陜西漢陰北部梅子埡組變質(zhì)作用研究

劉歡，高棟 ，魯浩，羅德智， 張國鵬 ，焦建剛，3

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；2.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)大隊(duì)，山東 煙臺(tái) 264004；3.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054)

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陜西漢陰北部梅子埡組變質(zhì)作用研究

劉歡1，高棟1，魯浩2，羅德智1， 張國鵬1，焦建剛1，3

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；2.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)大隊(duì)，山東 煙臺(tái) 264004；3.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054)

摘要：梅子埡組是漢陰北部地區(qū)出露面積最大的地層，巖性主要為白云母石英片巖、含碳白云母石英片巖、含石榴子石黑云母變斑晶白云母石英片巖等，石榴子石和黑云母變斑晶在該巖層中普遍發(fā)育。該巖組構(gòu)造變形復(fù)雜，經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動(dòng)和變質(zhì)變形過程。筆者在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過分析研究區(qū)石榴子石、黑云母變斑晶的關(guān)系，采用石榴子石-黑云母地質(zhì)溫度計(jì)，對該區(qū)廣泛出露的含石榴子石黑云母變斑晶白云母石英片巖進(jìn)行研究，得到如下結(jié)論：研究區(qū)存在3期黑云母和石榴子石，石榴子石變斑晶具有明顯的生長環(huán)帶，而黑云母變斑晶沒有環(huán)帶；研究區(qū)變質(zhì)作用的變質(zhì)溫度范圍為介于511～572℃，主要為530～560℃；變質(zhì)壓力范圍為0.16～0.84GPa，變質(zhì)相屬高綠片巖相。

關(guān)鍵詞：石榴子石-黑云母地質(zhì)溫度計(jì)；梅子埡組；變質(zhì)作用；漢陰；陜西

石榴子石-黑云母共生礦物對地質(zhì)溫度計(jì)在變質(zhì)巖中應(yīng)用較為廣泛，適用范圍從高綠片巖相到麻粒巖相甚至超高溫泥質(zhì)變質(zhì)巖，所涉及的溫度范圍也很廣泛(吳春明等，2007)。目前，該溫度計(jì)已被廣泛應(yīng)用于變質(zhì)作用溫壓條件的研究。

研究區(qū)位于漢陰北部，構(gòu)造位置屬南秦嶺逆沖推覆系迎豐-櫚河口推覆體巖片(王瑞廷等，2013)。該巖組構(gòu)造變形復(fù)雜，經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動(dòng)和變質(zhì)變形過程。研究區(qū)出露的巖系主要為志留系梅子埡組，為一套以泥質(zhì)碎屑巖為主的中、淺變質(zhì)巖系，巖性主要為白云母石英片巖、含碳白云母石英片巖、含石榴子石黑云母變斑晶白云母石英片巖等，石榴子石和黑云母變斑晶在該區(qū)普遍發(fā)育。到目前為止，前人對其研究包括區(qū)域地質(zhì)背景、構(gòu)造、典型金礦床地球化學(xué)特征、成礦模式、成礦條件、控礦因素、找礦標(biāo)志等方面(王瑞廷等，2013；王民良，2007；李福讓等，2009；楊本昭，2005；劉林等，2011；張凱，2011；張壽廣等，1998；張俊良等，2013；杜堅(jiān)，2014；任小華等，2015)，缺乏對該區(qū)變質(zhì)作用的系統(tǒng)研究和分析。筆者在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過分析研究區(qū)石榴子石、黑云母變斑晶的關(guān)系，根據(jù)石榴子石-黑云母地質(zhì)溫度計(jì)，旨在查明該區(qū)區(qū)域變質(zhì)作用的溫壓條件，并結(jié)合前人已有研究資料，對該區(qū)區(qū)域變質(zhì)程度、變質(zhì)相進(jìn)行了討論。

