糜棱岩化过程中锆石的稳定性
——以西南三江高黎贡、西盟地区花岗质糜棱岩为例

2021-04-01 13:11王冬兵王保弟廖世勇

沉积与特提斯地质 2021年1期

王冬兵, 唐渊, 王保弟, 罗亮, 廖世勇

(1. 中国地质调查局成都地质调查中心, 四川成都 610081; 2. 中国科学院紫金山天文台,南京 210008)

锆石广泛存在于各类岩石中,其富含U 和Th,低普通Pb 以及非常高的矿物稳定性,使得锆石UPb 定年成为同位素年代学研究中最常用和最有效的方法之一[1-3]。锆石是目前已知矿物同位素体系中封闭温度最高的,实验岩石学表明锆石中Pb 的封闭温度高达900℃[4-5]。研究者们根据锆石U-Pb体系高封闭温度的特征,将其广泛应用于确定岩浆岩结晶年龄和各种高级变质作用峰期年龄并取得了大量重要成果[6-10]。锆石的形成和改造受温度、压力、熔流体性质及物理化学条件等多因素影响。由于自然界这些条件非常复杂多变,复杂性远远超过实验室人工模拟条件,导致在自然界特别是在变质作用、成矿作用过程中锆石U-Pb 同位素体系并不完全遵循高封闭温度这一结果。有实验表明,在有流体存在的情况下,当温度≥400℃时,严重蜕晶化锆石可以很快发生重结晶作用[11-12],没有蜕晶化的锆石区域随着温度升高和/或流体作用时间增长,同样可以发生重结晶作用。尽管如此,人们迄今对自然界复杂变质条件下的锆石稳定性仍然缺乏深入了解。

糜棱岩是韧性剪切带广泛出露的特征性岩石,能够从不同尺度(野外露头到纳米级超显微)记录丰富的变形几何学、运动学特征及温压条件等,具有非常重要的地球动力学意义。糜棱岩由构造前或同构造期的岩石在不同地壳层次受动力变质作用形成,典型特征是矿物经受了塑性变形,并由塑性变形导致了明显的重结晶及强烈的优选方位。对糜棱岩开展显微构造、超显微构造研究能够提供变形温度条件等重要信息[13-15]。

为研究自然条件下糜棱岩锆石稳定性和变质重结晶温度条件,选择西南三江造山带高黎贡山韧性剪切带和西盟穹形隆起带花岗质糜棱岩开展显微构造与锆石年代学综合研究。选取研究的糜棱岩同时满足两个条件:(1)原岩是构造前花岗岩,以便于通过锆石结构和U-Pb 年龄确定锆石是否被改造;(2)为中—上地壳层次糜棱岩,未发生部分熔融,以保证研究的样品在固态单相条件下变形。对糜棱岩开展显微构造、石英EBSD 组构分析以限定变形温度条件,对糜棱岩锆石开展形态、结构和UPb 年龄研究以确定锆石变质特征,进而综合探讨糜棱岩锆石稳定性,约束重结晶温度。

1 地质背景与样品

西南三江(怒江、澜沧江、金沙江)地区是全球最复杂的造山带之一,经历了长期、多阶段、不同构造体制转换,不仅保存了特提斯多阶段构造演化的重要记录,而且还是新生代以来藏东南大陆块体挤出、旋转和逃逸的重要场所[16-22]。采用地质历史时期优势构造事件奠定的格架划分,西南三江造山带由一系列规模不等的结合带及其间稳定地块/弧地体拼贴构成。在新生代,受印度—欧亚大陆碰撞及其后的持续汇聚作用影响,还发育高黎贡山剪切带、崇山剪切带、哀牢山剪切带等著名的条带状构造带(图1)。这些条带状构造带出露一系列中深变质岩(苍山岩群、哀牢山岩群、瑶山岩群、崇山岩群、高黎贡山岩群、西盟岩群等),早期研究者根据它们强烈变质变形特征和不精确的同位素数据认为是前寒武纪基底岩石,但最新研究表明它们不是古老基底岩石,而是不同时代、不同性质的岩石受新生代变质影响而形成的变质杂岩[23-24]。

图1 三江—东南亚构造格架简图及主要剪切带、变质杂岩(据文献[28-29]修改)Fig.1 Tectonic schematic map of Sanjiang-Southeast Asia showing major faults, shear zones and the metamorphic complexes located in the area(modified after references [28-29])

