毕业设计（论文）甘肃敦煌地区敦煌岩群变质作用演化初步研究

《毕业设计（论文）甘肃敦煌地区敦煌岩群变质作用演化初步研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）甘肃敦煌地区敦煌岩群变质作用演化初步研究（32页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、成都理工大学本科毕业论文甘肃敦煌地区敦煌岩群变质作用演化初步研究作者： 专业班级：09级地质4班 指导教师：摘 要敦煌地区的敦煌岩群主要位于塔里木盆地东南缘与阿尔金断裂东北部之间的地区。在鸣沙山-三危山一带的多坝沟、观音沟出露了含石榴石的基性片麻岩和黑云母片岩，其中的含榴斜长角闪片麻岩较好地保存了变质作用演化的三阶段矿物组合：进变质、峰期变质和退变质矿物组合。进变质阶段的矿物组合 (M1) 以石榴石变斑晶核部及其内部的包裹体矿物组合为代表；变质高峰期的矿物组合 (M2) 主要由基质矿物和石榴石变斑晶“边部”组成；退变质阶段的矿物组合 (M3) 则主要由围绕石榴石变斑晶边部发育的后成合晶矿物组合

2、构成。含榴黑云母片岩中的石榴石变斑晶保存了轻微的成分环带，在边部很窄的范围内Fe/(Mg+Fe)、XMn 有所增加，指示存在变质高峰期后的退变质过程。温度与压力的计算结果表明，鸣沙山一带的含榴斜长角闪片麻岩所经历的进变质阶段温度约为560C/5.5kbar，变质高峰期温度在 632669C，压力超过11.5kar，退变质阶段为 587601C，压力为 4.34.4kbar，变质程度位于高角闪岩相与麻粒岩相的过渡区。含榴斜长角闪片麻岩记录了典型的顺时针P-T轨迹，并显示近等温减压 (ITD) 型的退变质片段。变质作用指示本地区曾经处于大陆碰撞环境，并于其后经历了一次地壳的快速隆升。关键字：敦煌岩

3、群；含榴斜长角闪片麻岩；变质作用演化；P-T轨迹；温压计Preliminary study on the metamorphic evolution of Dunhuang Rock Group, Dunhuang region, Gansu ProvinceAbstract：Dunhuang rock group in the Dunhuang region is mainly located in the southeast margin of the Tarim Basin and the northeastern area of Altyn fault. Garnet-bearing

4、plagioclase-amphibole gneisses and biotite schist are exposed in the Duobagou and Guanyingou at Mingshashan - Sanweishan area. One sample of the garnet-bearing plagioclase-amphibole gneisses well preserved the three different metamorphic mineral assemblages formed during the prograde, peak and post-

5、peak decompression stages. The prograde metamorphic assemblages (M1) are mineral inclusions preserved in the garnet porphyroblasts, the peak metamorphic assemblages (M2) are represented by the “garnet-rims” and the matrix minerals, while symplectites rimming the garnet constitute the retrograde asse

6、mblages (M3). The garnet porphyroblasts in garnet-bearing biotite schist preserved a slight chemical zone, with a narrow range of increasing edge of Fe / (Mg + Fe) and XMn, indicating a post-peak decompression process. Thermobarometric computation shows that the metamorphic conditions of the garnet-

7、bearing plagioclase-amphibole gneisses in Mingshashan area are 560C at 5.5kbar for the M1 stage, and 632 to 669 C at 11.5kbar for the metamorphic peak M2 stage, 587 to 601 C at 4.34.4kbar for the retrograde M3 stage, respectively, manifesting the metamorphic grade between the upper amphibolite facie

8、s and granulite facies. The garnet-bearing plagioclase-amphibole gneiss recorded typical clockwise P-T path involving nearly isothermal decompression (ITD) segments. This study on metamorphism of the Dunhuang region suggests that the area was once in the continental collision environment, and experi

9、enced a rapid uplift of the crust, thereafter.Key words: Dunhuang rock group; Garnet-bearing plagioclase-amphibole gneiss; The evolution of metamorphism; Metamorphic P-T path; Thermometer and barometer目 录甘肃敦煌地区敦煌岩群变质作用演化的初步研究1Preliminary study on the metamorphic evolution of Dunhuang Rock Group, Dun

10、huang region, Gansu Province1第1章 引 言1第2章 区域地质背景22.1 区域岩石地层概况22.2 区域构造特征22.3 年代学研究3第3章 野外地质特征53.1 岩石地层特征53.2 构造特征6第4章 岩相学特征84.1 含榴黑云斜长片麻岩84.2 含榴斜长角闪片麻岩84.3 石榴石黑云母片岩9第5章 矿物化学成分特征115.1 含榴基性片麻岩类115.1.1 含榴黑云斜长片麻岩115.1.2 含榴斜长角闪片麻岩125.2 石榴石黑云母片岩12第6章 变质作用P-T轨迹206.1 矿物温度计与压力计206.2 变质作用P-T轨迹216.3 P-T轨迹与大地构造意

