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大别山东北缘桐城变质带的构造解析及其影响

中国学术期刊网【地理地质论文】 编辑:天问 岩石学报 2016-05-02
大别山东北缘桐城变质带的构造解析及其影响论文作者:林伟 冀文斌 石永红 李秋立 王清晨,原文发表在《岩石学报杂志》,经中国学术期刊网小编精心整理,仅供您参考。

关键词: 桐城地体 郯庐断裂带 高压-超高压变质岩 多期构造变形 大别山造山带
摘要: 通过对郯庐断裂带南段桐城地区高压-超高压变质带详细的岩石学和构造学研究,将研究区从空间结构上划分为三个构造单元:上部低温-高压单元、中部中温-高压单元和下部超高压单元。根据研究区多期构造变形分析,共识别出了五期有区域构造地质学含义的事件(D1-D5):D1代表高压-超高压变质岩中-晚三叠世同碰撞早期折返过程;D2表征了高压-超高压变质岩晚三叠世同碰撞晚期折返过程;D3记录了早白垩世中大别变质核杂岩的形成,也即整个中国东部晚中生代大规模伸展构造在研究区的表现;D4可能标志着郯庐断裂走滑构造对高压-超高压造山带的叠加;D5表现为脆性正断作用,控制了晚白垩世-古近纪潜山半地堑盆地的形成。这些结果表明了研究区所经历构造演化的复杂性,其构造几何形态很难用郯庐断裂左行平移南大别超高压变质岩来解释,也不支持桐城地区存在巨大走滑作用的证据。

林伟1, 冀文斌1, 石永红2, 李秋立1, 王清晨1
1. 岩石圈演化国家重点实验室, 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;
2. 合肥工业大学资源和环境工程学院, 合肥 230009
2015-08-26 收稿, 2015-11-03 改回.
基金项目: 本文受国家自然科学基金项目(41225009、41472193、41273070、41202079)和国家科技重大专项项目(2011ZX05008-001)联合资助.
第一作者简介: 林伟,男,1968年生,构造地质学专业,长期从事造山带及其相关韧性变形的构造解析工作

1 引言
郯庐断裂带是我国东部一条NNE向延伸的巨型断裂体系(图 1a)。长期以来,它的形成和演化过程一直是国内外研究的热点。郯庐断裂带自被发现以来,大量的研究累积了丰富的构造地质学资料和年代学数据(徐嘉炜,1980; Xu et al., 1987; 徐嘉炜和马国锋,1992; Xu and Zhu, 1994; 朱光等, 2001a,b,2004a,b,c,2005a,b,2006a,b,2009; 万天丰和朱鸿,1996; 万天丰等,1996; 陈宣华等,2000; 王小凤等,2000; 汤加富和许卫,2002; 宋传中等,2003; Zhang et al., 2003,2007; 王勇生等, 2005,2006; Zhu et al., 2005,2009,2010; Wang,2006; 侯明金等,2007; 吴根耀等,2007; Mercier et al., 2007; Vergély et al., 2007; 张岳桥和董树文,2008; Wang and Zhou, 2009)。虽然绝大多数学者认为郯庐断裂在中生代存在规模巨大的左行平移活动,但仍然有少数的研究者对此持有不同的看法(Mattauer et al., 1991; 邢历生等,1995; 汤加富和许卫,2002; Faure et al., 1999; 李三忠等,2009; Lin et al., 2005c,2009)。目前的研究倾向于郯庐断裂在早中生代(印支期)和晚中生代(燕山晚期,晚侏罗-早白垩世)发生过两次左旋走滑事件。前者被认为源于三叠纪华北与扬子板块的碰撞拼合过程,不同的学者从不同的角度提出了诸如转换断层(Okay and engör,1992; 朱光等, 2004b,c,2005a,2009; Zhu et al., 2009)、碰撞嵌入(Yin and Nie, 1993)、地壳拆离解耦(Li,1994)、枢纽断层(Chang,1996)、旋转拼合或斜向汇聚边界(Lin and Fuller, 1990; Gilder et al., 1999; 肖文交等,2000; Zhang et al., 2007; 赵田等,2014)等模式。作为后者的晚中生代左旋走滑作用最为明显且被人们广泛讨论,其构造背景被认为与古太平洋板块向欧亚大陆之下的俯冲并致使郯庐断裂在斜向挤压应力背景下产生左行压纽性平移运动(Xu et al., 1987; 王小凤等,2000; 朱光等, 2001b,2002,2004a,2005b; Zhu et al., 2005,2010; 吴根耀等,2007)。位于郯庐断裂带南段的桐城地区被认为是郯庐断裂韧性走滑剪切变形发育最明显和典型的地区之一(朱光等, 2001b,2004b,c,2006b; Zhu et al., 2005,2009; Wang,2006; 王勇生等, 2005,2006)。因此,桐城地区的构造学研究是认识郯庐断裂带构造特征及其性质的关键。

