四川米易海塔地区前震旦纪五马箐组变质作用P-T条件研究

范 伟,陈友良,2,*,欧何琼,顾孟娟,付于真,张宝玲,詹国鑫

(1.成都理工大学地球科学学院,四川 成都 610059;2.成都理工大学地学与核技术四川省重点实验室,四川 成都 610059)

在扬子板块西缘的康滇陆块(习称康滇地轴)上广泛分布着一套由花岗质侵入岩和变质岩共同组成的混合杂岩带,前人称之为康定杂岩[1],并代表了扬子板块西缘的结晶基底[2]。康定杂岩由北向南分别出露有彭灌杂岩、宝兴杂岩、狭义的康定杂岩(指康定地区的变质混合杂岩系)、石棉杂岩、冕宁杂岩、米易-磨盘山杂岩、同德杂岩、攀枝花大田杂岩、元谋杂岩等杂岩体[3]。各杂岩体多以相对独立的圈闭状态出露,主要由康定群(四川境内)或苴林群(云南境内)的变质杂岩和新元古代花岗岩类岩石等组成,局部包含少量的角闪岩和麻粒岩,在杂岩带中还发育有各种混合岩、副片麻岩、片岩等,岩性包括云母石英片岩、云母片岩、矽线石榴泥质片麻岩、大理岩以及石英岩等[3-7]。

长期以来,有关康定杂岩的成因、时代以及形成时的构造环境等一直存在较大的争议。袁海华等[8]获得同德角闪混合片麻岩的Pb-Pb等时线年龄为2957±304 Ma,冕宁沙坝混合片麻岩的Rb-Sr等时线年龄为2404±189 Ma,认为这套结晶基底的形成时代为太古宙-古元古代。从柏林[9]测得冕宁沙坝麻粒岩Rb-Sr等时线年龄为1185.6 Ma,并通过计算得到其Nd模式年龄为1462.8 Ma;且同时测得该地区斜长角闪片麻岩的Rb-Sr等时线年龄为1088.8±44.7 Ma。近20年来,随着同位素定年技术的发展,尤其是大量的锆石原位微区U-Pb年代学分析结果表明,区内的岩浆杂岩形成于750～860 Ma[5,10-12]。目前普遍认为区内的花岗质杂岩形成于新元古代,但对其成因机制和形成时的构造背景仍存在很大争论,并形成了两大主流观点:一种观点认为超级地幔柱驱动Rodinia 超大陆裂解,岩石形成于大陆裂谷环境[13-16];另一种观点则认为岩石形成于岛弧环境[7,12,17]。

从前人的研究来看,对康定杂岩的成因和构造环境的判别大多是通过对区内的岩浆杂岩研究而来,而对区内广泛分布的变质杂岩研究相对薄弱,尤其是有关这套变质杂岩的温压条件缺少深入研究,从而对这套岩石的成因与形成的构造环境缺少最直接的依据。笔者等以米易海塔地区前震旦纪五马箐组的黑云斜长角闪片岩为研究对象,对其开展系统的岩相学、变质矿物地球化学分析,厘定其变质作用温压条件,为该地区的变质岩成因提供直接依据。

1 地质背景与样品

米易县海塔地区地处扬子板块西缘康滇地轴中南段的泸定-米易台拱之上。区内出露地层由老到新主要有元古界冷竹关组与五马箐组(见图1),冷竹关组岩性主要为斜长角闪岩、斜长片麻岩和变粒岩等,局部可见云母片岩,原岩主要由酸性火山岩以及碎屑岩组成,常见流纹构造和块状构造,揉皱现象发育;五马箐组岩性主要为云母石英片岩、黑云母片岩、黑云斜长角闪片岩、斜长角闪岩等,由于混合岩化作用的影响,局部已变质为混合岩。震旦纪观音崖组,岩性主要为页岩、砂岩、碳酸盐岩等,与元古界五马箐组呈角度不整合接触。晚震旦世灯影组,岩性主要为细晶白云岩、砂质白云岩、细砂岩以及白云质大理岩等。晚三叠世宝顶组,岩性主要为灰绿色石英砂岩、粉砂岩及钙质泥岩,夹砾岩及劣质煤层,厚度可达1500 m。侏罗系益门组,岩性主要为紫红色泥岩、灰黄色石英砂岩,夹粉砂岩、泥质灰岩以及生物碎屑灰岩,含钙质结核。区内岩浆活动强烈,以晋宁期花岗岩和基性岩、华力西期-印支期的石英闪长岩、华力西期的峨眉山玄武岩为主。地质构造复杂,断裂构造发育。