11、义22结 论23致 谢24参考文献25第1章 引 言中国主要由三个前寒武克拉通 (华北克拉通，华南克拉通以及塔里木克拉通)沿着显生宙的造山带互相拼合在一起 (Lu et al., 2008)。三个克拉通之中，华北克拉通 (NCC) 的研究相对成熟。虽然关于NCC一些构造-热事件的证据仍然存在争议，但是部分前寒武的构造事件都得到普遍认可：(1) NCC东部古老陆核的形成揭示了古太古代-始太古代大陆地壳的存在 (Liu et al., 1992)；(2) Nd和锆石Hf同位素数据表明，陆壳生长的主要阶段发生于距今2.72.8 Ga (Zhai and Santosh, 2011)；(3) 克拉通化

12、发生于距今2.5 Ga (L et al., 2012)；以及(4) 古元古代俯冲-增生-碰撞构造事件发生于距今1.951.82 Ga (Zhao et al., 2002, 2004, 2005)。而华南克拉通 (SCC，扬子+华夏地块) 与NCC在晚三叠世最终碰撞 (Hacker and Wang, 1995; Li et al., 1993) 之前经历了不同的演化过程。华南克拉通的基岩以夹杂了太古代陆核的元古代岩石为主。塔里木克拉通(TC)覆盖了约600,000平方公里的区域，中心区被沙漠掩盖，只在其边缘可见露头。塔里木克拉通北接天山山脉、南临西昆仑山脉、阿尔金山脉和祁连山脉。该克拉通古

13、老变质基底主要出露于塔里木盆地边缘，即盆地东北缘的库鲁克塔格地区 (Shu et al., 2011)、盆地东南缘的阿尔金山-敦煌地区、盆地西南缘的铁克里克-西昆仑地区、盆地西北缘的阿克苏-柯坪地区 (张建新等, 2011)。在阿尔金山东端阿克塔什塔格地区古老花岗片麻岩中发现了3.61Ga的锆石，这是塔里木克拉通存在始太古代基底的重要证据 (李惠民等, 2001)。此外，阿克塔什塔格地区还发现有2.6Ga的花岗质片麻岩 (辛后田等, 2011)。塔里木克拉通可能经历了Columbia超大陆和Rodinia超大陆聚合事件，以及Rodinia超大陆的裂解事件 (Shu et al., 2011)。

14、敦煌变质杂岩出露于塔里木盆地东南缘(图1)。一些学者认为敦煌地块是塔里木克拉通的结晶基底，也有学者认为敦煌地块地质演化史与华北克拉通类似 (Zhang et al., 2013)。敦煌地块的大地构造归属，目前还不明确。从变质作用演化的角度，深入解剖敦煌变质杂岩区的变质演化过程，希望通过研究能够为理解塔里木克拉通基底的演化提供详实可靠的变质地质学方面的资料。基于此，本文研究拟通过野外和室内的各项研究工作对更好地解释敦煌地块的归属问题提供科学依据。 Zhang JX, Yu SY, Gong JH et al., 2013. The latest Neoarchean-Paleoproterozo

15、ic evolution of the Dunhuang block, eastern Tarim craton, northwestern China: evidence from zircon U-Pb dating and Hf isotopic analyses. Precambrian Research, 226: 214228第2章 区域地质背景敦煌地块位于塔里木盆地的东南缘，其北与库鲁克塔格地块、北山-阿拉善地块相邻；由图1所示敦煌地块西北部为左旋的且末-星星峡断裂 (目前关于该断裂的性质等尚未达成共识)，西南方向为巴什考贡断裂，位于其南边的则为左旋阿尔金断裂。敦煌地块受断裂构造

16、的控制十分明显，有待更为深入的研究。图1 敦煌及其邻区地质构造略图(据孟繁聪等，2011，有删改)1-前寒武纪陆块；2-早古生代缝合带3-大型走滑断裂4-断裂2.1 区域岩石地层概况敦煌地区出露的古老变质杂岩，1938年最初被孙健初命名为 “敦煌群”，是经受强烈构造变形-变质作用改造的复杂岩石单元组合。由于此前缺乏精确的年代学资料，敦煌变质杂岩被笼统地归属于“前长城系”古老变质岩系 (甘肃省区域地质志, 1989)。区内灰色片麻岩类广泛出露，占该区变质岩石出露面积的一半以上。区内出露有变质碎屑岩、变质泥质岩、变质泥灰岩、变质碳酸盐岩、变质基性火山岩、变质花岗岩类等变质岩石 (陆松年, 2002