1地質(zhì)背景

研究區(qū)位于漢陰北部，構(gòu)造位置屬南秦嶺逆沖推覆系迎豐-櫚河口推覆體巖片，北鄰北大巴山加里東褶皺帶(王瑞廷等，2013)。從古生代開始，該區(qū)先后經(jīng)歷了伸展裂陷、碰撞、匯聚、陸內(nèi)造山等一系列復(fù)雜而多期次的構(gòu)造變形和變質(zhì)作用(張國偉，2001)，巖石變形和構(gòu)造置換強(qiáng)烈，區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造發(fā)育，沿北西西向分布有數(shù)條大型韌性剪切帶，是該區(qū)金礦床的主要控礦構(gòu)造，目前在該區(qū)發(fā)現(xiàn)的金礦化體及礦化點(diǎn)均分布于韌性剪切帶內(nèi)及其附近的強(qiáng)片理化帶內(nèi)(楊本昭，2005)。研究區(qū)基底形成于中元古界，為一套酸-基性火山巖建造，上覆寒武系—泥盆系一套深海-淺海及潮坪相硅質(zhì)巖、細(xì)碎屑巖及碳酸鹽巖地層。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)較弱，研究區(qū)所在的構(gòu)造帶上分布有八廟溝、黃龍、鹿鳴、范家溝、茅埡子、羊坪灣等眾多金礦床(圖1)，顯示出巨大的找礦潛力。還有恒口大型砂金礦床以及漢陰、池河、石泉等砂金礦床分布。除上述金礦分布以外，尚有冷靜溝銻礦點(diǎn)，五家溝錳礦點(diǎn)、大堰溝水泥灰?guī)r礦床，周家溝、西營、黃石板等鉛鋅礦床分布。

2梅子埡組特征

梅子埡組是漢陰北部地區(qū)出露面積最大的地層，幾乎覆蓋了整個(gè)研究區(qū)，其原巖為一套以泥質(zhì)碎屑巖為主的中、淺變質(zhì)巖系。區(qū)域上，從石泉-漢陰-安康一線的同類型金礦床、礦點(diǎn)及礦化點(diǎn)均賦存在該地層中。依據(jù)巖性組合可將該巖組劃分為5個(gè)巖性段，其中第二、第四巖性段為區(qū)內(nèi)重要的含金層位(楊興科等，2011)。

第一巖性段(S1m1)：巖性以黃綠色白云母石英片巖、灰色二云石英片巖為主。

第二巖性段(S1m2)：為區(qū)域上主要含礦層，黃龍硝磺硐、茅埡子(鹿鳴)、長溝、柳坑等金礦均產(chǎn)于此層位。巖性以含石榴子石黑云母變斑晶白云母石英片巖、二云母石英片巖、含碳白云母石英片巖、白云母石英片巖、碳質(zhì)片巖、糜棱片巖為主，夾有變粉砂巖、粉砂質(zhì)(硅質(zhì))板巖、變細(xì)砂巖。巖石中出現(xiàn)較多的石英脈，有的具褐鐵礦化。

第三巖性段(S1m3)：巖性為白云母石英片巖、二云石英片巖、含黑云母變斑晶白云母石英片巖。

第四巖性段(S1m4)：巖性以黑云母變斑晶白云母石英片巖，白云母石英片巖、二云母石英片巖、含碳白云母石英片巖為主，夾碳質(zhì)粉砂質(zhì)板巖、碳硅質(zhì)板巖、為主要含金層位。

第五巖性段(S1m5)：巖性為灰色石榴子石斜長二云母片巖、含碳黃鐵礦石英巖(有金礦化)，少量為含石榴子石和黑云母變斑晶的白云母石英片巖。

1.石炭系；2.中泥盆統(tǒng)上部；3.中泥盆統(tǒng)下部；4.志留系；5.洞河群；6.中元古界耀嶺河群；7.閃長巖；8.地質(zhì)界線；9.斷裂；10.韌性剪切帶；11.金礦床(點(diǎn))；12.采樣位置圖1　陜西石泉-漢陰北部區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)李福讓等，2009修改)Fig.1　Geological map of the Northern region Hanyin in Shiquan Shaanxi(After LI furang et al.，2009)

3礦物組合特征

研究區(qū)廣泛出露含石榴子石黑云母變斑晶白云母石英片巖，石榴子石和黑云母多以變斑晶的形式出現(xiàn)，其結(jié)晶程度高，自形程度較好，粒徑較大。所以本次選取研究區(qū)內(nèi)的含石榴子石黑云母變斑晶白云母石英片巖作為研究樣品。樣品采自漢陰鐵佛寺地區(qū)，采樣位置如圖1所示。將所采樣品磨制光薄片進(jìn)行巖礦鑒定，鏡下一般特征為：粒狀變晶結(jié)構(gòu)、篩狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，主要礦物組成為：石英(25%)、白云母(40%)、黑云母(12%)、石榴子石(15%)、硬綠泥石(5%)、其他(3%)。