1.新生界;2.侏罗系益门组;3.晚三叠世宝顶组;4.二叠纪峨眉山玄武岩;5.晚震旦世灯影组;6.震旦纪观音崖组;7.元古宇五马箐组;8.元古宇冷竹关组;9.华力西晚期石英闪长岩;10.晋宁期混合花岗岩;11.断层;12.韧性剪切带;13.采样位置图1 四川省米易县海塔地区区域地质简图(据参考文献[18]修改)

本次研究的样品采自米易海塔地区前期在铀矿勘查中施工的钻孔岩心(ZK201孔,具体位置为102°01′18″E,26°53′04″N),样品岩性为黑云斜长角闪片岩(样品号:HT1804)。样品的矿物化学成分分析在西南石油大学地球科学与技术学院电子探针实验室完成,所用探针仪器型号为JEOLJXA-8230,配备有4道波谱仪。测试条件为:加速电压15.0 kV,加速电流20.0 nA,束斑直径10 μm,大部分元素的测量时间为10 s,分析精度优于±2%。

2 岩相学特征

黑云斜长角闪片岩(HT1804)具显微柱状片状变晶结构,片状、块状构造。样品中角闪石约50%～60%,斜长石约15%～20%、黑云母约15%～20%、石英含量<5%,副矿物主要为榍石5%～10%,另含少量金红石、磷灰石等(<2%)。粒状、片状及柱状矿物呈弱定向,断续形成片理(见图2)。

a、b为单偏光,c、d为BSE图像,Hbl-角闪石,Pl-斜长石,Bt-黑云母,Spn-榍石,Qtz-石英图2 黑云斜长角闪片岩镜下特征

样品中角闪石呈自形、半自形菱柱状,粒径约0.1～0.2 mm,镜下颜色为浅绿色,解理不发育或偶见角闪石式解理,相对聚集并弱定向排列,见包裹体发育,为细小的它形榍石、石英(见图2d)。斜长石呈自形-半自形板状,粒径约0.1～0.2 mm,颗粒表面较干净,可见聚片双晶。黑云母呈片状、长片状,粒径约0.2～0.5 mm,镜下表现深褐-浅褐色多色性,生长于角闪石、斜长石晶粒间,弱定向排列。石英呈半自形、它形粒状,粒径约0.1 mm,发育于角闪石、斜长石、黑云母晶粒间,少数为角闪石包裹体。副矿物主要为榍石,粒径约0.2 mm,主要分布于角闪石、斜长石、黑云母晶粒间,自形粒状,晶粒较大,隐约定向排列;少数为角闪石包裹体,它形,粒径小。其他少量副矿物为金红石和磷灰石,主要发育于角闪石、斜长石、黑云母晶粒间。

3 矿物化学特征

角闪石:角闪石是基质矿物的主要组分,样品中角闪石的SiO2含量为49.41%～50.98%,MgO含量为14.14%～15.38%,CaO含量为11.79%～12.15%,Na2O含量为0.33%～0.53%,属于钙质角闪石(表1)。角闪石Si原子数在7.274～7.489之间,XMg(Mg/(Mg+Fe2+))值为0.693～0.761,Ti原子数为0.030～0.076(<0.5),据Leake et al[19]的角闪石分类命名原则,投图均落入镁角闪石区域(见图3)。

表1 样品HT1804中角闪石电子探针分析结果 单位:%

图3 钙质角闪石分类图解(底图据文献[19])

斜长石:斜长石亦是基质矿物,未见环带。斜长石的微区化学成分分析表明(见表2,图4),斜长石矿物成分变化不大,整体CaO含量为5.82%～8.23%,Na2O含量为6.85%～8.71%,Ab值为59.9～72.8,An值为26.9～39.8,仅一个数据点为中长石,大部分为更长石。

表2 样品HT1804中斜长石、黑云母电子探针分析结果 单位:%

图4 长石成分图解(底图据文献[20])

黑云母:黑云母也为基质矿物。电子探针分析结果显示(见表2),黑云母FeOT(全铁)含量为15.82%～17.16%,平均16.43%,MgO含量为12.04%～12.48%,平均12.25%,属于镁质黑云母(见图5a)。在10×TiO2-(FeO+MnO)-MgO图解中(见图5b),黑云母位于原生黑云母与再平衡原生黑云母过渡区域,可能反映岩石后期经历了热液流体蚀变,使少数黑云母矿物化学成分发生了化学再平衡。这些黑云母成分差异不大,说明他们在变质过程中遭受了不同程度的均一化改造。

4 变质P-T条件计算

根据样品的岩相学特征与矿物化学成分特征,在黑云斜长角闪片岩(HT1804)中仅见一期矿物共生组合,可识别1个变质阶段,即代表了峰期变质阶段,其变质矿物组合为Hbl+Bt+Pl+Qtz+Spn(角闪石+黑云母+斜长石+石英+榍石)。根据矿物共生组合特征,选取紧密共生的矿物对化学成分,利用角闪石-斜长石(-石英)地质温压计来计算峰期变质阶段的P-T条件[23-24],具体计算结果见表3。从表3可以看出,计算获得的温度范围为548 ℃～599 ℃,平均为577 ℃,其对应压力范围为0.16 Gpa～0.22 Gpa,平均为0.19 Gpa,得到的峰期变质条件为T=599 ℃,P=0.22 Gpa,属于角闪岩相的温压条件。

