滇中昆阳群地层岩石极低级变质作用特征及构造环境意义

1、滇中昆阳群地层岩石极低级变质作用特征及构造环境意义李志伟 田敏 钱祥贵 ( 云南省地质科学研究所 , 昆明 650011)( 云南大学地球科学系 , 昆明 650031)摘 要 : 昆阳群地层岩石极低级变质作用的主要特点 : 碎屑状绿泥石2白云母 ( 绢云母) 堆垛集合体发育 , 且多平行层理定向排列 ; 个别堆垛集合体见有明显的弯曲或膝折现象 , 表明经 受平行层理的压缩作用 。根据堆垛集合体 、层理及早世代水力破裂2充填石英微细脉体间关系 ,认为极低级变质作用是区域变形构造2热事件之前的产物 : 变质温度在 155350°C 之间 , 变质 级 、地层时代及岩层在地层柱中的位置渐

2、趋一致 , 与区域变形强度缺乏谐调关系 。上述特点所反映的构造环境属于地壳伸展背景下裂谷环境内的埋藏型变质作用 。关键词 : 极低级变质作用 ; 裂陷槽 ; 昆阳群 ; 滇中中图分类号 : P588134 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 1885 (2001) 04 369 7近十年来 , 作为当代地球科学前沿课题之一的极低级变质作用 ( very - low - grade meta2morphism) 和极低级变质带 ( very - low - grade metamorphic belt) 研究 。因其在解释板块边缘 过程 、地壳内部热力 体制转换 、造山带及沉积盆地演化

3、、变质变形物理环境及岩石流变行 为 、区域劈理的发育过程和流体特征等一系列地球动力学问题 , 为探索成烃 、成煤关系等方面可以提供大量信息 , 已引起人们的高度重视 , 并进行了相当程度的讨论127。 由于研究时间不长 , 极低级变质作用 、成岩作用和低级变质作用之间界限至今尚未取得共识 。按索书田等 (1995)5的理解 , 极低级变质作用是指变质作用最低级的部分 , 包括成 岩作用的高级部分及浅层变质作用 , 其变质温度范围大体介于 150370°C 之间 。极低级变 质作用既可单独出现 , 形成低级变质带 (地体) ; 也可与中高级变质作用形成的中高级变质带有规律地分布于造山带

4、或沉积盆地的不同部位 , 且代表不同的地质演化历史 。本文仅 就昆阳群地层岩石极低级变质作用的某些特点作一简述 , 并讨论其反映的构造环境意义 。1昆阳群地层岩石序列地处 “康滇地轴”中南段的中元古界昆阳群地层 , 南起红河 , 北抵金沙江 , 东 、西界分 别受南北向小江断裂与绿汁江断裂挟持 , 分布于 NS 长约 300km 、EW 宽约 40150km 的范围 内 。由于多期次区域构造变形作用的影响和大面积中新生代地层的掩盖 , 原始沉积盆地面貌 已受到改造 , 加之岩相变化复杂 , 有关其内部地层的划分 、对比至今仍存在两种不同观点的 多种划分方案8 ,9, 综合列表如下 (表 1)

5、。收稿日期 : 2001 - 08 - 15 , 改回 2001 - 09 - 13作者简介 : 李志伟 (1963) , 男 , 博士 , 高级工程师 , 主要从事地质矿产 、构造地质学研究 。.表 1滇中昆阳群地层划分 、对比方案简表Ta b11Stratigra phic Division and Correlation ofKunyangGroup , Central Yunnan龙 川 群2地层岩石极低级变质作用的特点研究样品分别采自罗武地区 、易门地区 、元江地区和东川拖布卡2布卡地区 。层位为因 民组 、落雪组 、鹅头厂组 、绿汁江组和美党组 , 岩性为泥质白云岩 、含碳泥质灰岩

