西天山造山带双变质带变质变形序列分析——以新疆昭苏县察汗乌苏一带为例

程 培 起

(辽宁省地质勘查院，辽宁 大连　116100)

西天山造山带双变质带变质变形序列分析
——以新疆昭苏县察汗乌苏一带为例

程 培 起

(辽宁省地质勘查院，辽宁 大连116100)

西天山造山带中双变质带以新疆昭苏察汗乌苏一带较为典型，根据变质作用的不同，划分出绿片岩相绢云母-绿泥石带、绿片岩相蓝闪石带、角闪岩相黑云母-普通角闪石带、角闪岩相矽线石-铁铝榴石带等变质相带；按其变质作用以及构造变形程度分为上部层次脆性性构造层、中上部层次、深部层次3种构造层次。根据之间的相互叠加关系，确立了造山带内的岩石主要存在着3期以上构造变形特征；在主要的3期构造变形过程中见有相应的变质矿物，并根据生成的矿物组合与变形之间的相互关系，通过变质矿物先后生成关系与岩石的结构、构造建立了变质与变形序列关系，确立了变质与变形非简单一一对应，而是具有渗透叠加和循环往复的特点。

西天山造山带；双变质带；变质相带；构造层次；变质；变形序列

察汗乌苏一带的西天山造山带，变质岩出露广泛，岩石类型复杂，变质作用类型复杂(图1)。对该地区变质岩的系统研究始于1979年，新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第一区调队首次对本区变质关系、变质作用进行系统总结归纳，提出琼阿乌孜沟附近存在双变质带。1994年，王宝瑜等结合本区夏特苏河各剖面变质岩系进行系统的观察研究，将造山带的变质岩划分出绿片岩相、低压角闪岩相、中压角闪岩相、蓝片岩相等变质相(王宝瑜等,1994)，对双变质带进行了讨论。此外诸多学者如王作勋等(1990)、肖序常等(1992)、高俊等(1995)对西天山造山带琼阿乌孜两侧的双变质带进行针对性的研究(王作勋等,1990；肖序常等,1992；高俊等,1997；高俊等,2009)。上述的这些论述多注重变质矿物与变质相带的论述，对变质与变形之间的关系论述较少。笔者结合新疆昭苏县喀拉苏一带1∶5万区域地质矿产调查报告有关成果对出露于空古尔布拉克、结特木萨依、勒库勒卡帕、琼阿乌孜等地区古元古代的木扎尔特岩群、阿克苏群及古生代的巴音布鲁克组、刻克铁克达板组其内部的变形与变质关系进行分析研究，造山带内双变质带的变质与变形与主天山造山运动有着密不可分的关系。笔者认为变形作用是变质作用的相对时标，变形作用是一种相对间断过程，变质则是相对连续的过程。

1.下古生界刻克铁克达板组;2.上古生界巴音布鲁克组;3.中元古界长城系阿克苏群;4.古元古界那拉提岩群及志系混杂体;5.中酸性侵入岩; 6.木扎尔特大断裂图1　新疆西天山察汗乌苏一带地质构造略图Fig.1　The sketch map of regional geology in the west Tianshan Chahanwusu area Xinjiang

1　变质特征

结合前人的研究成果和笔者的工作成果，将西天山造山带双变质带附近变质岩划分为绿片岩相的绢云母-绿泥石带、绿片岩相蓝闪石带、角闪岩相黑云母-普通角闪石带、角闪岩相矽线石-铁铝榴石带。

1.1绿片岩相绢云母-绿泥石带

主要发育在巴音布鲁克组和科克铁克达坂组中。该套地层特征矿物质组合为绢云母+绿泥石+石英+斜长石+方解石+绿帘石，基本属于低级变质矿物组合，未见到更深一层的矿物组合。重结晶作用主要发生在泥质岩石中，属于低绿片岩相，而特征矿物以绿泥石为主，因此将其划为绿泥石带。

