变质核杂岩研究的新进展_颜丹平

第16卷　第3期1997年 9月
地质科技情报
Geolo gical Science and Techno logy Info rmatio n
Vol.16　No.3
Sep.　1997变质核杂岩研究的新进展①
颜丹平
(中国地质大学地质矿产系,北京,100083)
摘　要　从三个方面综述了变质核杂岩研究的新进展:①通过研究基底滑脱带与盖层脆性断层的产状变化,
认为递进变形中基底滑脱带原始产状可能是水平的,而上盘盖层中脆性正断层的产状从高角度开始变化;②变
质核杂岩的形成与热异常和岩浆活动及由此引起的伸展作用具有密切的成因关系;③变质核杂岩可以形成于
不同的区域构造背景下。

关键词　变质核杂岩　伸展构造　剥离断层　新进展
变质核杂岩(metam orphic core com eplex)是由Crittenden〔1〕在研究美国西部科迪勒拉伸展构造基础上提出的,主要指从破裂和伸展的上地壳岩石下被拉出来的、位于大规模缓倾的正断层之下的由中下地壳岩石组成的地质体〔2〕。

同构造侵入岩的同位素年龄表明,科迪勒拉变质核杂岩的成型时间为第三纪(55Ma～15Ma),晚于前陆褶皱冲断带的拉拉米期而早于盆岭区新生代的高角度正断层作用期,据此Lister t等〔2〕曾强调变质核杂岩的成型时间应为新生代第三纪。

但随着越来越多的变质核杂岩被发现,人们已认识到变质核杂岩的形成时代可以是多样的。

如中条山变质核杂岩(1677Ma,γ2)〔3,4〕形成于元古代;根据同构造期岩浆活动的时代判断,我国北京房山、云蒙山和扬子地台西缘的变质核杂岩带以及亚干变质核杂岩等的年龄为(135～250)M a,为印支—燕山期所形成。

这类较老的变质核杂岩除在构造上与科迪勒拉变质核杂岩相似外,突出表现为伸展剥离时代老,形成后又经受了后期构造的叠加改造,使其构造面貌更为复杂。

相反,对扩张洋脊和海盆的伸展构造研究,直接观察到了一些新近形成或正在形成的变质核杂岩。

如所罗门海Woo dlark盆地扩张中心西端的D Entrecastea nx岛变质核杂岩,现今正在活动,其伸展始于晚新世,为渐新世碰撞事件之后体制转化所致〔5,6〕;现今正在扩张的洋脊被认为是具全球规模的伸展区域,为伸展动力学和变质核杂岩的成因提供了直接的证据,因而受到人们的重视,如Reykjanes海岭为冰岛热点附近缓慢扩张的洋壳,其核部是由火山岩为主组成的(正在形成的)岩浆杂岩〔7～10〕。

可见,变质核杂岩的形成时代可以是新生代、中生代、古生代乃至前寒武纪各个构造阶段。

目前对变质核杂岩的研究主要在基底滑脱带与盖层脆性断层产状变化、变质核杂岩形成与深部热异常、岩浆活动、造山带和区域构造等的关系方面进行了深入和全面的研究。

①地矿部“八五”科技攻关项目(85-01-005-01)部分成果
第一作者简介:颜丹平,男,1964年9月生,讲师,主要从事构造地质学研究工作
收稿日期:1996-11-04 修改稿收到日期:1997-06-20 编辑:黄秉艳
1　基底滑脱带和盖层脆性断层的产状变化
近年来,对变质核杂岩变形构造特征的研究特别强调了基底滑脱带及上盘脆性正断层在递进变形中的几何型式和运动学特征。

从研究科迪勒拉变质核杂岩开始,人们首先就认识到了变质核杂岩的穹隆状或长垣状形态。

其顶部均为韧性剪切带所围限,被称为韧性剥离断层(denudational fault)〔11,12〕或低角度拆离断层(lo w angle detachment fault)〔13～16〕。

对其性质、特点的研究,目前人们认识比较一致,但在以下几方面还存在不同的认识:①韧性剪切带的宽度以及它与其上韧性流变层的关系;②是单剪还是纯剪;③韧性剪切带的初始产状。

