变质核杂岩隆升机制的讨论

变质核杂岩的隆升时间~

从大兴安岭区域地质调查中可以看到中、上侏罗统之间有明显的角度不整合，从地层建造来看，早、中侏罗世以煤系地层为主，晚侏罗世则以火山-碎屑岩为主，二者之间存在沉积间断。以变质作用看，前晚侏罗世地层均发生不同程度的变质，而晚侏罗世地层则未发生变质，并滑覆在前晚侏罗世地层之上。上述事实表明，大兴安岭地区，中、晚侏罗世之间曾发生过一次重要的热变质事件。从甘珠尔庙和喀喇沁两个变质核杂岩来看，组成变质核杂岩盖层的都是晚侏罗世未变质地层，晚侏罗世马尼吐组（J3mn）火山岩的时代（142Ma）可以被认为是这两个变质核杂岩隆升的下限时间，即晚侏罗世火山活动的同时，变质核杂岩进入抬升的过程，变质核杂岩的隆升和拆离形成一套低角度拆离面。如前所述喀喇沁变质核杂岩的低角度的糜棱面理被126Ma的高角度剪切走滑面理切割，野外未见高角度面理再被前者切割的现象，表明126Ma是喀喇沁变质核杂岩形成的上限时间。
在喀喇沁变质核杂岩西侧断陷盆地中见到的早白垩世末期孙家湾组（约100Ma）砾岩，砾石成分复杂，分选、胶结差，分布受断层控制，盆地内部消失，属于一套快速堆积的产物。在十家子以北在这套孙家湾组砾岩中见到许多似斑状二长花岗岩的砾石，它们来源于相邻的十家子黑山坡122Ma的斑状二长花岗岩，因此大体可以认为140～120Ma是喀喇沁变质核杂岩的形成时期，120～100Ma是核杂岩形成后的快速隆升时期。

