2012, Vol. 28
2. 广东省有色地质勘察局地质勘察研究院, 广州 510080;
3. 云南有色地质局, 昆明 650051
2. Geological Survey Institute of Guangzhou Bureau of Nonferrous Geology, Guangzhou 510080, China;
3. Yunnan Bureau of Nonferrous Geology, Kunming 650051, China
高压麻粒岩是在地壳增厚或俯冲碰撞作用过程中形成的，并经快速折返而保存下来的一种高级变质岩。泥质高压麻粒岩以蓝晶石-钾长石矿物组合，不含斜方辉石为特征(O'Brien, and Rötzler，2003)，主要形成于增厚的大陆下地壳环境，是确定板块汇聚边界的重要标志之一(Hiroi et al., 1994；Schaller et al., 1999；O'Brien and Rötzler，2003)。哀牢山构造带是印支地块与华南地块在印支期发生俯冲碰撞(Sengor，1984；莫宣学等，1993; Wang et al., 2000; 刘福田等, 2000; 方维萱等, 2002; 李兴振等，2002；Levrier et al., 2004；Trung et al., 2006; 莫宣学和潘桂棠，2006； Owada et al., 2007；Graciano et al. 2008; Jian et al., 2009)，并经历喜山期大规模走滑作用改造的构造变形域(Tapponnier et al., 1982, 1990；Leloup and Kienast, 1993；Leloup et al., 1995； Wang et al., 2001；张进江等, 1999, 2006；Burchfiel and Wang, 2003; 刘俊来等, 2006, 2007; Morkey, 2007)。由于多次构造运动的改造，致使对哀牢山构造带中的深变质带是否就是两个地块的边界仍存在较大争议(翟明国等，1990； Katz, 1993；Leloup et al., 1995；王义昭和丁俊，1996；沙绍礼等，1999；朱炳泉等，2001)。近年来，前人在哀牢山构造带南延部分——越南境内的Song Ma地区发现了基性高压麻粒岩(形成温压条件为910~930℃，1.9~2.0GPa)，并根据形成时代(233Ma)认为其形成于印支地块与华南地块的碰撞拼合过程(Nakano et al., 2008)，是两个地块南部汇聚拼合的边界。那么在我国境内的哀牢山构造带中是否也存在标志两个地块边界的高压麻粒岩？为此，笔者通过详细的野外调研、镜下鉴定和电子探针矿物成分分析，在该构造带中北段深变质带中发现了泥质高压麻粒岩，为厘定印支地块和华南地块中北部边界提供了关键性信息。
1 地质背景哀牢山-金沙江构造带是青藏高原东南缘构成印支地块与华南地块边界的大型构造带(图 1a)，是印支地块与华南地块长期相互作用的产物，其形成经历了中生代印支地块与华南地块的俯冲碰撞以及喜马拉雅期印度板块向北俯冲碰撞导致青藏高原东南缘块体发生旋转和逃逸，块体之间发生大规模走滑(Tapponnier et al., 1982, 1990；莫宣学等，1993；Leloup and Kienast, 1993；Leloup et al., 1995；刘福田等，2000)的多期次构造变形，形成自北向南相间展布的雪龙山、点仓山、哀牢山和向南延伸至越南境内的Day Nui Con Voi-Song Ma深变质带及与其平行分布的浅变质带。
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图 1 哀牢山构造带高压麻粒岩地质略图(据云南省地质矿产局，1976①修编) 1-混合岩化片麻岩；2-泥质高压麻粒岩；3-大理岩；4-花岗片麻岩；5-片麻岩、片岩和角闪岩；6-中生代花岗岩；7-古生代浅变质岩；8-中生代-新生代沉积岩；9-逆冲/伸展断裂带；10-采样位置 Fig. 1 Geological map of the high-pressure granulite in Ailaoshan orogenic belt 1-migmatization gneisses; 2-high-pressure pelitic granulite; 3-marbe; 4-orthogneisses; 5-gneisses, schist and amphibolite; 6-Mesozoic granite; 7-Palaeozoic low grade metamorphic rock; 8-Mesozoic-Cenozoic sedimentary rocks; 9-thrust/detachment; 10-sampling location |
