郯廬斷裂帶南段中深層次剪切帶糜棱巖化過程中組分變化規(guī)律研究

1、高校地質(zhì)學(xué)報第 3 卷第 3 期1997 年 9 月Vol . 3No . 3Sep t . ,1997Geological Jo ur nal of China U niversities郯廬斷裂帶南段中深層次剪切帶糜棱巖化過程中組分變化規(guī)律研究 3楊曉勇劉德良王奎仁(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)系 ,第三世界科學(xué)院中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球科學(xué)和天文學(xué)高級研究中心)摘 要 對郯廬斷裂帶南段兩條典型的中深層次的韌性剪切帶中的糜棱巖的系統(tǒng)研究 ,揭示了韌性剪切變形作用對巖石化學(xué)組分遷移活化的制約和影響 。在對活動組分 遷移得失的模擬計算的基礎(chǔ)上 ,建立了巖石組分遷移變化的變質(zhì)反應(yīng)化學(xué)方程式 。綜合

2、討論了流體在糜棱巖化過程中所起的重要作用 。關(guān)鍵詞 韌性剪切帶 糜棱巖化作用 組分遷移 流體與變質(zhì)反應(yīng) 郯廬斷裂帶南段分類號 P588133近年來 ,地下熱流體在變質(zhì)作用中所扮演的角色特別是在剪切帶變形變質(zhì)過程中的重要影響已經(jīng)受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛注意1 25 ,學(xué)者們分別從不同角度研究區(qū)域性或局部范圍內(nèi) 熱流體在剪切變形2變質(zhì)中的作用 。K1Ohara 在 Ramsay 研究剪切變形引起巖石體積變化的 基礎(chǔ)上 ,對流體作用2體積虧損2元素遷移作用的相關(guān)關(guān)系做了進(jìn)一步探討6 : 即發(fā)現(xiàn)美國阿巴 拉契山脈某韌性剪切帶中巖石體積的虧損伴隨著 SiO2 和堿金屬的虧損 ,而這種作用是在長石 顆粒進(jìn)一步

3、細(xì)?；腿芙獾臈l件下發(fā)生的 。這反映在糜棱巖化作用過程中元素的變化與流體 作用有密切關(guān)系 ,流體的作用可導(dǎo)致巖石中新礦物相的生成 。本文從構(gòu)造背景 、構(gòu)造巖巖石礦 物組合 、結(jié)構(gòu)構(gòu)造 、化學(xué)成分變化等方面 ,探討了皖東郯廬斷裂帶南段剪切帶糜棱巖化過程中 組分上的變化規(guī)律和機制 ,并建立了組分得失的計算模型 。通過對本區(qū)剪切帶中構(gòu)造巖形成 過程中體積虧損和組分得失的定量模擬計算 ,結(jié)果表明糜棱巖化過程中巖石的體積虧損可達(dá)60 % ,滲濾的流體量與巖石重量之比可達(dá) 103 數(shù)量級 ,由于剪切變形作用并伴隨大量的流體滲 濾 ,最終導(dǎo)致了巖石組分的強烈遷移 。1地質(zhì)背景和樣品分布研究區(qū)位于郯廬斷裂帶南

4、段主干斷裂東側(cè) ,地理位置在安徽省肥東縣和巢縣交界處的桴槎山一帶 。樣品分布區(qū)出露的地層為太古界黑云斜長片麻巖 ,夾有斜長角閃巖 。黑云斜長片麻巖中鋯石鈾鉛年齡為 2500Ma7 。在片麻巖中發(fā)育一組 N N E 向的韌性剪切帶 , 與主干斷裂本文于 1997 年 3 月收到 ,6 月改回3 國家自然科學(xué)基金資助項目 (48970172) 和“八五”科技攻關(guān)項目科研成果第一作者簡介 :楊曉勇 ,男 ,33 歲 ,博士 ,講師 ,從事于地球化學(xué)專業(yè) 。通訊地址 :安徽合肥市 ,中國科學(xué)技術(shù)大 學(xué)地球和空間科學(xué)系 , 200026 。呈平行關(guān)系 。整個剪切帶呈對稱發(fā)育 ,帶寬為幾米至幾十米 ,與圍

