滇西哀牢山深變質雜巖新生代多期變質、剪切變形及地質意義*

2019-08-27 02:23:44王浩博曹淑云李俊瑜程雪梅呂美霞

巖石學報 2019年8期

關鍵詞：變形

王浩博曹淑云** 李俊瑜程雪梅呂美霞

1. 地質過程與礦產資源國家重點實驗室, 中國地質大學地球科學學院，武漢 4300742. 薩爾茨堡大學地理與地質學院，薩爾茨堡 A-5020

造山帶中宏微觀構造特征、變形-變質作用及其精細年代學綜合研究是熱點和難點，尤其是對造山帶內大型走滑斷層的運動、變形及變質事件的精細厘定，對研究深部地殼巖石剝露及造山帶演化具有重要意義(吳春明和耿元生, 2001; 閆全人等, 2001)。新生代以來印度板塊與歐亞板塊碰撞及持續碰撞是青藏高原地區及其周緣巖石圈結構形成與演化的重要事件(Molnar and Tapponnier, 1975; Tapponnieretal., 1982)。青藏高原的形成、構造-巖漿活動、礦產資源以及周緣造山帶的形成、地質演化、地貌及氣候等都直接受板塊碰撞和后碰撞作用過程的制約(Tapponnieretal., 1982, 1990; Molnar and England, 1990; Leloup and Kienast, 1993; Chenetal., 1995, 2000; 鐘大賚和丁林, 1996; Chungetal., 1998; Burchfiel and Wang, 2003; 劉俊來等, 2006; 王二七等, 2006; 王二七, 2017; 莫宣學和潘桂棠, 2006; 吳福元, 2015; 徐志琴等, 2016; Dingetal., 2017)。以喜馬拉雅東構造結為轉折點的青藏高原東南緣地區，發育了一系列大型走滑斷裂帶并伴隨出露深變質-變形雜巖體，如沿紅河-哀牢山走滑斷裂帶出露雪龍山-點蒼山-哀牢山-大象山變質雜巖，沿崇山斷裂帶出露瀾滄江-崇山變質雜巖，以及沿高黎貢走滑斷裂帶出露高黎貢變質雜巖等。這些深變質雜巖體主體呈S-N或NW-SE向的狹長帶狀分布在三江扇形區內(圖1)，被稱為“三江變質雜巖帶”。

沿著這些走滑斷裂帶出露大量的深變質雜巖體，這些深變質雜巖保存了極其豐富的變形-變質以及構造-熱演化信息。紅河-哀牢山走滑斷裂帶作為印支地塊與華南地塊的構造邊界，在印度和歐亞板塊碰撞以及持續碰撞過程起著重要的協調作用(Zhongetal., 1990, 1996; Tapponnieretal., 1990; Leloup and Kienast, 1993; 劉俊來等, 2006, 2007, 2011; 王二七等, 2006; 張進江等, 2006; Zhangetal., 2010, 2011, 2017; 戚學祥等, 2012; Xuetal., 2015)。該走滑斷裂帶主要表現為早期左行走滑剪切和晚期右行走滑-正斷斷裂作用(Leloup and Kienast, 1993; Caoetal., 2011b, 2016; 程雪梅等, 2018)。對紅河-哀牢山走滑剪切時限、變形-變質方面開展了一定的研究工作，并對高級變質地體的峰期變質溫壓條件(P-T)進行了簡單估算(Nam, 1998; Leloupetal., 2001; Gilleyetal., 2003; 戚學祥等, 2012; 王舫等, 2013; 趙春強等, 2014)，但是對于這些變質雜巖帶內不同階段的變質-變形作用，尤其是對深變質雜巖中峰期變質相的宏觀和微觀構造特征、礦物相的轉變、變質-變形相互作用以及年代學結合的P-T-t-D的演化軌跡仍然還存在爭議。

本文以紅河-哀牢山斷裂帶中出露的哀牢山深變質雜巖中的變基性巖和變泥質巖為重點研究對象，開展了詳細的宏觀與微觀構造特征、EBSD組構、巖相學特征、鋯石測年、礦物組合特征及礦物化學成分并結合并對不同變質階段的溫壓條件進行估算，闡釋了哀牢山深變質雜巖在不同變質階段的礦物組合和變形-變質特征，確定了巖石和礦物變質-變形反應序列和P-T-t-D軌跡，所有這些為揭示青藏高原東南緣的三江地區深變質雜巖的變形-變質歷史及構造-熱事件提供科學佐證。

1 區域地質背景

1.1 紅河-哀牢山走滑斷裂帶及活動時限

圖1 東南亞地區構造地質簡圖(據Tapponnier et al., 2001; Cao et al., 2011a修改)(a)印度-歐亞板塊碰撞簡圖；(b)青藏高原東南緣東南亞地區、紅河-哀牢山走滑斷層帶以及沿著該帶出露的四個變質雜巖，分別是雪龍山、點蒼山、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

