文飛 田忠華**

中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所，北京 100037

造山帶一般分為增生造山帶、碰撞造山帶和板內(nèi)造山帶(Cawoodetal., 2009)。造山帶解析是地球科學研究的熱點，尤其是前寒武紀造山帶，其能為板塊構(gòu)造啟動時間、地球早期BIF成礦及演化過程等重大科學問題提供新的思路(劉福來等, 2015)。需要指出的是，對前寒武紀造山帶的解析工作較為困難，原因如下：(1)地球經(jīng)歷漫長的地質(zhì)演化歷史，大多數(shù)具有研究價值的巖石單元被風化剝蝕，致使研究對象變少；(2)部分保留下來的前寒武紀巖石單元又遭受后期多期多階段構(gòu)造事件的影響，大量前寒武紀構(gòu)造及變質(zhì)信息被置換或抹滅。幸運的是，作為世界上最古老克拉通之一的華北克拉通，不僅包含3.8～2.5Ga的太古宙TTG片麻巖及晚太古代表殼巖，還保留大量古元古代變沉積巖和火成巖，是研究前寒武紀造山帶的理想場所(Zhaoetal., 2005, 2012)。

華北克拉通一般分為東部陸塊、西部陸塊和中部造山帶，其中西部陸塊包括鄂爾多斯陸塊、陰山陸塊和孔茲巖帶，東部陸塊包括龍崗陸塊、狼林陸塊和膠-遼-吉造山帶(Zhaoetal., 2003, 2005, 2012)。前人從構(gòu)造變形、巖漿作用、變質(zhì)地質(zhì)和地球化學等方面出發(fā)，對中部造山帶的俯沖極性和碰撞時間等方面提出了不同認識(Zhaoetal., 2012及其中參考文獻)。如從構(gòu)造方面來說，不同學者提出不同的東西陸塊碰撞、增生模式(Zhangetal., 2012; Trapetal., 2012)。同樣地，作為華北克拉通內(nèi)最具代表性的膠-遼-吉造山帶，其古元古代構(gòu)造演化及造山過程也較為復雜。通過對遼東半島遼河群構(gòu)造變形的研究，Lietal. (2005)認為東部陸塊在2.2～1.9Ga之間持續(xù)伸展形成裂谷盆地，并伴隨著雙峰式火山巖和遼河群地層的沉積，遼吉地區(qū)于1.90～1.87Ga碰撞造山形成膠-遼-吉造山帶，并于～1.87Ga發(fā)生造山后伸展。然而，新一輪的遼河群構(gòu)造及巖石學研究工作認為，遼東地區(qū)北側(cè)龍崗陸塊與狼林陸塊之間存在弧后盆地，盆地于2.2Ga左右張裂(Tianetal., 2017)，遼河群沉積時代為2.2～2.1Ga之間(田忠華等, 2020)，大量火山沉積巖及侵入巖也形成于該時期(Bietal., 2018; Xuetal., 2020a)，峰期造山作用發(fā)生在2.0～1.95Ga之間，可能持續(xù)到1.90Ga(Tianetal., 2017)。上述可知，膠-遼-吉造山帶造山過程及時間存在不同認識，其原因可能來自于以下兩個方面：(1)對遼河群形成時代認識的差異；(2)對遼河群變質(zhì)變形時代認識的差異。首先，對于遼河群的形成時代，近年來開展了大量研究工作(Bietal., 2018; Wangetal., 2017; Xuetal., 2020a, b; Tianetal., 2021)，對其沉積年齡進行了精確限定，如浪子山組沉積時代為2205～2170Ma，里爾峪組沉積時代為2170Ma，高家峪組沉積時代為2170～2110Ma；其次，遼河群的變質(zhì)作用研究也取得了重大突破，例如遼河群麻粒巖相變質(zhì)作用的發(fā)現(xiàn)、浪子山組巴羅式變質(zhì)帶的研究等。北遼河群浪子山組發(fā)育典型的藍晶石型中壓變質(zhì)相系，結(jié)合鋯石U-Pb年代學表明膠-遼-吉造山帶在～1.96Ga經(jīng)歷了主碰撞時期的地殼增厚過程(文飛等, 2020)。南遼河群泥質(zhì)麻粒巖的研究工作暗示膠-遼-吉造山帶在1.95～1.80Ga之間經(jīng)歷了造山峰期-造山后伸展的連續(xù)造山過程(Liuetal., 2019)。