17、)。除个别地区副变质岩类较大面积出露外，其他地区的副变质岩类 (包括孔兹岩系)呈条带状或透镜体状，断续分布于灰色片麻岩中 (梅华林等, 1998; 许敬龙等, 1997; 于海峰等, 1998b)。2.2 区域构造特征本地区在大地构造上处于塔里木盆地东南缘，大型断裂主要为其南部的左旋阿尔金断裂 (部分学者认为古阿尔金断裂为右旋性质，据于海峰等，1998a)。北部主要为甘肃北山一带，其岩石构造和敦煌地区有着许多相似之处。鸣沙山一带的三危山断层被认为是活动断层 (张裕明等, 1989)，诸如此处的大小断层在本区还见有不少，在地貌上，根据现有资料推测鸣沙山-三危山、东巴兔山与肃北石包城-红柳峡一带构

18、成的为受正断层控制的地堑构造(盆岭地貌)。2.3 年代学研究目前已有一些年代学数据表明，敦煌地区大面积出露的花岗岩类、花岗片麻岩类，是形成于前寒武纪期间的古老岩石。例如，在其中包裹有斜长角闪岩等变质岩石的石包城英云闪长岩体中，测得了2.67Ga的岩浆锆石U-Pb年龄 (梅华林 等, 1998)。此前，李志琛 (1994) 测得红柳峡一带斜长角闪岩全岩Sm-Nd等时线年龄3.49-2.94Ga、掉石沟一带斜长角闪岩全岩Sm-Nd等时线年龄2.95Ga。许敬龙 (1997) 测得鸣沙山斜长角闪岩Sm-Nd等时线年龄介于1.83-1.71Ga之间。孟繁聪等 (2011) 测得多坝沟含榴黑云斜长片麻岩

19、中变质锆石U-Pb年龄介于1.64-0.46Ga之间、三危山含榴黑云斜长角闪片麻岩中变质锆石U-Pb年龄介于0.45-0.42Ga之间。Zong et al (2012)在榆林窟附近发育白眼圈后成合晶的高压麻粒岩中，测得变质锆石U-Pb年龄约为0.44-0.43Ga。在石包城水峡口基性麻粒岩中，测得了1.85Ga的变质锆石年龄(Zhang et al., 2012)。张志诚等 (2009) 测得党河水库TTG岩体的岩浆锆石U-Pb年龄为0.44Ga，李建锋等 (2010) 测得石包城片麻状花岗岩体的岩浆锆石U-Pb年龄为0.435Ga。最近，在阿尔金断裂以北、石包城-好布拉一线出露的基性麻粒岩

20、及长英质片麻岩中，还测得了约为1.85-1.82Ga的变质年龄 (Zhang et al., 2013)。此外，亦见有2.5Ga的变质锆石年龄信息 (Zhang et al., 2013)。上述地质年代研究表明，敦煌变质杂岩区存在着约1.83Ga、约1.64Ga、约0.43Ga等至少三期热事件，有的热事件还伴随有岩浆事件。这几个时段的地质事件的意义特别值得进一步研究和明确。本文所述的敦煌地区，构造位置位于阿尔金断裂以北、三危山断裂以南；地理位置位于敦煌-瓜州 (安西) 公路以南、即多坝沟-敦煌-瓜州一线的低山区和戈壁区。本次的研究重点位于鸣沙山三危山绵延长度约200km的变质杂岩区 (图2)。

21、图2 敦煌地区地质简图本文拟通过野外、镜下对变形构造、变质反应结构、变质矿物组合以及变质作用P-T轨迹的综合分析对敦煌地区敦煌岩群的变质作用演化进行初步的研究，为后期进一步对敦煌地块的归属问题的研究提供科学依据。第3章 野外地质特征敦煌处于西北沙漠与戈壁滩地区，气候十分干旱，区内沟壑较多，加之强烈的蒸发作用 (张明泉等，2009)，使得本区的物理风化十分严重，新鲜的岩石露头较少。本次研究主要对鸣沙山-三危山进行了近南北向的路线穿越考察，现将实地观察的地质现象叙述如下。3.1 岩石地层特征研究区的总体岩石为古老的变质杂岩，出露有片麻岩、片岩、大理岩等变质岩，以及少量的侵入体。侵入岩体有花岗岩、闪

22、长岩以及辉绿岩墙等。地层据前文的背景资料主要为前寒武系，在其周围主要为第四系的戈壁和沙漠。其中，变质杂岩分布于整个敦煌地区，辉绿岩墙、花岗岩侵入体等主要分布于多坝沟以东的断裂以及三危山众断裂经过之处。侵入体的展布也与断层的走向相一致，很可能与这些断裂构造密切相关。鸣沙山自西向东，变质杂岩主要由变质程度较高的含石榴石的片麻岩、麻粒岩到中部的黑云母片岩、斜长角闪岩，东部以变质程度较低的大理岩、绿片岩为主。在鸣沙山西段的多坝沟进行的路线穿越调查中，由南向北出露了黑云母石英片岩、斜长片麻岩、大理岩和含榴黑云斜长片麻岩，返回途中还见有斜长角闪岩及角闪片麻岩。本路线的片理、片麻理走向为近南北向，推测受到近

