四川米易海塔地區(qū)前震旦紀(jì)五馬箐組變質(zhì)作用P-T條件研究

范 偉,陳友良,2,*,歐何瓊,顧孟娟,付于真,張寶玲,詹國(guó)鑫

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610059;2.成都理工大學(xué)地學(xué)與核技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610059)

在揚(yáng)子板塊西緣的康滇陸塊(習(xí)稱(chēng)康滇地軸)上廣泛分布著一套由花崗質(zhì)侵入巖和變質(zhì)巖共同組成的混合雜巖帶,前人稱(chēng)之為康定雜巖[1],并代表了揚(yáng)子板塊西緣的結(jié)晶基底[2]?？刀s巖由北向南分別出露有彭灌雜巖、寶興雜巖、狹義的康定雜巖(指康定地區(qū)的變質(zhì)混合雜巖系)、石棉雜巖、冕寧雜巖、米易-磨盤(pán)山雜巖、同德雜巖、攀枝花大田雜巖、元謀雜巖等雜巖體[3]。各雜巖體多以相對(duì)獨(dú)立的圈閉狀態(tài)出露,主要由康定群(四川境內(nèi))或苴林群(云南境內(nèi))的變質(zhì)雜巖和新元古代花崗巖類(lèi)巖石等組成,局部包含少量的角閃巖和麻粒巖,在雜巖帶中還發(fā)育有各種混合巖、副片麻巖、片巖等,巖性包括云母石英片巖、云母片巖、矽線(xiàn)石榴泥質(zhì)片麻巖、大理巖以及石英巖等[3-7]。

長(zhǎng)期以來(lái),有關(guān)康定雜巖的成因、時(shí)代以及形成時(shí)的構(gòu)造環(huán)境等一直存在較大的爭(zhēng)議。袁海華等[8]獲得同德角閃混合片麻巖的Pb-Pb等時(shí)線(xiàn)年齡為2957±304 Ma,冕寧沙壩混合片麻巖的Rb-Sr等時(shí)線(xiàn)年齡為2404±189 Ma,認(rèn)為這套結(jié)晶基底的形成時(shí)代為太古宙-古元古代。從柏林[9]測(cè)得冕寧沙壩麻粒巖Rb-Sr等時(shí)線(xiàn)年齡為1185.6 Ma,并通過(guò)計(jì)算得到其N(xiāo)d模式年齡為1462.8 Ma;且同時(shí)測(cè)得該地區(qū)斜長(zhǎng)角閃片麻巖的Rb-Sr等時(shí)線(xiàn)年齡為1088.8±44.7 Ma。近20年來(lái),隨著同位素定年技術(shù)的發(fā)展,尤其是大量的鋯石原位微區(qū)U-Pb年代學(xué)分析結(jié)果表明,區(qū)內(nèi)的巖漿雜巖形成于750～860 Ma[5,10-12]。目前普遍認(rèn)為區(qū)內(nèi)的花崗質(zhì)雜巖形成于新元古代,但對(duì)其成因機(jī)制和形成時(shí)的構(gòu)造背景仍存在很大爭(zhēng)論,并形成了兩大主流觀點(diǎn):一種觀點(diǎn)認(rèn)為超級(jí)地幔柱驅(qū)動(dòng)Rodinia 超大陸裂解,巖石形成于大陸裂谷環(huán)境[13-16];另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為巖石形成于島弧環(huán)境[7,12,17]。

從前人的研究來(lái)看,對(duì)康定雜巖的成因和構(gòu)造環(huán)境的判別大多是通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)的巖漿雜巖研究而來(lái),而對(duì)區(qū)內(nèi)廣泛分布的變質(zhì)雜巖研究相對(duì)薄弱,尤其是有關(guān)這套變質(zhì)雜巖的溫壓條件缺少深入研究,從而對(duì)這套巖石的成因與形成的構(gòu)造環(huán)境缺少最直接的依據(jù)。筆者等以米易海塔地區(qū)前震旦紀(jì)五馬箐組的黑云斜長(zhǎng)角閃片巖為研究對(duì)象,對(duì)其開(kāi)展系統(tǒng)的巖相學(xué)、變質(zhì)礦物地球化學(xué)分析,厘定其變質(zhì)作用溫壓條件,為該地區(qū)的變質(zhì)巖成因提供直接依據(jù)。