針對膠-遼-吉造山帶造山時間及過程這一個存在爭議的科學問題，尤其是對其造山過程缺乏精細的研究工作，本文選擇遼寧岫巖塔子嶺地區(qū)的變泥質(zhì)巖作為主要研究對象，依據(jù)詳細的野外工作、室內(nèi)的巖相學觀察和巖石礦物化學分析等手段，進行變質(zhì)作用和構(gòu)造變形研究。結(jié)合Tianetal. (2017)和Liuetal. (2019)發(fā)表的巖石學工作，以及對其中的含十字石榴片巖和泥質(zhì)麻粒巖進行構(gòu)造解析工作，建立遼東地區(qū)橫跨基底至整個造山帶的大型剖面，最終探討膠-遼-吉造山帶古元古代的精細造山過程。

1 地質(zhì)背景

膠-遼-吉造山帶位于華北克拉通東部，走向大致為北東-南西，該帶西北側(cè)和東南側(cè)分別為龍崗陸塊和狼林陸塊(圖1a)。膠-遼-吉造山帶內(nèi)廣泛分布綠片巖相-麻粒巖相的火山-沉積建造，大致分為朝鮮北部的摩天嶺群、吉林南部的老嶺群和集安群、遼東地區(qū)的北遼河群和南遼河群、膠北地區(qū)的粉子山群和荊山群，以及安徽地區(qū)的五河群(劉福來等, 2015; 圖1b)。

圖1 華北克拉通及其東部陸塊大地構(gòu)造圖(a)華北克拉通大地構(gòu)造劃分圖(據(jù)Zhao et al., 2005; Tian et al., 2021修改)，膠-遼-吉造山帶位于華北克拉通東部陸塊中；(b)東部陸塊大地構(gòu)造圖，膠-遼-吉造山帶位于狼林地塊和龍崗地塊之間，帶內(nèi)顯示了主要地層的分布情況,研究區(qū)圖2被標記在圖中Fig.1 Tectonic subdivision of the North China Craton and its Eastern Block(a) tectonic subdivision of the North China Craton (modified after Zhao et al., 2005; Tian et al., 2021), the JLJOB is located in the eastern part of North China Craton; (b) tectonic subdivision of the Eastern Block in the North China Craton, the JLJOB is between the Longgang and Nangrim Blocks. Litho-stratigraphic units are marked in this belt. Our study area Fig.2 is marked

遼河群位于膠-遼-吉造山帶中段遼東半島地區(qū)，是由日本學者齋藤林次提出的“遼河系”演變而來(轉(zhuǎn)引自劉平華等, 2017a)。經(jīng)過20世紀60年代至70年代大面積的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和研究，遼河群的地層格架基本被確定。從下到上，依次分為浪子山組、里爾峪組、高家峪組、大石橋組和蓋縣組，最底部浪子山組地層不整合于太古宙鞍山群和連山關(guān)花崗巖之上，最上部蓋縣組地層被中元古代榆樹砬子群不整合覆蓋(張秋生, 1988; 遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)。隨著研究的不斷深入，部分學者提出底部浪子山組與太古宙花崗片麻巖之間的接觸關(guān)系較為復雜，古元古代為逆沖斷層接觸，白堊紀為拆離斷層接觸(Tianetal., 2020)。由于地層分布、變質(zhì)程度、構(gòu)造樣式等方面的差異，部分學者以蓋縣-析木城-塔子嶺-叆陽一線為界，將界線以南稱為南遼河群，界線以北則稱為北遼河群(Lietal., 2005; 王惠初等, 2015)。南、北遼河群的主要差異表現(xiàn)在以下三個方面：(1)從地層劃分來看，浪子山組只存在于北遼河群(劉福來等, 2015; 王惠初等, 2015)；(2)從變質(zhì)作用來看，北遼河變質(zhì)等級為綠片巖相-低角閃巖相，僅有順時針的P-T演化軌跡，而南遼河群的變質(zhì)等級最高能達到麻粒巖相，兼有順時針和逆時針的P-T演化軌跡(劉福來等, 2015; 劉平華等, 2017a; Liuetal., 2019)；(3)南遼河群的混合巖化程度明顯強于北遼河群(劉福來等, 2015)。

