988）曾对该断裂带山东段断层泥中100m的粒级。所分选的N13和N14黑云母样为糜棱岩基质中新生的黑云母，只选取了85m粒级，其它黑云母样皆为85m粒级的残斑（表2）。糜棱岩基质中新生矿物组合及矿物的变形现象是与变形温度密切相关的，据此可以进行变形温度估计。由本次糜棱岩样品基质矿物组合可见（表1），特别是其中新生黑云母的普遍出现，指示变形环境至少为中绿片岩相。众所周知，绿片岩相的温度范围为300500(Essene,1989)，而中绿片岩相温度范围为400450。Urai et al (1986)和Mancktelow and Pennacchioni (2004)的研究表明，随着变形温度的升高，石英由SR向GBM动态重结晶转换，这一转换温度发生在400左右，在400700范围内SR与GBM动态重结晶现象共存。本次糜棱岩样品中普遍存在着SR与GBM动态重结晶共存的现象，指示变形温度应高于400。Simpson(1985)对天然变形岩石中长石脆韧性转换温度的详细研究显示，低绿片岩相下长石呈脆性变形，中绿片岩相下开始显示以位错蠕变为标志的塑性变形，而进入高绿片岩相低角闪石相长石呈现为以动态重结晶为标志的塑性变形。这一转换温度发生在400550。Passchier & Trouw (1996)也指出，400以下长石呈现为显微破裂，在400500时长石变形主要表现为位错攀移，以塑性拉长、波状消光及形成亚颗粒和核-幔构造为特征，而在500以上则长石的动态重结晶占优势。所分析糜棱岩中，N13、N14、N15、N17样品内长石呈现为塑性拉长与边缘较明显的动态重结晶共存，指示变形温度为500左右。而其它样品中长石仅表现为塑性拉长与波状消光，估计变形温度为450左右。综合上述分析，本次N13、N14、N15、N17样品的变形温度估计为500左右，其它样品估计为450左右（表2）。3测试结果工作中对郯庐断裂带肥东段走滑糜棱岩类中分选出的7个黑云母、3个角闪石样送中国科学院地质与地球物理研究所Ar-Ar法定年实验室进行进行40Ar/39Ar测年分析。具体分析仪器类型、分析程序详见文献30。等时线处理是采用Isoplot2.49程序(Ludwig, 2001)。10个样品的40Ar/39Ar分析数据见附录，所计算的年龄值与反等时线参数(反等时线年龄、40Ar/36Ar初始值与MSWD值)见表2，40Ar/39Ar年龄谱与反等时线见图3。采自阚集庙山采场N13糜棱岩中的基质黑云母样品，40Ar/39Ar总气体年龄（TGA）为137.01.5 Ma，坪年龄（Tp）为130.30.6 Ma(3-12温阶，98%39Ar释放量)，反等时线年龄（Ti）为130.21.9 Ma（图3）。该反等时线的40Ar/36Ar初始比值为27322，考虑误差后与现今大气氩标准值（295.55）接近。而反等时线的MSWD为4.2（图3）。其较大的TGA是由于前两个温阶过大的视年龄引起的。该黑云母的坪年龄与反等时线年龄在误差范围内相互吻合，指示为可信的年龄，其坪年龄可用于地质解释。同一采场中另一N14糜棱岩中的基质黑云母样品，总气体年龄为133.21.5 Ma，坪年龄为134.10.6 Ma(2-12温阶，94%39Ar释放量)，反等时线年龄为133.71.6 Ma（图3）。该反等时线的40Ar/36Ar初始比值为2927.2，与现今大气氩标准值一致。而反等时线的MSWD为1.8，反映拟合程度好。该黑云母样品总气体图3郯庐断裂带肥东段糜棱岩中黑云母、角闪石40Ar/39Ar年龄谱及反等时线图表2郯庐断裂带肥东段糜棱岩中黑云母、角闪石40Ar/39Ar测年结果一览表样品号测试对象与粒级变形温度估计总气体年龄TGA(Ma)坪年龄Tp(Ma)反等时线年龄(Ma)40Ar/36Ar初始值反等时线MSWDN13基质黑云母，85m500左右137.01.5130.30.6(3-12温阶，98%39Ar释放量)130.21.9273224.2N14基质黑云母，85m500左右133.21.5134.10.6(2-12温阶，94%39Ar释放量)133.71.62927.21.8N14残斑角闪石，100m500左右144.32.4143.31.3(4-9温阶，88%39Ar释放量)130.58.9308343.4N15残斑黑云母，85m500左右118.71.3118.70.5(3-12温阶，98%39Ar释放量)119.91.8189621.6N17残斑黑云母，85m500左右141.31.6135.60.6(3-14温阶，97%39Ar释放量)137.12.4267245.9N18残斑角闪石，100m450左右217.32.9190.52