肖玲玲 劉福來
XIAO LingLing 1 and LIU FuLai 2
1. 北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100083 2. 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所,北京 100037
1. School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2. Institute of Geology,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China
2015-07-01 收稿,2015-08-20 改回.
全球80% ~90%的陸殼是在早前寒武紀(jì)形成的,且絕大多數(shù)形成于中-新太古代(Condie et al.,2001)。早期陸殼物質(zhì)在長期演化歷史中形成面積較小的穩(wěn)定陸殼區(qū)塊,被稱為陸核(continental nucleus),隨后經(jīng)過巨量陸殼增生,圍繞著古老陸核形成了微陸塊(micro-continental block)。微陸塊間彼此發(fā)生拼合、逐漸增生形成大陸。地質(zhì)學(xué)家將長期穩(wěn)定、未經(jīng)構(gòu)造活動或變形的、具有一定規(guī)模的地殼部分,稱為克拉通(craton)。大多數(shù)克拉通都是在太古宙2.65 ~2.5Ga 期間形成的,少數(shù)完成于古元古代末2.0 ~1.9Ga(趙宗溥,1993)??死ɑ慕Y(jié)果是在地球上形成與現(xiàn)今規(guī)模相似的穩(wěn)定大陸。
華北克拉通(North China Craton)是由中亞造山帶(或興蒙造山帶)和祁連-秦嶺-大別造山帶圍限起來的一個早前寒武紀(jì)穩(wěn)定地塊(圖1),是一個有約38 億年漫長歷史的古老克拉通。與世界上其它克拉通相比,華北克拉通出露面積不大,但經(jīng)歷了復(fù)雜的多階段的構(gòu)造演化,記錄了幾乎所有的地球早期發(fā)展的重大構(gòu)造事件(Kusky et al.,2007;翟明國,2008)。長期以來,華北克拉通早前寒武紀(jì)基底的形成及其大地構(gòu)造演化備受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注,近二十年來更是將研究的重點聚焦于新太古代-古元古代基底構(gòu)造格局的劃分上。目前,對華北克拉通前寒武紀(jì)基底構(gòu)造格架的研究,雖然在某些劃分細(xì)節(jié)上有所差別,但已經(jīng)形成一個基本共識,即華北克拉通前寒武紀(jì)基底是由先存的數(shù)個微陸塊后期拼貼而成的。
圖1 中國主要構(gòu)造單元劃分簡圖(據(jù)Zhao et al.,2001b)Fig.1 Geological sketch map of the North China Craton(after Zhao et al.,2001b)
圖2 華北克拉通前寒武紀(jì)基底構(gòu)造劃分圖(據(jù)Zhao et al.,1998,2001b,2005)XH-宣化雜巖;HA-懷安雜巖;HS-恒山雜巖;FP-阜平雜巖;WT-五臺雜巖;LL-呂梁雜巖;ZH-贊皇雜巖;ZQ-左權(quán)雜巖;ZT-中條雜巖;TH-太華雜巖;DF-登封雜巖Fig.2 Tectonic subdivision of the North China Craton proposed by Zhao et al.(1998,2001b,2005)XH-Xuanhua complex;HA-Huai'an complex;HS-Hengshan complex;FP-Fuping complex;WT-Wutai complex;LL-Lüliang complex;ZH-Zanhuang complex;ZQ-Zuoquan complex;ZT-Zhongtiao complex;TH-Taihua complex;DF-Dengfeng complex
趙國春定義的“華北中部造山帶”為東部陸塊和西部陸塊的構(gòu)造拼合帶,該造山帶以中國東部兩條主要的深大斷裂為界,總體呈南北向展布,帶內(nèi)早前寒武紀(jì)基底巖石大體出露于登封、太華、中條、贊皇、呂梁、阜平、五臺、恒山、懷安、宣化和冀北等地區(qū)(圖2),主要由新太古代-古元古代TTG 片麻巖、表殼巖、鐵鎂質(zhì)巖墻和同構(gòu)造或碰撞后花崗巖組成。與東、西部陸塊新太古代基底相比,中部帶基底中含有較多的表殼巖,且其中大多數(shù)經(jīng)歷綠片巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用,根據(jù)變質(zhì)作用程度不同,中部帶基底可以進(jìn)一步分為高級區(qū)和花崗-綠巖帶(Zhao et al.,2003)。前者變質(zhì)程度可達(dá)高角閃巖相-麻粒巖相,包括太華、阜平、恒山、懷安、宣化等雜巖,在華北中部帶北段基底出露大量高壓麻粒巖和退變榴輝巖,它們沿中部帶北部恒山-懷安-宣化-承德一線分布,在空間上構(gòu)成一條長約500km、NE 向延伸的高壓麻粒巖相帶,即桑干構(gòu)造帶(Zhai et al.,1993;郭敬輝等,1996b;翟明國等,1996;Zhao et al.,2001a);花崗-綠巖帶的變質(zhì)程度相對較低,多為綠片巖相-角閃巖相,包括登封、呂梁、贊皇、五臺等雜巖(Zhao et al.,2003;鑒于呂梁雜巖已有麻粒巖報道,本文將其歸為高級區(qū)雜巖體)。除太華雜巖外,高級區(qū)其它所有變質(zhì)雜巖均分布在中部帶的中北段,而花崗-綠巖帶則出露于中部帶中南段。變質(zhì)演化研究表明,兩類變質(zhì)雜巖區(qū)的多數(shù)變質(zhì)巖石可保留3 ~4 個階段的變質(zhì)礦物組合,均記錄了類似的順時針近等溫降壓型的變質(zhì)作用P-T 軌跡,但不同雜巖區(qū)所記錄的變質(zhì)信息不盡相同。是什么原因造成了不同雜巖間變質(zhì)程度的差異?該差異與其在中部帶構(gòu)造位置的關(guān)系有何聯(lián)系?這些問題限制了人們對華北中部造山帶構(gòu)造演化過程的完整認(rèn)識。另外,華北克拉通早前寒武紀(jì)基底的最終拼合時代也是困擾地質(zhì)學(xué)家們的一個重大難題。大量的年代學(xué)數(shù)據(jù)表明,華北中部造山帶各變質(zhì)雜巖區(qū)普遍存在1900 ~1800Ma 的變質(zhì)事件,近年來,部分學(xué)者在中部帶的恒山、五臺、阜平、呂梁、贊皇和太華變質(zhì)雜巖區(qū)又陸續(xù)報道出了~1.95Ga 和~2.5Ga 的變質(zhì)年齡記錄。然而,到目前為止,該三組變質(zhì)年齡與不同變質(zhì)階段的對應(yīng)關(guān)系仍無法確定。本文以此為出發(fā)點,嘗試通過綜合對比華北中部造山帶不同變質(zhì)雜巖的地質(zhì)特征和變質(zhì)作用P-T 軌跡,提出幾點關(guān)于華北克拉通早前寒武紀(jì)基底演化的初步認(rèn)識,僅供參考。
2.1.1 懷安-宣化雜巖
懷安-宣化雜巖由6 個主要巖性單元組成,包括懷安TTG片麻巖、蔓菁溝-西望山高壓基性麻粒巖、孔茲巖系、董家溝花崗質(zhì)片麻巖、懷安紫蘇花崗閃長巖-紫蘇花崗巖和大平溝花崗巖(Guo et al.,2002;Zhao et al.,2010a)。懷安TTG 片麻巖形成于約2.44 ~2.55Ga(Zhao et al.,2008a;Liu et al.,2012b;Su et al.,2014),占雜巖體的60%,主要由閃長質(zhì)、英云閃長質(zhì)、奧長花崗質(zhì)和花崗閃長質(zhì)片麻巖組成,經(jīng)歷角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用和多期變形作用(Zhang et al.,1994;Guo et al.,2002;Zhao et al.,2008a),來源于石榴石基性麻粒巖或榴輝巖的部分熔融(郭敬輝等,1996a)。蔓菁溝-西望山高壓基性麻粒巖以布丁狀或似層狀產(chǎn)出于懷安TTG片麻巖中,二者截然接觸,但未發(fā)現(xiàn)明顯的侵入接觸關(guān)系。Zhao et al.(2008a)根據(jù)野外產(chǎn)狀和變形關(guān)系推測基性麻粒巖來自于變質(zhì)的輝長巖墻,后期的剪切變形使其長軸與片麻巖平行,并發(fā)生布丁化。其原巖大致形成于2032 ~2201Ma,就位時間可能為1964 ±60Ma(Zhao et al.,2008a),包體局部頁理被晚期偉晶巖脈切穿,后者結(jié)晶年齡為1806 ±15Ma(Wang et al.,2010a)。懷安孔茲巖系主要由石墨-石榴石-夕線石片麻巖、石榴石石英巖、長英質(zhì)副片麻巖、鈣硅酸鹽巖和大理巖等組成(Zhao et al.,2010a),與懷安TTG 片麻巖、基性麻粒巖和紫蘇花崗巖呈構(gòu)造接觸(Guo et al.,2002)。Zhao et al.(2008a)推測懷安孔茲巖系是集寧雜巖的一部分,在東西部陸塊碰撞過程中逆沖至此地。董家溝花崗質(zhì)片麻巖出露于蔓菁溝地區(qū)的東南部,與懷安TTG 片麻巖和大平溝花崗巖呈構(gòu)造接觸(Zhao et al.,2010a),形成時間為2036 ±16Ma(Zhao et al.,2008a)。懷安紫蘇花崗閃長巖和紫蘇花崗巖形成于1849 ±10Ma(Zhao et al.,2008a),以塊狀或布丁狀產(chǎn)出于懷安TTG 片麻巖的閃長質(zhì)-英云閃長質(zhì)片麻巖中,由閃長質(zhì)-英云閃長質(zhì)片麻巖的重熔作用而成(劉福來,1995)。大平溝含石榴石的鉀長花崗巖出露于蔓菁溝的西南部,為同構(gòu)造或構(gòu)造后S 型花崗巖,可能來源于孔茲巖系泥質(zhì)片麻巖的部分熔融,就位于1850 ±17Ma(Zhao et al.,2010a)。
2.1.2 恒山雜巖
雜巖主要由恒山TTG 片麻巖、恒山基性麻粒巖和角閃巖、朱家坊表殼巖和義興寨花崗巖體4 個基本巖性單元組成(田永清,1991;Zhao et al.,2001a,2007)。恒山TTG 片麻巖、朱家坊表殼巖和義興寨花崗巖體彼此間均以韌性剪切帶為界(Zhao et al.,2001a)。恒山TTG 片麻巖占雜巖體的80%,包括閃長質(zhì)、英云閃長質(zhì)、奧長花崗質(zhì)、花崗閃長質(zhì)和花崗質(zhì)片麻巖,經(jīng)歷麻粒巖相變質(zhì)作用和多期變形作用,巖石強烈混合巖化,局部顯示原位熔融和高級深熔作用特征(Zhao et al.,2001a,2007),來源于地幔基性巖石的部分熔融,就位于巖漿弧環(huán)境(Kr?ner et al.,2005a,b)。斜長角閃巖和基性麻粒巖多以包體、布丁狀或似層狀產(chǎn)出于恒山片麻巖中,包體或布丁的長軸與TTG 片麻巖的區(qū)域面理方向平行。局部保留殘余輝長/輝綠結(jié)構(gòu),原巖為~1915Ma 的基性巖墻殘片(Zhao et al.,2001a,2007;Kr?ner et al.,2006)。麻粒巖有中壓麻粒巖和高壓麻粒巖兩種類型(Zhao et al.,2001a;O’Brien et al.,2005;Kr?ner et al.,2006),二者的野外特征存在明顯區(qū)別,后者多為粗粒結(jié)構(gòu),缺少棕色斜方輝石(Zhao et al.,2007)。部分地區(qū)(如恒山白馬石等地)麻粒巖保留綠輝石假象,為退變榴輝巖(翟明國等,1995;Zhao et al.,2001a)。朱家坊表殼巖主要由角閃巖、長英質(zhì)片麻巖、云母片巖、BIF 和石英巖組成。沿近東西向的兩個帶分布,切穿恒山花崗質(zhì)片麻巖和義興寨片麻巖的區(qū)域片麻理。巖石表現(xiàn)強烈的韌性變形特征,發(fā)生糜棱巖化,經(jīng)歷低角閃巖相變質(zhì)作用(Zhao et al.,2001a),部分學(xué)者認(rèn)為其與五臺綠片巖可對比(田永清,1991)。義興寨花崗巖體經(jīng)歷綠片巖相-低角閃巖相變質(zhì)作用,變形微弱,局部保留初始巖漿結(jié)構(gòu)。年代學(xué)和地球化學(xué)資料顯示,義興寨TTG 片麻巖代表了與恒山TTG 片麻巖類似的上地殼成分,二者均屬于高鋁的鈣堿系列,約2520 ~2480Ma 時就位于巖漿弧環(huán)境(Kr?ner et al.,2005a,b)。
2.1.3 阜平雜巖
阜平雜巖主要由阜平TTG 片麻巖、龍泉關(guān)眼球狀片麻巖、阜平表殼巖、灣子表殼巖系和南營花崗質(zhì)片麻巖等部分構(gòu)成(Zhao et al.,2002b)。阜平TTG 片麻巖約占阜平雜巖的60%,形成于2475 ~2523Ma(Guan et al.,2002;Zhao et al.,2002a),主要由英云閃長質(zhì)、奧長花崗質(zhì)和花崗閃長質(zhì)片麻巖,及其基性麻粒巖、斜長角閃巖和角閃片麻巖包體組成,經(jīng)歷高角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用及強烈的多期變形作用。巖相學(xué)和地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明阜平片麻巖來自于幔源玄武質(zhì)巖石的部分熔融(Zhao et al.,2002b)。龍泉關(guān)眼球狀片麻巖,也稱龍泉關(guān)群,主體沿兩條大型剪切帶分布,由粗?;◢忛W長質(zhì)和二長花崗質(zhì)片麻巖和包含鉀長石斑晶的糜棱巖化花崗質(zhì)偉晶巖組成,局部發(fā)育斜長角閃巖和角閃片麻巖包體。龍泉關(guān)眼球狀片麻巖與灣子表殼巖間為構(gòu)造接觸,但與阜平片麻巖呈過渡接觸關(guān)系,是阜平片麻巖糜棱巖化的產(chǎn)物(Zhao et al.,2002b),Wilde et al. (1997)獲得其原巖年齡約為2540Ma。灣子表殼巖系,經(jīng)歷角閃巖相變質(zhì)作用,主要由長英質(zhì)和泥質(zhì)片麻巖、泥質(zhì)片巖、鈣硅酸鹽巖、大理巖以及斜長角閃巖組成(劉樹文和梁海華,1997),大致形成于2097 ~2112Ma(Guan et al.,2002;Zhao et al.,2002a;Xia et al.,2006c),與阜平TTG 片麻巖間為構(gòu)造接觸。南營花崗質(zhì)片麻巖僅出露于阜平片麻巖中,主體由中細(xì)粒、弱面理化的、含磁鐵礦二長花崗質(zhì)片麻巖及少量花崗閃長質(zhì)片麻巖組成,形成于2024 ~2077Ma(Guan et al. 2002;Zhao et al.,2002a),局部與阜平片麻巖間侵入關(guān)系明顯,且其較弱的面理方向與阜平片麻巖片麻理平行,表明二者經(jīng)歷了同期變形事件(Zhao et al.,2002b)。