① 云南省地质矿产局.1976. 1/200000墨江幅地质图
哀牢山构造带位于青藏高原东南缘哀牢山-金沙江构造带东南段，呈北西-南东向延伸，北东侧以红河伸展-右行走滑断裂带与华南地块相连，南西侧以安定-九甲断裂带为界，其间的哀牢山逆冲断层带将其分为北东缘的深变质带和西南缘的浅变质带(图 1b)，前者逆冲于由古生界和中生界地层组成的浅变质岩带之上(戚学祥等，2009；Qi et al., 2012)，北西尖灭于弥渡一带，向南东逐渐变宽并延伸到越南境内，长达500km，宽20~30km。深变质岩带主要由高绿片岩相-高角闪岩相的十字石-石榴石云母片岩、云母石英片岩、角闪片岩、黑云母-夕线石-石榴石片麻岩(副片麻岩)、花岗片麻岩(正片麻岩)、含长石碎斑的眼球状片麻岩、角闪岩、大理岩和混合岩组成，局部存在高压麻粒岩(Nakano et al., 2008)。研究区内红河伸展断裂带北东侧为未变质的中生代-新生代沉积岩系，哀牢山逆冲带下盘为古生代-中生代浅变质岩系，其内出露有与构造带总体走向平行展布的中生代花岗岩体(图 1b)。深变质带南西侧由片麻岩、片岩和角闪岩组成，北东侧为混合岩化片麻岩、麻粒岩、大理岩和花岗片麻岩，其间以韧性逆冲断裂带为界(图 1b)。
2 岩石学特征泥质高压麻粒岩呈岩片状分布于深变质带中段的副片麻岩中，走向北西，宽500~1000m，西南侧紧邻大理岩透镜体，北东侧为副片麻岩，其间以自北东向南西逆冲的断层带为界(图 1b)。糜棱岩化强烈，走向北西、倾向北东的高角度糜棱面理和向北西倾伏的低角度拉伸线理非常发育。泥质高压麻粒岩主体呈灰黑色，夹有宽2~50mm不等平行面理分布的浅色条带，表明存在温度升高、黑云母脱水引起局部熔融的混合岩化作用(Ait-Djafer et al., 2009)。石榴石、钾长石、斜长石和夕线石变斑晶及定向排列的片状黑云母和段带状石英条带(图 2a, b)标志着岩石经历了后期韧性变形作用的改造。
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图 2 哀牢山泥质高压麻粒岩特征矿物显微照片 (a)-麻粒岩主体中石榴石、夕线石和长石变斑晶及黑云母和石英之间的关系，单偏光；(b)-浅色条带中石榴石、夕线石和长石变斑晶及黑云母和石英之间的关系，单偏光；(c)-具有蓝晶石假象的夕线石变斑晶，正交偏光；(d)-石榴石变斑晶内夕线石包裹体和边部夕线石变斑晶集合体，单偏光；(e)-正条纹长石，正交偏光；(f)-斜长石变斑晶中蓝晶石包裹体及其边部的铁尖晶石和石英，单偏光；(g)-石榴石变斑晶中边部存在一个白云母环边的夕线石和铁假蓝宝石(Spr)包裹体，背散射图像；(h)-石榴石变斑晶裂隙中的黑云母、斜长石和石英，背散射图像 Fig. 2 Photographraphs of characteristic mineral assemblage within pelitic high-pressure granulite in Ailaoshan (a)-polarized light photomicrograph showing the assemblage of garnet, sillimaint, feldspar, biotite and quartz in melanocratic domains of granulite; (b)-polarized light photomicrograph showing the assemblage of garnet, sillimaint, feldspar, biotite and quartz in leucocratic ports of granulite; (c)-crossed polarized light photomicrograph showing the porphyroblast of sillimanite with kyanite