岩石矿物学杂志(1).pdf

书书书 第 卷第 期 年 月 岩石矿物学杂志 收稿日期 修订日期 基金项目 国科会研究项目资助 作者简介 林宜慧 女在读博士研究生岩石学专业通讯作者蔡金郎 祁连山地区东段马衔山群及其邻区岩石学研究 林宜慧蔡金郎张立飞杨宏仪 北京大学 地球与空间科学学院北京 成功大学 地球科学系台湾 台南 摘要 祁连造山带是中国主要造山带之一大致分为北祁连中祁连南祁连和拉鸡山 个变质区 本文研究的中 祁连地块前震旦纪马衔山群及其邻近的震旦纪地层与奥陶纪地层位于距兰州市东北 处由东向西北依次为 寺儿沟铁成沟天祝三峡森林公园北山国家公园那新沟和岗口子北等剖面 对上述剖面进行的矿物组合微构 造和矿物化学成分研究结果表明马衔山群变质作用过程为峰期角闪岩相变质矿物组合为黑云母 角闪石温压 分别为 和 绿帘角闪岩相变质矿物组合为绿帘石 钠长石 钙质角闪石绿片岩相变质矿物组合 为阳起石 脆绿泥石 方解石 马衔山群的石榴石具生长环带从核心到边缘 含量减少 含量渐增在压力 不变的情况下此种成分变化指示温度的上升核心和边缘的温度分别为 和 钙质角闪石不具化学环带 法定年结果显示角闪岩中角闪石与花岗岩中黑云母的坪年龄分别为 和 反 映了前震旦纪马衔山群在石炭纪受区域变质活动发生再活化作用的下限年龄 震旦纪地层的岩石类型主要为绿片 岩矿物组合为绿泥石 钠长石 赤铁矿 方解石 石英局部受韧性剪切带影响而产生糜棱岩化作用 奥陶纪地 层主要岩石类型为大理岩碳酸盐类矿物主要为方解石和白云石其中除有磷灰石夹层外还有高镁的金云母 关键词 祁连造山带马衔山群温压途径 法定年坪年龄 中图分类号 文献标识码 文章编号 研究区位于兰州市近郊马衔山西北约 处甘肃省地质局 将其定为前震旦纪马衔 山群呈北西南东向分布海拔平均在 以上 本次研究对象主要为前震旦纪马衔山群及其邻近的 震旦纪地层及奥陶纪地层 这些地层大都经过多期 变质和变形作用形成了结晶片岩并发生过不同程 度的混合岩化作用 付学明等提出吕梁运动 结束了马衔山群的沉积并使其受到挤压作用而褶 皱同时由于区域性的热动力变质作用而形成本区 的变质岩吕梁运动后期随着变质作用的增强形成 区域性的混和岩化作用 根据新的研究成果原马 衔山群中存在许多花岗质岩石它们不属于马衔山 群 本文着重对马衔山群及其邻 近地区地层的岩石学变质变形作用和变质温压环 境进行了研究结合氩氩定年的结果以探讨本区的 变质作用演化历史 地质概况 甘肃省地质局第一区域测量队 万永登幅区域地质矿产报告 祁连山脉为中朝古陆西南边缘加里东期的增生 褶皱带即中朝古陆与柴达木古陆间的缝合带 祁 连山由北祁连中祁连南祁连和拉鸡山 个变质区 呈西北西东南东相间分布所组成图 中祁连 变质带的特点为具有递增变质带和多相变质混合 岩化与混合花岗岩等发育王云山等 位于 中祁连隆起带东南的马衔山群以前寒武纪变质岩 为主 马衔山群及祁连造山带的形成年代研究早 期根据岩石组合的区域对比上覆地层年代和同位 素测年认为其形成于古元古代时限为 肖林等 近年研究通过变质火成岩的锆 石 