多期变形火山构造岩(structural analysis of polyphase deformed volcanic tectonites)构造解析中的问题与解决方法——来自加拿大新不伦瑞克省布伦瑞克俯冲杂岩(Brunswick Subduction Complex)渐进式俯冲–底垫(underplating)相关变形的证据

《Journal of Structural Geology》：Problems and solutions in structural analysis of polyphase deformed volcanic tectonites: evidence for a progressive subduction - underplating related deformation, Brunswick Subduction Complex, New Brunswick, Canada

　　

摘要：本文讨论了在多期变形火山构造岩中进行构造解析时遇到的问题，重点聚焦于样式与产状相互重叠的D1（第一幕变形）与D2（第二幕变形）构造的区分。正确划分这些构造对勘查具有重要意义，因为赋存重要块状硫化物矿床的火山岩受叠加构造控制。火山岩中最老的D1构造为不均匀发育的面理（S1a），通常局限于与逆冲作用相关的剪切带中；S1a并非火山岩中罕见层理的等斜褶皱轴面面理，而是被F1b等斜褶皱所褶皱，F1b在倒转翼上保留有沿其轴面面理（S1b）发生的晚D1期反向剪切证据。S1a与S1b共同构成剪切带内的复合型S1置换面理(transposition foliation)，形成于岩石被纳入布伦瑞克俯冲杂岩期间、高压（蓝片岩至绿片岩相条件）变质作用下的递进变形过程。大多数逆冲边界在D1相对较晚阶段确立，使不同变质岩片(metamorphic nappes)并置。D2产生陡倾–直立紧闭–等斜褶皱（F2）及通常限于枢纽区的轴面面理（S2）。由于F1b与F2均可褶皱先存面理（S1a和/或S1b），二者只能在具清晰叠加关系时明确区分；但F2褶皱了D1晚期形成的变质岩片间剪切接触面（该接触面形成于F1b褶皱之后或同期），可作为鉴别依据。

论文解读：多期变形火山构造岩构造解析与Brunswick俯冲杂岩递进变形研究

该文发表于《Journal of Structural Geology》。研究人员以加拿大新不伦瑞克省北部Miramichi出露区（Northern Miramichi inlier）的Ordovician火山岩及伴生亚火山侵入岩为对象，针对缺乏原生层理(bedding)的多期变形火山构造岩(tectonites)中D₁与D₂构造样式重叠、显微及露头尺度叠加关系模糊等解析难题，通过区域填图、化学地层学(chemostratigraphy)、同位素年代学、应变标志分析及显微构造观察，论证D₁为与俯冲底垫相关的递进变形(progressive deformation)，并建立区分D₁与D₂构造的野外判别准则。研究表明正确识别变形序列对重建三维几何形态、运动学演化及Volcanogenic Massive Sulfide（VMS，火山成因块状硫化物）矿床控矿构造至关重要。结论为D₁是岩石进入俯冲通道(subduction channel)至底垫(underplating)及逆冲岩片拼合期间，在高压低温（蓝片岩–绿片岩相）条件下形成的递进变形，产生复合型S₁置换面理与F_1b等斜褶皱；D₂晚于D₁岩片边界逆冲面，可通过F₂褶皱该逆冲接触面及S₂仅限枢纽区分布来识别。

主要技术方法：

研究人员以新不伦瑞克北部的Bathurst Supergroup（含Tetagouche Group和California Lake Group）火山岩及伴生亚火山侵入岩为样本，结合区域地质填图、详细化学地层学(chemostratigraphy)、锆石/全岩同位素年代测定(geochronological databases)、地球物理数据库解译、露头与井下（矿山、采坑）尺度的显微及宏观构造观测（包括枕状熔岩pillow应变标记、脉体、矿物拉伸线理与拉断长石、糜棱岩mylonite与千枚状糜棱岩/千枚岩phyllonite显微组构鉴定）、变质矿物组合温压估算，以及不同岩片(nappes)——蓝片岩岩片(blueschist nappe)、Spruce Lake nappe、Canoe Landing Lake nappe、Pabineau nappe（含Brunswick Mines No.6和No.12 VMS矿床）——内变形样式的对比叠加关系分析，开展多学科构造解析。

研究结果：

Structural problems concerning D₁（D₁相关构造问题）

高应变带内D₁相关面理(S≥L)伴随显著粒度减小，石英–长石含量高的为糜棱岩(mylonite)，富云母/角闪石的为千枚状糜棱岩(phyllonite)。增强应变带空间上与早期逆冲相关，局部可识别出早于F_1b的S_1a及与之复合的S_1b，共同组成S₁置换面理。