Carmig nani等于1990年研究北亚平宁陆壳伸展体制后提出,上地壳(0km～8km)是由脆性变形构造和地堑系组成,其根部以铲形正断层汇入拆离地带,由变质岩块组成的透镜体沿狭窄的网状韧性剪切带向着不同方向滑移开去,其变形以纯剪切作用为主;下地壳(10km～20km)由于简单剪切作用而变薄。

这一模式也同样适应于北美盆岭区和其它地区,与Wer-nicke〔17〕的中地壳流壳层(fluid crust layer)补偿模式是十分类似的。

所以这种变形方式能较好地表示变质核杂岩的早期演化形式。

Reston通过对英国周围海域深部地震剖面的研究所建立的深部反射剖面模式(图1),较好地解释了地壳各层圈之间及与地幔间变形运动的差异及原因〔18〕。

图中上地壳和上地幔顶部的伸展量是不同的,因此在它们之间的下地壳部分产生了一强烈的剪切应变,包括大量的单剪和部分纯剪,可见这一剪切带即为上地幔和上地壳间运动的拆离带(decoupling)。

图1　苏格兰西北上地幔的深部反射剖面的模式图〔18〕
(据邵济安转引自Reston,1993)　噪声区
Fig.1　M od el of deep reflection section of upper man tle of Northw es t Scoltland
(Form Res ton,1993)
　图2　向上翻转的分离带(B)变形和变质核杂岩(M C)的滚动铰链模式的连续横剖面〔18〕　F ig.2　Section of rolling -hinge model for deformation of up ov er rolling parting -belt (B )and metamo rphic core complexes (M C )
显然,问题的焦点集中在低角度滑脱
面上。

关于滑脱面的形成,一种观点认为其
起始与低角度活动有关〔19～21〕,这能较好地
解释韧性变形的形成过程;另一种观点则
认为,它们最初是以相对高角度活动的,在
后来的变形过程中逐渐形成了低角度的滑
脱面〔22,23〕,这与Anderson 断层形成模式是
相符合的,对盖层脆性域断层形成机制可
以给予合理解释。

Barley 等〔24〕在研究南加
利福尼亚中部Mo jare 变质核杂岩时,证实
了后一种观点,即在伸展构造的形成过程
中,构造剥蚀作用导致下盘均衡抬升,在接
近地表时发生弹性弯曲(图2),弯曲的凸面
必遭拉伸作用,而凹面遭受挤压作用并发
生破裂,因此在正断层不断抬升过程中,主
断面便因承袭了这些局部缩短而发生的新
的破裂面,形成一个比一个更平缓的断面,
最终在地表形成一系列低角度拆离断层,
通过基底平缓的滑脱面与深部高角度断层
相连。

显然,低角度滑脱面与拆离断层的形成是与拉伸地块弯曲破裂有关,Bartley
等〔24〕便称之为滚动铰链(枢纽)模式(rolling -hing e model )。

从变形力学机制分析,在脆性变形域中,正断层形成时应是较高角度的;而在韧性变性域中,由于变形时物质是以固态流变形式运动的,遵守流变学准则,变形时保持一定的连贯性(形成透入性构造),因而原始就应是低角度的,而且在相继的变形过程中按照图2的模式改造了脆性域的断层产状。

2　变质核杂岩的形成与热异常及岩浆活动
变质核杂岩在空间分布上最主要的特征几乎无一例外地与岩浆岩有着密切的联系,这很可能表示了变质核杂岩成因上的某些重要线索。

宋鸿林〔25〕的研究表明,我国板内发育的一些变质核杂岩,如房山、云蒙山等,其中上元古界及下古生界岩石的强烈流变带仅分布在变质核杂岩周围的数十公里范围内。

据最近对房山变质核杂岩的深入研究表明,其变形和变质矿物对的变形温度可达(250～500)℃〔12〕
,其固态流变构造从变质核杂岩向外,从北向西南呈半同心圆状分布,进而依据下马岭组中的蓝晶石—十字石热变质带的形成温度(550℃～600℃)及其上覆最大地层厚度估算,当时的地温梯度达(22～39)℃/km,而且在空间上与韧性流变构造的分布相一致,说明固态流变构造及伸展作用是古热异常及热异常引起的岩浆活动的产物。