年龄分析和区域地质背景认为其形成于新 元古代时限为 郭进京等 马衔 山群原岩为中基性和中酸性的火成岩泥质岩和粉 砂岩受区域热动力变质作用影响原先的沉积物发 生了变质作用又经历了再结晶变质结晶变质分 异和交代作用并受到各种变形破裂作用的影响 形成了现在的区域变质岩 图 祁连褶皱造山带构造简图 岩石矿物学特征 本次研究的野外采样路线依次为寺儿沟铁成 沟天祝三峡森林公园北山国家公园那新沟和岗 口子北其中除了寺儿沟出露震旦纪地层及少数奥 陶纪地层外其他剖面都属于前震旦纪地层图 经综合观察将各剖面的岩石矿物生长变形条件列 于表 中 寺儿沟剖面 寺儿沟主要为震旦纪地层图 为其路线地质 图出露的岩石有绿泥石片岩绿帘角闪岩千枚 岩白云母石英片岩 绿泥石片岩 主要矿物有斜长石绿泥石石英不透明矿物 方解石白云母和少量榍石 矿物结晶先后顺序以 下角标表示如云母云母 镜下观察发现基质 由不透明矿物绿泥石少量白云母及方解石等多 种矿物组成且顺向排列形成叶理 组成变斑晶的 石英斜长石的排列方向不受基质的顺向排列影 第 期林宜慧等祁连山地区东段马衔山群及其邻区岩石学研究 表 矿物生长变形条件 剖面岩石生长顺序矿物组合温度 压力 附注 寺 儿 沟 绿泥石片岩 绿帘角 闪岩 千枚岩 白云母 石英片岩 白云母 石英 方解石 斜长石 绿泥石 白云母 不透光矿物 方解石 应力作用 石英 斜长石 不透光矿物 阳起石 斜长石 绿帘石 金红石 榍石 绿泥石 白云母 磁铁矿 石英 长石 应力作用 赤铁矿 黄铁矿 石英 长石 白云母 石英 斜长石 应力作用 赤铁矿 黄铁矿 石英 绿片岩相 绿片岩相 铁 成 沟 双云母 片岩 大理岩 白云母 黑云母 石英 应力作用糜棱岩化 白云母 黑云母 绿帘石 绿泥石 石英 长石 透闪石 金云母 应力作用 方解石 白云石 磷灰石 滑石 云母片岩 花岗岩侵入 绿帘角闪岩相 天祝 三峡 森林 公园 石英岩 眼球片 麻岩 角闪岩 石英 奥长石 钠长石 钾长石 绿帘石 磷灰石 阳起石 绿帘石 黑云母 白云母 榍石 绿泥石 钾长石 奥长石 石英 磷灰石 钛铁矿 锆石 应力作用 黑云母白云母钾长石奥长石 石英 黑云母 白云母 绿泥石 角闪石 斜长石 黝帘石 石英 黑云母 应力作用 绿泥石 方解石 绿帘角闪岩相 北山 国家 公园 云母石 英片岩 黑云角 闪石片岩 绿帘角 闪石片岩 石榴黑 云角闪岩 变质玄 武岩 石英 中钠长石 磷灰石 黑云母 白云母 应力作用 绢云母 黑云母 角闪石 斜长石 钾长石 石英 钾长石 榍石 磷灰石 绿帘石 阳起石 脆绿泥石 铁铝榴石 黑云母 角闪石 核 边 斜长石 钾长石 绿泥石 金红石 透辉石 钠长石 绿帘石 钠长石 铁镁钙闪石质普通角闪石 糜棱岩化 玄武岩 绿帘角 闪岩相 岗口 子北 石英岩 花岗岩 石英 斜长石 榍石 角闪石 黑云母 斜长石 黑云母 绿帘石 石英 斜长石 榍石 黑云母 角闪石 绿泥石 绢云母 岩石矿物学杂志第 卷 图 祁连山地区东段马衔山群及其邻近地区地质构造略图 据甘肃省地震局第一区域测量队 寺儿沟 铁成沟 