构造岩碳物质拉曼光谱温度计与石英组构对造山带热演化的约束：北喜马拉雅然巴片麻岩穹隆研究实例*

2022-05-13陈思雨张波张进江王洋张磊李晓蓉黄保有闫岩

岩石学报 2022年4期

陈思雨张波张进江王洋张磊李晓蓉黄保有闫岩

1. 造山带与地壳演化教育部重点实验室，北京大学地球与空间科学学院，北京 100871 2. 中山大学地球科学与工程学院，广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室，广州 510275 3. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083

喜马拉雅造山带各岩石-构造单元的构造和热结构记录了中、下地壳物质垂向和侧向运动的重要信息(Selverstone，1988；Allemand and Lardeaux，1997；Jolivetetal.，1999； Ring，1999；Brownetal.，2002；Bergeretal.，2011；Cottleetal.，2011)，是研究造山带物质组成、变质-变形叠加改造、热演化过程以及动力学机制的重要内容(魏春景等，2001；Wuetal.，2002；Beyssacetal.，2004；Kellett and Grujic，2012；Brovarone and Agard，2013；Mollietal.，2018)。因此开展造山带内部构造和热结构的定量标定是揭示地球动力学与圈层热力学过程的前提和研究热点(魏春景等，2001；Wuetal.，2002；Rosenbergetal.，2005；Beyssacetal.，2007；Simoesetal.，2007；吴春明等，2007；Weietal.，2009；Wiederkehretal.，2011；Scharfetal.，2013)。

印度板块与欧亚板块碰撞形成了全球规模最大的高原――青藏高原(Burgetal.，1984；Yin and Harrison，2000)，喜马拉雅造山带位于青藏高原南部，是新生代以来最年轻、构造活动与气候作用最强烈的造山带(Yin，2006)。该造山带从南向北依次划分为5个构造单元，分别为次喜马拉雅岩系、小喜马拉雅岩系、高喜马拉雅岩系、特提斯喜马拉雅岩系以及冈底斯岛弧带，它们的边界分别为主前锋逆冲断层、主边界逆冲断层、主中央逆冲断层、藏南拆离系以及雅鲁藏布缝合带(图1a-c)(Becketal.，1995；Searleetal.，1999；Zhangetal.，2002；Barleyetal.，2003；Dingetal.，2005)。针对喜马拉雅造山带各岩石-构造单元的岩石、构造、年代学以及动力学分析揭示它们调节并控制了新生代碰撞造山导致的地壳缩短增厚、伸展减薄与变形，记录了造山带热体制和应力体系分布(Tapponnier and Molnar，1977; Armijoetal.，1989；Tapponnieretal.，1990；Ratschbacheretal.，1994，2011；Tayloretal.，2003；Yin，2006；Zhangetal.，2012a，b)。特提斯喜马拉雅带内近东-西向断续分布一系列穹隆构造，被称为北喜马拉雅片麻岩穹隆带或拉轨冈日穹隆带(图1a-c)，穹隆核部由片麻岩、混合岩或淡色花岗岩组成，幔部为浅变质岩石(Burg，1987；Leeetal.，2000；Teyssier and Whitney，2002；Kappetal.，2003；Yin，2004；Zhangetal.，2012b；Chenetal.，2022)。

图1 喜马拉雅造山带区域地质图及地质剖面图(据Lee et al.，2000；Yin, 2004；Zhang and Guo，2007；张进江等，2007；Zhang et al., 2012b修改)(a、b)北喜马拉雅片麻岩穹隆带区域地质简图，图示藏南地区主要片麻岩穹隆、南北向裂谷及淡色花岗岩的空间展布及构造关系；(c)喜马拉雅造山带南北向地质剖面简图，图示主要构造单元及边界构造时空分布特征(剖面位置见图1b). GCT-大反冲断层；GKT-吉隆-康马逆冲断层；YGR-亚东-谷露裂谷；STDS-藏南拆离系；MCT-主中央逆冲断裂；MBT-主边界逆冲断裂；MFT-主前锋逆冲断裂Fig.1 Geological sketch maps and N-S cross-section of Himalayan orogen (modified after Lee et al.，2000；Yin, 2004；Zhang and Guo，2007；Zhang et al.，2007, 2012b)(a, b)geological sketch maps of the North Himalayan Gneiss Domes, showing the structural relationship and locations of the main gneiss domes, N-S rifts and plutons;(c)simplified N-S cross-section of Himalayan orogen showing the spatial and temporal characteristics of main tectonic unit and boundary structures (location shown in Fig1.b). GCT-Great counter thrust; GKT-Gyirong-Kangmar thrust; YGR-Yadong-Gulu rift; STDS- Southern Tibet Detachment System; MCT- Main central thrust; MBT- Main boundary thrust; MFT-Main frontal thrust