沿紅河-哀牢山走滑斷裂帶發育了多個孤立出現的狹長變質雜巖體，由北往南分別是云南地區的雪龍山、點蒼山、哀牢山和越南境內的大象山(圖1)。哀牢山變質雜巖體位于紅河-哀牢山走滑斷裂帶的中段，在四個雜巖中是規模最大的一個，向南延伸到越南境內的范式坂地區(Leloupetal., 1995)。哀牢山變質雜巖寬20～30km，長達500km，呈北西-南東向延伸。其北東側以紅河斷裂帶與華南未變質的古生代-新生代地層呈斷層接觸，南西側以安定-九甲斷裂帶為界與蘭坪-思茅盆地中發育的未變質侏羅系和白堊系沉積巖呈斷層接觸(圖2)。哀牢山變質雜巖可劃分為深變質巖帶和淺變質巖帶，其中深變質巖帶與淺變質巖帶以哀牢山斷裂為界呈北西-南東向沿走滑斷層帶平行展布，中酸性侵入巖體主要集中在深變質巖帶的南段。對于該走滑斷裂帶的剪切時限，進行了很多的分析和討論，認為紅河-哀牢山走滑斷層帶發生的大規模左行韌性剪切作用發生于距今35Ma至17Ma之間(Tapponnieretal., 1990; Sch?reretal., 1990; Leloupetal., 1995, 2001; Harrisonetal., 1996; 張連生和鐘大賚, 1996; Gilleyetal., 2003)。通過對越南境內的大象山變質雜巖的40Ar-39Ar測年認為左行走滑剪切作用出現在27Ma，并持續到22Ma終止(Wangetal., 1998)。張進江等(2006)提出紅河-哀牢山經歷了三個階段的走滑事件：分別是58～56Ma之前、27～22Ma、13～12Ma。之后曹淑云等(2009)、Caoetal. (2011a)通過鋯石U-Pb SHRIMP測年獲得紅河-哀牢山走滑剪切帶的起始時間出現在30.88±0.32Ma, 高溫剪切持續到20Ma，即紅河-哀牢山走滑剪切帶的活動時限是31～20Ma。同時通過對點蒼山深變質雜巖的40Ar-39Ar熱年代學分析，得出三個階段的冷卻、剝露過程，即28～13Ma(走滑剪切伴隨緩慢剝露)、13～4Ma(緩慢剝露)和4～0Ma(快速剝露)(Caoetal., 2011b)。Liuetal. (2012)通過初步的宏觀構造、顯微構造分析與變形石英的組構分析認為，剪切帶中無論是點蒼山、哀牢山還是大象山深變質巖都經歷了兩期不同環境下的構造事件改造，即早期階段高溫純剪條件下的收縮變形作用與晚期階段疊加低溫單剪變形并伴隨著藏東地區區域構造環境的轉變(Caoetal., 2012; Chengetal., 2018)。

圖2 藏東南點蒼山-哀牢山變質核雜巖構造簡圖(據Wang et al., 1998修改)面理、線理投圖及部分采樣點位置如圖所示. 剪切面理、礦物拉伸線理赤平投影及部分采樣位置圖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 哀牢山變質雜巖變質作用

哀牢山雜巖主體是由元古界哀牢山群深變質巖(包括各種混合巖和石榴夕線云母片麻巖、石榴石二云片巖、云母片巖、堇青石榴黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖、透輝大理巖等)及侵入其中不同時代的花崗質巖石構成。這些深變質巖石和深成侵入體都遭受了多階段強烈的變形-變質作用甚至混合巖化作用的改造(沙紹禮, 1998; 沙紹禮等, 2004; 劉俊來等, 2007)，尤其是普遍遭受了新生代左行剪切變形作用的改造，形成不同變形程度的糜棱巖到超糜棱巖。早期學者通過對哀牢山和點蒼山深變質雜巖中的變質礦物對進行溫壓估算，獲得了峰期變質的最高溫度為710±70℃，壓力為0.45±0.15GPa；然后這些變質雜巖經歷退變質作用，溫度為650℃，壓力約0.5GPa(Leloup and Kienast, 1993; Leloupetal., 1995, 2001)。與大象山片麻巖的峰期變質條件T=697±68℃、P=4.9±0.7kbar(Nam, 1998)相接近，為角閃巖相峰期變質環境。Gilleyetal. (2003)通過對哀牢山東部石榴夕線片麻巖進行估算，獲得了750～780℃和5.5～8.1kbar的高角閃巖相峰期變質溫壓條件。之后Caoetal. (2010b)針對紅河-哀牢山走滑斷層帶的點蒼山變質雜巖帶中角閃質巖石的宏觀構造和微構造特征的深入研究，認為該區域角閃質巖石遭受了強烈的左行高溫剪切變形-變質作用改造。并同時利用電子探針礦物成分分析法，結合角閃質礦物的地質壓力計以及角閃石-斜長石礦物對的地質溫度計，揭示了在該中部地殼環境下，即T=637℃，P=0.65GPa時出現角閃石礦物顆粒的高溫韌-脆性轉變變形以及晚期的低溫疊加退變質-變形(Caoetal., 2007; Chengetal., 2018)。戚學祥等(2012)對哀牢山構造帶北段出現的泥質高壓麻粒巖(Nakanoetal., 2008)進行了初步分析，獲得了峰期變質溫壓條件為T=850～919℃，P≥10.4kbar。最近，Wangetal. (2016b)通過對點蒼山-哀牢山變質雜巖體中出露的云母片麻巖開展了變質作用的研究，獲得峰期變質部分可能達到了角閃-麻粒巖相，其中溫度為720～760℃，壓力為8.0～9.3kbar(Liuetal., 2013)。