天祝三峡森林公园 北山国家公园那新沟 岗口子北 第四系 白垩纪河口群侏罗系奥陶系震旦系马衔山群断层 甘肃省地质局第一区域测量队 万永登幅区域地质矿产报告 甘肃省地质局第一区域测量队 万天祝幅区域地质测量报告 图 研究区路线地质图 第 期林宜慧等祁连山地区东段马衔山群及其邻区岩石学研究 图 研究剖面中样品显微照片 斜长绿泥石片岩碎斑生长晚于基质寺儿沟 单偏光千枚岩黄铁矿颗粒边缘的应变前缘受到面的控制因素所影响的长英 质矿物生长寺儿沟 正交偏光 大理岩小颗粒的方解石及白云石周围有云母生长铁成沟 正交偏光大理岩滑石因应力 作用而折曲铁成沟 正交偏光 石英岩纤维状阳起石的生长不受石英和长石影响天祝三峡森林公园 正交偏光 眼球状 片麻岩石英和长石变斑具有核幔构造天祝三峡森林公园 正交偏光 云母石英片岩褶皱翼处云母多那新沟 正交偏 光黑云角石片闪岩自形晶的黑云母常与角闪石伴生被包裹于钾长石中那新沟 正交偏光 绿帘角闪石片岩磷灰石榍石 石英和钾长石被包裹于阳起石中那新沟 正交偏光 变质玄武岩透辉石与钠长石占薄片 那新沟 正交偏光石英 岩第一期生成的矿物为石英和现已受蚀变的斜长石之后生长自形晶黑云母和斜长石岗口子北 正交偏光 花岗岩长石颗粒中 包裹绿帘石及黑云母岗口子北 正交偏光 响在其颗粒边缘并没有形成压力影或应变帽 这表示变斑晶的生长时间晚于基质图 变斑晶颗粒边缘不具明显棱角基质顺排呈叶理基 质占总组成的 由此可以推论此绿泥石 片岩在后期受塑性剪切带作用而形成糜棱岩 斜长 石和斜长石的矿物化学成分相似均具有相当高 的钠长石端员成分含量 摩尔分 数 绿泥石为铁绿泥石 绿帘角闪岩 主要矿物有角闪石榍石绿帘石铁绿泥石金 红石和斜长石 角闪石绿帘石和斜长石 种矿物 总含量大于 多为自形半自形晶矿物颗粒排列 不具方向性且相伴出现 由矿物化学分析得知角闪 石成分为阳起石斜长石的钠长石端员成分含量为 摩尔分数帘石端员成分含量 为 薄片中可见含有 金红石包裹体的榍石随机分布部分阳起石退变为 铁绿泥石 千枚岩 主要矿物有长石石英赤铁矿黄铁矿和磁铁 岩石矿物学杂志第 卷 矿 黄铁矿呈自形晶半自形晶在其颗粒边缘的应 变前缘 应变影的一种压力影系由块 状或相等大小的矿物结晶组成若为纤维状则称之 为应变前缘有长英质矿物生长垂直于黄铁矿图 显示在其生长过程中受到面的控制因素影 响 常发生于低度变质岩 中并且应变前缘与黄铁矿之间是个平滑的面应 变前缘张开速率远大于应变前缘长英质的生长速率 镜下观察发现细颗粒的磁铁 矿白云母长石和石英所组成的早期矿物群皆具 方向性排列 大颗粒 黄铁矿中包裹着 在其应变前缘生长的长石和石英 依据 和 对晶体和构造作用的时序关系分类 法可判定本区千枚岩中的黄铁矿长石和石英为 同构造期生长产物或在两次构造期之间生长 最后 生成的赤铁矿在薄片上呈随机分布 白云母石英片岩 白云母石英片岩依据 提出的叶理 型态分类法为不具微劈石 的连续叶理 石英斜长石和白云母的长轴方向多沿单一方向顺 排赤铁矿和黄铁矿在薄片中则略呈顺排且均匀散 布判断其在应力作用之后沿叶理生长与大颗粒 