西藏拉萨北部一带变质岩特征及变形变质期次浅析
(中国地质调查局军民融合地质调查中心, 成都 610036)
摘要: 对冈底斯-拉萨变质区内变质岩及变形变质特征进行研究, 有助于区域构造格架的建立以及探讨该区演化历史, 为青藏高原地区的地质构造演化研究提供新的基础资料。西藏拉萨北部一带变质岩研究较少, 本次从岩相学方面对其做了总结与研究, 并对变形变质作用期次进行简要探讨。该区划分为两个变质带, 从南向北依次划分为叶巴沟-甘丹寺变质带、设兴-边交林变质带。变质岩类型为板岩、千枚岩和片岩。动力变质作用表现形式为脆性变形变质、韧性变形变质, 区内发育数千米的动力变质岩带, 基本都属于低绿片岩相带。该区变质作用是在新特提斯洋壳板块向北俯冲、消减、碰撞的地质背景下发生的。且随着构造环境的变迁和热流的变化, 在不同地质发展阶段产生不同的变质作用。
DOI: 10.48014/cesr.20240408001
引用格式: 詹纯, 杨虎, 王嘉, 等. 西藏拉萨北部一带变质岩特征及变形变质期次浅析[J]. 中国地球科学评论, 2024, 3(2): 67-80.
文章类型: 研究性论文
收稿日期: 2024-04-08
接收日期: 2024-04-12
出版日期: 2024-06-28
0 引言
研究区构造位置处于欧亚-印度大陆碰撞造山带中，自晚古生代以来，研究区在长期的岛弧和陆缘弧演化过程中，发育了大规模的活动陆缘火山喷发和花岗质岩浆侵入活动，同时也导致了板块构造发展的各个阶段和不同构造部位的成矿特征差异性。由于南北陆块的碰撞，出现大规模的岩浆活动，热液蚀变等较为普遍，变形变质作用也十分发育。研究区变质作用是在新特提斯洋壳板块向北俯冲、消减、碰撞的地质背景下发生的[1]。且随着构造环境的变迁和热流的变化，在不同地质发展阶段产生不同的变质作用，对区内变质岩及变形变质特征进行研究，有助于区域构造格架的建立以及探讨该区演化历史，为青藏高原地区的地质构造演化研究提供新的基础资料。另外，与岩浆活动热接触变质作用和动力变质作用蚀变岩类相关有明显的金属矿产、矿化形成，为下一步开展研究提供了依据。
1 区域地质概况
1.1 构造地质背景
研究区位于西藏中南部，甘丹寺-拉萨北部-古荣乡一带;大地构造仅属西藏-三江造山系拉达克-冈底斯弧盆系拉达克-南冈底斯-下察隅岩浆弧中段(图1)，北接隆格尔-工布江达复合岛弧，南临雅鲁藏布江结合带。区内构造活动较为强烈，先后经历了燕山期和喜山期等多期次构造运动及其热事件作用影响，研究区早侏罗世叶巴组度受到了多期变形改造，弱变质作用，其余中生代拉萨盆沉积地层到了脆性变形改造相伴的弱变质作用。
1.2 自然地理及交通情况
1.2.1 交通位置及范围
研究区位于西藏自治区拉萨地区，分属城关区、西城区、达孜县、曲水县、堆龙德庆县、林周县及部分当雄县管辖。研究区位于古城拉萨北部及西部，国道318线川藏公路、国道109青藏公路东西向横贯于研究区范围，拉萨至林周县公路南北分布，乡村公路与主干公路相通，总体交通较为方便(见图2)。
图1 大地构造位置图(据西藏潜力评价资料)
Fig.1 Geotectonic location map(according to the evaluation data of the potential of Tibet)
图2 研究区交通位置图
Fig.2 Traffic location map of the study area
1.2.2 自然地理、气象水文条件
研究区海拔3580~5865.2m，相对高差为2300m左右，属高原中-高山地形地貌区。地貌上北以冈底斯山脉为主体，南为喜马拉雅山脉北坡。区域地势险峻，切割强烈，平均海拔在4500m以上，属高原缺氧环境。河谷地区相对较为平缓，北部高山区地形较陡，多断崖、陡坎，中部为雅鲁藏布江河谷区。植被以高山草甸为主，5200m以上有 冰碛堆积，并有少量高山耐寒苔藓，植被简单，水系发育，以大气降水和冰雪融水供给。研究区属大陆高原性半干旱季风气候区，低温干燥，空气稀薄，日照充足，昼夜温差大，年日照近3000h，年平均气温0℃左右，旱、雨季分明，年降水量400mm左右，多集中在6—9月，且气候湿润，常有暴雨、雪、冰雹，造成山洪和泥石流暴发;年蒸发量约200mm;十月底开始冰冻，翌年4—5月解冻，最大冻结深度可达20m。其间干冷多风，为东南向季风，时有降雪。
研究区内水源丰富，主要水系有雅鲁藏布江主干支流拉萨河，地表支流以研究区南北两侧高山为分水岭，向中部形成向雅鲁藏布江汇聚的地表南北向径流网。拉萨河两岸冲积层发育，土地较为肥沃，水源较为丰富。
2 主要区域变质岩及变质作用
该区变质作用一般以低绿片岩相变质，变质区域可达四分之三。研究区变质区划属冈底斯-拉萨变质区，从南向北依次划分为叶巴沟-甘丹寺变质带、设兴-边交林变质带(表1)。
表1 研究区变质区带划分表
Table 1 Division of metamorphic zones in the study area
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冈底斯-拉萨变质区 |