1 地質(zhì)背景與樣品

米易縣海塔地區(qū)地處揚(yáng)子板塊西緣康滇地軸中南段的瀘定-米易臺(tái)拱之上。區(qū)內(nèi)出露地層由老到新主要有元古界冷竹關(guān)組與五馬箐組(見(jiàn)圖1),冷竹關(guān)組巖性主要為斜長(zhǎng)角閃巖、斜長(zhǎng)片麻巖和變粒巖等,局部可見(jiàn)云母片巖,原巖主要由酸性火山巖以及碎屑巖組成,常見(jiàn)流紋構(gòu)造和塊狀構(gòu)造,揉皺現(xiàn)象發(fā)育;五馬箐組巖性主要為云母石英片巖、黑云母片巖、黑云斜長(zhǎng)角閃片巖、斜長(zhǎng)角閃巖等,由于混合巖化作用的影響,局部已變質(zhì)為混合巖。震旦紀(jì)觀音崖組,巖性主要為頁(yè)巖、砂巖、碳酸鹽巖等,與元古界五馬箐組呈角度不整合接觸。晚震旦世燈影組,巖性主要為細(xì)晶白云巖、砂質(zhì)白云巖、細(xì)砂巖以及白云質(zhì)大理巖等。晚三疊世寶頂組,巖性主要為灰綠色石英砂巖、粉砂巖及鈣質(zhì)泥巖,夾礫巖及劣質(zhì)煤層,厚度可達(dá)1500 m。侏羅系益門(mén)組,巖性主要為紫紅色泥巖、灰黃色石英砂巖,夾粉砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r以及生物碎屑灰?guī)r,含鈣質(zhì)結(jié)核。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,以晉寧期花崗巖和基性巖、華力西期-印支期的石英閃長(zhǎng)巖、華力西期的峨眉山玄武巖為主。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,斷裂構(gòu)造發(fā)育。

1.新生界;2.侏羅系益門(mén)組;3.晚三疊世寶頂組;4.二疊紀(jì)峨眉山玄武巖;5.晚震旦世燈影組;6.震旦紀(jì)觀音崖組;7.元古宇五馬箐組;8.元古宇冷竹關(guān)組;9.華力西晚期石英閃長(zhǎng)巖;10.晉寧期混合花崗巖;11.斷層;12.韌性剪切帶;13.采樣位置圖1 四川省米易縣海塔地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[18]修改)

本次研究的樣品采自米易海塔地區(qū)前期在鈾礦勘查中施工的鉆孔巖心(ZK201孔,具體位置為102°01′18″E,26°53′04″N),樣品巖性為黑云斜長(zhǎng)角閃片巖(樣品號(hào):HT1804)。樣品的礦物化學(xué)成分分析在西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院電子探針實(shí)驗(yàn)室完成,所用探針儀器型號(hào)為JEOLJXA-8230,配備有4道波譜儀。測(cè)試條件為:加速電壓15.0 kV,加速電流20.0 nA,束斑直徑10 μm,大部分元素的測(cè)量時(shí)間為10 s,分析精度優(yōu)于±2%。

2 巖相學(xué)特征

黑云斜長(zhǎng)角閃片巖(HT1804)具顯微柱狀片狀變晶結(jié)構(gòu),片狀、塊狀構(gòu)造。樣品中角閃石約50%～60%,斜長(zhǎng)石約15%～20%、黑云母約15%～20%、石英含量<5%,副礦物主要為榍石5%～10%,另含少量金紅石、磷灰石等(<2%)。粒狀、片狀及柱狀礦物呈弱定向,斷續(xù)形成片理(見(jiàn)圖2)。

a、b為單偏光,c、d為BSE圖像,Hbl-角閃石,Pl-斜長(zhǎng)石,Bt-黑云母,Spn-榍石,Qtz-石英圖2 黑云斜長(zhǎng)角閃片巖鏡下特征