自笔者1993年提出豫西存在三个变质核杂岩这一认识后，反对意见从未间断，否定豫西存在熊耳山、小秦岭、崤山等三个变质核杂岩的意见可归纳为如下几个方面。
A.认为拆离伸展构造及变质核杂岩甚至推覆构造的提出都是在赶时髦、标新立异。对此笔者以为20世纪70年代初美国地质学家执行COCOPER计划，在阿巴拉契亚山脉下面发现巨型的构造滑脱面，并因而在世界范围内掀起了研究推覆构造的热潮；20世纪70年代末美国西部盆岭地区低缓倾角拆离断层的发现及变质核杂岩理论的提出，都是人类对大陆构造认识上质的飞跃，历史车轮滚滚向前，每一个严肃的地质工作者只有认真学习，勇于探索才能不被时代淘汰；安于现状，自我封闭是可悲的。
B.一些野外地质工作者或对于构造岩石（特别是糜棱岩）辨别方法持有不同看法，或者由于原来低缓倾斜的糜棱岩带发生背形褶皱后，从边缘糜棱岩带的局部地段提出存在逆向的剪切带或走滑剪切带（如胡正国的早期陡倾左旋平移剪切带），而否定伸展构造的存在，前面笔者对此已有评述，兹不赘述。
C.笔者所在单位曾经有一批刚毕业的硕士研究生（曹高社等，1997）在熊耳山太古宙片麻岩的南侧观察到太古宇与熊耳群之间是不整合接触，于是提出熊耳山不是变质核杂岩，同时他们根据区域地质及地球物理资料，认为自元古宙“弧－沟－盆”体系形成之后，至中生代末豫西再未发生大的构造变动，根据他们对伸展拆离构造的理解，论证了豫西不可能存在变质核杂岩。令人遗憾的是当年这批研究生大多未去过崤山及小秦岭实地看过边缘剪切带，即使在熊耳山他们工作的地点也极有限，甚至熊耳山西北缘的拆离断层带他们也未实地观察到，因此实际上是仅根据文献、资料来判断有无变质核杂岩。熊耳山与小秦岭、崤山不同，其拆离断层仅分布在山体的一侧，为一半地堑式变质核杂岩。曹高社等的观念中认为必须环太古宙片麻岩周围都存在拆离断层才是变质核杂岩这－看法是－个误解。至于北秦岭北部元古宙的“沟－弧－盆”体系在20世纪80年代末期已被多数研究者的实践所否定。而认为从元古宙至中生代这一“弧－沟－盆”体系的原貌仍得以完整保存下来的论点涉及的不仅是变质核杂岩问题，而更涉及到中生代的造山运动是否存在。笔者印象颇为深刻的是Davis(1988）在介绍美国西部盆岭区伸展拆离构造研究的历史时，谈到自20世纪40年代以来，当时将地表见到的拆离断层视为逆冲断层，并以传统的思维方式解释北美盆岭区的构造，后来首先是地球物理工作者认为已有的地质模型无法解释重力异常，从而迫使地质工作者通过大量的野外工作，发现低缓倾角的正断层——拆离断层并提出变质核杂岩的问题，他颇有感触地谈到认识这一构造竟耗时数十年。笔者觉得Davis的感叹表明脱离野外实践，按习惯性的思维去文献堆里研究区域构造是不可取的。
D.张国伟等（2001）在其最新出版的著作中，认为熊耳山尚可称为变质核杂岩，但崤山、小秦岭太古宙片麻岩地体边缘存在古元古代铁铜沟组及熊耳群底部的砾岩层（大古石组），因此不是变质核杂岩。笔者以为张国伟的意见代表迄今我国一批地质学家对变质核杂岩的认识，有必要详细讨论一下。
按照Coney(1980）的定义，变质核杂岩为“一组近圆形或椭圆形的由强烈变形的变质岩石和深成岩组成分散孤立的穹状隆起，上覆以断层分割并远距离滑移的未变质岩石”。变质核杂岩一般具有以下特征（Davis and Lister,1989，宋鸿林，1995）：
A.空间上呈穹窿状或长垣状孤立隆起，通常具一翼陡一翼缓的特征。
B.核部由中、下地壳古老的中深变质岩组成，其中常见有晚期的中酸性岩浆侵入体。
C.变质核杂岩一侧或周缘为一条以糜棱岩状岩石为特征的韧性剪切带，糜棱岩带的顶部为拆离断层所切割。
D.拆离断层上盘为变质变形较轻的上地壳岩石。
E.拆离断层上盘岩石与变质核杂岩变形特征不同，前者表现为脆性变形，后者为韧性变形。
