滇西云龍漕澗地區高壓片麻巖的發現及厘定

2021-07-29 06:36:48田素梅王曉林楊仕潘

巖石礦物學雜志 2021年4期

黃亮，田素梅，張虎，熊波，王曉林，浦濤，楊仕潘，方雄

(1. 云南省地質調查院，云南昆明 650216； 2. 自然資源部三江成礦作用及資源勘查利用重點實驗室，云南昆明 650051； 3. 云南省國土資源規劃設計研究院，云南昆明 650216)

昌寧-孟連結合帶位于西南“三江”特提斯造山帶南部，是古特提斯構造域的主縫合帶，是研究特提斯洋盆形成和發展的重要地區。2015年，昌寧-孟連結合帶南段的滇西雙江勐庫地區(圖1a)退變質榴輝巖的發現引起了國內外學者的廣泛關注，相關研究為滇西原-古特提斯的演化過程提供了大量新的信息(徐桂香等， 2016；李靜等， 2017；孫載波等， 2017；云南省地質調查院， 2017(1)云南省地質調查院． 2017. 云南省耿馬縣大興勘查區1∶5萬香竹林、勐勇、勐撒、懂過、耿馬、安雅、勐庫七幅區域地質礦產調查．； Wangetal.， 2018；王慧寧， 2020)，同時為昌寧-孟連結合帶中高壓-超高壓帶的存在提供了確鑿的證據。隨著近年地質調查工作的逐步進行，雙江勐庫地區以南的瀾滄、勐臘等地不斷有高壓-超高壓巖石發現(孫載波等， 2019；王慧寧等， 2019；王慧寧， 2020；云南省地質調查院， 2020(2)云南省地質調查院． 2020. 云南省1∶5萬曼谷幅小街幅曼班幅大勐龍幅萬納蘭幅勐宋壩幅區域地質調查報告．；王巍等， 2021(3)王巍，張星培，孫載波，等． 2021．滇西瀾滄縣黑河地區榴輝巖巖石學、巖石地球化學特征及區域構造意義．地質通報(待刊)．)，但在昌寧-孟連結合帶北段卻一直未發現經歷過高壓-超高壓變質的巖石記錄，以致昌寧-孟連結合帶是否為一個連續的高壓-超高壓帶存在較大的爭議。

筆者在承擔“云南省1∶5萬歸州、寶豐、漕澗、功果街幅區域地質調查項目”期間，在調查區昌寧-孟連結合帶北段新發現了一套以黑云斜長片麻巖為主的變泥質巖石(云南省地質調查院， 2019)(4)云南省地質調查院． 2019. 云南省1∶5萬歸州、寶豐、漕澗、功果街幅區域地質調查報告．，其呈構造透鏡體狀產出，出露面積極小，但變質程度深，中高級變質礦物發育，與圍巖特征明顯不同。巖相學研究表明，黑云斜長片麻巖發育有豐富的富鋁礦物組合，石英含量較高，原巖為變質泥質巖類(云南省地質調查院， 2019)(5)云南省地質調查院． 2019. 云南省1∶5萬歸州、寶豐、漕澗、功果街幅區域地質調查報告．。該片麻巖還發育多種礦物組合，具進-退變質共生關系特征，顯示其應經歷了俯沖-折返過程(Tracy， 1997； O’Brien， 1997；陳能松等， 2003)，對其深入研究具有重要的地質意義。