23、东西向的挤压形成。在三危山观音沟处，由北东往南西出露了黑云斜长片麻岩、花岗片麻岩、未变质变形的花岗岩、蓝晶石黑云母片岩、石榴石角闪片麻岩等岩石。其中，片麻岩的片麻理、片岩的片理走向都为近东西向，推测为受到南北向挤压而成，与多坝沟明显不同。在观音沟沟口的断裂带旁的角闪片麻岩中见具有白眼圈结构的石榴石，断层带内部发育碎裂岩。在鸣沙山东端的西金矿厂旁的山沟出露了花岗岩、大理岩、绿片岩、石英闪长岩等岩石，其中的变质岩变质程度较低。此外在鸣沙山东部的多条未知名的山沟出露有大量的花岗片麻岩、二长花岗岩、大理岩以及辉绿岩墙，在其西段的大红山则出露了花岗片麻岩、角闪片麻岩。综合研究区的总体岩石特征，可以初步推

24、断敦煌地区的东部在深部变质岩被剥露地表的过程中，可能有两种情形：一是鸣沙山以西的地区原本的变质深度就大于东部，造成同幅度抬升至地表时的变质程度东西差异；二是敦煌地区原本的变质深度大致相同，但后期抬升至地表的过程中，东部抬升幅度较小，所以未见有与西部同等变质程度的岩石。在整个路线考察中，采集的较好岩石为三危山观音沟的样品G31含榴黑云斜长片麻岩与G34-36含榴斜长角闪片麻岩以及采自鸣沙山西段多坝沟的样品G49石榴石黑云母片岩(图3)。3.2 构造特征研究区内的构造以断裂构造为主，也可见部分小型褶皱，但褶皱由于受到后期改造，因此野外现象有时不太明显。对于断裂构造，鸣沙山-三危山一带主要以走向为近

25、东西向和北东-南西向的断裂为主，部分为北西-南东走向(见图2)。在敦煌东南有一条三危山断层，北东-南西向展布。据前人研究(张裕明等，1989)，该断层为一继承性的第四纪活动断层，前第四纪时期断层以左旋平移运动为主, 第四纪早、中更新世则以倾滑逆冲运动为主, 在规模和程度上前者较后者大。断层的运动特性以粘滑为主兼有少量蠕滑。晚更新世以来, 断层停止了活动, 代之以三危山地区的间歇性区域抬升运动。晚更新世早期, 三危山地区处于一强烈抬升阶段, 晚期则为一相对稳定的堆积阶段；全新世以来又以区域抬升运动为其特征。山体各段所在地区的构造抬升速率有明显差异, 总体上有西段强, 东段次之, 中段弱的趋势。该

26、特点也与鸣沙山东西段变质程度的差异相吻合，虽然该断层活动的时代和变质杂岩抬升至地表的时代可能不同时，但是至少可以说明在敦煌地区，其西部的地壳活动性要比其东部的强一些。同时，在三危山观音沟的沟口可见明显的擦痕，断层面近于直立，带有正断层和平移断层的双重特征。鸣沙山西段多坝沟乡至崔木土沟一线也见有走向近北东-南西向的断裂构造，但是野外露头不明显，对于其性质还需要后期进一步考察。此外，在敦煌以南的红柳峡南端，可以见到阿尔金断裂。阿尔金断裂为一左旋平移断层，具有线性与弧形相叠加的几何学特征及强烈的时空不均一性,同时具有逆冲、左行走滑和正滑复杂力学性质的巨型断裂系。走滑作用和正滑作用的主要时期分别为白垩

27、纪-新生代和上新世-第四纪，阿尔金断裂的形成与其两侧地块的强烈不均一变形阿尔金山腹地以收缩变形为主, 祁连地块以逆冲扩展为主有关, 它经历了分段破裂、逐段连接和逐渐扩展的动力学过程, 其形成与祁连地块中的上叠式逆冲序列和青藏高原隆升同步, 随着自南而北逆冲扩展和青藏高原隆升的不断加剧, 阿尔金断裂北东端点往北东方向扩展, 南西端点往南西方向生长, 这一运动学过程持续至今(崔军文等，2001)。研究区位于阿尔金断裂北部，区内的较大型的断裂与阿尔金断裂的走向也近于一致。虽各断裂的形成时代可能有所不同，这样的一致性似乎也说明敦煌地区在大地构造方面的受力情况和方式很可能未随时代变迁而有剧烈的变化，对构

28、建整个研究区的框架提供了很好的研究方向。图3 典型岩石野外露头(a)-样品G31野外露头照片; (b)-样品G3536野外露头及断层照片; (c)-样品G49野外露头照片; (d)-样品G35、36采样点断层碎裂岩第4章 岩相学特征敦煌地区较典型的变质岩为含榴黑云斜长片麻岩、含榴斜长角闪片麻岩和石榴石黑云母片岩，均表现为明显的斑状变晶结构，变斑晶为石榴石，部分样品保留了三期矿物组合，后期蚀变较为严重。各样品的显微岩相照片见图4。4.1 含榴黑云斜长片麻岩含榴黑云斜长片麻岩典型样品为G31，采自三危山观音沟。可见石榴石黑云斜长片麻岩，其北部为TTG岩体，最宽处约45m，长约20m，向东西两侧尖灭