近二十年來，大量學者對遼河群的沉積物源、構(gòu)造變形和巖漿作用做了較為深入的研究工作。沉積物源方面，變火山-沉積巖系的U-Pb年齡結(jié)果表明，遼河群的碎屑物源主要來自于晚太古代基底(～2.5Ga)和2.2～2.0Ga巖漿巖(Luoetal., 2004, 2008; 劉福來等, 2015; Wangetal., 2017, 2020; Xuetal., 2020b)。構(gòu)造變形方面，在遼河群中識別出古元古代三階段的變形，但是對其動力學背景卻有不同的認識。Lietal. (2005)認為S1面理形成與裂谷的開閉有關(guān)，而田忠華等(2020)認為最早期S0和S0-1(平行層理面理)的形成可能與弧后拉張相關(guān)，晚階段S1、S2和S3都與增生或者碰撞造山過程相關(guān)。此外，遼河群也受到了白堊紀大規(guī)模的伸展作用影響，表現(xiàn)為區(qū)域上廣泛存在變質(zhì)核雜巖(Linetal., 2011; Liuetal., 2017; Tianetal., 2020)。古元古代(2.2～1.8Ga)巖漿作用大致可以分為五期(Xu and Liu, 2019)： 2190～2160Ma、2160～2110Ma、2110～2080Ma、2010～1895Ma和1875～1850Ma，巖石類型主要包括輝綠巖、輝長巖、條痕狀花崗巖、斑狀花崗巖和正長巖(蔡劍輝等, 2002; 郝德峰等, 2004; Luetal., 2006; Mengetal., 2014; 楊明春等, 2015; 許王等, 2017)。

北遼河群浪子山組古元古代經(jīng)歷巴羅式變質(zhì)作用(文飛等, 2020)，南遼河群的泥質(zhì)片巖主要存在于大石橋組內(nèi)，Liuetal. (2019)對大石橋二段中的變泥質(zhì)巖進行研究，發(fā)現(xiàn)其經(jīng)歷麻粒巖相變質(zhì)作用。同樣地，本文所采集的樣品位于塔子嶺西北1km的大石橋二段地層中(圖2)， 位于南、 北遼河群的界線處，構(gòu)造上處于造山帶較為重要的部位(下文詳述)。

圖2 膠-遼-吉造山帶中段三家子和上麻屯地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)遼寧省第一區(qū)域地質(zhì)測量隊二分隊，1971(1)遼寧省第一區(qū)域地質(zhì)測量隊二分隊. 1971. 1:20萬遼陽幅地質(zhì)圖；田忠華等，2020修改)

圖3 樣品18TZH49的巖相學特征(a) 野外照片；(b-g)顯示了峰期礦物組合(Sil+Grt+Pl+Bi+Qz+Ilm+Melt)，以及各礦物的形態(tài)和特征；(h)石榴子石在退變質(zhì)階段發(fā)生了綠泥石化；(i)晚期生長的十字石. 礦物縮寫：Sil-夕線石；St-十字石；Grt-石榴子石；Bi-黑云母；Pl-斜長石；Qz-石英；Chl-綠泥石；Tur-電氣石；Ilm-鈦鐵礦；Melt-熔體Fig.3 The representative petrographic characteristics of Sample 18TZH49(a) field photo; (b-g) shows peak mineral assemblages (Sil+Grt+Pl+Bi+Qz+Ilm+Melt) and their shapes and feathers; (h) the chloratization of garnet in retrograde process; (i) later staurolite is formed after peak metamorphic phase. Mineral abbreviation: Sil-sillimanite; St-staurolite; Grt-garnet; Bi-boitite; Pl-plagiclase; Qz-quartz; Chl-chlorite; Tur-tourmaline; Ilm-ilmenite

2 變質(zhì)作用和年代學

2.1 分析方法

本文對所采集的樣品(18TZH49)進行了全巖主量元素測試、電子探針分析以及鋯石U-Pb年代學測試。首先，在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室將樣品粉碎并研磨至200目。然后，在中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所巖礦制樣與分析實驗室進行全巖主量元素測試。分析儀器為荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的Axios型波長色散X射線熒光光譜儀。具體操作流程為：(1)將全巖粉末樣品(<200目)在105℃的烘箱中烘干2小時后迅速置于干燥器中，冷卻至室溫；(2)用電子天平準確稱取0.5g樣品放入已稱重的陶瓷坩堝中，高溫(1100℃)灼燒至恒重，測定樣品的燒失量；(3)將樣品全部轉(zhuǎn)移到瑪瑙研缽中，再滴入5g混合試劑(67% Li2B4O7+ 33% LiBO2)，混合均勻后倒入鉑金坩堝中，再加入3滴NH4Br溶液，在1050℃的條件下熔融12分鐘使其自動澆鑄成型，該過程所采用的儀器為CLAISSEM4自動熔片制樣機；(3)將已制成的玻璃片放于順X射線熒光光譜儀進行實驗測量。主量元素所用的巖石標樣為GSR-1(花崗巖)和GSR-3(玄武巖)。

