庐山变质核杂岩拆离滑脱带的构造过程及其形成时代研究

摘要

变质核杂岩的发育是岩石圈减薄过程的深部地质作用的浅表响应。庐山变质核杂岩处于华南板块北缘，多期叠加强烈，各期变形有别，是研究华南岩石圈构造转换、深部地质过程与动力学机制的极佳场所。拆离断层是变质核杂岩最重要的构造要素，对拆离带的研究能揭示变质核杂岩从深部到浅部的连续变形和演化，有助于深化对区域性伸展过程的认识。
　　庐山地区发育典型的变质核杂岩构造，NNE-SSW向延伸。本文首次发现其东侧拆离带，所以庐山变质核杂岩的拆离带可分为东、西两部分，表现为NW-SE向的区域拉伸。东侧拆离带倾向SE，上盘向SE滑脱，保留了糜棱岩带和构造片岩带，并发育混合岩带及一系列长英质脉及伟晶岩脉。西侧拆离带往往由一系列多层次、多强度、多规模的拆离面构成，由西北-西-西南方向倾向变化为NW-W-SW，可分为糜棱岩带、构造片岩带、角砾岩带，发育混合岩带，上部还存在一个强变形的固态流变构造带。主拆离滑脱面的变质变形最强，滑动距离最大，反映出伸展作用沿主拆离滑脱面递进变形的垂向分层特征。
　　庐山地区还出露一系列左行走滑韧性剪切带，以东侧的星子断裂和西侧的莲花断裂为代表，走向NNE，推测为近S-N向区域挤压的产物。星子断裂处于庐山变质核杂岩的东侧边缘，接近东侧拆离带，走向约30°，多发育长英质脉，剪切带多处被晚期的伸展滑脱岩层所切割。莲花断裂处于庐山变质核杂岩中间韧性流变层与沉积盖层的分界线处，走向约40°，多发育石英脉，是在脆性变形域的基础上形成的韧性剪切流变。两条主干断裂间发育一系列的小型走滑韧性剪切带和多个NE走向的褶皱构造，为同期变形所致。
　　角闪石全铝压力计、角闪石-斜长石温度计及角闪石单矿物温压计联合计算，得到西侧拆离带内的糜棱状斜长角闪片岩的变质温度为583～718℃，变质压力为0.58～0.72GPa;白云母Ti温度计对西侧拆离带内变泥质千糜岩的变质温度进行估算，得到636～713℃的变质温度;利用黑云母Ti温度计，测试了东侧拆离带内构造片岩及糜棱岩化的长英质脉体的变质温度为617～706℃。指示庐山变质核杂岩拆离带形成初期达到了中-高角闪岩相的变质相环境，埋藏深度较大，且西侧拆离带内的岩石普遍绿泥石化，为伸展后期发生广泛退变质作用的产物。二长石温度计估算星子断裂内长英质糜棱岩的变质温度约为490～549℃，处于绿帘角闪岩相-角闪岩相的变质范围，对比莲花断裂的宏观及显微构造特征，表明东侧星子断裂的形成温度高于西侧莲花断裂。
　　显微构造特征指示东侧拆离带的变形温度分为500～580℃和580～700℃，反映其在伸展运动中由地壳深部向浅部抬升的过程，而西侧拆离带内糜棱岩的重结晶作用普遍较高，发生静态恢复。星子断裂的变形温度约为500～530℃，莲花断裂的变形温度小于500℃，约在400～500℃间。分维几何分析显示，东、西拆离带内样品的分维数为1.081～1.132，指示变形温度约为600～720℃，与显微构造特征相吻合，走滑剪切带内的分维数为1.143和1.147，反映其变形温度在550～600℃间，稍高于显微构造特征反映的变形温度。另外，拆离带及走滑带内岩石变形的差异应力范围为30.8～49.3MPa，拆离带岩石变形的应变速率为1.1×10-10～3.1×10-11，属于低应变速率条件，而走滑带的应变速率更低，达到10-12的数量级。
　　岩石有限应变测量显示庐山北侧各构造部位岩石的付林指数在0.76～5.44之间，应变强度在1.52～4.12之间，应变椭球体属于单轴雪茄型，单轴拉伸作用较垂向共轴组分更大。还反映出拆离带处的岩石应变强度更大，且东侧拆离带大于西侧拆离带，其次是位于近拆离带的韧性流变层，位于沉积盖层的岩石应变强度最小，验证了岩石变质变形的宏观特征。
　　对拆离带及韧性走滑带内的变质岩、脉体及侵位岩体的锆石U-Pb定年及单矿物Ar-Ar定年，结合前人研究成果，基本限定了庐山地区晚中生代的构造演化序列:a)162～150Ma期间，庐山地区处于挤压应力场控制的左行韧性走滑活动时期;b）庐山变质核杂岩主拆离带的伸展启动时间在150～140Ma之间，是挤压应力向伸展应力的转换时期，核部杂岩开始相对抬升;c）140～135M期间，东侧拆离带在西侧拆离带的基础上改造形成，之后为庐山变质核杂岩持续的伸展隆升阶段;d）庐山变质核杂岩在140～114Ma间处于伸展活动，但并不确定伸展活动的结束时间，期间伴随的强烈同构造岩浆侵位集中于133～123Ma之间，庐山山体发生快速隆升，庐山变质核杂岩的基本形态形成;e）伸展后期韧性域转为脆性域，持续到约95Ma，为弱伸展作用下的均衡隆升阶段。
　　运动学涡度、有限应变测量以及年代学的综合研究表明庐山变质核杂岩拆离带的水平主动伸展作用较垂向岩浆底侵作用更强，岩浆活动总体上滞后于伸展拆离，伸展作用控制岩浆活动，而岩浆的上升侵位使变质核杂岩快速隆升，又进一步加强了伸展作用。而且，根据年代学及运动学研究，推测庐山变质核杂岩的西侧拆离带是原始拆离带(150～140Ma)，而地壳不均匀减薄时的均衡调节产生底辟作用和褶皱作用，使得西侧主拆离带的上段发生弯曲并形成与之倾向相反的次级拆离带——东侧拆离带(140～135Ma)，原始拆离带在东侧已基本被剥蚀。庐山变质核杂岩拆离带发展初期的基本结构是由拆离带的主动伸展和褶皱作用控制的，强烈的岩浆活动促进和推动这一基本结构的最终定型。
　　本次工作以中晚侏罗世的走滑构造系统为辅，以早白垩世的伸展构造系统为主，共同构成了庐山地区晚中生代的构造格架，伸展构造是在走滑构造基础上的改造与叠加。早期走滑剪切受控于古太平洋板块的俯冲碰撞产生的挤压应力场，是早中生代古特提斯构造体制向太平洋构造体制转换的产物，晚期变质核杂岩是始于早白垩世初期的华南岩石圈伸展减薄的产物，加厚岩石圈根的重力垮塌引起的拆沉作用使区域性的挤压应力场转变为伸展应力场，软流圈地幔物质上涌，诱发了地壳浅层的变质核杂岩等伸展构造以及大规模的岩浆活动，受控于古太平洋板块俯冲的弧后拉张背景。庐山变质核杂岩NW-SE的伸展方向与整个晚中生代中国东部整体的伸展方向一致，其伸展活动启动的时间(150～140Ma)为华南岩石圈的减薄下限提供年代学约束。根据华南地区伸展与岩浆活动的年代学统计，判断华南岩石圈伸展减薄的峰期约为140～120Ma。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 前言