圖3 哀牢山深變質巖帶內露頭尺度巖石變形構造特征(a)黑云斜長片麻巖中的長英質脈體剪切變形成透鏡體狀或布丁狀；(b)黑云斜長片麻巖中部分熔融作用形成的沿片麻理方向的脈體，其中的鎂鐵質包體呈眼球狀，具有明顯拖尾；(c)黑云斜長片麻巖中的脈體形成揉流褶皺，指示其左行剪切；(d)黑云二長片麻巖中部分熔融形成的淺色體，呈筆直的脈狀與暗色體漸變過渡；(e)花崗質糜棱巖中的角閃石受剪切作用形成殘斑與拖尾；(f)二云母斜長片麻巖中長石呈σ殘斑狀，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 哀牢山變質雜巖宏觀構造和巖相學特征

哀牢山深變質雜巖普遍遭受了新生代以來的強烈剪切變形作用，形成了不同塑性變形程度的糜棱質巖石。在露頭尺度上這些巖石中常常發育有大小不一的透鏡體狀長英質脈、剪切眼球狀包體、腸狀褶皺、柔流褶皺及A型褶皺等指示該區域遭受了強烈的高溫塑性左行走滑剪切(圖3)。在角閃質巖石中常見長英質脈體被剪切，形成透鏡體狀或香腸狀(圖3a)，其中角閃石強烈定向，構成礦物拉伸線理和糜棱面理。部分熔融和混合巖化現象明顯，在條帶狀混合巖中鎂鐵質包體受到剪切作用，形成眼球狀構造，并有明顯的拖尾，指示左行剪切(圖3b)。在一些巖石中可見到部分熔融形成的長英質脈體，厚度分布從1～10cm不等，多為順面理侵入。有些脈體遭受剪切變形，在剪應力作用下形成揉流褶皺(圖3c)。平行于面理的淺色體與圍巖漸變過渡(圖3d)，指示部分熔融作用。在眼球狀花崗質片麻巖中，由于遭受剪切變形，呈現出大小不同的旋轉殘斑和基質構成的糜棱構造特征，其中長石σ旋轉殘斑，指示左行剪切(圖3e, f)。基質由呈條紋條帶狀的細粒化的礦物集合體(如長石、石英、云母)組成，呈現出明顯的塑性流動構造特征(圖3f)。通過野外的產狀測量和統計，獲得哀牢山深變質巖帶內巖石的糜棱面理總體傾向NE和SE方向，傾角約45°左右，部分傾角為高角度近直立；線理的傾伏向主體為北西-南東，傾伏角以低角度近水平為主(圖2)。

圖4 哀牢山深變質巖帶內石榴片巖和片麻巖露頭尺度構造特征(a)石榴夕線黑云二長片巖，作為暗色體與左側的二云斜長片麻巖(中色體)和右側長英質脈體(淺色體)截然接觸；(b)含夕線石的石榴黑云斜長片麻巖，可見云母、石英、長石等礦物強烈拉長定向形成拉伸線理；(c)含夕線石的石榴黑云二長片麻巖中全部礦物強烈拉長定向，石榴石殘斑指示左行剪切；(d)斜長角閃巖中的礦物定向展布形成拉伸線理；(e)石榴斜長角閃巖中石榴石與其“白眼圈”結構受剪切作用形成殘斑狀，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