5、巖界線分明 。從中心向兩側(cè)依次由強變形的糜棱巖過渡為弱變形的初糜棱巖再過渡為不變形的圍巖 。野外觀察 ,受剪切 變形作用的巖石的面理和線理構(gòu)造十分發(fā)育 ,圖 1 是本次工作實測的兩個韌性剪切帶剖面圖 和樣品分布情況 。圖 1 安微肥東 、巢縣一帶的韌性剪切帶實測剖面圖( A - B·肥東桴槎山韌性剪切帶實測剖面圖 ; C - D·巢縣清水澗寨山韌性剪切帶實測剖面圖)Fig. 1 Geological sectio ns and sampling in t he ductile shear zo nes of Feido ng2Chao xian area , eastAnh

6、ui Province : A. geological sectio n A2B and sampling in Fuchashan area , Feido ng Count y ; B . geological sectio n C2D and sampling in zhaishan area ,Chao xian County11 二長片麻巖 ;21 鉀長片麻巖 ;31 初糜棱巖 ;41 糜棱巖 ;51 超糜棱巖 ;61 輝綠巖脈 ;71 推測斷層 ;81 巖石面理產(chǎn)狀 ;91 定向標(biāo)本采樣記錄 ;101 采樣位置及編號2 巖相學(xué)特征211礦物組合特征韌性剪切帶中糜棱巖化的巖石與其圍巖

7、片麻巖相比較 ,主要造巖礦物類型相似 ,但其含量 相差較大 。表 1 是在顯微鏡下統(tǒng)計的糜棱巖和片麻巖中的主要及次要礦物的百分含量 。從表 1 可以看出 , 郯廬斷裂帶南段韌性剪切帶中構(gòu)造巖石隨剪切變形作用加強 , 即樣品楊曉勇 . 郯廬斷裂帶南段構(gòu)造地球化學(xué)研究 1 中國科技大學(xué)研究生畢業(yè)論文 ,1992 ,167p ,合肥 。表 1郯廬斷裂帶南段韌性剪切帶中糜棱巖及圍巖的礦物組成 ( %)Ta ble 1 Mineral assemblages of mylon ites in the ductile shear zones of Fuchashan2zha ishan f rom the

8、 southern partof Tancheng2Lujiang fault belt023 026 、樣 品 028 029 030 027 在 變 形2變 質(zhì) 過 程 中 ,石英的含量呈遞增的趨勢 , 長石含量隨之遞減 , 同時伴隨 著白云母含量增加 。綠簾石和綠泥石含量也有不同程度的增 加 ,黑云母含量有減少的趨勢 。 在巖石薄片中表現(xiàn)為糜棱巖中 長石顆粒明顯細(xì)?；?, 黑云母 幾乎見不到大的完整的顆粒 ,簾石類礦物大量出現(xiàn) , 有時局 部密集分布 。黝簾石常呈完好 的自形晶和出現(xiàn)環(huán)帶 。隨著變 質(zhì)變形作用的加深 , 在糜棱巖 中可 見 黑 云 母 退 化 變 質(zhì) 的 證據(jù) ;長石含量

9、的減少是由于剪 切作用的加強以及變質(zhì)流體的地點桴 槎 山寨山樣號023 Gn025 Pr026My028 Gn029 Pr030 My027Ul石英202535310-1+1123015251052411+34581312558111+25253535+1+1140152510334+114510121525611+2501010202121112鉀長石斜長石 白云母黑云母 綠泥石綠簾石 鋯 石 磷灰石方解石 金屬不透明礦物注 :表中 Gn 代表片麻巖 ; Pr 代表初糜棱巖 ; My 代表糜棱巖 ; Ul 代表超糜棱巖 ;“ + ”表示含量低于 1 %的礦物 “; - ”表示在簿片中未見到的

10、礦物 。加入使其水化所至 。所以從礦物組合上分析 ,這種剪切作用是一種退變質(zhì)作用 。212 糜棱巖中長石礦物成分特征和溫壓條件從巖石薄片觀察可知 ,本區(qū)的構(gòu)造巖和圍巖的礦物組合為石英 + 斜長石 + 堿性長石 + 黑 云母 + 白云母 + 綠泥 (簾) 石 。據(jù)此 ,按 Hyndman 常見礦物的穩(wěn)定界線可以大致確定本區(qū)巖石變形變質(zhì)的溫度為 350 500 ,壓力為 4Mpa ,這與徐嘉煒等所研究的結(jié)果一致8 。213 糜棱巖的顯微構(gòu)造特征這里定義的糜棱巖是按照巖石中基質(zhì)與殘斑的比例并結(jié)合石英的動態(tài)重結(jié)晶的發(fā)育程度 來命名的 :當(dāng)基質(zhì)/ 殘斑小于 40 %時 ,定義為初糜棱巖 ;基質(zhì)/ 殘斑在