29、。斜长片麻岩中含有大量石榴石 (粒度0.51.5cm)，发育白眼圈结构。片麻理产状：20055 (见图3-a)。此处还见有花岗片麻岩，与斜长片麻岩的片麻理一致，推测其为变形之前侵入样品G31所在岩层，后期在同一构造应力下形成。此外，还见有一穿切片麻理的为变形的花岗质岩脉，可以其进行测年限定片麻理形成的年龄上限。镜下岩石具斑状变晶结构，基质由黑云母断续定向排列呈片麻状。变斑晶为石榴石，粒径在25mm之间，具筛状变晶结构或者残缕结构。基质中的石英主要为粒状石英，具明显的波状消光。可大致识别出三期矿物组合：(1)早期矿物组合 (M1) 由石榴石核部及其内部包裹体矿物 (Grt1+Bt1+Qtz) 组

30、成；(2)峰期矿物组合 (M2) 主要由石榴石和基质矿物 (Grt2+Pl2+Hbl2+Bt2+Qtz) 组成；(3)退变质阶段矿物 (M3) 主要变现为石榴石边部的后成合晶矿物，以Hbl3+Pl3+Bt3+Qtz为主。根据上述的矿物组合推测不同变质阶段发生如下变质反应。进变质矿物组合(M1)转变为峰期矿物组合(M2)： Grt1+Bt1+QtzGrt2+Pl2+Hbl2+Bt2+Qtz变质高峰期(M2)到退变质阶段(M3)： Grt2+Pl2+Hbl2+Bt2+QtzHbl3+Pl3+Bt3+Qtz 4.2 含榴斜长角闪片麻岩含榴斜长角闪片麻岩典型样品为G35、G36，采自三危山观音沟沟口，

31、为三危山断裂所经之处，断层带的碎裂岩清晰可见(图3-b,c)。碎裂岩宽0.5m，角砾大小不一，成分主要为长英质岩石。可见碎裂岩面理产状32569 (可能受断层的影响，发育X型共轭节理)。断层产状：倾向290340，倾角6974。TTG中发育似层状或透镜状角闪片麻岩，宽度约58m，围岩中可见角闪岩成分的无根褶皱。含有大量石榴石，发育石榴石白眼圈结构。样品G35镜下具斑状变晶结构，变斑晶为石榴石，颗粒大小不一，大的可达810mm，小的为12mm，多发育显著的“白眼圈”结构。基质主要为角闪石、斜长石，少量已经发生退变的单斜辉石。三者均表现出解理弯曲(有的甚至呈直角)的特征，为后期韧性变形的结果。石英

32、含量较少，多呈细粒状充填于角闪石和斜长石颗粒之间。此外还见有部分微斜长石，格子双晶十分明显。部分石榴石颗粒可见三期矿物组合：(1) 早期矿物组合 (M1) 由石榴石核部及其内部包裹体矿物 (Grt1+Pl1+Qtz)组成；(2) 峰期矿物组合 (M2) 主要由石榴石和基质矿物(Grt2+Hbl2+Pl2+Qtz)组成；(3) 退变质阶段矿物 (M3) 典型代表是Hbl3+Pl3+Qt组合构成的放射状细粒交生结构，即“白眼圈”状的后成合晶。样品G36镜下具斑状变晶结构，变斑晶为石榴石，颗粒较大，多大于5mm，有的甚至超过1cm。部分石榴子石变斑晶发育“白眼圈”结构。基质主要为角闪石、单斜辉石和斜

33、长石，少量斜方辉石。石英含量较少，多呈细粒状充填于角闪石、辉石和斜长石颗粒之间。此外还见有部分钾长石，可见三期矿物组合：(1) 早期矿物组合 (M1) 由石榴石核部及其内部包裹体矿物 (Grt1+Pl1+Hbl1+Qtz) 组成；(2)峰期矿物组合 (M2) 主要由石榴石和基质矿 (Grt2+Cpx2Opx2+Hbl2+Pl2+Qtz) 组成；(3)退变质阶段矿物 (M3) 由Hbl3+Pl3+Qtz组合构成的交生状后成合晶。根据上述的各阶段矿物组合推测不同变质阶段发生如下变质反应。进变质矿物组合(M1)转变为峰期矿物组合(M2)： Grt1+Pl1+Hbl1QtzGrt2+Cpx2Opx2+