北喜马拉雅穹隆带被解释为增厚的中、下地壳剥露至地表的产物(Eskola，1948；Brun，1980；Burg，1987；Kappetal.，2000，2003；Teyssier and Whitney，2002；Whitneyetal.，2004)。该带是喜马拉雅造山过程变质-变形改造叠加以及深熔作用的重要载体，是研究大陆碰撞、造山旋回、造山带深部壳幔流变及热动力过程的重要窗口(Jolivetetal.，1999；Leeetal.，2000；Teyssier and Whitney，2002；张宏飞等，2005；吴福元等，2015)。目前关于北喜马拉雅片麻岩穹隆的研究主要集中在岩石学、地球化学、高级变质岩的变质条件及其演化、岩浆过程及热年代学等(Leeetal.，2000；Guoetal.，2008；Quigleyetal.，2008；Zengetal.，2009；Gaoetal.，2012；Zhangetal.，2012b；Wangetal.，2018)，而有关北喜马拉雅片麻岩穹隆区域热结构及变质与变形作用叠加改造序列研究较少，导致对于穹隆带的变质与变形、穹隆启动时间和热演化条件与过程认识仍存在较大争议(Leeetal.，2000；Quigleyetal.，2008；Wangetal.，2018；Linetal.，2020)。一部分学者认为北喜马拉雅片麻岩穹隆核部经历了巴罗氏中压区域变质作用(Leeetal.，2000，2004；Quigleyetal.，2008；Dingetal.，2016a，b；Wangetal.，2018)；而Aoyaetal.(2006)和Kawakamietal.(2007)则提出穹隆核部的变质岩经历了接触变质作用；亦有学者认为穹隆核部经历了麻粒岩相变质且伴随部分熔融作用(Zengetal.，2009；Gaoetal.，2012)。关于北喜马拉雅片麻岩穹隆构造演化和剥露机制也存在争议，一部分学者认为北喜马拉雅片麻岩穹隆为南-北向伸展变形的产物(Chenetal.，1990；Leeetal.，2000，2004；张进江等，2007，2011；Quigleyetal.，2008；Chenetal.，2022)；另一部分学者则强调北喜马拉雅片麻岩穹隆的主期伸展变形为东-西向(Murphyetal.，2002；Dewaneetal.，2006；Thiedeetal.，2006；Murphy，2007；Guoetal.，2008；Leeetal.，2011；Mitsuishietal.，2012；Ledereretal.，2013；McCallisteretal.，2014)；也有学者提出北喜马拉雅片麻岩穹隆叠瓦状逆冲双重构造(构造楔)成因模型(Ramsay，1967；Burgetal.，1984；Burgetal.，2004；Yin，2004；Leeetal.，2006；Yin，2006；Webbetal.，2007)、岩石粘性和密度差异导致的花岗岩体大规模底辟上涌成因模型(Grout，1945；Berneretal.，1972；Brunetal.，1981；Teyssier and Whitney，2002；Whitneyetal.，2004；Xuetal.，2015；Chenetal.，2022)、变质核杂岩成因模型(Davis and Coney，1979；Wernicke，1981；Davisetal.，1983；Leeetal.，2004)、及多期变形叠加的混合成因模型(Ramberg，1980；Leeetal.，2000；Brownetal.，2002；Whitneyetal.，2004；Charlesetal.，2009)。

厘定北喜马拉雅片麻岩穹隆的构造与热结构，重建穹隆变质与变形作用序列是解决上述争议的关键。本次研究选取了北喜马拉雅片麻岩穹隆带内的然巴穹隆开展宏-微观构造解析、组构学分析、以及各类变质岩碳物质拉曼光谱(RSCM)变质温度计算，获得了然巴片麻岩穹隆各构造单元的变质与变形温度，以期约束喜马拉雅造山带热演化过程及其折返机制。

图2 然巴片麻岩穹隆构造地质简图及构造剖面(构造位置见图1b)(a)然巴片麻岩穹隆构造、几何学特征及本次研究野外构造观测及采样点位置；(b)然巴片麻岩穹隆核部南北向区域地质剖面(剖面位置见图2a)；(c)穹隆核部及东侧亚东-谷露裂谷东西向区域地质剖面(剖面位置见图2a)以及本次研究的野外构造观测及采样点位置(据Guo et al., 2008). 罗马数字及线段代表构造剖面位置及方向Fig.2 Geological map of Ramba gneiss dome and associated cross-sections(location shown in Fig.1b)(a)structure and geometry of the Ramba gneiss dome, showing investigation and sampling sites of this study；(b)N-S cross-section across the Ramba gneiss dome core(location see Fig.2a);(c)E-W cross-section across the Ramba gneiss dome core and Yadong-Gulu Rift, together with investigation and sampling sites of this study(location see Fig.2a，after Guo et al.，2008). Roman numerals indicate the locations and directions of cross-sections

图3 然巴片麻岩穹隆上构造层构造岩宏-微观构造特征(a、b)板岩、千枚岩S0层理、S1、S2面理及大规模F1褶皱；(c)石英粒序层指示的S0层理以及挤压褶皱过程中石英、云母定向排列构成的S1面理；(d)片岩微观构造特征，石英颗粒普遍发育膨凸重结晶与波状消光，石英、云母定向排列构成的S1面理与S2面理相互平行. 样品位置见图2a-cFig.3 Macroscopic structures and microstructure features of the upper unit of the Ramba gneiss dome(a，b)S0 foliation of slate and phyllite, S1,S2 foliation and large-scale F1 fold；(c)S0 bedding indicated by the quartz grain size variation and S1 foliation, defined by the alignment of quartz and mica, that formed during contraction and folding；(d)microstructure features of schist. Bulging recrystallization and undulating extinction in quartz, S1 foliation defined by oriented quartz and mica is parallel to the S2 foliation. Sampling sites are shown in Fig.2a-c

1 地质背景

北喜马拉雅片麻岩穹隆带位于特提斯喜马拉雅带内，向西延伸至帕米尔高原(图1a；Yin，2004)，其北部与南部边界分别为雅鲁-藏布江缝合带与藏南拆离系(图1b，c)。穹隆带内由一系列近东-西向展布的片麻岩穹隆组成(图1a-c)(Burg and Chen，1984；Burgetal.，1984；Burchfieletal.，1992；Hodgesetal.，1992；Hodges，2000)，片麻岩穹隆核部被认为是高喜马拉雅结晶岩系在特提斯喜马拉雅的出露(Nelsonetal.，1996；Yin，2006；Kawakamietal.，2007；Lee and Whitehouse, 2007；张进江等，2011；Chenetal.，2022)，穹隆边部主体为寒武纪-始新世的海相沉积物，即特提斯喜马拉雅沉积岩系(Gansser，1964；Le Fort，1975)，属构造混杂带(Burg and Chen，1984; Yinetal.，1999)。特提斯喜马拉雅经历了自白垩纪至第四纪以来褶皱和逆冲断裂的强烈改造(Le Fort，1975；Searle，1983；Burg and Chen，1984；Ratschbacheretal.，1994；Quidelleuretal.，1997；Yinetal.，1999)，以及不同规模和极性的伸展构造叠加(Molnar and Tapponnier，1975；Armijoetal.，1986；Mercieretal.，1987；Ratschbacheretal.，1994)，其间发育有大量淡色花岗岩脉体(图1b、c，图2a-c)。

