区域变质作用类型及变质时期
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发布时间：2022-04-19 20:19
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时间：2023-06-26 19:23
区域变质作用，最先由法国学者 A. Danbree 于 1959 年提出的，用来泛指变质作用因素复杂且受影响的岩石范围也较广的一种变质作用。是岩石在大范围内，在温度增高及定向和均向压力、流体等因素参与下经过重结晶、变质结晶、变形，有时伴随有变质分异或交代等作用的一类变质作用。一般表现为广大面积内或呈狭长带状内所发生的变质作用，变质范围可达数万平方千米，所形成的岩石普遍具有结晶片理及其他方向性组构，在低变质区常保留了原岩某些矿物及组构，而高级变质岩区常伴随混合岩化作用和岩浆作用( 贺同兴等，1986) 。
研究区内区域变质作用主要类型有区域低温动力变质作用、区域动力热流变质作用两种类型，区域变质时期主要有三期: 晋宁期、华力西期、印支期。
一、区域低温动力变质作用
区域低温动力变质作用，常形成大面积或带状分布的单相绿片岩相变质地带，变质矿物的共生特点表明，变质作用强度均属绿片岩相单相变质，无明显的递增变质带。这种区域性单相均匀变质表明，变质作用的温度、压力条件在大范围内大体相同，地壳热流值无明显递增变化。热流值可能受深度和放射性热能控制，地壳深部 ( 幔源) 热流上升的影响甚微或没有影响。变质岩系的应力变形显著，宏观的线型褶皱、各种劈理、板理、片理极为发育，小型褶皱内往往发育有密集的和褶皱轴基本平行的扇形劈理。区内一般不出现混合岩化作用，但可见有同构造期或构造期后侵入的花岗岩类岩石。这种类型的变质作用在松潘-甘孜造山带中占绝对优势。根据变质作用的时期、物理化学条件、变质区域不同，可以进一步分为扬子变质地区晋宁期区域变质作用和松潘 － 阿坝变质地区印支期区域变质作用。根据形成时的地质构造环境，热流变化和形成岩石的矿物共生组合特征，可进一步分为二个类型: 绿片岩相型区域变质作用和板岩 － 千枚岩型区域变质作用。
( 一) 晋宁期区域低温动力变质作用
研究区内碧口群、通木梁群等中 － 新元古代地层所发生变质的变质作用为绿片岩相型区域变质作用。
1. 区域变质岩石组合特征
碧口群是指分布于甘、陕、川交界处的甘肃文县、碧口地区及陕西勉县、略阳阳平关之间及四川西北的平武-青川地区 ( 摩天岭) 一带木座组 ( Nhm) 之下、太古宙鱼洞子群之上的一套浅变质岩系 ( 秦克令等，2007) ，与上下地层相比变形和变质差异大 ( 胡正东，1990) 。研究区内主要分布于青川大断裂以北的摩天岭地区。
通木梁群主要出露于青川通木梁一带，为一套低绿片岩相变质海相火山岩系，可分为上、下两个岩组: 下部岩组为变质中基性火山岩: 主要由变质的细碧岩、角斑岩及角斑质凝灰岩组成 ( 未见底) ; 上部岩组变质中酸性火山岩: 主要由变质的石英角斑岩、石英角斑质凝灰岩夹角斑岩及角斑质凝灰岩等。
碧口群的变质岩石组合总体上是一套变质的火山 － 沉积岩，由下至上可以分为三个部分: 下部岩石类型有绿片岩、白云母钠长片岩和少量蓝片岩及千枚岩等; 中部以绿泥( 绿帘) 白云母片岩为主，夹有绿片岩及千枚岩等; 上部由变长石杂砂岩和千枚岩组成互层产出。碧口群出现的变质矿物有角闪石 ( 钠质闪石?) 、白云母、绿泥石、绿帘石、钠长石、石英、铁氧化物、方解石、黑硬绿泥石等，偶见绿纤石等。
碧口群不同岩石类型中的变质矿物组合如下:
