西天山那拉提-紅柳河縫合帶構(gòu)造組合樣式與變形分析

西天山那拉提-紅柳河縫合帶構(gòu)造組合樣式與變形分析

那拉提-紅柳河縫合帶是哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊和塔里木-華北板塊之間的構(gòu)造縫合帶。在西天山區(qū)，北緣為那拉提北緣的深斷裂（塔拉斯托納-布萊克-那拉提北緣的拉拉-登坂線），南緣為那拉提南緣的深斷裂（哈薩克斯坦-艾什-伊內(nèi)切克-尤布齊-南緣的科米什一線）。從宏觀上看，這是一個(gè)向北突出的拱形。東西方向的方向是從北到南，從東到東延伸到甘肅?？偟膩?lái)說(shuō)，它大約延伸1000公里（圖1）。紅柳河縫合帶形成于晚古生代，由于擠壓、切割和自身水平擠壓以及地殼中的強(qiáng)烈收縮，地殼受到擠壓、切割和變形的強(qiáng)烈收縮。帶內(nèi)及兩側(cè)前震旦紀(jì)基底巖系、陸地緣盆地沉積巖系和島拱形侵蝕巖系的強(qiáng)烈斷裂和脆弱變形，以及多時(shí)、多屬性、多規(guī)模、多層次變形。不同的科學(xué)家反復(fù)討論了該帶的結(jié)構(gòu)單元模式和變形機(jī)制，但不同的觀點(diǎn)是不同的。1組合構(gòu)造特征1.1造山帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)那拉提-紅柳河縫合帶主要構(gòu)造樣式為巨型韌-韌脆性擠壓-剪切構(gòu)造系統(tǒng),與線性高強(qiáng)應(yīng)變帶(應(yīng)變局部化帶)-韌性剪切帶相比,這種巨型韌-韌脆性擠壓-剪切構(gòu)造系統(tǒng)具尺度更大和韌性面理透入性更強(qiáng)特點(diǎn),以網(wǎng)結(jié)狀組構(gòu)的糜棱面理帶形式平行造山帶走向展布,邊界被同期形成的線性強(qiáng)應(yīng)變帶(深斷裂)所圍限,其形成機(jī)制歸結(jié)于轉(zhuǎn)換壓縮(壓剪)變形.轉(zhuǎn)換壓縮變形是板塊斜向碰撞的一種表現(xiàn),是擠壓變形與走向滑動(dòng)變形綜合圖象.西天山造山帶表現(xiàn)為垂直造山帶延長(zhǎng)方向發(fā)生縮短、增厚作用及平行造山帶延長(zhǎng)方向剪切變形,介于擠壓變形與走滑變形中間地位,主要構(gòu)造作用從垂直造山帶延長(zhǎng)方向擠壓變形開(kāi)始,至走滑變形結(jié)束,造山過(guò)程中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向逐漸變化,其幾何學(xué)特點(diǎn)見(jiàn)圖2.1.2斷裂構(gòu)造背景分析在拉提-紅柳河縫合帶內(nèi)與外拉提北緣晚斷裂走滑構(gòu)造系統(tǒng)是板塊會(huì)聚碰撞期轉(zhuǎn)換壓縮變形遞進(jìn)發(fā)展的產(chǎn)物,主要沿深斷裂及派生次級(jí)斷裂組合發(fā)育,是主造山期后均衡調(diào)整過(guò)程中重要構(gòu)造樣式,具由韌性走滑向韌脆性走滑漸變過(guò)渡特點(diǎn),后期繼承性活動(dòng)是其主要特色.那拉提-紅柳河縫合帶邊緣那拉提南北緣深斷裂在后碰撞期形成走滑斷裂系最典型,剖面上由一系列次級(jí)沖斷裂向上分叉撒開(kāi),構(gòu)成正花狀構(gòu)造(相當(dāng)于轉(zhuǎn)換壓縮變形中平行于Z軸的伸長(zhǎng)),各次級(jí)斷裂匯合部位為處于較深構(gòu)造層次以韌性走滑活動(dòng)為主,向上則逐漸過(guò)渡為韌脆性走滑活動(dòng)那拉提北緣深斷裂韌性剪切帶內(nèi)發(fā)育的近水平拉伸線理代表了其在后碰撞期左行走滑運(yùn)動(dòng)學(xué)特征.