pseudomorph; (d)-polarized light photomicrograph of garnet porphyroblast contact with sillimanite, and sillimanite inclusion; (e)-crossed polarized light photomicrograph of perthite; (f)-polarized light photomicrograph showing the inclusions of kyanite with spinel and quartz in plagioclase porphyroblast; (g)-BSE image of sillimanite and sapphirine inclusions with muscovite rim in garnet porphyroblast; (h)-BSE image of biotite, plagioclase and quartz assemblage along cracks in garnet |
麻粒岩主体(深色体)主要由石榴石(25％)、夕线石(17％)、黑云母(13％)、长石(18％)、石英(27％)组成(图 2a)，副矿物主要有蓝晶石、独居石、磷灰石、锆石、铁假蓝宝石、铁尖晶石和金红石、钛铁矿，它们大多以包裹体的形式分布于石榴石、长石或夕线石变斑晶中。此外，岩石中还存在少量次生白云母和绢云母。岩石具有较高的SiO2(62.43%~63.44％)、Al2O3(15.66%~17.05％)、FeT(7.19%~8.7％)和K2O(3.11%~3.96％)(国家地质实验测试中心完成)。K2O含量相对较高与岩石中钾长石和黑云母有关。XMg值(0.74~0.85)大于0.5，说明其属于Al-Mg麻粒岩(Ouzegane and Boumaza, 1996)。浅色条带中的石英(37％)、夕线石(17％)和长石(23％)含量较高，石榴石(18％)和黑云母(5％)明显减少(图 2b)，副矿物以磷灰石、锆石、尖晶石和金红石、钛铁矿为主，其化学成分中SiO2(66.21%~66.89％)和CaO(1.08%~1.49％)远高于麻粒岩主体，Al2O3 (14.89%~15.32％)、FeT (6.98%~7.44％)和K2O(2.58%~2.65％)含量相对较低，与浅色体中石英和斜长石含量较高，石榴石和黑云母含量大幅度减少有关。XMg值(0.75~0.78)虽然小于麻粒岩主体，但仍大于0.5，显示其Al-Mg麻粒岩性质。
3 岩相学与矿物微区化学石榴石是麻粒岩主要矿物之一，以变斑晶的形式存在，粒度在0.5~4mm之间，内含较多的石英、黑云母、斜长石、夕线石、铁假蓝宝石、金红石、钛铁矿和磷灰石等矿物包裹体(图 2d, g)。石榴石变斑晶多与粗粒长石、石英、夕线石和黑云母等矿物直接接触，在其内部发育一组近平行的裂隙，多被黑云母、石英和斜长石充填(图 2a, b, d, h)，电子探针微区分析结果(表 1)显示其为镁-铁榴石(Alm58.7~70.8 Prp22.2~35.5Grs4.0~4.1Sps1.7~2.9)。成分剖面图展示出石榴石内部成分均匀，不存在明显的生长环带，但在石榴石边部和裂隙边部存在明显的铁含量增加、镁含量降低的特征(图 3)，说明其晶体形成后经历了均一化作用，并在后期退变质作用过程中，其边部及裂隙边缘与邻近矿物或流体发生铁、镁交换，形成高铁低镁边的特征。
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表 1 石榴石电子探针微区分析 Table 1 Representative electron microprobe analyses of garnet |
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图 3 石榴石成分剖面图 Fig. 3 Compositional profile of garnet porphyroblast alm-almandine; prp-pyrope; grs-grossularire; sps-spessartine |
