2.1.1 片麻理

片麻理是研究区基底变质岩最明显的构造形迹, 主要由角闪石、黑云母等片状矿物、柱状矿物和粒状矿物相间排列, 具有明显定向性, 对构造方向具有指示作用^[19]。片麻理在该区早前寒武纪各地质体中均较发育, 新太古代地质体受后期变形叠加影响, 片麻理产状较混乱, 但亦有规律可循, 其较好地反映了褶皱等其他构造现象。桑干岩群与TTG片麻岩片麻理不协调, 说明为两期构造变形的结果。集宁岩群沙渠村岩组片麻理产状稳定, 走向以NE 30° ~50° 为主, 倾向NW, 倾角中等(30° ~50° )。红旗营子岩群太平庄岩组片麻理主体走向近EW向, 与尚义— 平泉断裂平行。

2.1.2 变余层理

研究区变质表壳岩特征明显, 虽然经历了麻粒岩相的变质和深构造层次下的变形, 原生沉积构造大部消失殆尽, 但在部分地段仍可观察到由不同矿物含量形成的岩石成分层。尤其在沙渠村岩组中, 发现由变质后形成的石英、长石、石榴石和黑云母共同构成的成层分带现象, 可能是其原始层理的反映(图3(a)、(b))。

图3

Fig.3

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	图3 研究区小型构造Fig.3 Minor structures of the study area

2.1.3 构造透镜体

调查发现, 新太古代古老表壳岩组合常呈构造透镜体产于变质深成岩中, 空间上呈断续状、尖灭再现状产出, 形似“ 漂浮” 的岩块(图3(c))。片麻岩中的镁铁质侵入岩席或脉体, 在变形中常形成石香肠(图4(a))或透镜体, 在石香肠或透镜体内部存在弱变形的核, 边部为强变形的幔, 有时发育超塑性流动变形的尾或翼, 多呈σ 型(图3(d)), 从块体的形态和两侧片麻理的产状可以判别剪切运动的方向。

图4

Fig.4

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	图4 研究区新太古代地质体变形素描图Fig.4 Deformation sketch of the Neoarchean geological bodies in the study area

2.1.4 小褶皱

研究区小褶皱较发育, 主要零星分布于新太古代地质体内, 其发育背景与大型顺层韧性剪切作用及其伴生的深部重熔作用有关^[19]。褶皱形态及类型复杂: 一类是揉流褶皱(图4(b)), 深熔作用使浅色体和暗色体逐渐分离, 浅色长英质物质出熔形成大量浅色条带, 脉体的不规则褶皱或脉体呈勾状产于小褶皱转折端, 空间上该类褶皱呈紧闭不对称形态; 另一类是变质基性岩脉体侵入后发生的紧闭剪切褶皱, 主要为无根褶皱(图3(e))、平卧褶皱和肠状褶皱(图3(f))等, 具不对称褶皱的特点, 反映了明显的剪切流动变形机制。这些小褶皱与区域片麻理同期, 是岩石在半固态塑性状态下受近水平剪切作用形成的。

2.2.1 褶皱

在综合研究区域地质资料的基础上, 通过分析研究区各地质体的分布及产状, 并结合野外构造现象, 识别出了两期发育在新太古代地质体上的褶皱。

第一期褶皱由3个近平行的背形和向形组成复式背形和向形构造, 总体轴向近EW— NEE向, 向东倾伏, 核部为马市口岩组, 两翼为右所堡岩组。北部背斜核部位于马市口— 旧堡一带, 核部及近核部有大量新太古代变质侵入岩及古元古代变质侵入岩, 南侧被第四系覆盖(图2中f1-1)。中部背斜核部位于崛仑屯村— 治家庄一带, 由马市口岩组组成, 见大量新太古代变质侵入岩侵入, 两翼由右所堡岩组构成(图2中f1-2)。南部背斜核部位于西湾堡一带, 西侧核部被正长花岗岩侵入, 东侧被第四系覆盖, 核部也有新太古代变质侵入岩侵入(图2中f1-3)。总体上, 该期褶皱表现为背形紧闭、向形宽缓的形态。桑干岩群和新太古代变质侵入岩均卷入该期褶皱, 古元古代以后的地质体未卷入, 由此可知, 该期褶皱变形时间应发生于新太古代侵入岩形成之后, 为新太古代末期。

第二期褶皱在近EW向复式背形和向形的基础上, 叠加形成了近SN— NNE向开阔复式背形和向形(图2中f 2-1、f 2-2)。两期褶皱叠加部位的产状倾向变化大, 背形叠加位置形成穹窿, 出露马市口岩组和新太古代变质深成岩, 向形叠加部位形成构造盆地, 出露右所堡岩组, 并见古元古代侵入岩侵入。野外可见第二期复式背形和向形褶皱的次级褶皱(图4(c)、(d)), 枢纽产状与主褶皱轴近平行。该期褶皱将新太古代地质体卷入变形, 推测变形时代应在古元古代早期。

