滇西哀牢山深变质杂岩新生代多期变质、剪切变形及地质意义*

2019-08-27 02:23王浩博曹淑云李俊瑜程雪梅吕美霞

岩石学报 2019年8期

王浩博曹淑云** 李俊瑜程雪梅吕美霞

1. 地质过程与矿产资源国家重点实验室, 中国地质大学地球科学学院，武汉 4300742. 萨尔茨堡大学地理与地质学院，萨尔茨堡 A-5020

造山带中宏微观构造特征、变形-变质作用及其精细年代学综合研究是热点和难点，尤其是对造山带内大型走滑断层的运动、变形及变质事件的精细厘定，对研究深部地壳岩石剥露及造山带演化具有重要意义(吴春明和耿元生, 2001; 闫全人等, 2001)。新生代以来印度板块与欧亚板块碰撞及持续碰撞是青藏高原地区及其周缘岩石圈结构形成与演化的重要事件(Molnar and Tapponnier, 1975; Tapponnieretal., 1982)。青藏高原的形成、构造-岩浆活动、矿产资源以及周缘造山带的形成、地质演化、地貌及气候等都直接受板块碰撞和后碰撞作用过程的制约(Tapponnieretal., 1982, 1990; Molnar and England, 1990; Leloup and Kienast, 1993; Chenetal., 1995, 2000; 钟大赉和丁林, 1996; Chungetal., 1998; Burchfiel and Wang, 2003; 刘俊来等, 2006; 王二七等, 2006; 王二七, 2017; 莫宣学和潘桂棠, 2006; 吴福元, 2015; 徐志琴等, 2016; Dingetal., 2017)。以喜马拉雅东构造结为转折点的青藏高原东南缘地区，发育了一系列大型走滑断裂带并伴随出露深变质-变形杂岩体，如沿红河-哀牢山走滑断裂带出露雪龙山-点苍山-哀牢山-大象山变质杂岩，沿崇山断裂带出露澜沧江-崇山变质杂岩，以及沿高黎贡走滑断裂带出露高黎贡变质杂岩等。这些深变质杂岩体主体呈S-N或NW-SE向的狭长带状分布在三江扇形区内(图1)，被称为“三江变质杂岩带”。

沿着这些走滑断裂带出露大量的深变质杂岩体，这些深变质杂岩保存了极其丰富的变形-变质以及构造-热演化信息。红河-哀牢山走滑断裂带作为印支地块与华南地块的构造边界，在印度和欧亚板块碰撞以及持续碰撞过程起着重要的协调作用(Zhongetal., 1990, 1996; Tapponnieretal., 1990; Leloup and Kienast, 1993; 刘俊来等, 2006, 2007, 2011; 王二七等, 2006; 张进江等, 2006; Zhangetal., 2010, 2011, 2017; 戚学祥等, 2012; Xuetal., 2015)。该走滑断裂带主要表现为早期左行走滑剪切和晚期右行走滑-正断断裂作用(Leloup and Kienast, 1993; Caoetal., 2011b, 2016; 程雪梅等, 2018)。对红河-哀牢山走滑剪切时限、变形-变质方面开展了一定的研究工作，并对高级变质地体的峰期变质温压条件(P-T)进行了简单估算(Nam, 1998; Leloupetal., 2001; Gilleyetal., 2003; 戚学祥等, 2012; 王舫等, 2013; 赵春强等, 2014)，但是对于这些变质杂岩带内不同阶段的变质-变形作用，尤其是对深变质杂岩中峰期变质相的宏观和微观构造特征、矿物相的转变、变质-变形相互作用以及年代学结合的P-T-t-D的演化轨迹仍然还存在争议。

本文以红河-哀牢山断裂带中出露的哀牢山深变质杂岩中的变基性岩和变泥质岩为重点研究对象，开展了详细的宏观与微观构造特征、EBSD组构、岩相学特征、锆石测年、矿物组合特征及矿物化学成分并结合并对不同变质阶段的温压条件进行估算，阐释了哀牢山深变质杂岩在不同变质阶段的矿物组合和变形-变质特征，确定了岩石和矿物变质-变形反应序列和P-T-t-D轨迹，所有这些为揭示青藏高原东南缘的三江地区深变质杂岩的变形-变质历史及构造-热事件提供科学佐证。

1 区域地质背景

1.1 红河-哀牢山走滑断裂带及活动时限

图1 东南亚地区构造地质简图(据Tapponnier et al., 2001; Cao et al., 2011a修改)(a)印度-欧亚板块碰撞简图；(b)青藏高原东南缘东南亚地区、红河-哀牢山走滑断层带以及沿着该带出露的四个变质杂岩，分别是雪龙山、点苍山、哀牢山和大象山Fig.1 Geological sketch map of Southeast Asia (modified after Tapponnier et al., 2001; Cao et al., 2011a)(a) sketch map of Indian-Eurasian plate collision; (b) Southeast Asia of the southeastern margin of the Qinghai-Tibet Plateau, Ailaoshan-Red River strike slip fault and four metamorphic complex along the fault, which is Xuelongshan, Diangcangshan, Ailaoshan and Day Nui Con Voi complex