6、 、砂板 岩 、板岩等 。因民组三段以往习称泥质白云岩 , 镜下观察结果应由白云岩为主体夹泥质板岩微层组 成 。其中白云石显颗粒形组构 , 扁平面平行层理分布 ; 板岩微层内绢云母亦显平行层理排 列 。这类岩石中一般少见或没有绿泥石2白云母堆垛集合体 。砂板岩内碎屑状绿泥石2白云母堆垛集合体发育 , 多呈板条状 、卵状 , 其长轴及基 ( 底) 面平行或近于平行于原始层理面 ( S0) 定向排列 , 这是典型的埋藏变质作用特征 。颗粒尺度 上 , 堆垛集合体颗粒常常比其它碎屑矿物 (长石 、石英) 为大 。堆垛集合体中 , 绿泥石所占 比例较大 , 呈浅绿色 , 多色性明显 , 具墨黑蓝异常干

7、涉色 。见有黑云母 , 但常见的是白云母 , 呈细束或长条片晶体 , 二级 三级鲜亮干涉色 。绿泥石 与 云 母 的 交 生 关 系 大 都 平 行时代群地层划分及对比方案吴懋德等(1985 年)戴恒贵 、彭玉玖(1983 年)李天福等(1990 年)震旦系震旦系震旦系中 元 古 界昆 阳 群上 亚 群华家箐组上 亚 群华家箐组上 亚 群小河口组柳坝塘组禄 表 组清水沟组麻 地 组中 亚 群美 党 组岔 河 组大营盘组中 亚 群美 党 组中 亚 群青龙山组大龙口组大龙口组黑 山 组黑山头组黑山头组落 雪 组大营盘组黄草岭组因 民 组2 2东川运动2 2平顶山组下 亚 群绿汁江组下 亚 群绿汁江

8、组下 亚 群鹅头厂组鹅头厂组菜园湾组落 雪 组落 雪 组望 厂 组因民组因 民 组洒海沟组古元古界龙川运动( 001) 堆叠 , 时可见两者呈小微角度斜交 。绿泥石2白云母堆垛集合体内弯曲或膝折现象 较为普遍 , 集合体两端形态受劈理影响和压溶 作用改造 , 常为锯齿状或不规则形 。岩石中平 行或微角度切割层理的微细 ( 012mm) 石英脉发育 (图 1) 。落雪组泥质白云岩中 , 泥质部分的特征与 因民组三段泥质白云岩相似 。白云岩部分由于 压溶作用常形成压熔缝合线构造 , 沿缝合线多 充填有机质 , 并出现星点状黄铁矿 。鹅头 厂 组 红 板 岩 , 手 标 本 及 镜 下 层 纹 清

9、楚 , 含凝灰质 。电子探针证实 , 具大量碎屑状 绿泥 石2白 云 母 堆 垛 集 合 体 , 多 呈 长 椭 球 形 、 碎屑状 , 长 ×宽为 0115 ×0106mm , 平行层理 定向排列 (图 2) 。部分集合体见有明显的弯曲或膝折现象 , 表明受过平行 层 理 的 压 缩 作 用 。岩石中有微细 (宽度 01075mm) 石英脉切图 1因民组砂板岩内碎屑状黑云母 、石英微 细脉与层理的关系Fig11Relationship bet ween Cla stic Biotite , Quartz Veinlet and Bedding of the Sandy S

10、late in Yinmin Formation割层理 ; 局部含黄铁矿晶体及莓荤状黄铁矿集合体 , 基质已全部重结晶成为白 ( 绢) 云母 、绿泥石晶体 , 平行层理定向排列 , 与碎屑状绿泥石2白云母堆垛集合体长轴方向一同构成平行层理 ( So) 的初始劈理 ( So) 。 绿汁江组的泥砂质白云岩 , 实际上为泥砂质与白云质互层 , 前者中也含碎屑状绿泥石2白云母堆垛集合体 , 平行层理定向排列 , 长 × 宽为 01030106 ×0101201018mm 。其中云母 晶层宽度 < 0103mm 。东川 拖 布 卡2布 卡 地 区 的 美 党 组 含 ( 碳 )

11、硅质板岩中 , 同样有上述现象存在 。3区域变质作用与变形的关系区域变质峰期与变形峰期之间存在着复杂 的关系 , 既 有 同 步 现 象 , 也 有 存 在 时 差 的 情 形 。昆阳群地层的上述岩石内 , 均可见细小脆 性破裂缝切割层理及初始劈理的现象 , 但脆性 破裂在白云岩中的表现与 (砂) 板岩中的有所 不同 , 白云岩部分平行层理的 压 溶 缝 合 线 明图 2 鹅头厂组板岩中的云母/ 绿泥石堆垛结构样号 : d 1 , 10 ×10 ( )Fig12Chrolite2Mica Stack Structure in the Slate of Etouchang Format