不具方向性排列的石英为同期矿物 铁成沟剖面 铁成沟位于马衔山群的南部剖面穿过奥陶纪 地层直到岩体中部图 中 图 为其路线地 质图出露的岩石类型有双云母片岩角闪石片岩 和大理岩 双云母片岩 主要矿物有钾长石石英斜长石黑云母白云 母绿泥石方解石和少量不透明矿物 基质由动力 再结晶的石英黑云母绿帘石和白云母等矿物组 成这些矿物呈细颗粒且顺向排列而形成叶理 基 质中的黑云母和白云母具有两期不同的生长方向 黑云母和白云母的矿物颗粒平行叶理的方向排 列因此推断黑云母和白云母的生长与构造期同 时 少部分黑云母退变为绿泥石 具高突起的绿帘 石大多出现在黑云母附近与黑云母和白云母 的排列较无方向性推断黑云母绿帘石和白云母 的生长是在构造期之后 由大颗粒石英及长石所 组成的碎斑不具方向性排列部分碎斑中包裹组成 叶理的云母这表示其生长不受构造期影响 角闪石片岩 岩石露头新鲜基本没有风化其特征是出现大 量自形程度很好的的角闪石镜下略呈带状分布角 闪石不具化学环带 大理岩 主要矿物有方解石白云石透闪石滑石金云 母和磷灰石 具顺向排列的方解石及白云石 种矿 物总含量大于 其矿物长轴多沿单一方向顺排 透闪石受应力作用的挤压而呈碎斑结构在颗粒边 缘形成裂纹方解石及白云石颗粒常沿裂纹生长 小颗粒 方解石及白云石周围有顺排 的云母生长而在大颗粒 方解石 及白云石周围则无 这表示在应力作用发生之后 方解石及白云石沿早期生成云母的优选方向生长 图 生长过程中必须藉由颗粒边界面积减小来 降低晶体中的自由能 因此方解石及 白云石的颗粒大小与供其生长空间成正比 滑石则 因应力作用影响而折曲常与方解石及白云石共生 图 磷灰石常集中成层并重复出现在方解石 及白云石的夹层中 金云母的 天祝三峡森林公园剖面 天祝三峡森林公园的采样路线位于马衔山群的 中部图 出露的岩石类型有石英岩眼球 片麻岩角闪石片岩和变质辉石岩 石英岩 主要矿物有石英斜长石黑云母阳起石钾长 石绿帘石和榍石白云母及少量绿泥石和磷灰石 斜长石以钠长石到奥长石为主自形晶 半自形晶 具条纹双晶和聚片双晶沿其双晶有呈自形晶的黑 云母和白云母生长甚至长满整个长石颗粒 本区 出现的绿帘石依产状可以分为两期具有相似的绿 帘石 值 早期小颗粒绿帘石呈半自形 粒状常与长石伴生后期大颗粒绿帘石则具有石 英和长石的包裹体 榍石和纤维状阳起石图 的生长不受石英斜长石和钾长石 摩 尔分数的影响这种产状表示其生长过程中经历了 快速的结晶生长作用 椭圆形磷灰石颗粒周围具有 裂纹在其周围后期生长的黑云母则不具此现象 部分阳起石退变为绿泥石 眼球片麻岩 主要矿物有石英斜长石钾长石黑云母白云 母锆石和磷灰石 黑云母和白云母为构成叶理 的主要矿物其生长与构造期同时黑云母和白云 母的排列较无方向性这表示其生长在构造期之 后 在黑云母中有椭圆形的锆石磷灰石和钛铁矿 第 期林宜慧等祁连山地区东段马衔山群及其邻区岩石学研究 包裹体 少部分黑云母蚀变为绿泥石 斜长石成分 为奥长石碱性长石具非常高的钾长石端员含量 摩尔分数 组成眼球构造直径 的石英和长石碎斑具有核幔构造图 