绿片岩出现的变质矿物组合: 绿泥石 + 绿帘石 + 阳起石 + 钠长石 ± 白云母 ± 方解石 ±石英 ± 黑硬绿泥石;
蓝片岩出现的变质矿物组合: 钠质闪石 ( 蓝闪石) + 绿帘石 + 绿泥石 + 钠长石 + 黝帘石 ± 石英 ± 黑硬绿泥石;
白云母钠长片岩出现的变质矿物组合:白云母+钠长石+石英±绿帘石±方解石±黑硬绿泥石;
绿泥(绿帘)白云母片岩出现的变质矿物组合::绿泥石+绿帘石+白云母+钠长石+石英±黑硬绿泥石;
千枚岩出现的变质矿物组合:白云母+石英±绿泥石±黑硬绿泥石;
变长石杂砂岩主要由斜长石和石英碎屑组成。在胶结物中出现石英、白云母及黑硬绿泥石等。
2.区域变质相特征
依据上述矿物组合，碧口群大致可以分为两种类型，
(1)蓝闪绿片岩相
主要分布于碧口群的南部岩带，位于四川青川-白水街-阳平关深断裂附近白水街北约2公里处的白家沟-山根里一带。以钠质闪石+绿帘石共生为特征，并划为高压低温蓝闪片岩带(左国朝等，1980;陶洪祥等，1989;裴先治，1989)，但因无特征高压变质矿物硬柱石和硬玉，表明其不属于蓝闪片岩相，而为蓝闪绿片岩相，变质温度为T=300～400℃，压力为P=0.5～0.6GPa。
(2)低绿片岩相
以钠长石+绿泥石+阳起石共生组合为特征，变质温度为T=350～450℃，压力为P=0.4～0.5GPa(魏春景，1994;刘鹤等，2008)。变质矿物为绢云母、绿泥石、阳起石。变质作用的温度比下面将要叙述的板岩一千枚岩型稍高一些，但变质强度均不超出绿片岩相范围。变质作用时的热流值较高，这除了因为其时代较老，来自放射性元素衰变的热能较高外，还可能因变质作用发生在较深部位。
3.变质时期
对碧口群的划分、形成时代和岩石组合，不同时期、不同单位或研究者(陕西省区测队，1966;甘肃省区域地质志，1982;陕西省区域地质志，1985;四川省区域地质志，1991;陕西省地矿局，1996;甘肃省岩石地层，1996;四川省岩石地层，1997;陕西省岩石地层，1998;李威，1986;陶洪祥等，1988;朱占祥等，1988;秦克令等，1990;赵祥生等，1990;张宗清等，1996;胡正东等，1990;斐先治，1989，1992;叶边俊等，1994;魏春景等1994)历来存在很大的争议，由于研究者众多，这里不再一一列举，近些年来，随着研究的不断深入，特别是一些高精度年代学成果的发布，对碧口群也进行了分解或解体，对解体后的碧口群的认识也趋于统一。碧口群大多被震旦系角度不整合覆盖，在青川大沟、草溪沟、土地沟等地震旦系木座组中含有大量的下伏层的变质岩砾石，由此说明，其变质作用发生在木座组沉积之前。
目前的众多研究者认为碧口群形成的时代为中-新元古代(陶洪祥等，1993;徐学义等，2002;闫全人等，2003;赖绍聪等，2006)，已获取的锆石U-Pb法年龄值为1304±196Ma和1367Ma被认为是代表原岩的形成年龄(胡正东，1990);蓝闪石绿片岩的全岩Rb-Sr法977～933Ma和837Ma(陶洪祥等，1993)的两组年龄数据表明，该组曾经历过由晋宁期造山运动所导致的构造变形及绿片岩相区域高压低温动力变质作用的改造(左国朝等，1980);根据碧口群桂花桥沟组浅变质中酸性火山岩中的岩浆岩锆石获得的840～776Ma的SHRIMP锆石U-Pb年龄(闫全人等，2003a，b)，甘肃陇南地区的董家沟组变质火山岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为839.2±8.2Ma(赖绍聪等，2006)，该时间段代表了一次极其重要构造岩浆事件年龄，推测与Rodinia裂解期相关，表明主期变质作用的时间可能为977～840Ma之间。