此外，對該樣品(18TZH49)進行了詳細的巖相學觀察與分析。然后選擇代表性的探針片，對其中典型的變質(zhì)礦物或變質(zhì)礦物組合進行化學成分分析。實驗是在東華理工大學省部共建核資源與環(huán)境國家重點實驗室培育基地JXA8230型電子探針上進行，測試條件為加速電壓15kV，加速電流為20nA，束斑直徑為1～5μm。標準樣品選用螢石(F)、硅鈹鋁鈉石(Cl)、硬玉(Na、Si)、透長石(K)、斜長石(Ca、Al)、黑云母(Fe、Mg)、鋯石(Zr)、金屬鉿(Hf)、紅鈦錳礦(Ti、Mn)、鈮酸鍶鋇(Nb、Sr、Ba)、晶質(zhì)鈾礦(U、Th、Pb)、獨居石(P、La、Ce、Pr、Nd、Sm)和部分稀土磷酸鹽(Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Y)。Si、Al、Mg、Ca、Fe、Na、K、F、Cl等主量元素或易揮發(fā)元素特征峰測量時間為10s，背景測量時間為5s；P、Nb、Ti、Zr、Hf、U、Th、Cr、Y、Mn、Pb、Sr、Ba和REEs等微量元素特征峰測量時間為20s，背景測量時間為10s，所有測試數(shù)據(jù)均采用ZAF程序進行了校正處理。

鋯石U-Pb同位素定年在武漢上譜分析科技有限責任公司利用LA-ICP-MS分析完成。詳細的儀器參數(shù)和分析流程見Zongetal. (2017)。GeolasPro激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193nm準分子激光器和MicroLas光學系統(tǒng)組成，ICP-MS型號為Agilent 7700e。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進入ICP之前通過一個T型接頭混合，激光剝蝕系統(tǒng)配置有信號平滑裝置(Huetal., 2015)。本次分析的激光束斑為32μm，頻率為5Hz。U-Pb同位素定年和微量元素含量處理中采用鋯石標準91500和玻璃標準物質(zhì)NIST610作外標分別進行同位素和微量元素分餾校正。每個時間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約20～30s空白信號和50s樣品信號。對分析數(shù)據(jù)的離線處理采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal., 2008, 2010)完成。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均計算采用Isoplot/Ex_ver3(Ludwig, 2003)完成。

2.2 巖相學和礦物化學

樣品18TZH49是采于南遼河群大石橋組二段的含夕線石榴黑云片麻巖(圖2)，呈土黃色-青灰色(圖3a)，主要礦物組成為夕線石(5%)、石榴子石(15%)、黑云母(20%)、石英(25%)、斜長石(30%)，十字石、綠泥石、鈦鐵礦、電氣石等礦物少量(圖3b-i)。

石榴子石呈半自形-自形粒狀，以變斑晶的形式出現(xiàn)在基質(zhì)中，其內(nèi)可見石英和黑云母包體(圖3b, c)。此外，石榴子石裂縫和邊緣處廣泛發(fā)生綠泥石化(圖3g, h)。礦物化學分析表明，石榴子石核幔成分均一(圖4)，顯示錳鋁榴石端元(Sps)組分為～0.01、鈣鋁榴石端元(Grs)組分為～0.032、鎂鋁榴石端元(Prp)組分為～0.145，鐵鋁榴石端元(Alm)組分為～0.81(表1)。值得注意的是，石榴子石邊部的Fe、Mg含量有微小變化，表現(xiàn)為Fe含量上升和Mg含量下降，表明石榴子石邊部與黑云母之間存在Fe-Mg交換反應(圖4)，指示了一個降溫的退變質(zhì)過程。

黑云母大多以片狀出現(xiàn)在基質(zhì)中，少數(shù)以包體形式出現(xiàn)在石榴子石中，可見黑云母分解為毛發(fā)狀或針狀夕線石(圖3b, f)，指示其變質(zhì)等級達到了高角閃巖相。此外，也可見部分黑云母退變?yōu)榫G泥石，代表著晚期降溫降壓(圖3g)。礦物化學成分表明，無論是遠離還是靠近石榴子石的黑云母的TiO2含量和Ti原子數(shù)基本一致，TiO2介于1.47%～1.68%之間，Ti原子含量變化于0.74～0.96之間(表1)。黑云母Ti溫度計結(jié)果表明其溫度基本介于550～590℃之間。

