王東升，宮江華，王 濤，林健飛

(1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 礦產(chǎn)資源研究所 國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037；2. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所，北京 100037；3. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

南秦嶺增生雜巖帶馬道地區(qū)變泥質(zhì)巖的變質(zhì)作用

王東升1，宮江華1，王 濤2，林健飛3

(1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 礦產(chǎn)資源研究所 國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037；2. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所，北京 100037；3. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

南秦嶺構(gòu)造帶出露于勉略斷裂和虞關(guān)—留壩斷裂之間，是一條復(fù)雜的增生雜巖帶，也是秦嶺造山帶的重要組成部分。增生雜巖帶內(nèi)馬道地區(qū)發(fā)育一套由黑云母片麻巖、片巖組成的變泥質(zhì)巖，內(nèi)部包含有石英巖、大理巖及超基性巖等巖塊，構(gòu)成了典型的“block-in-matrix”結(jié)構(gòu)。選取了含石榴子石黑云母片麻巖樣品進(jìn)行詳細(xì)的巖石學(xué)研究。結(jié)果顯示，北部變質(zhì)巖樣品中的石榴子石具有弱退變質(zhì)成分環(huán)帶，利用巖石礦物組合中的石榴子石-黑云母溫度計(jì)、石榴子石-黑云母-斜長(zhǎng)石-石英組合溫度-壓力計(jì)，估算峰期壓力為0.78～0.79 GPa，溫度為705～707 ℃，退變質(zhì)時(shí)期壓力為0.64～0.76 GPa，溫度為602～650 ℃，揭示出巖石峰期高角閃巖相變質(zhì)后，經(jīng)歷降溫減壓過(guò)程。南部巖石樣品中含有特征的十字石+藍(lán)晶石組合，樣品中的石榴子石具有進(jìn)變質(zhì)成分環(huán)帶，其峰期壓力為0.49～0.57 GPa，溫度為553～562 ℃，相當(dāng)于低角閃巖相。通過(guò)與其他典型增生雜巖帶變質(zhì)巖的剝露機(jī)制對(duì)比，認(rèn)為馬道變泥質(zhì)巖的變質(zhì)作用演化與南秦嶺地區(qū)碰撞作用有關(guān)，而其剝露過(guò)程則主要受到雙重逆沖構(gòu)造控制。

馬道；變泥質(zhì)巖；南秦嶺增生雜巖帶；變質(zhì)作用；p-T

0 引 言

造山帶是地球歷史上構(gòu)造變動(dòng)最為劇烈的地區(qū)，也是大陸動(dòng)力學(xué)研究的關(guān)鍵地區(qū)。近年來(lái)，有關(guān)“俯沖-增生造山作用”正成為造山帶研究的熱點(diǎn)，增生楔或增生雜巖帶也引起了地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注[1-2]。變質(zhì)作用作為造山作用的重要組成部分，它記錄了造山帶的熱結(jié)構(gòu)特征及其演化歷史，對(duì)于探討造山帶的演化過(guò)程具有十分重要的意義[3-8]，而對(duì)于復(fù)雜的增生型造山帶，變質(zhì)作用的研究意義則顯得尤為突出。

秦嶺造山帶作為揚(yáng)子板塊和華北板塊的分界線，是中國(guó)中部大陸動(dòng)力學(xué)研究的關(guān)鍵地區(qū)[9-10]。前人依據(jù)秦嶺造山帶內(nèi)部出露的商丹、勉略兩個(gè)縫合帶，提出了不同的構(gòu)造演化模式[11-18]。作為解決分歧、探討秦嶺構(gòu)造演化的重要方面，秦嶺內(nèi)部變質(zhì)巖成為研究焦點(diǎn)之一。通過(guò)對(duì)北秦嶺地區(qū)變質(zhì)巖的研究[19-23]，地學(xué)界對(duì)于北秦嶺泥盆紀(jì)俯沖-碰撞造山模式已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。但作為秦嶺造山帶的主要組成部分，南秦嶺的構(gòu)造演化仍存在一定爭(zhēng)議[15, 24]，內(nèi)部發(fā)育的變質(zhì)巖研究雖然取得一定的進(jìn)展，但仍存在一些問(wèn)題。勉縣菜馬河南部馬家溝、徐家坪、清家溝等處有高壓基性麻粒巖的報(bào)道[25-26]，其邊部經(jīng)歷了角閃巖相退變質(zhì)作用，反映了秦嶺造山帶在印支期沿勉略構(gòu)造帶發(fā)生俯沖—碰撞造山過(guò)程。但麻粒巖出露范圍很小，不具系統(tǒng)性。李三忠等[27]獲取了康縣—高川段一系列變質(zhì)巖的p-T軌跡，揭示了不同層次、起源和環(huán)境的巖石經(jīng)構(gòu)造作用混雜并經(jīng)歷了后期差異隆升剝蝕的構(gòu)造演化過(guò)程和機(jī)制。但這僅限于近東西向的狹窄的勉縣—略陽(yáng)蛇綠混雜帶內(nèi)。張壽廣等[28]和Wei等[29]認(rèn)為，南秦嶺至少經(jīng)歷了兩期變質(zhì)作用：(1)海西期的遞增變質(zhì)作用，以佛坪為中心向外依次包括高角閃巖相(局部麻粒巖相)、低角閃巖相、綠簾角閃巖相和綠片巖相；(2)印支期與強(qiáng)烈的構(gòu)造變形有關(guān)的綠片巖相動(dòng)力變質(zhì)作用。然而，在海西期的遞增變質(zhì)作用中，雖然不同變質(zhì)帶均顯示順時(shí)針的p-T軌跡，但卻存在生長(zhǎng)環(huán)帶和擴(kuò)散環(huán)帶的差異，這表明不同變質(zhì)帶在共同發(fā)生抬升之前具有不同的演化歷史，顯然這不能用佛坪熱穹窿引起的變質(zhì)作用來(lái)解釋。由此可見(jiàn)，南秦嶺增生雜巖帶內(nèi)部巖石的變質(zhì)溫壓條件和變質(zhì)巖的剝露過(guò)程仍需進(jìn)一步深入研究。作為秦嶺與揚(yáng)子板塊的接觸部位[24, 30]，南秦嶺地區(qū)記錄了俯沖-碰撞相關(guān)的一系列變質(zhì)變形過(guò)程，其中馬道變泥質(zhì)巖屬于南秦嶺地區(qū)出露的典型變質(zhì)巖體，目前對(duì)其變質(zhì)條件的研究較少，它的變質(zhì)環(huán)境如何？是否與區(qū)域分布的變質(zhì)巖指示的變質(zhì)動(dòng)力學(xué)一致？對(duì)南秦嶺的演化有何指示意義？從現(xiàn)有資料還難以確認(rèn)。