哀牢山深變質巖帶中含有石榴石的變基性巖和變泥質巖具有獨特的變質和變形特征。在野外露頭尺度上，常見發生部分熔融作用的含石榴石深變質巖形成暗色體和淺色體互層的混合巖，如在圖4a中可以識別出中色體的巖性為石榴夕線二云斜長片麻巖，中部的暗色體石榴黑云二長片巖與右側的淺色體截然接觸。值得注意的是左側的中色體本身具有混合巖的特征，指示了區域多期次的部分熔融作用。這些變質巖石大都遭受了強烈的剪切變形，可見巖石中礦物發生強烈的細粒化，其中夕線石、云母、石英、長石、角閃石等礦物集合體構成明顯的礦物拉伸線理，形成典型的L型構造巖(圖4b-d)。在這些變質巖中，有的可見石榴石的“白眼圈”反應邊結構，“白眼圈”中的礦物同樣受到剪切作用影響形成變斑晶的拖尾，表明晚期退變質階段受到了左行剪切作用(圖4e)。黑云母、白云母、夕線石等礦物集合體總是平行于片麻理、片理方向定向排列，與宏觀成分層或條帶方向一致，形成顯微分層構造。其中變泥質巖通常為石榴夕線黑云二長片麻巖(石榴石+夕線石+黑云母+鉀長石+斜長石+石英)、石榴夕線二云斜長片麻巖(石榴石+夕線石+黑云母+白云母+斜長石+石英)、石榴夕線二云母片巖(石榴石+夕線石+黑云母+白云母+石英)、石榴藍晶二云斜長片巖(石榴石+藍晶石+黑云母+白云母+斜長石+石英)等；變基性巖主要包括石榴斜長角閃巖(石榴石+斜長石+角閃石+石英)、含黑云母的石榴斜長角閃巖(石榴石+斜長石+角閃石+黑云母)、斜長石角閃巖(斜長石+角閃石)、以及角閃巖等。

為了深入討論這些變基性巖和變泥質巖的變形-變質關系、構造特征及形成時間等，我們在詳細野外地質調查基礎上，針對哀牢山深變質雜巖中出露的變基性巖和變泥質巖開展了深入的顯微構造、陰極發光巖相學分析、變形礦物(石英、夕線石、云母)EBSD組構分析、電子探針礦物成分分析、溫壓計算以及結合LA-ICM-MS鋯石U-Pb測年等綜合分析。文中代表性樣品的采樣位置主要集中在哀牢山深變質巖帶南段，變基性巖主要代表性樣品為石榴斜長角閃片麻巖(Al0027、Al044、Al0023、Al089)，變泥質巖主要為石榴夕線黑云二長片巖(Al1613、Al1614)和藍晶石榴二云片巖(Al0065)。

3 測試方法

3.1 陰極發光

顯微陰極發光成分分析使用BEACON INNOVATION INTL公司生產的新型陰極發光儀CLF-1，電源220V，50～100Hz交流電源。保持真空度以及最高極限為0.0025mBar。電子槍的工作電壓高達30kV，通常使用在1kV至25kV之間調節。工作電流為1.2mA，連續可測，最大束流到2mA。

3.2 電子探針(EPMA)分析和礦物對溫壓計

電子探針成分分析主要是在薩爾茨堡大學地理與地質系的JEOL JXA-8600電子探針完成。工作條件為：加速電壓15kV，加速電流20nA，束斑直徑10μm。Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Fe元素特征峰的測量時間為10s，Ti和Mn元素特征峰的測量時間為20s，上下背景的測量時間分別是峰測量時間的一半。所使用的標樣如下：透長石(K)，鎂鋁榴石(Mg、Al、Si)，透輝石(Ca)，鐵鋁榴石(Fe)，硬玉(Na)，薔薇輝石(Mn)，金紅石(Ti)。上機測試之前先進行鍍碳，將樣品鍍上盡量均勻的厚度約20nm的碳膜，測試過程中測試點位置的選擇是根據顯微鏡照片結合背散射圖像共同確定的。使用天然和合成礦物標樣進行校正，且測試結果使用ZAF進行標準校對以減少實驗誤差。元素Si的檢出限(2σ)為0.06%，元素Al的檢出限(2σ)為0.04%。且Na、K、Mg、Mn和Fe元素的檢出限為0.025%。

礦物對溫度壓力計算采用了薩爾斯堡大學開發的計算程序Pet7.0(Dachs, 2004)，這款程序基于數學處理軟件MathMatica11.0運行，可以計算包括GASP、石榴石-角閃石-斜長石在內的22種礦物溫度計以及17種礦物壓力計，同時還可通過電子探針數據對各種礦物的成分進行投圖。

3.3 全巖主量元素(XRF)含量分析

全巖主量元素含量分析在武漢上譜分析科技有限責任公司利用日本理學PrimusⅡ X射線熒光光譜儀(XRF)測試完成。用于XRF分析的樣品處理流程如下：(1)將200目樣品置于105℃烘箱中烘干12h；(2)稱取～1.0g烘干樣品置于恒重陶瓷坩堝中，在1000℃馬弗爐中灼燒2h，取出待冷卻至室溫再稱量，計算燒失量；(3)分別稱取6.0g助熔劑(Li2B4O7:LiBO2:LiF=9:2:1)、0.6g樣品、0.3g氧化劑(NH4NO3)置于鉑金坩堝中，在1150℃熔樣爐中熔融14min，取出坩堝轉移到耐火磚上冷卻，然后將玻璃片取出以備XRF測試。