本文擬通過巖相學、平均溫壓計(GBP)和多硅白云母壓力計等方法對黑云斜長片麻巖的變質壓力進行研究，確定其屬于高壓變質巖，并進一步探討其大地構造意義。

1 地質背景及野外產狀

滇西云龍漕澗地區位于昌寧-孟連結合帶北段(圖1a)，區內殘留有少量原-古特提斯洋盆演化的物質記錄(云南省地質調查局， 2013(6)云南省地質調查局． 2013. 云南省成礦地質背景研究報告．；云南省地質調查院， 2019(7)云南省地質調查院． 2019. 云南省1∶5萬歸州、寶豐、漕澗、功果街幅區域地質調查報告．)。云南省地質調查院(2019)(8)云南省地質調查院． 2019. 云南省1∶5萬歸州、寶豐、漕澗、功果街幅區域地質調查報告．將研究區產出的昌寧-孟連結合帶的巖石組分進行了重新劃分，具體分為外來巖片、洋內火山-沉積建造和侵入巖漿雜巖，其中黑云斜長片麻巖歸為洋內火山-沉積建造的遠洋沉積殘片。

黑云斜長片麻巖僅在漕澗地區鐵廠村和其以南一帶出露，呈3個小型構造透鏡體巖片產出(圖1b)，總出露面積約為600 m2,其中在鐵廠村出露有寬約30 m的露頭，而以南的兩處均為殘坡積露頭。黑云斜長片麻巖與東側保山地塊的奧陶紀花崗巖為韌性剪切接觸關系(圖1b、圖2a)，西側與古生代蛇綠混雜巖中的大理巖為斷層接觸關系(圖1b),直接圍巖即為東側的花崗巖和西側的大理巖。巖石較新鮮，呈灰色、深灰色，堅硬致密，具塊狀、條帶-條紋狀構造，部分巖石發育有連續微褶皺(圖2b)，具抗風化能力強的特點。

圖 1 研究區位置圖(a)和區域地質背景簡圖(b)Fig. 1 Location map (a) and schematic map of regional geological background (b) of the study area

2 樣品采集、測試方法

本次研究的黑云斜長片麻巖樣品主要采自于鐵廠村及其以南的第一個殘坡積露頭，具體位置見圖1b。

礦物成分電子探針測試在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室完成，電子探針顯微分析儀(EPMA)為日本電子公司的JXA-8100，加速電壓15 kV，電子流2×10-8A，攝譜時間10 s，用2 μm電子束斑測定，標準樣品采用美國SPI公司53種標準礦物化學成分。能譜儀(EDS)由英國OXFORD公司制造，加速電壓20 kV，束流1.52×10-9A。掃描電鏡為日本電子公司JSM-561LV型，電子束電壓為20 kV，焦距20 mm，束斑直徑為41 nm。

文中使用的礦物縮寫代號為：石榴子石—Grt，藍晶石—Ky，鋁直角閃石—Ged，十字石—St，多硅白云母—Phg，夕線石—Sil，堇青石—Crd，斜長石—Pl，黑云母—Bi，石英—Q。

3 巖相學及礦物學特征

黑云斜長片麻巖(后簡稱為片麻巖)新鮮面呈灰黑色，具斑狀變晶結構，片狀礦物黑云母呈不連續定向排列構成片麻狀構造。巖石礦物成分主要為石英(35%～40%)、斜長石(25%～30%)、黑云母(15%～20%)、石榴子石(5%～10%)、堇青石(2%～10%)、十字石(2%～8%)、鋁直角閃石(0～6%)、藍晶石(0～4%)、多硅白云母(0～2%)等，副礦物有磷灰石、鈦鐵礦等。巖石基質為片狀粒狀變晶結構，主要由定向排列的石英、斜長石、黑云母組成，其中變斑晶由粒徑大小不一的石榴子石、十字石、堇青石、紅柱石和少量藍晶石、鋁直閃石、多硅白云母組成(圖3a)，部分變斑晶礦物明顯被晚期剪切作用改造而成透鏡狀、眼球狀(圖3a～3d)。