北喜马拉雅片麻岩穹隆带自西向东依次出露马拉山、拉轨岗日、麻布加、哈金桑惹、康马、然巴、雅拉香波以及错那洞等片麻岩穹隆(Maluskietal.，1988；Chenetal.，1990；Stecketal.，1998；Leeetal.，2000，2004；Murphyetal.，2002；Yin，2006；Guoetal.，2008；Zhangetal.，2012b；Chenetal.，2022)。前人对这些穹隆年代学研究结果表明：淡色花岗岩锆石、独居石U-Pb反映的结晶年龄为47～7Ma(Leeetal.，2004；Gaoetal.，2012；Liuetal.，2014；Jietal.，2016；Burg and Bouilhol，2019；Chenetal.，2022)，云母Ar-Ar或锆石、磷灰石裂变径迹获得的冷却年龄为22～6Ma(Leeetal.，2000，2004；Guoetal.，2008)，这种年龄分布表明结晶基底岩石经历了始新世-中新世的变质和变形作用改造(Leeetal.，2000；Yin，2006；Quigleyetal.，2008；Burg and Bouilhol，2019)。

然巴片麻岩穹隆位于北喜马拉雅片麻岩穹隆带东段(图1b)，穹隆东侧由一条高角度正断层(具有一定的走滑组分)所围限，该正断层可能是亚东-谷露裂谷在然巴地区的分支断裂(图1b、图2a)(Guoetal.，2008；Chenetal.，2022)。Guoetal.(2008)通过构造解析厘定然巴穹隆经历三期构造变形，D1与藏南拆离系活动相关，主期D2是与南北向裂谷启动相关的东西向伸展变形，D3变形表现为穹隆向四周垮塌(图2c)。李志泰等(2020)对然巴片麻岩穹隆岩体进行变质相平衡模拟实验，揭示然巴穹隆具有增温增压的进变质作用过程，且峰期变质的温压条件达600～650℃和8×108～9×108Pa，且峰期变质年龄约为53Ma(独居石U-Pb年龄)。Liuetal.(2014)通过对然巴地区淡色花岗岩锆石U-Pb年代学分析，解释认为然巴穹隆新生代以来经历了三期大规模岩浆事件，分别为44Ma、28Ma以及8Ma。独居石U-Pb结果也显示然巴穹隆经历了7.2±0.2Ma的岩浆事件(Ratschbacheretal.，2011)，地球化学分析结果揭示44Ma和28Ma的岩浆事件起源于增厚的镁铁质地壳部分熔融(Liuetal.，2014)，核部8Ma的二云母淡色花岗岩为典型的S型淡色花岗岩，源于变泥质岩的白云母和/或黑云母脱水熔融(Liuetal.，2014)。穹隆核部和幔部的石榴石二云母淡色花岗岩中黑云母40Ar/39Ar热年代学结果显示最年轻的冷却事件发生在6.19±0.11Ma～6.04±0.13Ma(Guoetal.，2008)。

图4 然巴片麻岩穹隆中构造层构造岩宏-微观构造

图5 然巴片麻岩穹隆下构造层构造岩宏-微观构造特征(a)核部淡色花岗岩及糜棱岩化片麻岩宏观构造特征: 淡色花岗岩底辟体发生大规模侵位，呈岩墙、岩脉状侵入围岩糜棱岩化片麻岩，岩体边部遭受糜棱岩化，片麻岩面理(S2)向穹隆外侧倾伏, 图中出露的淡色花岗岩体高约150m，宽约100m；(b)核部淡色花岗岩及糜棱岩化片麻岩微观构造特征: 淡色花岗岩无明显变形构造，片麻岩中定向排列的云母及拉长的长英质矿物共同构成透入性S2面理及矿物拉伸线理；(c)糜棱岩化片麻岩宏观构造特征: 拉长错断的石英脉揉皱以及不对称石英透镜体指示的上盘向北东方向(向穹隆外侧倾伏)的运动学特征及S2面理；(d)糜棱岩化片麻岩微观构造特征: 微观尺度下石英颗粒变形强烈，边界呈港湾状，定向拉长，长轴方向平行于糜棱面理. 样品位置见图2a-cFig.5 Macroscopic structures and microstructure features of the lower unit of the Ramba gneiss dome(a)macroscopic structural feature of core leucogranite and mylonitic gneiss: Leucogranitic dyke and veins are formed by diapirism, strongly mylonitized in the rim of the diapir, gneissic foliations S2 are outward dipping；(b)microstructure feature of core undeformed leucogranite and mylonitic gneiss: Penetrative S2 foliation and mineral stretching lineation are defined by oriented mica and felsic minerals；(c)macroscopic structural feature of mylonitic schist. Top-to-the-northeast sense of shear is indicated by minor folds of elongated quartz and grain rotation of asymmetric quartz lens, and the S2 foliation；(d)microstructure feature of mylonitic schist. Strongly deformed quartz grain with lobated boundary is orientated parallel to the mylonite foliation. Sampling sites are shown in Fig.2a-c

图6 然巴穹隆各构造层含石墨构造岩暗色矿物单偏光镜下照片及扫描电镜(SEM)背散射图像(a、b)上构造层底部云母片岩中石墨或石墨集合体具明显定向性，呈条带状或被拉长平行于面理方向；(c-f)中构造层片岩中暗色矿物黑云母、钛铁矿、电气石、石墨微观构造特征: 石墨颗粒或颗粒集合体普遍遭受压扁拉长，与长英质矿物颗粒长轴方向共同平行于糜棱面理；(g、h)下构造层片麻岩中暗色矿物微观构造特征: 石墨具有弱定向性，呈细颗粒集合体，均匀弥散于基质中，表现为平行于面理的连续或不连续的条带，绕石英或长石斑晶生长. 样品位置见图2a-cFig.6 Microscope images (under single polarized light) and backscatter images from Scanning Electron Microscope (SEM) of melanocratic minerals in graphite-bearing tectonite from three tectonic units of the Ramba gneiss dome(a，b)mica schist from bottom of the upper unit, graphite band is elongated, oriented and parallel to the foliation；(c-f)microstructure feature of Biotite, ilmenite, schorl and graphite in schist from the middle unit: Graphite grains and aggregates are flattened and elongated, together with the long-axis of felsic minerals define the mylonitic foliation；(g，h)microstructure feature of melanocratic minerals from the lower unit: Weakly oriented graphite fine grains disperse in the matrix. Sampling sites are shown in Fig.2a-c