12、ion显 。平行层理的石英微细脉在因民组中极为发育 , 且成栅状结构 。其它组地层岩石内发育程度不一 , 与因民组比较 , 则数量相对较小 , 规模亦小 。石英微细脉宽度一般为 010750120mm , 脉壁相对平直 , 且较规则 。脉体内石英晶体呈纤维状 、牙齿状或梳状 , 垂直脉壁相对生长 (图 1) , 脆性破裂2充填石英脉体的长度/ 厚度比在 520 之间 。据迤纳厂东方红 、过水沟矿段因民组的统计资料 , 在厚 27 厘米的矿层内 , 平行层理面产出的脉体局部达 510 条 , 计算的线膨胀率为 31818 % 。这种脉体中矿物生 长结构特征及其较高的长度/ 厚度比值表明它们明显是

13、典型的水力破裂作用直接产物 ( Secor ,1965)10。部分脉体中还见纤维状矿物的产状发生变化 , 为 30020 6575° 在镜下 , 纤维状矿物结晶方向在弯曲过程中完全保持稳定 , 不随纤维方位而变化 , 说明它不是已有平直 纤维变形的结果 , 而是原始生长的重要特征 , 纤维状石英矿物纤维方位的变化还表明了其形 成时构造应力是在不断变化的特点 。根据破裂2充填石英脉体多平行面理面 ( S0S0 ) 产出 , 面理面以局部含黄铁矿晶体 、莓荤状黄铁矿集合体 , 以及由基质重结晶形成的白 (绢) 云母 、绿泥石晶体与碎屑状绿泥石2白云母堆垛集合体长轴方向都平行层理定向排列的

14、特点 , 和上述微细裂隙2充填脉体的野外 宏观特征 , 与地层中出现的一些后期粗大脉体特征明显不同 , 可以认为上述微细裂隙2充填 脉体系区内地层保留的早世代水力破裂2充填脉体 , 于构造旋回的早期阶段就已存在 , 是在 埋藏变质作用稍后 (或同时) 形成 (李志伟等 , 2000)11。联系全区昆阳群地层岩石 , 除少数强变形带 (区) 之外 , 区域性板劈理缺乏 , 伴随区域变形的区域变质叠加较微弱的特征 , 说明极低级变质作用与区域变形强度之间并不存在谐调 关系 , 极低级变质作用主要受次级盆地单元早期演化阶段所控制 。4构造环境信息(1) 温度 压力条件 对昆阳群地层柱最下部的因民组部

15、分岩石包裹体相态观察及均一温度 测 试 资 料 ( 表2)12,原生包裹体以纯液相或液相包裹体为主 , 次生包裹体则为富液相包裹体 。原生包裹体的均一温度在 155346°C 之间 , 平均值 227°C 。次生包裹体均一温度数据除个别稍高外 ,其余均低于 200°C 。前者应反映区域性构造变形环境的温度 , 后者可能代表局部构造变动环 境的温度 。从岩石不同变质程度所需的温压条件分析 , 上述温度条件大都只能形成浅层变质作用 , 局部是高级成岩带或浅变质带 (索书田 , 1995)5。表 2因民组部分岩石包裹体特征及均一温度Ta b12Inclusion and

16、 Homogenization Temperature of Rocks in Yinmin Formation大 小(L/m)气 相颜 色液 相颜 色均一温度( T/ °C)样 号岩 性包裹体类型原生纯液相包裹体次生富液相包裹体3534155泥质微细晶白云岩S1 R213无无111泥质微细晶白云岩S1 R214原生液相包裹体35无无194续表大 小(L/m)气 相颜 色液 相颜 色均一温度样 号岩 性包裹体类型( T/ °C)泥质微细晶白云岩S1 R216次生富液相包裹体36无无150原生纯液相包裹体次生富液相包裹体3无无或褐无无1793000砾 岩38195原生纯液相包