此带内典型矿物组合为：绿泥石+绢云母+石英，绿泥石+绢云母+石英+斜长石，绿帘石+绿泥石+绢云母+石英+斜长石，方解石+绿泥石+绢云母+石英+斜长石。

其压力大致在0.2～0.4GPa，深度小于20km，温度在小于400℃(王宝瑜等,1994)。该带主要矿物特征具下列特点：绢云母、绿泥石呈细小的鳞片状，多平行S1分布，少数地区出现S2面理，在区域上不具有透入性。由于原始成分层的差别和低级变质作用，原始层理S0可见，少数样品中能发现S1与S0交替置换关系。其矿物组合及岩石结构、构造特征基本反映岩石的动力变质的特征。

1.2绿片岩相的蓝闪石带

在逢合带北侧，主要发育在阿克苏群。其特征矿物为堇青石+角闪石+黑云母+白云母+石榴石+石英+斜长石+蛇纹石+绿帘石+黝帘石+绿泥石+蓝闪石等矿物组合。而堇青石、角闪石、黑云母是该带内主要矿物，该带内的蓝闪石等高压矿物的出现，以蓝闪石矿物为代表的高压矿物组合将其划在高压相系中。

该带内典型矿物组合为：蓝闪石+石榴石+绿帘石+白云母+石英，蓝闪石+石榴石+绿帘石+黝帘石绿帘石+白云母+石英，蓝闪石+绿泥石+绿帘石+石英。在此带内还存在堇青石+白云母+石英，绿泥石+堇青石+白云母+石英，绿泥石+石榴石+堇青石+白云母+石英，方解石+堇青石+白云母+石英，黑云母+白云母+石榴石+角闪石+石英，黑云母+白云母+角闪石+石英。

该带主要矿物具以下特征：片状矿物白云母、黑云母、绿泥石多沿片理方向定向相间排列，多数黑云母被绿泥石等矿物交代，堇青石、石榴石、石英多以残斑的形式存在，具筛眼状穿孔，裂理发育，沿裂理部分绿泥石化、绢云母化，并有一部分的碳酸盐充填其中，这些都说明早期变质矿物受后期动力变质的叠加改造。在该带内存在递增变质作用和退变质作用，主要表现在矿物先后生成顺序，存在着黑云母、铁铝石榴石等特征变质矿物的出现。并且都发生不同程度的退变质，而原有的变质矿物还基本保留，表现在绿泥石化、绢云母化、糜棱岩化。

在琼阿乌孜南，为洋壳俯冲侧。绿片岩相的蓝闪石带岩石组合特征为蓝闪石+绿泥石+绿帘石+白云母+蛇纹石+石英+斜长石等，是一套高压低温矿物组合，典型高压矿物蓝闪石的出现及超基性岩经变质作用而形成的蛇纹石，以及在该断裂带附近发现的榴辉岩等，都说明超高压变质带的存在，同时生成了绿片岩相的矿物组合，代表矿物为绿泥石+白云母+蛇纹石+绿帘石等。

1.3角闪岩相黑云母-普通角闪石带

在其北侧为扎尔特岩群主动大陆边缘侧，角闪岩相的矿物组合产生，其典型代表矿物组合为：普通角闪石+更长石+黑云母+石英，石英+更长石+微斜长石+黑云母，黑云母+角闪石等矿物，基本上代表了中低压高温的矿物组合。在褶皱造山的过程中，伴有其他变质作用——低温热动力变质作用、接触变质作用、埋藏变质作用。从矿物的糜棱岩化上看，主要表现为动力变质作用某些特征，而矿物组合又表现区域低温热动力变质作用的某些特征，很难将其划为哪一期的变质作用，综合考虑后将其放于区域动力变质作用中。