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叶巴沟-甘丹寺变质带 |
设兴-边交林变质带 |
多数区域均遭受了极低级区域变质作用影响，变质岩以区域低温动力变质作用和区域低温动力热流变质作用为主，前者形成变质作用岩石主要有变余结构类岩石、板岩类岩石等;后者则形成蚀变类岩石类型，变质作用相一般表现为低极变质岩相，个别区段可达低绿片岩相;变质相系属高温-低中压变质相系或中压变质相系。
2.1 叶巴沟—甘丹寺变质带
该变质带分布于叶巴沟、达孜县、甘丹寺，东沿墨竹工卡县境内，研究区内出露面积约400km2，呈近东西向展布。受变质地层为中下侏罗统叶巴组。向西至纳金乡一带受侵入岩影响而尖灭。该岩带近中部发育应力变形带及韧性剪切带，在区域变质作用下又发生韧性变形变质。韧性变形变质不早于中侏罗世，不晚于上侏罗世。变质岩石类型主要为变质火山碎屑(熔岩)岩、变流纹岩、变安山岩、变玄武岩、板岩、千糜(枚)岩及片岩等。
2.1.1 变质火山碎屑岩类
其为叶巴组主体岩性，分布范围较广，遍布叶巴组一段、二段、三段、四段，并以一、三段居多。主要岩石类型有变质含火山角砾晶屑(岩屑)凝灰岩(照片1)、变质火山角砾(熔)岩(照片2)、变质晶屑岩屑凝灰火山角砾岩、变质晶屑(岩屑)凝灰岩、变质火山豆石凝灰岩、变质凝灰岩等 [2]。具变余晶屑(岩屑)凝灰火山角砾结构、变余岩屑晶屑火山角砾凝灰结构、糜棱结构，块状构造、定向构造[3]。变质矿物为绢云母、绿泥石、绿帘石、黑云母及白云母等，部分斜长石发生黝帘石化、绿帘石化。角砾胶结物多已发生绢云母化和绿泥石化。叶巴组二段、三段泥质含量较高的岩石，随着压力逐渐增高出现有堇青石和石榴石等变质矿物。
照片1 变质角砾凝灰质(+)10×2
Photo 1 Metamorphic breccia tuff(+)10×2
照片2 变质熔结角砾岩(+)10×2
Photo 2 Metamorphic felsic conglomerate(+)10×2
2.1.2 变质安山岩类
主要出现在叶巴组二段，主要岩石类型有变石英安山岩、变角闪安山岩、变绢云母安山岩等。岩石颜色为灰绿色，风化表面多有铁质析出而呈褐红色、铁褐色，具变余斑状结构、(变余)交结结构、隐晶-微晶结构，片理化构造、定向构造。变质矿物主要为绢云母、绿泥石、绿帘石，其次局部可见角闪石蚀变形成的透闪石、阳起石等变质矿物，局部气孔已被绿泥石充填。
变质安山岩(照片3):岩石新鲜面为深紫灰色，变余交织结构，定向构造，岩石由斜长石、隐晶质、不透明矿物和新生矿物组成。
照片3 变质安山岩(+)10×2
Photo 3 Metamorphosed andesite(+)10×2
2.1.3 变质玄武岩类
主要出现在叶巴组二段中，岩石颜色为灰绿色、暗灰绿色，变余斑状结构，基质具间粒结构、残余火山结构，块状构造[4]。主要变质矿物有绿帘石、绿泥石、蛇纹石和滑石集合体。板条状中基性斜长石不规则排列的间隙中充填有粒径在0.3~0.1mm之间的次闪石化辉石、绿泥(帘)石等变质矿物。斜长石斑晶均蚀变分解为绢云母和黝帘石集合体。
2.1.4 变质流纹岩类
主要出现在叶巴组二段，岩石类型主要为(糜棱岩化)蚀变流纹岩。岩石呈灰白色，具残斑结构，粒状鳞片变晶结构、鳞片微晶结构，块状构造、糜棱构造、定向构造。绢云母、绿泥石、钠长石及热液蚀变生成的绿帘石石英集合体为变质矿物[5]。
2.1.5 板岩类
分布范围较大，基本覆盖了整个叶巴组。区内主要见于叶巴沟、林阿沟、邦堆村、甘丹寺等地段。主要岩石类型有泥粉砂质绢云母板岩、白云质钙质凝灰质板岩。岩石呈暗灰色、暗灰绿色，具鳞片变晶结构、变余泥粉砂质结构，板状构造。主要变质矿物有绢云母(40%~90%)、石英(3%~5%)、绿泥石(3%~5%)、黑云母(2%~5%)[6]。绢云母多呈细小鳞片均匀分布，石英粒径在0.05~0.03mm之间沿板理方向星散分布。局部(羌堆)见少量残余粘土矿物蚀变出现红柱石及堇青石。
(1)绢云凝灰质板岩(照片4):新鲜面为灰绿色，变余凝灰结构，板状、千枚状构造，晶屑(少量)由透明矿物假像和暗色矿物假像等构成，大小约0.2~0.5mm，尖棱角-次棱角状为主。透明矿物被硅质和绿泥石交代呈假像，推测为长石的假像;暗色矿物被铁质交代呈假像。玻屑边界较模糊，局部可见弯曲定向特征，重结晶作用明显，总体略显方向性排列[7]。已脱玻为隐晶状长英质，被粘土交代并被微鳞片状的绢云母等交代，其间混杂少量火山尘。新生矿物为绢云母、绿泥石，鳞片状，局部褐铁矿化，相对聚集似条带状、线纹状分布，总体绕晶屑和岩屑略显方向性排列，推测可能为原岩中玻屑变质后的产物。并见铁质岩裂隙交代，定向分布。
照片4 凝灰质板岩(+)10×2
Photo 4 Tuffaceous slate(+)10×2
(2)砂粘土质板岩:岩石新鲜面呈浅灰色，变余鳞片含粉砂泥状结构，板状构造，岩石由陆源粉砂、粘土质组成，陆源粉砂:主要由石英组成，呈它形粒状，粒径在0.01~0.05mm之间，具带状分布，具波状消光;粘土质:呈隐晶-显微鳞片状，颗粒细小，一般<0.005mm，轻微向绢云母转化的趋势，构成岩石主体。由于构造应力作用，岩内可见石英成脉状定向分布，岩石呈板状。