3.4 EBSD變形組構分析

EBSD(electron backscattered diffraction)是應用掃描電子顯微鏡獲取巖石礦物晶體結晶學信息的一種方法(曹淑云和劉俊來, 2006; 劉俊來等, 2008)。實驗在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成，使用FEI Quanta 450 FEG-SEM場發射掃描電子顯微鏡(武漢)及EBSD探頭獲取并測定礦物的晶格優選方位(LPO)。在實驗測試之前，對已切制的定向薄片(垂直于面理，平行于線理，即XZ面)進行了高精度拋光處理。拋光流程為：先使用直徑為3.5μm和1.5μm的Al2O3懸浮液，然后使用0.5μm的金剛石懸浮液進一步拋光，再選擇0.05μm的Al2O3懸浮液進行精拋，最后用超聲波對薄片進行清洗，防止拋光液殘留影響實驗精度。測試前，在樣品測試區表面周圍貼上導電膠帶，以盡量減少放電效應，然后將拋光好的薄片傾斜70°放于掃描電鏡腔內，且巖石的線理方向平行于掃描電鏡的X軸方向。電子背散射圖案(EBSP)是在低真空、加速電壓為20kV、探頭距離為160mm、工作距離為19～22mm，spot值為6的條件下獲得的，主要采用面掃的模式完成對電子背散射圖案(EBSP)數據的獲取。測試時，至少檢測到6條菊池條帶與標準分析礦物相結構相匹配時標定結果才可被接受，且標定點的平均角偏差(MAD)設定為1。測試完成后，使用HKL Channel 5軟件包來完成對電子背散射圖案(EBSP)的分析和處理，并且采用下半球等面積赤平投影的方法，對樣品中具代表性晶格優選方位進行投影并繪制極圖。系統誤標的點將在取向圖中顯示出來，這些點的數據將被零分辨率像素所替代，對實驗結果無影響。

3.5 LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測年分析

LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室礦床地球化學分室完成。激光剝蝕系統由瑞索公司制造，型號為Resonetics-S155。ArF準分子激光發生器產生193nm深紫外光束，經勻化光路聚焦于鋯石表面。激光束斑直徑為33μm，剝蝕頻率10Hz，剝蝕30s，高純He氣作為載氣，與Ar氣和少量N2氣混合后進入質譜儀。電感耦合等離子體質譜儀由熱電公司制造，型號為iCAP Qc。測試過程中以標準鋯石91500(206Pb/238U年齡為1065.4±0.6Ma, Wiedenbecketal., 1995)為外標校正元素分餾，以標準鋯石Ple?ovice(Slámaetal., 2008)作為盲樣監控數據質量。NISTsRM 610作為信號漂移矯正，以標準鋯石91500作為外標，以Si為內標測定主量和微量元素含量。測試數據經過ICPMSDataCal9.5軟件離線處理完成(Liuetal., 2010a, b)。諧和年齡及圖像使用Isoplot/Ex(3.0)給出(Ludwig, 2003)。普通鉛校正使用Andersen (2002)給出的程序計算。分析數據及鋯石U-Pb諧和圖給出誤差為1σ，表示95%的置信度。

4 變形-變質作用的顯微構造特征

下面將對兩類巖石類型即變基性巖石和變泥質巖石變質顯微巖相學、變形顯微構造特征以及它們之間的關系分別進行闡述。

4.1 變基性巖

在這些變基性巖中，可確定石榴石內部包裹體組合為Grt(核)+Amp1+Pl1+Q+Ilm(M1)(圖5e-h)，為基性變質巖角閃巖相的典型礦物組合。基質礦物組合為Grt(邊)+Amp2+Pl2±Px+Q。由于沒有很好地觀察到輝石，只在局部通過能譜打到了細小輝石顆粒，因此不能很好地反映峰期階段(M2)變質條件的礦物組合。通過電子探針實驗測得的石榴石進變質成分環帶(見后文)，可以確定石榴石的生長經歷了早期進變質過程，即M1到M2的進變質(具體數據分析見第5.1電子探針成分分析內容)。M3的礦物共生組合存在于石榴石的退變質結構中，沿著剪切方向可很好地觀察到石榴石“白眼圈”反應邊，反應邊由指狀交錯的斜長石和角閃石組成。“白眼圈”中的Pl3+Amp3+Q+Ilm構成M3退變質階段礦物組合。角閃石在單偏光下呈墨綠色，較基質中綠色更深且不具有多色性，并呈針柱狀鑲嵌于鈣長石中，鈦鐵礦與石英、角閃石呈后成交織連晶結構。推測該礦物反應方程：

Grt+Q+H2O→Pl+Amp±Ilm

(1)