1.4角闪岩相矽线石-铁铝榴石带

分布于西天山造山带那拉提断裂-红柳河缝合带内，该带内的特征变质矿为铁铝榴石、矽线石。带内典型矿物组合为：普通角闪石+钾长石+斜长石+黑云母+石英，透辉石+钾长石+斜长石+石英，辉石+角闪石+钾长石+斜长石+黑云母+石英，矽线石+石英+黑云母+铁铝榴石，矽线石+斜长石+黑云母+石英。特征变质矿物矽线石呈束状，细发集合体，无色，长轴定向排列，由黑云母转化而来。绿片岩相的绢云母-绿泥石带退变质以网状结构组构叠加于角闪岩相矽线石-铁铝榴石带之上。

绿片岩相的蓝闪石带、角闪岩相黑云母-普通角闪石带的矿物组合基本代表了天山主造山期的动力变质矿物岩石组合，在板块缝合线附近还可见到超高压变质带内的矿物蓝闪石等，而原有的变质岩中的矿物组合保留不完整，残留少，所以天山主造山期以前的变质作用很难判断，在此只写主造山期的变质作用及变质相的相关特征。

2　构造层次与构造变形相

根据岩石的结构、构造、变质、变形、沉积建造、岩浆事件综合分析，将该造山带的变质岩石划为上部层次、中上部层次、深部层次三种构造层次的构造变形相及变质相(图2)。该造山带的科克铁克达坂组碳酸盐岩和少量的碎屑岩基本都糜棱岩化或成为糜棱岩，主要表现为方解石粒化，拉长成透镜状，机械双晶及双晶的弯曲膝折以及方解石颗粒的定向排列；长英质矿物的拉长及动态重结晶作用，以及片状矿物的沿叶理分布；上述特征说明该地质体处于上部构造层次的构造变形。

巴音布鲁克组中的火山岩、碎屑岩、碳酸盐岩基本上发生了中浅层次的变质及多数糜棱岩化，常见一类糜棱岩为富石英质糜棱岩，该岩石中石英颗粒的变形行为在岩石中起主导作用，在地壳较浅部位，以压溶机制为主，石英常构成压力影的阴影部分，在深部石英以位错蠕变为主，亚颗粒及动态重结晶发育，属于韧性变形。长石表现为脆性变形，石英多以残斑的形式存在，局部发育石英颗粒的变形纹。基质中的石英颗粒具韧性变形特征，参与塑性流动。方解石表现为塑性变形，定向拉长明显，亦可作为压力影中的影子矿物。还可见以石英为刚性体以绿泥石及方解石等为生长矿物所形成的压力影(图3a)、黄铁矿为刚性本石英为生长矿物的压力影(图4)，片状矿物绢云母、绿泥石等的定向排列，有的呈鱼形(图3b)，并形成流动构造，以上特征主要表现为该地质体属于中上部层次的构造变形。根据岩石定向薄片中的显微构造S-C构造及石英拖尾构造(图3c)判定，韧性剪切带发育的早期，上盘自西向东向北西逆冲(具右旋走滑分量);韧性剪切带演化的晚期,韧性剪切带则显示为左旋走滑为主,南盘(上盘)向北东东向走滑(稍具逆冲分量),线理倾伏向为南西，侧伏角25°～35°。从矿物的应变速率和恢复速率上分析，石英、方解石等矿物颗粒的长短轴之比一般为2∶1～1.5∶1，在Wise的断层岩分类图上多投在脆性断层与韧性断层之间(图5)，也说明该地层处于中上部层次的构造变形。其构造变形特征所形成的矿物组合基本上是绿片岩相的变质相。

扎尔特岩群、阿克苏群主要表现矿物重结晶作用，矿物颗粒粒度较均一，变质程度较深，主要为深部层次的构造变形。扎尔特岩群中的矿物主要是重结晶作用，主要表现在石英、斜长石等颗粒的粒度较均一，片状矿物的定向排列。而后期又叠加了一次较浅层次的构造变形，表现在岩石的糜棱岩化和岩石的脆性破裂，而主要表现为深部层次的构造变形相。