沿红河-哀牢山走滑断裂带发育了多个孤立出现的狭长变质杂岩体，由北往南分别是云南地区的雪龙山、点苍山、哀牢山和越南境内的大象山(图1)。哀牢山变质杂岩体位于红河-哀牢山走滑断裂带的中段，在四个杂岩中是规模最大的一个，向南延伸到越南境内的范式坂地区(Leloupetal., 1995)。哀牢山变质杂岩宽20～30km，长达500km，呈北西-南东向延伸。其北东侧以红河断裂带与华南未变质的古生代-新生代地层呈断层接触，南西侧以安定-九甲断裂带为界与兰坪-思茅盆地中发育的未变质侏罗系和白垩系沉积岩呈断层接触(图2)。哀牢山变质杂岩可划分为深变质岩带和浅变质岩带，其中深变质岩带与浅变质岩带以哀牢山断裂为界呈北西-南东向沿走滑断层带平行展布，中酸性侵入岩体主要集中在深变质岩带的南段。对于该走滑断裂带的剪切时限，进行了很多的分析和讨论，认为红河-哀牢山走滑断层带发生的大规模左行韧性剪切作用发生于距今35Ma至17Ma之间(Tapponnieretal., 1990; Schäreretal., 1990; Leloupetal., 1995, 2001; Harrisonetal., 1996; 张连生和钟大赉, 1996; Gilleyetal., 2003)。通过对越南境内的大象山变质杂岩的40Ar-39Ar测年认为左行走滑剪切作用出现在27Ma，并持续到22Ma终止(Wangetal., 1998)。张进江等(2006)提出红河-哀牢山经历了三个阶段的走滑事件：分别是58～56Ma之前、27～22Ma、13～12Ma。之后曹淑云等(2009)、Caoetal. (2011a)通过锆石U-Pb SHRIMP测年获得红河-哀牢山走滑剪切带的起始时间出现在30.88±0.32Ma, 高温剪切持续到20Ma，即红河-哀牢山走滑剪切带的活动时限是31～20Ma。同时通过对点苍山深变质杂岩的40Ar-39Ar热年代学分析，得出三个阶段的冷却、剥露过程，即28～13Ma(走滑剪切伴随缓慢剥露)、13～4Ma(缓慢剥露)和4～0Ma(快速剥露)(Caoetal., 2011b)。Liuetal. (2012)通过初步的宏观构造、显微构造分析与变形石英的组构分析认为，剪切带中无论是点苍山、哀牢山还是大象山深变质岩都经历了两期不同环境下的构造事件改造，即早期阶段高温纯剪条件下的收缩变形作用与晚期阶段叠加低温单剪变形并伴随着藏东地区区域构造环境的转变(Caoetal., 2012; Chengetal., 2018)。

图2 藏东南点苍山-哀牢山变质核杂岩构造简图(据Wang et al., 1998修改)面理、线理投图及部分采样点位置如图所示. 剪切面理、矿物拉伸线理赤平投影及部分采样位置图Fig.2 Geological sketch map of Diangcangshan-Ailaoshan metamorphic complex, Southeastern Tibet plateau (modified after Wang et al., 1998)Projections of foliation and mineral stretching lineation, and part sample locations are as shown in the figure

1.2 哀牢山变质杂岩变质作用

哀牢山杂岩主体是由元古界哀牢山群深变质岩(包括各种混合岩和石榴夕线云母片麻岩、石榴石二云片岩、云母片岩、堇青石榴黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩、透辉大理岩等)及侵入其中不同时代的花岗质岩石构成。这些深变质岩石和深成侵入体都遭受了多阶段强烈的变形-变质作用甚至混合岩化作用的改造(沙绍礼, 1998; 沙绍礼等, 2004; 刘俊来等, 2007)，尤其是普遍遭受了新生代左行剪切变形作用的改造，形成不同变形程度的糜棱岩到超糜棱岩。早期学者通过对哀牢山和点苍山深变质杂岩中的变质矿物对进行温压估算，获得了峰期变质的最高温度为710±70℃，压力为0.45±0.15GPa；然后这些变质杂岩经历退变质作用，温度为650℃，压力约0.5GPa(Leloup and Kienast, 1993; Leloupetal., 1995, 2001)。与大象山片麻岩的峰期变质条件T=697±68℃、P=4.9±0.7kbar(Nam, 1998)相接近，为角闪岩相峰期变质环境。Gilleyetal. (2003)通过对哀牢山东部石榴夕线片麻岩进行估算，获得了750～780℃和5.5～8.1kbar的高角闪岩相峰期变质温压条件。之后Caoetal. (2010b)针对红河-哀牢山走滑断层带的点苍山变质杂岩带中角闪质岩石的宏观构造和微构造特征的深入研究，认为该区域角闪质岩石遭受了强烈的左行高温剪切变形-变质作用改造。并同时利用电子探针矿物成分分析法，结合角闪质矿物的地质压力计以及角闪石-斜长石矿物对的地质温度计，揭示了在该中部地壳环境下，即T=637℃，P=0.65GPa时出现角闪石矿物颗粒的高温韧-脆性转变变形以及晚期的低温叠加退变质-变形(Caoetal., 2007; Chengetal., 2018)。戚学祥等(2012)对哀牢山构造带北段出现的泥质高压麻粒岩(Nakanoetal., 2008)进行了初步分析，获得了峰期变质温压条件为T=850～919℃，P≥10.4kbar。最近，Wangetal. (2016b)通过对点苍山-哀牢山变质杂岩体中出露的云母片麻岩开展了变质作用的研究，获得峰期变质部分可能达到了角闪-麻粒岩相，其中温度为720～760℃，压力为8.0～9.3kbar(Liuetal., 2013)。