图7 然巴片麻岩穹隆各构造层内构造岩微观结构特征及其矿相组合(TIMA矿物相面图)(a)上构造层绿泥石-黑云母带片岩，矿物组合为白云母+黑云母+石英+长石+绿泥石.(b-f)从中构造层顶部到底部呈现巴罗氏进变质分带特征:(b)绿泥石-黑云母带二云母片岩，特征变质矿物组合为绿泥石-黑云母-白云母；(c)石榴子石带石榴石二云母片岩，特征变质矿物组合为黑云母-白云母-石榴子石；(d、e)石榴子石-十字石带十字石榴云母片麻岩，特征变质矿物组合为黑云母-石榴子石-十字石；(f)十字石带片麻岩，矿物组合为黑云母-石榴子石-十字石-红柱石.样品位置见图2a-cFig.7 Microstructure and mineral mapping of tectonites from three tectonic units of the Ramba gneiss dome, obtained using a Tescan Intergrated Mineral Analyzer(TIMA)(a)Chl-Bi zone slate in the upper unit, main mineral composition is Ms+Bi+Q+F+Chl；(b-f)Barrovian metamorphism from the top to the bottom of the middle unit:(b)Chl-Bi zone two-mica schist with characteristic metamorphic minerals Bi+Ms+Gt；(d，e)Gt-St zone St-Gt two mica gneiss with characteristic metamorphic minerals Bi+Gt+St；(f)St zone gneiss with characteristic metamorphic minerals Bi+Gt+St+And. Mineral abbreviation: Chl-chlorite; Bi-biotite; Ms-muscovite; Q-quartz; F-feldspar; Gt-garnet; St-staurolite; And-andalusite. Sampling sites are shown in Fig.2a-c

2 然巴片麻岩穹隆宏-微观构造特征

然巴片麻岩穹隆核部为淡色花岗岩体和强烈变形片麻岩，穹隆发育两条环形拆离断层，外侧为上拆离断层，内侧为下拆离断层(图2a-c)(Guoetal.，2008；Zhangetal.，2012b；Chenetal.，2022)。这两条环形的拆离断层将穹隆分为三个岩石-构造单元：从幔部到核部分别为由板岩或低级变质的特提斯喜马拉雅沉积岩系组成的上构造层(图3a-d)；韧性变形的石榴子石、十字石、红柱石云母片岩为主的中构造层(图4a-h)，以及以淡色花岗岩体与糜棱岩化片麻岩组成的下构造层(图5a-d)(Guoetal.，2008；Zhangetal.，2012b；Chenetal.，2022)。

图8 然巴片麻岩穹隆中构造层十字石榴云母片岩(样品XRB-017)中石榴子石显微结构、元素丰度面图以及元素含量剖面(a)正交偏光下石榴子石显微结构特征；(b)石榴子石显微结构特征(背散射图像)及元素丰都剖面线位置；(c-f)石榴子石元素丰度面图(暗色到亮色代表元素相对含量由低到高)及元素丰都剖面(剖面位置见图8b):(c、d)锰、钙元素富集于核部，含量向边部递减；(e)镁元素从核部到边部含量逐渐升高；(f)铁元素相对均一，在矿物边部轻微富集.图c-f中元素含量剖面横坐标代表距离(mm)，纵坐标代表能谱光子计数(该参数用以表征元素含量)，色卡代表相对元素含量的高低. 样品位置见图2a-c、图7dFig.8 Microstructure characteristics, representative X-ray maps (Mn, Ca, Mg and Fe) and compositional zoning profiles of garnet porphyroblasts from studied staurolite-garnet mica schist (Sample XRB-017) in the middle unit(a)microstructure characteristics of garnet under cross-polarized light；(b)microstructure characteristics of garnet(Backscatter images) and location of compositional zoning profiles；(c，d)compositional profiles of Mn and Ca, showing Mn and Ca element concentrate on the core of the garnet and decrease outward；(e)compositional profile of Mg, showing the content of Mg element increase from core to the rim；(f)relatively homogeneously distribution of Fe element, the rim of the garnet show slight enrichment. The abscissa stands for distance(mm) correspond to the profile and the ordinate represents EDS counts(characterization parameter for element content), bar indicates the relative elements content. Sampling sites are shown in Fig.2a-c，Fig.7d

2.1 上构造层

然巴穹隆上构造层主要由特提斯海相沉积岩组成，为砂岩、泥岩和石英砂岩等，经过低级变质作用形成的板岩、千枚岩，上构造层底部发育薄层片岩(图2a-c、图3a-d)，暗色矿物条带主要由黑云母、碳物质(主要为石墨)和一些不透明矿物组成(图3c, d、图6a, b)。且石墨或石墨集合体呈条带状或被拉长平行于面理方向，定向性明显，长轴长约5～15μm(图6a，b)。矿物组合主要为白云母+黑云母+石英+长石+绿泥石(图3c, d、图7a)，构造层内保存大规模不对称褶皱F1(图3a，b)。石英粒序层指示了S0层理(图3c)，云母和长英质矿物定向排列构成S1面理(图3c，d)，面理产状向穹隆外侧倾伏(图2b-c、图3a-b)，构造层底部片岩层中发育中等角度S2面理，平行于S1面(图2b、图3a)。石英颗粒普遍发育膨凸重结晶与波状消光(图3d)，重结晶石英颗粒粒径约20～80μm，长轴方向平行于S1面理面(图3c，d、图7a)。

