怀安-大同地区古元古代高温高压麻粒岩的变质作用及其地质意义

摘要

古元古代基性高压麻粒岩（石榴基性麻粒岩）和高温-超高温麻粒岩的发现及其相关研究是近年来华北克拉通早前寒武纪地质研究的一项重要进展。部分学者将上述两类麻粒岩分别作为依据，提出了不同的构造模式，如陆陆碰撞或微陆块拼贴的模型来解释华北克拉通早前寒武纪构造演化。研究表明基性高压麻粒岩不仅以变质岩墙侵入到TTG-花岗质片麻岩中，在一些地区，还与高温变泥质麻粒岩（俗称孔兹岩系）密切伴生，对于后者是否与基性高压麻粒岩有共同的变质历史，两类麻粒岩之间是否存在成因联系，近年来开始备受关注。该问题的解决对于深刻理解早期陆壳演化和变质机制非常重要。　　怀安-大同地区是华北克拉通最早发现有基性高压麻粒岩地体的地区之一，位于丰镇（孔兹岩带）和晋豫活动带（中部造山带）的构造交汇处，基性高压麻粒岩和孔兹岩系在该区具有密切的产出关系，是解开孔兹岩系与石榴基性麻粒岩及其TTG片麻岩之间的地质关系的重要地区之一。本文通过对怀安蔓菁沟和大同孤山地区的石榴基性麻粒岩与孔兹岩系进行了详细的地质填图、野外观察、岩石学、相平衡模拟和年代学的研究，得出如下几个结论：　　(1)石榴基性麻粒岩主要以透镜体和岩墙形式产出在灰色片麻岩和孔兹岩系中,三者产状一致。该区记录了三期主要变形事件：D1主要以无根褶皱形式存在于上述三类岩石中；D2表现为形成区域性片麻理，主要由矽线石组成，部分石榴基性麻粒岩中可见紫苏辉石与斜长石组成的后成合晶定向拉长；D3表现为宽缓的褶皱。变形构造分析表明它们自D1变形时期，已经开始共同经历变形和变质，D1可能对应于高压麻粒岩相阶段(M2）；D2略晚于或同时于中压麻粒岩相阶段(M3); D3形成于晚期抬升阶段，可能对应于麻粒岩相到角闪岩相退变质阶段(M3到M4)。　　(2)本论文在怀安蔓菁沟和大同孤山泥质麻粒岩中均发现了蓝晶石及其他变质矿物组合，说明研究区的泥质麻粒岩与石榴基性麻粒岩类似，都经历了高压麻粒岩相变质作用。依据岩石结构和矿物成分将该区泥质麻粒岩划分为四个变质阶段：进变质(M1)，高压麻粒岩相(M2)，中压麻粒岩相(M3)和麻粒岩相．角闪岩相(M4)阶段。M1以石榴石核部及其包裹体矿物黑云母-石英-金红石±白云母±斜长石为特征。M2为石榴石幔部及其包裹体蓝晶石-钾长石-黑云母-石英-金红石±（多硅）白云母±高锌尖晶石。M3以石榴石边部及其包体，或者基质中矿物为特征：石榴石-矽线石-钾长石-黑云母-斜长石-石英-金红石±高锌尖晶石。M4阶段的变质结构不明显，以石榴石边部出现黑云母与石英的后成合晶为特征，钛铁矿代替金红石，次生白云母替代矽线石或者石榴石等。　　(3)相平衡模拟获得蔓菁沟泥质麻粒岩的峰期变质条件为：11.5-15kbar/ 810-860℃（高压麻粒岩相），中压麻粒岩阶段为～9.5kbar/850℃。孤山泥质麻粒岩的峰期变质条件为～13.2kbar/848℃，中压麻粒岩相阶段为～7.8 kbar/~835℃。与前人研究认为泥质麻粒岩是中-低压型麻粒岩不同。两地区的泥质麻粒岩的P-T轨迹均为近等温降压型。孤山和蔓菁沟两个剖面的石榴基性麻粒岩和孔兹岩系均记录两组一致的变质年龄：～1950Ma和～1850Ma。　　(4)怀安-大同地区孔兹岩系与石榴基性麻粒岩经历了相似的变质变形历史：～1.96-1.90Ga发生高压麻粒岩相变质，～1.88-1.82Ga抬升至中-下地壳水平，伴随中低压麻粒岩相叠加。随后在～1.82-1.80Ga抬升至中-上地壳，伴随角闪岩相退变质作用和基底熔融，常有伟晶岩侵入。该认识不同于前人认为孔兹岩系与石榴基性麻粒岩代表了各自具有不同变质历史的板片。　　(5)怀安-大同地区高温-高压麻粒岩反映的地热梯度约～16-25℃/km，属于中压变质相系。研究区麻粒岩地体记录了缓慢的抬升速率，从高压麻粒岩相至中压麻粒岩相的抬升速率大约为～0.15-0.2mm/yr，中-低压麻粒岩相至角闪岩相的抬升速率为～0.15-0.45 mm/yr。这与显生宙碰撞造山带的变质特点有很大差别。　　基于区域资料和已有研究，本文得出以下推论：　　(1)在华北克拉通其他区域，如胶东、乌拉山-大青山和鲁山-舞钢等，泥质麻粒岩与石榴基性麻粒岩紧密伴生的地区，两类麻粒岩可能经历了相似的变质历史。　　(2)华北克拉通古元古代麻粒岩地体具有分布广，地热梯度高和抬升速率慢的特征，以及在高温条件滞留时间长的特点，与显生宙大陆碰撞造山带形成的高压地体明显不同，指示早前寒武纪的地热梯度和构造过程可能与显生宙存在较大差别，其具体成因模型和地质意义仍需更多研究。

目录

第一个书签之前