图 1
Fig. 1
图 1 桐城地区地质构造图(据Lin et al., 2009修改)

Fig. 1 Geological and structural map of the Tongcheng area(modified after Lin et al., 2009)

2 地质背景
桐城地体位于大别山高压-超高压造山带的东北缘,在区域上属于大别山和肥东-张八岭地体的连接地带(图 1b)。通过我们对大别山构造几何学、运动学的研究,总体上大别变质地体可以由北向南分为三个构造单元:北部的北淮阳构造带、中部的大别山变质核杂岩、南部从中三叠世沉积盖层到含金刚石或柯石英榴辉岩的超高压岩石单元(图 1b,Faure et al., 1999; 冀文斌等,2011)。桐城地体位于中大别变质核杂岩的东部,SE倾的脆性正断层、花岗岩侵入体及断续分布的糜棱岩带将二者分开,东部掩于晚白垩世-古近纪伸展成因的潜山盆地之下(图 1)。在挂镇附近,白垩纪的火山岩及向SE缓倾的陆相粗碎屑沉积不整合地覆盖在桐城地体变质岩之上,控制沉积盆地的向NW陡倾的边界正断层位于其东侧(图 1、图 2D)。在空间展布上,桐城地体东缘片麻岩的面理区域走向N或NE,与其西侧中大别穹隆北部总体NW-SE向的片麻理似乎并不十分协调,这被认为是郯庐断裂走滑剪切过程中被动牵引弯曲的结果(朱光等, 2001b,2004b,c; 王勇生等,2005)。自从桐城地区发现榴辉岩以来,最初的研究将桐城地体归属于南大别超高压变质地体的北东分支(Cong et al., 1994)。自魏春景等(1998)报道在桐城南部江岭地区的榴辉岩经历过超高压变质作用,桐城地体的岩石学和构造学研究才随后引起了大家的重视(吴维平等,2000; 石永红等, 2006,2008; Lin et al., 2009)。传统认为桐城地体的成因是郯庐断裂走滑作用将南大别超高压变质岩平移至此,因而大别山东缘也自然成为研究郯庐断裂构造演化的热点靶区(侯明金等,2007; Mercier et al., 2007; Vergély et al., 2007; 朱光等, 2001b,2004b,c,2009; Zhu et al., 2005,2009; 王勇生等, 2005,2006)。然而,在空间展布上,桐城地体区域片麻理主体倾向NE或SW,与其西侧中大别穹隆东部总体具有SE倾向片麻理似乎并不十分协调(图 1)。同时我们通过对桐城地体榴辉岩矿物组成和温压条件的研究表明这些榴辉岩并非全部为超高压榴辉岩,其主体具有从低温高压至中温高压榴辉岩的特点(石永红等, 2006,2008; Lin et al., 2009)。桐城地区的构造解析工作及中大别早白垩世变质核杂岩的确定,使我们对桐城地体西部NE-SW走向面理的成因给出了不同于走滑作用的解释(Lin et al., 2009,2015; 冀文斌等,2011; 林伟等,2013)。本文在前期构造学和相关岩石学研究的基础上,结合近年来详细的野外构造观察和室内相关工作,重新对桐城地体成因的构造背景及其对郯庐断裂的制约进行了探讨。

图 2
Fig. 2
图 2 桐城地体具有不同峰期变质条件的构造岩片剖面图(剖面位置见图 1,据Lin et al., 2009修改)

Fig. 2 Cross-sections through the Tongcheng massif containing HP-UHP slices with different peak metamorphic conditions(locations see Fig. 1,modified after Lin et al., 2009)

3 桐城地体变质特征与几何学特点
桐城地体展布面积约300km2,主要由变质表壳岩以及含绿帘石的石榴二长花岗片麻岩、石榴云母斜长片麻岩组成(图 1)。变质表壳岩主要为石榴黑云母片岩和少量的石榴二云母片岩,其中含有榴辉岩、斜长角闪岩,局部可见些许的混合岩化现象。榴辉岩主要呈透镜状或布丁状,少数呈似层状包含于变质表壳岩及石榴二长花岗片麻岩中。近年来,详细的岩石学和构造学研究工作表明:桐城地体的总体几何形态表现为具有弱NE极性的不对称复式向形构造,其由一系列向E-SE中-低角度(20°~50°)缓倾的面理叠加在早期NW-SE走向面理之上的堆叠岩片构成,并记录了大别山构造演化过程中的多期变形事件。桐城地体次一级构造单元划分具三分性的特点,从空间上可以分为下-中-上三个单元(图 2)。变质条件从下到上依次:超高压变质作用、中温-高压变质作用和低温-高压变质作用。岩石学的研究结果同构造几何形态的匹配十分契合。