2.2 上拆离断层

上拆离断层呈椭圆形环绕穹隆上构造层外侧发育(图2a)，上盘为浅变质板岩、千枚岩与薄层片岩，下盘为石榴石片岩(图2a-c)。在穹隆东侧，上拆离断层被一条南北向正断层所错断，断层上盘发育大规模第四纪沉积盆地(图2a-c)。穹隆南侧与北侧上拆离断层呈弧形，南侧断层倾向南南东-南南西，北侧断层倾向北北西-北北东(图2a)

2.3 中构造层

中构造层为上拆离断层与下拆离断层所围限的岩石-构造单元(图2a-c)。主要由强烈韧性变形的低-中级变质片岩和少量片麻岩构成，从上构造层底部往中构造层，S1面理逐渐被S2面理所置换，中构造层内部大面积保存透入性北倾S2面理(图4a-d)，主要由压扁矿物或片状矿物，如云母和长英质条带(Guoetal.，2008)，定向排列构成。暗色矿物以黑云母、钛铁矿、电气石、石墨为主(图6c-f)，石墨颗粒粒度较细(5～10μm)，这些石墨颗粒或颗粒集合体普遍遭受压扁拉长，与长英质矿物颗粒长轴方向平行，共同构成糜棱面理(图6c-f)。被拉长错断的石英布丁、不对称旋转碎斑、压力影及矿物拉伸线理都指示了上盘向北的剪切(图4a-d)。从构造层顶部到底部，变质和变形程度递增，构造层顶部为绿泥石-黑云母片岩带，矿物组合为石英+白云母+黑云母+长石+绿泥石(图7b)；穹隆东侧中构造层顶部(样品RB-042)(图2a-c)，石英颗粒粒径约为60～90μm，这些石英颗粒边界平直、并发育三联点结构，表明石英颗粒经历静态恢复作用(Hirth and Tullis，1992；Stippetal.，2002)(图4e)，穹隆北侧中构造层顶部发育云母片岩(RB-011)(图2a-c)，石英颗粒表现出波状消光，重结晶颗粒粒径20～50μm，颗粒边界以膨凸重结晶作用为主(图4f)。构造层中部样品XRB-009中开始出现石榴子石，矿物组合为石英+长石+黑云母+白云母+石榴子石，石榴子石粒径约1000～1500μm(图7c-e)，中构造层中部-底部二云母片岩中塑性变形石英颗粒被细粒化且强烈压扁拉长，拉长方向与面理方向平行(图4g，h)，这些石英颗粒以亚颗粒旋转重结晶为主(图4g)，并叠加边界迁移重结晶(图4g，h)。十字石榴二云母片岩(XRB-017)中可观察到石榴子石-十字石共生(图7d)，矿物组合为石英+长石+黑云母+白云母+石榴子石+十字石(图7d)，十字石围绕石榴子石边部生长，且强烈碎裂化(图7d)，在手标本尺度也可观察到石榴子石颗粒，粒度粗大(图4a-b)，能谱元素成分分析显示石榴子石发育成分环带(图7d、图8a-f)，包裹体矿物为磁铁矿、石英和长石(图7d、图8a，b)。锰和钙元素明显集中于石榴子石核部，含量向边部递减(图8c，d)；镁元素多集中在矿物边缘，核部向边部含量升高(图8e)；铁元素分布相对均一，从核部向边部铁元素微弱富集(图8f)。这种元素分配模式暗示进变质石榴子石生长，即石榴子石生长于升温升压的进变质过程(Spear，1991；Spear and Daniel，2001)。靠近核部，片岩中的十字石含量显著增多，自形程度增高(图7d，e)。中构造层底部为红柱石-石榴子石-十字石二云母片岩(图7e)，石榴子石、十字石颗粒粗大、且自形，但红柱石含量很低，破碎程度较高(图7e)。石英、长石和云母颗粒普遍拉长或压扁，并平行于S2面理，不对称矿物斑晶、斑晶集合体以及矿物旋转指示右行剪切(图4c，d)，指示了北向伸展的运动学特征。

2.4 下拆离断层

下拆离断层在平面上主要表现为宽数百米的拆离剪切带，呈椭圆形，长轴方向近南北向，主要发育于核部片麻岩中，局部发育于核部淡色花岗岩体边部(图2a-c)。下拆离剪切带分隔了中构造层片岩与下构造层糜棱岩化片麻岩、淡色花岗岩(图2a-c)。穹隆北侧，下拆离剪切带总体呈弧形，走向总体为东西向。穹隆东侧剪切带走向为北东-南西而穹隆西侧剪切带走向主体为南北向，往北侧过渡为东西向(图2a-c)。下拆离剪切带内糜棱面理方向较为复杂，高应变带内发育近东西向和近南北向两组由拉长的石英和定向排列的长石碎斑构成的矿物拉伸线理(图2a、5b，d)。

2.5 下构造层

下构造层位于然巴片麻岩穹隆核部，由淡色花岗岩体以及下拆离断层下盘的糜棱岩化片麻岩组成(图2a-c、图5a，d)。淡色花岗岩体核部无明显变形构造，主要为细粒的二云母花岗岩(Guoetal.，2008；Liuetal.，2014；Jietal., 2020)，矿物组合为石英+钾长石+斜长石+白云母+黑云母(图5a，b)，边部遭受糜棱岩化。片麻岩中定向排列的白云母以及拉长的石英和长石构成透入性S2糜棱面理和矿物拉伸线理(图5a-d)，糜棱面理产状平行于下拆离断层(图2a-c)，受核部淡色花岗岩体就位影响，糜棱岩面理向穹隆四周倾伏(图2a-c、图5a，c)。石英颗粒变形强烈，边界呈港湾状，定向拉长，长轴方向平行于糜棱面理，粒度80～120μm(图5b，d)，暗色矿物以石墨、黑云母、钛铁矿为主，石墨呈细颗粒集合体，均匀弥散于基质中，发生强烈定向且平行于面理或绕石英和长石斑晶生长(图6g，h)。片麻岩和花岗岩体接触边界上可见大量变形的二云母花岗岩脉切穿糜棱岩化片麻岩面理(图5a)，热接触面附近红柱石大量生长(Guoetal.，2008；Zhangetal., 2012b)(图5a，b)，这些红柱石晶体显示微弱的定向，部分红柱石颗粒切穿围岩糜棱面理(图5a，b)，这些特征均表明核部淡色花岗岩体的侵位发生于然巴穹隆晚期变形阶段(Guoetal.，2008)。核部片麻岩以副片麻岩为主，发育强烈的韧性变形组构，片麻理平行于下拆离断层面(图2a-c)，矿物组合为黑云母+白云母+石英+斜长石+石榴子石+十字石+红柱石(图5b, d、图7f)。然巴穹隆下构造层局部片麻岩发生混合岩化，暗示下构造层经历了部分熔融作用，温度可能高于600℃(Guoetal.，2008)。