那拉提北緣深斷裂后碰撞期派生的次級(jí)斷裂在陸-陸疊覆造山期出現(xiàn)繼承性逆沖活動(dòng),與主斷裂構(gòu)成疊瓦狀逆沖構(gòu)造系(圖3).2地殼拉張作用志留紀(jì)形成的南天山洋殼向北俯沖閉合使原塔里木北部被動(dòng)大陸邊緣發(fā)生地殼拉張作用,其中陸緣部分被解體,構(gòu)成繼續(xù)向伊犁-伊賽克湖微板塊下俯沖的南天山微板塊3微觀構(gòu)造特征剪切帶內(nèi)以平面剪切應(yīng)變和塑性流動(dòng)為主,主要構(gòu)造形跡組合為:剪切面理(Sc面理和Ss面理)、拉伸線理、剪切流變褶皺(包括鞘褶皺)、小型韌性斷層、反向剪切條帶、剪切分層構(gòu)造、粘滯性石香腸構(gòu)造、構(gòu)造透鏡體化粗大線理、σ型長(zhǎng)石旋轉(zhuǎn)碎斑系等(圖4).剪切帶內(nèi)構(gòu)造巖顯微尺度多見(jiàn)σ型長(zhǎng)石旋轉(zhuǎn)碎斑系、石英多晶條帶S-C組構(gòu)、多米諾骨牌構(gòu)造、長(zhǎng)石碎斑帚狀構(gòu)造、石英魚(yú)構(gòu)造、石英拖尾構(gòu)造、壓力影構(gòu)造等.綜上宏觀與微觀剪切指向標(biāo)志,通過(guò)構(gòu)造解析進(jìn)行構(gòu)造形跡組合配套,認(rèn)為剪切帶構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征可歸納為3個(gè)主要階段:早期(也即主期)活動(dòng)以逆沖推覆型韌性剪切為主,運(yùn)動(dòng)學(xué)方向?yàn)樯媳P自SE向NW逆沖(略具右旋走滑分量);中期活動(dòng)以正向斜滑脆韌性剪切活動(dòng)為主,運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樯媳P自NE向SW滑落(略具右旋走滑分量);晚期活動(dòng)以韌脆性左旋走滑剪切為主,運(yùn)動(dòng)方向?yàn)槟媳P(上盤)自西向東或自SWW向NEE走滑.4微觀組構(gòu)特征那拉提-紅柳河縫合帶內(nèi)主要變形實(shí)體為前震旦紀(jì)基底巖系古元古代木札爾特巖群(火山巖建造)和志留紀(jì)混源序列同構(gòu)造侵入體,兩側(cè)陸緣盆地中上志留統(tǒng)(科克鐵克達(dá)坂組碎屑巖夾碳酸鹽巖建造和巴音布魯克組碎屑巖-碳酸鹽巖夾火山巖建造)亦卷入變形,上述巖系受同碰撞期韌性再造形成各類糜棱巖:包括各類糜棱巖化巖石、斜長(zhǎng)石英質(zhì)糜棱巖、綠簾長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖、石英二長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖、綠泥斜長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖、綠泥長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖、斜長(zhǎng)角閃質(zhì)糜棱巖(退變質(zhì)作用產(chǎn)物)、黑云斜長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖、石英方解質(zhì)糜棱巖、綠簾石英角閃二長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖、絹云長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖、石英二長(zhǎng)質(zhì)超糜棱巖、絹云長(zhǎng)英質(zhì)超糜棱巖及變晶糜棱巖等.顯微尺度觀察,石英大部分發(fā)生動(dòng)態(tài)重結(jié)晶作用,類型主要為亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶和顆粒邊界的嵌入式重結(jié)晶,局部發(fā)生靜態(tài)重結(jié)晶,波狀消光、亞顆粒、蠕英結(jié)構(gòu)明顯,偶見(jiàn)帶狀消光現(xiàn)象,石英多晶條帶S-C組構(gòu)發(fā)育,拖尾構(gòu)造局部發(fā)育.