石榴子石：褐色，粒度變化大，多在0.5～10 mm之間，含量在不同的巖石中有一定程度的差異。鏡下無色，近等軸粒狀、它形多邊形狀，糙面明顯，內常有石英、黑云母、磷灰石、鈦鐵礦等礦物包體。早期的石榴子石較粗(5～20 mm)，自形程度差，裂紋發育，巖石中易熔組分石英沿裂紋、裂隙貫入，邊部多呈港灣狀(圖3e)；該期石榴子石中核部-幔部的包體主體為石英(圖3e)，沒有斜長石，而斜長石主要產于巖石基質中，顯示了此類石榴子石斑晶為構造殘斑而非變斑，巖石經歷了強烈的退變質作用，使得斜長石被完全溶蝕和分解消耗(曹玉亭等， 2009；劉平華等， 2017； Zhangetal., 2018)，同時也指示了巖石經歷了進變質-退變質過程(俯沖-折返)。晚期石榴子石粒徑小(0.5～2.0 mm)，保存相對完好，表面基本無裂紋，包體礦物含量極少。

黑云母：Ng-棕紅色，Np-淺黃色，多色性明顯，片狀，粒徑多為0.2～1.0 mm，多繞碎斑定向分布且構成巖石主期面理(圖3d、3e)。

圖 3 黑云斜長片麻巖的顯微照片(正交偏光)Fig. 3 The mircrophotographs of biotite plagioclase gneiss (crossed nicols)a—藍晶石+鋁直角閃石的共生組合特征; b—十字石的韌性剪切面被石英充填; c—多硅白云母呈透鏡狀產出; d—鋁直閃石邊緣被黑云母化; e—石榴子石核部-幔部包體為石英質; f—堇青石與十字石交生a—symbiotic combination characteristics of kyanite+aluminum orthoclase; b—the ductile shear plane of staurolite filled with quartz; c— polysilicate muscovite in lenticular form； d—biotitization of the edge of gedrite; e—garnet core-mantle inclusions composed of quartz; f—intergrowth between cordierite and staurolite

斜長石：粒狀變晶狀，粒徑小于1.2 mm，為晚期折返階段產物，廣泛分布在巖石基質中(圖3d、3e)，并與黑云母和石英等構成了基質的主要礦物成分。

十字石：淺黃色，粒度大小不等，多數在0.7～3.0 mm之間，在各樣品中廣泛出露，多被晚期構造剪切作用改造，且剪切面多被石英等基質充填(圖3b)。鏡下具弱多色性，Ng-金黃，Np-無色，短柱狀，正高突起，干涉色一級黃，縱切面平行消光，正延性，橫切面對稱消光。

藍晶石：淺藍色，粒狀、柱狀，粒徑0.2～1.5 mm，薄片中無色。巖石中含量少，被后期改造以殘晶形式存在，內部包裹石英、鈦鐵礦等礦物，還可見少量殘存的藍晶石與鋁直角閃石平衡共生(圖3a)。

鋁直角閃石：僅分布在少部分巖石中，呈長柱狀、透鏡狀，粒徑多在0.4～2.0 mm。鏡下無色，部分具弱的多色性，均以殘晶形式產出，其邊緣多遭受黑云母化(圖3d)，同時可見少量與藍晶石平衡共生(圖3a)。

多硅白云母：為俯沖峰期階段的典型礦物，在巖石中含量極不均勻，粒徑多為0.1～0.5 mm，主要呈透鏡片狀產出，不同程度地發生了絹云母化(圖3c)，個別內見黑云母和石英包體。

堇青石：鏡下無色，粒徑多在0.4～0.8 mm，卵狀或透鏡狀，正低突起，干涉色達一級黃，負延性。巖石中可見堇青石與十字石交生(圖3f)，為巖石初始組合藍晶石和鋁直閃石在折返過程中形成的終態組合(游振東等， 1990)，同時也指示片麻巖經歷了俯沖-折返的過程。

夕線石：在巖石中含量約3%～10%，有3種產狀： ① 呈長柱狀、針狀、毛發狀沿主期面理分布，內見棕紅色黑云母殘余； ② 呈毛發狀、隱微晶狀集合產出，沿藍晶石邊緣分布，為溫度升高條件下由藍晶石轉變形成，屬高溫夕線石； ③ 呈纖維狀包裹于堇青石、紅柱石等低壓型礦物中(圖3f)，形成于中高溫環境。