(3)长英质板岩(照片5):岩石新鲜面为灰绿色，鳞片粒状变晶结构，板状构造，岩石由长英质、绢云母组成[8]。
照片5 绢云长英质板岩(+)10×2
Photo 5 Sericite feldspathic slate(+)10×2
2.1.6 千枚岩类
主要分布于叶巴组二、三段中。岩石类型有纳长绿泥绢云母千枚岩、绿帘钠长绢云母千枚岩、钠长绢云母千枚岩、黝帘石钠长绢云母千枚岩、石英钠长绢云母千枚岩、绢云母千枚岩、石英绢云千枚岩、凝灰质绢云母千枚岩、钠长绿泥石千枚岩等。其中以长英质绢云母千枚岩居多。在叶巴沟的钠长绢云母千枚岩中的碎斑大多数均沿剪切方向呈压扁拉长状定向排列，沿剪切方向具有右行旋转特征。代表性岩石特征如下。
(1)钠长绿帘绢云千枚岩(照片6):岩石具显微粒状鳞片状变晶结构，变余晶屑(斑)结构。千枚状构造、褶纹状、两向片理构造。矿物成分:绢云母70%~75%，绿帘石15%~20%，钠长石10%~15%、石英<5%。此外有金属矿物。
照片6 钠长绿帘绢云千枚岩(+)10×4
Photo 6 Sodium-long green curtain sericite kyanite(+)10×4
(2)石英绢云千枚岩:岩石黄褐色，具鳞片状变晶结构，千枚状构造。矿物成分:绢云母60%~65%。石英35%~40%。此外有金属矿物。绢云母:显微鳞片状，片直径<0.01~0.03mm，连续定向分布，即集合体与其他矿物混合呈条带状定向分布。石英:粒状、隐晶状，大小一般0.01mm，少部分0.01~0.03mm，少0.05~0.5mm，较大颗粒集合体(变斑，大小0.3~4mm，>2%)或集合体成成透镜状定向分布。金属矿物:尘点状，集合体成条纹状相间定向分布。红褐色、黄褐色，不透明、半透明，为褐铁矿，含量>10%。
(3)钠长绢云千枚岩(照片7):具变余碎屑(斑)结构，千枚状构造。矿物成分:绢云母65%~70%，钠长石25%~30%，石英<5%。此外有金属矿物。石英:眼球状、透镜状，大小0.1~0.3mm，顺片理定向分布。
照片7 钠长绢云千枚岩(+)10×2
Photo 7 Sodium feldspathic sericite millimetre(+)10×2
(4)钙质钠长绢云千枚岩:岩石具粒状鳞片状变晶结构，变余碎屑(斑)结构。千枚状构造。矿物成分:绢云母55%~60%，钠长石30%~35%，碳酸盐矿物10%~15%，石英少。推测原岩为凝灰岩类火山岩。
(5)绿泥钠长绢云千枚岩:具变余斑状结构。千枚状构造。矿物成分:绢云母>60%，钠长石<20%，绿泥石>10%，石英<5%。此外有金属矿物。推测原岩为英安安山岩。
(6)绿泥黑云长英质绢云片状千枚岩(照片8):灰绿色，粒状鳞片状变晶结构，定向构造、片状构造，矿物成分:绢云母(白云母)50%~55%，长英质(钠长石)25%~30%，黑云母15%~20%，绿泥石5%~10%，石英少。此外有金属矿物。
照片8 绿泥黑云长英质绢云片状千枚岩(+)10×4
Photo 8 Green clay black cloud felsic sericite schistose diamictite(+)10×4
(7)质绢云母板状千枚岩:显微镜下观察:隐晶质-显微变晶结构，变余泥质结构，板状构造、变余层理构造。矿物成分:绢云母50%~55%，隐晶泥质20%~25%，长英质25%~30%。此外有铁质。绢云母集合体与隐晶泥质混合定向分布。隐晶泥质:为<0.005mm的泥质质点构成絮状物，集合体与绢云母混合定向分布。英质:粒状、隐晶状，大小一般<0.01~0.02mm，自聚或与少量绢云母、泥质混合(有的集合体成条痕状、透镜状)定向分布。铁质:集合体成较密集间断、连续地条纹、痕状定向相间分布。岩内有一顺片理条带(宽0.1~0.3mm)，由石英(0.01~0.2mm)充填交代变余裂隙构成。片理斜交原岩层理。
2.1.7 片岩类
主要遍布整个叶巴组地层中，以叶巴组三段为显著特征，片岩类代表性岩石具如下特征。
(1)钠长绿帘绿泥片岩(照片9):呈灰绿色，变晶结构，片状构造，矿物主要为绿泥石45%~50%，绿帘石40%~45%，钠长石10%~15%。绿泥石:片状，片直径<0.01~0.03mm，部分0.03~0.1mm，集合体与其他矿物混合波纹状定向分布。绿帘石:柱粒状，大小一般0.01~0.05mm，少部分0.05~0.3mm，自聚或与其他矿物混合定向分布，较细小的颗粒含有灰泥质，较大颗粒单晶或集合体多含铁质，集合体大小0.2~0.5mm，规则多边形或不规则棱角状，似交代原岩角闪石或辉石产物(晶屑或斑晶)。细粒集合体斜交片理成不规则间断条带状分布。钠长石:板粒状，大小一般0.01~0.03mm，少0.03~0.1mm，自聚与其他矿物混合分布。岩内有顺层理裂隙，宽0.1~0.3mm，沿裂隙被钠长石充填交代。综上所述，推测原岩为玄武安山岩质凝灰岩或玄武安山玢岩不同矿物组合显示片理斜交原岩层理构造。