斜長石主要呈不規(guī)則狀出現(xiàn)在基質(zhì)中或石榴子石邊部(圖3b-f)。礦物化學分析表明，這些斜長石大致可以分為兩類：一類是具有較高的An值(大約為0.16～0.18)(表1)，同時存在石榴子石邊部或基質(zhì)中，可能記錄了退變質(zhì)過程；另一類具有相對較低An值(大約為0.14～0.15)(表1)，只出現(xiàn)在基質(zhì)中，可能保留了峰期變質(zhì)成分。

十字石出現(xiàn)在基質(zhì)中，并疊加在石英或其他礦物上(圖3i)，代表著晚期退變質(zhì)階段的產(chǎn)物。石英和鈦鐵礦在變斑晶內(nèi)部和基質(zhì)中都較為常見。

以上巖相學和礦物化學分析表明，含夕線石榴黑云片麻巖記錄了兩個階段的變質(zhì)演化過程：(1)峰期變質(zhì)階段(定義為M1)，其礦物組合為Sil+Grt+Bi+Pl+Qz+Ilm+Melt；(2)峰后變質(zhì)階段(定義為M2)，其礦物組合為St+Grt+Pl+Bi+Chl+Qz+Ilm。

表1 樣品18TZH49代表性的礦物組分(wt%)

續(xù)表1

表2 樣品18TZH49的有效全巖成分(wt%)

圖4 樣品18TZH49的石榴子石化學特征(a)石榴子石鏡下照片和線分析示意圖；(b)顯示了石榴子石核部-邊部鐵鋁榴石、錳鋁榴石、鎂鋁榴石和鈣鋁榴石端元組分以及Fe/(Fe+Mg)的變化Fig.4 The chemistry characteristics of garnet in Sample 18TZH49(a) photomicrograph of garnet and line analysis profile; (b) the change of different compositions in garnet from core to rim, including almandine, spessartite, pyrope, grossularite and Fe/(Fe+Mg)

2.3 相平衡模擬及溫壓估算

2.3.1 系統(tǒng)模型

為了模擬樣品18TZH49的變質(zhì)演化P-T軌跡，本文基于MnNCKFMASTHO(MnO-Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-TiO2-H2O-O2)模型，采用了GEOPS(該軟件由中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所向華副研究員研發(fā))計算了該巖石的P-T視剖面。P2O5被移除，設流體相為純水且過量。相平衡模擬所需的全巖成分根據(jù)巖石全巖化學分析獲得，具體全巖成分見表2。相平衡模擬結(jié)果如圖5所示，所有區(qū)域均含有石英。

2.3.2 結(jié)果

峰期變質(zhì)階段M1：巖相學分析結(jié)果表明，峰期礦物組合為Sil+Grt+Bi+Pl+Qz+Ilm+Melt，與圖5中的Sil-Grt-Pl-Bi-Qz-Ilm-Melt區(qū)域一致。根據(jù)基質(zhì)中斜長石的An值(An=0.143～0.149)，大致限定該階段的壓力為5.9～6.9kbar。從實驗巖石學上來看，黑云母初始部分熔融的溫度應在720℃左右(魏春景, 2016; 魏春景和朱文萍, 2016)。因此，結(jié)合礦物組合、基質(zhì)中斜長石的An值和黑云母初始熔融溫度，大致限定峰期變質(zhì)階段的溫壓條件為720～780℃、5.9～6.9kbar。

峰后變質(zhì)階段M2：巖相學觀察表明，該階段礦物組合為St+Grt+Bi+Pl+Chl+Qz+Ilm，與圖5中的St-Grt-Bi-Pl-Chl-Qz-Ilm區(qū)域一致。根據(jù)石榴子石邊部XCa和XMg限定退變質(zhì)階段的溫壓條件為540～565℃、3～4.1kbar。此外，黑云母Ti溫度計所得的溫度大多介于550～590℃之間，這表明巖石中的黑云母基本上未保留峰期成分。