本文主要描述了在馬道地區(qū)發(fā)育的一套變泥質(zhì)巖。這些巖石的存在為揚(yáng)子板塊與南秦嶺板塊的會(huì)聚提供了重要的佐證。本文從巖石產(chǎn)狀、礦物組合分析入手，利用相關(guān)的地質(zhì)溫度壓力計(jì)，獲得了變質(zhì)作用的p-T條件并結(jié)合區(qū)域變質(zhì)時(shí)代，從區(qū)域板塊構(gòu)造演化的框架下闡述了馬道變泥質(zhì)巖的演化。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)

秦嶺造山帶東西向橫亙于中國(guó)大陸中部，向東延伸至桐柏—大別山，西側(cè)分別與祁連、昆侖山和松潘相連，在中國(guó)大陸構(gòu)造中占有十分突出的地位[12, 31-33]。它是由多個(gè)大小不等的地塊及其間的結(jié)合帶構(gòu)成，這些構(gòu)造單元經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)期、多階段不同性質(zhì)的大地構(gòu)造環(huán)境的變遷而最終形成了復(fù)合型大陸造山帶[34-37]。前人研究認(rèn)為，秦嶺造山帶內(nèi)部存在商丹、勉略兩個(gè)縫合帶，據(jù)此將秦嶺劃分為華北板塊南部(包括北秦嶺地塊)、秦嶺微板塊(南秦嶺地塊)和揚(yáng)子板塊北部，并提出了對(duì)應(yīng)的北秦嶺泥盆紀(jì)俯沖造山及南秦嶺泥盆紀(jì)新生有限洋盆的構(gòu)造演化模式[11-14, 17]。但近年來(lái)，新的研究表明，前人所定的南秦嶺志留系并非單一的地層單元，而是由不同性質(zhì)和時(shí)代巖塊和基質(zhì)構(gòu)成的混雜帶[39-40]，從中識(shí)別出元古宙和古生代的洋島玄武巖、含泥盆紀(jì)珊瑚和牙形石的灰?guī)r塊體，以及在基質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了二疊紀(jì)放射蟲(chóng)[15, 41-44]。這一系列新的數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)無(wú)疑是對(duì)勉略蛇綠混雜帶所代表的洋盆性質(zhì)和時(shí)限的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)提出了新的疑問(wèn)。王宗起等根據(jù)大地構(gòu)造相單元?jiǎng)澐衷瓌t，并結(jié)合地層學(xué)、沉積學(xué)等研究，將秦嶺造山帶重新劃分為13個(gè)構(gòu)造單元(圖1a)[15]，并據(jù)此以溝-弧-盆構(gòu)造體系對(duì)南秦嶺地區(qū)構(gòu)造演化進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述。其中南秦嶺增生雜巖帶主要由位于舟曲—成縣—徽縣—虞關(guān)—留壩—寧陜—石泉斷裂與康縣—勉縣—略陽(yáng)斷裂之間的白水江群、大壩河群、梅子?jì)I群及三河口群(包含勉略縫合帶)組成，該雜巖帶北接晚古生代弧前盆地系統(tǒng)，南與橫丹群弧前盆地和碧口群、西鄉(xiāng)群島弧雜巖帶相連。南秦嶺增生雜巖帶內(nèi)部主體由基質(zhì)以及包裹于其內(nèi)部大量的不同性質(zhì)、不同時(shí)代的巖塊組成(圖1b)[15, 39]。大量的研究表明，發(fā)生在晚三疊世前后的華北地塊與揚(yáng)子板塊的匯聚是中國(guó)中部巖石圈結(jié)構(gòu)形成與演化的重要事件[45-57]，這一構(gòu)造事件導(dǎo)致了南秦嶺增生雜巖帶的最終形成[15, 39]。