川西江浪变质核杂岩(图3)形成时(P 2)的温度也达(300～360)℃,后期热变质温度高达(550～620)℃,但从构造地层柱看,当时的变质层位并未处于相应的深度(10km ～15km ),而
图3　川西地区变质核杂岩分布及区域构造分区略图 Fig .3　Dis tribution map of metamo rphic core complex rock and units of tectonics in W es t Sich uan Province 1.变质核杂岩;2.彭—灌杂岩;3.震旦系—古生界(褶叠层);4.三叠系西康群;5.花岗岩体;6.三叠纪岛弧钙碱性火山岩;7.逆冲推覆断层;8.走滑断层;CC.碰撞结合带;YA.义敦岛弧带;S G.松潘—甘孜造山带;M C.变质核杂岩体;FT .前陆逆冲推覆带;YC .扬子地台变质核杂岩名称:a .摩天岭;b .桥子顶;c .雪隆包;d .雅斯德;e .格宗;f .公差;g .踏卡;h .江浪;i .长枪;j .恰斯;k.田湾;l.三垭;m.瓦厂;n.唐央仅为数公里。

而丹巴公差和格
宗等变质核杂岩(图3)的隆升
和出露主要是由于造山作用
后期(印支末期)岩石圈热异
常引起的热隆伸展和滞后热
隆伸展作用所致(许志琴等,
1992),因此,变质核杂岩的形
成与热异常有关,这是由于岩
石局部重熔或热流引起的。

前述D Entreca steanx 岛
变质核杂岩〔5,6〕的特点是核部
广泛出露花岗闪长岩侵入体,
并占变质核杂岩出露面积的
30%～40%。

早期花岗闪长岩
(3.5Ma ～ 4.0Ma )受到糜棱
岩化,晚期的(2.1Ma )并未受
到普遍的韧性变形,表明为同
构造侵入岩体,它与导致高级
变质岩出露的隆升和揭顶作
用密切相关;正在扩张的洋脊
是具全球规模的伸展区域,这
些地区的拉伸核部也主要由
火山岩和各类下地壳岩石组
成,如Reykjanes 海岭核部全
部是由火山岩为主组成的(正
在形成的)岩浆杂岩〔7～10〕,其
扩张的海岭外围主要由断层
构造组成,在靠近海岭中轴带的脊部,即岩浆杂岩发育处及外围,断层走向及断距强烈变化。

这进一步说明了热流和岩浆及由此引起的区域伸展和中下地壳上隆之间具有成因联系。

3　变质核杂岩形成的区域构造背景
近年来,变质核杂岩的研究已从单个变质核杂岩的变形变质作用分析转为注重变质核杂岩群(带)的产出和形成的大地构造背景研究,并着重阐明多个变质核杂岩之间的构造关系,进而探讨其形成和出露的动力学机制。

Davis 等〔19〕,Coney 〔26〕和Crittenden 〔27〕通过对科迪勒拉变质核杂岩带的研究,发现其位于
北美克拉通西缘的大陆斜坡深部,相当于冒地斜的中心。

从形成时代看,其形成于拉拉米造山作用之后,应与造山后的伸展作用有关;希腊的晚中新世Cyclades 群岛变质核杂岩位于Apu-
lian 板块与欧亚板块间俯冲带的弧后扩张带〔28〕,与由俯冲造山引起的扩张有着密切的联系。

我国扬子地台西缘的江浪及丹巴等变质核杂岩带位于大陆斜坡的冒地斜带(图3),与科
迪勒拉变质核杂岩带构造的位置类似,进一步的研究表明,既有造山前伸展作用所形成的以江浪为代表的变质核杂岩,也有造山后区域热隆伸展形成的以丹巴公差和格宗等为代表的变质核杂岩(图3)。

在扬子地台北缘的秦岭—大别造山带中的类似部位,也发现有早期的伸展构造和变质核杂岩〔29〕。

前述D Entrecasteanx岛变质核杂岩则位于Woodlark盆地海底扩张系之西端;洋脊拉张形成的具类似于变质核杂岩性质的,被称之为岩浆杂岩的构造,则完全位于一个主体为扩张的全球性构造体系之中。