夕线石多以针状集合体的形式存在，部分呈板柱状，展现出蓝晶石的假象(图 2c)，它们因简单剪切作用而定向排列构成面理和拉伸线理，或呈旋转碎斑，或分布于石榴石等碎斑边部或尾部(图 2a, b)，或呈矿物包裹体的形式存在于石榴石或长石碎斑中(图 2d, g)。不同产状、晶形夕线石的化学成分相对均匀(表 2)。蓝晶石仅以矿物包裹体的形式存在于斜长石或钾长石中，部分蓝晶石包裹体边部转变为铁尖晶石和石英(图 2f)。
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表 2 夕线石、尖晶石和铁假蓝宝石电子探针微区分析 Table 2 Representative electron microprobe analyses of sillimanite, spinel and sapphirine |
黑云母有4种存在形式：1)矿物包裹体的形式存在于石榴石变斑晶中(Bt1)，具有较高的TiO2(4.63％)、FeO(15.36%~19.01％)和较低的MgO(9.84%~13.25％)、Al2O3(15.74%~16.25％)含量(表 3)，可能与石榴石同期形成并一起经历高温变质作用的改造；2)与夕线石、石榴石共生的片状黑云母，它们或呈片状与夕线石、石榴石直接接触(图 2a, b)，或呈片状与夕线石、石英、长石一起构成石榴石碎斑的边或尾(图 2d)。电子探针微区成分测试结果表明其化学成分(表 3)特点与Bt1相似，以TiO2(3.78%~5.40％)和FeO(14.90%~19.17％)含量较高，MgO(9.41%~12.03％)含量较低为特点，也为峰期高温变质作用的产物，属于Bt1类； 3) 石榴石边部细小鳞片状和与段带状石英平行分布的细丝状黑云母集合体(Bt2)(图 2a, b)，后者，可能是黑云母发生脱水作用不完全，虽然具有夕线石的毛发状形态，但仍保留了黑云母的结构和(拉幔)光谱特征。与Bt1相比(表 3)，其TiO2(1.24%~2.38％)和K2O(7.58%~8.79％)含量较低，FeO(17.47%~19.94％)含量较高，反映隆升过程中，黑云母发生脱水/与流体(熔融体)之间发生了明显的离子交换；4)裂隙中的黑云母，分布于石榴石裂隙中，或与长石、石英共生(图 2h)，其成分(表 3)特点是TiO2(0.28%~0.75％)和FeO(14.87%~16.80％)很低，是退变质作用过程中石榴石发生分解或流体成分加入形成的 (Grt+liq＝Bt+Pl+Qtz)，属于退变质类(Bt2)。岩石中白云母为次生矿物，含量很少，主要呈羽毛状集合体分布于长石或夕线石裂隙中，SiO2(45.56%~46.68％)含量较高，含少量FeO(2.30%~3.02％)和MgO(1.64%~2.11％)，TiO2(0.35%~0.43％)含量很低。此外，在石榴石中个别夕线石包裹体外围存在一个白云母环 (图 2g)，且该环与裂隙中的黑云母连，可能为退变质作用过程中夕线石、石榴石和流体作用生成的次生矿物。
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表 3 黑云母电子探针微区分析 Table 3 Representative electron microprobe analyses of biotite |
长石主要有3种形式存在，1)变斑晶或细小颗粒与段带状石英等一起构成基质(图 2a, b)。其中，钾长石有卡氏双晶发育的普通钾长石和格子双晶发育的微斜长石，其主要组分为Or87~91，Ab9~13，基本不含An(表 4)。斜长石为中长石系列(An30~35)，部分存在有一定程度的绢云母化和钠长石化。三元长石经出溶作用形成正条纹长石和反条纹长石。其中，正条纹长石(图 2e)由Ab和Or组成，在Ab条纹中，Ab达到97，An和Or分别为2和1，在Or条纹中，Or组分高达88，Ab为12，An仅为1(表 4)，反条纹长石出溶结构相对较弱，少量Kf条纹分布于Pl中，Kf条纹中的Ab、An和Or分别为12、0和88，Pl条纹中Ab为68，An和Or分别为28和4(表 4)；2)以矿物包裹体的形式分布于石榴石中，斜长石仍为中长石系列(An35~50)，但其An值高于斜长石变斑晶约5%~7％(表 4)；3)石榴石裂隙中与黑云母、石英共生的斜长石(图 2h)可能是石榴石与流体相互作用的产物。
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表 4 长石电子探针微区分析 Table 4 Representative electron microprobe analyses of feldspar |