照片9 钠长绿帘绿泥片岩(+)10×4
Photo 9 Sodium feldspar green curtain chlorite schist(+)10×4
(2)钙质绿泥石英绢云片岩(照片10):岩石灰绿色，鳞片状粒状变晶结构，定向构造、片状构造。矿物成分:绢云母(白云母)45%~50%。石英45%~50%，绿泥石5%~10%，碳酸盐矿物>5%。绢云母(白云母):显微鳞片状，片直径<0.01~0.03mm，少部分>0.03~0.1mm，连续定向分布，即集合体或与其他矿物混合成透镜状、条带状定向分布。石英:粒状、隐晶状，大小一般<0.01~0.1mm，部分0.1~1.5mm，(变角砾、斑等)呈透镜状、眼球状、条带状、变角砾状定向分布，有的透镜体、条带为酸性基质物(较小颗粒与绢云母混合显示霏细粒或球粒结构)。绿泥石:片状，片直径0.01~0.1mm，部分0.1~0.3mm，自聚成条片状、不规则状与绢云母、石英混合定向分布。碳酸盐矿物:粒状，大小一般0.01~0.1mm，集合体成不规则片状与较粗的石英等颗粒混合成变角砾(斑晶)定向分布。推断原岩为中酸性角砾岩类、中酸性火山岩或浅成岩。
照片10 钙质绿泥石英绢云片岩(+)10×4
Photo 10 Calcium chlorite feldspar quartz sericite schist(+)10×4
(3)白云母片岩(照片11):岩石灰黄色，粒状鳞片状变晶结构，定向构造、片状构造，两向片理构造，褶皱、褶劈理构造。矿物成分:白云母(绢云母)>60%，石英<40%。此外有金属矿物。白云母(绢云母):显微鳞片状，片直径<0.01~0.03mm，连续定向分布，多集合体或与石英混合呈条带状定向分布，后期发生褶皱、褶曲，部分褶劈理明显。石英:粒状，大小<0.01~0.03mm，少0.03~0.05mm，少0.05~0.15mm(自聚成条纹)，集合体或与白云母混合透镜状、条带状定向分布，后期发生褶皱、褶曲与白云母一起发生褶皱、褶曲。金属矿物:部分多边状、条状，大小<0.01~0.2mm，部分成连续断续的条纹状大致定向分布，后期与其他矿物一起发生褶皱、褶曲及褶劈理纹。
照片11 白云母片岩(+)10×4
Photo 11 White mica schist(+)10×4
(4)斜长绢云片岩:岩石灰绿色，鳞片状粒状变晶结构，定向构造、片状构造。矿物组成为绢云母35%~41%，斜长石(钠长石)35%~40%，石英25%~30%，绿泥石、黑云母少。绢云母(白云母):显微鳞片状，片直径<0.01~0.03mm，集合体或与其他矿物混合呈多条带状定向分布。斜长石(钠长石):板粒状，大小一般0.1~3mm，少部分0.01~0.1mm，单晶或集合体混合显示板状外形或破碎斑状(>30%)或与其他矿物混合成透镜状、眼球状、条带状定向分布，见聚片双晶。石英:粒状，大小一般0.01~0.03mm，少部分0.03~0.1mm，自聚或与其他矿物混合成透镜状、条带状定向分布。金属矿物:部分粒状，四边形，大小0.01~0.4mm，星散定向分布，部分成条纹状定向分布。含量>5%。
(5)钙质绢云钠长片岩(照片12):岩石灰绿色，鳞片状粒状变晶结构，定向构造、片状构造。矿物成分:钠长石25%~30%，绢云母25%~30%，石英25%~30%，碳酸盐矿物20%~25%。钠长石:粒状，大小一般0.1~1mm，少部分1~3mm，少部分0.01~0.1mm，单晶或集合体或与碳酸盐矿物混合显示板状外形(多尖棱角状，大小<0.2~4mm，含量>20%)，或与其他矿物混合成透镜状、眼球状、条带状定向分布。绢云母(白云母):显微鳞片状，片直径<0.01~0.03mm，多连续定向分布，即集合体多呈条纹状、条带状，或与它矿物混合成不规则片状(火焰状)定向分布。石英:粒状，大小一般0.01~0.0.2mm，少部分0.02~0.05mm，集合体或与其他矿物混合呈条带状、眼球状定向分布。碳酸盐矿物:粒状，大小<0.1~0.5mm，单晶或集合体或与钠长石混合成眼球状、透镜状定向分布。综上所述，推断原岩中、酸性火山碎屑岩类。
照片12 钙质绢云钠长片岩(+)10×4
Photo 12 Calcium sericite sodium feldspar(+)10×4
2.2 设兴-边交林变质带
该带西起堆龙马乡设兴村向东延至林周县边交林乡，近乎呈东西向展布。主要变质地层为多底沟组、林布宗组、楚木龙组、塔克那组和设兴组。带内主要变质岩石类型有变余组构类岩石、板岩及蚀变岩类，属研究区极低级变质带。
2.2.1 变余组构类岩石
具有变余组构特征的岩石主要分布于白垩系林布宗组、楚木龙组、塔克那组、设兴组地层中。
(1)变余石英砂岩
该类岩石主要分布于拉萨盆地北部白垩纪楚木龙组，呈浅灰色、青灰色，变余砂状结构，块状构造;主要矿物组成石英65%~84%，岩屑4%~25%，绢云母0%~10%，白云母0%~3%，黑云母0%~10%，绿泥石0%~4%，个别岩石中见绿帘石、电气石、磁铁矿等，该类岩石普遍有少量褐铁矿。岩石中主要碎屑矿物为石英，次棱角状，因变质作用而呈齿状外形，粒径0.25~0.35mm。岩石中胶结物因变质而重结晶，主要有显微鳞片状绢云母(多数)、白云母(多数)，黑云母(少数)、绿泥石(少数)，片径0.01~0.05mm。该类岩石轻微变质具有变余组构，变质矿物不均匀出现，原岩组分和组构保持良好，其原岩应为石英砂岩类，沉积环境属滨湖相。