長(zhǎng)石廣泛發(fā)育機(jī)械雙晶、破裂紋,眼球狀長(zhǎng)石殘斑多見(jiàn),顯微尺度可見(jiàn)雙晶扭折彎曲等晶內(nèi)變形行為,長(zhǎng)石殘斑多發(fā)育壓力影、多米諾骨牌構(gòu)造及帚狀構(gòu)造等,偶見(jiàn)波狀消光等塑性變形行為.據(jù)相關(guān)學(xué)者研究判別標(biāo)準(zhǔn)5構(gòu)造動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)流變量的性能5.1左行剪切特征對(duì)那拉提-紅柳河縫合帶邊界深斷裂帶內(nèi)糜棱巖樣品的石英C軸巖組分析表明:那拉提北緣深斷裂阿登布拉克一帶,石英亞顆粒組構(gòu)以中溫菱柱面組構(gòu)為主,剪切溫度350℃~550℃,極密顯示左行剪切;那拉提北緣深斷裂拉爾敦達(dá)坂一帶,石英亞顆粒組構(gòu)以中溫菱面組構(gòu)為主,剪切溫度350℃~450℃,菱面滑移顯示左行剪切特征;那拉提南緣深斷裂瓊阿烏孜一帶,綠泥黑云石英二長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖石英亞顆粒組構(gòu)以中溫菱柱面組構(gòu)為主,剪切溫度350℃~450℃,極密顯示左行剪切,而重結(jié)晶長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖中除發(fā)育中溫菱面組構(gòu)外,還發(fā)育一組底面滑移的低溫底面C軸極密組構(gòu),剪切溫度小于350℃,剪切面與X軸夾角30°,剪切應(yīng)力值1.15,兩種組構(gòu)剪切方向均為左行由上述石英C軸組構(gòu)特征結(jié)合拉伸線理產(chǎn)狀分析(表1),那拉提-紅柳河縫合帶邊界深斷裂在同碰撞造山期轉(zhuǎn)換壓縮變形至碰撞后均衡調(diào)整過(guò)程中始終以左旋走滑的方式調(diào)節(jié)應(yīng)變,在構(gòu)造層次逐漸由韌性變形階段向韌脆性變形階段轉(zhuǎn)化過(guò)程中這一運(yùn)動(dòng)方式亦未發(fā)生改變.造山期轉(zhuǎn)換壓縮變形至碰撞后均衡調(diào)整過(guò)程中始終以左旋走滑的方式調(diào)節(jié)應(yīng)變,在構(gòu)造層次逐漸由韌性變形階段向韌脆性變形階段轉(zhuǎn)化過(guò)程中這一運(yùn)動(dòng)方式亦未發(fā)生改變.5.2構(gòu)造巖應(yīng)變速率估算古應(yīng)力值估算利用石英動(dòng)態(tài)重結(jié)晶晶粒大小估算穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過(guò)程中差異應(yīng)力值,二者滿足:σ-σ其中:A,m——常數(shù);以上說(shuō)明那拉提-紅柳河縫合帶在碰撞造山期所經(jīng)受的古差異應(yīng)力值為66.20~139.74MPa.一般深蝕韌性剪切變形帶以此法所得地殼差異應(yīng)力值為20~200MPa古應(yīng)變速率估算巖石在穩(wěn)態(tài)流變時(shí),應(yīng)變速率(ε)與差異應(yīng)力(Δσ)和溫度存在下列關(guān)系:由此推算平均應(yīng)變速率如下:T=425℃Δσ=66.20Ma時(shí),ε=6.27×10Δσ=139.74Ma時(shí),ε=5.90×10由此可見(jiàn),那拉提-紅柳河縫合帶內(nèi)部構(gòu)造巖平均應(yīng)變速率估算值為2.17×105.3有限變形分析本次有限應(yīng)變測(cè)量使用Rf/φ法5.4剪切變形時(shí)的wk渦度在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中主要用于應(yīng)變非共軸程度確定,本文采用定量化程度最高極摩爾圓法測(cè)定渦度值.