2.2.2 韧性剪切带

韧性剪切带主要产出于变质岩系中^[20], 通过研究区内糜棱岩及糜棱岩化岩石, 识别出3条具有一定规模的韧性剪切带, 分别位于西赵家窑村北西(图2中DS1)、小坝子— 松树沟(图2中DS2)和套里庄乡南西(图2中DS3), 具体特征如表1和图5所示。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 研究区韧性剪切带特征 Tab.1 Characteristics of ductile shear zones in the study area 编号 产状及规模 构造岩及矿物变形特征 运动学性质 形成时代 DS1 长2~3 km, 宽15~30 m, 走向40° ~60° , 糜棱面理倾向NW, 倾角10° ~20° 剪切带内的岩石主要为糜棱岩化黑云二辉斜长变粒岩、糜棱岩化含石榴角闪二辉斜长麻粒岩和糜棱岩(灰色石榴黑云斜长片麻岩夹条带状灰白色含石榴斜长浅粒岩), 石榴石呈“ σ ” 碎斑, 长石、石英颗粒压扁拉长(图5(a)) 右行逆冲 新太古代阜平运动晚期 DS2 长> 5 km, 宽十几米至几十米, 走向35° ~55° , 倾向NW, 倾角30° ~45° 构造岩以糜棱岩或糜棱岩化岩石为主, 岩石变形后呈条纹条带状, 并发育拉伸线理, 岩石中大部分长英质组分被压扁拉长, 呈拔丝状或豆荚状, 石榴石碎斑呈眼球状(图5(b)) 右行走滑 古元古代早期 DS3 总体走向近EW向, 倾向NNE, 倾角50° ~70° , 较陡, 长< 2 km, 宽几十米至百余米, 向西延伸出研究区, 东侧被汉诺坝组玄武岩覆盖 主体为糜棱岩化岩石和糜棱岩类, 原岩可辨认, 从边部向中部依次为变质石英闪长玢岩、弱糜棱岩化黑云斜长片麻岩、糜棱岩化黑云斜长片麻岩(岩石中夹有糜棱岩化斜长角闪岩透镜体)、糜棱岩化黑云角闪斜长片麻岩和长英质糜棱岩, 总体变质变形越来越强, 构造岩糜棱面理中发育大量牵引小褶皱(图5(c)、(d)), 部分构造岩的糜棱结构、碎斑结构和流动构造镜下特征明显(图5(e)、(f)) 右行逆冲 古元古代晚期

表1 研究区韧性剪切带特征 Tab.1 Characteristics of ductile shear zones in the study area

图5

Fig.5

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	图5 韧性剪切带内构造岩宏观与微观特征 Pl.斜长石; Q.石英; Bi.黑云母; Kf.钾长石Fig.5 Macroscopic and microscopic features of the tectonic rocks in ductile shear zones

西赵家窑村北西韧性剪切带(DS1)总体呈NE向展布, 两侧被新太古代变质深成岩截断, 长2~3 km, 宽15~30 m, 倾向NW, 倾角10° ~20° , 带内糜棱面理发育, 其产状与两侧片麻理一致, 该韧性剪切带仅改造了马市口岩组, 故推测其形成于新太古代阜平运动晚期; 小坝子— 松树沟韧性剪切带(DS2)位于研究区西北部, 仅发育于古元古代沙渠村岩组中, 呈NE向展布, 向北延出研究区, 长> 5 km, 宽十几米至几十米不等, 倾向NW, 倾角30° ~45° , 变形带主要由糜棱岩和糜棱岩化岩石组成, 糜棱面理、拉伸线理发育, 综合研究认为其形成于古元古代早期; 套里庄乡南西韧性剪切带(DS3)位于研究区北部, 总体呈近EW向展布, 向西延伸出研究区, 东侧被汉诺坝组玄武岩覆盖, 长< 2 km, 宽几十米至百余米, 走向约100° , 北倾, 倾角50° ~70° , 变形带主要由弱糜棱岩化黑云斜长片麻岩、糜棱岩化黑云斜长片麻岩、糜棱岩化黑云角闪斜长片麻岩和长英质糜棱岩组成, 糜棱面理、拉伸线理发育, 并见大量牵引小褶皱, 该断裂仅发育在古元古代太平庄岩组内, 综合研究表明其形成于古元古代晚期。

新太古代, 特别是2 700~2 450 Ma期间, 是华北地区地壳快速增生阶段, 几乎所有地表出露的太古宙变质岩均在此时间段形成^{[26, 27]}。目前, 尚未精确厘定地壳增生的精细年龄格架, 以往研究大多认为华北地区经历了两期或更多期的克拉通化, 在约2 500 Ma的新太古代末, 华北地区已形成现今规模的古陆^{[28, 29]}。近期研究表明, 太古宙的岩石经历了约2 600 Ma和2 520~2 500 Ma的变质作用^[9], 进一步证实华北地区存在与克拉通化有关的约2 500 Ma变质作用和壳熔花岗岩事件。