34、Hbl2+Pl2Qtz变质高峰期(M2)到退变质阶段(M3)： Grt2+Hbl2 +Cpx2Opx2+Pl2Pl3+Hbl3Qtz 4.3 石榴石黑云母片岩石榴石黑云母片岩典型样品为G49，采自鸣沙山以西的多坝沟。在野外，根据岩石发育片麻理构造命名为泥质片麻岩(图3-d)，后经过镜下鉴定，最终定为石榴石黑云母片岩，宽约6.5m，片麻理产状14545，厚度约3m。在野外露头可以见到石榴石变斑晶周围的黑云母呈塑形流变的现象。此外可见白色的石英脉体与片理的方位一致。镜下岩石具斑状变晶结构，基质由黑云母定向排列呈片状。石榴石变斑晶多与后期矿物有反应关系，部分颗粒可见粒度极小的包裹体。基质中的浅色矿物

35、主要为粒状石英，边部有的具锯齿状。本样品的矿物成分主要为石榴石、石英、黑云母、斜长石，还有磷灰石等副矿物。部分石榴石变斑晶可以大致识别出3个阶段的变质矿物组合：(1) 早期矿物组合 (M1) 由石榴石核部及其内部包裹体矿物 (Grt1 +Bt1+Qtz) 组成；(2)峰期矿物组合 (M2) 主要由石榴石XMn最低的“边部”和基质矿物 (Pl2+Qtz+Bt2) 组成；副矿物以粒间、基质矿物包裹体方式产出；(3) 退变质阶段矿物 (M3) 主要变现为石榴石边部的后成合晶矿物，以Pl3+Bt3+Qtz为主。不同变质阶段可能发生如下变质反应：进变质矿物组合(M1)转变为峰期矿物组合(M2)：Grt1

36、+Bt1+Pl1+QtzGrt2+Bt2+Pl2变质高峰期（M2）到退变质阶段（M3）：Grt2+Bt2+Pl2Pl3+Bt3+Qtz图4 敦煌地区典型变质岩样品显微照片(a)-样品G31各阶段矿物组合；(b)-样品G35各阶段矿物组合；(c)-样品G36各阶段矿物组合；(d)-样品G49各阶段矿物组合；M1：进变质矿物组合；M2：峰期矿物组合；M3：退变质矿物组合；Line：石榴子石剖面线；Sh13：石榴子石边部矿物成分分析短线第5章 矿物化学成分特征矿物成分数据在中国地质科学院矿产资源研究所矿物学与微束分析实验室利用电子探针仪JXA-8230测试获得。工作条件：测试电压15kV，测试电流2

37、0nA，电子束斑直径一般采用5m，对于石榴石内部包裹体，则采用直径为1m的束斑进行测试。本文共计测试4个探针片，357个探针点。对同一地点的同一样品，需要测试同阶段同种矿物的不同颗粒，这些颗粒应分布于视域的不同方位(四个主要方向)，对单个矿物颗粒应当测试23个探针点；对于同一视域内的矿物组合而言，尤其是基质的矿物组合，若选择的视域中未见到完整的矿物组合，可以在视域外的基质中找到相应的矿物进行测试。对于较小的包裹体矿物或后成合晶矿物，有时只能测试12个探针点，此时尽量选择多个颗粒进行测试。样品主要造岩矿物的代表性电子探针分析数据和相应的离子数见表14。具体矿物化学特征表述如下。5.1 含榴基性片

38、麻岩类5.1.1 含榴黑云斜长片麻岩石榴石 石榴石以铁铝榴石为主，富钙铝榴石，少量镁铝榴石，另外还有微量的锰铝榴石组分。观音沟的斜长片麻岩中的石榴石中的环带发育不明显或者不发育环带。样品G31的石榴石成分剖面见图5a。斜长石 斜长石在不同阶段的矿物组合中成分有所差异。基质M2中的斜长石Al相对M3矿物中的斜长石而言含量略低，而后者的Si含量则相对较低。其余的各种成分差别不大。此外，G31样品中的斜长石几乎都为中长石(An=3543)。角闪石 角闪石既是G31样品的基质M2造岩矿物，也是构成晚期后成合晶M3的主要矿物。基质M2中的角闪石成分较为均一，与M3矿物相比Mg和Fe的含量略高。后期的角闪

39、石的成分差别也不大。黑云母 黑云母在样品G31基质中的含量约为5%，多分布于石榴石颗粒周围。基质M2中的黑云母与M3中的黑云母相比成分相差不大，只是后者Fe含量略高。而石榴石包裹体中的黑云母的Mg含量相比前两者略高。其他矿物 基质中见有磁铁矿和其他金属矿物，部分石榴石周围可见榍石、磷灰石。5.1.2 含榴斜长角闪片麻岩石榴石 石榴石在本类的两个样品G35、G36中的成分变化不大，同时石榴石包裹体附近的成分相比于石榴石边部的成分而言Al含量略低，样品G36中的部分核部与边部相比Mn含量略高。这与G35中的Mn含量相对均一明显不同。由于G35、G36样品地处断层带附近，在后期出露地表后的蚀变比较严