为查明然巴穹隆各岩石-构造单元所经历的变质和变形温度，恢复其内部热结构，对然巴穹隆三个构造层内15个构造岩样品进行碳物质拉曼光谱分析(RSCM)，对7个样品进行基于EBSD技术的石英组构(CPOs)和微区取向定量分析，采样位置见图2a-c，样品特征及估算的变质温度见表1，显微构造特征及变形温度数据总结于表2。

表1 然巴片麻岩穹隆含石墨构造岩特征变质矿物组合、拉曼光谱参数及变质温度估算结果

表2 然巴片麻岩穹隆各构造层构造岩运动学、组构特征及变形温度估算

3 分析方法

3.1 碳物质拉曼光谱分析(RSCM)

碳物质拉曼光谱分析技术RSCM(Raman Spectroscopy on Carbonaceous Material)被应用于变质岩的峰期变质温度计算(Beyssacetal.，2002a，b；吴春明等，2007；Cao and Neubauer，2019；Lyuetal.，2020)，并被广泛应用于造山带热变质过程、断裂热演化和盆地深部热过程等领域(Spear，1995；魏春景等，2001；Wuetal.，2002；Liuetal.，2004；刘福来等，2006；Weietal.，2009；黄保有等，2020；吕美霞等，2020)。石墨和碳物质广泛存在于各类变质岩或断层泥中(Beyssacetal.，2002a，b；Selverstone，2005；Aoyaetal.，2010)。在变质或变形过程中，岩石中的非晶质碳质物会通过机械以及化学作用发生结晶度的改变，晶形结构从无序逐渐转化为有序(Landis，1971；Pasteris and Wopenka，1991)，该过程称为石墨化过程，这一过程与温度呈正相关关系(Beyssacetal.，2002a)。由于石墨化过程的不可逆性，其结构不受后期退变质作用的影响(Landis, 1971; Beyssacetal., 2002a)，同时碳质物结晶度能够通过高空间分辨率拉曼光谱定量分析技术进行测定(Beyssacetal.，2002a)，因此碳物质拉曼光谱分析及其温度计被认为是一种定量化测量岩石变质程度以及变质峰期温度的有效且可靠手段(Wopenka and Pasteris，1993；Wadaetal.，1994；Beyssacetal.，2002a，b，2004，2007；Rantitschetal.，2004；Rahletal.，2005；Negroetal.，2006；Angiboustetal.，2009；Gabaldaetal.，2009；Lahfidetal.，2010)。

本次碳物质拉曼光谱测试分析在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室激光拉曼光谱分析实验室进行，仪器为HORIBA JY公司LabRAM HR Evolution光谱仪，焦长800mm，入射激光激发波长532nm，曝光时间30s，物镜倍数100X，能量10mw。我们对15片构造岩探针薄片进行碳物质的拉曼光谱测试，定向薄片切割方向平行于线理且垂直于面理，不同薄片测试之前利用单晶硅片进行校正。为降低样品内部结构和变质非均一性导致的实验误差，提高实验准确度，我们对每件薄片采集20～40个拉曼光谱，并进行统计分析。由于碳物质拉曼光谱准确性受多因素控制，故测试的碳物质的选取以及测试过程严格遵循Beyssacetal.(2002a，b，2003)建议的流程。为避免表面抛光产生的微弱变形以及摩擦生热对实验结果的影响(黄保有等，2020)，实验测试的碳物质主要选取位于透明矿物(主要为石英)之下的石墨或碳物质颗粒。

数据处理采用PeakFit软件，对每一个测试光谱进行荧光背景去除和分峰拟合(黄保有等，2020)，获取1200～1800cm-1波段D1-、D2-、G-三个石墨特征谱峰位置、谱峰面积、谱峰高度以及半宽高等参数，再将这些参数代入经验公式(Beyssacetal., 2002a)，能够计算样品峰期变质温度(Beyssacetal.，2002a)。初步分析显示然巴穹隆变质岩样品的峰期变质温度均超过500℃，故选用Beyssacetal.(2002a)推荐的经验公式，相关经验公式(1)和(2)如下所示：

R2=D1/(G+D1+D2)

(1)

T(℃)=-445R2+641

(2)

其中G、D1、D2分别为对应标准石墨特征谱峰的谱峰面积，R2为三个特征谱峰的相对面积，黄保有等(2020)统计分析发现该经验公式可以很好的匹配330～640℃的变质温度范围，具有准确度高、相对误差小等优势。我们选取数据量最大且相对误差不超过5%的温度区间数据，对谱峰结果取平均，计算样品记录的峰期变质温度(Beyssacetal.，2004)。

3.2 石英及微区电子背散射衍射(EBSD)

电子背散射衍射(即Electron Backscattered Diffraction，EBSD)是进行晶体取向分析的有利工具。石英作为地壳主要造岩矿物，广泛存在于中、上地壳，是承载地壳流变过程的主要形变矿物，由于其对变形温度敏感，故韧性变形过程中的石英组构(结晶学优选方位/CPOs)被广泛用以分析地壳流变过程、流变机制和估算韧性过程的变形条件(如速率和温度)(Passchieretal.，1990；Miller and Paterson，1994；Zhangetal.，2017)。