目前，通木梁群中已获得侵位于火山岩系中的闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩的锆石U-Pb年龄值分别为865Ma和829Ma(川西北地质大队，1996)。结合区域对比，该群仅大致相当于摩天岭分区碧口群中部桂花桥沟组的中上部岩段，主要形成于距今865Ma之前的蓟县纪晚世，或可上延至青白口纪早世。
(二)印支-燕山早期区域低温动力变质作用
印支-燕山早期的造山运动使松潘-阿坝变质地区的三叠纪地层(在四川习称西康群，青海南部带称巴颜喀拉群)发生了区域变质作用，形成了以变质砂岩、绢云板岩为主，次有少量的结晶灰岩;岩石中出现绢云母、绿泥石、微粒石英及方解石、白云石等新生矿物，总体属于浊沸石相-低绿片岩相。
1.区域变质岩石组合特征
研究区内三叠系厚度巨大，原岩为三叠系复理石，变质后形成的主要的变质岩石类型有:变质砂岩类、绢云板岩类和变质碳酸盐岩等几种类型，并以前者为主。
1)变质砂岩:在外观上保留了原岩的全部沉积特征。在微观上，原岩的块状构造、砂状结构保存完好，陆源砂屑仍保留沉积时的形态，无明显应力变形。变质作用的发生表现在填隙物的重结晶作用:粘土杂基重结晶形成微细鳞片状伊利石、绿泥石及绢云母等变质矿物，多呈杂乱分布;钙质(方解石)发生重结晶加大。
变质砂岩类主要有变质石英砂岩、变质石英杂砂岩、变质长石石英砂岩、变质岩屑石英砂岩、变质岩屑石英杂砂岩及变质粉砂岩等(陈明等2001)。
2)绢云板岩类:主要岩石类型有含粉砂绢云板岩、粉砂质绢云板岩、绢云板岩等，由泥质岩变质而成，变质程度为低绿片岩相。
该类岩石原岩结构构造被一定程度的改造。板状构造，鳞片变晶结构，部分岩石具变余粉砂结构。宏观上，局部地段原始层面(S0)被剪切面理(S1)置换;微观上粒状方解石杂乱分布，多有显微鳞片状绢云母定向分布组成绢云母板岩。
3)变质碳酸盐岩:包括有微晶灰岩、砾(砂)屑灰岩、(粉砂质)粉晶灰岩等，变质主要表现在灰岩泥质成分变质为绢云母或岩石中方解石略有重结晶。
2.区域变质相特征
岩石的变质矿物组合十分单调，研究区内板岩的主要矿物组合为石英+长石+伊利石+绿泥石，少量岩石中出现高岭石。个别变质程度稍高的出现绢云母+绿泥石+及极少量的雏晶黑云母的组合，因此推断变质作用的温度介于200～370℃之间，介于沸石相－低绿片岩相之间，变质作用温度比晋宁期绿片岩相型稍低，属浅部区域低温动力变质作用。
3.变质时期
变质时期的确定:受变质岩石的最高层位为三叠系，上覆的侏罗纪地层均未变质，侵位于三叠系中的同构造期侵入的印支期花岗岩类岩石只发生了接触变质，其同位素年龄峰位时限亦为195～210Ma。它指示了“巴颜喀拉印支地槽”褶皱回返上体阶段的时限。区域低温动力变质作用与褶皱回返基本上是同步的，这就间接指示了印支期变质作用的时限范围。
二、区域动力热流变质作用
区域动力热流变质作用以出现递增变质带为特征，高于正常值的地热梯度及部分来源于地幔的深部流体的上升和热流空间上分布不均匀是引起这类变质作用的最主要的因素，同时，应力和变形作用也具有重要的地位(贺同兴等，1988)，研究区内的迭部-康县变质地带、龙门山后山变质地带所发生的华力西期变质作用。其特征为发育有良好的低绿片岩相-高绿片岩相-低角闪岩相组成的递增变质带。区域性混合岩化作用和地壳重熔型花岗质岩石发育。表明变质作用是在地壳深部热流上升的环境中进行的。
1.区域变质岩石组合特征