豫西所厘定的三个变质核杂岩显然是具有上述特征的，其中除熊耳山变质核杂岩仅在核部一侧出露拆离断层及下伏微角砾岩、绿泥石角砾岩带外，其他的两个变质核杂岩核部周围均出现边缘糜棱岩带、绿泥石角砾岩、微角砾岩及假熔岩等完整的构造岩带。笔者及合作者较详细地研究了各个构造岩带的岩石学特征、变质核杂岩的运动学特征。因此，否定三个变质核杂岩的存在，首先涉及到核杂岩边缘构造岩带是否存在，其特征是否如笔者等所描述的那样，即资料是否真实，否则提出否定意见将无从谈起。
美国的文献中所报道的变质核杂岩均为双层结构，但中国地质大学索书田教授在与笔者的交谈中，谈及他与Davis G.H在美国考察一个变质核杂岩时上盘发现钙质糜棱岩，似乎情况并非如文献所介绍的那样是标准的双重结构。宋鸿林教授曾率先提出我国的一些变质核杂岩存在三层结构（具过渡层），最近王涛等（2002）对中蒙边界亚干变质核杂岩最新的研究结果表明，该变质核杂岩亦具三层结构并发育两个拆离带，即：下盘下部中—深变质岩片→花岗质糜棱岩带（古韧性拆离岩带）→下盘上部中—浅变质岩片→韧－脆性拆离带→上盘，亦明显存在过渡层。其中核部中—深变质岩片（变质程度达角闪岩相，认为原岩相当元古宙的长城系？）由副变质岩及中生代侵入岩变质而成；其上覆中—浅变质岩片主要为石英片岩及石英质糜棱岩，作者未谈及时代，但显然较核杂岩上盘（二叠系、侏罗系、白垩系）时代老，由此他们提出一个大的伸展体系有可能发育两个甚至多个不同层位的构造岩片有序叠置而形成一种复杂有序的伸展拆离系统。显然豫西的情况与之有相似之处，即除了深变质的新太古代片麻岩系（有可能还有古元古代早期地层），其上还出露古元古代铁铜沟组构造岩片及以古元古代小河岩体为主体的岩片，往上是上盘脆性变形的中元古代熊耳群、官道口群、晚白垩世等地层。其中过渡层顶部和底部均出现拆离剪切带。分歧在于以往多将铁铜沟组视为不整合于太古宙片麻岩的一个正常层位看待，而野外无论是崤山放牛山或是小秦岭核杂岩西南缘的灞源一带，铁铜沟组岩片的顶、底均见到拆离剪切带，其组构（S-L组构）与核部片麻岩边缘的糜棱岩组构相一致。因此张国伟等所持的否定意见忽略了伸展岩片（相当于我们前面在推覆构造体系中提到的逆冲岩席）的存在。至于张国伟等所强调的变质核杂岩边缘出露的是熊耳群最底部的地层大古石组这一论据不够全面，事实上直接出露于片麻岩外缘的地层不仅有熊耳群底部大古石组，还有熊耳群不同层位的地层及官道口群、上白垩统南朝组。由此可见根据上盘地层的出露否定豫西变质核杂岩的存在有悖前述的变质核杂岩的基本概念。
在结束有关豫西是否存在变质核杂岩的问题讨论时，笔者回忆起1992年春节前夕，曾驱车前往嵩山、箕山观看太古宙登封群与古元古代嵩山群之间的“嵩阳运动”界面，惊奇地发育这一界面之下广泛分布糜棱岩，其中曾被作为登封群的老羊沟标准剖面中长英质片麻岩均已糜棱岩化，而在箕山的临汝县安沟水库附近，见侵入登封群的碱性脉岩中正长石也发生流变而呈极细的颗粒，其上覆的嵩山群砾岩层中砾石拉长呈杆状，a轴和c轴之比达到（10∶1）～（5∶1），而在登封市一些著名的景点如老母洞、玄天庙等处，嵩山群砾石亦明显拉长。笔者曾在几处统计过登封群顶部糜棱岩的拉伸线理及上覆嵩山群砾石长轴显示的拉伸线理，在嵩山一带线理多向NWW倾斜，而在箕山的临汝县安沟则向SEE倾斜，显然这里存在一个巨大的NWW-SEE向的伸展拆离剪切带，其剪切指向尚待研究。众所周知，嵩山曾经过我国几代地质学家长期研究，至今仍作为我国研究程度最高的典型地区向外展示。我们当然不能按现在的研究水平苛求前人，但巍峨嵩山的古老地层何时隆升及在何种构造机制下隆升等问题则是我们这一代地质工作者不能回避的。宋鸿林教授等曾提到嵩山是变质核杂岩，但至今未见系统的研究资料。处于嵩山脚下的登封煤田出现大规模的重力滑动构造，河南煤田工作者曾在滑覆体（由三叠系构成）下伏隐伏煤田中求得数亿吨储量，这一大型的重力滑动构造是否与嵩山隆升有关令人关注。时间已经过了20～30余年，当我们仍将这里的嵩阳运动作为一个太古宇与元古宇之间不整合界面向外展示的时候，地质科学已经前进了几十年。
最近，嵩山已被批准为世界地质公园，将作为经典地区对世界开放。显然，上述嵩山地质研究中的一些基本问题的解决已刻不容缓。