11、 40 %80 %之間定義為糜棱巖 ;基質(zhì)/ 殘斑大于 80 %時定義為超糜棱巖 。在桴槎山 寨山一帶這三類糜棱巖均有產(chǎn)出 , 且大致與孫巖等所述的 D 型糜棱巖9 ,即中高溫 、中深層次的韌性變形的糜棱巖相當(dāng) 。其主 要構(gòu)造特征如下 : 平行條帶狀構(gòu)造通常由糜棱巖中細(xì)小的基質(zhì)如石英 、絹云母 、綠簾石 、綠泥 石等組成大致平行的條帶 ,如同片巖中片理一樣 ,但這種條帶內(nèi)部礦物分異不太明顯 ,條帶與 殘斑分界明顯 ; 平行條痕狀構(gòu)造常發(fā)育于超糜棱巖中 ,由一條條彼此互相平行的細(xì)碎基質(zhì)(有時是巖粉至非晶質(zhì)的物質(zhì)) 組成的“條痕”,條痕中常包裹一些較大的殘斑 ,通常是由長石礦 物組成 ,也有石英

12、,這種條痕狀構(gòu)造表明巖石受到強烈的應(yīng)力作用 ,本區(qū)的這種條痕構(gòu)造 ,在殘 斑中也有表現(xiàn) ,如強烈的波狀消光和細(xì)?；F(xiàn)象 ; 眼球狀構(gòu)造和核幔構(gòu)造糜棱巖中未被破碎 的礦物殘斑 (通常是長石 ,也有少量的石英) 被細(xì)碎的基質(zhì)包圍 ,在應(yīng)力作用下外形很象眼球分 布在糜棱基質(zhì)中 ; 顯微 S2C 面理構(gòu)造在長英質(zhì)糜棱巖中為強烈非共軸剪切應(yīng)變的特征顯微構(gòu)造 ,S 面理為拉長的石英殘斑條帶和重結(jié)晶的石英條帶以及眼球狀長石等定向排列 , C 面理 為層狀礦物如云母的定向排列 。此外 ,還見到長石雙晶的扭折 ,石英的變形帶等較強烈的塑性 變形特征 。通過上述研究結(jié)合實際地質(zhì)現(xiàn)象的觀察 ,筆者認(rèn)為下列變質(zhì)反應(yīng)對

13、本地區(qū)的糜棱巖化作用是合理的5 ,10 :3 KA ISi3 O8 (鉀長石) + 2 H + = KAl3 Si3 O10 (O H) (白云母) + 2 K + + 6 SiO2Na4 CaAl6 Si14 O40 (奧長石) + 1 . 5 KAl SiO8 (鉀長石) + 0 . 5 K + + 0 . 5 H2 O + 315 H + =0 . 5Ca2 Al3 Si3 O12 (O H) (黝簾石) + 2 KAl3 Si3 O10 (O H) (白云母) + 11 SiO2 + 4Na +(1)(2)反應(yīng)式 (1) 代表鉀長石在糜棱巖化過程中由于流體的加入而水化 ,從而導(dǎo)致 K

14、+ 、Si 流失 ;反應(yīng)式 (2) 代表斜長石和鉀長石在剪切作用和流體作用下的分解反應(yīng) ,從而導(dǎo)致巖石白云母 、黝簾石的增加 。這兩種反應(yīng)都是與前面所研究的情況相符的 。3 糜棱巖化過程中巖石組分變化量的模擬計算311理論基礎(chǔ)自從 Gresens 提出交代作用下成分2體積關(guān)系方程后 ,該方程在解決變質(zhì)交代反應(yīng)中的巖 石成分 - 流體 - 體積變化的相關(guān)關(guān)系方面得到了廣泛的應(yīng)用5 ,12 ,13 。該方程表述如下 :X n = a × Fv ×XB ( pB / pA) - X A ( 1)nn式中 X n 為母巖 A 在變質(zhì)反應(yīng)生成 B 的過程中組分 n 的變化量 ; a

15、表示母巖 A 的質(zhì)量 ( 如果設(shè)定 a = 100g ,則 X 的單位為 wt %) ; Fv 代表變化的體積因子即 ( V B/ V A ) ; X A 、XB 表示巖石n nA 與 B 中組分 n 的豐度 (單位為 wt %) ; PA 、PB 分別為巖石 A 與 B 的比重 (單位為 g/ cm3 ) 。312變質(zhì)反應(yīng)體積因子的確定及組分量得失的計算為了進(jìn)行定量模擬 , 筆者詳細(xì)分析了上述兩條韌性剪切帶中 7 個巖石樣品的常量及微量 元素 ( 見表 2) 。其中寨山剖面中 027 樣品因與其余 3 個樣品為斷層錯開 , 故不參加計算 。從式 ( 1) 可以看出 , 計算的關(guān)鍵問題是體積因