樣品中角閃石呈自形、半自形菱柱狀,粒徑約0.1～0.2 mm,鏡下顏色為淺綠色,解理不發(fā)育或偶見(jiàn)角閃石式解理,相對(duì)聚集并弱定向排列,見(jiàn)包裹體發(fā)育,為細(xì)小的它形榍石、石英(見(jiàn)圖2d)。斜長(zhǎng)石呈自形-半自形板狀,粒徑約0.1～0.2 mm,顆粒表面較干凈,可見(jiàn)聚片雙晶。黑云母呈片狀、長(zhǎng)片狀,粒徑約0.2～0.5 mm,鏡下表現(xiàn)深褐-淺褐色多色性,生長(zhǎng)于角閃石、斜長(zhǎng)石晶粒間,弱定向排列。石英呈半自形、它形粒狀,粒徑約0.1 mm,發(fā)育于角閃石、斜長(zhǎng)石、黑云母晶粒間,少數(shù)為角閃石包裹體。副礦物主要為榍石,粒徑約0.2 mm,主要分布于角閃石、斜長(zhǎng)石、黑云母晶粒間,自形粒狀,晶粒較大,隱約定向排列;少數(shù)為角閃石包裹體,它形,粒徑小。其他少量副礦物為金紅石和磷灰石,主要發(fā)育于角閃石、斜長(zhǎng)石、黑云母晶粒間。

3 礦物化學(xué)特征

角閃石:角閃石是基質(zhì)礦物的主要組分,樣品中角閃石的SiO2含量為49.41%～50.98%,MgO含量為14.14%～15.38%,CaO含量為11.79%～12.15%,Na2O含量為0.33%～0.53%,屬于鈣質(zhì)角閃石(表1)。角閃石Si原子數(shù)在7.274～7.489之間,XMg(Mg/(Mg+Fe2+))值為0.693～0.761,Ti原子數(shù)為0.030～0.076(<0.5),據(jù)Leake et al[19]的角閃石分類(lèi)命名原則,投圖均落入鎂角閃石區(qū)域(見(jiàn)圖3)。

表1 樣品HT1804中角閃石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果 單位:%

圖3 鈣質(zhì)角閃石分類(lèi)圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[19])

斜長(zhǎng)石:斜長(zhǎng)石亦是基質(zhì)礦物,未見(jiàn)環(huán)帶。斜長(zhǎng)石的微區(qū)化學(xué)成分分析表明(見(jiàn)表2,圖4),斜長(zhǎng)石礦物成分變化不大,整體CaO含量為5.82%～8.23%,Na2O含量為6.85%～8.71%,Ab值為59.9～72.8,An值為26.9～39.8,僅一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)為中長(zhǎng)石,大部分為更長(zhǎng)石。

表2 樣品HT1804中斜長(zhǎng)石、黑云母電子探針?lè)治鼋Y(jié)果 單位:%

圖4 長(zhǎng)石成分圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[20])

黑云母:黑云母也為基質(zhì)礦物。電子探針?lè)治鼋Y(jié)果顯示(見(jiàn)表2),黑云母FeOT(全鐵)含量為15.82%～17.16%,平均16.43%,MgO含量為12.04%～12.48%,平均12.25%,屬于鎂質(zhì)黑云母(見(jiàn)圖5a)。在10×TiO2-(FeO+MnO)-MgO圖解中(見(jiàn)圖5b),黑云母位于原生黑云母與再平衡原生黑云母過(guò)渡區(qū)域,可能反映巖石后期經(jīng)歷了熱液流體蝕變,使少數(shù)黑云母礦物化學(xué)成分發(fā)生了化學(xué)再平衡。這些黑云母成分差異不大,說(shuō)明他們?cè)谧冑|(zhì)過(guò)程中遭受了不同程度的均一化改造。