对阿克苏群，在变质重结晶作用、深部构造变形以后，叠加一次上部层次的构造变形及变质，主要表现为石英颗粒的波状消光，铁铝榴石的旋转残斑，方解石的双晶膝折。说明了阿克苏群的构造层次随时间的推移而有所抬升。而此次变质与变形对深部层次的变质与变形改造作用不大，深部层次的矿物组合基本保留完整，仅在应力强的部位表现为糜棱岩及构造片岩，而总体上表现为深部构造层次的构造变形相。

3　变形序列

由于地壳运动并不是按理想的模式发展，所以变质与变形之间的关系就十分复杂。大家普遍认为变质是一个连续的过程，而变形是一个相对间断的过程，两者之间既有相关性，又有各自的独立性，变形可以作为变质的相对时标。在此基础上将造山带的变质岩通过变质矿物先后生成关系与岩石的结构、构造建立区变质与变形序列关系(表1)，根据岩石的结构、构造来划分变形序列，因此将造山带的变质岩的变形序列划分如下。

1.碎裂作用,半脆性,滑动；2.颗粒边界滑动；3.位错蠕变；4.韧性断层；5.部分熔融图2　造山带的地壳构造及变质相、构造变形相的模式图(据CATER等,1987,略改)Fig.2　Orogenic belt of tectonic and metamorphic facies,tectonic deformation facies pattern

Q.石英;Ch.绿泥石;Cal.方解石; Ser.绢云母; Ep.绿帘石; Sc.糜棱面理;Ss.剪切面理图3　韧性剪切带内形成的典型显微构造Fig.3　A typical microstructure formed in the ductile shear belt

×(+20) 图4　正交镜下黄铁矿形成的压力影Fig.4　Orthogonal microscopically pyrite formation pressure

巴音布鲁克组划为2期变形，一期为原始层理S0与大角度相交的片理或糜棱面理S1构造置换关系，原始的成分层由于能干性的不同和岩石原始沉积物成分的差异，具体表现在氧化铁膜(图6a)、贫碳层与富碳层(图6b)、原始成分层(图6c)。在低级变质作用下，形成变质矿物的差异，其原始层理可见，并与经变形后形成的S1构造面理大角相交。第二期面理仅在局部发育，不具有透入性，表现为第二期的构造面理(主要是褶劈理)置换第一期的构造面理(图7)，并有少量的绢云母的矿物生成，斜切第一期面理。其变形特征与天山构造碰撞造山运动相一致。

科克铁克达坂组主要见一组糜棱面理，划为一期变形，表现为糜棱面理与原始层理置换改造关系。

1.黏性断层运动(地震的);2.稳态滑动(无地震的)图5　断层岩分类图(据WISE，1984)Fig.5　Fault rock classification figure

Ser.绢云母;Ch.绿泥石;Q.石英图6　原始成分层So与糜棱面理S1的关系Fig.6　The original into a layered So mylonite foliation S1 relations

Ser.绢云母图7　糜棱面理S1与褶劈理S2的交切关系Fig.7　Mylonite foliation S1 and fold cleavage S2 intersection relations

阿克苏群划为三期变形，第一期变形是阿克苏群的主期变形，原始层理被改造强烈置换为片理，其原始层理已经不能再被发现，黑云母、白云母等片状矿物定向排列。第二期变形表现为褶劈理对片理的面理置换，不具有透入性，仅在局部出露。第三期变形表现糜棱面理改造和置换前两期面理，此期构造组合巴音布鲁克组第一期构造有着密不可分的关系，在一定的区域内可将其划为同一期构造的产物，其矿物的生长特性与受力情况主要表现在石英颗粒的动态重结晶，局部呈拉长条带状，强带状、波状消光，堇青石、白云母具不对称的压力影结构，沿边缘细粒化重结晶明显，断裂带附近脆性变形明显部分石英、斜长石颗粒以变斑晶的形式存在，裂理发育，沿裂理充填白云母等片状矿物，部分石榴石变斑晶具有旋转的特点，以上这些特点说明早期的变质矿物组合受后期的动力作用的改造，而矿物组合基本上没有太大的变化，只是结构、构造发生了改变，该期的变形与巴音布鲁克组、科克铁克达坂组变质变形基本上是同一时代。