Regional Geology（区域地质）

除蓝片岩岩片外，所研究火山岩属Bathurst Supergroup（Tetagouche Group与California Lake Group，下–上Ordovician），在Salinic造山期（晚Katian–Ludlow）Tetagouche弧后盆地闭合过程中被构造并入Brunswick Subduction Complex（BSC，布伦瑞克俯冲杂岩）。

Structural setting（构造背景）

火山岩经俯冲底垫(structural underplating)进入BSC并部分转变为变质构造岩(tectonites)；晚D₁期构造挤出(tectonic escape)使蓝片岩岩片就位于低压绿片岩相岩片之上，随后D₁火山构造岩被后期多期变形(D₂–D₄)褶皱和剪切。

Nature of S₁foliation（S₁面理性质）

S₁通常为细密域状劈理(domainal cleavage)或较宽的分异变质层理(differentiated metamorphic layering)，随应变增大渐变为连续劈理并最终成糜棱岩/千枚状糜棱岩。劈理域可呈网结状(anastomosing)，在斑状火山岩中常见。

Blueschist nappe（蓝片岩岩片）

长约60 km、窄带状（数十米–千米级）内部叠瓦构造，原形成于Tetagouche弧后洋盆（～473–455 Ma）海山环境，具 penetrative 蓝片岩相组合（含蓝闪石glaucophane、硬柱石lawsonite等），为典型高压低温变质构造岩。

Spruce Lake nappe（Spruce Lake岩片）

构造上位于Canoe Landing Lake nappe之下，主要由晚Floian–Darriwilian（472–465 Ma）海底钙碱性安山英安岩–流纹岩熔岩及穹丘（夹绿片岩相枕状玄武岩）组成，上覆Darriwilian–Katian深水放射虫硅质岩与页岩，总体向北东陡倾(～60–70°)。

The Brunswick Mines area in the Pabineau nappe（Pabineau岩片中Brunswick矿山地区）

赋存巨型Brunswick No.6和No.12多金属VMS矿床，构造上受km级东倒转紧闭–等斜Brunswick背形与向形控制；经济矿体常定位于F₁与F₂非圆柱状褶皱枢纽及复杂盆地干涉型式，而沿褶皱翼及岩片边界剪切带中VMS矿体多强烈拉长减薄或呈Cu富集硫化物角砾岩（受D₁高应变带内同构造流体活化再分配影响）。

Composite nature of D₁（D₁的复合性质）

少量露头叠加关系表明D₁至少包含两期面理——早期S_1a（逆冲剪切带中局部分布）与F_1b轴面S_1b，二者在强应变带内复合为S₁置换面理，代表岩石在俯冲通道内或早期叠瓦逆冲时开始形成，持续至岩片拼合。

Implications for regional structural analysis（对区域构造解析的意义）

S₁在弱变形区可作构造基准面(datμm)区分D₁/D₂，但在nappe边界D₁剪切带内因S₁具复合性且F_1b与F₂均可能褶皱S_1a，仅凭面理交切难判；关键鉴别标志是F₂褶皱D₁晚期岩片间剪切接触（晚于F_1b），且S₂通常只发育于F₂枢纽区。

Formation of late D₁thrusts such as the Pabineau thrust（Pabineau等晚D₁逆冲断层形成）

Tetagouche Group内各岩片未明显拼置不同P–T条件的变质岩，但并置不同火山岩相，指示逆冲具显著走滑/推覆位移；Heath Steele及Pabineau逆冲带中极高应变与同构造流体活动佐证大位移及VMS再活化。

讨论与结论翻译（Conclusions节选浓缩）：

构造证据表明BSC中D₁为一递进变形事件，产生早期构造脉（后被变形）、至少两期面理/褶皱/剪切带，并与高压低温（蓝片岩–绿片岩相）变质作用同期；D₁始于各单元进入俯冲通道和/或底垫过程中，止于所有岩片最终拼合及向上构造折返。D₁内S_1a与S_1b构成复合型置换面理，F_1b等斜褶皱轴面S_1b保留晚D₁反向剪切迹象；D₂形成陡倾–直立F₂及局限于枢纽区的S₂，可通过F₂褶皱D₁晚期逆冲接触面来区分。正确区分D₁与D₂对重建区域运动学及VMS矿床靶区预测具有重要实用价值。