铁尖晶石产于长石内蓝晶石包裹体边部(图 2f)或夕线石边部(图 2b)，呈他形不规则状，与石英共生。其主要成分为Al2O3分布于 61.16%~61.22％之间，FeO含量达27.10%~27.21％，MgO含量仅为5.61%~6.03％，ZnO含量达4.64%~4.96％，XZn＝0.12~0.13，XMg＝0.27~0.28 (表 2)，属于铁尖晶石类。假蓝宝石以包裹体的形式与夕线石一起包裹于石榴石中(图 2g)，其FeO含量高达24.72％，XMg仅为0.2(表 2)，属于铁假蓝宝石类。
综上所述，本区麻粒岩中存在2个阶段的变质作用过程：1)高压/高温进变质阶段，矿物组合为Ky+ Sil+Grt1+Kf1+Pl1+Spr+ Ter(Kf+Pl)+Bt1+Spl+Qtz+Ilm1+Rut1，其中蓝晶石仅以矿物包裹体的形式残存于长石变斑晶中，其他的都转变为夕线石或尖晶石和石英(图 2b)，铁假蓝宝石形成，石榴石成分强烈均一化，部分黑云母脱水熔融，部分金红石转变为钛铁矿；2)退变质阶段，是高温变质阶段后的降压降温过程，变质矿物组合为Grt2+Bt2+Pl2+Ms+Qtz+ Ilm2+ Rut2，其中Grt2为石榴石与流体或临近矿物(Bi等)发生Fe-Mg交换，形成高铁低镁边，Bt2+Pl2为石榴石裂隙中的黑云母、石英和斜长石组合，为石榴石与流体相互作用形成的，以及石榴石与相邻黑云母发生离子交换的产物。早期的三元长石溶离成条纹长石和反条纹长石，斜长石水化为羽毛状白云母。
4 高压麻粒岩形成条件变质岩是在一定温压条件下岩石中的矿物通过化学反应、物质交换重新达到平衡的产物。为了准确反映变质作用的峰期温压条件，前人在实验和热动力学研究的基础上，提出了一系列地质温压计，其中Holdaway(2000) 根据Fe-Mg交换反应，提出石榴石-黑云母地质温度计，Koziol and Newton(1998) 根据斜长石分解反映(3An=Grs+2Ky+Qtz)和实验研究提出的GASP地质压力计得到了广泛的应用。Wu et al.(2004) 在Gt-Bt温度计和GASP压力计的基础上，根据石榴石、黑云母、斜长石和蓝晶石(夕线石)之间Fe-Mg交换反应提出提出石榴石-黑云母-斜长石-(蓝晶石/夕线石)-石英地质温压计(GBPQ)，为确定中-高级变质泥质岩的变质条件提供了重要手段。为此，本文将通过GBPQ温压计以石榴石、斜长石(含蓝晶石包裹体和不含蓝晶石包裹体)和黑云母中心部位的成分计算高压/高温阶段的峰期变质温度和压力，以石榴石和相邻的斜长石和黑云母边缘成分计算退变质作用早期的温度和压力，以石榴石裂隙边缘成分和裂隙中新生成的黑云母和斜长石成分计算退变质作用后期的温度和压力。结果表明，高压阶段的温度和压力分别为850~919℃，9.2~10.4kbar；退变质作用早期的温度和压力分别为664~754℃，4.9~6.5kbar；退变质作用后期的温度和压力分别为572~576℃，3.5~3.9kbar。
5 讨论 5.1 高压变质作用条件石榴石成分剖面和主要组分扫描图(图略)表明石榴石边部和裂隙边缘虽然存在Alm含量增加，Prp含量降低的现象，但其内部成分分布是均匀的，说明该麻粒岩中的主要矿物石榴石成分在高温作用下发生了均一化，并在后期退变质作用过程中与变质流体(熔融体)和基质矿物发生了明显的Fe-Mg交换。夕线石大多保留蓝晶石晶形，仅有少量蓝晶石保留在斜长石变斑晶中，说明岩石中的夕线石多由蓝晶石转变而来，早期的高压变质矿物经历了后期升温变质作用的改造。由此可见，高压阶段的变质矿物组合在高温作用下大多没有保留下来，以及尖晶石中Zn含量较高(XZn＝0.12~0.13)，说明利用含蓝晶石斜长石、石榴石和黑云母核部成分计算的温度和压力并没有真实的反映高压阶段的温度和压力值，该阶段的实际峰期压力值应该大于10.4kbar。斜长石内部的蓝晶石包裹体部分转变为尖晶石和石英(Ky+Pl+liq=Spl+Qtz+Ab)，以及石榴石内部夕线石和铁假蓝宝石包裹体、岩石中三元长石(正条纹长石和反条纹长石)的存在说明岩石经历了超高温(T＞900℃)变质作用(Tsunogae and Santosh, 2006；Ait-Djafer et al., 2009；Shimizu et al., 2009)，其峰期变质作用温度应在900℃以上。利用含夕线石斜长石、石榴石和黑云母核部成分计算的温度和压力(850~919℃)基本代表了高温变质作用条件。利用石榴石裂隙边缘成分和裂隙中斜长石、黑云母成分计算的温度和压力略小于石榴石、斜长石和黑云母边部成分计算的温压值，说明隆升过程中石榴石变斑晶与相邻黑云母等矿物之间通过物质交换达到平衡后，部分变质流体聚集在石榴石变斑晶内的裂隙中，与石榴石相互作用形成黑云母、斜长石和石英(Grt+liq=Bt±Qtz±Pl)，并与石榴石裂隙边部达到新的平衡。总体来看，哀牢山中北部麻粒岩的形成经历了高压/高温进变质和中温低压退变质的演化过程，变质作用具有顺时针P-T演化趋势。