Liu et al. (2002)提出阜平雜巖先后經(jīng)歷了五次構(gòu)造熱事件和兩期變質(zhì)作用事件,分別為:(1)~2.70Ga 基性巖漿作用和早期地殼生長,可能存在~3.0Ga 的古老地殼;(2)~2.50Ga 與碰撞相關(guān)的地殼加厚、玄武質(zhì)巖漿底墊、高級變質(zhì)作用、地殼重熔和TTG 巖漿作用;(3)約2.50 ~2.00Ga 期間伸展變形和基性巖墻群、南營花崗質(zhì)巖體沿城南莊剪切帶的就位;(4)約2.0 ~1.80Ga 期間S 花崗質(zhì)巖漿作用和與之相關(guān)的角閃巖相變質(zhì)作用;(5)~1.80Ga 花崗質(zhì)偉晶巖墻就位。
2.1.4 呂梁雜巖
雜巖區(qū)出露的早前寒武紀(jì)巖石主體為變質(zhì)表殼巖和花崗巖類侵入體(耿元生等,2000;萬渝生等,2000;Wan et al.,2006a;Zhao et al.,2008b,2010b;劉樹文等,2009;Liu et al.,2011,2012c,2014),變質(zhì)表殼巖可進(jìn)一步劃分為界河口群、呂梁群、野雞山群和嵐河群/黑茶山群。界河口群大致形成于2.0 ~2.2Ga(耿元生等,2000;萬渝生等,2000;Liu et al.,2006,2012c;Wan et al.,2006a;Xia et al.,2006a,b,2009;劉超輝等,2013),主要巖石類型包括(含石墨)大理巖、變泥砂質(zhì)巖石和少量的斜長角閃巖,多經(jīng)歷角閃巖相變質(zhì)作用,界河口和東社等地可見少量基性麻粒巖出露(Liu et al.,2003)。萬渝生等(2000)認(rèn)為界河口群變質(zhì)表殼巖具明顯孔茲巖特征。呂梁群包括袁家村組、裴家村組、近周峪組和杜家溝組,與界河口群、嵐河群均呈角度不整合接觸。界河口群和呂梁群至少經(jīng)歷了兩期變質(zhì)-變形作用,早期以變形作用為主,變質(zhì)級別為綠片巖相;第二期以角閃巖相變質(zhì)作用為主(于津海等,1999)。野雞山群和嵐河群/黑茶山群為低綠片巖相-綠片巖相變質(zhì),曾被認(rèn)為是上下構(gòu)造疊置關(guān)系,1∶5 萬馬坊幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊,1992①山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊.1992. 1∶5 萬馬坊幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)確認(rèn)二者為大體同時的異相產(chǎn)物。年代學(xué)資料顯示,呂梁群和野雞山群屬同一時代產(chǎn)物,分別形成于2213 ±47Ma 和2210 ±13Ma(Liu et al.,2012c),耿元生等(2000)獲得白龍山組中酸性凝灰?guī)r的鋯石U-Pb 年齡為2124 ±38Ma,表明野雞山群的火山巖形成于古元古代。該地區(qū)出露規(guī)模較大的古元古代花崗巖體包括關(guān)帝山花崗巖、赤堅嶺花崗片麻巖、蓋家莊片麻狀花崗巖、蘆芽山輝石石英二長巖和云中山花崗巖等,分別形成于古元古代構(gòu)造運動的不同階段(萬渝生等,2000;Wan et al.,2006a;Zhao et al.,2008b;劉樹文等,2009)。
2.1.5 太華雜巖
太華雜巖總體呈NWW-SEE 方向展布,自西向東綿延數(shù)百公里,分別出露于華山、靈寶、三門峽、洛寧、熊耳山、魯山以及舞鋼等地區(qū)?!疤A群”變質(zhì)巖石以TTG 質(zhì)片麻巖、斜長角閃片麻巖、泥質(zhì)片麻巖和大理巖為主,普遍經(jīng)歷角閃相變質(zhì)作用,魯山局部地區(qū)出露(高壓)基性麻粒巖(孫勇,1983;沈其韓等,1992)。近來年從“太華群”變質(zhì)巖石中獲得的年齡數(shù)據(jù)跨度較大,從新太古代到古元古代均有分布,Diwu et al.(2010)提出魯山地區(qū)的太華雜巖由兩個不同階段形成的地質(zhì)體組成:TTG 質(zhì)片麻巖系主要形成于新太古代(2794 ~2752Ma),表殼巖系的沉積時代約為2.0 ~2.2Ga,屬于古元古代。熊耳群火山巖不整合覆蓋于太華變質(zhì)雜巖之上,其主要的巖性為灰綠色安山玢巖、紫灰色含長石斑晶的安山玢巖、暗紫灰色英安巖、安山巖和流紋巖,形成年齡約為1.78 ~1.75Ga(He et al.,2009)。
2.2.1 五臺雜巖
五臺雜巖由新太古代-古元古代的五臺群變質(zhì)的火山-沉積巖、花崗質(zhì)深成巖體和滹沱群三部分組成(Zhao et al.,2007;Wei et al.,2014)?;趲r石組合和變質(zhì)程度,五臺群可分為石嘴、臺懷和高凡三個亞群,臺懷亞群變質(zhì)火山巖的SHRIMP 鋯石U-Pb 年齡集中在2530 ~2515Ma(Wilde et al.,2004a,b),石嘴亞群并沒有準(zhǔn)確的年齡限定,故三者并非正常沉積的地層層序,而是沿NE-SW 向剪切帶發(fā)生構(gòu)造擾動和并置形成的(Zhao et al.,2007;Wei et al.,2014)。Wan et al.(2010)在高凡亞群變沉積巖中獲得最年輕的碎屑鋯石年齡為~2.47Ga,表明其可能是古元古代沉積。五臺群金剛庫組變質(zhì)橄欖巖-輝綠巖墻-玄武質(zhì)枕狀熔巖組合被認(rèn)為是古大洋殼殘片(李繼亮等,1990;白瑾等,1992;王凱怡等,1997)?;◢徤畛蓭r體包括五臺、大洼梁和鳳凰山花崗巖,其中五臺花崗巖出露最多,變形作用較強,顯示構(gòu)造前花崗巖特征(田永清,1991);大洼梁花崗巖變形較弱;未變形的鳳凰山花崗巖為造山后或非造山花崗巖(田永清,1991)。滹沱群不整合覆蓋于五臺和阜平雜巖之上,是恒山-五臺-阜平早前寒武紀(jì)雜巖中最年輕的單元。滹沱群多數(shù)經(jīng)歷綠片巖相變質(zhì),向西變質(zhì)程度略有增加,可能達(dá)到角閃巖相(Zhao et al.,2007;Wei et al.,2014)
2.2.2 贊皇-左權(quán)雜巖
贊皇雜巖包括原“贊皇群”和“甘陶河群”,主要由TTG片麻巖類、深熔花崗巖類和變質(zhì)地層組成。“贊皇群”相當(dāng)于“阜平群”。巖石普遍經(jīng)歷了淺-中級變質(zhì)作用或不同程度的混合巖化作用,兩雜巖區(qū)出露的“贊皇群”變質(zhì)巖石類型主要有:長英質(zhì)片麻巖、泥質(zhì)-半泥質(zhì)片麻巖、斜長角閃巖、石榴角閃巖、云母片巖、大理巖和條帶狀磁鐵礦等。其中,片麻巖、云母片巖均以似層狀方式分布,局部地區(qū)泥質(zhì)成分富集,大理巖為厚夾層狀,與長英質(zhì)片麻巖間呈過渡接觸關(guān)系。(斜長)角閃巖多以似層狀和“透鏡狀”方式產(chǎn)出于片麻巖中,二者具有一致的片麻理構(gòu)造,部分露頭可見明顯侵入接觸關(guān)系。左權(quán)地區(qū)變質(zhì)程度相對較低,無典型變泥質(zhì)巖出露,多經(jīng)歷綠片巖相-角閃巖相變質(zhì)作用,贊皇地區(qū)變質(zhì)巖石變質(zhì)程度可達(dá)高角閃巖相-麻粒巖相過渡帶(Xiao et al.,2011,2014;肖玲玲等,2011)。淺變質(zhì)的“甘陶河群”不整合覆蓋于“贊皇群”之上(Liu et al.,2012a)。
Trap et al.(2009a)將贊皇變質(zhì)雜巖區(qū)劃分為西部區(qū)塊、中部區(qū)塊和東部區(qū)塊,在中部區(qū)塊西緣存在一條構(gòu)造縫合帶,推測贊皇變質(zhì)雜巖區(qū)的形成是1880 ~1850Ma 期間華北克拉通東部陸塊與阜平陸塊沿構(gòu)造縫合帶碰撞拼合作用的結(jié)果。王軍鵬(2015)在贊皇厘定出一套構(gòu)造混雜巖石序列,認(rèn)為贊皇混雜巖是阜平島弧地體向東南逆沖與東部陸塊碰撞形成的,代表了兩者之間的俯沖碰撞縫合帶;同時獲得王家莊花崗巖和未變形偉晶巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb 年齡為2500 ~2540Ma,表明贊皇雜巖的形成時代應(yīng)不晚于新太古代。
2.2.3 中條雜巖
中條雜巖主要由涑水雜巖、同善雜巖(天窗)、絳縣群、中條群、擔(dān)山石群、西洋河群等組成(劉樹文等,2007;張晗和孫豐月,2012)。其中涑水雜巖的主要組成單元為寨子TTG 片麻巖和西姚TTG 片麻巖、西姚表殼巖、橫嶺關(guān)變質(zhì)鈣堿性二長花崗巖和奧長花崗巖、冷口變質(zhì)火山巖和永濟二長花崗巖體。鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示,涑水雜巖主要的花崗巖侵入事件發(fā)生在2.45 ~2.55Ga(田偉等,2005;郭麗爽等,2008;趙鳳清,2006)?!巴铺齑啊敝饕苫⑵弘s巖及宋家山群組成,張晗和孫豐月(2012)獲得前者中的黑云斜長片麻巖和英云閃長巖的形成年齡大致為2530 ~2550Ma。絳縣群與涑水雜巖之間為不整合接觸關(guān)系,主要由變質(zhì)泥質(zhì)巖、變質(zhì)半泥質(zhì)巖、變質(zhì)火山巖和變質(zhì)凝灰質(zhì)沉積巖等組成,趙鳳清(2006)對銅礦峪火山巖進(jìn)行了鋯石SHRIMP 年代學(xué)測試,獲得了其成巖時代為2273.4 ±17.9Ma。中條群與涑水雜巖及絳縣群間均為角度不整合接觸關(guān)系,主要是一套變質(zhì)陸源碎屑-碳酸鹽沉積巖系,形成時代約為2059Ma(趙鳳清,2006);擔(dān)山石群形成于早元古代晚期(>1900Ma;趙鳳清,2006),與絳縣群、中條群均呈角度不整合接觸,局部可見斷層接觸關(guān)系,主要由粗碎屑沉積巖、石英巖和變質(zhì)粉砂巖組成;西洋河群與上覆汝陽群紅色粉砂巖呈低角度不整合接觸,是以未變質(zhì)的雙峰式火山巖為主體的一套沉積-火山巖系(劉樹文等,2007),形成時代約為1820 ~1840Ma(趙鳳清,2006)。孫大中和胡維興(1993)認(rèn)為涑水雜巖不具備地層意義,主體為一套花崗質(zhì)侵入巖體,雖有部分太古宙巖石存在,但其主體形成于古元古代。白瑾等(1997)則認(rèn)為涑水雜巖應(yīng)為太古宙大陸巖漿弧的產(chǎn)物,為本區(qū)的太古宙結(jié)晶基底。
2.2.4 登封雜巖
前人將河南地區(qū)出露的前寒武紀(jì)的地質(zhì)體分為兩個群,下部稱之為登封群,上部稱之為嵩山群,在二者之間為安溝群。登封群主要由斜長角閃巖、角閃變粒巖、黑云變粒巖、云母石英片巖和少量磁鐵石英巖組成,經(jīng)歷角閃巖相變質(zhì)。嵩山群自下而上分為羅漢洞組、五指嶺組、花峪組和廟坡山組,主要由石英巖或片巖組成,與太古宙登封群呈不整合或斷層接觸(萬渝生等,2009)。登封雜巖中的TTG 片麻巖和表殼巖系的形成年齡接近,介于2540 ~2500Ma 之間(Diwu et al.,2010)。楊崇輝等(2009)獲得安溝群變玄武巖和變酸性火山巖形成年齡為2507 ~2521Ma,表明安溝群形成于新太古代,是與登封雜巖為同期構(gòu)造巖漿活動的產(chǎn)物。
上述可知,中部帶基底主要由新太古代至古元古代TTG片麻巖、表殼巖、鐵鎂質(zhì)巖墻和同構(gòu)造或構(gòu)造后花崗巖等巖石類型組成(Zhao et al.,2003),其中,高壓麻粒巖-退變榴輝巖和孔茲巖系的確認(rèn)對探討華北克拉通早前寒武紀(jì)基底的構(gòu)造演化有著非常重要的意義。
2.3.1 高壓麻粒巖-退變榴輝巖
以往研究認(rèn)為前寒武紀(jì)麻粒巖的變質(zhì)溫度大多在800℃左右,壓力小于10.0kbar,屬中壓變質(zhì),少見高壓麻粒巖(沈其韓等,1992;趙宗溥,1993)。自20 世紀(jì)90 年代以來,我國學(xué)者陸續(xù)在華北克拉通中部的恒山、懷安、宣化、承德等地區(qū)發(fā)現(xiàn)高壓麻粒巖-退變榴輝巖地體(王仁民等,1991;郭敬輝等,1993,1998;Zhai et al.,1993;翟明國等,1995;李江海等,1998;鐘長汀,1999;Zhao et al.,2001a),被認(rèn)為是近年來前寒武研究最重要的進(jìn)展之一,是研究前寒武構(gòu)造演化的關(guān)鍵,引起國內(nèi)外地學(xué)者廣泛關(guān)注和高度重視。由于高壓麻粒巖-退變榴輝巖多呈透鏡體狀產(chǎn)出,王仁民等(1991)將其與大面積的灰色麻粒巖聯(lián)系起來,認(rèn)為是洋殼的俯沖與重熔作用使深源殘渣包體形成了高壓麻粒巖。Zhao et al. (1999b,2003)認(rèn)為高壓麻粒巖大致呈線性分布、形成于成倍加厚的地殼環(huán)境中,在華北克拉通中部劃出一條大致SN-EN 向展布的高壓麻粒巖帶,將其定義為與顯生宙規(guī)模類似的、東西兩個古老陸塊在古元古代末期的碰撞造山帶,即“華北中部造山帶”。鑒于內(nèi)蒙集寧-豐鎮(zhèn)亦有高溫變質(zhì)的孔茲巖與高壓麻粒巖分布,Kusky and Li(2003)推測在華北北緣亦有一條造山帶——內(nèi)蒙-冀北造山帶存在,現(xiàn)今由于中亞造山帶的影響而使之出露不全。翟明國(2009)認(rèn)為這些高壓麻粒巖在華北克拉通呈面狀分布,為侵位到片麻巖中的變質(zhì)基性巖墻,代表了華北克拉通的最下部地殼,其形成與基底的總體抬升有關(guān),是否經(jīng)歷從地表到地殼深部過程尚不明確。雖用造山帶的演化機制易于解釋其出露至地表的演化過程,但與顯生宙的碰撞造山機制存在明顯差異。
這里需要指出的是,Zhao et al. (1999b,2003)和翟明國(2009)對“高壓麻粒巖”含義的理解并不相同,二人對此進(jìn)行過專門討論(翟明國,2009;趙國春,2009)。趙國春(2009)認(rèn)同O’Brien and R?tzler(2003)對高壓基性麻粒巖的定義:對基性巖而言,以缺失斜方輝石為特征,其典型礦物組合為石榴石、單斜輝石、斜長石和石英;變泥質(zhì)巖和長英質(zhì)巖石以含有藍(lán)晶石和鉀長石(高溫三元長石-中條紋長石)為典型特征。該定義亦得到了沈其韓等(2014)的認(rèn)同。翟明國(2009)則認(rèn)為高壓麻粒巖穩(wěn)定的溫度范圍是介于石榴石出現(xiàn)在石英拉斑玄武巖成分的礦物反應(yīng)線之上、斜長石消失在石英拉斑玄武巖成分的礦物反應(yīng)線之下的,似乎將“高壓麻粒巖”這一概念基本等同于“石榴石基性麻粒巖”(趙國春,2009;沈其韓等,2014)。