1．1 选题依据及意义

1．2 研究内容、研究思路及课题来源

1．3 研究现状

1．3．1 变质核杂岩拆离带研究现状

1．3．2 庐山变质核杂岩研究现状

1．3．3 华南岩石圈减薄研究现状

1．4 存在问题

1．5 论文工作量及主要成果

第二章 区域地质概况

2．1 大地构造背景

2．2 研究区地质概况

2．2．1 区域地层

2．2．2 地质构造

2．2．3 岩浆岩

2．2．4 沉积盆地

2．3 庐山地区地质发展简史

第三章 庐山变质核杂岩的结构

3．1 沉积盖层

3．2 浅变质褶叠层

3．3 核部变质基底

3．4 应力场反演

第四章 韧性走滑时期的构造变形

4．1 走滑韧性剪切带的构造特征

4．1．1 几何学特征

4．1．2 运动学特征

4．1．3 形成温度估算

4．2 韧性走滑构造与郯庐断裂系的关系

4．3 走滑断层对庐山变质核杂岩形成的约束

第五章 庐山变质核杂岩期的构造变形

5．1 基底拆离带的构造特征

5．1．1 西侧拆离带的构造特征

5．1．2 东侧拆离带的厘定及构造特征

5．2 变质核杂岩的分布及年代学探讨

5．3 庐山变质核杂岩的动力学背景

5．4 拆离带构造层次与对称性

5．5 拆离滑脱带的变质变形环境

5．5．1 东侧拆离带的显微构造温度估算

5．5．2 分维几何分析

5．5．3 拆离带的变质作用P-T条件

5．5．4 岩石有限应变测量

5．5．5 拆离带形成温压条件与变质相

5．6 变质核杂岩拆离带的发展模式探讨

5．6．1 伸展与岩浆的关系

5．6．2 拆离断层的几何形态分类

5．6．3 庐山变质核杂岩基底拆离带的发展模式

第六章 走滑期与伸展期的构造转换分析

6．1 同位素年代学研究

6．1．1 样品的制备与年代学分析方法

6．1．2 韧性走滑构造的年代学研究

6．1．3 伸展构造的年代学研究

6．1．4 岩浆活动的年代学研究

6．1．5 40Ar／39Ar热年代学研究

6．1．6 年代学研究意义

6．2 走滑时期构造属性讨论

6．3 伸展时期构造属性讨论

6．4 庐山地区的构造演化对华南岩石圈减薄的指示

6．5 两期构造性质转换的动力学背景

6．6 庐山变质核杂岩构造区中生代的构造演化模式

第七章 结论

参考文献

附录

攻读博士学位期间的学术活动及成果情况