本次研究中，定向薄片切割方向平行于矿物拉伸线理，垂直于面理，薄片用0.05μA BUEHLER氧化铝抛光液进行2h震动抛光，再用纯净水抛光0.5h，最后使用氩离子剪薄。在EBSD测试前，镀5nm碳层。测试在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室SEM-EBSD实验室进行，扫描电镜型号为FEI-FEG 650，实验条件为低真空，导电介质为蒸馏水，工作电压20kV，束流124μA，工作束斑6.0，样品倾斜70°。组构分析软件为HKL-technology Channel 5。实验选取糜棱岩中石英集合体条带内的石英颗粒(粒径20～100μm)进行自动面扫描，扫描步长为2μm，数据分析过程中采用一个颗粒一个数据点进行石英晶向CPOs投图(Gibert and Mainprice, 2009；Zhangetal.，2017)。

3.3 矿物相与微结构自动识别技术(TIMA)

泰斯肯综合矿物分析系统TIMA(Tescan Integrated Mineral Analyzer)用于矿相定量分析和识别。该系统由扫描电镜和四台能谱(EDS)探测器构成，通过结合背散射(BSE)信号，能够获取样品原位全谱元素成分，以实现定量化测量元素种类及含量，依此精确识别矿物相及矿物形态以及矿物相边界等信息(陈倩等，2021)。

TIMA分析在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室TIMA实验室完成，通过Tescan Mira Schottky场发射扫描电镜及其搭载的四个EDAX能谱探测器采集谱峰信号，采集模式为高分辨率liberation分析模式，实验环境为高真空，工作电压25kV，束斑大小110nm，工作距离15mm。

4 分析结果

4.1 然巴穹隆各构造层变质岩碳物质拉曼变质温度

我们对然巴片麻岩穹隆上、中和下构造层15件变质岩样品进行石墨拉曼光谱测温分析，样品位置见图2a-c。实验测试结果总结于表1和图9a-c。

图9 然巴片麻岩穹隆各构造层含石墨构造岩的代表性石墨拉曼光谱与温度分布直方图(a)上构造层；(b)中构造层；(c)下构造层. 灰色立柱分别代表D1、G、D2石墨特征谱峰位置. 直方图显示各样品获取的变质温度范围与频数，红色直方柱温度区间相对误差不超过5%. 样品位置见图2a-cFig.9 Representative graphite-bearing tectonites from three tectonic units of Ramba gneiss dome samples, illustrating the evolution of observed Raman spectrum and corresponding calculated metamorphic temperature histogram(a)the upper unit；(b)the middle unit；(c)the lower unit. D1, G and D2 peak positions are labeled with grey column. Histogram shows the range and frequency of calculated metamorphic temperature, red columns stand for relatively metamorphic temperature error are less than 5%. Sampling sites are shown in Fig.2a-c

样品石墨拉曼光谱形态以及峰期变质温度统计直方图见图9a-c。自上构造层到下构造层，所分析样品的所有拉曼光谱都显示出石墨特征谱峰G-峰，谱峰位置位于1580cm-1，低温样品中D1-和D2-峰较发育，谱峰分别位于1350cm-1和1620cm-1，而高温样品中D1-和D2-峰峰高逐渐降低(图9a-c)。

上构造层3件样品(RB-014、XRB-024和XRB-008)石墨拉曼光谱谱峰形态总体表现为高-宽峰形，D1-和D2-峰明显(图9a)，样品RB-014采自穹隆北侧上构造层，距离核部约2515m(图2a-c)，该样品的21个拉曼谱峰数据获得的R2[D1/(D1+D2+G)]范围为0.50～0.57，平均值为0.54，估算的峰期变质温度范围为 385～420 ℃，平均温度为401±19℃，是然巴穹隆获取的最低变质温度；样品XRB-024的20个拉曼谱峰数据显示R2值为0.20～0.29，平均0.25，估算的温度范围为513～554℃，平均温度531±23℃；样品XRB-008测试的38个拉曼谱峰数据显示R2范围为0.15～0.26，平均值为0.20，估算的变质温度范围527～576℃，平均温度552±25℃(图9a、表1)。

中构造层样品共计10件(表1)，采样点距离核部淡色花岗岩体4521～359m(图2a-c、表1)。石墨拉曼光谱数据显示R2变化范围为0.06～0.23，谱峰总体呈现窄、尖、高形态，D1-和D2-峰不明显(图 9b)。估算的峰期变质温度变化范围为614±28℃～537±27℃ (图9b、表1)，构造层平均变质温度为576℃(表1)。

下构造层样品(RB-021-02和RB-021-03)采集于含红柱石片麻岩(采样位置见图2a-c)。距离核部淡色花岗岩体约200m(图2a-c)。石墨拉曼光谱D1-和D2-峰较弱或不出现(图9c)，暗示其为高温变质作用的产物(Pasteris and Wopenka，1991；黄保有等，2020；和田云涛，2020)。两个样品中56个拉曼谱峰数据显示R2平均值为0.15，估算的变质峰期温度分别为581±26℃(RB-021-02)和566±28℃(RB-021-03)，指示下构造层平均峰期变质温度为574℃。

4.2 定量化石英晶体学取向分析与微观构造解析

针对然巴穹隆不同构造层构造岩内石英开展晶体取向面扫描(EBSD Mapping)，并利用晶格优选方位(CPOs)以及各种定量化结晶学参数标定石英微观结构、变形机制和变形条件(图10a-h、图11a-f)。