图3 哀牢山深变质岩带内露头尺度岩石变形构造特征(a)黑云斜长片麻岩中的长英质脉体剪切变形成透镜体状或布丁状；(b)黑云斜长片麻岩中部分熔融作用形成的沿片麻理方向的脉体，其中的镁铁质包体呈眼球状，具有明显拖尾；(c)黑云斜长片麻岩中的脉体形成揉流褶皱，指示其左行剪切；(d)黑云二长片麻岩中部分熔融形成的浅色体，呈笔直的脉状与暗色体渐变过渡；(e)花岗质糜棱岩中的角闪石受剪切作用形成残斑与拖尾；(f)二云母斜长片麻岩中长石呈σ残斑状，指示左行剪切Fig.3 Structural features of the Ailaoshan high-grade metamorphic complex in outcrop scale(a) felsic vein in the biotite-plagioclase gneiss sheared into lens or pudding fabric; (b) leucosome veins growth in the biotite-plagioclase gneiss by partial melting, which includes an augen mafic inclusion with trailing; (c) vein in the biotite-plagioclase gneiss forms a flow fold; (d) vein-like leucosome formed by partial melting of the biotite two-feldspar gneiss shows a gradual transition with melanosome; (e) amphibole in the granitic mylonite sheared into σ porphyroclastg; (f) σ-type porphyroclasts in muscovite-biotite-plagioclase gneiss indicate left-lateral shearing

2 哀牢山变质杂岩宏观构造和岩相学特征

哀牢山深变质杂岩普遍遭受了新生代以来的强烈剪切变形作用，形成了不同塑性变形程度的糜棱质岩石。在露头尺度上这些岩石中常常发育有大小不一的透镜体状长英质脉、剪切眼球状包体、肠状褶皱、柔流褶皱及A型褶皱等指示该区域遭受了强烈的高温塑性左行走滑剪切(图3)。在角闪质岩石中常见长英质脉体被剪切，形成透镜体状或香肠状(图3a)，其中角闪石强烈定向，构成矿物拉伸线理和糜棱面理。部分熔融和混合岩化现象明显，在条带状混合岩中镁铁质包体受到剪切作用，形成眼球状构造，并有明显的拖尾，指示左行剪切(图3b)。在一些岩石中可见到部分熔融形成的长英质脉体，厚度分布从1～10cm不等，多为顺面理侵入。有些脉体遭受剪切变形，在剪应力作用下形成揉流褶皱(图3c)。平行于面理的浅色体与围岩渐变过渡(图3d)，指示部分熔融作用。在眼球状花岗质片麻岩中，由于遭受剪切变形，呈现出大小不同的旋转残斑和基质构成的糜棱构造特征，其中长石σ旋转残斑，指示左行剪切(图3e, f)。基质由呈条纹条带状的细粒化的矿物集合体(如长石、石英、云母)组成，呈现出明显的塑性流动构造特征(图3f)。通过野外的产状测量和统计，获得哀牢山深变质岩带内岩石的糜棱面理总体倾向NE和SE方向，倾角约45°左右，部分倾角为高角度近直立；线理的倾伏向主体为北西-南东，倾伏角以低角度近水平为主(图2)。

图4 哀牢山深变质岩带内石榴片岩和片麻岩露头尺度构造特征(a)石榴夕线黑云二长片岩，作为暗色体与左侧的二云斜长片麻岩(中色体)和右侧长英质脉体(浅色体)截然接触；(b)含夕线石的石榴黑云斜长片麻岩，可见云母、石英、长石等矿物强烈拉长定向形成拉伸线理；(c)含夕线石的石榴黑云二长片麻岩中全部矿物强烈拉长定向，石榴石残斑指示左行剪切；(d)斜长角闪岩中的矿物定向展布形成拉伸线理；(e)石榴斜长角闪岩中石榴石与其“白眼圈”结构受剪切作用形成残斑状，指示左行剪切Fig.4 Macrostructural features of garnet schist and gneiss in the Ailaoshan metamorphic complex(a) garnet-sillimanite-biotite two-feldspar schist as melanosome completely contacts with muscovite-biotite-plagioclase gneiss (mesosome) and felsic vein (leucosome); (b) muscovite, quartz and feldspar are strongly elongated to form stretching lineation in the sillimanite-garnet-biotite-plagioclase gneiss; (c) minerals in the sillimanite-garnet-biotite two-feldspar gneiss get elongated and oriented strongly, of which garnet porphyroclasts suggest left-lateral shearing; (d) stretching lineation formed by oriented minerals in amphibolite; (e) garnet with white-eye fabric sheared into porphyroclast, indicates left-lateral shear