1.2 馬道變泥質(zhì)巖

馬道變泥質(zhì)巖位于留壩鎮(zhèn)與褒城鎮(zhèn)之間，構(gòu)造位置上位于南秦嶺增生混雜帶內(nèi)，是混雜帶的基質(zhì)組成部分，為一個(gè)不規(guī)則形狀的變質(zhì)體(圖1)。東西兩側(cè)分別為佛坪巖體和光頭山巖體，局部見(jiàn)有光頭山二長(zhǎng)花崗巖體侵入其中。南北側(cè)分別以斷層為界與千枚巖和砂質(zhì)板巖分開(kāi)。馬道變泥質(zhì)巖主要為黑云母片麻巖或片巖，內(nèi)部包含石英巖、大理巖以及超基性巖巖塊，不同巖性之間多以斷層接觸(圖2)。

圖2 鐵佛殿—褒城鎮(zhèn)構(gòu)造剖面圖(a, c.S1 片理(黑實(shí)線)及拉伸線理(灰色三角形)；b, d.片理法線密度圖)Fig.2 Cross-section of the Tiefodian-Baocheng area (a,c.S1 foliations (great circles) and stretching lineations (triangles);b, d.synoptic sterogram of contoured equal area plots to S1 foliation)

圖3 馬道地區(qū)黑云母片麻巖野外照片 ((a) 黑云母片麻巖發(fā)生混合巖化；(b)鞘褶皺的橫截面)Fig.3 Macroscopic characteristics of biotite gneisses in Madao area

變泥質(zhì)巖主要由石榴子石、黑云母、斜長(zhǎng)石、石英組成，局部含有十字石、藍(lán)晶石或矽線石，其原巖為粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖。片狀礦物的定向排列構(gòu)成了主體片理(S1)，而藍(lán)晶石及不規(guī)則石榴子石變斑晶的長(zhǎng)軸也平行于S1，這表明變斑晶的形成與片理化過(guò)程(D1)大體一致。S1產(chǎn)狀總體南傾，且由北向南，片理傾角逐漸變大。以老丈溝斷層為界，北側(cè)片理具中等傾角，優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀為170°～220°∠40°～60°，其中拉伸線理傾伏向南，傾伏角約40°。局部可以看到含石榴子石片麻巖發(fā)生混合巖化，混合巖為條帶狀，伴隨有強(qiáng)烈的剪切變形(圖3(a))，指示出由南向北的逆沖(D2)。鏡下觀察，石榴子石變斑晶與其退變質(zhì)黑云母組成的旋轉(zhuǎn)碎斑也指示出由南向北的剪切(下文敘述)，表明北側(cè)巖石的退變質(zhì)過(guò)程與由南向北的逆沖作用有關(guān)。而南側(cè)片理近于直立或發(fā)生向北的倒轉(zhuǎn)，優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀為170°～200°∠60°～85°，其上發(fā)育的拉伸線理則分為陡傾伏和近水平傾伏兩類(圖2)，陡傾伏的拉伸線理應(yīng)屬于片理化(D1)或稍晚階段(D1—D2)壓剪性作用的產(chǎn)物。而近水平傾伏的拉伸線理則源于走滑作用，結(jié)合附近長(zhǎng)英質(zhì)脈體形成的鞘褶皺(圖3(b))及旋轉(zhuǎn)碎斑、不對(duì)稱褶皺，判斷區(qū)域還存在近東西向的左行剪切作用(D3)，發(fā)育時(shí)間最晚。

2 巖相學(xué)及礦物學(xué)特征

2.1 巖相學(xué)

2.1.1 含石榴子石黑云母片麻巖

圖4 馬道地區(qū)含石榴子石黑云母片麻巖顯微結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.4 Typical photographs of mineral assemblages and textures of garnet-bearing biotite gneisses in Madao area(a)含石榴子石片麻巖中兩期黑云母 (LB46-2)；(b)片麻巖中發(fā)絲狀矽線石 (LB52-3)；(c)渾圓狀石榴子石 (LB91-3)；(d)柱狀十字石及藍(lán)晶石 (LB91-3)。Grt.石榴子石；Bt.黑云母； Pl.斜長(zhǎng)石；Qtz.石英；Sil.矽線石；Ky.藍(lán)晶石；St.十字石

含石榴子石黑云母片麻巖 (LB46-2) 呈變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。主要位于老丈溝斷層的北側(cè)，組成礦物為石榴子石 (5%)、黑云母(20%)、斜長(zhǎng)石 (35%) 和石英(30%) 及其他副礦物。石榴子石顆粒顏色較為均一，整體呈淺色。一般自形—半自形，多數(shù)近等軸狀，但受后期改造明顯，個(gè)別晶形不規(guī)則，多數(shù)粒徑較大(1～2 mm)。石榴子石內(nèi)多包含有它形長(zhǎng)石、石英以及黑云母等礦物，定向性不明顯。黑云母為片狀(圖4(a))，普遍呈棕色—紅棕色，其產(chǎn)出形式大致分為3類：(1) 以包體形式存在于大顆粒的石榴子石中，呈細(xì)小鱗片狀，含量較少，可能為早期進(jìn)變質(zhì)階段形成的黑云母(圖4(a))。(2) 遠(yuǎn)離石榴子石，自形片狀且定向排列，黑云母內(nèi)部不含有其他包體，構(gòu)成了主期的片麻理，應(yīng)為峰期重結(jié)晶的產(chǎn)物。 (3) 以殘留體形式圍繞大顆粒石榴子石生長(zhǎng)，呈片狀或不規(guī)則形狀(圖4(a))，兩者共同組成了旋轉(zhuǎn)碎斑系，屬于退變質(zhì)期的產(chǎn)物。