紅柱石：淺紅色，柱狀，粒徑0.3～1.5 mm，鏡下無色，突起中等，負延性，柱狀切面平行消光，最高干涉色一級黃白，不同程度地退變為絹云母。

根據巖石現存礦物組合、礦物相互轉變關系及礦物化學等特征，可將黑云斜長片麻巖的礦物世代細分為6個階段：早期的M1階段(石英+黑云母+鉀長石+斜長石)、M2變質階段(多硅白云母+黑云母+石英)、M3變質階段(石榴子石+藍晶石+鋁直閃石+石英)、M4變質階段[石榴子石+石英+黑云母+夕線石(由藍晶石轉變而來)]、M5變質階段 (石榴子石+十字石+黑云母+石英+斜長石、石榴子石+堇青石+夕線石+紅柱石+黑云母+石英+斜長石)和晚期的熱剪切階段(絹云母+綠泥石+石英+斜長石)，其中晚期的熱剪切作用為疊加變質，與前5個變質階段形成于不同的變質過程。

4 礦物化學特征

采用電子探針顯微分析儀對黑云母、斜長石和石榴子石礦物組合以及多硅白云母進行了礦物微區成分分析，分析結果見表1和表2。其中斜長石和黑云母廣泛分布于巖石基質中，與石英、石榴子石等構成巖石的主要礦物成分，而多硅白云母卻出露較少。黑云母中SiO2含量為37.50%～40.06%，MgO含量含量為11.98%～14.09%，Al2O3含量為16.21%～16.99%；斜長石中SiO2含量為57.98%～61.12%，CaO含量為7.05%～8.83%，Na2O含量為6.42%～7.35%；石榴子石中SiO2含量為37.28%～38.24%，CaO含量為1.71%～2.58%，MgO為3.85%～4.77%，MnO為0.20%～1.18%，FeOT為34.07%～35.92%，其主要端員成分較為相近，均屬鐵鋁榴石類。此外，多硅白云母的SiO2含量為46.36%～48.99%，對應的硅原子數為 3.14～3.23(11個氧原子)。

表 1 黑云母-斜長石-石榴子石的電子探針數據(wB/%)及溫壓計運算結果Table 1 Electron microprobe analyses (wB/%) of biotite-plagioclase-garnet and calculation results of temperature and pressure meter

表 2 多硅白云母電子探針分析結果 wB/%Table 2 Electron microprobe analyses of phengite

5 變質作用溫度壓力條件

5.1 礦物世代及演化

根據變質礦物世代溫壓轉變關系(程素華等， 2018)，黑云斜長片麻巖M1階段為增溫增壓過程；M2為壓力變質峰期階段，變質溫度為低溫；M3為早期退變質階段，溫度由低溫到中溫變化，其中該階段保留有的藍晶石+鋁直角閃石的礦物組合，是典型的高壓礦物組合，具有變質壓力達1.0 GPa及以上的特點(Schreyer and Seifert, 1969； Schreyer and White, 1974)； M4為降壓增溫的熱折返階段，該階段的夕線石由藍晶石轉變而成，屬高溫夕線石，形成溫度至少達到650℃； M5階段為近等溫-降溫減壓階段，其中變質壓力由中壓過渡為低壓；晚期的熱剪切階段為高溫低壓級變質階段。結合M1至M5階段的變質溫度壓力過渡關系特征，發現該片麻巖變質作用明顯具順時針演化的特點。

5.2 地質溫壓計

采用石榴子石-黑云母-斜長石溫壓計(GBP)平均溫壓法(Holdaway, 2000)對片麻巖變質溫壓條件進行了初步估算，獲得了巖石的變質溫度和壓力分別為566～623℃和0.36～0.53 GPa(表1)。由于其中石榴子石的數據采點均位于其邊部一帶，并且斜長石在晚期的折返階段形成(云南省地質調查院， 2019)(9)云南省地質調查院． 2019. 云南省1∶5萬歸州、寶豐、漕澗、功果街幅區域地質調查報告．，因此認為該溫壓估算結果僅代表巖石退變質-折返階段(M4～M5階段)的溫壓值。