M3階段還可觀察到巖石整體受到強烈的左行剪切改造，基質中的礦物表現出強烈的韌性變形，比如角閃石和長石拉長定向，與區域糜棱線理方向基本一致；石英發生顆粒邊界遷移，有時形成石英單晶條帶或矩形條帶。石榴石生成的退變質反應結構“白眼圈”也同樣受到剪切作用改造，導致石榴石“白眼圈”通常發育在石榴石與基質礦物頁理平行的兩端，形成類似壓力影構造(圖5a-c)。而在石榴石四周均存在“白眼圈”的情況下，其中的針柱狀礦物均與基質頁理構成一致的定向(圖5d)。

4.2 變泥質巖

在石榴夕線黑云二長片麻巖樣品Al1614中，可見到早期進變質階段M1的礦物組合(Grt+Bt+Ms+Pl+Q)保存于殘留的石榴石變斑晶之中，其包裹體均為石榴石生長過程中從當時的基質中捕獲的礦物，指示變質程度為低角閃巖相(圖6a)。對于泥質變質巖峰期變質階段M2的變質程度，可劃分出從高角閃巖相礦物組合Grt+Bt+Ms+Sil+Pl+Q (Leloup and Kienast, 1993; Leloupetal., 1995, 2001; Caoetal., 2010b)到典型的麻粒巖相礦物組合Grt+Bt+Sil+Kf+Pl+Q。在Al1614中，可以觀察到基質中的峰期礦物共生組合為：Grt+Bt1+Sil1+Kf+Pl+Q(圖6b)。其中黑云母、夕線石、長石、石英均發生強烈的拉長定向。黑云母呈條帶狀，夕線石呈纖維狀集合體。基質中同樣存在峰期后退變質階段形成的Bt2+Sil2以及白云母。其中Bt2+Sil2因于粗粒黑云母的邊緣交織生長而與基質礦物相區別(圖6b, d)，局部白云母顆粒相對自形、粗大及未定向的特征與基質礦物區別(圖6f)。麻粒巖相巖石樣品中原本存在的白云母在進變質過程中消耗殆盡。

圖5 變基性巖顯微構造特征(a-c)石榴斜長角閃巖中石榴石的“白眼圈”反應邊形成壓力影結構；(d)“白眼圈”中的針柱狀角閃石和斜長石與基質頁理構成一致的定向；(e-h)背散射圖像及礦物組合. 劃分出三期礦物共生組合：早期進變質階段M1的石榴石核部及內部的Pl1+Amp1礦物共生組合；峰期變質階段M2的石榴石邊部及基質中的Pl2+Amp2±Px+Q礦物共生組合；退變質階段M3的“白眼圈”中的Pl3+Amp3+Q+Ilm礦物共生組合；(a)、(c)、(d)為正交偏光；(b)為單偏光.礦物縮寫：Amp-角閃石; Pl-斜長石; Q-石英; Opx-斜方輝石; Ep-綠簾石; Bt-黑云母; Grt-石榴石; Ilm-鈦鐵礦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

圖6 變泥質巖礦物組合及剪切變形構造特征(a)保存在石榴石變斑晶內部的早期礦物組合M1；(b)變泥質巖中基質礦物共生組合(Grt+Bt1+Sil1+Kf+Pl+Q)及峰后逆反應礦物Bt2+Sil2和Ms，基質礦物受到剪切變形；(c) Bt1發生脫水熔融的反應結構，黑云母呈島嶼狀反應殘余；(d、e)基質中呈纖維狀集合體生長的峰期夕線石Sil1以及晚期交生的Bt2+Sil2，CL圖像；(f)剪切作用后形成的自行、未定向白云母；(g)粒間熔體薄膜；(h) Al1614中峰期后白云母與石英包裹體呈交織連晶結構，背散射圖像；(i) Al1614中峰期后白云母包裹基質中的針狀夕線石，背散射圖像. 礦物縮寫：Ms-白云母；Sil-夕線石；Kf-鉀長石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

二云母分解過程中形成了大量熔體，可以在Al1614樣品中觀察到豐富的粒間熔體顯微結構。如基質內石英長石邊界夾角內的長英質熔體薄膜的存在(圖6g)。推測原巖發生了白云母和黑云母的分解反應(圖6c)，其反應式如下：

Ms+Q→Sil+Kf+liq

(2)

Bt+Sil→Grt+Kf+liq

(3)

麻粒巖相下未分離的熔體通常與殘余體發生逆反應(魏春景等, 2016)。如在殘余黑云母(Bt1)邊緣可見大量的黑云母(Bt2)+夕線石(Sil2)的新生礦物組合；同時存在有晶型完好的大顆粒白云母，未發生變形且無定向性，與峰期礦物不屬于同一期次，可以判斷為后期新生礦物。進一步觀察可以發現白云母變斑晶中包裹有峰期礦物組合中定向排列的針狀夕線石，其定向性與基質中礦物定向相同。有些白云母同產物石英共同構成后成交織連晶結構，石英顆粒沿白云母的解理定向，與基質礦物定向方向不同(圖6h, i)。推測與麻粒巖相熔體作用中的逆反應階段有關。逆反應方程式為：