石英為粒狀，單偏光下無色，無解理，正低突起。正交偏光下Ⅰ級灰白干涉色。因?yàn)槭艿阶冑|(zhì)變形應(yīng)力作用，可見波狀消光。薄片中主要有2期石英，早期石英由于變質(zhì)作用形成糜棱化碎斑石英，在鏡下可見拉長定向石英細(xì)脈。晚期石英由重結(jié)晶作用形成，自形程度較高，粒度較大，石英顆粒邊部較規(guī)則。白云母為片狀，部分白云母定向排列并發(fā)生扭曲，具波浪狀構(gòu)造，部分白云母因變質(zhì)而形成糜棱化白云母。單偏光下無色或淺綠色，正低突起，部分切面可見{001}方向極完全解理，正交偏光下具有Ⅱ級頂部到Ⅲ級干涉色，干涉色十分鮮艷。

黑云母主要以變斑晶產(chǎn)出，單偏光下為紅褐色，多色性明顯，具淡黃-淺棕-深棕多色性，正中突起，部分切面可見一組極完全解理，正交偏光下由于礦物本身的顏色使得干涉色渾濁。樣品中多出現(xiàn)三期黑云母，第一期為角巖化黑云母，黑云母多呈碎裂狀，并由于變質(zhì)應(yīng)力作用拉長定向，形成糜棱化(圖2a)；伴隨第二期疊加熱液變質(zhì)作用，形成了第二期黑云母變斑晶，與石榴子石、角閃石同期，黑云母粒徑較大，可見聚片雙晶，由于后期應(yīng)力作用，部分熱變黑云母被拉長定向排列呈動(dòng)力片理(圖2a)，部分黑云母變斑晶沿著片理方向旋轉(zhuǎn)、擠壓，形成云母魚構(gòu)造(圖2b)，部分黑云母內(nèi)部可見有石英顆粒斷續(xù)定向排列，與早期片理方向平行，形成殘縷結(jié)構(gòu)(圖2c)； 區(qū)域動(dòng)力變質(zhì)作用后期，在無應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生

圖2　樣品中主要礦物顯微照片(Gr.石榴子石；Bi.黑云母；紅色箭頭代表成分分析方向)Fig.2　Microphotograph for main mineral in sample(Gr. garnet；Bi. biotite；The red arrow indicatethe direction of component analysis)

熱疊加作用，形成了第三期黑云母變斑晶，其粒徑較大，形狀較規(guī)則，受熱液改造作用很弱，晶形完好者解理清晰可見，并與早期片理化方向斜交或垂直(圖2a)。

石榴子石顆粒較大，主要以斑晶的形式出現(xiàn)，粒徑最小為0.3mm，最大可達(dá)2mm，主要為鐵鋁榴石，淺褐色、灰白-白色，與白云母、黑云母、綠泥石、石英等礦物接觸共生。石榴子石主要有3期，早期石榴子石多為篩狀變晶結(jié)構(gòu)(圖2d)，部分篩狀石榴子石變斑晶逐漸長大，包裹早期形成的基質(zhì)礦物，造成“破碎”的假象，并跨片理面分布；中期石榴子石大多晶形完好，在后期構(gòu)造應(yīng)力的作用下，石榴子石交代早期變形片理，形成顯微褶皺狀構(gòu)造，邊界被磨圓，但仍清晰可見，在部分石榴子石中還包含有早期糜棱片理，呈殘留狀(圖2e)；晚期石榴子石多以變斑晶的形式出現(xiàn)，顆粒較大，與第二期黑云母接觸共生，部分石榴子石內(nèi)部裂理發(fā)育(圖2f)，使得少量金屬礦物沿其裂隙分布。

薄片中還可見少量綠泥石、碳酸鹽及金屬礦物等。綠泥石呈片狀，由黑云母退變質(zhì)形成，淺綠色多色性，具有異常干涉色；碳酸鹽發(fā)生變質(zhì)重結(jié)晶，多呈碎斑狀；金屬礦物主要為變質(zhì)前期形成，隨著變質(zhì)作用的進(jìn)行被拉長，并沿片理方向分布。