此外,还有一类变质核杂岩则明显位于板块内部,如北京云蒙山、房山;河北阜平、赞皇及山西中条山等。

它们形成于地台内部活化的盆岭区内,是在不稳定地质背景下形成的,一般说来岩石圈高热流值和热异常是其重要特征,伴随有较大规模的岩浆活动,出露地表后,形成明显的地形高差。

可见,从构造位置看虽然大多数变质核杂岩,与造山带及造山作用关系密切,但却并非造山作用的直接产物,而是由与造山作用具成因联系的区域伸展作用形成的,进一步全面研究可以看出,包括与造山带并无成因联系的变质核杂岩,都是热异常及由此引起的岩浆活动的结果。

关于变质核杂岩的形成机制,其关键在于变质核杂岩是如何出露地表的?Lister等〔2〕用多世代滑脱构造模式进行了解释(图4),此后,在此基础上的纯剪模式、单剪模式和多层滑脱模式等,但其基本思想是伸展导致地壳减薄和地幔上隆,最后中下地壳表露。

但这一模式只强调了事物的一个方面;其另一方面是,在地幔上隆的同时,根据地壳均衡原则,上地壳则变薄下陷,并接受沉积。

因此,这一过程只是使变质核杂岩接近地表,而不可能导致其出露地表,更不可能形成地貌上的高山。

〔2〕
图4　多世代滑脱断层与变质核杂岩构造模式
Fig.4　Tectonic pattern of d etachment faults of mu lti-gen eration s and metarmophic complex rock 对一些较老的变质核杂岩的构造解析结果表明,伸展期后收缩和推覆可能是变质核杂岩最终定型的重要原因。

图3所示的扬子地台西缘变质核杂岩带分别位于向东和向南逆冲的龙门山—盐源前陆逆冲带的断坡上,是在早期伸展(热隆)基础上形成的,但后期收缩对其定型和改造具有重要影响,局部(丹巴公差和格宗)是造山期后热隆伸展的产物。

看来,变质核杂岩的形成和出露机制还是一个较复杂的过程,不同的构造背景下,可能具有前造山期的伸展作用、造山期的收缩和改造作用、局部的热异常和岩浆侵入及地壳均衡和剥蚀等一种或多种作用的综合原因,但热异常及由此引起的区域伸展作用似乎是其根本原因。

4　结　论
(1)变质核杂岩的演化过程是在一个相对开放的系统中进行的。

其基底韧性剪切带初始可能就是低角度的,在递进变形过程中使初始为较高角度的脆性正断层改造为低角度的。

(2)从空间分布看,变质核杂岩既可以是陆(板)内的,也可以是板缘的;从演化角度看,则既可以是造山作用之前形成的,也可以是造山作用之后形成,甚至还可以是造山过程中局部伸展作用所致。

(3)伸展作用只能造成变质核杂岩隆升并接近地表,但却不能导致其出露地表。

变质核杂岩出露地表与区域热异常及由此引起的区域伸展作用具有成因联系。

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NEW DEVELOPMENT IN THE RESEARCH OF META-MORPHIC CORE COMPLEXES
Yan Da nping
(Department of G eology and Mineral Resources,
China University of Ge osciences,Beijing,100083)
Abstract　The new dev elo pm ent o f metam orphic core complex study is summ arized in three sides:①From the study of occurrence changing of the denudatio nal fault and brittle norma l fault o f upper pla te,it is discovered that the denudatio nal faults of meta morphic co re com-plex es forming in different tim es may be o riginal flatlying,but the brittle normal faults of up-per pla te v aried fro m a hig h angle occurrence;②The forma tion of m etamo rphic core com plex-es is closely rela ted to the regio nal ex tensio n tectonics resulting from a mantle o rig ined g eo thermal anom aly and the activ e intrusiv e of mag ma;③Metamorphic co re com plexes mig ht be form ed in different tecto nic units and tecto nic ev olutio n stages.
Key words　m etamo rphic co re co mplex es,ex tension tectonics,denudatio nal fault,new dev el-o pment。