新太古代早期为研究区早前寒武纪变质基底的陆壳孕育期, 由拉张裂解向盆地发展, 稳定过渡演变, 古陆壳在地幔软流圈对流和上涌作用下裂解, 形成了古大洋或古大陆边缘裂谷海。冀西北的堆积中心在怀安一带, 有海相碎屑岩、硅铁质岩、碳酸盐岩和含碳质碎屑岩等沉积建造, 与大洋-裂谷型超基性、基性和中性火山岩建造交替, 形成桑干岩群原岩(图6(a))。

新太古代中期是研究区新生陆壳的初步形成与第一改造期, 由前造山转为同造山早期前碰撞阶段, 阜平微陆块向怀安微陆块俯冲(图6(b))。期间第一期麻粒岩相区域变质期间第一期韧性变形(D1)形成, 主要发生于2 657~2 600 Ma^[30]。桑干岩群形成区域片麻理和残存片内的无根褶皱, 并在马市口组形成与片麻理一致的韧性剪切带(DS1)。

新太古代晚期(2 600~2 500 Ma)是华北陆块演化最重要的时期, 有大量TTG岩系形成, 并有广泛的麻粒岩相-角闪岩相变质作用^[9]。近年来的锆石U-Pb年龄结果^{[2, 31, 32, 33, 34]}显示, TTG岩系的年龄均为2 500 Ma左右(表3), 说明2 500 Ma该区存在巨量的初始地壳增生。研究表明TTG岩系具有俯冲洋壳部分熔融特征^{[3, 34]}, 推断新太古代该区为与洋壳俯冲有关的岛弧或大陆边缘弧(图6(c))。该期岩浆事件与变质事件几乎同时发生, 为同一构造热事件的产物^[35], 伴随此次构造热事件, 区内发生了第二期变形(D2)(图6(d))。在TTG岩系中形成区域性片麻理和条带状构造, 并在桑干岩群中形成近EW向的复式背形和向形构造(f1)。

表3

Tab.3

表3(Tab.3)

表3 怀安地区及邻区TTG岩系年龄 Tab.3 Ages of TTG rock series in Huai’ an and its neighborhood 岩石类型 采样位置 年龄值/Ma 测年方法 资料来源 花岗闪长质片麻岩 宣化谷嘴子村 2 503± 21 单颗粒锆石U-Pb 参考文献[2] 花岗闪长质片麻岩 宣化张全庄 2 517± 7 SHRIMP 参考文献[2] TTG片麻岩 承德地区 2 520~2 470 SHRIMP和LA-ICP-MS 参考文献[31] TTG片麻岩 怀安地区 2 520~2 440 SHRIMP 参考文献[32] TTG片麻岩 怀安地区 2 510~2 470 LA-ICP-MS 参考文献[3] 英云闪长岩(TTG) 宣化附近 2 486± 20 LA-ICP-MS 参考文献[33] 花岗闪长质片麻岩 崇礼西双台 2 568± 10 SHRIMP 参考文献[34] 花岗闪长质片麻岩 崇礼二道营口 2 543± 17 SHRIMP 参考文献[34] TTG 怀安地区 2 551~2 514 LA-ICP-MS 本文

表3 怀安地区及邻区TTG岩系年龄 Tab.3 Ages of TTG rock series in Huai’ an and its neighborhood

最近几年, 古元古代华北克拉通的构造演化引起了国内外学者的广泛关注, 部分学者认为华北陆块是古元古代晚期东部陆块与西部陆块碰撞拼合而成的^[25], 虽然对拼合格局和方式认识不同, 但大多数学者承认吕梁运动对华北陆块的最终形成作出了巨大贡献^{[7, 21]}。吕梁旋回在研究区由集宁岩群、红旗营子岩群及大量侵入岩构成。

与世界其他克拉通的地球动力学背景类似, 华北克拉通也经历了2.5~2.3 Ga的“ 构造寂静期” ^{[10, 14]}。2.3~2.0 Ga期间, 区内集宁岩群沙渠村岩组(孔兹岩系)形成^[15], 原岩盆地的构造属性有克拉通盆地^{[14, 15]}、被动大陆边缘^[16]或活动大陆边缘^[17]等多种解释。岩相古地理分析认为原岩更可能形成于陆表海^[15](图6(e))。同位素特征研究显示, 伴随1.95 Ga左右的构造热事件^{[7, 36]}, 研究区发生第三期变形(D3), 沙渠村岩组发生麻粒岩相-高角闪岩相变质, 形成区域性片麻理, 并形成与片麻理一致的NE向韧性剪切带(DS2), 在新太古代地质体中叠加一期近SN向的开阔复式背形和向形构造(f2)。

华北克拉通的微陆块碰撞与2.1~1.8 Ga的全球造山事件同步^[15], 研究区表现为阴山陆块向怀安方向俯冲-碰撞(图6(f))。古元古代晚期, 红旗营子岩群形成于阴山陆块南缘^[18], 1.8 Ga左右, 伴随南北陆块的拼合(图6(g)), 研究区发生第四期变形(D4)。太平庄组发生角闪岩相-绿片岩相变质, 形成片理和片麻理, 尚义— 平泉断裂形成, 太平庄组主要表现为韧性剪切带(DS3)。