4測試方法與分析結(jié)果

電子探針分析在長安大學(xué)西部礦產(chǎn)與教育部國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，使用儀器為JXA-8100型電子探針儀，加速電壓15kV，電流1×10-8mA。

4.1石榴子石成分分析

本次選擇晚期粗粒變斑晶石榴子石進(jìn)行了電子探針分析，對石榴子石的核部、幔部、邊部分別進(jìn)行了打點(diǎn)測試(圖2g、圖2h)。

在變質(zhì)巖研究中，石榴子石最主要的端元有鐵鋁榴石(Alm)、鎂鋁榴石(Pyr)、鈣鋁榴石(Gro)、錳鋁榴石(Spe)和鈣鐵榴石(Adr)。由于研究區(qū)巖石的石榴子石中Fe3+含量較低，故筆者未討論鈣鐵榴石(Adr)。由測試結(jié)果計(jì)算得出石榴子石的端元組分主要為：Alm(鐵鋁榴石)=65.48%～79.17%、Pyr(鎂鋁榴石)=6.89%～10.98%、Spe(錳鋁榴石)=6.99%～21.78%、Gro(鈣鋁榴石)=3.78%～6.31%，均屬鐵鋁榴石。

石榴子石的電子探針分析結(jié)果表明(表1)，其礦物化學(xué)成分以富含TFeO、Al2O3、MnO，相對貧MgO、CaO為特征。其中TFeO含量較高，為28.43%～35.05%，平均為32.67%；Al2O3含量為20.51%～21.65%，平均為21.14%；MnO含量為3.01%～9.43%，平均為5.01%；MgO、CaO含量為1%～3%。

石榴子石顆粒從中心到邊部的化學(xué)成分有明顯變化(圖3)，石榴子石顆粒內(nèi)部的XFe、XMn、XMg、XCa、Mg/(Mg+Fe)值較均勻，由中心到邊緣，XFe值逐漸升高(XFe從0.655升高到0.792)，XMn值逐漸降低(XMn從0.218降低到0.070)，XMg、Mg/(Mg+Fe)值略有升高(XMg從0.069升高到0.110，Mg/(Mg+Fe)從0.093升高到0.126)，XCa值略有降低(XCa從0.038降低到0.063)。從中心到邊部，XFe、XMg值逐漸升高，XMn、XCa值逐漸降低反映增溫過程。XMn含量降低與Mg/(Mg+Fe)含量升高表明為進(jìn)變質(zhì)作用過程，說明石榴子石存在生長環(huán)帶。(XMg=Mg/(Mg+Fe+Mn+Ca)；XFe=Fe/(Mg+Fe+Mn+Ca)；XMn=Mn/(Mg+Fe+Mn+Ca)；XCa=Ca/(Mg+Fe+Mn+Ca))。

圖3　樣品中石榴子石微區(qū)化學(xué)成分剖面圖Fig.3　Compositional profiles of garnet in sample

點(diǎn)號SiO2TiO2Al2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5NiOCr2O3Total1-r36.8140.03821.11134.7293.6342.5351.5450.015-0.014--100.441-m37.2730.07120.92730.5627.4471.9061.7490.0050.0010.0070.071-100.021-m36.6880.11720.75531.2296.6012.1211.7430.039-0.014-0.08899.3951-c36.7650.04820.50830.8187.5391.9631.7370.0490.015-0.0560.07899.5761-c37.0490.05921.14328.7069.4261.7021.9930.034-0.0070.002-100.121-m37.7250.03420.94630.0648.531.7871.9660.0870.0120.0280.040.018101.241-m37.219-21.18233.4814.8712.4241.4460.0250.007-0.020.005100.681-r37.2360.02321.19234.3073.4752.4391.3630.041-0.0940.029-100.22-r38.035-21.2533.8663.6682.5631.421---0.042-100.852-m37.7610.05921.14932.1795.5672.1241.7240.0560.0180.0880.059-100.782-m37.3520.04720.89129.3698.641.6861.9280.016---0.03399.9622-c37.1840.08121.17228.438.451.7712.1060.032-0.040.005-99.2712-c37.7990.02520.86229.9167.3271.7462.125-0.004-0.002-99.8062-m37.6420.04321.08630.1097.6811.8292.0540.0740.002-0.0370.104100.662-m38.1510.01221.1632.1585.092.3641.601-0.006-0.0120.003100.562-r37.938-21.24334.3613.4922.5831.4080.0660.1130.020.091101.32