40、重，因此未能够找到合适的石榴石进行剖面成分测试，但就核部与边部的成分来看出现石榴石环带的可能性不大。角闪石 角闪石在两个样品中的成分也相差不大，在G35中未见到石榴石中的角闪石包裹体。基质M2中的角闪石成分相对于后成合晶M3中角闪石而言，Al、Fe含量略低，Mg含量略高，其余各成分都变化不大。对于G36，除了上述的特点之外，其基质M2中的Mg含量最高，后成合晶M3中的角闪石次之，石榴石包裹体M1中的角闪石含Mg最低。斜长石 斜长石的成分变化较大，尤其以Ca、Na的含量变化为主。G35中的Ca、Na变化相对较小，但都以Na含量大于Ca为特征(An=2030)。G36中的斜长石多为奥长石，部分中长

41、石(An=1837)；Ca、Na变化相对较大，尤其是石榴石包裹体中的斜长石，有个别的成分甚至已经接近钠长石。单斜辉石 单斜辉石在样品G36还有所保留，样品G35中未见有成分特征明显的单斜辉石，推测是已完全退变为角闪石，G35中的蚀变情况比G36严重也支持这一推断。G36中的单斜辉石见于基质矿物中，各种化学成分都较为均一，只有部分发生了轻微的帘石化。斜方辉石 也只见于G36样品基质中，含量比单斜辉石少，成分变化不大。其他矿物 基质中见有磁铁矿、钛铁矿等金属矿物，榍石通常分布于石榴石颗粒周围和裂隙中。5.2 石榴石黑云母片岩多坝沟的黑云母片岩的石榴石略发育进变质环带 (见图5b)，Fe/(Mg+F

42、e)、XMn 增加的现象，揭示退变质反应的发生。部分石榴石中较好地保留了早期阶段矿物组合，各阶段的黑云母的成分都相差不大。对于斜长石而言，石榴石包裹体中的早期斜长石多与退变质阶段沿裂隙进入的矿物混合，因而其数据不能被采用，下一章的样品G49的温度压力未能计算也基于此；基质M2和退变质阶段的斜长石多以奥长石为主(An=2230)。综上所述，对于不同的变质作用阶段，矿物的成分或多或少都会有所变化。这也就显示出从石榴石包裹体代表的早期变质阶段，至峰期的基质矿物形成阶段到后成合晶的形成阶段，变质矿物的成分在不断改变，反映出变质作用P、T条件对岩石不同阶段矿物组合和矿物化学成分的控制。但是对于每一个阶段

43、的矿物来说，其成分都相对比较均一。说明退变质阶段对峰期矿物的影响也只局限于M2、M3的接触部位，对矿物内部的成分几乎没有改变，峰期矿物组合中的矿物成分仍然能够保持热力学平衡；同样的，在退变质阶段，后成合晶中的矿物成分显示的微小变化，说明退变质反应也是在接近热力学平衡的条件下发生的。但是个别M3矿物成分变化较大，说明其退变质反应并未处于热力学平衡条件，可能受到了后期蚀变的影响。图5 含榴黑云斜长片麻岩和石榴石黑云母片岩的石榴石变斑晶化学成分剖面(a)-三危山观音沟样品G31含榴黑云斜长片麻岩石榴石化学成分剖面;(b)-多坝沟样品G49石榴石黑云母片岩石榴石化学成分剖面表1敦煌鸣沙山一带典型变质岩

44、G31电子探针分析数据(wt%)和相应的离子数G31进变质矿物组合(M1)基质矿物组合(M2)退变质矿物组合(M3)矿物Grt1Bt1Grt2Bt2Grt1Hbl1Pl1Grt2Hbl2Bt2Pl2Grt3Hbl3Bt3Pl3BtHblPl点数n=2n=2n=3n=3n=9n=6n=3n=3n=3n=3n=2n=3n=3n=2n=4n=8n=6n=1SiO2 37.6537.2237.5536.1837.7541.8057.4337.8041.9036.5455.4737.8841.8836.1856.3235.8241.5057.65TiO2 0.152.320.081.790.090.70

45、0.050.050.741.690.030.070.651.720.021.310.570.00Al2O3 21.9217.4821.6817.4321.9315.4927.1822.1414.9918.4328.7022.0014.8017.9227.9918.4515.0526.73FeO 26.2918.2725.6219.1425.7517.300.0526.0417.6919.880.3326.5617.3120.370.2321.1118.310.36MnO 0.970.070.580.080.680.210.010.750.260.120.030.800.200.110.010.

46、130.250.01MgO 2.7811.052.8210.553.318.400.003.038.159.820.023.098.449.660.009.507.400.00CaO 10.410.0411.720.0510.3811.467.7910.5811.600.048.8210.4611.720.048.670.0511.587.41Na2O 0.090.210.050.150.091.257.220.051.130.226.030.041.200.286.660.121.227.48K2O 0.019.260.029.310.151.290.110.001.279.130.690.