16、子 Fv 的確定 。根據(jù)表 2 中的實驗分析數(shù) 據(jù) , 對圖 1 剖面中韌性剪切帶圍巖和糜棱巖化的巖石反應(yīng)生成關(guān)系按式 ( 1) 進(jìn)行母 、子體配對 ,將表 2 中的相關(guān)分析數(shù)據(jù)代入公式 ( 1) , 可以計算得出不同元素 ( 組分) 的 Fv2X n 的線性關(guān)系 式 。表 3 僅列出寨山韌性剪切帶中圍巖樣品 ( 028) 與初糜棱巖 ( 029) 和糜棱巖 ( 030) 之間的兩對變質(zhì)反應(yīng)的 Fv2X n 關(guān)系式 , 以供進(jìn)一步討論時參考 。在 Fv - X n 二維平面圖上 , 以 Fv 為橫坐標(biāo) , X n 為縱坐標(biāo)做 Fv2X n 圖解 ,依據(jù)表的計算結(jié)果 ,作出圖 2 和圖 3 。圖

17、 2 顯示當(dāng) X n = 0 時多數(shù)組分 ( 如 SiO2 、TiO2 、M nO 、MgO 、TFe2 O3 、K2 O 、Na2 O 等) 的 Fv 的取值都在 019110 之間 , 少數(shù)組分的 Fv 值為 014019 , 這表明在變質(zhì)反應(yīng) 028 029 的變化過程中 , 無大的體積虧損和組分遷移 。假定以 Ti 作為惰性元素 , 即取 Fv = 01996 為本反應(yīng)的體積因子 ,可以推測出變質(zhì)反應(yīng)中 SiO2 有輕微的虧損而大多數(shù)元素 (組分) 都有不同程度的增加 ,這與表 2 的分析結(jié)果一致 。圖 3 與圖 2 明顯不同的是當(dāng) X n = 0時 , Fv 分為兩群 , 即 Fv

18、= 0 . 99 和 Fv = 0 . 40 的兩個電群 : 前一個集中了 SiO2 、A I2 O3 、Na2 O 、K2 O 和 Rb 等組分 (元素) ;后一個則集中了 TiO2 、TFe2 O3 、M nO 、Zr 、Ba 等組分 ( 元素) ,如果將稀土元素 L a 、N d 和 Ce 也表示在圖解上 ,可以發(fā)現(xiàn)這些元素亦落在 Fv = 014 的點附近 。對于 這兩個相差極大的 Fv 值 , 應(yīng)該怎樣確定一個符合實際的 Fv 值呢 ? 如果取 Fv = 0 . 99 , 即取以 Si 、Na 、K、Al 、Rb 為代表的點 ,表明在整個變質(zhì)反應(yīng)中上述易溶解和遷移的組分在體系中保持

19、恒定 ,然而象 Ti 、M n 、Zr 、Ba 、L a 、Ce 、N d 等難溶元素卻大量遷移 ,這與實際地質(zhì)情況和實驗結(jié) 果是相違背的 。已有的實驗業(yè)已證實上述元素是一些難溶的 ,例如 Ti 在天然熱水體系中的含 量是極低的 ,Co rrens14 認(rèn)為通常只有幾個至幾十 pp b 數(shù)量級 ; Menzies 等和 Hanso n 實驗證實輕稀土元素在熱水交換體系中通常也是不活動的15 ,16 ,這些事實證實很難造成上述元素的遷移和富集 。因此本例變質(zhì)反應(yīng)的 Fv 定為 0140 是合理的 , 也就是說在該變質(zhì)反應(yīng)中約有 60 %左右的巖石體積虧損 。Ramsay 在研究巖石受剪切變形時認(rèn)

20、為 ,巖石的體積虧損是不可避免的17 ,18。前述的 SiO2 及堿金屬在變質(zhì)反應(yīng)中大量流失 ,認(rèn)為是被流體帶出體系 ,而不溶或極難溶元素的富集主要是由于巖石體積虧損所至 。這是合理的解釋 。用相同的計算分析方法可以求得剪切帶其它幾個變質(zhì)反應(yīng)的體積因子 (見表 4) ,表 4 中還列出了由式 ( 1) 計算求得的各 變質(zhì)反應(yīng)對的多種組分的得失量 。表 2 韌性剪切帶巖石樣品化學(xué)分析結(jié)果Ta ble 2 Chemical compositions of def ormed rocks and wall rocks in the ductile shear zones采樣點桴 槎 山寨山樣號023