注：r.邊部；m.幔部；c.核部；“-”表示低于檢測線。電子探針分析在長安大學(xué)西部礦產(chǎn)與教育部國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

4.2黑云母成分分析

本次選擇與石榴子石接觸共生的第二期變斑晶黑云母進(jìn)行了電子探針分析(表2)。由于黑云母核部被石榴子石充填，故無法測得其核部成分。因此，本次在對黑云母進(jìn)行探針分析時(shí)，未對黑云母進(jìn)行核部、幔部、邊部分別打點(diǎn)測試。

黑云母成分測定結(jié)果(表2)顯示其以富含TFeO、Al2O3、MgO、K2O為特征，相對貧TiO2、MnO、Na2O。其中TFeO、Al2O3含量在17%～21%；MgO、K2O含量為5%～11%；TiO2含量為1%～2%；MnO、Na2O含量均<1%。

黑云母中Fe含量略高于Mg含量，XFe=0.505～0.539，XMg=0.461～0.495。與石榴子石接觸帶處黑云母的XMg值略低于遠(yuǎn)離接觸帶處XMg值，XFe值則成相反的變化趨勢，XFe、XMg差值為0.02。在10×TiO2-(FeO+MnO)-MgO圖解中(圖4a)，在黑云母分類圖中(圖4b)，所有測試的黑云母都屬于鐵質(zhì)黑云母。所有的黑云母都位于再平衡原生黑云母中(XMg=Mg/(Mg+Fe)；XFe=Fe/(Mg+Fe))。

表2　樣品中黑云母化學(xué)成分表(%)

續(xù)表2

點(diǎn)號SiO2TiO2Al2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5NiOCr2O3Total1-634.3411.4119.8417.6120.1059.474-0.0829.0330.0640.026-91.9871-735.8761.39919.49318.7760.1299.6730.0050.0557.8330.010.0120.05493.3151-835.5091.46219.16219.6240.0869.407-0.0497.7530.0460.048-93.1462-136.0821.62619.52718.850.0499.767-0.0889.2050.020.078-95.2922-235.5391.54519.0718.3730.0319.3950.0210.0079.3060.0250.116-93.4282-335.6871.46919.45218.4370.0299.829-0.0738.9880.0120.0370.02494.0372-436.1311.39119.58818.0880.0449.716-0.0989.0990.0350.0560.01694.2622-535.8691.5118.77619.3130.0789.781-0.078.9670.0070.0620.0494.4732-636.311.5619.44818.4680.1079.648-0.0658.9540.020.031-94.6112-735.9831.79218.48219.4070.05210.087-0.0478.7620.1120.016-94.742-836.311.5619.44818.4680.1079.648-0.0658.9540.020.031-94.611

注：r.邊部；m.幔部；c.核部；“-”表示低于檢測線。電子探針分析在長安大學(xué)西部礦產(chǎn)與教育部國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

圖4　(a)黑云母10×TiO2-(FeO+MnO)-MgO分類圖(底圖據(jù)NACHIT et al.，2005)和(b)黑云母的Mg-( AlⅥ+ Fe3++Ti)- ( Fe2++Mn)分類圖(底圖據(jù) FORSTER，1960)Fig.4　(a)10×TiO2-(FeO+MnO)-MgO diagram for biotite(After NACHIT et al.，2005)and(b)Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn) diagram for biotite(After FORSTER，1960)

4.3白云母成分分析

本次選擇顆粒較小的片狀白云母進(jìn)行了電子探針分析，共測試了4顆片狀白云母，其中有2顆沿白云母長軸打點(diǎn)測試，打點(diǎn)順序?yàn)檫叢?、核部、邊部；另外兩顆沿白云母短軸打點(diǎn)測試，打點(diǎn)順序?yàn)檫叢?、核部、邊部?/p>

白云母的理想成分為KAl2(Si3Al)O10(OH)2，類質(zhì)同象替代較廣泛，常見混入物有：Ba、Na、Rb、Fe3+、Cr、V、Fe2+、Mg、Li、Ca、F 等，形成多種成分變種，如鋇白云母、鉻云母等。