2.1.2 含矽線石榴黑云母片麻巖

含矽線石榴黑云母片麻巖(LB52-3) 為變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。主要位于老丈溝斷層的北側(cè)，組成礦物為石榴子石(5%)、黑云母 (30%)、斜長(zhǎng)石 (25%) 和石英(25%)，并含有少量鉀長(zhǎng)石和毛發(fā)狀的矽線石(圖4(b))。石榴子石呈渾圓狀，粒徑0.5～2 mm，內(nèi)部含有云母、石英及金屬礦物，石榴子石外圍有黑云母圍繞生長(zhǎng)，兩者接觸面較平直，代表了退變質(zhì)的產(chǎn)物。矽線石集合體呈毛發(fā)狀，生長(zhǎng)在黑云母顆粒旁側(cè)，為黑云母通過(guò)交代作用形成[58]。

2.1.3 含十字藍(lán)晶石榴黑云母片麻巖

含十字藍(lán)晶石榴黑云母片麻巖 (LB91-3) 主要在老丈溝斷層南側(cè)發(fā)育，具斑狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。主要組成礦物為石榴子石(10%)、十字石(2%)、藍(lán)晶石(5%)、黑云母(30%)、白云母(5%)、斜長(zhǎng)石(20%)和石英(20%)。石榴子石呈渾圓狀，顆粒粒徑較大 (1～5 mm)。石榴子石內(nèi)含有石英和金屬礦物包裹體，包裹體定向排列明顯，其排列方向與外部片理大體一致，應(yīng)屬于同期變形生長(zhǎng)產(chǎn)物，石榴子石的邊部無(wú)黑云母等礦物組成的退變質(zhì)邊(圖4(c))。藍(lán)晶石呈長(zhǎng)柱狀，粒徑為2～3 mm。十字石短柱狀，粒徑可達(dá)0.5～1.5 mm。十字石與藍(lán)晶石平衡共生(圖4(d))。黑云母形成巖石主體片理，白云母含量較少，常呈細(xì)小的片狀集合體。

2.2 礦物組合演化

根據(jù)上述特征可以在老丈溝斷層北側(cè)的片麻巖中識(shí)別出3期變質(zhì)演化階段：Ⅰ，早期進(jìn)變質(zhì)階段，以石榴石變斑晶核部發(fā)育的黑云母、白云母、斜長(zhǎng)石和石英等礦物包體為代表。但這些礦物包體已遭受后期變質(zhì)作用的改造，無(wú)法定量估算早期進(jìn)變質(zhì)階段的溫壓信息。Ⅱ，峰期變質(zhì)階段，以石榴子石+黑云母+斜長(zhǎng)石+鉀長(zhǎng)石+石英為代表。Ⅲ，退變質(zhì)階段，石榴子石邊部被黑云母+斜長(zhǎng)石+石英組成的后成合晶所代替。

在老丈溝斷層南側(cè)的片麻巖中識(shí)別出一期進(jìn)變質(zhì)演化階段，即以(十字石，藍(lán)晶石)石榴子石+黑云母+白云母+斜長(zhǎng)石+石英為代表。

2.3 礦物化學(xué)成分特征

利用中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)電子探針室的日本島津公司EPMA-1600的電子探針儀對(duì)樣品進(jìn)行了成分分析。在礦物成分分析過(guò)程中，針對(duì)各個(gè)階段的礦物組合，每種礦物都測(cè)試了多個(gè)顆粒，同一礦物顆粒測(cè)試多個(gè)微區(qū)，以獲得不同階段礦物的精確成分，同時(shí)檢驗(yàn)礦物之間是否達(dá)到平衡。測(cè)試條件：定量加速電壓15 kV，束流2×10-8A，束斑直徑1 μm；標(biāo)準(zhǔn)樣品分別為：Fe(鐵鋁榴石)、Na(鈉長(zhǎng)石)、Ca(方解石)、Si,Al(斜長(zhǎng)石)、Ti(金紅石)、Mn(薔薇輝石)、K(透長(zhǎng)石)、Mg(橄欖石)、Cr(鉻鐵礦)，主要礦物的代表性電子探針?lè)治鰯?shù)據(jù)見(jiàn)表1。其中主要礦物的巖相學(xué)及礦物化學(xué)特征如下。

2.3.1 石榴子石

石榴子石斑晶主要由鐵鋁榴石 (Alm，0.57～0.74)、鎂鋁榴石 (Prp，0.05～0.32)組成，含少量的鈣鋁榴石(Grs，0.03～0.20) 和錳鋁榴石 (Sps，0.01～0.14)(表1，圖5)。