哀牢山深变质岩带中含有石榴石的变基性岩和变泥质岩具有独特的变质和变形特征。在野外露头尺度上，常见发生部分熔融作用的含石榴石深变质岩形成暗色体和浅色体互层的混合岩，如在图4a中可以识别出中色体的岩性为石榴夕线二云斜长片麻岩，中部的暗色体石榴黑云二长片岩与右侧的浅色体截然接触。值得注意的是左侧的中色体本身具有混合岩的特征，指示了区域多期次的部分熔融作用。这些变质岩石大都遭受了强烈的剪切变形，可见岩石中矿物发生强烈的细粒化，其中夕线石、云母、石英、长石、角闪石等矿物集合体构成明显的矿物拉伸线理，形成典型的L型构造岩(图4b-d)。在这些变质岩中，有的可见石榴石的“白眼圈”反应边结构，“白眼圈”中的矿物同样受到剪切作用影响形成变斑晶的拖尾，表明晚期退变质阶段受到了左行剪切作用(图4e)。黑云母、白云母、夕线石等矿物集合体总是平行于片麻理、片理方向定向排列，与宏观成分层或条带方向一致，形成显微分层构造。其中变泥质岩通常为石榴夕线黑云二长片麻岩(石榴石+夕线石+黑云母+钾长石+斜长石+石英)、石榴夕线二云斜长片麻岩(石榴石+夕线石+黑云母+白云母+斜长石+石英)、石榴夕线二云母片岩(石榴石+夕线石+黑云母+白云母+石英)、石榴蓝晶二云斜长片岩(石榴石+蓝晶石+黑云母+白云母+斜长石+石英)等；变基性岩主要包括石榴斜长角闪岩(石榴石+斜长石+角闪石+石英)、含黑云母的石榴斜长角闪岩(石榴石+斜长石+角闪石+黑云母)、斜长石角闪岩(斜长石+角闪石)、以及角闪岩等。

为了深入讨论这些变基性岩和变泥质岩的变形-变质关系、构造特征及形成时间等，我们在详细野外地质调查基础上，针对哀牢山深变质杂岩中出露的变基性岩和变泥质岩开展了深入的显微构造、阴极发光岩相学分析、变形矿物(石英、夕线石、云母)EBSD组构分析、电子探针矿物成分分析、温压计算以及结合LA-ICM-MS锆石U-Pb测年等综合分析。文中代表性样品的采样位置主要集中在哀牢山深变质岩带南段，变基性岩主要代表性样品为石榴斜长角闪片麻岩(Al0027、Al044、Al0023、Al089)，变泥质岩主要为石榴夕线黑云二长片岩(Al1613、Al1614)和蓝晶石榴二云片岩(Al0065)。

3 测试方法

3.1 阴极发光

显微阴极发光成分分析使用BEACON INNOVATION INTL公司生产的新型阴极发光仪CLF-1，电源220V，50～100Hz交流电源。保持真空度以及最高极限为0.0025mBar。电子枪的工作电压高达30kV，通常使用在1kV至25kV之间调节。工作电流为1.2mA，连续可测，最大束流到2mA。

3.2 电子探针(EPMA)分析和矿物对温压计

电子探针成分分析主要是在萨尔茨堡大学地理与地质系的JEOL JXA-8600电子探针完成。工作条件为：加速电压15kV，加速电流20nA，束斑直径10μm。Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Fe元素特征峰的测量时间为10s，Ti和Mn元素特征峰的测量时间为20s，上下背景的测量时间分别是峰测量时间的一半。所使用的标样如下：透长石(K)，镁铝榴石(Mg、Al、Si)，透辉石(Ca)，铁铝榴石(Fe)，硬玉(Na)，蔷薇辉石(Mn)，金红石(Ti)。上机测试之前先进行镀碳，将样品镀上尽量均匀的厚度约20nm的碳膜，测试过程中测试点位置的选择是根据显微镜照片结合背散射图像共同确定的。使用天然和合成矿物标样进行校正，且测试结果使用ZAF进行标准校对以减少实验误差。元素Si的检出限(2σ)为0.06%，元素Al的检出限(2σ)为0.04%。且Na、K、Mg、Mn和Fe元素的检出限为0.025%。

矿物对温度压力计算采用了萨尔斯堡大学开发的计算程序Pet7.0(Dachs, 2004)，这款程序基于数学处理软件MathMatica11.0运行，可以计算包括GASP、石榴石-角闪石-斜长石在内的22种矿物温度计以及17种矿物压力计，同时还可通过电子探针数据对各种矿物的成分进行投图。

3.3 全岩主量元素(XRF)含量分析

全岩主量元素含量分析在武汉上谱分析科技有限责任公司利用日本理学PrimusⅡ X射线荧光光谱仪(XRF)测试完成。用于XRF分析的样品处理流程如下：(1)将200目样品置于105℃烘箱中烘干12h；(2)称取～1.0g烘干样品置于恒重陶瓷坩埚中，在1000℃马弗炉中灼烧2h，取出待冷却至室温再称量，计算烧失量；(3)分别称取6.0g助熔剂(Li2B4O7:LiBO2:LiF=9:2:1)、0.6g样品、0.3g氧化剂(NH4NO3)置于铂金坩埚中，在1150℃熔样炉中熔融14min，取出坩埚转移到耐火砖上冷却，然后将玻璃片取出以备XRF测试。