多硅白云母是白云母-(KAl2(Si3Al)O10(OH)2)與綠磷石-(KAl(MgFe2+)(Si4)O10(OH)2)構(gòu)成的類質(zhì)同象系列的中間成員，化學(xué)組成較白云母富硅，低鋁，含一定數(shù)量的Fe2+、Fe3+和Mg。

電子探針分析表明(表3)，白云母以富含Al2O3、K2O為特征，相對貧FeO、MgO、Na2O。其中SiO2、Al2O3含量為31%～51%；K2O含量為7%～9%；FeO、MgO、Na2O含量為0.4%～2%；其他氧化物含量均<1%。

經(jīng)計(jì)算得到的白云母Si原子數(shù)為3.06～3.31，Na/(Na+K)為0.15～0.26，從圖5 中可以看出，隨著Si原子數(shù)的增加，Na/(Na+K)原子數(shù)之比逐漸降低；隨白云母長軸打點(diǎn)測試的顆粒從中心到邊部Si原子數(shù)增加，沿白云母短軸打點(diǎn)測試的顆粒從中心到邊部Si原子數(shù)降低。

表3　樣品中白云母化學(xué)成分表(%)

注：r.邊部；m.幔部；c.核部；“-”表示低于檢測線。電子探針分析在長安大學(xué)西部礦產(chǎn)與教育部國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

圖5　樣品中白云母Na/(Na+K)-Si圖與白云母微區(qū)化學(xué)成分圖解Fig.5　Na /(Na + K)-Si diagram and compositional profiles formuscovite in sample

5討論

5.1變質(zhì)溫壓條件的確定

從PERCHUK(1967)首次標(biāo)定石榴子石-黑云母地質(zhì)溫度計(jì)以來，經(jīng)歷了多次修正，石榴子石-黑云母溫度計(jì)目前已有超過30多個(gè)版本(周喜文等，2003；吳春明等，2007)。本次研究選取了Holdaway(2000)版本的石榴子石-黑云母溫度計(jì)，對彼此相鄰接的石榴子石和黑云母變斑晶顆粒的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。所采用的石榴子石-黑云母溫度計(jì)計(jì)算公式如下(何德峰等，2008)：

(T/K){7.802+3Rln[(XFeGr/XMgGr)/(XFeBi/XMgBi)]+a+17.396(XMgBi-XFeBi)+280.306XAlBi+370.39XTiBi=40198.0+10(0.295-b)(P /MPa)- c+22998(XMgBi-XFeBi)+245559.0XAlBi+310990.0XTiBi

a=5.503(XFeGr)2+5.993(XMgGr)2+3.203(XCaGr)2+23.01(XMnGr)2-22.992(XFeGr)(XMgGr)+10.2465(XFeGr)(XCaGr)+22.765(XFeGr)(XMnGr)+28.3935(XMgGr)(XCaGr)+23.255(XMgGr)(XMnGr)+34.2715(XCaGr)(XMnGr)

b=-0.05(XFeGr)2-0.034(XMgGr)2-0.005(XCaGr)2-0.014(XMnGr)2+0.168(XFeGr)(XMgGr)+0.1315(XFeGr)(XCaGr)-0.022(XFeGr)(XMnGr)-0.1875(XMgGr)(XCaGr)-0.006(XMgGr)(XMnGr)-0.0305(XCaGr)(XMnGr)

c=-11622.0(XFeGr)2-5672.0(XMgGr)2-5827.0(XCaGr)2-39632.0(XMnGr)2+34588.0(XFeGr)(XMgGr)-33934.5(XFeGr)(XCaGr)-42607.0(XFeGr)(XMnGr)-100901.5(XMgGr)(XCaGr)-36657.0(XMgGr)(XMnGr)-76254.5(XCaGr)(XMnGr)

其中，XFeGr=Fe/(Fe+Mg+Ca+Mn)；XMgGr=Mg/(Fe+Mg+Ca+Mn)；

XCaGr=Ca/(Fe+Mg+Ca+Mn)；XMnGr=Mn/(Fe+Mg+Ca+Mn)；

XFeBi=Fe/(Fe+Mg+Si+A-l4+Ti)；XMgBi=Mg/(Fe+Mg+Si+A-l4+Ti)；

XAlBi=Al/(Fe+Mg+Si+A-l4+Ti)；XTiBi=Ti/(Fe+Mg+Si+A-l4+Ti)