石榴子石生長(zhǎng)過(guò)程中的成分變化受p-T條件變化的制約，成分環(huán)帶變化可以定性地提供p-T矢量信息。石榴子石的環(huán)帶發(fā)育樣式往往代表了不同的變質(zhì)反應(yīng)性質(zhì)[59]。前人對(duì)此做了大量研究，并得出不同結(jié)論，認(rèn)為：(1)隨溫度升高，石榴子石的Mg含量增高，Mn和Fe含量逐漸降低[60]。(2)隨變質(zhì)強(qiáng)度的加深，石榴子石中Fe2+、Mg2+增加，Mn2+、Ca2+降低[61]。(3)變質(zhì)巖中石榴子石的Mn2+/Fe2+比值可作溫度計(jì)，變質(zhì)越深，比值越小，而Mn2+含量隨壓力增大而減少[62]。(4)認(rèn)為變質(zhì)巖中石榴子石的Mg一方面受寄主巖石化學(xué)成分的影響，另一方面受變質(zhì)溫度高低所控制。Mg值越高，反映其變質(zhì)溫度越高；Ca反映形成時(shí)的壓力[63]。最新研究表明，石榴子石的Ca、Mn受到其他因素(分異結(jié)晶作用、擴(kuò)散作用)的影響，并不能簡(jiǎn)單地與壓力變化直接相對(duì)應(yīng)[64]?？傊?，在石榴子石的主量元素中，Mg的變化與變質(zhì)溫度的變化正相關(guān)，而壓力的變化則相對(duì)受到多種因素的影響。石榴子石變質(zhì)環(huán)帶的形式也受到冷卻速率、礦物粒度和峰期變質(zhì)溫度的共同影響[64]。

剖面中4個(gè)樣品的石榴子石樣品整體表現(xiàn)為大體平坦的環(huán)帶模式(圖5(a)-(d))，可能為變質(zhì)過(guò)程中峰期溫度較高且冷卻速度較慢所致，但邊部仍出現(xiàn)有成分差異。其中老丈溝斷層北部的樣品(LB46-2, LB52-3)表現(xiàn)為：Xalm核部最低為0.62～0.66，經(jīng)核部向邊緣整體呈升高趨勢(shì)(圖2，圖5(a), 圖5(b))，至邊緣升高為0.65～0.71。Xsps由核部向邊緣也呈穩(wěn)定或逐漸升高的趨勢(shì)，由核部0.03～0.05升高至0.03～0.09。Xgrs整體變化不大。Xprp由核部到邊緣整體降低，核部到邊緣含量為0.2～0.3至0.1～0.2，說(shuō)明其可能遭受到晚期低溫?cái)U(kuò)散的影響。老丈溝斷層南部的樣品(LB86-2, LB91-3)的石榴子石Xsps、Xgrs則經(jīng)核部向邊緣整體呈降低趨勢(shì)，Xalm、Xprp由從核部向邊緣整體呈升高趨勢(shì)(圖5(d))，則代表了石榴子石進(jìn)變質(zhì)生長(zhǎng)環(huán)帶。

2.3.2 黑云母

黑云母成分分析結(jié)果顯示(表1)，不同樣品中黑云母的XMg值略有不同，但同一個(gè)樣品中的其成分較為均一，表明各樣品具有不同的原巖成分。相比于石榴子石旁邊的黑云母，那些遠(yuǎn)離石榴子石顆粒、包裹于長(zhǎng)英質(zhì)礦物之中的黑云母往往具有較高的Ti含量，有可能接近峰期黑云母的成分。

2.3.3 斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石

黑云母片麻巖中的長(zhǎng)石以斜長(zhǎng)石為主，鉀長(zhǎng)石含量較少。斜長(zhǎng)石以石榴子石的反應(yīng)邊產(chǎn)出或者單獨(dú)存在于基質(zhì)中，主要為更長(zhǎng)石。老丈溝斷層北側(cè)片麻巖中，遠(yuǎn)離石榴子石的基質(zhì)中斜長(zhǎng)石An為16.36%～18.23%，而靠近石榴子石邊部斜長(zhǎng)石An約為19.64%。老丈溝斷層南側(cè)片麻巖中，遠(yuǎn)離石榴子石的基質(zhì)中斜長(zhǎng)石An約為57.40%，而靠近石榴子石邊部斜長(zhǎng)石An約為32.91%。

2.3.4 矽線石、十字石和藍(lán)晶石

樣品中矽線石與藍(lán)晶石幾乎全為純鋁硅酸巖礦物，含微量的Fe，其FeO含量分別為0.28%和0.33%。而十字石內(nèi)部除SiO2和Al2O3外，還富集一定的Fe，約為13.87%。

3 變質(zhì)作用p-T條件估算

馬道變泥質(zhì)巖中石榴子石、黑云母、白云母、斜長(zhǎng)石和石英的廣泛共生表明巖石變質(zhì)達(dá)角閃巖相，且為GBPQ (Grt-Bt-Pl-Qtz) 地質(zhì)溫壓計(jì)的使用創(chuàng)造了條件。Wu等采用經(jīng)驗(yàn)標(biāo)定方法制作了石榴子石-黑云母-斜長(zhǎng)石-石英組合壓力溫度計(jì) (GBPQ) Excel計(jì)算表格，它所標(biāo)定的溫度范圍在515～880 ℃，利用它能夠較便捷地進(jìn)行計(jì)算巖石的溫壓狀態(tài)[65]。Holdaway的黑云母-石榴子石 (GB) 地質(zhì)溫度計(jì)中石榴子石以12個(gè)氧原子為基礎(chǔ)，黑云母以24個(gè)氧原子為基礎(chǔ)，也可以進(jìn)行溫度計(jì)算[66]，并對(duì)上述溫壓計(jì)進(jìn)行對(duì)比校正。