3.4 EBSD变形组构分析

EBSD(electron backscattered diffraction)是应用扫描电子显微镜获取岩石矿物晶体结晶学信息的一种方法(曹淑云和刘俊来, 2006; 刘俊来等, 2008)。实验在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，使用FEI Quanta 450 FEG-SEM场发射扫描电子显微镜(武汉)及EBSD探头获取并测定矿物的晶格优选方位(LPO)。在实验测试之前，对已切制的定向薄片(垂直于面理，平行于线理，即XZ面)进行了高精度抛光处理。抛光流程为：先使用直径为3.5μm和1.5μm的Al2O3悬浮液，然后使用0.5μm的金刚石悬浮液进一步抛光，再选择0.05μm的Al2O3悬浮液进行精抛，最后用超声波对薄片进行清洗，防止抛光液残留影响实验精度。测试前，在样品测试区表面周围贴上导电胶带，以尽量减少放电效应，然后将抛光好的薄片倾斜70°放于扫描电镜腔内，且岩石的线理方向平行于扫描电镜的X轴方向。电子背散射图案(EBSP)是在低真空、加速电压为20kV、探头距离为160mm、工作距离为19～22mm，spot值为6的条件下获得的，主要采用面扫的模式完成对电子背散射图案(EBSP)数据的获取。测试时，至少检测到6条菊池条带与标准分析矿物相结构相匹配时标定结果才可被接受，且标定点的平均角偏差(MAD)设定为1。测试完成后，使用HKL Channel 5软件包来完成对电子背散射图案(EBSP)的分析和处理，并且采用下半球等面积赤平投影的方法，对样品中具代表性晶格优选方位进行投影并绘制极图。系统误标的点将在取向图中显示出来，这些点的数据将被零分辨率像素所替代，对实验结果无影响。

3.5 LA-ICP-MS 锆石U-Pb测年分析

LA-ICP-MS锆石U-Pb定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室矿床地球化学分室完成。激光剥蚀系统由瑞索公司制造，型号为Resonetics-S155。ArF准分子激光发生器产生193nm深紫外光束，经匀化光路聚焦于锆石表面。激光束斑直径为33μm，剥蚀频率10Hz，剥蚀30s，高纯He气作为载气，与Ar气和少量N2气混合后进入质谱仪。电感耦合等离子体质谱仪由热电公司制造，型号为iCAP Qc。测试过程中以标准锆石91500(206Pb/238U年龄为1065.4±0.6Ma, Wiedenbecketal., 1995)为外标校正元素分馏，以标准锆石Plešovice(Slámaetal., 2008)作为盲样监控数据质量。NISTsRM 610作为信号漂移矫正，以标准锆石91500作为外标，以Si为内标测定主量和微量元素含量。测试数据经过ICPMSDataCal9.5软件离线处理完成(Liuetal., 2010a, b)。谐和年龄及图像使用Isoplot/Ex(3.0)给出(Ludwig, 2003)。普通铅校正使用Andersen (2002)给出的程序计算。分析数据及锆石U-Pb谐和图给出误差为1σ，表示95%的置信度。

4 变形-变质作用的显微构造特征

下面将对两类岩石类型即变基性岩石和变泥质岩石变质显微岩相学、变形显微构造特征以及它们之间的关系分别进行阐述。

4.1 变基性岩

在这些变基性岩中，可确定石榴石内部包裹体组合为Grt(核)+Amp1+Pl1+Q+Ilm(M1)(图5e-h)，为基性变质岩角闪岩相的典型矿物组合。基质矿物组合为Grt(边)+Amp2+Pl2±Px+Q。由于没有很好地观察到辉石，只在局部通过能谱打到了细小辉石颗粒，因此不能很好地反映峰期阶段(M2)变质条件的矿物组合。通过电子探针实验测得的石榴石进变质成分环带(见后文)，可以确定石榴石的生长经历了早期进变质过程，即M1到M2的进变质(具体数据分析见第5.1电子探针成分分析内容)。M3的矿物共生组合存在于石榴石的退变质结构中，沿着剪切方向可很好地观察到石榴石“白眼圈”反应边，反应边由指状交错的斜长石和角闪石组成。“白眼圈”中的Pl3+Amp3+Q+Ilm构成M3退变质阶段矿物组合。角闪石在单偏光下呈墨绿色，较基质中绿色更深且不具有多色性，并呈针柱状镶嵌于钙长石中，钛铁矿与石英、角闪石呈后成交织连晶结构。推测该矿物反应方程：

Grt+Q+H2O→Pl+Amp±Ilm

(1)

M3阶段还可观察到岩石整体受到强烈的左行剪切改造，基质中的矿物表现出强烈的韧性变形，比如角闪石和长石拉长定向，与区域糜棱线理方向基本一致；石英发生颗粒边界迁移，有时形成石英单晶条带或矩形条带。石榴石生成的退变质反应结构“白眼圈”也同样受到剪切作用改造，导致石榴石“白眼圈”通常发育在石榴石与基质矿物页理平行的两端，形成类似压力影构造(图5a-c)。而在石榴石四周均存在“白眼圈”的情况下，其中的针柱状矿物均与基质页理构成一致的定向(图5d)。

4.2 变泥质岩

在石榴夕线黑云二长片麻岩样品Al1614中，可见到早期进变质阶段M1的矿物组合(Grt+Bt+Ms+Pl+Q)保存于残留的石榴石变斑晶之中，其包裹体均为石榴石生长过程中从当时的基质中捕获的矿物，指示变质程度为低角闪岩相(图6a)。对于泥质变质岩峰期变质阶段M2的变质程度，可划分出从高角闪岩相矿物组合Grt+Bt+Ms+Sil+Pl+Q (Leloup and Kienast, 1993; Leloupetal., 1995, 2001; Caoetal., 2010b)到典型的麻粒岩相矿物组合Grt+Bt+Sil+Kf+Pl+Q。在Al1614中，可以观察到基质中的峰期矿物共生组合为：Grt+Bt1+Sil1+Kf+Pl+Q(图6b)。其中黑云母、夕线石、长石、石英均发生强烈的拉长定向。黑云母呈条带状，夕线石呈纤维状集合体。基质中同样存在峰期后退变质阶段形成的Bt2+Sil2以及白云母。其中Bt2+Sil2因于粗粒黑云母的边缘交织生长而与基质矿物相区别(图6b, d)，局部白云母颗粒相对自形、粗大及未定向的特征与基质矿物区别(图6f)。麻粒岩相岩石样品中原本存在的白云母在进变质过程中消耗殆尽。