P為壓力，單位：Pa。

經(jīng)計(jì)算得出研究區(qū)變質(zhì)溫度范圍介于511～572℃，主要介于530～560℃。壓力P所使用值為張壽廣(1998)對南秦嶺地區(qū)變質(zhì)壓力的測定值，其所估算的變質(zhì)壓力介于0.5 ～ 0.8GPa，計(jì)算時(shí)分別代入0.5、0.6、0.7、0.8等一系列壓力值。結(jié)果表明，壓力每增加0.1GPa，溫度升高0.3℃，可見溫度變化受壓力影響很小，故本次取其平均值作為最終壓力值。

根據(jù)已得的變質(zhì)溫度(511～572℃)，并結(jié)合本次所測白云母晶體化學(xué)式Si4+離子數(shù)，筆者采用多硅白云母Si原子數(shù)地質(zhì)壓力計(jì)(吳春明等，2007)，對變質(zhì)壓力進(jìn)行了估算(圖6)。本區(qū)白云母Si原子數(shù)在3.06～3.31之間，平均為3.19。取Si原子數(shù)最小值3.06，相應(yīng)的壓力范圍為0.16～0.27GPa；取Si原子數(shù)最大值3.31，相應(yīng)的壓力范圍為0.7～0.84GPa；取Si原子數(shù)平均值為3.19，相應(yīng)的壓力范圍為0.46～0.58GPa。因此，綜合認(rèn)為其壓力介于0.16～0.84GPa，與張壽廣所得壓力值相近。

圖6　多硅白云母Si原子數(shù)地質(zhì)壓力計(jì)(據(jù)MASSONNE，1997)Fig.6　Geobarometry of Si in phengite1(After MASSONNE，1997)

5.2變質(zhì)相與變質(zhì)程度

5.2.1變質(zhì)相

變質(zhì)相的類型一般通過特征變質(zhì)礦物的出現(xiàn)和消失來劃分。張樹業(yè)等(1985)指出，高綠片巖相與低綠片巖相之間的界線，主要是以變泥質(zhì)巖石中首次出現(xiàn)鐵鋁榴石作為標(biāo)志，高綠片巖相的典型礦物組合為：鐵鋁榴石+綠泥石+黑云母+白云母+石英(泥質(zhì)巖)。研究區(qū)片巖的原巖為泥質(zhì)巖，主要礦物組成為：石榴子石(鐵鋁榴石)+黑云母+石英+白云母+綠泥石。因此，鐵鋁榴石的出現(xiàn)說明本區(qū)的變質(zhì)作用為高綠片巖相。這里所指的高綠片巖相相當(dāng)于愛斯科拉和都城秋穗的綠簾角閃巖相，也相當(dāng)于變泥質(zhì)巖石中巴羅帶的鐵鋁榴石帶。

張樹業(yè)根據(jù)野外及實(shí)驗(yàn)資料得到高綠片巖相的形成條件約為0.2～0.6GPa，500～575℃。筆者通過石榴子石-黑云母地質(zhì)溫度計(jì)估算得出本區(qū)變質(zhì)溫度為511～572℃，采用多硅白云母Si原子數(shù)地質(zhì)壓力計(jì)所估算的壓力為0.16～0.84GPa，與張樹業(yè)所得結(jié)果大致相同。因此，可以認(rèn)為研究區(qū)的變質(zhì)相屬于高綠片巖相。結(jié)合本區(qū)特征變質(zhì)礦物黑云母，石榴子石的出現(xiàn)，以及本區(qū)的變質(zhì)壓力范圍(0.16～0.84GPa)，綜合確定本區(qū)的變質(zhì)相屬高綠片巖相。

5.2.2變質(zhì)程度

研究區(qū)主要礦物組成為：石榴子石(鐵鋁榴石)+黑云母+石英+白云母+綠泥石，出現(xiàn)特征的石榴子石、黑云母、綠泥石。依BARROW(1912)、TILLEY(1925)及HARKER(1932)對變質(zhì)帶的劃分，可將本區(qū)劃歸為石榴子石帶。