21、 Gn025 Pr026My028 Gn029 Pr030 My027U lSiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5CO2H2O 燒失量 總計 全鐵G691950128151870170114101040132119841224153010801220126010199188212721690711750129141061100111301040128117031684160010701500136010299151212621771711330130141761112112701030143215931253125010901290128

22、01009915752153217787510801071410701400135010201000193412241770102011801140100100135017921638701330107161230 . 46013201020100115141525132010301210128010099130018221640711470120141560 . 87018801030130115631924194010901290128010399141118521678711930123141480 . 721113010401211147319641770107012401320101

23、99158119821640主量 元 素Zr Sr Ba Rb L a Ce Nd1914193471647614413313544158190298196310580171142167461811773982235726717911614839104751786581191415123173812999349156114021154391361111618638721901246010298145291691763401761141501789518328190微量 元 素 Y 20176 15102 11116 14194 3187 6153 10182 注 :表中主量元素在地礦部地球物理

24、地球化學(xué)勘探研究所中心實驗室分析測試 ;微量元素在地礦部巖礦技術(shù)測試所分析測試 ;表中 Gn , Pr ,My ,Ul 含義同表 1 ; G 為巖石的比重 ( g/ cm3 ) , 采用蠟封法在分析型 天平上精確測定的 。根據(jù)表 4 的數(shù)值 ,可寫出各剪切帶變質(zhì)反應(yīng)對之間的變質(zhì)反應(yīng)方程式 。以寨山剪切帶為例 ,由片麻巖 (樣品 028) 經(jīng)剪切變形作用轉(zhuǎn)變?yōu)槊永鈳r (樣品 030) 的變質(zhì)反應(yīng)式為 :100g (028 樣品) - 46 . 78gSiO2 - 8 . 31gAl2 O3 - 2 . 81g K2 O - 2 . 67gNa2 O - 0 . 31CaO =38 . 20g (

25、030 樣品) + 0 . 12gMgO + 0 . 03g TiO2 + 0 . 03 P2 O5通過表 4 可直接得出剪切帶糜棱巖化過程中巖石各組分中的得失量 。在不同的糜棱巖化 階段 ,巖石組分的得失量相差頗大 。如在初糜棱巖化階段 , SiO2 的得失量為 015g/ 100g ( 桴槎 山韌性剪切帶) 和 4199g/ 100g (寨山韌性剪切帶) ;而在糜棱巖化階段 ,SiO2 的得失量為 7141g/100g (桴槎山韌性剪切帶) 和 46178g/ 100g ( 寨山韌性剪切帶) ,這與 KOhara ( 1988) 研究美國 北卡來羅納州阿巴拉契山某韌性剪切帶糜棱巖化過程中的

26、 SiO2 的得失量值相似5 。表 3 寨山韌性剪切帶部分變質(zhì)反應(yīng)對的 Fv2X n 關(guān)系式計算結(jié)果Ta ble 3 Fv2Xn relations of some meta morphic reaction pa irs of def ormed rocks in Zha ishan ductile shear zones組分 ( 元素)變質(zhì)反應(yīng)對 028 029變質(zhì)反應(yīng)對 028 030SiO2TiO2A12O3TFe2O3MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5C02H2O Zr BaFv = 0 . 14 XFv = 14 . 244 X Fv = 0 . 062 X Fv

27、= 1 . 219 X Fv = 49 . 962 XFv = 9992 . 424 X Fv = 0 . 662 XFv = 0 . 221 X Fv = 0 . 188 X Fv = 33 . 308 X Fv = 4 . 758 X Fv = 3 . 569 XFv = 100 . 934 X Fv = 6 . 401 X+ 1 . 067+ 0 . 999+ 0 . 866+ 0 . 963+ 0 . 999+ 0 . 866+ 0 . 615+ 0 . 933+ 0 . 896+ 0 . 666+ 0 . 856+ 0 . 500+ 0 . 757+ 0 . 421Fv = 0 .