5.2 构造意义高温和超高温高压麻粒岩形成于增厚的下地壳环境，是板块俯冲碰撞过程中形成的高级变质岩，和榴辉岩一样，是判定板块汇聚边界的重要标志(Maruyama and Liou, 1998；O’Brien and Rotzler, 2003)，如苏鲁-大别榴辉岩带很好的限定了华南地块与华北地块的边界(Ernst and Liou, 1995；Zhang et al., 2000)，南阿尔金东部高压麻粒岩和西部榴辉岩的形成均与南阿尔金早古生代陆壳的深俯冲和岩石圈的加厚作用有关(Zhang and Meng, 2005)、印度板块南部Achankovil剪切带中高压麻粒岩的发现为研究Trivandrum and Madurai地块向南俯冲拼贴到冈瓦纳超大陆(Shimizu et al., 2009；Santosh et al., 2009)提供了直接证据。哀牢山中北部泥质高压麻粒岩的峰期温压条件(850~919℃，≥10.4kbar)虽然低于越南北部Song Ma地区基性高压麻粒岩(910~930℃；19~20kbar；Nobuhiko et al., 2008)，但仍属于高温/高压麻粒岩，是陆壳物质俯冲到地下30km经高压高温变质后折返上来的产物。岩石中未出现堇青石类低压矿物，说明麻粒岩是快速折返至中上地壳后发生退变质作用(Zhou et al., 2004)。退变质阶段的温压条件，尤其是石榴石裂隙中黑云母、斜长石和石英次生矿物形成于中-上地壳12km深度(572~576℃，3.5~3.9kbar)。结合哀牢山构造带南部——越南境内Song Ma基性高压麻粒岩的存在，说明哀牢山构造带中的深变质带是印支地块和华南地块碰撞拼合-快速折返的产物，是划分两个地块边界的重要标志。
6 结论(1) 哀牢山构造带泥质高压麻粒岩的形成和演化经历了高压/高温-中温低压退变质的演化过程。其中，1)高压/高温进变质阶段的矿物组合为Ky+Sil+Grt1+Kf1+Pl1+Spr+Ter(Kf+Pl)+Bt1+Spl+Qtz+Ilm1+Rut1；2)退变质阶段的矿物组合为：Grt2+Bt2+Pl2+Ms+Qtz+Ilm2+Rut2，变质作用具有顺时针P-T演化趋势。
(2) 石榴石-黑云母-斜长石-石英地质温压计(GBPQ)计算结果及标志性矿物组合(Spl+Qz)表明麻粒岩峰期变质作用的温压条件为850~919℃，≥10.4kbar；退变质阶段早期和晚期分别形成于664~754℃，4.9~6.5kbar和572~576℃，3.5~3.9kbar。
(3) 哀牢山中北部泥质高压麻粒岩属于高压高温麻粒岩类，是陆壳物质俯冲到地下30km经高压高温变质后快速折返的产物，是确定印支地块和华南地块边界的重要标志。
致谢 本文在成文过程中，与张泽明研究员、张建新研究员、周喜文研究员、任留东研究员和刘焰研究员进行了有益的探讨；电子探针微区分析由大陆构造与动力学电子探针实验室戎合副研究员协助完成；两位评审人给出了宝贵的意见；在此一并表示衷心的感谢！| [] | Ait-Djafer S, Adjerid Z, Badani A, Ouzegane K, Kienast JR. 2009. Spinel-quartz high temperature paragenesis in Al-Fe granulites from the Ihouhaouene area (NW Hoggar, Algeria). Journal of African Earth Sciences, 55: 79–91. DOI:10.1016/j.jafrearsci.2009.02.004 |
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