2.4 鋯石U-Pb年代學

含夕線石榴黑云片麻巖(樣品18TZH49)中的鋯石大多數(shù)為短柱狀-橢圓狀，少數(shù)呈長柱狀或不規(guī)則狀，長軸粒徑主要介于80～130μm，長寬比介于1.2:1～2:1(圖6)。根據(jù)CL圖像特征，可將這些鋯石分為三類：(1)少數(shù)可見明顯巖漿震蕩環(huán)帶，為巖漿鋯石，可指示該巖石的碎屑物源；(2)可見明顯的核-邊結(jié)構(gòu)，核部呈現(xiàn)深灰色的陰極發(fā)光特征，具有明顯的巖漿震蕩環(huán)帶，邊部呈現(xiàn)灰色的陰極發(fā)光特征，且發(fā)育明顯的變質(zhì)增生邊(圖6)；(3)大多數(shù)鋯石CL圖像呈現(xiàn)不均勻的灰色-灰黑色，為變質(zhì)重結(jié)晶鋯石(圖6)。

樣品18TZH49的定年結(jié)果見圖6和表3。30個鋯石微區(qū)定年結(jié)果顯示，其Th值變化較大，介于0.6×10-6～232×10-6之間；U值變化較小，介于203.1×10-6～603.2×10-6之間；Th/U比值介于0～0.97之間。U-Pb年齡變化于2539～1759Ma，這些年齡大多數(shù)位于諧和線上且為變質(zhì)年齡。結(jié)合研究區(qū)其他年代學資料(劉福來等, 2015)，可將其分為三組：(1)少數(shù)207Pb/206Pb年齡為～2.5Ga和～2.1Ga，指示該巖石部分碎屑物質(zhì)來源于晚太古宙基底和遼吉花崗巖；(2)點22的207Pb/206Pb年齡為1947Ma(圖6)，代表造山峰期變質(zhì)年齡；(3)大多數(shù)207Pb/206Pb年齡主要集中于1900～1800Ma，其加權(quán)平均年齡為1851Ma(圖6)，解釋為造山后伸展的退變質(zhì)年齡。關(guān)于其變質(zhì)年齡的劃分下文詳述。

3 遼河群變形特征綜述

前文已述，遼河群在塔子嶺一帶被分為北遼河群和南遼河群(圖2)。北遼河群主要以斷層形式覆蓋于龍崗基底之上(Tianetal., 2020)。基底由38～25億年花崗綠巖帶組成(Wanetal., 2015)，花崗片麻巖及太古宙表殼巖片麻理走向為NNW-SSE，與遼河群古元古代各階段變形面理(近EW走向)差別較大(Tianetal., 2020)。

南遼河群受中生代巖漿作用破壞較大，構(gòu)造相對復雜，北遼河群相對來說則保留較好的構(gòu)造變形序列。田忠華等(2020)將北遼河群古元古代變形定義為D1，主要包括三個階段的變形：(1)早期增生造山階段，包含面理S1及褶皺F1；(2)峰期碰撞造山階段，包含面理S2及褶皺F2和大規(guī)模逆沖推覆構(gòu)造；(3)晚期造山伸展階段，主要包含膝折S3。早期面理及褶皺受S2褶劈理及F2褶皺改造強烈，僅在局部地區(qū)保存，面理S1及F1軸面主要傾向南，角度變化較大。S2褶劈理與F2褶皺軸面一致，呈中低角度傾向南。這兩個階段構(gòu)造樣式指示遞進變形特征。

從構(gòu)造樣式來說，北遼河群從龍崗基底至盆地中心，能夠觀察到不斷發(fā)生變化的構(gòu)造樣式(Tianetal., 2020)，北側(cè)浪子山組內(nèi)S1、F1、S2、F2及逆沖推覆構(gòu)造發(fā)育。各類面理及斷層傾向南，指示向北逆沖特征(圖7之1區(qū))。里爾峪組火山巖(夾大理巖)內(nèi)發(fā)育倒轉(zhuǎn)褶皺(軸面傾向南)(圖7之2區(qū))，高家峪組白云質(zhì)大理巖中發(fā)育大量倒轉(zhuǎn)褶皺和直立褶皺(圖7之3區(qū))。

南、北遼河群界線處的構(gòu)造極為復雜，發(fā)育有大量直立褶皺和韌性剪切帶。變形巖石主要以大石橋組碳酸鹽和碎屑巖為主。從構(gòu)造特征上來說，盆地中心大石橋組地層內(nèi)大理巖主要發(fā)育有大量的直立褶皺(圖7之4區(qū))。大石橋組中還含有大量泥質(zhì)片巖，內(nèi)部發(fā)育直立褶皺，野外可見片巖中S1面理發(fā)生變形形成F2，軸面近直立，走向E-W(圖8a, b)。此外，Tianetal. (2017)提到大石橋組內(nèi)的含十字石榴片巖發(fā)生了強烈的褶皺變形作用，形成大量的向斜和背斜。例如16KD63-2所在層位屬于向斜北翼(或背斜南翼)，該向斜北翼面理中等角度傾向南，從區(qū)域上來說，屬于大型直立向斜的北翼(圖7、圖8c)。