2.3.2 孔茲巖系
孔茲巖系是一套高角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)的富鋁變質(zhì)表殼巖,其原巖屬于穩(wěn)定構(gòu)造環(huán)境下淺海相碎屑-碳酸鹽沉積,其成因?qū)θA北克拉通基底構(gòu)造演化具有重要指示意義。華北克拉通西部陸塊的孔茲巖帶中可見大面積孔茲巖系出露,并以晉冀內(nèi)蒙交界地區(qū)集寧-大同一帶最為典型(沈其韓等,1990;盧良兆等,1996)。中部帶內(nèi)對孔茲巖的出露情況仍存在不同認(rèn)識。Li et al. (2000)在呂梁雜巖的呂梁山、云中山和太岳山等地發(fā)現(xiàn)大面積的孔茲巖系,并認(rèn)為其形成于太古宙遠(yuǎn)離陸地的克拉通大陸架淺海環(huán)境,其所代表的變質(zhì)沉積蓋層是華北大陸新太古代克拉通化的重要標(biāo)志。萬渝生等(2000)研究發(fā)現(xiàn)呂梁雜巖區(qū)界河口群的巖石組合與國內(nèi)外許多典型地區(qū)的孔茲巖系十分相似,都以存在大量富鋁變泥砂質(zhì)巖石為特征,且具有類似的地球化學(xué)特征。界河口群孔茲巖系形成于古元古代華北克拉通被動大陸邊緣環(huán)境,其源區(qū)物質(zhì)主體來源于新太古代富鋁富鉀的花崗質(zhì)巖石和/或碎屑沉積巖。這一認(rèn)識得到了部分學(xué)者的認(rèn)可(Zhao et al.,2005;Xia et al.,2009;劉超輝等,2013),不過也有學(xué)者認(rèn)為孔茲巖系中變沉積巖的原巖應(yīng)形成于主動大陸邊緣(Dan et al.,2011)。吳昌華(2007)認(rèn)為孔茲巖在華北克拉通中部的出露非常廣泛,在其所定義的晉蒙拼合帶中識別出兩條孔茲巖帶,為以此為界劃分出一條構(gòu)造帶和兩個陸塊:西帶自大同往南,經(jīng)界河口、關(guān)帝山東麓、太岳山、中條山至河南靈寶小秦嶺北坡,為鄂爾多斯地塊東緣沉積;東帶自赤城向南,經(jīng)懷安、恒山東麓(西泥溝組)、阜平、贊皇直到嵩山,相當(dāng)于冀魯豫地塊的西緣沉積,兩帶之間為洋弧盆棚系的拼貼和復(fù)雜的構(gòu)造疊置。
3.1.1 宣化雜巖
郭敬輝等(1998)在宣化西望山的麻粒巖構(gòu)造透鏡體中采集2 件高壓基性麻粒巖樣品xw22、xw25,該樣品保留了2個階段變質(zhì)礦物組合(圖3),(1)早期高壓礦物組合為石榴石核部及其包裹體Cpx +Pl,使用Grt-Cpx-Pl 壓力計和Grt-Cpx 溫度計獲得其形成的溫壓條件為670 ~1050℃、12.0 ~14.5kbar。由于斜長石包裹體成分無法測定,故采用后成合晶中的斜長石來代替。(2)晚期中壓組合表現(xiàn)為新生的斜長石和紫蘇輝石小晶體形成的篩狀結(jié)構(gòu)及環(huán)繞石榴石發(fā)育后成合晶反應(yīng)邊(Pl+Opx+Amp+Mt)。搭配石榴石最邊部成分?jǐn)?shù)據(jù),利用傳統(tǒng)礦物溫壓計Grt-Cpx-Pl 和Grt-Opx-Pl,獲得其形成的溫壓條件為750 ~800℃、9.0 ~10.0kbar。
圖3 華北中部造山帶宣化變質(zhì)雜巖區(qū)不同變質(zhì)階段的最大溫度和最大壓力參考文獻(xiàn)和估算數(shù)據(jù)見表1,圖4-圖11 同F(xiàn)ig. 3 The maxmum P and T histogram of each metamorphic stage of the rocks from the Xuanhua metamorphic complex in the Trans-North China OrogenSee Table 1 for details and data sources in this figure,also in Fig.4-Fig.11
郭敬輝和翟明國(2000)對該地區(qū)高壓基性麻粒巖和高壓角閃巖進(jìn)行全巖-單礦物Sm-Nd 等時線年代學(xué)測定,獲得變質(zhì)事件年齡分別為1842 ±38Ma 和1856 ±26Ma;郭敬輝等(2001)通過全巖或單礦物40Ar/39Ar 方法獲得高壓基性麻粒巖的變質(zhì)年齡為1852 ± 8Ma;Guo et al. (2005)采用鋯石SHRIMP U-Pb 方法獲得西望山高壓基性麻粒巖的變質(zhì)年齡為1872 ± 16Ma、1803 ± 9Ma 和1819 ± 16Ma;Peng et al.(2005)對西望山高壓麻粒巖/變質(zhì)輝長巖的鋯石SHRIMP UPb 年代學(xué)測試,得到原巖結(jié)晶年齡為1973 ±4Ma,變質(zhì)年齡為1834 ±5Ma;張華鋒等(2006)對該地區(qū)基性麻粒巖進(jìn)行了鋯石SHRIMP U-Pb 年代學(xué)測試,得到變質(zhì)年齡為1792±12Ma。
3.1.2 懷安雜巖
Zhai et al.(1993)對懷安鎮(zhèn)附近的高壓基性麻粒巖研究發(fā)現(xiàn),該巖石中保留了3 個階段的變質(zhì)礦物組合(圖4)。(1)早期礦物組合為石榴石及其內(nèi)部的包裹體礦物單斜輝石+石英,變質(zhì)溫度>800℃,變質(zhì)壓力>14.0 ~15.0kbar;(2)第二階段礦物組合為石榴石邊部的后成合晶紫蘇輝石+單斜輝石+ 斜長石+ 角閃石+ 細(xì)粒磁鐵礦,形成溫度約為820℃,壓力為7.0 ~9.0kbar;(3)第三階段礦物組合為交代斜方輝石、單斜輝石和斜長石而形成的褐色-黃綠色普通角閃石,溫壓條件分別為~700℃、5.0 ~6.0kbar。
郭敬輝等(1993,1998)和Guo et al.(2002)在懷安蔓菁溝和宣化西望山高壓基性麻粒巖中識別出進(jìn)變質(zhì)、峰期、峰后減壓和后期冷卻4 個階段的變質(zhì)礦物組合(圖4)。(1)進(jìn)變質(zhì)階段:低鈣的石榴石核部及其包裹體單斜輝石、斜長石和石英,溫壓條件為~700℃和~10kbar;(2)峰期階段:石榴石內(nèi)部高鈣的部分和包裹的單斜輝石、斜長石和石英,溫壓條件為750 ~870℃和11.0 ~14.5kbar;(3)峰后降壓階段:圍繞石榴石變斑晶邊部發(fā)育的斜方輝石+斜長石+磁鐵礦為代表,溫壓條件為750 ~830℃和8.5 ~10.5kbar;(4)晚期冷卻階段:石榴石邊部的角閃石+斜長石后成合晶,形成于500~650℃和5.5 ~8.0kbar。
圖4 華北中部造山帶懷安變質(zhì)雜巖區(qū)不同變質(zhì)階段的最大溫度和最大壓力Fig. 4 The maxmum P and T histogram of each metamorphic stage of the rocks from the Huai’an metamorphic complex in the Trans-North China Orogen
Zhang et al.(1994)提出大同-懷安地區(qū)存在由長英質(zhì)和基性麻粒巖地體構(gòu)成的古老基底,其上被變泥質(zhì)巖和變質(zhì)砂屑巖地層所覆蓋。麻粒巖地體共經(jīng)歷兩次大規(guī)模的構(gòu)造-熱過程,對應(yīng)兩期(M1:~2500Ma 和M2:<1800Ma)麻粒巖相變質(zhì)事件,其中M1為影響該地區(qū)的主要變質(zhì)事件,其峰期變質(zhì)條件為800 ~900℃、12.0 ~14.0kbar;與隆升相關(guān)的M2階段的峰期變質(zhì)條件為650 ~700℃、4.0 ~6.0kbar。翟明國等(1996a,b)亦認(rèn)同懷安雜巖區(qū)存在2400 ~2600Ma 強烈的麻粒巖相變質(zhì)事件。
劉福來(1995)在懷安富鋁片麻巖中識別出4 個階段的變質(zhì)礦物組合(圖4)。(1)峰期階段:石榴石核部及其包裹體礦物藍(lán)晶石+ 黑云母+ 斜長石+ 石英,Grt-Bt 溫度計和Grt-Ky-Pl-Qtz 壓力計獲得該階段變質(zhì)溫度為600 ~700℃,壓力為7.5 ~8.5kbar;(2)峰期階段:石榴石(邊部)、夕線石、黑云母、斜長石和石英,Grt-Bt 溫度計和Grt-Sil-Pl-Qtz 壓力計獲得該階段變質(zhì)溫度為800 ~850℃,壓力為9.5 ~11.0kbar;(3)近等溫減壓階段表現(xiàn)為石榴石變斑晶邊部發(fā)育的Crd 冠狀體、Crd+Spl 冠狀體、Crd +Opx 后成合晶和黑云母邊部發(fā)育的Spl+Kfs+Qtz 后成合晶礦物組合,利用Grt-Crd 溫度計和Grt-Crd-Sil-Qtz 壓力計獲得該階段變質(zhì)溫度為650 ~750℃,壓力為5.0 ~6.5kbar;(4)晚期冷卻階段的礦物為圍繞石榴石邊部發(fā)育的黑云母+鉀長石+磁鐵礦組合和夕線石、堇青石邊部發(fā)育的細(xì)粒白云母+石英組合。該階段壓力無法估算,利用Grt-Bt 溫度計獲得變質(zhì)溫度為550 ~620℃。
劉福來等(1998)對蔓菁溝高壓基性麻粒巖進(jìn)行了變質(zhì)演化研究,并在其中識別出峰期、近等溫減壓和晚期退變質(zhì)3個階段礦物組合(圖4)。(1)峰期階段以基質(zhì)礦物組合Pl+Opx+Cpx±Hbl±Qtz 及封閉-半封閉的環(huán)狀石榴石包裹的Pl+Opx+Cpx±Hbl±Qtz(即“紅眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu))為代表,溫壓條件為770 ~860℃、9.0 ~10.4kbar;(2)近等溫減壓階段:石榴石邊部及圍繞石榴石邊部發(fā)育的蠕蟲狀后成合晶Opx+ P1 + Hbl ± Mt,溫壓條件集中于740 ~820℃、5.0 ~7.0kbar;(3)晚期退變質(zhì)階段:退變成因的細(xì)粒黃綠色角閃石和中酸性斜長石,溫壓條件為500 ~550℃、3.1 ~4.1kbar,屬角閃巖相變質(zhì)。
Zhao et al.(2008a)對懷安TTG 片麻巖、蔓菁溝高壓基性麻粒巖、董家溝花崗質(zhì)片麻巖、懷安紫蘇花崗閃長巖和紫蘇花崗巖和大平溝花崗巖分別進(jìn)行了SHRIMP 鋯石U-Pb 年代學(xué)測試。巖漿鋯石年齡數(shù)據(jù)表明懷安TTG 片麻巖的原巖多樣,分別就位于2515 ±20Ma、2499 ±19Ma 和2440 ±26Ma,且均早于大平溝花崗巖的就位時間,但二者都含有變質(zhì)鋯石,且獲得一致~1850Ma 的諧和年齡。不同學(xué)者采用不同的年代學(xué)測試方法,在該地區(qū)不同巖石類型中同樣獲得了類似的變質(zhì)時代學(xué)記錄(郭敬輝等,1993;Guo et al.,2005;Xia et al.,2006a;張華峰等,2006;Wang et al.,2010b;Zhao et al.,2008a,2010a;Liu et al.,2012b;Santosh et al.,2013),指示該地區(qū)在古元古代末期所遭受的一次大規(guī)模的變質(zhì)事件,可能與東、西部陸塊間的俯沖碰撞過程有關(guān)。Zhao et al.(2008a)在懷安TTG 片麻巖的兩顆鋯石中獲得1954 ±32Ma 的年齡記錄,推測其可能代表更早一期變質(zhì)事件,或為無意義的混合年齡;隨后他們又在大平溝地區(qū)的石墨石榴夕線片麻巖中得到1947 ±22Ma 和1946 ±26Ma 的變質(zhì)年齡,將其解釋為陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊沿孔茲巖帶碰撞拼合的年齡紀(jì)錄(Zhao et al.,2010a)。
圖5 華北中部造山帶恒山變質(zhì)雜巖區(qū)不同變質(zhì)階段的最大溫度和最大壓力Fig. 5 The maxmum P and T histogram of each metamorphic stage of the rocks from the Hengshan metamorphic complex in the Trans-North China Orogen
3.1.3 恒山雜巖
王仁民等(1991)對恒山土嶺-林場灰色片麻巖中的基性麻粒巖包體進(jìn)行了變質(zhì)演化研究,識別出3 個階段的變質(zhì)礦物組合(圖5)。(1)峰期階段以石榴石和單斜輝石為代表,利用石榴石-單斜輝石溫度計結(jié)合石榴石-單斜輝石壓力計獲得變質(zhì)溫壓為763 ~901℃、12.7 ~16.8kbar;(2)峰后減壓階段礦物組合環(huán)繞或者完全取代石榴石生長的紫蘇輝石和斜長石構(gòu)成后成合晶,溫壓條件為840 ~920℃、10.0 ~11.0kbar;(3)晚期退變質(zhì)階段表現(xiàn)為斜長石+角閃石礦物組合,斜長石通常環(huán)繞并交代石榴石,角閃石環(huán)繞并交代單斜輝石或紫蘇輝石,變質(zhì)溫度和壓力分別為550 ~650℃,4.0~6.0kbar?;疑閹r的圍巖董莊表殼巖的峰期溫壓條件為~784℃和~9.7kbar。
郭敬輝等(1999)分別對恒山西段石榴石基性麻粒巖、石榴石角閃巖和變質(zhì)輝綠巖進(jìn)行了變質(zhì)演化研究。2 件石榴石麻粒巖樣品中可識別出3 個階段的變質(zhì)礦物組合(圖5),(1)早期進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合為Grt(c)+Pl+Rut+Ilm+Qtz±Amp,變質(zhì)作用條件:P =11.5kbar,T =650℃;(2)峰期階段變質(zhì)礦物組合為Grt(m)+Cpx +Pl +Qtz +Amp ±Opx,變質(zhì)作用條件:P =10.0 ~12.5kbar,T =800 ~810℃;(3)晚期變質(zhì)礦物組合為Grt(r)+Cpx+Opx+Amp+Pl+Qtz,變質(zhì)作用條件:P =9.0 ~10.5kbar,T =770 ~880℃。變質(zhì)輝綠巖XS3 中巖漿階段的斜長石間架結(jié)構(gòu)還完好地保存,巖漿礦物單斜輝石和斜長石均可識別,在它們之間生成了細(xì)粒的角閃巖相典型變質(zhì)礦物組合Grt +Pl +Amp +Qtz,變質(zhì)作用條件為P=9.8kbar,T=670℃。石榴石角閃巖樣品XS1 保留了2個階段礦物組合,(1)早期變質(zhì)礦物組合:Grt(c)+Pl +Rut+Ilm+Qtz ±Amp,變質(zhì)作用條件:P =11.0kbar,T =600℃;(3)峰期變質(zhì)礦物組合:Grt +Amp +Pl +Qtz +Ilm,變質(zhì)作用條件:P=10.0kbar,T=710℃。