17、裹体次生富液相包裹体41038无无无无346S1 R229含砾石英粗砂岩145原生纯液相包裹体次生富液相包裹体686无褐无无261S1 R231长石石英砂岩493昆阳群地层厚度在各地区存在差异 。构造变形前 , 如果各组地层最大厚度累计为10 000米 、岩石平均密度为 2168 ×103 千克/ 米3 , 基于 “倒层”观点 , 则估算的昆阳群地层柱最下 部因民组碎屑岩层的静岩压力约为 2163 Kbar , 古地温梯度大致为 35°C/ Km 。这种巨厚沉积岩 层 、较高地势梯度和低压环境 , 显然是与盆地所处的大地构造背景及盆地的热力2构造演化历史紧密关联 。其地热梯

18、度值与世界上的一些裂谷盆地的比较 , 明显较之中 新生代时期形成的裂谷盆地的为低 : 右江盆地 4345°C/ Km (索书田等 , 1999)6, 十万大山盆地 4045°C/ Km (王英民等 , 1998)13。但与世界上元古宙时期形成的一些陆内裂谷盆地环境相似 。(2) 构造环境Robinson (1987)14系统总结 、对比不同构造背景下沉积盆地内岩石的极低级变质作用 及演化趋势后 , 曾指出 : 除沉积学 、岩相古地理学之外 , 区域变质作用也是判别沉积盆地发 育历史及地球动力学背景的重要标志之一 。世界范围内的许多沉积盆地的研究成果表明 : 极低级变质作用可

19、以在各种地球动力学背景下发生和相互转换 , 且反映不同的温压梯度 , 表现出不同的转换特征 。例如 , 在被动边缘地区 , 常出现典型的埋藏2成岩 ( 变质) 作用过程 。在碰撞造山带 , 尤其是年轻造山带 , 常发育区域极低级变质作用 , 并出现从成岩作用经极低级变质 、低级变质转换到高级变质作用的递增变质过程 。而在伸展构造体制下 ( 如边缘盆 地) , 一般仅出现从沸石相经葡萄石2绿纤石相至低绿片岩相 , 变质作用的递增发展演化与盆地的伸展量 、沉积过程 、盆地内的火山作用强度及高地温梯度密切相关 , 且多形成低压或低中压变质带类型 。上述研究结果及面上调查成果初步判断 , 昆阳裂陷槽内

20、岩石变质作用仅出现成岩作用的 高级部分及浅层变质作用 。局部地区 , 如迤纳厂矿区 , 出现了全区变质程度最高的低绿片岩 相 。但从其在地层柱中的位置看 , 变质程度相对较高的地段或部分仍处于昆阳群沉积序列的 最下部因民组 , 而其上的层位 (包括昆阳群中 、上亚群) , 新生矿物也主要是绢云母 、绿泥 石 、雏晶黑云母 、绢云母 、白云石 、石英等 , 未形成典型的矿物共生组合 , 变质程度未达低 绿片岩相 。更为明显的是区内低绿片岩相是叠加在埋藏 成岩 (变质) 作用之上的产物 。因 此 , 全区地层岩石遭受的变质作用总体上反映变质过程负荷应力因素居于主导地位的同时 ,也表明了变质作用边界

21、与地层时代及内部岩层在地层柱中的位置之间存在着良好的对应关系 , 即 : 形成时代老又位于下部的地层岩石较之形成时代晚又处于上部的地层岩石具有相对 较高的变质程度 。由上可以得出结论 : 埋藏变质作用是昆阳群变质的主体特征 , 伴随区域变形的区域变质作用叠加微弱 。因为除局部强应变带外 , 整个昆阳群不发育明显的区域性板劈理 。昆阳群埋 藏变质的温度一般在 155350°C 之间 。埋藏变质作用是伸展盆地及裂谷堆积环境中的特点 , 其变质作用的 P - T 轨迹多为逆时针型14。昆阳群地层柱中的这种变质作用特征较好地揭示了本区地壳岩石圈伸展和薄化背景下 , 盆地的进一步开启 、扩展和