(2)黑云母石英砂岩
岩石主要出露于研究区北部拉萨盆地白垩纪地层中，具灰色、青灰色、深灰色，中厚层状层理，变余中粒砂状结构，块状构造;矿物成分主要有石英84%，岩屑5%，黑云母10%，褐铁矿1%。该岩石主要组成矿物为石英，含10%左右黑云母变质矿物，其中石英呈齿状、不规则状外形，粒度0.2~0.4mm。黑云母呈片状集合体分布与石英颗粒之间，片径0.02~0.1mm，略具定向性排列[9]。该岩石区域变质作用明显，石英矿物外形以齿状显现，胶结石英颗粒的粘土质成分多已变成黑云母，由于区域应力较弱往往以集合体集中分布。岩石原岩为含粘土质石英砂岩，沉积环境属滨湖相。
(3)灰质长石石英细砂岩
主要分布于北部白垩纪地层中，具灰色、浅灰色、浅绿灰色，中薄层状层理，变余细粒砂状结构，块状构造;矿物成分碎屑(90%)中主要为石英58%，长石20%，方解石15%，白云母1%，岩屑4%，磁铁矿2%;胶结物(10%)中主要有绢云母5%，方解石2%，另外见少量硅质物和褐铁矿等，方解石细脉发育。粒状矿物石英和长石多呈齿状外表、他形不规则状，粒度0.1mm。长石有两类，斜长石和钾长石，发育条纹双晶或聚片双晶;方解石呈次棱角状，次浑圆状集合体，粒径0.02~0.15mm;白云母呈条片状，片径0.02~0.15mm。该岩石含钙质变质生成次生方解石，粒状矿物和片状矿物粒度均细小，原岩组分和组构特征大多保留，原岩为钙质长石石英细砂岩，形成环境属浅湖-滨湖相。
(4)绿泥石石英细砂岩
岩石见于拉萨盆地北侧楚木龙组地层内，呈灰色、深灰色、浅绿灰色、灰黄色，中薄层状层理，变余细粒砂状结构，块状构造;石英60%，粘土矿物30%，黑云母3%，硬绿泥石3%，白云母1%，电气石1%，蚀变矿物褐铁矿1%，重矿物锆石微量。岩石中石英矿物具次棱角状，粒径0.05~0.1mm，黑云母、白云母及硬绿泥石等为片状，片径0.02~0.1mm，片径的长轴方向大部分与岩石的层理面斜交，少数与其垂直分布。该岩石变质程度有增强趋势，但仍然保留了原岩的物质组成，结构构造面貌。根据岩石特征判断原岩为含泥质石英细砂岩，形成于滨湖相环境。
(5)细粒长石砂岩
仅见于南部地区白垩纪设兴组三段地层中，呈浅灰色、浅灰绿色，中厚层状层理，变余砂粒状结构，块状构造;主要矿物成分石英28%，长石60%，泥质10%，黝帘石1%~2%，碳酸盐少量。碎屑矿物分选中等，粒度0.12~0.25mm，少数0.35mm，磨圆度中等，次棱角状—次浑圆状;石英具波状消光，长石碳酸盐化、黝帘石化明显，空隙式胶结，碳酸盐充填并交代长石，填隙物为泥质。该岩石轻微变质，原岩和原生组构未发生明显变质，说明原岩为中细粒长石砂岩，属滨湖三角洲沉积环境。
2.2.2 板岩类岩石
(1)粉砂质板岩
分布于拉萨盆地白垩纪地层中，呈灰色、深灰色、灰绿色、浅绿灰色、灰黄色，板状层理(S0')，变余鳞片变晶结构，板状构造;主要矿物成分有石英15%~40%，粘土矿物(伊利石)34%~84%，绢云母0%~50%，黑云母4%~10%，白云母0%~2%，绿泥石0%~12%，绿帘石0%~2%。粉砂质板岩类岩石中主体矿物为粘土矿物，含量较高，具有明显的显微鳞片状形态，片径一般在0.01~0.1mm之间。石英矿物是粉砂质板岩中主要的粒状矿物，多呈次棱角状、棱角状及次浑圆状等不规则形态，含量变化较大;黑云母、白云母、绿泥石、伊利石(绢云母)等片状矿物含量不均匀，这些片状矿物略具定向性，长轴平行于板理延伸方向，其中黑云母呈皱晶出现是划分板岩的标志性矿物。该类岩石具有明显的变质特征和新生矿物出现，但仍然残余了相当部分的原生矿物，因而原岩恢复较为容易，其原岩为泥质粉砂岩或石英粉砂质泥岩。
(2)含硬绿泥石粉砂质板岩
仅见于林周县色康村楚木龙组地层中，呈浅灰色、灰色、深灰色、灰绿色、灰黄色，板状层理，显微鳞片变晶结构，板状构造;主要矿物组成有粘土矿物30%~50%，石英40%~60%，黑云母3%~5%，(黑)硬绿泥石3%~5%，白云母1%~2%，电气石微量，次生矿物褐铁矿少量，重矿物锆石微量。该类岩石主要由粘土矿物及石英组成，两者含量大于90%，其中石英呈次棱角状，颗粒为粉砂级;粘土矿物主要显示显微鳞片状，片径0.01mm;黑硬绿泥石、硬绿泥石呈片状、条片状，具特征的吸收多色性，片径0.02~0.1mm。该类浅变质岩石不具有普遍性和具有分布的局限性特点，依据岩石显微特征其原岩应属粘土质细粒石英粉砂岩。
(3)绢云母粉砂质板岩
仅分布于拉萨林宗村一带林布宗组地层中，岩石呈深灰色、黑灰色、黑色，板状层理，显微鳞片变晶-显微鳞片粒状变晶结构，板状构造;石英59%，长石3%，绢云母30%，黑云母3%，炭质5%。石英呈次棱角状—棱角状，粉砂粒级，粒径0.05~0.1mm;岩石中裂隙发育，黑云母-黄铁矿-石英细脉呈网状充填其中。该类岩石分布较少，代表了深湖相还原环境条件下的沉积，原岩为含炭泥质(石英)粉砂岩。