Zhao et al.(2000a,2001a)對恒山兩類基性麻粒巖研究發(fā)現(xiàn),高壓基性麻粒巖和中壓基性麻粒巖中分別保留3 ~4個階段的變質(zhì)礦物組合,并利用THERMOCALC 軟件估算獲得不同階段形成的溫度和壓力條件(圖5)。高壓基性麻粒巖中,(1)進(jìn)變質(zhì)階段(M1)由石榴石內(nèi)部石英+金紅石包裹體和交生狀單斜輝石+鈉長石構(gòu)成的綠輝石假象組成;(2)峰期(M2)由單斜輝石+石榴石+鈉長石+石英±角閃石組成,變質(zhì)條件為770 ~840℃和13.4 ~15.5kbar;(3)近等溫減壓階段(M3)表現(xiàn)為圍繞港灣狀石榴石邊部發(fā)育的斜方輝石+單斜輝石+斜長石后成合晶和冠狀體;(4)減壓冷卻階段(M4)表現(xiàn)為角閃石+斜長石后成合晶礦物組合。中壓麻粒巖中,(1)峰期階段(M2)由斜方輝石+單斜輝石+石榴石+斜長石+ 石英構(gòu)成,變質(zhì)溫壓分別為820 ~870℃和9.0 ~11.0kbar;(2)近等溫減壓階段(M3)表現(xiàn)為圍繞港灣狀石榴石邊部發(fā)育的斜方輝石+單斜輝石+斜長石后成合晶和冠狀體;(3)減壓冷卻階段(M4)礦物組合為角閃石+斜長石后成合晶。兩類麻粒巖M3和M4階段溫壓條件分別為:750 ~830℃/6.5 ~8.0kbar(M3)和680 ~790℃/4.5 ~6.0kbar(M4),M1溫壓條件無法估算。
Zhang et al.(2013)在基性麻粒巖中識別出4 個階段變質(zhì)變質(zhì)礦物組合,使用視剖面圖方法分別獲得其P-T 條件(圖5)。(1)由石榴石核部-幔部成分確定峰前進(jìn)變質(zhì)階段P-T 條件為630 ~710℃、11 ~13kbar;(2)峰期礦物組合石榴石+富硬玉組分的單斜輝石+石英+金紅石±斜長石確定的P-T 條件為780 ~850℃、>14.0 ~15.0kbar;(3)峰后減壓階段為石榴石邊部發(fā)育的后成合晶和斜長石冠狀體或二輝石麻粒巖組合,P-T 條件為820 ~860℃、6.0 ~7.5kbar;(4)溫度峰期后冷卻階段為角閃巖相組合為代表。
通過巖相學(xué)觀察和礦物成分分析,Qian et al.(2015)將恒山石榴石斜方角閃巖(Garnet-orthoamphibole rock)大致劃分為進(jìn)變質(zhì)、峰期和峰期減壓3 個變質(zhì)階段(圖5)。其中,(1)進(jìn)變質(zhì)階段以石榴石的生長環(huán)帶和內(nèi)部包裹體的為代表;(2)峰期階段的礦物組合為石榴石+鋁直閃石+綠泥石+藍(lán)晶石+金紅石,采用視剖面圖方法獲得該階段的變質(zhì)溫壓分別為650 ~670℃、9.0 ~12.0kbar;(3)近等溫降壓階段以堇青石和石英后成合晶礦物組合為代表。
田永清等(1992)報道恒山TTG 片麻巖中斜長角閃巖和中壓麻粒巖包體的全巖Sm-Nd 等時線年齡為2818 ±86Ma,認(rèn)為是麻粒巖相變質(zhì)年齡。義興寨灰色片麻巖的鋯石U-Pb年齡為2520 ±26Ma,解釋為角閃巖相變質(zhì)年齡(田永清,1991;田永清等,1992)。近年來,人們通過使用單顆粒鋯石蒸發(fā)法及高精度的鋯石SHRIMP U-Pb 和獨居石電子探針UTh-Pb 方法獲得的恒山雜巖的變質(zhì)年齡主要集中于1830 ~1886Ma(Kr?ner et al.,2006;Faure et al.,2007b;Trap et al.,2007),部分學(xué)者解釋為麻粒巖相變質(zhì)作用時代(Kr?ner et al.,2005b;2006),部分學(xué)者解釋為角閃巖相變質(zhì)作用時代(Faure et al.,2007b;Trap et al.,2007)。隨后,Zhang et al.(2013)在恒山TTG 片麻巖中獲得1916.7 ±9.9Ma 的變質(zhì)年齡;Qian et al.(2015)對恒山南部的石榴石斜方角閃巖進(jìn)行鋯石LA-ICP-MS U-Pb 年代學(xué)測試,獲得1964 ±25Ma 變質(zhì)年齡,認(rèn)為其代表了變質(zhì)高峰期前或峰期變質(zhì)時代。
3.1.4 阜平雜巖
部分學(xué)者認(rèn)為阜平地區(qū)至少經(jīng)歷兩期變質(zhì)事件,即早期高角閃巖-麻粒巖相變質(zhì)事件和后期區(qū)域變質(zhì)事件(劉樹文,1996;劉樹文和梁海華,1997;Liu et al.,2002)。早期高級變質(zhì)作用主要保存在以包體形式產(chǎn)出于TTG 片麻巖中的基性麻粒巖。阜平大柳樹和坊里一帶的基性麻粒巖的變質(zhì)作用演化分可為4 個階段(劉樹文,1996;圖6):(1)進(jìn)變質(zhì)階段:石榴石變斑晶內(nèi)部的角閃石、斜長石和單斜輝石等包裹體礦物,變質(zhì)溫度約為636℃、壓力約為8.2kbar;(2)峰期變質(zhì)階段:粗粒角閃石+單斜輝石+石榴石+斜長石±紫蘇輝石±石英等,變質(zhì)條件為751 ~833℃和8.5 ~10.9kbar;(3)峰期減壓階段:石榴石邊部的細(xì)粒斜方輝石、斜長石和石英組成的后成合晶,變質(zhì)條件為670 ~740℃和5.5 ~7.0kbar;(4)退變質(zhì)階段:后生合晶反應(yīng)邊中內(nèi)側(cè)角閃石、斜長石等,變質(zhì)溫度約為665℃、壓力約為7.3kbar。后期區(qū)域變質(zhì)作用保存在TTG 片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖、基性巖墻和副片麻巖中。
劉樹文和梁海華(1997)研究發(fā)現(xiàn)阜平富鋁片麻巖的變質(zhì)作用演化可劃分為如下3 個階段(圖6):(1)早期變質(zhì)階段的礦物集合體為石榴石+十字石+斜長石+白云母+黑云母+金紅石+石英±鉀長石,變質(zhì)溫度和壓力為680℃和8.0kbar;(1)中期礦物組合為石榴石+鋁直閃石+黑云母+斜長石+鈦鐵礦+剛玉+毛發(fā)狀夕線石+石英+鉀長石±白云母,P-T 條件為690 ~800℃、6.5 ~8.0kbar;(1)晚期礦物組合為鐵尖晶石+鉀長石+針柱狀夕線石,P-T 范圍在650~750℃以上和6.5kbar 以下。
圖6 華北中部造山帶阜平變質(zhì)雜巖區(qū)不同變質(zhì)階段的最大溫度和最大壓力Fig. 6 The maxmum P and T histogram of each metamorphic stage of the rocks from the Fuping metamorphic complex in the Trans-North China Orogen
Zhao et al.(2000b)認(rèn)為基性麻粒巖記錄3 個變質(zhì)階段:(1)進(jìn)變質(zhì)階段(M1)為石榴石斑晶+基質(zhì)斜長石、石英、斜方輝石、單斜輝石和角閃石;(2)峰后降壓階段(M2):斜方輝石+斜長石后成合晶和單斜輝石+斜長石±斜方輝石冠狀體;(3)進(jìn)一步的等壓降溫和退變質(zhì)階段(M3):角閃石+斜長石后成合晶。采用TWQ 進(jìn)行溫壓估算不同階段變質(zhì)條件分別為:900 ~950℃/8.0 ~8.5kbar(M1),700 ~800℃/6.0 ~7.0kbar(M2)和550 ~650℃/5.3 ~6.3kbar(M3)。這表明阜平基性麻粒巖經(jīng)歷了類似與恒山麻粒巖的變質(zhì)演化過程,即在近等溫降壓之后經(jīng)歷了等壓冷卻。但是阜平降壓過程比恒山發(fā)生在更高溫的條件下(Wei et al.,2014)。從石榴石的結(jié)構(gòu)來看,石榴石幔部存在斜長石+斜方輝石后成合晶,Wei et al.(2014)認(rèn)為在M1(峰期)之前存在一個以降壓為特征的早期變質(zhì)階段,但由于受到M1階段的高溫重置,所以該階段的變質(zhì)條件不易獲得。另外,通過對比前人研究,Wei et al.(2014)發(fā)現(xiàn)阜平麻粒巖和灣子巖石之間存在一個較大的溫度差值,該特點與兩個巖石單元如此近的空間分布并不一致,故推測在峰期變質(zhì)作用之后很可能有有一個構(gòu)造移置作用。
Liu et al.(1985)從“上阜平”副片麻巖和“下阜平”副片麻巖中分別獲得了2025 ±46/36Ma 和2474 ±20Ma 的多顆粒鋯石U-Pb 年齡,并認(rèn)為經(jīng)歷麻粒巖相變質(zhì)作用的鋯石其UPb 體系已被完全重置,故將這些年齡為變質(zhì)年齡。Liu et al.(2002)雖不贊同鋯石體系被完全重置的觀點,但根據(jù)麻粒巖的礦物組合和結(jié)構(gòu)特征判斷(白瑾等,1992;劉樹文,1996),確實存在較早期的一次高級變質(zhì)作用事件,該事件發(fā)在大約2.5 ~2.70Ga 期間,很可能與大陸碰撞有關(guān)。近年來,眾多變質(zhì)年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示,阜平雜巖普遍記錄了~1850Ma 的變質(zhì)-變形年齡(Liu et al.,1985;Guan et al.,2000,2002;吳昌華等,2000;Zhao,2000;孫敏和關(guān)鴻,2001;Zhao et al.,2002b;楊崇輝等,2004;趙蘭等,2006;Trap et al.,2008;Zhang et al.,2009;Li et al.,2014),該年齡可能與麻粒巖相變質(zhì)事件相對應(yīng)。程裕淇等(2004)對阜平大柳樹地區(qū)的長英質(zhì)副麻粒巖進(jìn)行鋯石SHRIMP U-Pb 年代學(xué)測試,獲得2538 ±14Ma 和1819 ~1829Ma 兩組變質(zhì)年齡,分別解釋為麻粒巖相變質(zhì)時代和角閃巖相變質(zhì)時代。
3.1.5 呂梁雜巖
前人在界河口群變質(zhì)巖石中識別出3 ~4 個階段變質(zhì)礦物組合,獲得至少兩組變質(zhì)年齡(~2.5Ga 和~1.85Ga)信息。
Liu et al.(2003)報道界河口群巖石普遍經(jīng)歷了角閃巖相變質(zhì)作用改造,局部達(dá)到麻粒巖相,嵐縣及文水縣附近有角閃二輝麻粒巖(基性麻粒巖)出露,該群兩個斜長角閃巖樣品的Sm-Nd 等時線年齡分別為2445 ± 237Ma 和2335 ±195Ma,代表區(qū)域變質(zhì)時代。
圖7 華北中部造山帶呂梁變質(zhì)雜巖區(qū)不同變質(zhì)階段的最大溫度和最大壓力Fig. 7 The maxmum P and T histogram of each metamorphic stage of the rocks from the Lüliang metamorphic complex in the Trans-North China Orogen
Zhao et al.(2000a,2008b,2010b)認(rèn)為界河口群巖石在古元古代晚期經(jīng)歷了角閃巖相(Zhao et al.,2000a)至麻粒巖相(Zhao et al.,2008b,2010b)變質(zhì)作用,在該區(qū)含榴斜長角閃巖中識別出3 ~4 個階段的變質(zhì)礦物組合(圖7):進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合(M1)以石榴石內(nèi)部的早期包裹體斜長石+角閃石+石英為代表,峰期礦物組合(M2)由石榴石變斑晶和基質(zhì)礦物斜長石+角閃石+石英±單斜輝石組成,石榴石無明顯成分環(huán)帶,峰后降壓階段礦物組合(M3)表現(xiàn)為圍繞石榴石邊部發(fā)育的斜長石+ 鎂鐵閃石后成合晶。利用THERMOCALC 熱力學(xué)軟件,計算獲得峰期變質(zhì)條件分別為:500 ~550℃/7.0 ~7.5kbar(M1)、600 ~650℃/9.0 ~10.0kbar(M2)、600 ~650℃/6.0 ~6.5kbar(M3)(Zhao et al.,2000a)和655 ~668℃/6.1 ~7.1kbar(M1)、748 ~753℃/8.3 ~9.2kbar(M2)、697 ~737℃/4.1 ~5.1kbar(M3)(Zhao et al.,2010b)。以上斜長角閃巖樣品均擁有特征的順時針、近等溫降壓型的變質(zhì)作用P-T 軌跡,指示碰撞造山環(huán)境。Zhao et al.(2008b)對赤堅嶺片麻巖進(jìn)行SHRIMP 鋯石U-Pb 年代學(xué)測試,得到其變質(zhì)年齡為1872 ±7Ma。
Liu et al.(2003)對呂梁斜長角閃巖樣品進(jìn)行Sm-Nd 年代學(xué)測試,得到結(jié)果為2445 ±237Ma 和2335 ±195Ma 的等時線年齡,解釋為變質(zhì)時代。Liu et al. (2006)和劉樹文等(2007)采自關(guān)帝山東側(cè)界河口群的石榴石二云母片巖進(jìn)行了電子探針獨居石定年分析,獲得四組年齡數(shù)據(jù)1938 ~1940Ma、1847 ~1880Ma、1755 ~1795Ma 和1703 ~1720Ma,其中,1938 ~1940Ma 的年齡記錄與雜巖區(qū)廣泛發(fā)生的基性巖墻侵位事件有關(guān),1847 ~1880Ma 記錄了東、西部陸塊碰撞引起的區(qū)域變質(zhì)作用時代,界河口群巖石普遍經(jīng)歷角閃巖相變質(zhì)作用;1755 ~1795Ma 與后造山伸展作用有關(guān),而1703 ~1720Ma 的年齡記錄反映了晚期的熱事件。Trap et al.(2009b)對呂梁四個變泥質(zhì)巖樣品進(jìn)行了電子探針獨居石定年,得到~2400Ma、1910 ~1950Ma 和1870 ~1890Ma 三組年齡信息,將~2400Ma 解釋為中部帶早期巖漿弧的形成時代,1870 ~1890Ma 代表區(qū)域變質(zhì)事件年齡。
3.1.6 太華雜巖