圖5 馬道地區(qū)黑云母片麻巖中典型石榴子石樣品的成分環(huán)帶(a. LB46-2; b. LB 52-3; c. LB 86-2; d. LB 91-3)Fig.5 Compositional profiles of typical garnets from biotite gneisses in Madao area

在前期的進(jìn)變質(zhì)反應(yīng)階段，黑云母、石英、斜長(zhǎng)石等礦物以包裹體的形式同時(shí)出現(xiàn)在一個(gè)石榴子石變斑晶中，這些礦物都是早期發(fā)生反應(yīng)生成石榴子石后殘留下的礦物。但石榴子石所包裹的黑云母、斜長(zhǎng)石等成分已普遍遭受峰期和后期改造，無(wú)法用于估算早期進(jìn)變質(zhì)階段的溫壓信息。

石榴子石邊部Mg含量的降低表明石榴子石在降溫過(guò)程中曾與其他礦物之間發(fā)生過(guò)Fe-Mg交換反應(yīng)，這種交換反應(yīng)主要受相鄰鎂鐵質(zhì)礦物控制，即與長(zhǎng)英質(zhì)礦物接觸的石榴子石邊部Mg含量大多高于與黑云母接觸的石榴子石邊部。因此，石榴子石邊部的黑云母為石榴子石分解產(chǎn)生，它指示了高溫變質(zhì)作用的結(jié)束和退變質(zhì)作用的開(kāi)始[67]，它和殘留的石榴子石邊部成分能反映退變質(zhì)反應(yīng)階段的溫壓條件，可以利用相鄰石榴子石—黑云母邊部成分估算變質(zhì)作用后期Fe-Mg交換反應(yīng)和擴(kuò)散作用停止時(shí)的封閉溫度[68]。而在遠(yuǎn)離石榴子石，處于長(zhǎng)英質(zhì)礦物之間的黑云母核部以及石榴子石核部則可以最大限度地保留峰期成分[69-70]。

電子探針?lè)治鼋Y(jié)果表明，馬道變泥質(zhì)巖北部樣品 (LB46-2, LB52-3) 的石榴子石成分環(huán)帶表明其受到了晚期低溫?cái)U(kuò)散的影響，使用其核部成分才有可能獲得峰期變質(zhì)條件。樣品滿足GBPQ溫度壓力計(jì)石榴子石XCa>0.03，斜長(zhǎng)石XCa>0.17，黑云母XAlⅥ>0.03的計(jì)算條件。因此利用該溫度壓力計(jì)計(jì)算所得峰期的壓力為0.78～0.79 GPa，由GB溫度計(jì)計(jì)算所得溫度峰期為705～707 ℃。其對(duì)應(yīng)的邊部退變質(zhì)作用時(shí)期的溫壓條件分別為0.64～0.76 GPa，602～650 ℃(表2)。南部樣品 (LB91-3，圖2) 含有特征的礦物組合十字石+藍(lán)晶石，指示了中溫中壓變質(zhì)條件，其變質(zhì)反應(yīng)應(yīng)為十字石+石英=藍(lán)晶石+石榴石+H2O。樣品 (LB86-2, LB91-3) 中的石榴子石均具有明顯的進(jìn)變質(zhì)環(huán)帶，所以選擇其邊部成分估算其峰期條件。由GBPQ溫度壓力計(jì)計(jì)算的峰期結(jié)果為0.49～0.57 GPa，由GB溫度計(jì)計(jì)算所得溫度峰期為553～562 ℃(表2)。

表2 馬道含石榴子石黑云母片麻巖的溫壓條件

Table 2p-Tcondition of garnet-bearing biotite gneisses in Madao area

樣品溫度/℃峰期退變質(zhì)壓力/GPa峰期退變質(zhì)LB46?2705650078076LB50?5707602079064LB86?2562057LB91?3553049