变质核杂岩的隆升机制始终是人们关注的问题，是地壳伸展引起核杂岩上升和岩浆侵位？还是地幔上隆、加热与岩浆侵位引起地壳伸展（宋鸿林，1995）？实际上，人们已经注意到热隆与变质核杂岩形成的关系（Zheng et al.，1988），许志琴等（1992）在研究松潘-甘孜造山带时明确提出，挤压造山后由于地壳或古老变质杂岩重熔，出现深熔花岗岩上隆、上部地壳伸展减薄的热隆构造。作者从伸展构造背景下的岩浆底辟侵位以及核杂岩形成前后连续的岩浆热演化之间的关系来讨论变质核杂岩的隆升机制问题。

图8-9表明，在喀喇沁变质核杂岩形成之前，从晚古生代起该区就有强烈的岩浆作用，形成二叠纪、三叠纪和早、中侏罗世花岗岩，作者在该区测定了一系列年龄数据（见第五章）。这些岩体中存在两条规模较大、呈圈闭状的韧性剪切变形带，表明这些早期侵位的岩体受到了变质核杂岩伸展隆升作用的改造。早白垩世花岗岩的长轴呈北西或北东东两个方向，其中以北西向为主，且具有张性的特点，形成椭圆形的环状岩体（见图5-23）。北西和北东东两组控岩构造的存在表明岩体侵位时存在左旋剪切作用派生的变形构造。由此推断，受上述两组构造控制的早白垩世岩体属于与喀喇沁变质核杂岩同构造期的岩体。在一些大的花岗岩基核部，如马架子山（马架子小学附近）可以见到沿着低角度的节理面对称地向东西两侧下滑的现象（图版Ⅳ-8）。这一事实表明，岩石圈伸展减薄与岩浆底辟热隆是喀喇沁变质核杂岩形成的两个重要的地质因素。从变质核杂岩形成前后岩浆长期活动的历史来看，变质核杂岩隆升只是其中的一段过程，因此岩浆底辟作用的研究将进一步揭示变质核杂岩的构造背景。

以安家营子地区出露的早白垩世椭圆状的环状花岗质岩系为例（见第五章）。该岩体不仅出露面积大，而且它的形成与变质核杂岩有密切关系。它由不完整外环的宫家营子角闪黑云石英二长闪长岩（141Ma）、中环的雁池沟黑云母石英二长岩（131Ma）和内环的黑山坡似斑状二长花岗岩（122Ma）组成。在这几期岩体中普遍存在暗色的闪长质包体，一般直径15cm左右，厚5cm左右，暗色矿物平行包体表面定向排列，而包体的扁平面又平行于岩体边界，扁平状的包体显示岩浆形成过程中有明显的流动变形，有的明显被拉长。从包体的形态和物质组成特征看，它们很可能代表了岩浆不混熔作用的产物。除了包体的定向排列外，贾文等（2001）采用“热气球”模式概括了这种岩浆底辟的形态特征和形成机制，三期岩体反映了伸展背景下的深部岩浆房的不断涌动。第五章已经阐明了该岩体岩浆来源深、具有壳幔混熔的特征。

在这套141～122Ma的花岗岩侵位后不久，发生早白垩世义县玄武岩的喷发、溢流。从变质核杂岩形成前后的岩浆演化趋势来看，反映岩浆来源不断加深，而岩浆的前锋面不断抬高，地壳渗透度不断加大，成熟度逐渐降低的趋势。这个时期形成的喀喇沁变质核杂岩自然和深源岩浆上涌引起的热隆有着不可分割的关系。Lister等在讨论变质核杂岩隆升原因时，也提出由于连续的席状侵入体的加入可能引起变质核杂岩的差异性隆升，以及在岩浆热作用下的围岩在应力作用下可以发生糜棱岩化的韧性剪切（Lister et al.，1989）。以上资料表明，喀喇沁变质核杂岩就是在一个壳-幔隆升的热演化背景下形成的，是热隆引起的地壳伸展减薄。中国东部热隆构造是更为普遍的一种构造型式，它们并不一定具备变质核杂岩的全部要素。

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