孫勇(1983)認(rèn)為魯山地區(qū)遭受過麻粒巖相變質(zhì)作用,變質(zhì)條件約為680 ~720℃/8.0 ~10.0kbar;Lu et al. (2013)和盧俊生等(2014)對魯山地區(qū)基性變質(zhì)巖保留3 個階段的變質(zhì)礦物組合(圖8):(1)進(jìn)變質(zhì)階段:以保存于石榴石變斑晶中的包裹體礦物為代表,包括石英+斜長石+角閃石±單斜輝石±鈦鐵礦,變質(zhì)溫壓條件為650 ~730℃/4.9 ~8.1kbar;(2)峰期階段為石榴石變斑晶+基質(zhì)礦物組合(角閃石+斜長石+石英+單斜輝石±斜方輝石),變質(zhì)溫壓條件為740~810℃/9.0 ~10.8kbar;(3)峰后降壓階段表現(xiàn)為環(huán)繞石榴石斑晶發(fā)育的后成合晶礦物組合(石英+斜長石+角閃石±單斜輝石± 斜方輝石± 鈦鐵礦),變質(zhì)溫壓條件為750 ~760℃/5.0 ~7.7kbar。年代學(xué)測試表明,魯山地區(qū)的斜長角閃巖、TTG 片麻巖、花崗片麻巖和變質(zhì)正長巖均記錄了1.95~1.86Ga 的變質(zhì)作用(Lu et al.,2013,2015)。Wan et al.(2006b)對魯山上太華的石墨石榴夕線片麻巖和石榴花崗片麻巖分別進(jìn)行了SHRIMP 鋯石U-Pb 定年,獲得變質(zhì)年齡為1840 ~1870Ma;楊長秀(2008)利用同樣測試方法,獲得魯山石榴鉀長花崗片麻巖和石墨夕線片麻巖的變質(zhì)年齡分別為1871 ±14Ma 和1844 ±66Ma;Liu et al.(2009)提出魯山英云閃長巖和斜長角閃巖中均記錄了2.77 ~2.79Ga 和2.64 ~2.67Ga 兩期變質(zhì)事件。
圖8 華北中部造山帶太華變質(zhì)雜巖區(qū)不同變質(zhì)階段的最大溫度和最大壓力Fig. 8 The maxmum P and T histogram of each metamorphic stage of the rocks from the Taihua metamorphic complex in the Trans-North China Orogen
舞鋼地區(qū)斜長角閃片麻巖記錄類似的三階段變質(zhì)作用(Lu et al.,2014;圖8),不同階段變質(zhì)溫壓條件為720 ~750℃/4.8 ~6.7kbar(進(jìn)變質(zhì))、710 ~780℃/9.0 ~10.6kbar(峰期)和700 ~780℃/7.1 ~8.5kbar(退變質(zhì))。黑云斜長片麻巖中,(1)進(jìn)變質(zhì)階段為石榴石內(nèi)部的包裹體礦物組合石英+斜長石+黑云母;(2)峰期階段為石榴石變斑晶和基質(zhì)礦物組合(黑云母+斜長石+石英+夕線石+鉀長石),峰期變質(zhì)溫度壓力條件為810℃/9.0 ~9.2kbar;(3)峰后降壓階段為石榴石變斑晶邊部發(fā)育的后成合晶石英+斜長石+黑云母+鈦鐵礦。舞鋼地區(qū)的斜長角閃巖類和黑云斜長片麻巖給出1.92 ~1.96Ga 的變質(zhì)年齡記錄(Lu et al.,2014)。
蔣宗勝等(2011)對洛寧地區(qū)的斜長角閃巖和黑云斜長片麻巖進(jìn)行了變質(zhì)演化研究,不同階段變質(zhì)礦物組合和變質(zhì)條件分別為:斜長角閃巖中,(1)進(jìn)變質(zhì)階段:石榴子石變斑晶內(nèi)部的包裹體礦物組合Amp +Pl +Qtz,變質(zhì)溫壓條件為600 ~680℃/7.0 ~7.6kbar;(2)峰期階段為Grt +Amp +Pl +Qtz,變質(zhì)溫壓條件為680 ~790℃/9.5 ~10.7kbar;(3)峰后降壓階段為“白眼圈”后成合晶組合Amp+Pl,變質(zhì)溫壓條件為580 ~720℃/6.5 ~7.6kbar;黑云斜長片麻巖中,(1)進(jìn)變質(zhì)階段表現(xiàn)為石榴石內(nèi)部包裹體礦物Bt+Pl+Qtz,變質(zhì)溫壓條件為620 ~710℃/4.9 ~5.6kbar;(2)峰期階段主要組成礦物為Grt+ Bt + Pl + Qtz,變質(zhì)溫壓條件為710 ~760℃/7.3 ~8.3kbar。Chen et al.(2015)在洛寧地區(qū)斜長角閃片麻巖和泥質(zhì)變質(zhì)巖亦識別出類似的三個階段變質(zhì)礦物組合,不同階段變質(zhì)溫壓估算結(jié)果分別為:630 ~790℃/5.3 ~8.9kbar(進(jìn)變質(zhì)階段)、720 ~820℃/8.9 ~10.7kbar(變質(zhì)峰期)、690 ~740℃/7.1 ~7.7kbar(退變質(zhì)階段)。鋯石SIMS U-Pb 和LAICP-MS 鋯石U-Pb 定年結(jié)果顯示洛寧地區(qū)兩類巖石記錄的變質(zhì)年齡為1.94 ~1.97Ga(蔣宗勝等,2011;Chen et al.,2015)。張宗清和黎世美(1998)對熊耳山的變質(zhì)巖進(jìn)行定年,獲得了2351 ±103Ma 的全巖Sm-Nd 等時線年齡,該年齡與倪志耀等(2003)在洛寧斜長角閃巖中所獲得的2349.10 ±46.98Ma 的角閃石40Ar/39Ar 等時線年齡大體一致,均被解釋為變質(zhì)年齡。
Wang et al.(2014)和王國棟(2015)在華山地區(qū)斜長角閃片麻巖中識別出三個變質(zhì)階段礦物組合(圖8):(1)進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合由石榴子石變斑晶內(nèi)部的包裹體礦物斜長石+角閃石+石英±黑云母±鈦鐵礦等組成,利用傳統(tǒng)溫度計和壓力計獲得其溫壓條件分別為660 ~760℃和5.7 ~6.0kbar;(2)變質(zhì)峰期礦物組合為石榴子石變斑晶和基質(zhì)中礦物斜長石+角閃石+石英+鈦鐵礦±黑云母,變質(zhì)溫壓分別為700 ~820℃和6.6 ~7.7kbar;(3)退變質(zhì)階段礦物組合,表現(xiàn)為圍繞石榴子石變斑晶邊部發(fā)育的“白眼圈”狀后成合晶(細(xì)粒角閃石+斜長石+石英±黑云母±紫蘇輝石±鈦鐵礦),溫壓估算結(jié)果為720 ~760℃、4.5 ~6.7kbar。泥質(zhì)變質(zhì)巖中同樣可識別出三個變質(zhì)階段礦物組合:(1)進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合由石榴子石核部及其包裹體礦物斜長石+黑云母+石英±鈦鐵礦±十字石±夕線石等組成;(2)變質(zhì)峰期礦物組合為石榴子石變斑晶和基質(zhì)中礦物斜長石+黑云母+石英+鈦鐵礦+磁鐵礦±斜方輝石±夕線石±鉀長石,利用傳統(tǒng)溫度計和壓力計與相平衡視剖面圖計算獲得變質(zhì)條件為730 ~810℃、6.8 ~8.6kbar;(3)退變質(zhì)階段礦物組合由石榴子石變斑晶邊部發(fā)育的后成合晶組成,溫壓條件為570 ~740℃、4.1 ~6.4kbar。各類變質(zhì)巖中變質(zhì)鋯石和變質(zhì)增生邊記錄的區(qū)域變質(zhì)時代為1818 ~1958Ma,變質(zhì)角閃石40Ar/39Ar給出了角閃石時的冷卻年齡約為1800Ma(王國棟等,2012,2013;Wang et al.,2014)。另外,Huang et al. (2012)通過對該區(qū)的花崗質(zhì)片麻巖的鋯石年代學(xué)研究,獲得了~1.91Ga的變質(zhì)年齡。
圖9 華北中部造山帶五臺變質(zhì)雜巖區(qū)不同變質(zhì)階段的最大溫度和最大壓力Fig. 9 The maxmum P and T histogram of each metamorphic stage of the rocks from the Wutai metamorphic complex in the Trans-North China Orogen
3.2.1 五臺雜巖
王凱怡等(1996)對五臺原金剛庫組含藍(lán)晶石片巖進(jìn)行了細(xì)致地巖相學(xué)研究,并利用礦物組合及相關(guān)反應(yīng)線限定巖石中不同變質(zhì)階段的形成條件(圖9)。(1)峰期高壓變質(zhì)階段由藍(lán)晶石±鋁直閃石±多硅白云母±石榴石±石英,變質(zhì)溫度和壓力范圍為570 ~650℃/9.0 ~14.0kbar;(2)退變質(zhì)階段表現(xiàn)為環(huán)繞藍(lán)晶石邊部生長的十字石、剛玉、綠泥石、鈣柱石、黝簾石和綠纖石所組成的后成合晶礦物組合及堇青石冠狀體,形成條件為540 ~600℃/5.0 ~6.0kbar。
Qian et al.(2013)結(jié)合巖相學(xué)觀察和視剖面圖計算在該地區(qū)的石榴云母片巖中識別出4 個變質(zhì)階段。第一階段以石榴石的生長環(huán)帶為代表;以變質(zhì)壓力最高為代表的第二階段的變質(zhì)條件為615 ~645℃/ >9.0kbar;以溫度最高為代表的第三階段溫壓條件為~660℃/7.5kbar;第四階段為峰后減壓過程。
雜巖區(qū)不同巖石類型大多記錄1820 ~1890Ma 的變質(zhì)年齡(劉樹文等,2004;Liu et al.,2006;Trap et al.,2007);Qian et al.(2013)利用鋯石SIMS/LA-ICP-MS U-Pb 方法,在石榴云母片巖中獲得了~1930Ma 的變質(zhì)年齡。
3.2.2 贊皇-左權(quán)雜巖
贊皇變質(zhì)雜巖含有石榴石變斑晶的黑云斜長片麻巖、長英質(zhì)片麻巖、斜長角閃巖中,廣泛發(fā)育十分醒目的“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu),普遍保存了三個階段的變質(zhì)礦物組合(肖玲玲等,2011,2014;Xiao et al.,2011,2014;圖10)。黑云斜長片麻巖中,第一階段的變質(zhì)礦物組合(M1)為進(jìn)變質(zhì)組合,以石榴石變斑晶內(nèi)的包裹體礦物組合(斜長石+黑云母+石英+鈦鐵礦±白云母±磁鐵礦±獨居石)為代表,其包裹體徑跡與主期片麻理(D2)近于垂直;第二階段的變質(zhì)礦物組合(M2)形成于變質(zhì)高峰期,以石榴石變斑晶邊部+基質(zhì)礦物(斜長石+黑云母+石英±藍(lán)晶石±鈦鐵礦±磁鐵礦±鉀長石±白云母)+基質(zhì)副礦物(鋯石+獨居石+磷灰石)為代表;第三階段的礦物組合(M3)形成于退變質(zhì)期間,以環(huán)繞石榴石變斑晶的“白眼圈”狀后成合晶礦物組合(斜長石+石英+黑云母±磁鐵礦)、石榴石變斑晶內(nèi)部出現(xiàn)的退變質(zhì)礦物組合(石英+斜長石+黑云母±磁鐵礦)、峰期黑云母分解而成的礦物組合(夕線石±鈦鐵礦±磁鐵礦)為代表。礦物溫度計與壓力計計算表明,黑云斜長片麻巖類記錄了進(jìn)變質(zhì)階段660 ~690℃/9.0 ~9.2kbar(M1)→變質(zhì)高峰期 >780℃/>12.5kbar(M2)的順時針型P-T 軌跡(退變質(zhì)階段礦物組合缺少合適的溫度計與壓力計可用)。斜長角閃巖中,第一階段的變質(zhì)礦物組合(M1)為進(jìn)變質(zhì)組合,以石榴石變斑晶內(nèi)的包裹體礦物組合(斜長石+角閃石+石英±黑云母±金紅石)為代表;第二階段的變質(zhì)礦物組合(M2)形成于變質(zhì)高峰期,以石榴石變斑晶邊部+基質(zhì)礦物(斜長石+角閃石+黑云母+石英±單斜輝石±磁鐵礦±鈦鐵礦)+基質(zhì)副礦物(鋯石+榍石+綠簾石)組合為代表;第三階段的變質(zhì)礦物組合(M3)形成于退變質(zhì)階段,以石榴石變斑晶邊部廣泛發(fā)育的極為明顯的“白眼圈”狀后成合晶礦物組合(斜長石+角閃石+石英±黑云母±磁鐵礦±黃鐵礦)為代表。礦物溫度計與壓力計計算表明,斜長角閃巖類記錄了進(jìn)變質(zhì)階段551~710℃/4.5 ~8.6kbar(M1)→變質(zhì)高峰期619 ~810℃/6.7~12.1kbar(M2)→退變質(zhì)階段590 ~680℃/3.2 ~5.6kbar(M3)的順時針型P-T 軌跡。鋯石U-Pb 年代學(xué)測試表明,黑云斜長片麻巖中變質(zhì)鋯石及鋯石變質(zhì)增生邊記錄了1825 ~1821Ma 的諧和年齡,斜長角閃巖中的變質(zhì)鋯石及鋯石變質(zhì)增生邊的不一致年齡介于1868 ~1828Ma 之間(肖玲玲,2011;肖玲玲等,2011;肖玲玲和王國棟,2011;Xiao et al.,2011,2013),個別花崗質(zhì)片麻巖的變質(zhì)年齡為2507 ±15Ma,記錄東部陸塊25 億年左右區(qū)域變質(zhì)作用的年代學(xué)信息(Xiao et al.,2014)。
圖10 華北中部造山帶贊皇-左權(quán)變質(zhì)雜巖區(qū)不同變質(zhì)階段的最大溫度和最大壓力Fig. 10 The maxmum P and T histogram of each metamorphic stage of the rocks from the Zanhuang-Zuoquan metamorphic complexes in the Trans-North China Orogen
左權(quán)變質(zhì)雜巖區(qū)的斜長角閃巖中均保存較為完整的反應(yīng)結(jié)構(gòu),可識別出三個階段變質(zhì)礦物組合(肖玲玲等,2014;圖10)。第一階段礦物組合(M1)為進(jìn)變質(zhì)礦物組合,主要由石榴石變斑晶的核部及其包裹體礦物組成,包括Grt +Pl +Amp+Qtz±Bt±Chl ±Ilm ±Ap。石榴石變斑晶的邊部表現(xiàn)為明顯的“凈邊”結(jié)構(gòu),包裹體礦物大多集中在變斑晶的核部,無明顯定向。第二階段礦物組合(M2)為變質(zhì)峰期礦物組合,主要由石榴石XMn最低的“邊部”和基質(zhì)礦物(Grt +Amp+Pl+Qtz±Cpx±Bt±Ep±Ilm±Ap)組成?;|(zhì)角閃石和斜長石等定向排列。第三階段礦物組合(M3)為退變質(zhì)減壓礦物組合,其典型代表是石榴石邊部發(fā)育的由Pl +Amp +Qtz±Bt 組合構(gòu)成的細(xì)粒交生結(jié)構(gòu),即“白眼圈”狀后成合晶。含榴黑云斜長片麻巖中僅記錄變質(zhì)條件為730℃/8.5kbar 的峰期礦物組合;左權(quán)地區(qū)含榴斜長角閃巖進(jìn)變質(zhì)階段(M1)的溫度和壓力范圍分別為:608 ~643℃/5.2 ~5.5kbar;退變質(zhì)作用階段(M3)的溫壓范圍為:611 ~627℃/5.1 ~5.9kbar;變質(zhì)峰期(M2)的最高壓力為9.4kbar,最高變質(zhì)溫度為670℃。鋯石LA-ICP-MS U-Pb 年代學(xué)研究表明,左權(quán)地區(qū)變質(zhì)巖石記錄了2464 ~2530Ma 和~1903Ma 兩組變質(zhì)年齡,分別代表東部陸塊新太古代末麻粒巖相變質(zhì)作用的時代和中部帶古元古代變質(zhì)高峰期的年齡。