22、快速堆积下的结果 , 而且 这些过程均在盆地发育阶段发生 。由于伸展作用过程产生的强化热流有限且持续 , 存在着最终的热平衡 , 所以昆阳群变质相范围被限制在接近低绿片岩相的最大值以内 。5结论(1) 昆阳群碎屑岩系遭受过区域极低变质作用 , 变质作用边界与地层时代及岩层在地层 柱中的位置渐趋一致 , 与区域变形强度缺乏谐调关系 , 属于区域变形前的沉积2埋藏变质作 用类型 。(2) 极低级变质作用的古温度区间在 155350°C 之间 ; 古地温梯度约 35°C/ km , 压力条 件属低压环境 , 代表本区古老地壳伸展构造背景下的裂谷盆地内沉积物变质特征 。(3) 区域

23、极低级变质作用是区域变形及区域劈理发育前的地质2热事件 。(4) 当前的初步研究 , 为昆阳群形成于裂谷构造环境增添了新的证据 。裂谷是世界上许 多大型2特大型 、甚至超大型矿床 ( 诸如元古宙时期裂谷中产有原苏联的乌多坎铜矿 , 澳大利亚的芒特艾萨铅锌矿 、奥林匹克坝铜铀金矿 , 我国的白云鄂博铌钽稀土铁矿等) 的堆积环境和赋存场所 。因此 , 深化昆阳裂谷的研究 , 将有助于提高本区矿床成因认识 。参考文献1Weaver C1E1. Possible uses of clay minerals in search for oil J . Bulletin of the American A

24、ssiociation of PetroleumGeologists. 1960 , 44 (9) : 15051518.2Coombs D1. Some recent work on the lower grades of metamorphism J . Aust . J1 Sci1 , 1961 , 24 : 203215.3Frey M1. Very2low2grade metamorphis of clastic sedimentary rocks. In : Frey M1 ed1 , Low Temperature Metamor2phism M. Black , Glasgow

25、 , 1988915.4 Kisch H1 J 1. Development of slaty cleavage and degree of very2low2grade metamorphism ; a review , J1 , MetamorphicGeol1 , 1991 , 9 (6) : 735750. J . .5索书田 、游振东 、周汉文 . 极 低 级 变 质 作 用 和 极 低 变 质 带 综 述 J . 地 质 科 技 情 报 , 1995 , 14 ( 1) :18.6索书田 、毕先梅 、周汉文等 . 极低级变质作用 以右江中生代构造带为例 M. 北京 : 地质出版社

26、,1999 , 954.7朱光 、徐嘉炜 、Fletcher C1J 1N1. 应用 X 射线衍射分析胶北蓬莱群板岩中的变质作用 J . 地质与勘探 ,1994 , 30 (2) : 4249.8吴懋德 、段锦荪 、宋学良等 . 云南昆阳群地质 M. 昆明 : 云南科技出版社 , 1990 , 1190.9戴恒贵 . 康滇地区昆阳群和会理群地层 、构造及找矿靶区研究 J . 云南地质 , 1997 , 16 (1) : 139.10Secor D1T1. Role of Fluid pressure in joining J . Am1J 1Sci1 , 1965 , 263 : 633646

27、.11李志伟 、田敏 、钱祥贵. 罗茨2武定地区昆阳群下四组地层水力破裂产物及其形成条件 J . 大地构造 与成矿学 , 2000 , 24 (增刊) ; 5867.12熊兴武 、侯蜀光 、薛顺荣 . 滇中昆阳群因民组地层学与沉积古地理 M. 武汉 : 中国地质大学出版 社 , 1995 , 2343.13王英民 、邓林 、贺小苏等 . 海相残余盆地成藏动力学过程模拟理论与方法 以广西十万大山盆地为例M. 北京 : 地质出版社 , 1998 , 168203.14Robinson D1. Transition from diagenesis to metamorphism in extensi

28、onal and collision settings J . Geology , 1987 ,15(9) : 866869.C HARACTERISTICS OF THE VERY LOWMETAMO RP HISM OF KUNYANG GRO UP IN CENTRAL Y UNNAN AND THEIR TECTO NIC ENVIRO NMENT SIGNIFICANCEL I Zhi2wei TIAN2Min Qian Xiang2gui ( Yunnan Institute of Geological Sciences , Kunming 650011Geosciences Department , Yunnan University , Kunming 650031)Abstract