47、001.239.060.098.921.040.11ZnO0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Cr2O3 0.000.010.020.020.000.000.000.010.020.040.020.020.010.010.020.020.010.00NiO 0.000.000.000.010.000.000.000.010.020.030.000.020.000.000.000.020.010.00Total 100.2795.94100.1494.68100.1697.9299.851

48、00.4597.7695.93100.15100.9597.4595.37100.0095.4696.9499.75Si2.962.792.952.772.956.222.572.966.262.762.502.956.282.762.532.746.282.59Ti0.010.130.000.100.010.080.000.000.080.100.000.000.070.100.000.080.060.00Al2.031.542.001.572.022.721.442.042.641.641.522.022.611.611.481.662.681.42Fe 2+1.671.011.581.0

49、81.611.111.661.221.111.661.091.151.191.25Fe 3+0.060.130.100.140.091.050.000.050.990.150.010.081.080.150.010.161.070.01Mn 0.060.000.040.000.050.030.000.050.030.010.000.050.020.010.000.010.030.00Mg 0.331.230.331.200.391.860.000.351.821.100.000.361.891.100.001.081.670.00Ca 0.880.000.980.000.871.830.370

50、.891.860.000.430.871.880.000.420.001.880.36Na0.010.030.010.020.010.360.630.010.330.030.530.010.350.040.580.020.360.65K 0.000.890.000.910.010.250.010.000.240.880.040.000.230.880.000.870.200.01Zn0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Cr0.000.000.000.000.000.000.000.000

51、.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Ni 0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Total 8.007.778.017.818.0115.505.028.0015.487.785.038.0115.517.805.027.8015.485.03表2敦煌鸣沙山一带典型变质岩G35电子探针分析数据(wt%)和相应的离子数G35进变质矿物组合(M1)基质矿物组合(M2)退变质矿物组合(M3)矿物Grt1Pl1Grt2Pl2Grt1Hbl1Pl1Grt2H

52、bl2Pl2Hbl1Pl1Hbl2Pl2点数n=2n=2n=2n=2n=3n=5n=2n=3n=2n=1n=4n=2n=2n=1SiO2 37.3663.3137.5261.1137.8442.9859.5537.7347.3659.8938.2260.6240.8261.61TiO2 0.070.010.000.030.071.070.020.140.400.070.210.020.340.00Al2O3 21.8323.3521.9323.9322.2513.1924.9922.137.6524.8118.6424.8715.2824.52FeO 22.340.6022.270. 3722

53、.8811.300.1822.1912.460.1515.980.5815.540.28MnO 1.640.021.790.021.790.080.011.350.100.010.110.000.120.00MgO 3.120.003.190.013.4112.480.002.9313.720.017.250.109.180.00CaO 12.584.0112.214.8312.0211.776.2313.4312.275.9411.645.7911.575.55Na2O 0.119.270.108.480.111.647.820.121.067.861.887.951.898.36K2O 0

54、.010.140.000.070.010.820.080.010.320.070.810.340.760.07ZnO0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Cr2O3 0.010.000.040.000.010.030.020.030.010.010.050.020.040.02NiO 0.010.010.000.020.010.030.000.020.000.040.010.020.010.00Total 99.07100.7299.0598.86100.3995.4198.90100.0695.3498.8594.80

55、100.2995.56100.40Si2.942.792.952.742.946.412.682.947.032.695.882.696.202.72Ti0.000.000.000.000.000.120.000.010.040.000.020.000.040.00Al2.031.212.041.262.042.321.332.031.341.313.381.302.741.28Fe 2+1.381.401.400.071.360.530.370.32Fe 3+0.100.020.070.010.091.340.010.091.020.011.690.021.660.01Mn 0.110.00

56、0.120.000.120.010.000.090.010.000.010.000.020.00Mg 0.370.000.370.000.402.780.000.343.040.001.660.012.080.00Ca 1.060.191.030.231.001.880.301.121.950.291.920.281.880.26Na0.020.790.020.740.020.480.680.020.300.690.560.680.560.72K 0.000.010.000.000.000.160.000.000.060.000.160.020.150.00Zn0.000.000.000.00

57、0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Cr0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.010.000.000.00Ni 0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Total 8.015.018.005.008.0115.565.008.0115.334.9915.675.0115.645.00表3敦煌鸣沙山一带典型变质岩G36电子探针分析数据(wt%)和相应的离子数G36进变质矿物组合(M1)基质矿物组合(M2)退变质矿物组合(M3)矿物Grt1Hbl1Pl1Grt2Hbl2Pl2Grt1Cpx1Hbl1Pl1Grt2Hbl2Opx2Pl2Hbl1Pl1Hbl2Pl2点数n=3n=1n=2n=2n=1n=1n=6n=5n=6n=6n=3n=3n=3n=2n=4n=3n=5n=8SiO2 37.4041.8958.4737.4841.9657.9038.2851.7842.9661.2938.2544.2952.2262.9941.4359.3241.0359.84TiO2 0.060.600.040.100.600.000.06