28、14 X Fv = 4 . 925 X Fv = 0 . 068 X Fv + 0 . 532 X Fv = 32 . 835 X Fv = 3 . 284 X Fv = 0 . 631 X Fv = 0 . 215 X Fv = 0 . 199 X Fv = 10 . 945 X Fv = 3 . 518 X Fv = 3 . 518 X Fv = 52 . 960 X Fv = 4 . 498 X+ 1 . 035+ 0 . 345+ 0 . 952+ 0 . 421+ 0 . 657+ 0 . 866+ 0 . 587+ 1 . 060+ 0 . 951+ 0 . 219+ 0 . 63

29、3+ 0 . 493+ 0 . 397+ 0 . 296 Rb Fv = 71 . 347 X + 0 . 849 Fv = 79 . 441 X + 0 . 945 圖 2 Fv2X n 圖解 (樣品 028 樣品 029)Fig. 2 Fv2X n diagram for samples 0282029圖 3 Fv2X n 圖解 (樣品 028 樣品 030)Fig. 3 Fv2X n diagram for samples 0282030313流體與巖石重量之比模擬計算流體在上述剪切帶中所起的重要作用已經(jīng)顯示 。在此將以變質(zhì)反應(yīng)過程中 SiO2 的虧損 量來討論流體與巖石的數(shù)量關(guān)系 。按

30、照前面各剪切帶的變質(zhì)溫度在 400 - 550 之間 ,壓力 為 3 kbar4 kbar ,利用 Fro urier 和 Pot ter19 所作的實驗數(shù)據(jù) ,在上述條件下 SiO2 在熱水體系中的溶解度為 3g/ kg ,根據(jù) SiO2 的虧損量 ,可以計算出變質(zhì)反應(yīng)過程中的流體與巖石總量之 比 。假定巖石在流體中的飽和度為 S ,可由質(zhì)量守恒定律用下述方法進(jìn)行模擬計算 :W r ×Xsi = W f ×( 1 - S )( 2)式中 W r 、W f 分別代表巖石和流體的總重量 ; Xsi 表示變質(zhì)反應(yīng)中 SiO2 的虧損量 ( w r %) ;為熱水體系中 SiO2

31、 的溶解度 ,取 3g/ kg 即 013 % ; S 代表巖石在流體中的飽和度 。表 4 各變質(zhì)反應(yīng)對的 Fv 值及組分得失量的計算結(jié)果 (單位 g/ 100g)Ta ble 4Calculated Fv value and component variations of diff erentmeta morphic reaction pa irs ( g/ 100g)變質(zhì)反應(yīng)對Xn 組分023 025( 01939)023 026( 01848)025 026( 01915)028 029( 01939)028 030( 01390)029 030( 01362)SiO2TiO2Al2O3

32、TFe2O3MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5CO22015001002212820109010020107201342016720112201100127271412010222193201052010101060129201872117301000 . 0324135010120111011320101011301752010621156010220123241990100211101030100010001580129015301010129246178010128131201062010101122013122167221810102201072441090100210

33、18820114201010111201942310823151010020111 H2O 0109 20102 20109 0114 20103 20118 注 :數(shù)字前的負(fù)號代表組分損失 ;其余為組分增加 ,括號內(nèi)的數(shù)字為作圖得出的變質(zhì)反應(yīng)的 Fv 值上式可變換為 :W f / W r = Xsi / ( 1 - S ) ( 3)在此式中設(shè)定 S 的取值為 50 %90 %6 ,可求得在不同飽和度下的流體與巖石之比 ,對于不同的變質(zhì)反應(yīng)對 ,其計算結(jié)果列入表 5 中 。表 5 不同飽和度下各變質(zhì)反應(yīng)對的流體2巖石之比4討論與結(jié)論郯廬斷裂帶南段韌性脆性Ta ble 5 Calculated

34、f luid / rock ratios of meta mophic reaction pa irs in diff erent condit ions of saturat ion 飽 和 度 ( S %)剪切帶中構(gòu)造巖在巖相學(xué)上表現(xiàn)為石英大量的動態(tài)重結(jié)晶作 用 。長石的細(xì)?；榱岩约八饔枚D(zhuǎn)變?yōu)樾孪嗟V物 , 如 白云母 、黝簾石 ; 在結(jié)構(gòu) 、構(gòu)造 上表現(xiàn)為定向性加強 ,如片狀 、 條帶狀 、條痕狀 、片麻狀構(gòu)造 、變質(zhì)反應(yīng)對 50 55 60 65 70 75 80 85 90 023 025023 026025 026028 029028 03094929127312105532