.3(4-9温阶，72%39Ar释放量)176.011295363.1N21残斑黑云母，85m450左右124.12.5124.80.7(3-14温阶，97%39Ar释放量)125.83.6231804.2N22残斑黑云母，85m450左右126.32.8124.90.4(3-13温阶，99%39Ar释放量)122.42.33251205.2N28残斑角闪石，100m450左右175.93.6170.32.2(3-7温阶，68%39Ar释放量)175.032613508.1N47西韦残斑黑云母，85m450左右137.32.2137.20.8(2-12温阶，95%39Ar释放量)135.13.5302836.2年龄、坪年龄与反等时线年龄三者在误差范围内吻合，反映测试结果可靠，其坪年龄可用于地质解释。工作中从这N14糜棱岩中还分选出了残斑角闪石样品，其40Ar/39Ar总气体年龄为144.62.4 Ma，坪年龄为143.31.3 Ma(4-9温阶，88%39Ar释放量)，反等时线年龄为130.58.9 Ma（图3）。反等时线的40Ar/36Ar初始比值为30834，误差偏大，可以认为与现今大气氩标准值吻合；而MSWD为3.4。该样品总气体年龄与坪年龄相吻合，反等时线年龄值略偏小。但是，考虑误差后反等时线年龄与坪年龄相差仅3 Ma左右。总之，与本次工作中的N18与N28残斑角闪石年龄比较(图3,详见后文), N14残斑角闪石K-Ar同位素体系显然在断裂带剪切活动中受到了重置，其坪年龄可用于地质解释。阚集林场的N15糜棱岩中黑云母样品，40Ar/39Ar总气体年龄为118.71.3 Ma，坪年龄为118.70.5 Ma(3-12温阶，98%39Ar释放量)，两者完全吻合。反等时线年龄为119.91.8 Ma，与坪年龄相吻合（图3）。但是，反等时线（MSWD=1.6）40Ar/36Ar初始比值为18962，明显低于现今大气氩标准值。这一初始比值的异常，反映可能由于后期风化出现过Ar丢失而使年龄偏轻，因而不适合作为地质解释。马集王山韦东的N17糜棱岩中黑云母样品，总气体年龄为141.31.6 Ma，坪年龄为135.60.6 Ma（3-14温阶，97%39Ar释放量），反等时线年龄为137.12.4 Ma。反等时线的40Ar/36Ar初始比值为26724，考虑误差后与现今大气氩标准值可吻合。反等时线的MSWD为5.9。其略偏大的TGA同样也是第一温阶过大的视年龄造成的。该黑云母的坪年龄与反等时线年龄在误差范围内相吻合，指示坪年龄可用于地质解释。该样品与N14黑云母年龄值是一致，两者可相互验证，指示了测试结果的可靠。王铁宋山洼北采场的N21和N22两个黑云母样品，总气体年龄分别为124.12.5 Ma和126.32.8 Ma，坪年龄分别为124.80.7 Ma (3-14温阶，97%39Ar释放量)和124.90.4 Ma (3-13温阶，99%39Ar释放量)。它们的反等时线年龄分别为125.93.6 Ma(MSWD=4.2)和122.42.3 Ma(MSWD=5.2)，反等时线的40Ar/36Ar初始比值分别为23180和325120，误差过大。这两个样品各自的总气体年龄、坪年龄与反等时线年龄在误差范围内相互吻合，并且两个样之间对应年龄值也基本一致，指示了测试结果的可靠，应是具有地质意义的年龄值。方集西西韦采场的N47初糜棱岩中黑云母样品，总体年龄为137.32.2 Ma,坪年龄为137.20.8 Ma(2-12温阶，95%39Ar释放量),反等时线年龄为135.13.5 Ma (MSWD=6.2），40Ar/36Ar初始比值为30283。该样品总气体年龄、坪年龄与反等时线年龄在误差范围内相互吻合，其坪年龄可用于地质解释。王铁东龚朝西的N18糜棱岩中残斑角闪石样品，40Ar/39Ar总气体年龄为217.32.9 Ma，坪年龄为190.52.3 Ma(4-9温阶，72%39Ar释放量)，反等时线年龄为176.011 Ma，40Ar/36Ar初始比值为29536，MSWD为3.1。该样品反等时线年龄小于坪年龄，而总气体年龄又显著大于这两者。由图3可见，其年龄谱呈“马鞍形”，指示有过剩Ar的影响。郯庐断裂带肥东段是叠加在原先的造山带高级变质杂岩之上，N18糜棱岩中残斑角闪石应是造山过程中形成的。Hacker et al. (2000)曾报道过大别造山带内角闪石多含过剩Ar，与，N18角闪石特征相似。该角闪石视年龄信息与前述的大量早白垩世黑云母与N14角闪石40Ar/39Ar年龄相比较，可见其在郯庐剪切活动中Ar同位素体系基本上没有受到挠动。Ratschbacher et al.