Wang et al.(2003)應(yīng)用單礦物40Ar/39Ar 定年方法得到贊皇地區(qū)四期變形作用年齡分別為1870Ma(D1)、1870 ~1826Ma(D2)、1826 ~1793Ma(D3)和1689 ~1633Ma(D4),認(rèn)為影響贊皇變質(zhì)雜巖區(qū)的主要構(gòu)造事件發(fā)生在1870 ~1793Ma。Trap et al. (2009a)對贊皇變質(zhì)雜巖分別進(jìn)行了EMPA 獨居石Th-U-Pb 和角閃石40Ar/39Ar 定年,結(jié)果顯示黑云斜長片麻巖基質(zhì)中的獨居石形成于1824Ma,角閃巖和正片麻巖得到的角閃石40Ar/39Ar 年齡約為1800Ma。
3.2.3 中條雜巖
孫大中和胡維興(1993)利用石榴石-黑云母溫度計和Grt-Pl-Ky-Qtz 壓力計獲得中條群十字石榴二云母片巖的變質(zhì)溫度為561℃、變質(zhì)壓力為3.8kbar。劉樹文等(2007)對雜巖區(qū)的花崗質(zhì)片麻巖進(jìn)行了獨居石U-Th-Pb 電子探針年代學(xué)分析,獲得了1884.7 ±1Ma 和1849.9 ±0.63 的變質(zhì)年齡。
圖11 華北中部造山帶登封變質(zhì)雜巖區(qū)不同變質(zhì)階段的最大溫度和最大壓力Fig. 11 The maxmum P and T histogram of each metamorphic stage of the rocks from the Dengfeng metamorphic complex in the Trans-North China Orogen
3.2.4 登封雜巖
陳泓旭(2011)研究表明登封嵩山地區(qū)經(jīng)歷了高綠片巖相-低角閃巖相的變質(zhì)作用,各巖石類型多數(shù)記錄了峰期一個階段的變質(zhì)礦物組合(圖11)。斜長角閃片麻巖的主要組成礦物為角閃石、斜長石、石英和少量綠簾石,采用角閃石-斜長石溫度計和角閃石-斜長石-石英壓力計,估算樣品C1 的P-T 條件為590 ~605℃/3.5 ~4.3kbar,樣品C6 的P-T 條件為604 ~631℃/8.5 ~9.2kbar。石榴絹云石英片巖的主要礦物包括白云母、鉀長石、石英和金紅石,采用石榴石-白云母溫度計,估算變質(zhì)溫度為488 ~500℃(假設(shè)壓力= 5kbar時)。
綜上所述,在中部帶各變質(zhì)雜巖出露的所有巖石類型中,退變榴輝巖、基性麻粒巖、斜長角閃巖和泥質(zhì)片麻巖對環(huán)境變化最為敏感,能夠以變質(zhì)礦物組合、成分環(huán)帶和反應(yīng)結(jié)構(gòu)等方式記錄其所經(jīng)歷的變質(zhì)演化過程,對其進(jìn)行變質(zhì)作用P-T 軌跡和變質(zhì)年代學(xué)研究有助于我們了解相應(yīng)變質(zhì)雜巖的不同構(gòu)造演化歷史。目前,恒山雜巖區(qū)有退變榴輝巖報道,高壓基性麻粒巖出露于承德、宣化、懷安和恒山等雜巖區(qū),中壓基性麻粒巖在懷安、恒山、阜平、太華及呂梁地區(qū)均有報道,斜長角閃巖和泥質(zhì)片麻巖廣泛分布于中部帶各個變質(zhì)雜巖區(qū)。
3.3.1 變質(zhì)階段
用表1 可知,不同變質(zhì)雜巖中出露的退變榴輝巖、基性麻粒巖、斜長角閃巖和泥質(zhì)片麻巖中均可保留3 ~4 個階段的變質(zhì)礦物組合,包括:進(jìn)變質(zhì)階段(M1)、峰期(M2)、峰期后減壓階段(M3)和晚期冷卻階段(M4),擁有順時針I(yè)TD 型的變質(zhì)作用P-T 軌跡。通常情況下,由于退變榴輝巖和基性麻粒巖的變質(zhì)溫度較高,無論存在與否,進(jìn)變質(zhì)階段的信息均不宜保存下來,故多數(shù)巖石只記錄了M2~M4階段的變質(zhì)礦物組合,僅郭敬輝等(1999)報道的恒山西段麻粒巖同時保留了早期低溫的進(jìn)變質(zhì)階段信息。不同巖石類型的變質(zhì)礦物組合概況如下:
表1 華北克拉通中部造山帶各變質(zhì)雜巖區(qū)不同變質(zhì)階段的變質(zhì)溫度和壓力Table 1 P and T conditions of different metamorphic stages of the rocks from the metamorphic complexes in the Trans-North China Orogen
續(xù)表1Continued Table 1
(1)在退變榴輝巖中,峰期礦物組合由石榴石及其內(nèi)部的石英+金紅石包裹體組成,另外還包括由富鈉斜長石和單斜輝石組成的綠輝石假像;峰期后減壓礦物組合表現(xiàn)為綠輝石的分解產(chǎn)物單斜輝石+富鈉斜長石文像狀后成合晶。
(2)在高壓麻粒巖中,峰期礦物組合為石榴石+單斜輝石+斜長石±石英,峰期后減壓礦物組合表現(xiàn)為斜方輝石+斜長石后成合晶或斜方輝石+富鈣斜長石±單斜輝石冠狀體,晚期冷卻礦物組合由圍繞石榴石周邊生長的的角閃石和斜長石后成合晶礦物組成。
(3)在中壓麻粒巖中,進(jìn)變質(zhì)礦物組合由石榴石核部及其內(nèi)部包裹體斜長石+石英+金紅石+鈦鐵礦±角閃石組成;峰期礦物組合為石榴石+單斜輝石+斜長石+斜方輝石±石英±金紅石,峰期后減壓礦物組合以斜方輝石+斜長石后成合晶或斜方輝石+富鈣斜長石±單斜輝石冠狀體為代表,晚期冷卻礦物組合為圍繞石榴石周邊生長的的角閃石+斜長石后成合晶。
(4)在斜長角閃巖中,進(jìn)變質(zhì)礦物組合為石榴石核部及其包裹體礦物斜長石+角閃石+石英±金紅石±鈦鐵礦;峰期礦物組合為石榴石+角閃石+斜長石+石英±單斜輝石±黑云母±金紅石,峰期后減壓礦物組合為角閃石+斜長石后成合晶,晚期冷卻礦物組合為圍繞石榴石周邊生長的綠泥石+黑云母退變邊。
(5)變泥質(zhì)巖中,進(jìn)變質(zhì)礦物組合由石榴石核部及斜長石+石英+黑云母±角閃石包裹體組成;峰期礦物組合為石榴石+斜長石+石英±鉀長石+藍(lán)晶石/夕線石±金紅石,峰期后減壓礦物組合為堇青石冠狀體或堇青石+斜方輝石/尖晶石后成合晶或黑云母+斜長石±角閃石后成合晶,晚期冷卻階段礦物組合為圍繞石榴石、堇青石、夕線石周邊生長的黑云母+鉀長石±白云母±磁鐵礦。
3.3.2 特征反應(yīng)結(jié)構(gòu)
由上述變質(zhì)演化階段分析可知,不同變質(zhì)雜巖中的中高級變質(zhì)巖石普遍記錄了峰期后的近等溫降壓變質(zhì)階段,體現(xiàn)為圍繞石榴石變斑晶邊部發(fā)育的冠狀體或后成合晶礦物組合,即“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)(王仁民等,1991),這種礦物呈現(xiàn)細(xì)粒交生狀的“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)是石榴石在相對較低的壓力條件下發(fā)生分解形成的,代表一種典型的減壓過程(Harley,1989),同時反映了降壓過程持續(xù)的時間不長,是一個相對快速的過程,造成石榴石的分解反應(yīng)并沒有進(jìn)行徹底,故與后成合晶接觸的石榴石邊部多呈現(xiàn)“港灣狀”(郭敬輝等,1998)。
中部帶變質(zhì)雜巖中還發(fā)育另外一種特征的變質(zhì)反應(yīng)結(jié)構(gòu)即“紅眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)。例如,劉福來(1998)對蔓菁溝高壓基性麻粒巖研究發(fā)現(xiàn),部分石榴石呈封閉-半封閉的環(huán)狀包裹角閃石、斜方輝石、單斜輝石和斜長石等礦物,并將其稱之為“紅眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)。O’Brien et al.(2005)發(fā)現(xiàn)在恒山朱家坊韌性剪切帶以南出露的中壓麻粒巖中,石榴石常作為冠狀體,圍繞在單斜輝石和斜長石的周圍,構(gòu)成“紅眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu),擁有IBC 型P-T 軌跡,認(rèn)為該類麻粒巖與發(fā)育特征“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)的恒山北部高壓麻粒巖形成于下地殼的不同層次,后者代表了新太古代到古元古代的巖漿弧雜巖的下部的、深成的部分,與五臺雜巖的火山-沉積巖系同時代。兩者之間的朱家坊韌性剪切帶是大規(guī)模的深地殼間斷,發(fā)生于峰期高壓麻粒巖相變質(zhì)作用之后的造山垮塌和古元古代末期恒山雜巖的隆升期間(>1.8Ga),造成了不同深度的地殼的并置。
翟明國(2009)指出,擁有“白眼圈”和“紅眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)的麻粒巖的出露和產(chǎn)狀并沒有明顯的區(qū)域邊界,兩種反應(yīng)結(jié)構(gòu)可以共存于同一變質(zhì)巖區(qū)、同一變質(zhì)地體、同一巖石露頭,乃至同一手標(biāo)本上(如承德、密云、豫南、大同、固陽、張家口西望山和恒山的義興寨、大石溝等地),并認(rèn)為流體在反應(yīng)結(jié)構(gòu)的形成過程中起到了不可忽視的作用。
圖12 華北中部造山帶中不同變質(zhì)雜巖變質(zhì)年齡頻度分布圖測試方法和數(shù)據(jù)來源見表2Fig. 12 Metamorphic age histogram of rocks from the metamorphic complexes in the Trans-North China OrogenSee Table 2 for dating methods and data sources
3.3.3 變質(zhì)時代
由表2 和圖12 可知,大量的年代學(xué)數(shù)據(jù)表明,華北中部造山帶各變質(zhì)雜巖區(qū)普遍存在1900 ~1800Ma 的變質(zhì)事件。近年來,部分學(xué)者陸續(xù)在中部帶的恒山、五臺、阜平、呂梁和太華變質(zhì)雜巖發(fā)現(xiàn)存在~1.95Ga 的變質(zhì)年齡記錄,相比中-北段其他雜巖區(qū)普遍記錄的~1.85Ga 的變質(zhì)事件早了約0.1Ga。例如,(1)在懷安變質(zhì)雜巖區(qū),Zhao et al.(2008a)和Zhao et al.(2010a)分別在二輝石奧長花崗質(zhì)片麻巖和含石墨的石榴夕線片麻巖中獲得1954 ±32Ma 和1946 ~1947Ma的變質(zhì)年齡;Santosh et al.(2013)利用鋯石SHRIMP U-Pb 定年方法,獲得紫蘇花崗巖的變質(zhì)時代為1958 ±25Ma。(2)在恒山雜巖區(qū),Zhang et al.(2013)對恒山TTG 片麻巖進(jìn)行鋯石LA-ICP-MS U-Pb 年代學(xué)測試,獲得1916.7 ±9.9Ma 的變質(zhì)年齡;Qian et al.(2015)采用同樣方法在恒山南部的石榴石斜方角閃巖中獲得1964 ±25Ma 的變質(zhì)年齡。(3)在呂梁雜巖區(qū),Liu et al.(2006)和劉樹文等(2007)通過獨居石的電子探針U-Th-Pb 定年方法,發(fā)現(xiàn)石榴石二云母片巖和含榴長英質(zhì)片麻巖存在1938 ~1943Ma 的年齡記錄;Trap et al. (2009b)對夕線石片麻巖進(jìn)行同位素定年,獲得了1.91Ga 的變質(zhì)年齡。(4)在五臺雜巖區(qū),獨居石電子探針測年結(jié)果顯示,該地區(qū)含榴斜長角閃巖和藍(lán)晶石片巖存在1922 ~1930Ma 的年齡記錄(劉樹文等,2004;Liu et al.,2006);Qian et al.(2013)采用SHRIMP 和LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年方法測得石榴云母片巖的變質(zhì)時代為1933 ~1965Ma。(5)在太華變質(zhì)雜巖區(qū),蔣宗勝等(2011)和Chen et al. (2015)對洛寧地區(qū)斜長角閃巖進(jìn)行LA-ICP-MS/SIMS 鋯石U-Pb 測年,得到其變質(zhì)年齡為1938 ~1971Ma;王國棟等(2012,2013)和Wang et al.(2014)獲得華山地區(qū)的斜長角閃片麻巖和黑云斜長(/二長)片麻巖中的變質(zhì)鋯石及鋯石變質(zhì)增生邊年齡為1.82 ~1.96Ga;Lu et al.(2013,2014,2015)和盧俊生等(2014)對魯山地區(qū)斜長角閃巖的SIMS 鋯石U-Pb 年代學(xué)測試發(fā)現(xiàn),巖石中變質(zhì)鋯石年齡為1.75 ~1.95Ga。(6)在中條變質(zhì)雜巖區(qū),獨居石電子探針測年結(jié)果顯示,二云母細(xì)粒二長花崗質(zhì)片麻巖存在1969.4±0.2Ma 的年齡記錄(劉樹文等,2007)。
表2 華北中部造山帶各變質(zhì)雜巖的變質(zhì)年齡Table 2 The metamorphic ages from the matamorphic complexes in the Trans-North China Orogen
續(xù)表2Continued Table 2
續(xù)表2Continued Table 2
續(xù)表2Continued Table 2
贊皇地區(qū)的斜長角閃巖和泥質(zhì)片麻巖獲得的峰期變質(zhì)時代多數(shù)集中在1821 ~1868Ma 之間(肖玲玲等,2011;Xiao et al.,2013,2014),個別長英質(zhì)片麻巖樣品中鋯石記錄了2507 ±15Ma 的變質(zhì)年齡信息(Xiao et al.,2014),該變質(zhì)年齡代表的變質(zhì)事件明顯早于贊皇地區(qū)基底巖石~18.5 億年的大規(guī)模變質(zhì)作用,而與東部陸塊~25 億年綠片巖相-麻粒巖相區(qū)域變質(zhì)事件時代相近。緊鄰贊皇變質(zhì)雜巖西緣的左權(quán)變質(zhì)雜巖區(qū),同樣獲得兩組(~1900Ma 和2464 ~2530Ma)變質(zhì)年齡(肖玲玲,2014)?!?.5Ga 的變質(zhì)年齡在中部帶內(nèi)其它地區(qū)亦有報道,例如在阜平大柳樹地區(qū),程裕淇等(2004)通過鋯石SHRIMP U-Pb 年代學(xué)測試,獲得長英質(zhì)副麻粒巖的一組變質(zhì)年齡為2538 ±14Ma,將其解釋為麻粒巖相變質(zhì)時代。