35、142347116236159390137141182446158248212520189958255624231247331978030165974251040452471456371559 029 030 294 327 367 420 490 588 735 980 1470 還形成一些眼球狀構(gòu)造等 。部分礦物受強應(yīng)力作用而強烈變形 。與上述巖相學(xué)相對應(yīng)的地球化學(xué)行為卻是隱含的 。模擬計算結(jié)果顯示 ,巖石在剪切變形過程中原巖體積有不同程度的虧 損 。虧損最大的可達(dá) 60 %左右 。這種體積虧損是與剪切作用和流體作用相適應(yīng)的 。如樣品028 030 的變形變質(zhì)作用過程中體積虧損最大 ,其各

36、組分的得失情況如表 6 所列 。各剪切帶SiO2 的虧損是本區(qū)普遍的規(guī)律 。在不同的剪切帶中 ,這種虧損有很大的差別 。如桴槎山韌性剪切帶的 SiO2 最大虧損為 4135g/ 100g (樣品 025 026) ; 而在寨山韌性剪切帶中 SiO2 最大虧 損可達(dá) 46178g/ 100g (028 030) 。其他組分的得失明顯表現(xiàn)在 SiO2 、Al2 O3 、Na2 O 、K2 O 四種組 分的虧損和 Fe2 O3 、TiO2 、P2 O5 等組分的少量增加 。這表明流體滲入量在不同的剪切流體作用 中是不相同的 。從模擬計算的流體2巖石之比可以看出 ,最大的比值可達(dá) 103 的數(shù)量級 ,

37、而較小的比值為 10 左右 。許多學(xué)者都強調(diào)了剪切作用中伴隨有大量流體的重要性 , Et heridge 等(1984) 指出 ,流體滲濾對流一般發(fā)生在地殼中深層次20 ,這與本文研究的結(jié)果相似 ( 參見表4) 。雖然 Ferry 總結(jié)出 :滲濾的流體與巖石總量之比一般不超過 521 , Woo d 、Valley 等亦認(rèn)為 大規(guī)模流體 對 流 似 乎 不 大 可 能22 ,23 ; 但 是 不 少 學(xué) 者 如 Beach 、Fyfe 和 Sinha 等24 ,3 ,25 以 及K1Ohara 等5 ,6 則 強 調(diào) 在 剪 切 作 用 過 程 中 伴 隨 大 體 積 流 體 滲 濾 作 用

38、的 重 要 性 。Sinha 等(1986) 按 SiO2 的虧損模擬計算出美國南阿巴拉契山脈 Brevard 剪切帶超糜棱巖的流體與巖石 之比為 250 ; K1Ohara 等 (1989) 計算出 Fres 推覆構(gòu)造在北加洲熱泉窗地區(qū)的韌性剪切帶的流 體與巖石之比為 103 量級 。筆者認(rèn)為 ,流體的滲濾在郯廬斷裂帶南段韌性剪切帶的形成發(fā)育 過程中伴演重要的作用 。從計算結(jié)果可知 ,不同的剪切帶其流體與巖石之比相差懸殊 ,為 101000 數(shù)量級之間 。這種差別與各剪切帶的地質(zhì)條件 、構(gòu)造背景和地球化學(xué)作用是相關(guān)的 。正是由于這種流體/ 巖石比值的差別 ,最終導(dǎo)致剪切帶各構(gòu)造巖巖石在化學(xué)組

39、成 、礦物組合 、以及巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造上的差異 。流體和剪切變形作用的關(guān)系問題一直為人們所關(guān)注 ,究竟是由 于流體滲濾引起巖石成分上的微小變化進(jìn)而使得巖石內(nèi)部調(diào)整導(dǎo)致了區(qū)域性的應(yīng)力 ; 還是由于區(qū)域性的應(yīng)力作用使得巖石變形產(chǎn)生破裂流體進(jìn)而“乘虛而入”,進(jìn)一步導(dǎo)致了組分上的巨大變化 ? 對這個問題要從兩個方面分析 。筆者認(rèn)為由于區(qū)域性的剪切作用在前 ,剪切變形使巖石變得脆弱 (如巖石的碎裂 ,石英 、長石等礦物的細(xì)?；饔玫募訌? ,流體則更容易滲濾 。由于流體的加入 ,長石等礦物在細(xì)?；幕A(chǔ)上水解變?yōu)榘自颇傅刃孪嗟V物 。Brace 等26 曾指出 ,長石的細(xì)?；梢约訌娏黧w的擴容 ,使得長石更