3.1 下部单元
下部单元出露在桐城地体南部源潭铺以南地区,总体上由含榴辉岩的花岗片麻岩和副片麻岩组成,其构成南大别超高压变质地体的东北部(图 1)。榴辉岩、硬玉石英岩、超镁铁质岩和大理岩以团块状、透镜状、布丁状和层状展布其中。柯石英及柯石英假象的存在说明了下部单元经历了超高压变质作用(石永红等,2006; Lin et al., 2009)。下部单元的构造几何特征总体上表现为WNW-ESE走向的背形构造(图 2A)。花岗片麻岩和副片麻岩中发育的面理以30°~50°的中等角度倾向SW或NE,区域面理上间或发育定向多硅白云母、石英甚至绿辉石所指示的NNE-SSW向矿物拉伸线理(图 3b)。靠近单元西部更广大的范围内NE-SW走向并向SE中等或缓倾的面理发育,而其线理组成除了高压-超高压稳定矿物外还发育有冻蓝闪石,指示了稍晚一期构造变形的叠加(图 2B、图 3b)。这期稍晚的构造变形在南大别超高压单元广泛存在,被解释为超高压变质岩石折返过程的主期变形记录(Faure et al., 1999,2003; Lin et al., 2007,2009)。本次研究通过从源潭铺以西采集的榴辉岩样品TC34-3和TC34-4进行温压条件的计算。通常这些榴辉岩由30%~50%的石榴石、30%~40%绿辉石、5%多硅白云母、1%~3%的金红石和1%~5%蓝晶石所组成;同时含有或多或少的冻蓝闪石、绿帘石、钠云母、钠长石、透辉石、韭闪石,镁质闪石、黑云母和石英。平衡矿物温压计算表明下部单元经历了超高压变质作用,其变质温压条件为590~651℃和3.21~3.31GPa(图 4A; Lin et al., 2009)。

图 3
Fig. 3
图 3 桐城地体不同构造单元构造要素的统计结果(均为施密特网等面积下半球投影)

Fig. 3 Structural elements of the Tongcheng Massif(all diagrams are equiareal Schmidt net,lower hemisphere projection)



图 4
Fig. 4
图 4 桐城地区三个地质单元的榴辉岩变质峰期温压条件

(A)桐城地区三个不同变质单元榴辉岩的峰期变质P-T条件其及与其它榴辉岩(Carswell et al., 1997; Schmid et al., 2000; Ravna and Terry, 2004; Rolfo et al., 2004)峰期变质P-T条件比较投影图(据Lin et al., 2009修改);(B)桐城地区沿剖面A(见图 2)三个不同变质单元的温度压力图解:(a)地质剖面;(b)温度变化图;(c)压力变化图(据Lin et al., 2009修改)

Fig. 4 Peak metamorphic P-T condition of eclogites from the three units of Tongcheng massif

(A)peak metamorphic P-T values of eclogites from the three units, and other peak P-T values from different authors(Carswell et al., 1997; Schmid et al., 2000; Ravna and Terry, 2004; Rolfo et al., 2004)for comparison(modified after Lin et al., 2009);(B)peak P-T values of eclogites from the three units projected along the profile A(see Fig. 2):(a)geological profile;(b)variation of peak temperatures;(c)variation of peak pressures(modified after Lin et al., 2009)

3.2 中部单元
在源潭铺镇西部,下部单元和中部单元被倾向NE倾角30°~50°的强变形带所分隔(图 1、图 2A)。中部单元总体上是由一系列褶皱所形成的向形和背形构造组成;在陶冲镇的西部,上部单元构成了向形构造。野外详细的面理测量表明向N或NE倾的面理产状较陡,而向S或SW倾的面理较缓(图 2A)。在这些具有NE极性的褶皱面理上发育最为明显的是NNE-SSW向矿物拉伸线理(图 3c)。其构成中部单元最为典型的线性构造。如同下部单元,中部单元这期线性构造同样被后期具有SE倾向的面理及NW-SE向线理所改造(图 2C-E、图 3d)。在中部单元,榴辉岩呈条带状、透镜状或布丁状赋存于长英质的片麻岩之中,其矿物组合为石榴石(30%~40%)、绿辉石(20%~30%)、多硅白云母(5%~10%)、金红石(1%~5%)和蓝晶石(1%~5%),同时含有少量的冻蓝闪石、钠云母、绿帘石、钠长石、透辉石、韭闪石,镁质闪石、黑云母和石英。中部单元所采集的四个样品(TC02、TC04、TC16和TC25)在矿物平衡下温压计算表明这些榴辉岩具有中温-高压的特点:温度在500~565℃之间,压力范围为2.46~2.64GPa(图 4A; Lin et al., 2009)。
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