3 动力变质作用及变质岩
3.1 脆性动力变质作用
分布于研究区不同方向的断裂带内，但以北西西向和北西向断裂最为常见，发育碎裂岩系列岩石。不论是早期断裂还是后期断裂，或次生、派生断裂，或是复合迭加断裂均具此特征。其组成一般为断层两盘岩石的碎裂物呈大小不等状，由钙质、铁质、硅质及泥质等充填胶结，结构疏松，变质程度较浅，变质层次低，表现为浅层次的脆性动力变质作用[10]。
3.1.1 脆性动力变质岩类型及特征
(1)构造角砾岩
岩石呈深灰色，角砾结构，斑杂构造、块状构造，有时为弱定向构造。角砾大小不等，含量30%~65%，粒径大小2mm，呈棱角状-次棱角状，成分与围岩一致，有砂岩、粉砂岩、板岩、火山岩类及岩浆岩类等，部分岩石微具定向构造[11]。胶结物为压碎磨细的岩屑、粉粒、压溶析出物和外源物质，多见为次生钙质、铁质、硅质及泥质等，含量一般为35%~70%。
(2)碎裂岩
该类岩石破碎程度较高，出露于研究区内断裂构造的强变形带，按照岩石的碎裂程度可细分为碎斑岩、碎粒岩和碎粉岩(亦称断层泥岩)。碎斑岩具较明显的粒度间断，显示双峰态粒度级，碎斑含量90%~50%，粒径0.5~2mm，碎基粒径一般0.1mm左右;碎粒岩粒度均匀，碎粒含量10%~15%，粒径0.5~0.1mm，具碎粒结构，碎粉岩则全部均匀化、细粒化，粒径一般小于0.1mm，具碎粉结构。
(3)断层角砾及断层泥
断层泥是未固结的泥状细碎物的混合物，分布普遍，多见于小规模压扭性断层中，常呈似层状平行断面产出。颜色主要为浅灰色、土褐色等。断层角砾则主要见于北西西向断裂的主断面附近，一般含有30%以上的碎块，呈松散状至半固结状，一般出宽为数厘米至数十厘米。
(4)碎裂岩化岩石
岩石具碎裂结构，细碎基质含量小于10%，原岩的结构构造仍然保留，但岩性较破碎，发育较多裂隙，矿物一般无定向排列。该类岩石常出现于断裂外围的弱变形常，常见岩石有碎裂岩化砂岩，碎裂岩化板岩等。
3.1.2 变形变质特征
脆性动力变形变质主要表现为以脆性变形为主，其显著特征是叶巴组糜棱面理(S1)的褶皱变形，岩石中矿物呈无定向或者略具定向排列，微裂隙发育，以裂隙切割为主，无或少有重结晶作用，变质程度较低，仅是一种物理性态的改变。研究区脆性动力变质带宽窄不一，几十厘米至几百米不等，主要由构造角砾岩、碎裂岩、断层角砾、断层泥以及碎裂岩化岩石等组成，其中以碎裂岩最为常见。变质矿物以原岩析出的钙质、硅质、泥质及新生面理上的绢云母、绿泥石、石英及方解石，属低绿片岩相变质，表明研究区脆性系列的变质层次低，变质程度浅。
3.2 韧性动力变质作用
韧性剪切带一般发生在地壳深部10km以下的半塑性-塑性区，它是地壳中深层次的主要构造之一。研究区整个叶巴组岩石上可见糜棱面理，由压扁拉长的矿物或矿物集合体定向排列而成，旋转碎斑系发育。根据岩石中重结晶作用性质、强度、主要颗粒大小以及基质的含量等，将其划分为糜棱岩化岩石、初糜棱岩、糜棱岩、千糜岩及构造片岩。
3.2.1 变形变质特征
在研究区糜棱岩类岩石中，常见火山角砾呈压扁拉长和扭曲变形状态(见图3、图4)，同时拉伸线理(图5)、S-C组构(见图6)、“δ”、“σ”型旋斑构造。岩中可见云母鱼构造，黄铁矿、石榴石压力影。于碎斑或碎基中可见石英边缘被亚颗粒及重结晶包围，长石双晶扭曲，石英呈波形消光，碎基重结晶定向排列等变形变质特征。岩石中石榴石压力影，说明了石榴石形成于岩石片理之前，而岩石中碎斑仅是同构造期重结晶作用过程中残留颗粒。研究区韧性剪切带变质程度为低绿片岩相。
图3 绢云母千糜岩中的右行石英碎斑
Fig.3 Right row of quartz fragments insericite millimetallic schist
图4 显微镜下S-C组构特征
Fig.4 Microscopic S-C grouping features
图5 角砾定向压扁拉长
Fig.5 Directional compression and elongation of breccia
图6 片理化蚀变英安岩中的拉伸线理
Fig.6 Stretching lineaments in schistose altered eclogite
韧性动力变质岩带内糜棱岩，不论是在纵向上，还是在横向上，其变形强度均有由东强西弱，北强南弱之特点，靠近叶巴边界断裂，岩石塑性变形增强，重结晶作用最明显。从研究区糜棱岩化岩石-初糜棱岩-糜棱岩-千糜米-构造片岩的变化，充分说明了随着应力强度变强增大，动态重结晶作用逐步加强，岩石中流动构造越趋发育，糜棱结构越来越显著。到了构造片岩阶段，重结晶作用由动态转化为静态，糜棱结构遭到破坏，颗粒度反而加大，形成具粒状鳞片变晶结构的构造片岩。
(1)糜棱岩:中新生矿物一般为绢云母、绿泥石、石英、黑云母等，其变质带为黑云母带，变质相为低绿片岩相。石英塑性变形相当于绿片岩相的变质条件(据Tullis，1982)，而长石类矿物需在中高级变质相才能塑性变形。综上所述，研究区韧性剪切带变质程度为低绿片岩相。