图5 变基性岩显微构造特征(a-c)石榴斜长角闪岩中石榴石的“白眼圈”反应边形成压力影结构；(d)“白眼圈”中的针柱状角闪石和斜长石与基质页理构成一致的定向；(e-h)背散射图像及矿物组合. 划分出三期矿物共生组合：早期进变质阶段M1的石榴石核部及内部的Pl1+Amp1矿物共生组合；峰期变质阶段M2的石榴石边部及基质中的Pl2+Amp2±Px+Q矿物共生组合；退变质阶段M3的“白眼圈”中的Pl3+Amp3+Q+Ilm矿物共生组合；(a)、(c)、(d)为正交偏光；(b)为单偏光.矿物缩写：Amp-角闪石; Pl-斜长石; Q-石英; Opx-斜方辉石; Ep-绿帘石; Bt-黑云母; Grt-石榴石; Ilm-钛铁矿Fig.5 Microstructure of metamafic rocks(a-c) the white-eye socket forms pressure shadows around the garnet; (d) the needlelike amphibole and plagioclase in the white-eye fabric get sheared and directed into matrix foliation; (e-h) mineral assemblages in BSE image. There are three stages of mineral assemblages: Grt (core)+Pl1+Amp1 as early prograde metamorphism stage (M1), Grt(rim)+Pl2+Amp2±Px+Q as peak metamorphism stage (M2), and Pl3+Amp3+Q+Ilm as retrograde metamorphism stage (M3). (a), (c-d) under crossed polarized light; (b) under singe polarized light. Mineral abbreviations: Amp-amphibole; Pl-plagioclase; Q-quartz; Opx-orthopyroxene; Ep-epidote; Bt-biotite, Grt-garnet; Ilm-ilmenite

图6 变泥质岩矿物组合及剪切变形构造特征(a)保存在石榴石变斑晶内部的早期矿物组合M1；(b)变泥质岩中基质矿物共生组合(Grt+Bt1+Sil1+Kf+Pl+Q)及峰后逆反应矿物Bt2+Sil2和Ms，基质矿物受到剪切变形；(c) Bt1发生脱水熔融的反应结构，黑云母呈岛屿状反应残余；(d、e)基质中呈纤维状集合体生长的峰期夕线石Sil1以及晚期交生的Bt2+Sil2，CL图像；(f)剪切作用后形成的自行、未定向白云母；(g)粒间熔体薄膜；(h) Al1614中峰期后白云母与石英包裹体呈交织连晶结构，背散射图像；(i) Al1614中峰期后白云母包裹基质中的针状夕线石，背散射图像. 矿物缩写：Ms-白云母；Sil-夕线石；Kf-钾长石Fig.6 The mineral assemblage and shear deformation features of metapelite(a) the early stage mineral assemblage M1 preserved inside the garnet porphyroblast; (b) the mineral assemblage in matrix (Grt+Bt1+Sil1+Kf+Pl+Q), post-peak retrograde minerals Bt2+Sil2 and Ms, the matrix minerals get sheared and deformed; (c) the dehydration melting reaction texture of Bt1, the biotite is island-shape reaction residual; (d, e) the peak stage fibrous Sil1 aggregation growing in the matrix and the late stage intergrowth Bt2+Sil2, Cl image; (f) idiomorph, undirected muscovite formed after shearing; (g) melt film; (h) the intergrowth texture of post-peak muscovite and quartz inclusion in Al1614, BSE image; (i) needle-like sillimanite included by the post-peak stage muscovite in Al1614, BSE image. Mineral abbreviations: Ms-muscovite; Sil-sillimanite; Kf-K-feldspar

二云母分解过程中形成了大量熔体，可以在Al1614样品中观察到丰富的粒间熔体显微结构。如基质内石英长石边界夹角内的长英质熔体薄膜的存在(图6g)。推测原岩发生了白云母和黑云母的分解反应(图6c)，其反应式如下：

Ms+Q→Sil+Kf+liq

(2)

Bt+Sil→Grt+Kf+liq

(3)

麻粒岩相下未分离的熔体通常与残余体发生逆反应(魏春景等, 2016)。如在残余黑云母(Bt1)边缘可见大量的黑云母(Bt2)+夕线石(Sil2)的新生矿物组合；同时存在有晶型完好的大颗粒白云母，未发生变形且无定向性，与峰期矿物不属于同一期次，可以判断为后期新生矿物。进一步观察可以发现白云母变斑晶中包裹有峰期矿物组合中定向排列的针状夕线石，其定向性与基质中矿物定向相同。有些白云母同产物石英共同构成后成交织连晶结构，石英颗粒沿白云母的解理定向，与基质矿物定向方向不同(图6h, i)。推测与麻粒岩相熔体作用中的逆反应阶段有关。逆反应方程式为：

Grt+Kf+liq→Bt+Sil

(4)

Sil+Kf+liq→Ms+Q

(5)

泥质岩中，石榴石“白眼圈”的矿物组合为Bt+Pl+Q，其中斜长石通常为更靠近An端元的拉长石或培长石，其在光学显微镜正交光下呈现与基质斜长石不同的一级灰白干涉色，在阴极发光中呈现草绿色。黑云母呈细小的针柱状镶嵌于斜长石之中(图7c, d)。推测发生的矿物反应为：