Grt+Kf+liq→Bt+Sil

(4)

Sil+Kf+liq→Ms+Q

(5)

泥質巖中，石榴石“白眼圈”的礦物組合為Bt+Pl+Q，其中斜長石通常為更靠近An端元的拉長石或培長石，其在光學顯微鏡正交光下呈現與基質斜長石不同的一級灰白干涉色，在陰極發光中呈現草綠色。黑云母呈細小的針柱狀鑲嵌于斜長石之中(圖7c, d)。推測發生的礦物反應為：

圖7 變泥質巖礦物組合及剪切變形構造特征左圖均為正交光，右圖均為CL圖像. (a、b)藍晶石榴二云斜長片麻巖中石榴石受到剪切變形，且具有同構造變斑晶特征；(c、d)石榴黑云夕線二長片麻巖中石榴石具有同構造變斑晶特征與“白眼圈”反應邊，基質中夕線石和石英多晶集合體強烈定向構成拉伸線理；(e、f)基質中Bt、Sil、Kf等礦物均被拉長定向和細粒化.礦物縮寫:Ky-藍晶石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)

這些變泥質巖同樣也遭受了強烈的剪切作用，基質中的礦物表現出強烈的晶質塑性變形構造特征(圖7)。石榴石等相對不易發生塑性變形的礦物大部分被剪切為殘斑或碎斑狀，里面的礦物包裹體形成旋轉軌跡，指示左行旋轉變形。在石榴石殘斑兩側低應力區有殘余的“白眼圈”結構和長石、石英等礦物集合體形成壓力影拖尾。黑云母和細絲狀夕線石集合體強烈定向，與區域糜棱葉理一致。鉀長石和少量斜長石和石英多晶集合體共同拉長定向，有些長石形成礦物魚狀。

5 變形-變質條件

5.1 礦物成分和礦物對變質溫壓計算結果

通過對含石榴石“白眼圈”結構的斜長角閃巖進行電子探針成分分析(表1)，獲得了石榴石的成分環帶信息以及礦物對溫壓計所需的礦物化學數據(圖8)。這些代表性樣品中(如Al44-3、Al44-7)石榴石變斑晶從核部到邊部具有明顯的Mg含量上升、Mn含量下降、Ca含量相對穩定的特征，指示石榴石變斑晶的生長經歷了升溫升壓的進變質過程(Hickmott andspear, 1992)。在樣品Al44-7中石榴石最邊部的Mg與Mn含量均有略微的下降，可能是記錄了晚期退變質階段石榴石與相接觸礦物的元素交換。

圖8 石榴石片(麻)巖中石榴石成分環帶及礦物對溫度壓力估算結果(a、e)石榴石成分剖面點位，背散射圖像；(b、f)石榴石剖面成分變化；(c、d、g、h)溫壓計算結果.Grs-鈣鋁榴石;Pyr-鎂鋁榴石;Sps-錳鋁榴石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 熱力學相平衡計算結果及P-T視剖面圖

由于傳統礦物對溫壓計在使用方面存在著各種限制，如需要確定礦物對處于化學平衡狀態，且沒有受到后期流體作用等(吳春明等, 2007)。對于保存了大量黑云母分解反應結構和熔體逆反應的研究樣品(Al1614)并不能對溫壓條件進行很好的限定(Indaresetal., 2008)。此時通過礦物的熱力學模擬更能取得準確反映樣品變質條件的結果，因此我們先后對Al1614進行了全巖主量元素分析和熱力學相平衡模擬，來進一步計算變質環境。通過全巖主量元素分析得到Al1614全巖的元素含量(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)中通過Holland and Powell (1998)發布的NCKFMASHp礦物熱力學數據庫進行巖石的P-T視剖面圖模擬，化學相為Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O體系，使用Al1614的全巖數據，設置無礦物端元、流體以及化學成分過飽和，排除cz端元，并設置Gt、Ctd(W)、St(HP)、Bio(HP)、Pl(h)、Kf、melt(W)七個固溶體存在(Waldbaum and Thompson, 1968; Hollandetal., 1998; Powell and Holland, 1999)。首先通過T-XH2O圖解找到使得峰期礦物組合恰好處于缺流體固相線的水含量(4mol%)，之后用此全巖成分得到相圖(圖9)。可以觀察到liq-Grt-Bt-Sill/Ky-Kf相區的礦物組合與峰期礦物組合相符，并且根據右側的liq-Grt-Sill/Ky-Kf相區可知，在liq-Grt-Bt-Sill/Ky-Kf相區內發生的是黑云母的分解反應，這也與基質中的黑云母分解的反應結構相符。并接著在該相圖基礎上繪制斜長石的鈣長石端元(an=19～22，step=1)和石榴石的鈣鋁榴石端元(C=13～25，step=2)礦物等值線，通過之前獲得的基質中的斜長石和石榴石邊部的電子探針數據進行投點，得到了峰期變質階段T=780～840℃、P=～0.95GPa的溫度壓力結果。與電子探針計算的M2階段進行對比，可以認為誤差較小。