4 變質(zhì)P-T條件計(jì)算

根據(jù)樣品的巖相學(xué)特征與礦物化學(xué)成分特征,在黑云斜長(zhǎng)角閃片巖(HT1804)中僅見(jiàn)一期礦物共生組合,可識(shí)別1個(gè)變質(zhì)階段,即代表了峰期變質(zhì)階段,其變質(zhì)礦物組合為Hbl+Bt+Pl+Qtz+Spn(角閃石+黑云母+斜長(zhǎng)石+石英+榍石)。根據(jù)礦物共生組合特征,選取緊密共生的礦物對(duì)化學(xué)成分,利用角閃石-斜長(zhǎng)石(-石英)地質(zhì)溫壓計(jì)來(lái)計(jì)算峰期變質(zhì)階段的P-T條件[23-24],具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出,計(jì)算獲得的溫度范圍為548 ℃～599 ℃,平均為577 ℃,其對(duì)應(yīng)壓力范圍為0.16 Gpa～0.22 Gpa,平均為0.19 Gpa,得到的峰期變質(zhì)條件為T(mén)=599 ℃,P=0.22 Gpa,屬于角閃巖相的溫壓條件。

表3 角閃石-斜長(zhǎng)石(-石英)溫壓計(jì)(HPQ)計(jì)算結(jié)果

在角閃石的AlIV- Ti關(guān)系圖解中(見(jiàn)圖6a),黑云斜長(zhǎng)角閃片巖(HT1804)樣品中有5個(gè)投點(diǎn)落入低角閃巖相區(qū)域,2個(gè)投點(diǎn)落入綠片巖相區(qū)域;在Ti-(Na+ K)關(guān)系圖解中(見(jiàn)圖6b),該樣品有4個(gè)投點(diǎn)落入低角閃巖相區(qū)域,3個(gè)投點(diǎn)落入綠片巖相區(qū)域,結(jié)合樣品的巖石學(xué)特征,其角閃石都為鎂角閃石,綜合判定黑云斜長(zhǎng)角閃片巖(HT1804)的變質(zhì)相屬于角閃巖相。此外,在該地區(qū)其他樣品的巖礦鑒定中,在部分樣品中發(fā)現(xiàn)有后期蝕變的綠泥石存在,可能反映后期發(fā)生了綠片巖相的退變質(zhì)作用。

Ⅰ-麻粒巖相 Ⅱ-高角閃巖相 Ⅲ-低角閃巖相 Ⅳ-綠片巖相圖6 角閃石變質(zhì)相關(guān)系圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[25])