南遼河群主要包含蓋縣組、大石橋組、高家峪組和里爾峪組地層，內(nèi)部可以觀察到遼吉花崗巖侵入到里爾峪組地層(圖7之6區(qū))。除此之外，還可見大量中生代巖漿侵入其中。對未受巖漿作用影響的局部區(qū)域進行面理測量，發(fā)現(xiàn)大量早期(古元古代)面理及軸面傾向北。本文樣品18TZH49位于南北遼河群界線處，屬于研究區(qū)中部大石橋組二段，其面理高角度傾向北(圖8d)。此外，對Liuetal. (2019)提到的泥質(zhì)麻粒巖(16KD97-1)進行面理測量，發(fā)現(xiàn)其也呈低角度傾向北(圖8e)。從構(gòu)造特征上來說，除大量面理及軸面傾向北以外，南遼河群中還可見大量低角度逆沖斷層，均指示向南的逆沖推覆特征(圖7)。

表3 樣品18TZH49碎屑鋯石U-Pb年齡

圖5 含夕線石榴黑云片麻巖(樣品18TZH49)的P-T視剖面圖峰期礦物組合被標紅Fig.5 P-T pseudosection of sillimanite-bearing garnet biotite gneiss (Sample 18TZH49)Peak mineral assemblages are marked by red

圖6 樣品18TZH49的年代學特征包括鋯石CL圖像特征、U-Pb協(xié)和圖以及～1.95Ga峰期變質(zhì)年齡和～1.85Ga退變質(zhì)年齡Fig.6 The geochronology characteristics of Sample 18TZH49The picture is composed of characteristics of CL images, U-Pb diagram and ～1.95Ga of peak metamorphic age and ～1.85Ga of retrograde age

4 討論

4.1 變質(zhì)時代

大量年代學工作表明，膠-遼-吉造山帶與華北克拉通其他兩大造山帶一樣，普遍經(jīng)歷1.95～1.80Ga的區(qū)域變質(zhì)作用。例如，變火山-沉積巖的年代學研究表明其變質(zhì)年齡為～1.93Ga(Luoetal., 2004)、～1.9Ga(李壯等, 2015)、1.96～1.94Ga和1.92～1.83Ga(劉平華等, 2017a)、～1.86Ga(Wangetal., 2017; 王舫等, 2018)；從巖漿巖的年代學研究來看，其變質(zhì)年齡為1.93～1.91Ga和1.85Ga(Luetal., 2006)、～1.91Ga和1.87～1.85Ga(Li and Zhao, 2007)。

對于研究區(qū)遼河群內(nèi)的變泥質(zhì)巖來說，蓋縣組變泥質(zhì)巖中的特征變質(zhì)礦物(石榴子石和十字石)定年研究發(fā)現(xiàn)其變質(zhì)年齡為1.93～1.91Ga和～1.86Ga(Xieetal., 2011)。值得一提的是，南遼河群大石橋組二段中麻粒巖的鋯石和獨居石年代學研究發(fā)現(xiàn)其變質(zhì)年齡為～1.95Ga和1.88～1.82Ga(Liuetal., 2019)，結(jié)合鋯石或獨居石內(nèi)的包體礦物組合，作者進一步提出～1.95Ga代表了峰期變質(zhì)年齡，1.88～1.82Ga則代表了峰后退變質(zhì)年齡。北遼河群浪子山組巴羅式變質(zhì)帶也攜帶同樣的變質(zhì)作用信息(文飛等, 2020)，對其中藍晶十字石榴二云母片巖進行鋯石U-Pb年代學研究，作者提出藍晶石帶的變質(zhì)年齡為～1.96Ga。劉平華等(2017b)通過其中藍晶石帶的獨居石年代學研究，提出巴羅式變質(zhì)作用發(fā)生在1.95～1.85Ga。根據(jù)固相線下的變質(zhì)鋯石往往記錄著峰期變質(zhì)年齡(魏春景, 2018)，得出遼河群浪子山組巴羅式帶的最大峰期變質(zhì)年齡為1.96～1.95Ga，這可能代表了整個膠-遼-吉造山帶的最大變質(zhì)年齡。此外，劉福來等(2015)提出膠-遼-吉造山帶的變質(zhì)時限大致分為1.95～1.90Ga和～1.85Ga兩個階段，前者為造山變質(zhì)時限，后者為造山折返階段變質(zhì)時限。