在剪切變形中,完全為純剪切變形時(shí),Wk=0;完全為簡(jiǎn)單剪切變形時(shí),Wk=1.在通常剪切變形過(guò)程中,渦度值介于0和1,當(dāng)Wk=0.75時(shí)表示純剪切與簡(jiǎn)單剪切作用相等綜上所述,筆者認(rèn)為那拉提-紅柳河縫合帶中段(區(qū)域上弧形構(gòu)造的頂部)是塔里木板塊與準(zhǔn)噶爾板塊匯聚碰撞過(guò)程中擠壓應(yīng)力最集中部位,即中段為首撞點(diǎn),逐漸向東西兩側(cè)擴(kuò)展,擠壓應(yīng)力逐漸減弱,是兩大板塊在晚古生代早期斜向碰撞的佐證.縫合帶內(nèi)巖石變形形跡主要是轉(zhuǎn)換壓縮變形記錄,表明該帶主體形成于兩大板塊同碰撞期,是碰撞造山期構(gòu)造產(chǎn)物.5.5逆沖推覆動(dòng)力學(xué)分析結(jié)合前述構(gòu)造特征和區(qū)域地球動(dòng)力學(xué)背景分析,筆者認(rèn)為那拉提-紅柳河縫合帶早期活動(dòng)構(gòu)造背景為南天山洋殼俯沖閉合后,其上部塊體向伊犁-伊賽克湖微板塊上仰沖,總體為收縮機(jī)制下大規(guī)模韌性逆沖推覆活動(dòng),與同碰撞造山期相對(duì)應(yīng).碰撞造山結(jié)束后區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)松弛階段,碰撞造山帶伸展垮塌,沿縫合帶產(chǎn)生伸展機(jī)制下脆韌性正向斜滑剪切活動(dòng),后造山階段邊界深大斷裂大規(guī)模走滑,縫合帶內(nèi)出現(xiàn)同向韌脆性左旋走滑剪切活動(dòng)(圖6).6拉提-紅柳河縫合帶(1)那拉提-紅柳河縫合帶主要構(gòu)造樣式為巨型韌-韌脆性擠壓-剪切構(gòu)造系統(tǒng),后期遞進(jìn)變形為走滑構(gòu)造系統(tǒng),主導(dǎo)變形機(jī)制為中深層次的轉(zhuǎn)換壓縮變形,主變形期對(duì)應(yīng)于晚泥盆世至早石炭世初哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊伊犁-伊賽克湖微板塊與塔里木-華北板塊南天山微板塊間斜向陸陸碰撞.(2)那拉提-紅柳河縫合帶構(gòu)造幾何學(xué)上表現(xiàn)為網(wǎng)結(jié)狀組構(gòu),局部具平行線式陣列.宏觀上其中段強(qiáng)變形帶最發(fā)育,向東西兩端弱應(yīng)變域所占比重加大.(3)那拉提-紅柳河縫合帶構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)為:早期(主碰撞期)活動(dòng)以逆沖推覆型韌性剪切為主;中期(碰撞后期)以正向斜滑的脆韌性剪切活動(dòng)為主;晚期(后碰撞期)以韌脆性左旋走滑剪切為主.(4)那拉提-紅柳河縫合帶的變形環(huán)境主要集中在中低綠片巖相,變形溫度為300℃~450℃,中段局部達(dá)到中高綠片巖相,其內(nèi)部自中段向東西兩端變形溫度有逐漸降低的趨勢(shì);圍限縫合帶邊緣深斷裂帶變形溫度為350℃~500℃,變形環(huán)境以中高綠片巖相為主,總體高于縫合帶內(nèi)部糜棱巖系.(5)那拉提-紅柳河縫合帶在碰撞造山期古差異應(yīng)力值為66.20~139.74MPa,與一般剪切帶相比,具造山帶尺度的巨型構(gòu)造動(dòng)力特征,其內(nèi)部及邊界深斷裂構(gòu)造巖的應(yīng)變速率明顯低于一般構(gòu)造巖.(6)那拉提-紅柳河縫合帶內(nèi)及邊緣深斷裂內(nèi)構(gòu)造巖剪切類型以壓扁機(jī)制下純剪切變形為主,輔以簡(jiǎn)單剪切變形,