以上可見,華北中部造山帶各變質(zhì)雜巖所經(jīng)歷的變質(zhì)事件并不僅有~1.85Ga 這一期,同時還存在~1.95Ga 和~2.5Ga 的變質(zhì)事件,說明華北中部造山帶前寒武紀(jì)期間的構(gòu)造-變質(zhì)事件是一個比較漫長的復(fù)雜演化過程。
迄今為止,在華北克拉通早前寒武紀(jì)基底的形成機制和拼合時代等方面,存在不同的見解和設(shè)想,先后提出了多個基底構(gòu)造單元劃分方案。不同方案之間的分歧主要集中在以下方面:
(1)構(gòu)造單元數(shù)目不同,包括三分(Zhao et al.,1998,2001b,2005;Kusky and Li,2003;Faure et al.,2007a)、五分(Wang and Mo,1996;伍家善等,1998)、六分(白瑾等,1993;Zhai et al.,2000)、八分(李江海等,2000)、十分(鄧晉福等,1999)和十五分(張福勤等,1998)等劃分方案;(2)形成機制不同,包括渦旋構(gòu)造模式(白瑾等,1993)、陸殼水平生長模式(鄧晉福等,1999)和碰撞模式(吳昌華和鐘長汀,1998;伍家善等,1998;Zhao et al.,1998,2001b,2005;李江海等,2000;Kusky and Li,2003;Faure et al.,2007a)等;(3)基底主要拼合時代不同,包括新太古代(~2.5Ga)為主碰撞期(白瑾等,1993;沈其韓和錢祥麟,1995;Zhai et al.,2000;李江海等,2000;Kusky and Li,2003)、古元古代晚期(~1.85Ga)為主碰撞期(吳昌華和鐘長汀,1998;伍家善等,1998;Zhao et al.,1998,2001b,2005)和兩階段碰撞/增生模式(Faure et al.,2007a;Wang,2009;Wang et al.,2010b;Zhai,2011;Zhai and Santosh,2011);(4)構(gòu)造邊界不同,三分的方案給出了明確的邊界,各方案劃分的邊界位置略有差異(Zhao et al.,1998,2001b;Kusky and Li,2003);(5)碰撞方式不同,包括陸-(弧)-陸碰撞(吳昌華和鐘長汀,1998;伍家善等,1998;Zhao et al.,1998,2001b,2005;Faure et al.,2007a)、弧-陸(Kusky and Li,2003;Wang et al.,2010b)碰撞兩種;(6)俯沖極性不同,在陸塊碰撞模式下到底是東向俯沖(吳昌華和鐘長汀,1998;Zhao et al.,2001b,2005),還是西向俯沖(Kusky and Li,2003;Faure et al.,2007a)認(rèn)識不同。
其中代表性的劃分方案具體表述如下。
白瑾等(1993)根據(jù)華北太古宙巖石中高級區(qū)與綠巖帶的分布關(guān)系及相關(guān)地球物理資料,提出渦旋構(gòu)造(whirl tectonics)理論,認(rèn)為早-中太古代華北并不存在統(tǒng)一的結(jié)晶基底,而是由6 個相互分離的微陸核(遼吉、赤峰、東勝、渤海、臨汾、濟寧、阿拉善)組成,在距今25 億年前,隨著地球自轉(zhuǎn)速度加快,微陸核之間發(fā)生旋轉(zhuǎn)并彼此接近,最后在橫向擠壓-剪切的渦旋構(gòu)造機制中焊接形成統(tǒng)一的早前寒武紀(jì)結(jié)晶基底。至古元古代以來,華北克拉通作為一個整體參與全球板塊相對運動。
伍家善等(1998)在詳細(xì)的地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)和年代學(xué)研究基礎(chǔ)上,把華北克拉通前寒武紀(jì)基底劃分為膠遼、遷懷、晉冀、蒙陜和豫皖5 個陸塊,認(rèn)為各陸塊共同經(jīng)歷了2.5Ga 的區(qū)域變質(zhì)事件,且膠遼陸塊西緣的火山-巖漿弧與洋殼俯沖作用有關(guān),推測是古洋殼向陸塊的俯沖作用導(dǎo)致了最終弧-陸碰撞及陸塊間的旋轉(zhuǎn)拼合,形成了華北克拉通前寒武紀(jì)基底。
張福勤等(1998)認(rèn)為早前寒武紀(jì)時期不存在現(xiàn)代意義的巖石圈(地殼和殼下巖石圈地幔),其構(gòu)造活動層圈僅由地殼組成。作者結(jié)合區(qū)域構(gòu)造、巖石、地球化學(xué)和地球物理場方面的研究成果,按照大陸塊殼和活動帶兩種構(gòu)造單元,將華北克拉通基底早前寒武紀(jì)基底劃分為15 個部分,其中包括9 個大陸塊殼:陰山-冀北聯(lián)合塊殼、魯冀遼聯(lián)合塊殼、遼東聯(lián)合塊殼、膠北塊殼、皖北塊殼、太華塊殼、阜平塊殼、臨汾塊殼和東勝-桑干聯(lián)合塊殼,6 個基底活動帶:大青山活動帶、燕遼活動帶、五臺山活動帶、中條山活動帶、雁翎關(guān)活動帶和夾皮溝活動帶。認(rèn)為綠巖建造(不同程度變質(zhì)的火山-沉積建造)是基底大地構(gòu)造分區(qū)的重要物質(zhì)標(biāo)志,分布于東勝-桑干聯(lián)合塊殼、臨汾塊殼和阜平塊殼之間的2.5Ga 的綠巖可能與大陸碰撞造山有關(guān),其它地區(qū)2.6 ~2.7Ga 的綠巖帶也普遍經(jīng)歷了約2.5Ga 的構(gòu)造事件。
吳昌華和鐘長汀(1998)認(rèn)為華北克拉通在太古宙時并非是一個統(tǒng)一的大陸,而是由西部的鄂爾多斯古陸和東部的冀東古陸發(fā)生SW-NE 向的陸-洋-陸碰撞拼合而成,兩個古陸間的碰撞作用從太古宙末期就已經(jīng)啟動,至呂梁期(~1.8Ga)達(dá)到碰撞高峰,最終發(fā)生陸-陸碰撞形成統(tǒng)一的華北克拉通前寒武紀(jì)基底。由于縫合線通常垂直于碰撞方向,故推測原碰撞縫合線應(yīng)為NW 向,但因造山帶根部剪切作用不均勻而變位成后期“之”字形的南北向。吳昌華(2007)提出以孔茲巖和同時代的變質(zhì)沉積巖為代表的陸源沉積巖為劃分古陸的重要標(biāo)志,將華北克拉通劃分為鄂爾多斯地塊、晉蒙弧形拼合帶、冀魯豫地塊、(郯廬斷裂)和膠遼地塊群等構(gòu)造單元,前三者占據(jù)了華北克拉通80%以上的面積,呂梁期時鄂爾多斯地塊和冀魯豫地塊沿二者之間的晉蒙拼合帶發(fā)生陸-陸碰撞形成統(tǒng)一的華北克拉通基底。
趙國春(2009)指出微陸塊的劃分取決于彼此間是否存在碰撞型造山帶。結(jié)合巖石學(xué)、變質(zhì)作用P-T-t 軌跡、地球化學(xué)以及同位素年代學(xué)資料,Zhao et al.(1998,2001b,2005)根據(jù)在華北克拉通中部識別出一條近南北向、長達(dá)1500km 的造山帶,即華北中部造山帶(the Trans-North China Orogen),并以此為界將華北克拉通前寒武紀(jì)基底劃分為東部陸塊和西部陸塊兩個陸塊。該造山帶和東西部陸塊間的變質(zhì)作用P-T 軌跡樣式存在明顯差別,華北中部帶作為一條典型的陸-陸碰撞帶,擁有近等溫降壓型(ITD)的順時針變質(zhì)作用P-T軌跡,約1.85Ga 時,西部陸塊東向俯沖與東部陸塊發(fā)生陸-(弧-)陸碰撞拼合,形成統(tǒng)一的華北克拉通早寒武紀(jì)基底。東部陸塊和西部陸塊大部分地區(qū)擁有近等壓降溫型(IBC)的逆時針P-T 軌跡,其形成與大規(guī)模地幔巖漿底侵作用有關(guān)。西部陸塊可進(jìn)一步劃分為南部的鄂爾多斯陸塊、北部的陰山陸塊和兩者之間的孔茲巖帶,約1.9 ~2.0Ga,鄂爾多斯陸塊和陰山陸塊沿孔茲巖帶發(fā)生碰撞拼合,形成完整的西部陸塊(Wan et al.,2000,2006a;Santosh et al.,2006,2007;Xia et al.,2006a,b;Yin et al.,2009;周喜文和耿元生,2009)。東部陸塊中又可識別出一條膠-吉-遼碰撞造山帶,其形成時代為2.0 ~2.2Ga,所經(jīng)歷的主期變質(zhì)事件時代約為1.9Ga(蔡劍輝等,2002;Luo et al.,2004,2008;Lu et al.,2004;Zhou et al.,2008)。
鄧晉福等(1999)通過華北前寒武紀(jì)花崗巖類的研究發(fā)現(xiàn),中太古代巖石分布區(qū)往往作為核心,被外圍新太古代巖石和更外圍的古元古代巖系所環(huán)繞,根據(jù)這一分布特征,將華北克拉通基底劃分出吉遼、燕遼、懷宣、膠遼、魯西、沁水、太華、五淮(?)、鄂爾多斯和阿拉善10 個太古宙陸核,并推測華北克拉通前寒武紀(jì)基底的形成可能是陸殼水平生長的結(jié)果。
翟明國等(Zhai et al.,2000,2005,2007;Zhai and Liu,2003;Zhai,2011;Zhai and Santosh,2011)通過識別重要的古老構(gòu)造邊界,將華北克拉通劃分為七個主要的微陸塊(膠遼、遷懷、鄂爾多斯、集寧、許昌、徐淮、阿拉善)。認(rèn)為華北克拉通的形成經(jīng)歷了兩期克拉通化事件,第一期克拉通化發(fā)生在新太古代末期(2.53 ~2.60Ga),微陸塊被火山-沉積巖系焊接,隨后發(fā)生變質(zhì)作用和花崗巖化,完成初步克拉通化過程,華北已經(jīng)形成現(xiàn)今規(guī)模的古陸。其構(gòu)造機制可能是適度規(guī)模且多發(fā)的地幔柱構(gòu)造控制下小尺度的橫向構(gòu)造運動。第二期克拉通化發(fā)生在古元古代末1.82 ~1.95Ga,華北克拉通出現(xiàn)了以三條古元古代活動帶為代表的裂谷-俯沖-增生-碰撞的陸內(nèi)造山事件。至中元古代,華北進(jìn)入地臺的演化階段,并保持了長達(dá)10 多億年的穩(wěn)定。
Kusky and Li(2003)提出西向俯沖的構(gòu)造三分方案,陸塊間的構(gòu)造邊界與趙國春等劃分的“華北中部造山帶”(the Trans-North China Orogen)略有不同,并將東、西部陸塊之間的碰撞帶定義為“中央造山帶”(the Central Orogenic Belt)。大約2.5Ga 時,東部地塊與西部地塊以弧-陸形式發(fā)生匯聚,沿中央造山帶西向拼合形成統(tǒng)一的華北克拉通早前寒武紀(jì)基底?!?.8Ga 以后華北克拉通以伸展構(gòu)造體制為主,期間形成一系列拗拉槽和裂谷,并伴有大量基性巖漿的侵入。王軍鵬(2015)進(jìn)一步推測,兩陸塊間的俯沖碰撞過程存在俯沖極性倒轉(zhuǎn)。在大約2.5Ga 時,東部陸塊北西向俯沖與阜平島弧發(fā)生碰撞,隨后,在弧陸碰撞西緣的撕裂地帶的俯沖極性發(fā)生倒轉(zhuǎn),新俯沖的洋殼誘使富集地幔開始熔融,導(dǎo)致華北克拉通中部造山帶和東部陸塊內(nèi)大面積基性巖墻群的產(chǎn)生和侵入。后續(xù)的南東向逆沖-碰撞作用造成了華北克拉通基底的最終拼合。
Faure et al.(2007a)認(rèn)為整個華北克拉通前寒武紀(jì)基底的聚合,是由兩個階段沿中部帶發(fā)生的東西向碰撞事件完成的(Faure et al.,2007a,b;Trap et al.,2007,2008,2009a,b)。華北克拉通太古宙基底總體可分為鄂爾多斯陸塊、阜平陸塊和東部陸塊三個部分。其中,鄂爾多斯陸塊與阜平陸塊之間存在一個“呂梁洋”,阜平陸塊與東部陸塊之間存在一個“太行洋”?!?.1Ga 東部陸塊發(fā)生西向俯沖,首先與阜平陸塊發(fā)生碰撞,導(dǎo)致“太行洋”的關(guān)閉和一系列島弧巖漿作用的發(fā)生,隨后繼續(xù)向西俯沖,造成1.8 ~1.9Ga“呂梁洋”的閉合,最終阜平陸塊與西部陸塊的碰撞拼合形成統(tǒng)一的華北克拉通基底。
Wang(2009)、Wang et al.(2010b)提出兩階段島弧增生模式,認(rèn)為~2565Ma 前,華北克拉通東、西部陸塊之間存在一個“古華北洋”(the Proto-North China Ocean),約2540 ~2565Ma 發(fā)生北西向的洋內(nèi)俯沖,形成了五臺原始島弧(proto-arc),而后2525 ~2475Ma 左右的多階段俯沖-增生作用,導(dǎo)致了五臺弧后盆地的關(guān)閉和大量不同類型的島弧巖漿的形成。在大約1.8 ~1.9Ga 時,華北克拉通東、西部陸塊于發(fā)生了大規(guī)模的碰撞造山作用,導(dǎo)致了華北中部造山帶和華北克拉通前寒武紀(jì)基底的最終形成。
Santosh(2010)提出了雙向俯沖模式。在古元古代,燕遼陸塊和陰山陸塊同時向鄂爾多斯陸塊之下俯沖,陰山陸塊部分向東俯沖于燕遼陸塊之下,形成了統(tǒng)一的華北克拉通早寒武紀(jì)基底。
前寒武紀(jì)時期是否存在類似今天的板塊構(gòu)造,一直是國際地球科學(xué)界長期爭論的重大科學(xué)問題,部分原因是一直沒能發(fā)現(xiàn)前寒武紀(jì)榴輝巖,也難以論證其間雙變質(zhì)帶的存在。但這一學(xué)術(shù)問題的解決對探討華北克拉通早前寒武紀(jì)基底的構(gòu)造演化起到至關(guān)重要的作用。值得注意到是,在位于華北克拉通中部的山西恒山白馬石地區(qū),TTG 片麻巖中發(fā)現(xiàn)的基性高壓麻粒巖透鏡體被認(rèn)為是退變榴輝巖(翟明國等,1995;Zhao et al.,2001a)。河北赤城“紅旗營子群”黑云斜長片麻巖中基性高壓麻粒巖透鏡體,也被認(rèn)為是退變榴輝巖(倪志耀等,2004a,b;周兵等,2008)。另外,作為板塊運動的最終結(jié)果,大陸碰撞造山帶可能也是識別地球歷史演化中板塊構(gòu)造機制起主導(dǎo)作用的重要標(biāo)志(Zhao,2007)。同時,變質(zhì)作用P-T 軌跡能夠為了解造山帶的大地構(gòu)造演化歷史提供了重要的科學(xué)信息,完整的變質(zhì)作用P-T 軌跡的確定具有重要的意義,可以據(jù)此探討變質(zhì)作用發(fā)生時的大地構(gòu)造環(huán)境。