受动 力再结晶作用影响石英和长石碎斑颗粒边缘被与 其成分相同的细粒集合体包围 这表示石英和长 石碎斑至少经过一次构造期的变形作用细粒集合 体的石英和长石在此构造期同时生成 镜下观察 发现除了核幔构造外长石碎斑亦具有蠕虫状构造 及变形双晶显示岩石受到温度 的中高级变 形 角闪石片岩 主要矿物有角闪石黑云母斜长石绿泥石黝帘 石和方解石 大颗粒角闪石常和斜长石黝帘石 和黑云母伴生 角闪石不具化学环带核心到边缘的 成分差异不大 脆绿泥石密绿泥石和铁斜绿泥石为角 闪石退变而成 末期有细粒方解石充填在所有前期矿 物之间 斜长石以钠长石到倍长石为主 变质辉石岩 主要矿物有斜辉石阳起石绿帘石石英绿泥 石榍石和方解石 火成来源的斜辉石 颗粒破碎生长于其中的阳起石常与绿帘石伴 生 斜辉石不具环带变化 由石英颗粒中有斜辉石 包裹体推论石英的生长时间早于斜辉石阳起石中 有石英包裹体部分阳起石发生绿泥石化作用细颗 粒方解石充填在所有前期矿物间 北山国家公园那新沟剖面 北山国家公园的采样路线位于马衔山群的北部 图 中 图 为其路线地质图出露的岩石类 型有云母石英片岩角闪石片岩变质玄武岩 云母石英片岩 主要组成矿物有石英中钠长石 摩 尔分数白云母和黑云母 石英及长石被拉长而具 波状消光石英长石颗粒直径可达 以上 长石在后期先发生绢云母化再发生糜棱岩化作用 这些绢云母不具方向性排列 黑云母和白云母是构 成叶理的主要部分受应力作用使其颗粒具有波状 消光及褶皱弯曲图 由于石英比云母类较容 易被溶移且褶皱翼处的正应力大于褶皱轴部的正应 力因此褶皱翼处云母的量较石英多 角闪石片岩 本区有 种角闪石片岩黑云角闪石片岩主要 组成矿物是角闪石黑云母斜长石和钾长石 自形晶 的黑云母铁分率 常与角闪石伴生并被后 期生长的斜长石和钾长石 摩尔分数颗粒 包裹图 斜长石以奥长石到拉长石为主 角闪石 为不具化学环带的钙质角闪石 绿帘角闪石片岩主 要组成矿物是石英钾长石绿帘石阳起石榍石磷灰 石和脆绿泥石 磷灰石榍石和被绿帘石 取 代的石英和钾长石 摩尔分数颗粒被包裹 于阳起石中图 绿帘石退变为脆绿泥石 石榴 石黑云角闪岩主要组成矿物是黑云母钠长石钾长 石角闪石和石榴石 斜长石与钾长石 摩尔分数生长于 石榴石角闪石和黑云母颗粒的缝隙中 斜长石以奥 长石和钠长石为主 黑云母铁分率 中 有后期析离出来的针状金红石部分黑云母退变为绿 泥石 石榴石没有变形成分以铁铝榴石为主呈自 形到半自形石榴石核心成分为 从核心到边缘锰含 量减少而铁含量渐增图 其成 分剖面图锰榴铝石端员成分呈钟形外貌 这是石榴石典型的生长环带特征 图 石榴石 端点成分三角图 变质玄武岩 主要组成矿物有斜辉石钠长石角闪石和绿帘 石 斜辉石直径大于 部分具两组相交约 的解理与细小矿物结晶的钠长石 摩 尔分数由此推论其前身为玄武岩经变质作用达 到绿帘角闪岩相在原玄武岩孔隙处生长绿帘石 和铁镁钙闪石质普通角闪石图 岩石矿物学杂志第 卷 岗口子北剖面 图 为岗口子北剖面图 中 路线地质图该 剖面中主要岩石类型有石英岩花岗岩和大理岩