40、容易變化為云母等 (水化) 。這樣看來區(qū) 域性的應(yīng)力作用是流體大量滲濾的先決條件 。反過來分析 ,流體的加入使得巖石變得松散 ,以 及礦物的水化 ,破壞了巖石的穩(wěn)定 ,這又加速了巖石在應(yīng)力場中的變形變質(zhì)過程 。因此區(qū)域性 的應(yīng)力與地區(qū)性的流體相互作用 ,導(dǎo)致了剪切帶中巖石變形變質(zhì)作用的最終完成 ,而剪切帶正 是流體滲濾的良好通道 。參考文獻(xiàn)1L amieso n R A et al . A metamorp hic mylo nite zo ne wit hin t he op hiolite aureale , St . Ant ho ny co mplex , New2foundland

41、, Amer . J . Sci . , 1981 , 281 :264 281 .Engelder T. The role of pore water circulatio n during t he deformatio n of foreland fold and t hrust belt s. J . Geo2p hy. Res. , 1984 , 89 :4319 4325 .Fyfe W S , Kerrich R. Fluid and t hrusting. Chem. Geol . , 1985 , 47 :353 362 .Wood B J , Wat her J V . R

42、ate of hydrot hermal reactio ns. Science , 1983 ,222(4622) :413 415 .K Ohara . Fluid flow and volume loss during mylo nizatio n : an origin for p hyllo nite in an overt hrust set ting , Nort h Callifornia . Tecto nop hysics , 1988 , 156 (1) :21 36 .K Ohara . Volume - loss model for t race - element

43、enrichment s in mylo nites. Geology , 199 , 19 ( 9 ) : 893 896 .安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊 1 安徽省區(qū)域地質(zhì)志 1 北京 :地質(zhì)出版社 ,1987 ,56 601 徐嘉煒等 1 郯廬斷裂南段深層次塑性變形特征及區(qū)域應(yīng)變場研究 1 地震地質(zhì) ,1984 ,6 (4) :1 15 . 孫巖等 1 兩類糜棱巖的特征 、成因及其地質(zhì)意義 1 地震地質(zhì) ,1986 ,8 (4) :63 691Bryant B . Formatio n of p hyllinites in t he Grandfat her mountain area

44、 , nort hwestern Nort h Carolina . U . S. Ge2ol . Surv. Prof . Pap . , 550 - D :144 150 .Gresens R L . Co mpositio n - volume relatio nship s of metasoamatism. Chem. Geology , 1967 , 2 (1) :47 65 . Rumble D , Ferry J M , Hoering T C and Boucot A J . Fluid flow at Beaver Broo k fossil locality , New

45、Hamp2shire. Amer . J . Sci . , 1982 , 282 :886 919 .23456789101112Gran J A. The isoco n diagram - a simple sulotio n to Gresenss equatio n for metaso matic alteratio n. Eco n. Ge2ol . , 1986 , 81 (8) :1976 1982 .Correns C N . Titanium : behavoir in metamorp hic reactio ns. In : Wedeppo hl K H (edito

46、r) , Handboo k of Geo2chemist ry. Sp ringer , Berlin. 1978 , 2 ( IV) :67 .Menzies M S , Seyf ried W J and Blanchard D. Experimental evidence of rare - eart h element immobility in greensto nes. Nat ure , 1979 , 282 (5737) :398 399 .Hanso n G N . Rare - eart h element s in pet rogenetic st udies of i

47、gneous systems. Ann. Rev. Eart h Planet . Sci . ,1980 , 8 (4) :371 406 .Ramsay J G , Wood D S. The geo met ric effect s of volume change during deformatio n p rocesses. Tecto no2p hysics , 1973 , 16 :263 277 .Ramsay J G. Shear zo ne geo met ry : A review . Journal of St ruct . Geol . , 2(1) :83 89 .

48、Fournier R O , Pot ter R W. An equatio n correlating t he solibilit y of quartz in water f ro m 25 to 900 at p ressures up to 10 ,000 bars. Geochimica et Cosmochimica Acta , 1982 , 46(10) : 1969 1973 .Et heridge M A , Wall V J & Co x S F. High fliud p ressures during regio nal metamorp hism and

49、deformatio n :implicatio ns for mass t ransport and deformatio n mechanism. J . Geop hys. Res. , 1984 , 89 :4344 4358 .Ferry J M . Infilt ratio n of aqueous fluid and high fluid rock ratios during green schist facies metamorp hism : Areply. J . Pet rol . , 1986 , 27 :695 712 .Wood B J , Wat her J V . Fluid flow during metamorp hism and it s implicatio ns for fluid - rock ratios. In : Walt her J V and Wood B J ( editors) , Fluid - rock Interactio ns during metamorp hism. Advances in PhysicalGeochemist ry. Sp ringer Berlin. 1985 , 5 :89 108 .Valley J W. Stable istop