扎尔特岩群可能存在着多期变形，从现今岩石变形特征及矿物生成关系上看可划为3期变形，第一期变形是原始层理被强烈置换为S1面理，第二期变形为糜棱面理在局部置换S1面理，第三期变形为糜棱面理为变形面发生的褶皱变形。

总而言之，不从时间方面考虑，将该地区的变质岩划为3期构造变形序列。

表1　造山带变质岩的变质与变形(D)序列关系

4　地质事件的演化与构造环境变迁

西南天山造山带腹部，岩石经历漫长而复杂的变质过程，先期变质为后期变质所湮没，其基底形成于2 000～1 700Ma，昭苏夏特河谷一带的拉提岩群在浅粒岩中U-Pb法所测得的锆石年龄为1 909.73Ma。拜城老虎台一带的扎尔特岩群(木札尔特岩群)二云母二长片麻岩中锆石LA-ICP-MS铀铅定年1 909Ma(魏永峰等,2010)，北木扎尔特河卡拉旁子扎尔特岩群(木札尔特岩群)浅粒岩单颗粒锆石TIMS Pb-Pb年龄为1 909Ma(于海峰等,2010)。上述同位素测年主要集中于1 909Ma，说明扎尔特岩群代表了西天山造山带古老的基底结构单元。前人将阿克苏群称为蓝闪石片岩系，中国科学院登山科学考察队在蓝闪片岩中测得Rb-Sr等时线年龄为729Ma(中国科学院登山斜学考察队,1985)，将其划为前寒武系，中国天山西段地质剖面综合研究项目在蓝闪石片岩中利用Sm-Nd法测得1 570Ma的等时线年龄，中国地质科学院地质研究所利用40Ar/39Ar法测定了蓝闪石的形成年龄为350Ma，笔者认为阿克苏群的成岩年龄约为1 570Ma，一期变质在中元古代(729Ma)，另一期变质在古生代(350Ma)，说明该地质体的变质年龄存在两个时代，通常认为中天山南缘蛇绿岩形成于志留纪—早泥盆世。泥盆纪末期,早古生代南天山洋向北持续俯冲闭合。在板块俯冲过程中，在俯冲带中便形成了低温高压变质岩-低绿片岩相的蓝闪片岩,可称为俯冲带型变质作用。岛弧带是岩浆活动带,由于岩浆的加热作用，则形成高温低压变质岩-低角闪岩相。印证这次构造热事件的同位素年龄有(439.4±26)Ma(郝杰，1996，Ar-Ar)、(350±1.96)Ma(肖序常，1996，Ar-Ar)、427Ma(辽宁省地质勘查院，2007，U-Pb)(于海峰等,2011)。在此次构造热事件中形成西南天山的双变质带。北天山巴音沟位于“北天山主干断裂”北侧，带内巴音布克组、刻克铁克达坂也处于该大地构造环境中，巴音沟中的蛇绿岩大量的推覆岩片逆冲于早石炭火山碎屑岩或中石炭世浊积岩之上。通过此次工作，笔者基本认为巴音布鲁克组的成岩年龄为志留纪—早泥盆世。

根据该造山带岩石的变质与变形关系，可大体上看出各地质时件的演化规律性，划为古元古代变质与变形、古生代变质与变形，从这些变质与变形上看，在古元古代时，陆内裂陷形成古元古代陆缘裂陷带(朱志新等，2013)，接受了一套火山岩、碎屑岩、碳酸盐岩的沉积，并伴有大量的火山活动和岩浆活动，随着裂陷盆地的闭合(夏林圻等,2002)，相应发生了变质与变形，之后大陆处于相对稳定的状态。到古生代早期，发育成熟的早古生代南天山洋壳，沿琼阿乌孜—巴音布鲁克—巴伦台南—库米什一线向北侧伊犁-伊赛克湖微板块下俯冲消减。先后出现岛弧和弧后盆地，接受了碎屑岩、碳酸盐岩及少量的火山岩的沉积。后经天山造山运动，发生了变质与变形，而此次造山运动对原大陆变质岩、岩浆岩都有一定的影响。