圖9 熱力學相平衡模擬圖(樣品Al1614)其中Grt-石榴石；Bt-黑云母；Kf-鉀長石；Ms-白云母；Sill-夕線石；Crd-堇青石；Ky-藍晶石；liq-熔體；pl-斜長石；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 剪切變形環境分析

5.3.1 EBSD測試的樣品描述

如前面提到的，無論變泥質巖還是變基質巖石都遭受了強烈的左行剪切變形，為了進一步確定變形溫度環境，本文重點選取了哀牢山深變質巖帶內兩個具有代表性的強烈定向的變泥質巖中的礦物(藍晶石、夕線石、云母、石英)進行了變形晶格優選定向(LPO)分析。樣品Al0065-1為藍晶石榴二云斜長片麻巖，礦物共生組合為Ky+Grt+Bt+Ms+Pl+Q，為變泥質巖高角閃巖相中的高壓礦物組合。其中藍晶石呈長柱狀定向，二云母為絲帶狀的礦物集合體，發生塑性變形。基質中的石英與長石均發生細粒化并拉長定向。石榴石變斑晶為橢球狀的同構造殘斑并具有一定的塑性變形和定向，其兩側具有由石英和云母構成的拖尾。樣品Al0071-2為石榴夕線黑云二長片麻巖，礦物共生組合為Grt+Sil+Bt+Kf+Pl+Q，為變泥質巖典型的麻粒巖相礦物組合，并發育“白眼圈”等退變質結構。樣品礦物拉伸線理極發育，其中長石發生塑性變形，受到壓扁拉長并構成礦物拉伸線理。黑云母與夕線石常呈絲帶狀的礦物集合體，具有一致的定向性。石英多被拉長形成石英多晶條帶。石榴石變斑晶呈雪球狀殘斑，黑云母在其兩側形成拖尾。

圖10 變泥質巖中不同礦物EBSD晶格優選定向(LPO)分析(a)藍晶石EBSD晶格優選定向；(c)夕線石EBSD晶格優選定向；(e)黑云母EBSD晶格優選定向；(b、d、f)石英EBSD晶格優選定向. 采用下半球等面積赤平投影. 葉理(XY面)垂直平面EW向，線理(X)與平面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 變形礦物晶格優選定向(LPO)

樣品測試過程中所有礦物的晶格優選定向測定都是從均勻分布區域進行的。晶格優選定向測定結果如圖10所示。樣品Al0065-1：對其基質中的多晶石英集合體進行了EBSD組構分析。圖10b顯示出石英c-<0001>在Y軸附近形成極密，m(10-10)和a(11-20)在XZ面上形成大圓環帶，r(10-11)形成較弱的極密。前人研究認為石英c-<0001>在Y軸形成極密，其主導滑移系為柱面滑移，指示中高溫變形環境(550～650℃)(Stippetal., 2002)。而圖10d石英極密圖則顯示出了石英c-<0001>在Y軸附近或在YZ面形成了一個拉長狀的極密，m(10-10)和a(11-20)在XZ面形成圓環帶(有些傾斜角度變化)，r(10-11)形成較弱的極密，c-<0001>極密表現出柱面滑移疊加菱面滑移的特征，指示中高溫變形環境并疊加晚期中低溫變形環境。根據藍晶石的LPO組構分析可知(圖10a)，c-<001>在近平行X軸方向形成極密，(100)在Z軸方向出現極密，(010)在近平行Y軸方向出現極密，表明藍晶石具有(100)、(010)<001>滑移系。黑云母的LPO組構分析可知(圖10e)，黑云母在c-<001>在Z軸附近形成極密，(100)在X軸附近發育極密，并在Y軸疊加次級極密，(010)在近平行X軸方向出現極密，其中(010)極密相對明顯，表明黑云母滑移系以(010)、(100)<001>為主。樣品Al0071-2：由于樣品礦物共生組合受到了強烈的退變質階段的改造，故EBSD更為明顯的記錄了高溫變形到低溫疊加變形的顯微構造特征。從石英EBSD組構分析中獲得的極密圖顯示(圖10f)，石英c-<0001>不僅在Y軸附近形成主極密，并在Z軸方向形成次級極密，m(10-10)，a(11-20)和r(10-11)形成較弱的極密，表現出柱面滑移以及晚期疊加的底面滑移，指示了早期中高溫變形環境并遭受了晚期疊加的低溫變形，這與顯微鏡下觀測結果相一致。根據夕線石的LPO組構分析可知(圖10c)，夕線石在c-<001>在近X軸方向形成極密，(100)為交叉環帶，(010)在近平行Z軸方向出現極密，其中(010)極密相對明顯，表明夕線石滑移系以(010)<001>為主。