高黎贡山剪切带沿高黎贡山山脉发育,被认为是三江地区发生“大陆逃逸”与地块旋转的西边界,带内出露的岩石被定义为“高黎贡山岩群”,剪切带内的岩石普遍发育近水平右行剪切构造,部分岩石同时发育右行剪切和熔融作用,变质作用时间为68～40 Ma、32 ～13 Ma[25-27]。花岗质糜棱岩 11GLG16-1 采自高黎贡山剪切带北段称杆乡公路剖面(图1),剖面呈东西向横穿整个高黎贡山变质带,露头良好,出露的岩石类型有花岗岩、花岗片麻岩、黑云斜长片麻岩、条带状混合岩化片麻岩、眼球状片麻岩、糜棱岩等。剖面最西部为未变质变形的花岗岩,往东岩石逐渐变形变质,发育片麻状构造、眼球状构造,长石旋转残斑和石英拔丝拉长等典型的糜棱岩构造;中部面理不发育,线理非常发育,为典型的L-型构造岩;东部则又出现片麻状构造、眼球状构造,长石旋转残斑和石英拔丝拉长等典型的糜棱岩构造。花岗质糜棱岩11CGX16-1 采样点地理坐标为(26°17.27′N,98°50.14′E,1457 m),岩石呈灰白色,长石、石英强烈拔丝拉长定向,线理非常发育,倾伏角度小(154°∠11°),面理不发育,矿物均已细粒化,为典型的L 型构造岩(图2a、b)。

西盟穹形隆起位于滇西南西盟老县城勐卡镇一带(图1),出露的岩石被定义为“西盟岩群”,早期认为是受逆冲推覆作用出露的基底岩石,近期研究表明为一穹形隆起构造,核部出露奥陶纪花岗质糜棱岩和未变形的新生代花岗岩,边部发育浅变质岩系,新生代糜棱岩构造作用时间为23 ～20 Ma、16～8 Ma[23,30-33]。花岗质糜棱岩 12XM04-1 采自西盟县老县城勐卡镇—新厂弹石路阿莫村小学篮球场西南采石场,采样点地理坐标为(22°48.88′N,99°26.94′E,1639m)。野外露头上构造面理非常发育,倾向 326°,倾角 24°,线理中等发育,倾伏向340°,倾伏角13°。岩石主要由长石、石英、云母及少量的电气石等矿物构成。长石部分呈残斑状,大多数拉长定向排列,石英、云母等矿物几乎全部拔丝拉长,部分长石残斑拖尾及发育的“S-C”组构指示岩石遭受了顺时针方向的剪切作用(图2c、d)。用于石英组构EBSD 分析的样品11XM04-1 采自同一露头位置。

图2 糜棱岩露头及岩石剪切特征。 (a),(b).高黎贡;(c),(d).西盟Fig.2. Field outcrop and shear structure of mylonites in the Gaoligong (a and b) and Ximeng (c and d)

2 岩石显微构造与温度条件

温度和压力是影响岩石和矿物变形的重要因素,在不同的温压条件下,受不同变形机制的控制,会显示出不同的变形行为和变形现象[13]。对变形岩石进行详细地显微构造变形现象观察,可以大致估算其变形温压条件。

高黎贡花岗质糜棱岩(11CGX16-1)主要由石英、长石及少量黑云母组成,显微镜下总体上呈现由矩形石英多晶条带和长石多晶条带组成的显微分层,黑云母晶体呈片状不连续定向排列(图3a)。长石多晶条带中为完全重结晶的细小新晶粒集合体(图3a,红色箭头所示)。石英条带中的新晶粒呈现出多边形粒状形态,局部可见重结晶新颗粒(Qz2)内含有老颗粒残晶(Qz1)(图3b),表明其主要是由颗粒边界迁移重结晶作用形成,推测其变形温度为高温条件(500 ～700℃)[13-15]。

西盟花岗质糜棱岩(12XM04-1)主要由石英、长石及少量白云母组成(图3c、d)。长石为残斑状且长轴定向排列,晶体边缘发生膨凸重结晶作用而表现出核幔构造(图3d)。石英呈矩形多晶条带,或绕长石残斑发育,或平行于长石残斑长轴定向的方向发育;条带内部的锯齿状颗粒形态表明颗粒边界迁移重结晶作用在变形过程中占主导地位。白云母晶体或呈鱼状,或平行于石英条带连续定向排列。石英发生颗粒边界迁移重结晶作用也指示其经历了高温条件下(500 ～700℃)的塑性变形作用[13-15]。