5　结语

(1)根据变质作用的不同将西天山造山带内的变质岩划分低绿片岩相的绿泥石带、绿片岩相的蓝闪石带、角闪岩相的黑云母带等变质相带，分别对应上部构造层的韧脆性的岩石组合绿片岩相带，中部构造层的脆韧性的岩石组合蓝闪片岩带，下部构造层的固态流变性或强韧性的岩石组合带黑云黑带，从显微构造的特征中证实了上、中、下3个构造层次的存在，初步探讨了双变质带的构造变形与变质的关系。

(2)在每个变质带内所经历的变质作用及变形有所不同，在巴音布鲁克组、科克铁克达坂组经过绿片岩相的变质作用及2期变形，阿克苏群经过绿片岩相及蓝闪片岩相的变质用及3期变形，扎尔特岩群经过角闪岩相的变质作用及3期变形；根据变质矿物的生成序列及变形序列的关系，划分了西天山造山带内的变质与变形的时序关系。

(3)依据该区内的岩石类型、变质作用、构造变形特征，结合同位素年龄值，确立了西天山造山带古老的基底结构单元，证实了该造山带由深部层次到浅部层次的构造抬升，进一步确立了其构造变形是变质相对时标的关系，揭示了地质事件演化与构造环境变迁的地质史实。

致谢：本项目得到新疆维吾尔自治区1∶5万区域地质矿产调查项目全体工作人员的支持，于海峰教授级高工对本稿进行了审阅，在此一并致谢。

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The Analysis of Metamorphism-deformation Sequence for the Paired Metamorphic Belt in West Tianshan Orogen: An Example from Chahanwusu Area, Zhaosu County, Xinjiang

CHENG Peiqi

(Liaoning Institute of Geological Exploration,Dalian 116100,Liaoning,China)

The paired metamorphic belt of West Tianshan Orogen is more typical in Chahanwusu Area, Xinjiang. According to the difference of metamorphism, this paired metamorphic belt can be divided into several metamorphic facies zone, including sericite-chlorite zone with greeanschistfacies, glaucophane zone with greenschist facies,biotite-hornblende zone with amphibolite facies belt and sillimanite-almandite zone with amphibolite facies. Based on the degree of metamorphism and tectonic deformation, this paired metamorphic belt can be divided into three kinds of structural levels: the brittle structural layer in the upper level, the structural layers in the middle-upper level and the ones in the lower level. After analyzing the superimposed relationship among these structural levels, more than threetimes of tectonic deformation characteristics have been distinguished in the rocks of West Tianshan Orogen. And the corresponding metamorphic minerals for these three tectonic stages in the process of deformation can be observed. And then, the interrelationship between generated mineral association and deformation has been discussed, the relationship between metamorphism and deformation sequence has been established according on analyzing the produce order of metamorphic mineral, the rocks’ textures and tectonic. Finally, it’s certain that the relationship between metamorphism and deformation is not a simple one - to - one relationship, but has the characteristics of penetration superposition and circulation.

West Tianshan Orogen;paired metamorphic belt; metamorphic facies; structure level; metamorphism; deformation sequence

2015-01-10；

2015-06-02

新疆维吾尔自治区1∶5万区域地质矿产调查项目(XJQDZ2006-06,XJQDZ2003-23)资助

程培起(1971-),男，山东潍坊人,地质高级工程师,1997年毕业于西安地质学院地质矿产勘查专业,从事区域地质调查和地质找矿工作。E-mail：xigumiaosi@163.com

P542

A

1009-6248(2015)04-0001-09