Bohlen(1987)和Harley(1989)通過對比世界上多個麻粒巖地體,發(fā)現(xiàn)與俯沖-碰撞-快速隆升有關(guān)的擠壓應(yīng)力背景下形成的麻粒巖均記錄順時針P-T 軌跡,而巖漿板底墊托作用有關(guān)的拉張應(yīng)力背景下形成的麻粒巖均記錄逆時針P-T軌跡。之后經(jīng)過世界地質(zhì)學(xué)家?guī)资甑难芯孔C實,特定的變質(zhì)作用P-T 軌跡與特定大地構(gòu)造環(huán)境之間存在著近似的對應(yīng)關(guān)系。例如,順時針近等溫降壓(ITD)型的P-T 軌跡通常形成于俯沖帶或陸-陸碰撞構(gòu)造環(huán)境中,而逆時針近等壓降溫(IBC)型的P-T 軌跡一般反映與大量地幔巖漿上侵及底板墊托作用有關(guān)的島弧根部、大陸裂谷或地幔柱構(gòu)造環(huán)境(詳見趙國春,2009)。所以,通過結(jié)合巖石學(xué)、地球物理、地球化學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和同位素年代學(xué)等信息,人們可以有效利用變質(zhì)作用P-T 軌跡來識別碰撞造山帶等構(gòu)造環(huán)境,也可以用來劃分擁有不同變質(zhì)演化歷史的地質(zhì)體并探討其形成時所處的大地構(gòu)背景。
通常情況下,在造山帶構(gòu)造環(huán)境中,順時針I(yè)TD 型的P-T軌跡所對應(yīng)的構(gòu)造演化過程表現(xiàn)為(Ernst,1988;Harley,1989;Brown,1993):前期的俯沖-碰撞作用導(dǎo)致地殼加厚,造成了變質(zhì)溫度緩慢升高的同時變質(zhì)壓力迅速升高;當(dāng)碰撞停止時,變質(zhì)壓力達(dá)到最高值,但熱松弛作用使變質(zhì)溫度仍繼續(xù)升高一段時間;隨后由于快速的構(gòu)造剝蝕作用,地體開始快速折返上升,發(fā)生伸展、陸殼減薄和造山后期垮塌作用,從而使變質(zhì)溫度來不及大幅度變動的同時壓力迅速下降。沈其韓等(2014)對中國顯生宙主要造山帶的麻粒巖相變質(zhì)巖石的地質(zhì)特征、巖石類型、變質(zhì)歷史及其形成的大地構(gòu)造背景進(jìn)行了綜合分析,結(jié)果表明除西天山木扎爾特河低壓麻粒巖記錄逆時針P-T 軌跡、反映大陸弧構(gòu)造環(huán)境外,其它造山帶的麻粒巖均具有近等溫降壓特點的順時針P-T 軌跡特征,大部分形成于洋陸俯沖碰撞環(huán)境,少部分為陸-陸碰撞環(huán)境。
華北中部造山帶作為華北克拉通內(nèi)一條重要的碰撞造山帶,形成于新太古代-古元古代,其內(nèi)部雜巖的變質(zhì)作用PT 軌跡,較為完整地記錄了其所經(jīng)歷的變質(zhì)演化歷史。本文通過綜合對比中部帶內(nèi)不同變質(zhì)雜巖的地質(zhì)特征和變質(zhì)作用P-T 軌跡發(fā)現(xiàn)(圖13),雖變質(zhì)程度及記錄片段有所差異,但總的來說,各變質(zhì)雜巖區(qū)均擁有類似的順時針變質(zhì)作用PT 軌跡,且多數(shù)退變質(zhì)片段表現(xiàn)為近等壓降溫型,屬于西阿爾卑斯型(West-Alpine type)P-T 軌跡,與大陸碰撞環(huán)境有關(guān)。作為華北中部造山帶的一部分,各變質(zhì)雜巖所反映的碰撞造山環(huán)境與華北克拉通東部陸塊和西部陸塊間的俯沖-碰撞-造山過程密切相關(guān),無論是中北段的高級區(qū)變質(zhì)雜巖,還是以花崗-綠巖帶為主體的南段中低級變質(zhì)雜巖,同樣卷入了華北克拉通東部陸塊和西部陸塊之間的大規(guī)模的碰撞造山運動,且該過程為一個漫長的、復(fù)雜的構(gòu)造演化過程。
(1)不同雜巖區(qū)變質(zhì)程度差異明顯
圖13 華北中部造山帶中不同變質(zhì)雜巖區(qū)變質(zhì)作用P-T 軌跡Fig.13 The P-T paths of metamorphic rocks from the metamorphic complexes in the Trans-North China Orogen
如圖14 所示,中部帶各變質(zhì)雜巖的已有變質(zhì)演化數(shù)據(jù)表明,高級區(qū)各變質(zhì)雜巖中,恒山、懷安和宣化雜巖的峰期變質(zhì)壓力相對較高,均大于14.0kbar,為高壓基性麻粒巖-退變榴輝巖的估算結(jié)果?;◢?綠巖帶中,贊皇雜巖中部分泥質(zhì)片麻巖和斜長角閃巖的峰期變質(zhì)壓力>12.0kbar,五臺雜巖中個別斜長角閃巖的峰期估算壓力也超過了12.0kbar,石榴云母片巖峰期壓力高達(dá)14.0kbar。中部帶峰期變質(zhì)溫度最高(>900℃)的三個雜巖區(qū)為高級區(qū)的阜平雜巖、恒山雜巖和宣化雜巖,均為中-高壓基性麻粒巖的計算結(jié)果。顯然,該統(tǒng)計結(jié)果與相應(yīng)變質(zhì)巖石的礦物組合非常一致,也就是說,在華北中部造山帶中不同變質(zhì)雜巖區(qū)的變質(zhì)程度存在明顯差別,并且這種差別與相應(yīng)雜巖區(qū)在中部帶所處的構(gòu)造位置有一定的規(guī)律可循,即變質(zhì)程度高的巖石多數(shù)出露于中部帶的中北段,尤其是北段位置,而中部帶南段僅在太華雜巖中有麻粒巖報道。許多學(xué)者嘗試以典型由高級區(qū)和花崗-綠巖帶構(gòu)成的恒山-五臺-阜平雜巖帶為例尋找該現(xiàn)象的答案。一些學(xué)者認(rèn)為同為高級區(qū)的恒山雜巖和阜平雜巖原為一個整體陸塊,新太古代時在五臺綠巖帶的形成的同時,這一整體陸塊發(fā)生裂解,而后在古元古代時期閉合,形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局(田永清,1991);還有一些學(xué)者認(rèn)為恒山-五臺-阜平雜巖帶屬于新太古代的陸-弧-陸碰撞造山系統(tǒng),其中恒山-阜平雜巖代表兩個外來的太古宙微陸塊,而五臺花崗-綠巖帶代表介于期間的一個島弧(李繼亮等,1990;白瑾等,1992;Wang et al.,1996;Polat et al.,2005);Zhao et al.(2007)認(rèn)為前兩種觀點與現(xiàn)有年代學(xué)資料不符,恒山-五臺-阜平雜巖在年代上并沒有明顯的不同,均形成于新太古代-古元古代,這三個雜巖似乎經(jīng)歷新太古代-古元古代一個共同的演化過程,其中低-中級的五臺雜巖代表了上地殼鈣堿性火山-深成巖組合,可能形成于巖漿弧背景中的俯沖帶之上,而恒山-阜平雜巖形成于弧根部的下地殼。也就是說,恒山、五臺和阜平雜巖代表了新太古代-古元古代時期同一個、長壽的巖漿弧的不同部位,后續(xù)共同卷入了約1.85Ga 的東西部陸塊的碰撞造山作用(Zhao et al.,2000b;2001b,2002a;Wilde et al.,2002)。而中部帶其它雜巖中,懷安、宣化、承德和太華雜巖區(qū)可與恒山或阜平雜巖區(qū)對比,登封、贊皇和冀北雜巖區(qū)可與五臺雜巖區(qū)相對比。本文認(rèn)同后者關(guān)于高級區(qū)和花崗-綠巖帶形成于不同構(gòu)造層次的觀點,但除此之外,我們認(rèn)為還存在以下兩種可能性:①二者形成于不同的俯沖階段,造成其變質(zhì)程度存在差異;②二者變質(zhì)程度可能相同,但花崗-綠巖帶中高級變質(zhì)巖并未出露于地表。
圖14 華北中部造山帶中不同變質(zhì)雜巖區(qū)變質(zhì)高峰期的最大溫度和最大壓力Fig.14 The maxmum P and T histogram of metamorphic peaks of the rocks from the metamorphic complexes in the Trans-North China Orogen
(2)不同雜巖區(qū)變質(zhì)P-T 軌跡的樣式不盡相同
由前文和圖13 可知,華北中部造山帶各變質(zhì)雜巖區(qū)均擁有類似的順時針變質(zhì)作用P-T 軌跡,揭示變質(zhì)巖石經(jīng)歷的從地殼深部的中-高級變質(zhì),到快速抬升至地殼淺層次發(fā)生的近等溫降壓及晚期降溫退變的復(fù)雜演化歷史。然而,不同雜巖區(qū)變質(zhì)巖石所記錄的變質(zhì)信息存在細(xì)微差別。首先,高級區(qū)的變質(zhì)程度達(dá)到了高角閃巖相-麻粒巖相過渡相或麻粒巖相,變質(zhì)巖石難以記錄早期進(jìn)變質(zhì)階段的信息,如麻粒巖中石榴石的生長環(huán)帶不易保留,進(jìn)變質(zhì)階段礦物包裹體保存較少,故其P-T 軌跡多缺乏進(jìn)變質(zhì)片段。郭敬輝等(1999)通過對比恒山地區(qū)和懷安-宣化地區(qū)高壓麻粒巖的變質(zhì)演化特征發(fā)現(xiàn),懷安-宣化的高壓麻粒巖僅記錄了高壓之后的減壓過程,而恒山西段石榴石角閃巖和麻粒巖還同時記錄了早期低溫的進(jìn)變質(zhì)階段,因此,后者很可能是某種形式的陸殼俯沖碰撞的產(chǎn)物,推測從恒山西段向東北延伸的桑干構(gòu)造帶在古元古代很可能經(jīng)歷了一系列俯沖、逆沖、變形、剪切等深地殼過程,在此過程中,懷安-宣化地區(qū)的高壓麻粒巖代表了卷入這一過程的下地殼巖石組合,而恒山的石榴石角閃巖和麻粒巖才真正代表了在這一過程中由表殼巖石變質(zhì)形成的高壓變質(zhì)巖。其次,多數(shù)雜巖中變質(zhì)巖石的退變質(zhì)階段表現(xiàn)為近等壓降溫片段,屬于西阿爾卑斯型P-T 軌跡。但部分雜巖中獲得的順時針P-T 軌跡,其退變質(zhì)路徑與進(jìn)變質(zhì)路徑十分相似,呈“發(fā)卡”狀,通常認(rèn)為,這種“發(fā)卡”狀的順時針P-T軌跡(也稱為Franciscan 型;Ernst,1988),反映了巖石折返速度較慢,與俯沖速度相當(dāng)?shù)臉?gòu)造過程(劉景波和郭敬輝,2013)。顯然,這與前者所反映的造山帶碰撞后的快速垮塌過程并不相符,也與變質(zhì)巖石中廣泛發(fā)育的“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)不能對應(yīng),究其原因,我們認(rèn)為可能由于下述原因的存在,導(dǎo)致無法獲得真正意義上的P-T 軌跡:①中、高級變質(zhì)巖中早期變質(zhì)礦物保存很少,且即使被保存,早期包裹體礦物顆粒通常較小,導(dǎo)致無法獲得進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合的化學(xué)成分或測試誤差較大;②變質(zhì)作用后期的元素在固態(tài)下的擴散交換,使得石榴石等礦物初始化學(xué)成分環(huán)帶因均一化而不再存在,從而抹去了變質(zhì)作用早期階段的信息,若用現(xiàn)存的石榴石核部成分來計算早期進(jìn)變質(zhì)階段的溫壓條件顯然不妥;③元素的固態(tài)擴散作用可能重置變斑晶內(nèi)部細(xì)小包裹體的化學(xué)成分,重置后的礦物包裹體已與現(xiàn)存的石榴石達(dá)到化學(xué)平衡,故無法保存早期變質(zhì)階段信息;④元素的固態(tài)擴散作用可能使分別作為反應(yīng)物的石榴石等礦物邊緣和作為生成物的后成合晶礦物達(dá)到熱力學(xué)平衡,無法準(zhǔn)確獲得峰期減壓階段或退變質(zhì)階段的形成條件;⑤由于后成合晶反應(yīng)結(jié)構(gòu)的存在,現(xiàn)存的石榴石邊部已不代表真實峰期時石榴石的化學(xué)成分,使得真正變質(zhì)作用高峰期的變質(zhì)條件不能恢復(fù),而僅能獲得較為接近峰期的變質(zhì)溫度和壓力?;诖?,我們建議盡可能采用熱力學(xué)模擬(如視剖面圖法)和傳統(tǒng)礦物溫壓計相結(jié)合的方法來恢復(fù)巖石的變質(zhì)作用P-T 軌跡,同時,對所獲得的變質(zhì)作用P-T 軌跡與構(gòu)造環(huán)境的對應(yīng)關(guān)系不可盲信,一定要結(jié)合礦物組合和反應(yīng)結(jié)構(gòu)特征等因素綜合考慮,來推斷巖石所經(jīng)歷的構(gòu)造演化過程。
郭敬輝等(1998)在宣化西望山采集的2 件高壓基性麻粒巖樣品xw22 和xw25 中獲得了兩種類型的變質(zhì)作用P-T軌跡,樣品xw22 經(jīng)歷了減壓升溫過程,擁有典型順時針P-T軌跡,推測形成于大陸碰撞過程;樣品xw25 經(jīng)歷了減壓將溫過程,且其溫度的下降尤為顯著,認(rèn)為P-T 軌跡是一種逆時針樣式,推測該麻粒巖形成于稍早一些的島弧底部的高熱流環(huán)境,島弧主體的代表就是懷安TTG 片麻巖地體。在碰撞階段的后期,該類下地殼巖石卷入了與碰撞有關(guān)的剪切推覆構(gòu)造體系中,與前一類高壓麻粒巖(如樣品xw22)共同經(jīng)歷了構(gòu)造上升過程。
(3)變質(zhì)年齡與P-T 軌跡的對應(yīng)關(guān)系尚不明確
以上所有變質(zhì)年代學(xué)分析顯示,中部帶各變質(zhì)雜巖中至少記錄了三組變質(zhì)年齡:~1.85Ga、~1.95Ga 和~2.5Ga,在目前的已有變質(zhì)年代學(xué)數(shù)據(jù)中,~1.85Ga 占據(jù)了主導(dǎo)地位,大致與區(qū)域片麻理形成的時間一致。但另外兩組變質(zhì)年齡與變質(zhì)階段的對應(yīng)關(guān)系并不明確?!?.5Ga 的變質(zhì)年齡與東、西部陸塊廣泛存在同期的變質(zhì)事件有何關(guān)系?~1.95Ga的變質(zhì)年齡是代表中部造山帶更早一期的變質(zhì)事件,還是與~1.85Ga 同期變質(zhì)事件的不同階段?這些疑問是我們洞悉中部帶構(gòu)造演化過程的關(guān)鍵科學(xué)問題。
就整個華北克拉通而言,~2.5Ga 的變質(zhì)事件通常與幔源巖漿的底侵作用有關(guān),巖石多經(jīng)歷逆時針近等壓冷卻型的變質(zhì)作用P-T 軌跡(Zhao et al.,2001b,2005),而中部帶各變質(zhì)雜巖普遍擁有順時針近等溫降壓型變質(zhì)作用P-T 軌跡,由此我們推測~2.5Ga 的變質(zhì)年齡并不代表與片麻理同期的變質(zhì)高峰期時代,而指示了更早一期的變質(zhì)事件,推測可能與東部陸塊~25 億年所遭受的地幔柱活動有關(guān)。1800 ~1900Ma 時,華北中部造山帶內(nèi)部各變質(zhì)雜巖發(fā)生區(qū)域性變質(zhì)作用,形成穩(wěn)定的片麻理構(gòu)造,代表變質(zhì)高峰期時代。而~1.95Ga 的變質(zhì)年齡則更可能代表了峰期前的某個變質(zhì)階段。
致謝 感謝兩位匿名審稿專家和吳春明教授給予本文的中肯建議;感謝俞良軍博士的精心編輯。
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