注：溫度據(jù)參考文獻(xiàn)[66]；壓力值據(jù)參考文獻(xiàn)[65]。

4 討 論

4.1 變質(zhì)作用時(shí)限

前人研究認(rèn)為，秦嶺造山帶于早—中三疊世發(fā)生碰撞[45, 47, 49-50, 53, 56-57]，并一直持續(xù)到晚三疊世，引發(fā)區(qū)域變質(zhì)作用。Wei等對(duì)洋縣碗牛壩矽線片麻巖以及佛坪地區(qū)麻粒巖U-Pb定年得出220～260 Ma的年齡，認(rèn)為這可能代表了馬道地區(qū)麻粒巖相—角閃巖相變質(zhì)作用的年齡[29]。梁莎等對(duì)光頭山內(nèi)菜馬河地區(qū)出露的高壓基性麻粒巖定年認(rèn)為，該麻粒巖發(fā)生角閃巖相的退變質(zhì)時(shí)代為(214 ± 11) Ma[26]。Zhang等曾獲得鞍子山地區(qū)基性麻粒巖黑云母40Ar/39Ar坪年齡為(199.7 ± 1.7) Ma，而麻粒巖的全巖Sm-Nd等時(shí)線年齡為(206 ± 55) Ma，他認(rèn)為這一結(jié)果是麻粒巖形成后構(gòu)造抬升退變質(zhì)時(shí)代[50]；李三忠等利用該區(qū)切穿基性麻粒巖的光頭山花崗巖的形成時(shí)代 (200 Ma) 限定了基性麻粒巖的變質(zhì)時(shí)代早于200 Ma[25]。作者對(duì)馬道地區(qū)混合巖化片麻巖中的淺色體定年結(jié)果為晚三疊世，它是由于深熔作用而發(fā)生的一期混合巖化作用[71]。研究表明，碰撞造山帶的演化必將經(jīng)歷從擠壓縮短向伸展減薄的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換過(guò)程[72]，而部分熔融作用的出現(xiàn)標(biāo)志著造山帶伸展作用的開(kāi)始[73]。因此，獲得的馬道地區(qū)晚三疊世200 Ma左右的混合巖化作用與部分熔融作用，說(shuō)明南秦嶺地區(qū)的演化已進(jìn)入構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換之后的伸展構(gòu)造階段，從而限定了南秦嶺地區(qū)因碰撞產(chǎn)生的區(qū)域變質(zhì)作用的下限。

4.2 對(duì)南秦嶺碰撞過(guò)程的指示意義

根據(jù)野外礦物組合及變質(zhì)溫壓條件可以看出，馬道變泥質(zhì)巖變質(zhì)作用總體以中壓型為主。北側(cè)樣品發(fā)生了退變質(zhì)作用，其溫壓條件為：峰期0.78～0.79 GPa，705～707 ℃；退變質(zhì)時(shí)期0.64～0.76 GPa，602～650 ℃，北側(cè)樣品總體表現(xiàn)出順時(shí)針的p-T軌跡型式。這一結(jié)果與前人在馬道及其周邊地區(qū)的研究成果大體一致[27, 29]。北部樣品表現(xiàn)為降溫降壓的特征，反映了碰撞停止后地殼回返抬升的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。魏春景等認(rèn)為，該地區(qū)峰期之后可能經(jīng)歷了有構(gòu)造作用參與的快速抬升的過(guò)程[74]。而南側(cè)樣品屬于進(jìn)變質(zhì)作用的產(chǎn)物，其峰期溫壓條件為0.49～0.57 GPa，553～562 ℃，其變質(zhì)條件屬低角閃巖相，記錄了一個(gè)溫壓條件遞增的過(guò)程。南北兩側(cè)巖石經(jīng)歷了不同的變質(zhì)演化，這表明它們?cè)诠餐l(fā)生抬升之前具有不同的演化歷史。

馬道變質(zhì)巖南北兩側(cè)不同變質(zhì)特征巖石均為近東西走向，變質(zhì)級(jí)別的高低與距離巖體遠(yuǎn)近無(wú)關(guān)，指示出馬道變泥質(zhì)巖的變質(zhì)作用并非完全受到旁側(cè)巖體熱源的控制。典型的增生雜巖研究表明，洋殼巖石圈俯沖發(fā)生后[75]，一直到陸內(nèi)碰撞的最后階段[76]，俯沖—增生—碰撞過(guò)程中會(huì)形成一系列雙重逆沖構(gòu)造，并對(duì)深部物質(zhì)的抬升剝露起到一定的控制作用。Kimura等詳細(xì)描述了美國(guó)加利福尼亞Franciscan雜巖內(nèi)部的雙重逆沖構(gòu)造，并認(rèn)為它們控制了深部藍(lán)片巖相變質(zhì)物質(zhì)向上的運(yùn)移過(guò)程[77]。Hanja等通過(guò)對(duì)捷克地區(qū)混雜巖的研究認(rèn)為，海溝充填的泥質(zhì)沉積物隨著俯沖進(jìn)入一定深度后，在雙重逆沖構(gòu)造的控制下，逐漸被帶入淺部[78]。Wakita通過(guò)對(duì)日本西南部地區(qū)增生雜巖研究，揭示出了不同的構(gòu)造樣式在增生楔形成過(guò)程中的作用及表現(xiàn)形式，并認(rèn)為其中來(lái)自海山的玄武巖俯沖至一定深度后發(fā)生變質(zhì)，在雙重逆沖構(gòu)造作用的控制下會(huì)逐漸卷入增生雜巖中[79]。印支期，南秦嶺進(jìn)入碰撞造山階段，增生雜巖最終形成[15, 39]，而在其內(nèi)部發(fā)育一系列由南向北的逆沖斷層以及韌性剪切帶[39, 80-81]，它們代表了雙重逆沖構(gòu)造的分支斷層(圖1)。因此，印支晚期馬道變泥質(zhì)巖北側(cè)巖石經(jīng)歷峰期變質(zhì)之后，在雙重逆沖構(gòu)造控制下逐漸抬升，在較淺部位與南側(cè)的變質(zhì)巖石發(fā)生并置，然后一起發(fā)生抬升。變質(zhì)巖抬升過(guò)程可能持續(xù)到晚三疊世晚期，之后區(qū)域發(fā)生構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換，進(jìn)入伸展階段，從而發(fā)生了部分熔融和混合巖化事件 (～200 Ma)。