图7 变泥质岩矿物组合及剪切变形构造特征左图均为正交光，右图均为CL图像. (a、b)蓝晶石榴二云斜长片麻岩中石榴石受到剪切变形，且具有同构造变斑晶特征；(c、d)石榴黑云夕线二长片麻岩中石榴石具有同构造变斑晶特征与“白眼圈”反应边，基质中夕线石和石英多晶集合体强烈定向构成拉伸线理；(e、f)基质中Bt、Sil、Kf等矿物均被拉长定向和细粒化.矿物缩写:Ky-蓝晶石Fig.7 The characteristics of deep metamorphic rocks in AilaoshanThe left column is under orthogonal light the right column is CL image. (a, b) the garnet in kyanite-garnet-biotite-muscovite-plagioclase gneiss is sheared and shows features of syn-tectonic porphyroblast; (c, d) the garnet with white-eye reaction rim shows features of syn-tectonic porphyroblast in garnet-biotite-sillimanite-two feldspar gneiss; (e, f) Bt, Sil and Kf in the matrix are stretched and directed. Mineral abbreviation: Ky-kyanite

(6)

这些变泥质岩同样也遭受了强烈的剪切作用，基质中的矿物表现出强烈的晶质塑性变形构造特征(图7)。石榴石等相对不易发生塑性变形的矿物大部分被剪切为残斑或碎斑状，里面的矿物包裹体形成旋转轨迹，指示左行旋转变形。在石榴石残斑两侧低应力区有残余的“白眼圈”结构和长石、石英等矿物集合体形成压力影拖尾。黑云母和细丝状夕线石集合体强烈定向，与区域糜棱叶理一致。钾长石和少量斜长石和石英多晶集合体共同拉长定向，有些长石形成矿物鱼状。

5 变形-变质条件

5.1 矿物成分和矿物对变质温压计算结果

通过对含石榴石“白眼圈”结构的斜长角闪岩进行电子探针成分分析(表1)，获得了石榴石的成分环带信息以及矿物对温压计所需的矿物化学数据(图8)。这些代表性样品中(如Al44-3、Al44-7)石榴石变斑晶从核部到边部具有明显的Mg含量上升、Mn含量下降、Ca含量相对稳定的特征，指示石榴石变斑晶的生长经历了升温升压的进变质过程(Hickmott andspear, 1992)。在样品Al44-7中石榴石最边部的Mg与Mn含量均有略微的下降，可能是记录了晚期退变质阶段石榴石与相接触矿物的元素交换。

图8 石榴石片(麻)岩中石榴石成分环带及矿物对温度压力估算结果(a、e)石榴石成分剖面点位，背散射图像；(b、f)石榴石剖面成分变化；(c、d、g、h)温压计算结果.Grs-钙铝榴石;Pyr-镁铝榴石;Sps-锰铝榴石Fig.8 Garnet compositional zoning and estimated results of the mineral pair geothermobarometer of the garnet gneiss/schist(a, e) point location of garnet compositional profile, BSE image; (b, f) variation of garnet compositional profile; (c, d, g, h) results of temperature-pressure estimation. Grs-grossular; Pyr-pyrope; Sps-spessartine

5.2 热力学相平衡计算结果及P-T视剖面图

由于传统矿物对温压计在使用方面存在着各种限制，如需要确定矿物对处于化学平衡状态，且没有受到后期流体作用等(吴春明等, 2007)。对于保存了大量黑云母分解反应结构和熔体逆反应的研究样品(Al1614)并不能对温压条件进行很好的限定(Indaresetal., 2008)。此时通过矿物的热力学模拟更能取得准确反映样品变质条件的结果，因此我们先后对Al1614进行了全岩主量元素分析和热力学相平衡模拟，来进一步计算变质环境。通过全岩主量元素分析得到Al1614全岩的元素含量(mol%)=SiO2(71.64)，Al2O3(12.61)，FeO(5.32)，MgO(3.32)，CaO(1.64)，Na2O(2.82)，K2O(2.65)。

在Perplex 6.8(Connolly and Kerrick, 1987; Connolly, 1990, 2005, 2009; Connolly and Petrini, 2002)中通过Holland and Powell (1998)发布的NCKFMASHp矿物热力学数据库进行岩石的P-T视剖面图模拟，化学相为Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O体系，使用Al1614的全岩数据，设置无矿物端元、流体以及化学成分过饱和，排除cz端元，并设置Gt、Ctd(W)、St(HP)、Bio(HP)、Pl(h)、Kf、melt(W)七个固溶体存在(Waldbaum and Thompson, 1968; Hollandetal., 1998; Powell and Holland, 1999)。首先通过T-XH2O图解找到使得峰期矿物组合恰好处于缺流体固相线的水含量(4mol%)，之后用此全岩成分得到相图(图9)。可以观察到liq-Grt-Bt-Sill/Ky-Kf相区的矿物组合与峰期矿物组合相符，并且根据右侧的liq-Grt-Sill/Ky-Kf相区可知，在liq-Grt-Bt-Sill/Ky-Kf相区内发生的是黑云母的分解反应，这也与基质中的黑云母分解的反应结构相符。并接着在该相图基础上绘制斜长石的钙长石端元(an=19～22，step=1)和石榴石的钙铝榴石端元(C=13～25，step=2)矿物等值线，通过之前获得的基质中的斜长石和石榴石边部的电子探针数据进行投点，得到了峰期变质阶段T=780～840℃、P=～0.95GPa的温度压力结果。与电子探针计算的M2阶段进行对比，可以认为误差较小。

