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大别造山带由华北板块和华南板块在印支期碰撞拼合产生。扬子陆块向华北陆块的陆内深俯冲和折返使大别山成为当今世界规模最大的超高压-高压变质岩带。之后,大别造山带发生了以北大别穹隆为典型特征的造山期后伸展变形,并伴随强烈的混合岩化深熔作用和大规模的岩浆活动。该期构造-热事件改变、制约了超高压-高压岩石在造山带的展布,并奠定了造山带现今的构造格局。 北大别片麻岩单元是造山带进入伸展期的主要变形域,占据了大别造山带超过2/3的面积,是研究造山期后伸展变形的绝佳场所。虽然,该片麻岩单元具有穹隆形态的几何学结构已经形成一定共识,但其运动学型式、变形模式、动力学机制等问题仍处于较多争议之中。 北大别穹隆由北侧的晓天-磨子潭剪切带、西侧的商城-麻城剪切带、以及南侧的水吼-五河-浠水-团风剪切带所围限,三者共同构成了穹隆的边界剪切系统,是研究前述问题的重要切入点和突破口。因此,本文以围限北大别的三条剪切带为主要研究对象,结合北大别内部变形域,展开涉及几何学、运动学构造解析,岩石变形机制分析,古差异应力恢复,三维有限应变测量,EBSD石英C轴分析,变形温度、压力条件半定量、定量分析,锆石U-Pb年代学分析等多方面的综合研究,对北大别穹隆构造的几何学样式、运动学型式、变形模式、动力学机制以及伸展隆升历史加以探讨和约束。 研究表明,围限北大别穹隆的三条韧性剪切带在几何学、运动学、变形条件和变形时限等多方面存在很好的耦合性,主要表现在:(1)几何学上协调过渡,晓天-磨子潭韧性剪切带在青山以西、水吼-五河-浠水-团风韧性剪切带在浠水-团风段、以及商城-麻城韧性剪切带的南北两端,韧性剪切面理均显示不同程度的弧形过渡,呈彼此相连的趋势。(2)运动学上保持一致,三条韧性剪切带中的矿物拉伸线理、矿物生长线理及鞘褶皱枢纽等线状构造倾伏向均保持在NW(290°~310°)-SE(110°~130°)范围。不同尺度、不同类型的剪切标志物以及石英C轴组构图案都一致地显示上部向NW-WNW的运动学特征,以致不同的韧性剪切带或同一剪切带的不同区段在平面上显示不同的运动学效应。(3)变形机制显示相似性,主要表现在(a)矿物变形机制,三条剪切带从外侧的初糜棱岩向北大别片麻岩过渡的完整剖面均较一致地显示,石英由亚颗粒旋转动态重结晶和颗粒边界迁移式动态重结晶共存,向独立的颗粒边界迁移式动态重结晶过渡;斜长石由膨凸式动态重结晶向亚颗粒旋转动态重结晶过渡;部分角闪石在剪切带靠近条带状片麻岩的区段出现膨凸式动态重结晶。(b)运动学涡度与有限应变,三条剪切带均发生以简单剪切为主的一般剪切,运动学涡度>0.8;整体以平面应变为主,且三条剪切带从外侧向北大别单元内部过渡,应变样式发生相似的有规律的变化,即由外侧伸展应变向主带平面应变过渡,再由主带平面应变向北大别混合岩区的压扁应变过渡。(4)变形条件具有相似性,主要表现在(a)相近的古差应力范围及其变化,晓天-磨子潭韧性剪切带恢复的古差应力为33.38~84.4MPa,商城-麻城韧性剪切带恢复的古差应力为26.44~78.57Ma,水吼-五河-浠水-团风韧性剪切带恢复的古差应力为24.20~79.50Ma;完整剖面上获得的差异应力变化趋势显示,三条韧性剪切带由外侧向北大别内部,差异应力均呈微弱递减的趋势。(b)接近的变形压力条件,由同变形的基质角闪石获得的结晶压力显示,晓天磨子潭韧性剪切带变形压力范围为4.59~4.65Kba,商城-麻城韧性剪切带变形压力范围为4.5~4.8Kba,水吼-五河-浠水-团风韧性剪切带变形压力范围为4.80~5.06Kba。(c)相似的变形温度范围,由矿物动态重结晶型式所揭示的变形温度条件显示,三条韧性剪切带的变形温度均在500-650℃范围,且由剪切带外侧向北大别内部,变形温度呈上升趋势;由二长温度计揭示的同变形温度显示,晓天-磨子潭韧性剪切带中由糜棱岩主带向北大别片麻岩过渡段的变形温度为576.77~616.98℃,商城-麻城韧性剪切带由糜棱岩主带向北大别片麻岩过渡段的变形温度为539.04~625.79℃,水吼-五河-浠水-团风韧性剪切带由糜棱岩主带向北大别片麻岩过渡段的变形温度为566.74~638.07℃。(5)活动时限具有一致性,本次对剪切带中不同类型的变形岩石及多条脉体进行锆石U-Pb定年,对上述剪切带的活动时限进行精确厘定,取得了理想结果。结果显示,晓天-磨子潭剪切带韧性变形的时间为~142-130Ma,商城-麻城剪切带韧性变形的时间为~132-130Ma,水吼-五河-浠水-团风剪切带韧性变形的时间为~139-130Ma。剪切带韧性变形均结束于130Ma之前,142-132Ma为同变形年龄。上述证据共同表明,晓天-磨子潭韧性剪切带、商城-麻城韧性剪切带和水吼-五河-浠水-团风韧性剪切带共同构成了一完整上部向NW-WNW运动的韧性拆离层,形成于早白垩世~142-130Ma期间。 北大别内部几何学显示为三级穹隆形态,穹隆内部片麻岩构造面理与边界剪切带糜棱岩面理协调过渡,不显示交切关系;剪切带内的变形组构和穹隆区的变形组构一致的指示了上部向NW-WNW的运动学特征;本次和前人的年代学证据表明,穹隆活动时限与剪切带变形时限接近近一致。这些几何学-运动学-年代学表现出的空间-时间-变形耦合性共同表明北大别的边界韧性剪切带和内部穹隆构造应处于早白垩世同一构造过程中的统一变形中。 本文将大别山如今的构造格架厘定为一造山带规模的科迪勒拉型变质核杂岩,形成于早白垩世NW-SE向伸展构造背景下,晓天-磨子潭剪切带、商城-麻城剪切带、水吼-五河-浠水-团风剪切带构成变质核杂岩的主拆离带,其形成之初应为一低角度缓倾韧性正断层或近水平的塑性流变层,因后来的隆升揭顶呈现在的展布样式;拆离带下盘,由北大别穹隆深变质的片麻岩杂岩构成核部杂岩系;拆离带的上盘,在穹隆内部因蚀顶作用而剥蚀,残余部分保留在拆离带的外侧,北侧为北淮阳浅变质岩系,南侧为高压-超高压堆叠岩系,西侧为高压-超高压堆叠岩系和麻城盆地,上盘单元普遍发育脆性正断层系。 大别山变质核杂岩在华北克拉通破坏过程中形成,其变形机制既受板块尺度的构造动力学影响,同时也受自身结构特点的约束,且在不同的拆离阶段,变形受不同的动力学机制主导,表现在(1)~143-130Ma,由造山带加厚地壳引起的重力垮塌机制主导下的近水平塑性流动;(2)130-120Ma,由岩石圈拆沉引起的热浮力作用主导下的快速抬升和差异性隆升;(3)120Ma-由岩石圈进一步减薄和地壳结构再调整主导下的缓慢冷却抬升。