5.3 相平衡模擬

本文相平衡模擬采用MnO-Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-TiO2-O(Fe2O3)(MnNCKFMA-SHTO)體系，該體系為專門針對變質泥巖部分熔融過程所建立(Whiteetal., 2003)，用于研究變質泥巖中礦物相平衡關系方面較為合理。相關礦物相的活度-成分關系模型為：石榴子石-Grt(W)、十字石-St(W)、黑云母-Bi(W)、白云母-Mica(W)、綠泥石-Chl(W)、硬綠泥石-Ctd(W)、斜方輝石-Opx(W)、尖晶石-Sp(WPC)、堇青石-Crd(W)、長石-Fsp(C1)、角閃石-oAmph(DP)、鈦鐵礦-I1m(W)、熔體-melt(W)。假設流體相為純水，并設為飽和；全巖成分中MnO含量較低，但是它對石榴子石的穩定域有較大的影響，因此將其保留；P2O5主要形成磷灰石，含量很低，被忽略。模擬采用實測全巖成分： SiO2=64.51%， Al2O3=15.46%， TiO2=0.80%， FeO=6.83%， MnO=0.07%， MgO=3.34%， CaO=2.04%， Na2O=2.77%， K2O=2.20%， H2O=1.87%。

本文計算的黑云斜長片麻巖的壓力-溫度視剖面圖溫壓范圍為400～650℃和0.8～1.8 GPa(圖4)，石榴子石穩定在整個視剖面圖區域，硬玉僅出現在壓力大于1.24 GPa區域。根據白云母的硅原子數的等值線 (范圍為3.10～3.30) 分布規律，硅原子數與

圖 4 黑云斜長片麻巖的壓力-溫度視剖面圖Fig. 4 p-T pseudosection calculated for biotite plagioclase gneiss

變質壓力具較好的正相關性，而與變質溫度雖具一定的正相關性但影響相對較小(圖4)。在壓力峰期變質階段(M2階段)選擇低溫變質區域(溫度為400～500℃)，多硅白云母中硅原子數最大為3.23，變質壓力為1.55～1.64 GPa(圖4中黃色虛線區域)，屬高壓變質域，且與前述認識M3階段的藍晶石+鋁直角閃石高壓礦物組合相吻合，再結合M2階段殘留的礦物組合特征，綜合認為黑云斜長片麻巖應屬藍片巖相變質(Winteretal., 2001)，且歸屬為低溫高壓型的藍片巖類。

6 討論及地質意義

造山帶中高壓-超高壓變質巖是古俯沖帶及古板塊縫合帶的重要標志，它記錄了地殼(洋殼或陸殼)物質俯沖、折返的構造演化過程(王曉賽等， 2018；申婷婷等， 2018)。調查區南側的雙江勐庫地區退變質榴輝巖的峰期變質壓力為2.0～2.5 GPa，屬于基性變質巖類(李靜等， 2017；孫載波等， 2017；云南省地質調查院， 2017(10)云南省地質調查院． 2017. 云南省耿馬縣大興勘查區1∶5萬香竹林、勐勇、勐撒、懂過、耿馬、安雅、勐庫七幅區域地質礦產調查．； Wangetal.， 2018；王慧寧， 2020等)，與本次厘定的同一構造帶內的高壓片麻巖(藍片巖)具一定差異。二者雖為同一構造單元的物質組分，但片麻巖是變質泥質巖石，其中新生了富水相礦物，在經歷了角閃巖相退變質后，高壓礦物容易退變為中壓礦物(Menoldetal., 2009；申婷婷等， 2018)，其實際峰期變質壓力可能更大。