（2000）曾报了大别山超高压带内副片麻岩中角闪岩40Ar/39Ar总气体年龄为194.71.9 Ma，但也出现了“马鞍形”年龄谱。陈江峰等(1995)报道了大别造山带太湖李社石榴二云钾长片麻岩中角闪石的40Ar/39Ar坪年龄为192.70.3 Ma。N18角闪石190 Ma的40Ar/39Ar坪年龄信息与这两个年龄值相近，可能也反映了大别造山过程中变质作用的冷却年龄，指示了研究区肥东群变质杂岩在郯庐糜棱岩化之前的区域变质年龄信息。烟头山水库的N28糜棱岩中的残斑角闪石样品，总气体年龄为175.93.6 Ma。该样品的坪年龄为170.32.2 Ma (3-7温阶，68%39Ar释放量)，反等时线年龄为175.032 Ma，两者相吻合。其40Ar/36Ar初始比值为61350，呈现为异常值。反等时线的MSWD为8.1，拟合程度不好。虽然该角闪石样品的总气体年龄、坪年龄与反等时线年龄三者在误差范围内相吻合，但是其年龄谱也呈“马鞍形”（图3），出现了40Ar/36Ar初始比值的异常。该角闪石样品也应是有过剩Ar的影响，可能在郯庐剪切活动中又出现了部分扰动，从而使坪年龄明显低于N18角闪石样品。因而，本文认为N28角闪石的年龄值不适合于地质解释。4地质解释在剪切带糜棱岩的40Ar/39Ar年代学研究中，变形温度能否超过测试对象的封闭温度关系到测试对象在变形中K-Ar同位素体系能否被重置而记录下变形时间或冷却至封闭温度的时间。根据所测试糜棱岩内基质中新生矿物组合、石英动态重结晶型式与长石的变形行为，本文估计这些糜棱岩的变形温度分别为500左右或450左右（表1、表2），显著超过了黑云母的封闭温度（30050，陈江峰等,1995；Harrison et al., 1985），因而这些糜棱岩中的黑云母应该记录冷却年龄。角闪石的封闭温度为50050(Harrison, 1981；Reddy et al., 1997)。测试残斑角闪石的N14糜棱岩，估计其变形温度为500左右（表2），刚达到了角闪石的封闭温度。该样品的实际年龄值（Tp=143.31.3 Ma）大大低于原岩的变质年龄（见N18和N28角闪石年龄），形成了较好的年龄坪，显示其角闪石中的K-Ar同位素体系在郯庐剪切活动中受到了完全重置。测试残斑角闪石的N18与N28糜棱岩样品，估计其变形温度为450左右，刚好达到了角闪石封闭温度的下限。实际测试结果表明，这两个样品的坪年龄分别为190.52.3 Ma（N18）和170.32.2 Ma（N28），大大高于黑云母所记录的热事件时间，与大别造山带内角闪石40Ar/39Ar年龄类似，故这两个角闪石样品主要是记录了断裂带所叠加的造山带变质杂岩的年代学信息，并有可能被部分扰动。来自同一采场的N13与N14左旋走滑糜棱岩，所测试的黑云母皆为基质中同构造新生的黑云母（表1）。它们只会记录变形年龄或冷却年龄，不会像糜棱岩中残斑一样理论上可能残留糜棱岩化之前的年代学信息。根据这两个样品500左右的变形温度估计（表2），其130.30.6 Ma（N13）和134.10.6 Ma（N14）的40Ar/39Ar坪年龄应该记录的是该处郯庐断裂左行平移活动的冷却年龄。从N14同一样品中分离的角闪石所给出的143.31.3 Ma的较高40Ar/39Ar坪年龄，也指示该采场两个黑云母样的坪年龄应为冷却年龄。这同一采场两个黑云母样（相距5m）约4 Ma的冷却年龄差异，除与测试误差有关外，也可能体现了剪切带中不均匀冷却的特点。基于N14糜棱岩变形温度与角闪石封闭温度一致，笔者认为该样品中角闪石143.31.3 Ma的40Ar/39Ar坪年龄(早白垩世初，Harland et al., 1989)应代表了变形年龄，即指示了郯庐断裂带肥东段左行平移是发生在143.3 Ma前的早白垩世初。这一时间比笔者曾报道的肥东段糜棱岩全岩40Ar/39Ar坪年龄(119 Ma、120 Ma)早24 Ma，显示应用单矿物进行40Ar/39Ar测年要准确的多。糜棱岩全岩中较多低封闭温度（200左右）的长石可能是使其年龄明显偏低的主要原因。本次测试结果也显示，虽然大别造山中形成的角闪石多含过剩Ar，但在后期热事件的完全重置中可以使Ar清空而完全消除过剩Ar的影响。根据N14样品中角闪石与黑云母的各自坪年龄与封闭温度，可以计算出该处郯庐断裂带早白垩世左行平移活动中的平均冷却速率为21.7/Ma，属于较快速的冷却。这一快速冷可能与剪切活动停止后使剪切加热快速散失有关。N17黑云母(Tp=135.60.6 Ma)和N47黑云母(Tp=137.20.8 Ma)的40Ar/39Ar坪年龄，也记录的是走滑变形的冷却年龄。N21和N22黑云母的坪年龄同样也记录的是走滑活动中