(2)强片理化岩:因原岩不同其结构也不同。多见为变余结构，次为原岩结构，且原生结构已明显变化。主要特征是原生矿物发生强烈绢云母化，并平行定向排列。或是粒状矿物和片状矿物各自聚集相间产出，构成明显的强片理化特征，一般片理宽小于等于2mm，并显示明显的塑性变形。
(3)片理化岩:因原岩性质差别而其结构不同。主要具原生结构，次为变余结构，平行构造。主要特征是原生结构比较明显，构造片理程度稍弱，片理宽大于2mm。应力作用使新生片状矿物平行定向排列，并显示聚集条纹，构成发育的片理化特征，并伴随塑性变形。
本区接触变质岩主要分布在始新世、中新世中酸性侵入体周围。围岩受侵入体温度和成分的影响而围绕侵入体形成递增变质的接触变质圈。具体出现在小岩株、岩瘤、岩滴等小规模侵入体。
4 接触变质作用及变质岩
与围岩接触部位，且出现相应的接触变质岩和变质相带，局部出现接触变质矿化现象。
(1)角岩化凝灰岩
浅灰绿色，具显微鳞片粒状变晶结构。火山碎屑为呈棱角状，粒径0.1~0.3mm，主要矿物为斜长石和石英，其中斜长石均已帘石化和绢云母化。
(2)角岩化安山岩
呈灰绿色，变余斑状结构。斜长石斑晶多已绢云母化，部分蚀变形成绢云母和黑云母，一般含量10%~15%。基质成分为板条状斜长石，含量55%~60%，粒径0.05~0.1mm，呈定向排列，石英呈粒状含量2%~3%，阳起石为角闪石蚀变形成，含量10%~15%，粒径0.5~1.0mm。
(3)角岩化砂岩
主要岩石类型有角岩化岩屑石英砂岩、含红柱石角岩化岩屑石英砂岩、含透辉石角岩化岩屑石英砂岩、角岩化长石石英杂砂岩等。岩石一般呈灰色，具变余砂状结构、显微鳞片变晶结构。碎屑物由长石、石英组成，粒径0.02~0.12mm。在变余碎屑空隙间可见新生黑云母及绢云母鳞片充填，且交叉排列，含量约15%~25%。绿帘石分布在一定的层位上，含量1%~3%。在聂当附近一带见有红柱石及透辉石等特征变质矿物，为变斑晶，含量为5%左右，一般长轴粒径为0.6~1.2mm。
(4)透辉石斜长石大理岩
岩石呈灰色、浅灰色，中粗粒柱状变晶结构，层状构造，矿物粒径在0.3~1.0mm之间。主要矿物成分:方解石70%~75%，斜长石(中长石)10%~15%，透辉石5%~10%，透闪石2%~3%，金属矿物少许。方解石重结晶加大，呈半自形--自形晶。岩石中透闪石、透辉石及斜长石等变质矿物粒度较小，均呈不均匀状散布于方解石颗粒间或被方解石包裹，晶体之间呈无定向性排列。
(5)糜棱岩化透闪石石榴石大理岩
岩石呈灰色、浅灰色，具变斑结构，糜棱构造，矿物粒径在0.15~0.03mm之间。矿物成分:方解石50%~55%，石榴石(钙铁石榴石)20%~25%，透辉石15%~20%，白云石5%~8%，金属矿物少许。石榴石呈变斑晶，粒径在2~3mm之间，沿一定方向不均匀星散分布于岩石之中。常见钙铁石榴石包含微粒透辉石分布。
(6)透辉透闪石榴石矽卡岩
浅灰色，粒状变晶结构，条带状构造。主要矿物成分为石榴石20%~25%，透闪石10%~15%，透辉石5%~10%、石英5%~10%、绿帘石1%~3%，方解石10%~15%，粒径一般在0.15~0.8mm之间。
(7)矽卡岩化灰岩
呈灰色、细粒-中粒变晶结构。主要矿物成分为石榴石3%~5%，透闪石35%~40%，方解石40%~45%，粒径0.05~0.8mm。岩石中明显可见方解石晶粒加大。此类岩石主要分布于多底沟组与新生代侵入岩的侵入接触带上。
5 变形变质期次探讨
研究区中侏罗世叶巴组海相钙碱性火山岩-火山沉积岩系，代表喜马拉雅板片向北对冈底斯-念青唐古拉板片俯冲作用早期阶段所形成的火山岛弧。该火山岛弧向东延伸，向西荣布日一带被荣布中酸性侵入岩侵吞。之后，由于环境的变迁，出现非均匀性构造热力场，发生分划性顺层剪切、固态流变等构造置换作用，一般以Sn为变形面作顺层剪切和构造置换，新生面理(Sn+1)平行(Sn+2)。伴随此次变形作用出现低温变质，并新生绢云母、绿泥石等变质矿物且多沿Sn+1以上的面理分布。
古近纪，随着板片间的碰撞不断加剧，岩石地层发生褶皱作用，并伴随有强烈的中酸性岩浆侵入活动、大面积陆相火山喷发和出现造山变质作用，使岩石出现压扁、弯滑构造变形，发生一系列的面理置换，由于构造动力强度、大小、方位以及受原有变质基础的制约和原岩建造等多种因素的影响，出现不同能干性岩石的差异剪切，局部出现似基质与岩块可以区分现象。
新近纪，由于构造环境及动力改变，伴随递冲构造作用以及大量深成和浅成中酸性岩浆侵位，出现韧性和脆性动力变质以及应力变形带，使早期构造形迹复杂化，杂化，表现为宽缓褶皱渐变为中等紧闭乃至紧密褶皱，先存应力变形带出现叠加变形及产生新生变质矿物，沿新生Sn+3面理出现绢云母、白云母等变质矿物。
6 结论
(1)研究区变质区从南向北依次划分为叶巴沟-甘丹寺变质带、设兴-边交林变质带，研究区韧性剪切带变质程度为低绿片岩相。
(2)研究区以区域低温动力变质作用和区域低温动力热流变质作用为主，前者形成变质作用岩石主要有变余结构类岩石、板岩类岩石等;后者则形成蚀变类岩石类型，变质作用相一般表现为低极变质岩相，个别区段可达低绿片岩相;变质相系属高温-低中压变质相系或中压变质相系。
(3)变形变质期次主要为:
第一期:喜马拉雅板片向北对冈底斯-念青唐古拉板片俯冲作用早期阶段;
第二期:古近纪板块间的碰撞，岩石地层发生褶皱并伴随有强烈的中酸性岩浆侵入活动、大面积陆相火山喷发和出现造山变质作用;
第三期:新近纪时期，构造环境及动力改变，出现韧性和脆性动力变质以及应力变形带，先存应力变形带出现叠加变形及产生新生变质矿物。
利益冲突: 作者声明无利益冲突。
[③] *通讯作者 Corresponding author:杨虎，936668188@qq.com
收稿日期:2024-04-08; 录用日期:2024-04-12; 发表日期:2024-06-28
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Characteristics of Metamorphic Rocks and the Deformation and Metamorphism Period in Northern Lhasa,Tibet
(Civil-Military Integration Center of China Geological Survey, Chengdu, 610036, China)
Abstract: The study of metamorphic rocks and deformation and metamorphic features in Gangdise-Lhasa metamorphic zone is helpful for the establishment of regional tectonic framework and the discussion of the evolution history of the region, which will provide new basic data for the study of geological structure evolution in the Qinghai-Tibet Plateau. There are few studies on metamorphic rocks in the northern area of Lhasa, Tibet. This paper summarizes and studies them from the perspective of petrography, and briefly discusses the stages of deformation and metamorphism. The area is divided into two metamorphic belts, which are divided into Yebagou-Gandansi metamorphic belt and Shexing-Binjiaolin metamorphic belt from south to north. The types of metamorphic rocks are slate, kyanite and schist. The dynamic metamorphism is manifested as brittle deformation and ductile deformation. The dynamic metamorphic rock belt developed in the area is several kilometers long, which basically belongs to the low green schist facies belt. The metamorphism in the area occurs under the geological background of the northward subduction, subduction and collision of the Neotethys oceanic crust plate. And with the change of tectonic environment and heat flow, different metamorphisms are produced in different geological development stages.
Keywords: Northern Lhasa, metamorphic rocks, metamorphism, stage
DOI: 10.48014/cesr.20240408001
Citation: ZHAN Chun, YANG Hu, WANG Jia, et al. Characteristics of metamorphic rocks and the deformation and metamorphism period in northern Lhasa, Tibet[J]. Chinese Earth Sciences Review, 2024, 3(2): 67-80.