從大地構造位置來看(圖1a)，片麻巖產于昌寧-孟連結合帶北段，位于構造擠壓最為強烈地帶，而昌寧-孟連結合帶及相鄰構造單元均具逐漸張開的構造樣式，勐庫地區也明顯具備伸展抬升條件，以致漕澗地區蛇綠混雜巖下部-深部的更高壓力變質級的物質組分難以抬升至地表。實際上，雙江勐庫地區向南延至瀾滄、勐臘、緬甸乃至泰國一帶均有榴輝巖等高壓-超高壓巖石的記錄，且均為低溫型榴輝巖類(Maruyamaetal., 1996； Liouetal., 2009；孫載波等， 2019；王慧寧等， 2019；王慧寧， 2020；云南省地質調查院， 2020(11)云南省地質調查院． 2020. 云南省1∶5萬曼谷幅小街幅曼班幅大勐龍幅萬納蘭幅勐宋壩幅區域地質調查報告．；王巍等， 2021(12)王巍，張星培，孫載波，等． 2021．滇西瀾滄縣黑河地區榴輝巖巖石學、巖石地球化學特征及區域構造意義．地質通報(待刊)．)。

此外，云南省地質調查院(2019)(13)云南省地質調查院． 2019. 云南省1∶5萬歸州、寶豐、漕澗、功果街幅區域地質調查報告．在研究區鐵廠村片麻巖西北側0.5km的大理巖中獲得了224.3 Ma的變質年齡，本研究黑云斜長片麻巖和大理巖雖為斷層接觸，但屬同一構造單元，其亦應在晚三疊世遭受了強烈的變質作用。該變質年齡與李靜等(2017)、孫載波等(2017)、云南省地質調查院(2017)(14)云南省地質調查院． 2017. 云南省耿馬縣大興勘查區1∶5萬香竹林、勐勇、勐撒、懂過、耿馬、安雅、勐庫七幅區域地質礦產調查．認定的勐庫退變質榴輝巖的晚三疊世變質年齡(230 Ma)十分接近。結合勐庫退變質榴輝巖與漕澗片麻巖的變質軌跡均具順時針的特點(李靜等， 2017； Wangetal.， 2018；王慧寧， 2020)，認為它們均形成于印支期造山作用的俯沖-折返過程。

綜上所述，筆者認為漕澗高壓片麻巖(藍片巖)與勐庫地區退變質榴輝巖為同一高壓-超高壓變質帶的物質組分，二者只是俯沖深度和變質程度不同，并在晚期經歷了不同的擠壓-抬升作用。黑云斜長片麻巖的下部或深部應產有榴輝巖類巖石，并構成變質壓力遞增變質帶，二者壓力峰期變質溫度為450～550℃左右(路鳳香等， 2004)，結合黑云斜長片麻巖的壓力-溫度視剖面圖(圖4)，認為其記錄的最低變質壓力約為1.60 GPa。

漕澗高壓片麻巖(藍片巖)在研究區及昌寧-孟連結合帶北段的首次發現，說明云南高壓-超高壓巖石的產出從雙江、瀾滄、勐臘等南面熱點地區(云南省地質調查院， 2017(15)云南省地質調查院． 2017. 云南省耿馬縣大興勘查區1∶5萬香竹林、勐勇、勐撒、懂過、耿馬、安雅、勐庫七幅區域地質礦產調查．， 2020(16)云南省地質調查院． 2020. 云南省1∶5萬曼谷幅小街幅曼班幅大勐龍幅萬納蘭幅勐宋壩幅區域地質調查報告．; 李靜等， 2017；孫載波等， 2017， 2019； Wangetal.， 2018；王慧寧等， 2019；王慧寧， 2020；王巍等， 2021(17)王巍，張星培，孫載波，等． 2021．滇西瀾滄縣黑河地區榴輝巖巖石學、巖石地球化學特征及區域構造意義．地質通報(待刊)．)向北延伸了約230 km，為昌寧-孟連結合帶是一條連續性的高壓-超高壓變質帶提供了新的信息，區域地質意義重大。