东天山三条高压变质带地质特征和流体作用

摘要

微板块活动边缘常常产生高压变质作用,我们在东天山地区发现了三条高压变质带,分别出露在南天山北缘、中天山北缘和北天山南缘的早古生代至晚古生代地层中,它们是天山微板块多期次俯冲-碰撞-拼贴作用的产物.南天山北缘铜花山高压变质带中有不同变异的蓝闪石类高压矿物,蓝闪石Ar40/Ar39同位素测定为360Ma年龄,而在同一带的西部的榆树沟有C型和B型的榴辉岩分布.中天山北缘乌斯特沟-米什沟高压变质带中发现了青铝闪石,同一阶段生成的多硅白云母为345Ma 的年龄;北天山南缘后峡高压变质带中以出露在石炭世地层中钠闪石和多硅白云母为特征,三条高压变质带均经历过三个变质-变形作用阶段:①高压变质;②退变质;③韧性-脆性变质变形作用.流体活动与微板块构造作用密切相关,不同构造阶段有不同的变质-变形作用和矿物-流体反应:①高压变质作用阶段:微板块碰撞阶段产生不同的进变质作用,主要发生脱挥发组分的矿物反应,含水矿物转化成无水或少水矿物.南天山北缘有两次微板块与洋壳碰撞-俯冲作用,第一次碰撞-俯冲的热力学条件是:中-高温、高压和埋藏深度较大(540～720℃, 0.92～1.29GPa, 35～>50 km),导致榴辉岩的生成,除了大量挥发组分逸出以外,另有不少熔体产生,变质矿物以捕获大量熔体和少量气-液流体包裹体为特征;伴随碳酸盐的脱碳反应所产生的CO2流体,常常与水一道富集于石英分凝脉中.第二次碰撞为中低温、中高压和中埋藏深度环境(350～460℃, 0.5～0.72GPa, 19～27km),以蓝闪-绿片岩为代表.它们以富含CO2和H2O不混溶高密度的流体为特征,CO2成分可能来自地幔,或者围岩反应释放出来的CO2+H2O流体,其中H2O加入蓝闪石分子之中,剩余的CO2通过剪切压裂作用进入蓝闪石解理中和石英颗粒、亚颗粒间隔之中.流体中部分CO2和H2O以OH、H2形式进入到多硅白云母的晶格中去,部分为共生石英等矿物所捕获;乌斯特沟-米什沟和后峡高压变质带也是中低温、中高压(300～456℃, 0.45～0.71GPa 和 375～480℃, 0.42～0.75GPa)和中埋藏深度环境(17～27 km和16～29 km)..②退变质作用阶段:三个变质带这一阶段均发生在微板块碰撞折返之际,由于高压地体较快隆起,压力迅速回降,(由于)温度产生的延迟效应,使温度降低不大,但是围岩流体沿构造裂隙大量涌入,使变质带产生有许多流体参加的矿物水化反应,产生角闪-绿片岩相为主的矿物组合,辉石水化反应退变为角闪石、斜长石,而释放出Ca2+、Mg2+、和 Cl-、F-离子,从而使水中盐度增高,流体组成为CaCl2(MgCl2)-NaCl-H2O,常常为角闪-绿片岩中矿物组合所捕获,主要形成CO2-H2O和盐水包裹体.其热力学条件是:中温、中压 (350～510℃, 0.22～0.43GPa; 345～500℃, 0.26～0.47GPa 和 340～570℃, 0.28～0.52GPa)和中等埋藏深度(8.5～16 km; 10～18 km and 10.8～20 km).③韧性-脆性变质变形作用阶段:在逆冲构造作用下,已变质的地体抬高到地壳较浅部位,为低温、低压、浅埋藏深度的构造环境:温度: 125～380℃; 150～410℃和175～385℃; 压力: 0.15～ 0.4 Gpa ; 0.08～ 0.33 Gpa 和0.11～ 0.35 Gpa;埋深: 5.8 ～ 15 km; 3 ～ 12.7 km 和 4.2 ～ 13.5 km.由韧性剪切形成的裂隙为近地表流体的循环提供了良好通道,剪切作用常产生脱挥发组分反应,并使流体压入石英颗粒、亚颗粒间隔之间,以捕获CO2-CH4 和CO2-H2O高密度的不混溶包裹体为特征.在近地表构造作用下,温度、压力较低,流体与矿物基本上没有明显化学反应,主要产生脆性变形,产生许多张性、扭性、张扭性裂隙和派生显微裂隙,这是流体聚集、循环流动的良好场所,CO2和低盐度H2O流体呈不混溶流体进入到次生显微裂隙产生封闭和愈合作用,导致自生闭合形成流体包裹体面理(Fluid Inclusion Plane, 简称FIP),捕获有NaCl-H2O和CO2不混溶流体的包裹体组合.三条高压变质带的P-T-t 轨迹表明:它们均为增温升压到迅速减压缓慢降温的顺时针变化路径,揭示了微板块边缘碰撞的高压变质带从迅速埋深继而又快速隆起的构造运动过程.从流体活动和形成热力学条件证实,东天山微板块具有"手风琴"式运动和多旋回的特征.