本區(qū)變質(zhì)溫度主要介于530～560℃，變質(zhì)帶為石榴子石帶，特征礦物為石榴子石、黑云母、石榴子石，依TILLEY(1924)對變質(zhì)級別的劃分，可以確定本區(qū)的變質(zhì)級別為低級變質(zhì)。

6結(jié)論

(1)黑云母主要有3期，第一期為角巖化黑云母，黑云母多呈碎裂狀；第二期黑云母變斑晶與石榴子石、角閃石同期，粒徑較大；第三期黑云母變斑晶粒徑較大，形狀較規(guī)則，受熱液改造作用很弱。石榴子石主要有3期，早期石榴子石多為篩狀變晶結(jié)構(gòu)；中期石榴子石大多晶形完好，交代早期變形片理，形成顯微褶皺狀構(gòu)造；晚期石榴子石多以變斑晶的形式出現(xiàn)，顆粒較大，與第二期黑云母接觸共生。

(2)從中心到邊部，石榴子石變斑晶顆粒的XFe、XMg值逐漸升高，XMn、XCa值逐漸降低、Mg/(Mg+Fe)含量升高，因此認(rèn)為本區(qū)石榴子石變斑晶具有明顯的生長環(huán)帶。

(3)所測試黑云母均屬于鐵質(zhì)黑云母及再平衡原生黑云母中；XFe、XMg成分在黑云母顆粒邊緣和中心的變化較微弱，因此認(rèn)為本區(qū)黑云母無環(huán)帶。

(4)研究區(qū)變質(zhì)作用的變質(zhì)溫度范圍為511～572℃，主要介于530～560℃；變質(zhì)壓力范圍為0.16～0.84GPa，變質(zhì)相屬高綠片巖相，變質(zhì)程度為低級變質(zhì)，變質(zhì)帶為石榴子石帶。

致謝：長安大學(xué)楊家喜、劉云華老師在變質(zhì)溫度計(jì)算過程中給予了重要建議；在薄片鑒定過程中得到了白開寅老師的悉心指導(dǎo)；在本文的修改和完稿過程中得到了王崇禮老師的悉心指導(dǎo)，在此一并致謝。

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收稿日期：2015-06-15；修回日期： 2016-03-09

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作者簡介：劉歡(1989-)，女，陜西省西安市臨潼區(qū)人，長安大學(xué)碩士研究生，礦床學(xué)、巖石學(xué)、礦物學(xué)專業(yè)，研究方向：礦床學(xué)。E-mail：liuhuan14521@126.com

中圖分類號：P536

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-6248(2016)02-0237-11

Metamorphism of the Meiziya Formation in Northern Hanyin， Shaanxi Province

LIU Huan1，GAO Dong1，LU Hao2，LUO Dezhi1，ZHANG Guopeng1，JIAO Jiangang1，3

(1.College of Earth Sciences and Recourses，Chang’an University，Xi’an 710054，Shaanxi，China；2. Shandong Bureau of Geological and Mineral Exploration，Yantai 264004，Shandong，China；3. Key Laboratory of Western China Mineral Resources and Geological Engineering， Xi’an 710054，Shaanxi，China)

Abstract：The Meiziya Formation is the biggeststratum exposed in northern Hanyin， which is mainly composed of muscovite-quartz schist， carbon-containing muscovite-quartz schist， and muscovite-quartz schistwith garnet-bearing biotitemeta crystal. Garnet and biotite are widely developed in thisrock stratum. The formation and metamorphism of Meiziya Formation is complex，which has experienced a number of tectonic activity， metamorphism and deformation processes. Based on the field investigation， the relationship between garnet and biotite metacrystal has been analyzed and researched.Using garnet-biotite geothermometer， the widely exposed muscovite-quartz schist with garnet-bearing biotite metacrystal has been studied in this paper. The results show that three periods of biotite and garnet were developed in this studying area， the garnet porphyroblast has obvious growth zoning， but the biotite without any growth zoning. For this studying area， the metamorphic temperatures range from 511 to 572℃， most of them change from 530 to 560℃. Their metamorphicpressures vary from 0.16 to 0.84GPa， and their metamorphic event mainly corresponds to high greenschistface.

Keywords：garnet-biotite geothermometer; Meiziya formation; metamorphism; Hanyin; Shaanxi