表3 角闪石-斜长石(-石英)温压计(HPQ)计算结果

在角闪石的AlIV- Ti关系图解中(见图6a),黑云斜长角闪片岩(HT1804)样品中有5个投点落入低角闪岩相区域,2个投点落入绿片岩相区域;在Ti-(Na+ K)关系图解中(见图6b),该样品有4个投点落入低角闪岩相区域,3个投点落入绿片岩相区域,结合样品的岩石学特征,其角闪石都为镁角闪石,综合判定黑云斜长角闪片岩(HT1804)的变质相属于角闪岩相。此外,在该地区其他样品的岩矿鉴定中,在部分样品中发现有后期蚀变的绿泥石存在,可能反映后期发生了绿片岩相的退变质作用。

Ⅰ-麻粒岩相 Ⅱ-高角闪岩相 Ⅲ-低角闪岩相 Ⅳ-绿片岩相图6 角闪石变质相关系图解(底图据文献[25])

5 讨论

前人对扬子板块西缘变质岩的变质时代研究取得了一定的进展,耿元生等[26]通过对康定群五马箐组夕线红柱石榴黑云片岩和冷竹关组夕线石榴堇青黑云片岩中的独居石、锆石进行U-Pb定年,获得了约750 Ma的变质年龄;Zhou et al[27]采用40Ar-39Ar定年方法测得大红山群、东川群中多个铁铜矿床中的黑云母、角闪石、石英单矿物的变质年龄为850～780 Ma;杨红等[28]测得大红山群石榴斜长角闪岩中的变质锆石U-Pb年龄为849±12 Ma,金廷福等[29]获得扬子西缘变质辉长岩的变质锆石U-Pb年龄为748.9±5.7 Ma。从前人的研究可以看出,基本可以确定扬子板块西缘经历了新元古代(750～850 Ma)的变质作用。与此同时,在扬子板块西缘亦发生了广泛的750～860 Ma新元古代岩浆侵入活动,形成了由变质杂岩与花岗质杂岩在空间上紧密伴生共同组成的岩浆-变质混合杂岩带(康定杂岩)。且前人通过对其中的岩浆杂岩进行的大量研究认为其成因机制主要有两种:一种认为扬子板块西缘新元古代时期岩浆岩的形成与Rodinian超级大陆裂解的地幔柱活动有关[13-16],康定杂岩形成于地幔柱活动时期的裂谷环境;另一种观点则认为扬子板块西缘在新元古代时期为活动大陆边缘,康定杂岩形成于洋壳俯冲消减所形成的岩浆弧或被消减海洋岩石圈俯冲带包围的孤立陆块[7,17]。

通常裂谷环境具有较高的温度和相对较低的压力,而洋壳俯冲环境往往具有较大的压力。本次米易海塔地区的黑云斜长角闪片岩温压条件研究表明,其峰期变质条件为T=599 ℃,P=0.22 Gpa,变质相为低角闪岩相,属于中温低压型变质作用,同时,在角闪岩变质相关系图解中有部分样品投点落入绿片岩相区域(见图6),指示岩石经历峰期变质作用后可能有退变质作用发生。从本次研究来看,低压且温度作为主导因素的地幔柱活动时期的裂谷环境更可能为岩石的成岩环境,因此本次研究支持康定杂岩应当形成于地幔柱活动时期的裂谷环境。

6 结论

笔者等以四川米易海塔地区前震旦纪五马箐组中的黑云斜长角闪片岩为研究对象,通过岩相学、矿物化学分析、变质P-T条件计算,取得了以下认识:

(1)米易海塔地区前震旦纪五马箐组黑云斜长角闪片岩(HT1804)的主要矿物为角闪石、斜长石、黑云母、石英,副矿物为榍石、少量金红石、磷灰石。基质矿物的主要组分为角闪石,都属于钙质角闪石,均为镁角闪石,其余基质矿物为斜长石(大部分为更长石)、黑云母(均为镁质黑云母)。

(2)米易海塔地区前震旦纪五马箐组黑云斜长角闪片岩经历了峰期变质作用,峰期矿物共生组合为角闪石+黑云母+斜长石+石英+榍石,峰期变质条件为T=599 ℃,P=0.22 Gpa,其变质相为低角闪岩相,同时后期可能伴随退变质作用。

(3)米易海塔地区前震旦纪五马箐组经历了中温低压型变质作用,可能形成于新元古代地幔柱活动时期的裂谷环境。