5 討論

前人對(duì)揚(yáng)子板塊西緣變質(zhì)巖的變質(zhì)時(shí)代研究取得了一定的進(jìn)展,耿元生等[26]通過(guò)對(duì)康定群五馬箐組夕線(xiàn)紅柱石榴黑云片巖和冷竹關(guān)組夕線(xiàn)石榴堇青黑云片巖中的獨(dú)居石、鋯石進(jìn)行U-Pb定年,獲得了約750 Ma的變質(zhì)年齡;Zhou et al[27]采用40Ar-39Ar定年方法測(cè)得大紅山群、東川群中多個(gè)鐵銅礦床中的黑云母、角閃石、石英單礦物的變質(zhì)年齡為850～780 Ma;楊紅等[28]測(cè)得大紅山群石榴斜長(zhǎng)角閃巖中的變質(zhì)鋯石U-Pb年齡為849±12 Ma,金廷福等[29]獲得揚(yáng)子西緣變質(zhì)輝長(zhǎng)巖的變質(zhì)鋯石U-Pb年齡為748.9±5.7 Ma。從前人的研究可以看出,基本可以確定揚(yáng)子板塊西緣經(jīng)歷了新元古代(750～850 Ma)的變質(zhì)作用。與此同時(shí),在揚(yáng)子板塊西緣亦發(fā)生了廣泛的750～860 Ma新元古代巖漿侵入活動(dòng),形成了由變質(zhì)雜巖與花崗質(zhì)雜巖在空間上緊密伴生共同組成的巖漿-變質(zhì)混合雜巖帶(康定雜巖)。且前人通過(guò)對(duì)其中的巖漿雜巖進(jìn)行的大量研究認(rèn)為其成因機(jī)制主要有兩種:一種認(rèn)為揚(yáng)子板塊西緣新元古代時(shí)期巖漿巖的形成與Rodinian超級(jí)大陸裂解的地幔柱活動(dòng)有關(guān)[13-16],康定雜巖形成于地幔柱活動(dòng)時(shí)期的裂谷環(huán)境;另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為揚(yáng)子板塊西緣在新元古代時(shí)期為活動(dòng)大陸邊緣,康定雜巖形成于洋殼俯沖消減所形成的巖漿弧或被消減海洋巖石圈俯沖帶包圍的孤立陸塊[7,17]。

通常裂谷環(huán)境具有較高的溫度和相對(duì)較低的壓力,而洋殼俯沖環(huán)境往往具有較大的壓力。本次米易海塔地區(qū)的黑云斜長(zhǎng)角閃片巖溫壓條件研究表明,其峰期變質(zhì)條件為T(mén)=599 ℃,P=0.22 Gpa,變質(zhì)相為低角閃巖相,屬于中溫低壓型變質(zhì)作用,同時(shí),在角閃巖變質(zhì)相關(guān)系圖解中有部分樣品投點(diǎn)落入綠片巖相區(qū)域(見(jiàn)圖6),指示巖石經(jīng)歷峰期變質(zhì)作用后可能有退變質(zhì)作用發(fā)生。從本次研究來(lái)看,低壓且溫度作為主導(dǎo)因素的地幔柱活動(dòng)時(shí)期的裂谷環(huán)境更可能為巖石的成巖環(huán)境,因此本次研究支持康定雜巖應(yīng)當(dāng)形成于地幔柱活動(dòng)時(shí)期的裂谷環(huán)境。

6 結(jié)論

筆者等以四川米易海塔地區(qū)前震旦紀(jì)五馬箐組中的黑云斜長(zhǎng)角閃片巖為研究對(duì)象,通過(guò)巖相學(xué)、礦物化學(xué)分析、變質(zhì)P-T條件計(jì)算,取得了以下認(rèn)識(shí):

(1)米易海塔地區(qū)前震旦紀(jì)五馬箐組黑云斜長(zhǎng)角閃片巖(HT1804)的主要礦物為角閃石、斜長(zhǎng)石、黑云母、石英,副礦物為榍石、少量金紅石、磷灰石。基質(zhì)礦物的主要組分為角閃石,都屬于鈣質(zhì)角閃石,均為鎂角閃石,其余基質(zhì)礦物為斜長(zhǎng)石(大部分為更長(zhǎng)石)、黑云母(均為鎂質(zhì)黑云母)。

(2)米易海塔地區(qū)前震旦紀(jì)五馬箐組黑云斜長(zhǎng)角閃片巖經(jīng)歷了峰期變質(zhì)作用,峰期礦物共生組合為角閃石+黑云母+斜長(zhǎng)石+石英+榍石,峰期變質(zhì)條件為T(mén)=599 ℃,P=0.22 Gpa,其變質(zhì)相為低角閃巖相,同時(shí)后期可能伴隨退變質(zhì)作用。

(3)米易海塔地區(qū)前震旦紀(jì)五馬箐組經(jīng)歷了中溫低壓型變質(zhì)作用,可能形成于新元古代地幔柱活動(dòng)時(shí)期的裂谷環(huán)境。