图9 热力学相平衡模拟图(样品Al1614)其中Grt-石榴石；Bt-黑云母；Kf-钾长石；Ms-白云母；Sill-夕线石；Crd-堇青石；Ky-蓝晶石；liq-熔体；pl-斜长石；q-石英Fig.9 Thermodynamic phase equilibrium calculation (Sample Al1614)Grt-garnet; Bt-biotite; Kf-K-feldspar; Ms-muscovite; Sill-sillimanite; Crd-cordierite; Ky-kyanite; liq-liquid; pl-plagioclase; q-quartz

5.3 剪切变形环境分析

5.3.1 EBSD测试的样品描述

如前面提到的，无论变泥质岩还是变基质岩石都遭受了强烈的左行剪切变形，为了进一步确定变形温度环境，本文重点选取了哀牢山深变质岩带内两个具有代表性的强烈定向的变泥质岩中的矿物(蓝晶石、夕线石、云母、石英)进行了变形晶格优选定向(LPO)分析。样品Al0065-1为蓝晶石榴二云斜长片麻岩，矿物共生组合为Ky+Grt+Bt+Ms+Pl+Q，为变泥质岩高角闪岩相中的高压矿物组合。其中蓝晶石呈长柱状定向，二云母为丝带状的矿物集合体，发生塑性变形。基质中的石英与长石均发生细粒化并拉长定向。石榴石变斑晶为椭球状的同构造残斑并具有一定的塑性变形和定向，其两侧具有由石英和云母构成的拖尾。样品Al0071-2为石榴夕线黑云二长片麻岩，矿物共生组合为Grt+Sil+Bt+Kf+Pl+Q，为变泥质岩典型的麻粒岩相矿物组合，并发育“白眼圈”等退变质结构。样品矿物拉伸线理极发育，其中长石发生塑性变形，受到压扁拉长并构成矿物拉伸线理。黑云母与夕线石常呈丝带状的矿物集合体，具有一致的定向性。石英多被拉长形成石英多晶条带。石榴石变斑晶呈雪球状残斑，黑云母在其两侧形成拖尾。

图10 变泥质岩中不同矿物EBSD晶格优选定向(LPO)分析(a)蓝晶石EBSD晶格优选定向；(c)夕线石EBSD晶格优选定向；(e)黑云母EBSD晶格优选定向；(b、d、f)石英EBSD晶格优选定向. 采用下半球等面积赤平投影. 叶理(XY面)垂直平面EW向，线理(X)与平面EW向平行Fig.10 Different mineral EBSD lattice preferred orientation (LPO) analysis in metapeliteLower hemisphere, foliation (XY plane) is perpendicular to the E-W plane, and lineation (X) is parallel to the plane of E-W direction

5.3.2 变形矿物晶格优选定向(LPO)

样品测试过程中所有矿物的晶格优选定向测定都是从均匀分布区域进行的。晶格优选定向测定结果如图10所示。样品Al0065-1：对其基质中的多晶石英集合体进行了EBSD组构分析。图10b显示出石英c-<0001>在Y轴附近形成极密，m(10-10)和a(11-20)在XZ面上形成大圆环带，r(10-11)形成较弱的极密。前人研究认为石英c-<0001>在Y轴形成极密，其主导滑移系为柱面滑移，指示中高温变形环境(550～650℃)(Stippetal., 2002)。而图10d石英极密图则显示出了石英c-<0001>在Y轴附近或在YZ面形成了一个拉长状的极密，m(10-10)和a(11-20)在XZ面形成圆环带(有些倾斜角度变化)，r(10-11)形成较弱的极密，c-<0001>极密表现出柱面滑移叠加菱面滑移的特征，指示中高温变形环境并叠加晚期中低温变形环境。根据蓝晶石的LPO组构分析可知(图10a)，c-<001>在近平行X轴方向形成极密，(100)在Z轴方向出现极密，(010)在近平行Y轴方向出现极密，表明蓝晶石具有(100)、(010)<001>滑移系。黑云母的LPO组构分析可知(图10e)，黑云母在c-<001>在Z轴附近形成极密，(100)在X轴附近发育极密，并在Y轴叠加次级极密，(010)在近平行X轴方向出现极密，其中(010)极密相对明显，表明黑云母滑移系以(010)、(100)<001>为主。样品Al0071-2：由于样品矿物共生组合受到了强烈的退变质阶段的改造，故EBSD更为明显的记录了高温变形到低温叠加变形的显微构造特征。从石英EBSD组构分析中获得的极密图显示(图10f)，石英c-<0001>不仅在Y轴附近形成主极密，并在Z轴方向形成次级极密，m(10-10)，a(11-20)和r(10-11)形成较弱的极密，表现出柱面滑移以及晚期叠加的底面滑移，指示了早期中高温变形环境并遭受了晚期叠加的低温变形，这与显微镜下观测结果相一致。根据夕线石的LPO组构分析可知(图10c)，夕线石在c-<001>在近X轴方向形成极密，(100)为交叉环带，(010)在近平行Z轴方向出现极密，其中(010)极密相对明显，表明夕线石滑移系以(010)<001>为主。