图10 然巴片麻岩穹隆上构造层片岩(样品RB-014)定量化显微构造和组构特征分析结果(a)石英电子背散射衍射晶体空间取向面扫描分布图，图示高角度石英边界及低角度石英亚颗粒边界与石英矿物颗粒形态；(b)膨凸重结晶石英颗粒粒度统计分析柱状图；(c)石英取向差分布图；(d、e)局部重结晶石英颗粒取向面扫描分布图，重结晶石英新颗粒显示膨凸重结晶晶体学特征(扫描区域见图10a)；(f、g)膨凸重结晶石英颗粒取向差剖面图，图示石英内部亚颗粒边界、高角度石英颗粒边界及位置(剖面位置见图10d、e)；(h)膨凸重结晶石英颗粒及石英母晶颗粒CPOs样式，不对称逆时针旋转的CPOs样式指示了上盘向北的剪切变形运动学特征. 样品位置见图2a-cFig.10 Microstructural and fabric features of the schist(Sample RB-014)in the upper unit of Ramba gneiss dome(a)orientation map for quartz showing high angle grain boundaries and low angle subgrain boundaries；(b)histogram of recrystallized grainsize distributions. Frequency calculated as number fractions of bulges/grainsizes；(c)misorientation angle distribution diagrams for quartz in the studied schist sample；(d，e)local orientation map for quartz, showing bulging recrystallization(locations see Fig.10a)；(f，g)misorientation profile along Lines A-A′ and B-B′ crossing a bulge(locations see Fig.10d，e)；(h)asymmetric crystal graphic orientation patterns of recrystallized quartz and relict, indicating top-to-the-north sense of shear. Foliation and lineation are shown in the frame. Sampling sites are shown in Fig.2a-c

图11 然巴片麻岩穹隆中-下构造层片岩(样品RB-020)定量化显微构造和组构特征分析结果(a)石英电子背散射衍射晶体空间取向面扫描分布图，图示高角度石英颗粒边界及石英颗粒形态；(b)微米尺度扫描电镜(SEM)背散射图像，图中箭头所指石英颗粒边界呈叶片状、港湾状等不规则状，指示了边界迁移重结晶(Stipp et al.，2010)；(c)局部重结晶石英颗粒取向面扫描分布图，重结晶石英颗粒显示边界迁移重结晶特征；(d)边界迁移重结晶石英颗粒取向差剖面图，图示石英颗粒边界及内部的取向差角度(剖面位置见图11c)；(e)石英取向差分布图；(f)不对称逆时针旋转的重结晶石英颗粒CPOs样式，指示了上盘向北的运动学特征. 样品位置见图2a-cFig.11 Microstructural and fabric features of the schist(Sample RB-020)in the middle-lower unit of Ramba gneiss dome(a)orientation map for quartz showing high angle grain boundaries and grain shapes；(b)micrometer-scale backscatter image, white arrows point to the lobated grain boundaries that indicate grain boundary migration recrystallization(Stipp et al.，2010)；(c)local orientation map for recrystallized quartz grain, showing grain boundary migration(location see Fig.11a)；(d)misorientation profile along Line A-A′ crossing grain boundary migration recrystallized quartz grains(locations see Fig11c)；(e)misorientation angle distribution diagrams for quartz in the studied schist sample；(f)aymmetric crystallographic-preferred orientations (CPOs) patterns of recrystallized quartz, indicating top-to-the-north sense of shear. Foliation and lineation are shown in the frame. Sampling sites are shown in Fig.2a-c

4.2.1 上构造层

上构造层片岩(样品RB-014)采集于上构造层底部(图2a-c)，石英颗粒由高角度边界所围限，颗粒内部发育2°～10°低角度亚颗粒边界(图10a，d，e)，表明其动态重结晶作用以亚颗粒旋转及膨凸重结晶为主(Hirth and Tullis，1992；纪沫等，2008；Stippetal.，2010)，重结晶石英颗粒显示定向，围绕母晶边部生长，长轴方向与母晶颗粒长轴方向一致，平行于S2方向(图10a)。重结晶颗粒粒度小于32μm，大部分颗粒粒度为2～10μm(图10b)。取向差角分布图解显示石英取向差角呈双峰式分布(图10c)，校正前低角度取向差角度频率分布较理论随机取向差角度明显偏高，且低角度取向差角约为2°～10°，高角度重结晶石英颗粒取向差角为40°～60°(图10c)。取向差剖面图显示膨凸重结晶新颗粒由亚颗粒边界及高角度边界所围限，边界较规则，颗粒后部形成位错壁(Stipp and Kunze, 2008)(图10d-g)。重结晶石英颗粒轴优选取向呈现不对称，垂直于面理平行于Z轴分布，且发生逆时针旋转，指示了上盘向北的剪切运动学(Passchier and Trouw，2005)(图10h)。母晶石英颗粒轴沿Y轴方向发生强烈集中，轴定向性较弱，垂直面理面形成环带，与重结晶新颗粒形成显著差异(图10h)。

4.2.2 中-下构造层

中-下构造层糜棱岩(样品RB-020)内重结晶石英颗粒粒度大小不等，定向性明显，变形强烈，呈压扁拉长状，长轴方向与长石、云母定向方向一致，平行于面理面(图11a，b)。较粗大的颗粒边界呈叶片状(150～200μm)，港湾状等不规则形态，指示石英发生了颗粒边界迁移(图11a-c)(Stippetal.，2010)。取向差剖面图显示石英颗粒内部与相邻颗粒之间不存在低角度亚颗粒边界，由高角度颗粒边界所围限，且取向差角度大于80°(图11d)，表明石英重结晶程度较高。校正后取向差角分布图解呈现明显的双峰式分布，其中低角度(0°～10°)以及中等角度(50°～60°)取向差存在两个明显的高频峰(图11e)。相反，校正前取向差角度与随机取向差理论曲线高度吻合，取向差角集中于60°～90°(图11e)。重结晶石英颗粒轴沿平行于线理、面理方向(X轴)强烈集中并发生逆时针旋转，指示了上盘向北的剪切(Passchier and Trouw，2005)，而轴定向性相对较弱，沿Y轴及近平行于Z轴方向形成极密(图11f)。

定量化石英晶体学取向分析与微观构造解析表明，从然巴穹隆上构造层到下构造层，石英重结晶机制逐渐由膨凸重结晶向亚颗粒旋转重结晶以及边界迁移重结晶机制转换，取向差角逐渐升高，非对称性的CPOs模式记录了一致北向剪切运动学，暗示然巴穹隆不同构造层同时经历了北向拆离运动，且变形温度也从上构造层向下构造层递增(Hirth and Tullis，1992; Guoetal., 2008；Zhangetal.，2012b)。