雖然俯沖-增生過(guò)程以低溫高壓 (LT-HP) 指示性礦物的出現(xiàn)為特征，很多學(xué)者對(duì)增生雜巖帶內(nèi)部的典型的低溫高壓 (LT-HP) 變質(zhì)作用也進(jìn)行了報(bào)道，如美國(guó)加利福尼亞Franciscan增生雜巖內(nèi)至少25%的巖石隨俯沖作用經(jīng)歷了藍(lán)片巖相或更高級(jí)的變質(zhì)作用[82-84]。瑞士Zermatt-Saas構(gòu)造帶內(nèi)的巖石順俯沖帶向下埋藏至30～35 km，然后不同深度的變質(zhì)巖(藍(lán)片巖、榴輝巖)最后發(fā)生并置而抬升地表[85]。但是由于后期變質(zhì)變形的疊加、剝露程度、區(qū)域地質(zhì)格架以及造山帶熱力狀態(tài)的影響[86]，在一些俯沖帶中，這些低溫高壓變質(zhì)礦物往往不能保存[87]。因此，由于后期構(gòu)造事件的改造以及南秦嶺馬道地區(qū)獨(dú)特的構(gòu)造格架，雖然在南秦嶺造山帶發(fā)生了俯沖—增生—碰撞的構(gòu)造演化過(guò)程，但是在此過(guò)程中形成的低溫高壓變質(zhì)礦物可能在后期并沒(méi)有得到保存。

5 結(jié) 論

(1) 馬道變泥質(zhì)巖北部變質(zhì)巖樣品估算p-T條件分別為：變質(zhì)峰期階段0.78～0.79 GPa，705～707 ℃；退變質(zhì)階段0.64～0.76 GPa，602～650 ℃，表明本地區(qū)的變質(zhì)作用達(dá)到高角閃巖相。南部變質(zhì)巖樣品內(nèi)部只保留了峰期變質(zhì)的p-T條件，估計(jì)結(jié)果為0.49～0.57 GPa，553～562 ℃。

(2) 根據(jù)變質(zhì)巖的空間產(chǎn)狀及南北兩側(cè)不同的變質(zhì)作用特征，認(rèn)為馬道變泥質(zhì)巖變質(zhì)作用并不完全受巖體影響。

(3) 通過(guò)與其他地區(qū)典型增生雜巖帶內(nèi)部變質(zhì)巖的剝露機(jī)制對(duì)比，認(rèn)為馬道變泥質(zhì)巖的變質(zhì)作用與晚三疊世南秦嶺地區(qū)的碰撞作用有關(guān)，其剝露抬升受到雙重逆沖構(gòu)造的控制。

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Metamorphism of Metasedimentary Rocks in Madao Area,South Qinling Accretionary Complex Belt

WANG Dongsheng1, WANG Zongqi1, ZHANG Yingli1, GONG Jianghua1, WANG Tao2, LIN Jianfei3

(1. MLR Key Loboratory of Metallogeny and Mineral Assessment,Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037,China; 2.InstituteofGeology,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China;3.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

As an important part of the Qinling Orogenic Belt, the South Qinling tectonic belt is an accretionary complex belt occurring between the Mianlüe fault and the Yuguan-Liuba fault. The Madao metasedimentary rocks within this accretionary complex belt mainly comprise biotite gneisses or schists, which holds masses of quartzite, marble and ultramafic rock blocks, showing typical characteristic of block-in-matrix structure. In this contribution, garnet-bearing biotite gneisses are selected for petrological studies, including sillimanite-bearing samples that were collected from the northern part and staurolite-kyanite-bearing samples from the southern part. The texture analyses reveal that the garnets in the biotite gneisses preserve weak compositional zoning that may be resulted from retrograde metamorphism. Meanwhile, through the analyses of garnet-biotite thermometer and garnet-biotite-plagioclase-quartz thermobarometer, the temperature and pressure of peak and retrograde metamorphic stages are obtained as 705-707 ℃, 0.78-0.79 GPa and 602-650 ℃, 0.64-0.76 GPa, respectively, indicating that the metamorphism occurred under higher amphibolite facies conditions. The peak and retrograde metamorphic conditions shows decreasing temperature and decreasing pressure features after the peak conditions. However, the garnets in the samples from southern part exhibit compositional zoning indicating a progressive metamorphic process, and the peak metamorphic temperature and pressure of 553-562 ℃ and 0.49-0.57 GPa also are obtained, being indicative of lower amphibolite facies metamorphic condition. Compared with the exhumation processes of metamorphic rocks in typical accretionary complexes in the world, the metamorphic evolution in the Madao area may be related to collisional process in the South Qinling, while its exhumation mechanism is related to duplex thrust structures.

Madao; metasedimentary rock; South Qinling accretionary complex belt; metamorphism;p-T

2016-02-26；改回日期：2016-10-02；責(zé)任編輯：戚開(kāi)靜。

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(K1614)。

王東升，男，博士，1988年出生，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)，主要從事巖石變質(zhì)變形方面的工作。

Email: wangdsyzy@126.com。

P588.3

A

1000-8527(2016)06-1254-13