受变质地层为迭部-康县变质地带、龙门山后山的震旦系—古生界。并具有明显的分带性，前人(胡金诚，1988)的研究表明，以丹巴和山葱林为华力西期区域动力热流变质作用的热中心，围绕热中心出现铁铝榴石带、黑云母带、绢云母-绿泥石带，在黑水老婆子崖、松潘较场、康定孔玉等地也存在小面零星的热点。热点中心一般均为低角闪岩相(矽线石带、十字石-蓝晶石带)，总体表现为大面积绿片岩相中出现低角闪岩相的热穹窿及热点，并伴有混合岩化的特点。并从区域上可以分为五个变质带:矽线石带、十字石-蓝晶石带、铁铝榴石带、黑云母带、绢云母-绿泥石带。
绢云母-绿泥石带在龙门山带和迭部-康县变质地带普遍发育，变质岩主要以板岩、千枚岩、变质砂岩、结晶灰岩为主，可见绿片岩、变质基性火山岩、变质凝灰岩等。主要包含了震旦系—二叠系的地层。
黑云母带:分布范围广泛，在青川县以现、茂汶县松溪堡、宝兴金汤弧和丹巴复背斜的外缘，以各种片岩、变粒岩、石英岩、大理岩为主，也见微晶片岩、千枚岩、结晶灰岩、变质砂岩等。
铁铝榴石带，主要分布于茂汶、汶川县下庄-雪龙包复背斜及丹巴复背斜;在康定孔玉附近有零星出露。以各种片岩、变粒岩、石英岩、大理岩为主;千枚岩、变质砂岩少见，偶见片麻岩。
十字石-蓝晶石带:分布于雪龙包复背斜核部及丹巴复背斜，在康定孔玉附近有零星出露。此带变质岩为各种片麻岩、片岩、变粒岩、斜长角闪岩。
矽线石带:仅分布于丹巴复背斜，以各种片岩、片麻岩、变粒岩、大理岩及斜长角闪岩为主。
2.区域变质相特征
根据其特征变质矿物组合，迭部-康县变质地带、龙门山后山变质地带为中压型区域动力热流变质作用。
岩石中出现中压相系的特征变质矿物蓝晶石。与其稳定共生的还有十字石、铁铝榴石，没有见到低压相系的特征变质矿物红柱石、堇青石，也没有出现高压相系的特征变质矿物蓝闪石、硬柱石等。渐进变质带指示的变质相序列为:低绿片岩相(绢云母—绿泥石带、黑云母带)—高绿片岩相(相当于绿帘—角闪岩相，铁铝榴石带)—低角闪岩相(蓝晶石带，矽线石带)。这与典型的中压相系“巴罗式”递增变质带是一致的。本区广泛出现典型的绿帘一角闪岩相矿物共生组合钠长石+普通角闪石+绿帘石。这也是中压相系的特征之一。
龙门山后山变质地带变质泥质岩石中，矿物带序次反映的地热梯度曲线与巴罗型十分接近。此外，本区变质基性岩中指示矿物带出现的相对序次也与苏格兰巴罗带完全一致，同样表明了变质作用属中压型。
在本变质地带，斜长石系列的特征是随递增变质牌号增加得慢、斜长石出现晚。在铁铝榴石带的变质基性岩中，矿物以钠长石+普通角闪石+绿帘石组合为特征，更一中长石要在蓝晶石带才出现。根据都城秋穗的意见，在低压型区域变质作用中，钠长石向斜长石的转化和阳起石向角闪石的转化通常在近于相同的温度下进行，在中压型区域变质作用中，前者的转变温度要比后者高。本区的特点属中压型。
3.变质时期
在龙门山后山变质地带的丹巴县公差附近，在志留系斜长角闪片麻岩中测得角闪石变晶的K-Ar年龄值为309.3Ma(1∶20万丹巴幅区调报告)，在受混合岩化的黑云斜长片麻岩中测得角闪石的K-Ar年龄值为322Ma(1∶20万丹巴幅区调报告)。在丹巴日布山混合岩化成因的伟晶岩的白云母中，测得K-Ar年龄值为270Ma和259.3Ma(1∶5万巴底、小成都幅联测报告，2001)。采自于丹巴县布衣沟矽线石榴二云母片岩、梭坡含十字蓝晶石榴二云片岩的锆石U-Pb同位素测年获得了335.6±17Ma及307±9Ma的谐和年龄值(曾宜军等，2000)，所测锆石为变质成因锆石。这组数值指示龙门山后山变质地带变质时期应属华力西期。
迭部-康县变质地带的白龙江，上奥陶统全岩K-Ar年龄值为259Ma，红崖东侵入二叠系的花岗岩的黑云母K-Ar年龄值为278Ma，表明变质时期亦应属华力西期。