本文對南遼河群大石橋組中含夕線石榴黑云片麻巖(18TZH49)進行鋯石U-Pb年代學研究，除了少數(shù)鋯石年齡為～2.5Ga和～2.1Ga，其余鋯石年齡大多集中于1.95～1.80Ga。從CL圖像特征和已有研究資料來看，這些1.95～1.80Ga鋯石大多為變質(zhì)增生鋯石或變質(zhì)重結(jié)晶鋯石，其年齡代表該巖石的變質(zhì)年齡。如前所述，根據(jù)前人研究資料可以這些變質(zhì)年齡大致可以分為兩個階段，即1947Ma和1.9～1.8Ga(加權(quán)平均年齡為1851Ma)，1947Ma代表陸陸碰撞造山階段的峰期變質(zhì)年齡，1851Ma則代表造山折返階段的退變質(zhì)年齡。

4.2 P-T演化軌跡

早期變質(zhì)作用研究工作認為遼河群P-T演化軌跡分為兩類(賀高品和葉慧文, 1998; 盧良兆等, 1996; 李三忠等, 2001)，一類是北遼河群的順時針P-T演化軌跡(圖9a, b)，與大陸碰撞引起的構(gòu)造增厚相關(guān)；另一類是南遼河群的逆時針P-T演化軌跡(圖9c, d)，與大陸邊緣巖漿侵位引起的增溫有關(guān)。然而，隨著研究程度的不斷深入和研究手段的不斷創(chuàng)新，不同學者在南遼河群以及集安群和荊山群相繼發(fā)現(xiàn)了高溫/高壓的基性/泥質(zhì)麻粒巖，并利用傳統(tǒng)溫壓計和相平衡模擬等技術(shù)，確定了這些麻粒巖均具有順時針的P-T演化軌跡(周喜文等, 2004; Zhouetal., 2008; 劉平華等, 2010, 2011, 2012; Tametal., 2012a, b, c; 劉福來等, 2015; Caietal., 2017; Zouetal., 2017, 2020; Liuetal., 2019; 圖9e-g)，這表明南遼河群甚至荊山群和集安群同樣經(jīng)歷了具有大陸碰撞特征的P-T演化軌跡。

根據(jù)巖相學、礦物化學與相平衡模擬結(jié)果，本文建立了含夕線石榴黑云片麻巖(樣品18TZH49)的P-T演化軌跡(圖5)。從樣品18TZH49的巖相學分析來看，其峰期變質(zhì)階段礦物組合為Sil+Grt+Bi+Pl+Qz+Ilm+Melt，峰后變質(zhì)階段的礦物組合為St+Grt+Bi+Pl+Chl+Qz+Ilm。從樣品18TZH49的相平衡模擬結(jié)果來看，峰期變質(zhì)階段的變質(zhì)溫壓條件為720～780℃、5.9～6.9kbar，峰后變質(zhì)階段的變質(zhì)溫壓條件為540～565℃、3～4.1kbar。因此，本文推測含夕線石榴黑云母片麻巖從峰期變質(zhì)階段到峰后變質(zhì)階段經(jīng)歷了順時針的P-T演化軌跡，記錄了顯著的降溫降壓過程，這可能與造山過程中的快速折返有關(guān)，這也能與該樣品大多數(shù)鋯石所記錄的退變質(zhì)年齡(～1851Ma)相關(guān)聯(lián)。

4.3 造山演化

構(gòu)建造山模型、分析造山過程對前寒武紀造山帶研究具有重要的地質(zhì)意義。例如，華北克拉通中部造山帶造山模型的構(gòu)建，對理解東部陸塊和西部陸塊的拼合具有重要的啟示意義(Zhangetal., 2012)。膠-遼-吉造山帶位于東部陸塊內(nèi)部，由龍崗陸塊與狼林陸塊之間的相互作用而產(chǎn)生。古元古代多階段變形作用及變質(zhì)作用的發(fā)現(xiàn)，為構(gòu)造膠-遼-吉造山帶的造山過程和造山模型提供了較好信息。貫通膠-遼-吉造山帶中部遼東地區(qū)的大型構(gòu)造-巖性剖面對理解這一過程必不可少(圖7)。

圖7 遼東半島橫跨龍崗基底和膠-遼-吉造山帶構(gòu)造剖面(據(jù)田忠華等, 2020; Tian et al., 2020修改)Fig.7 Structural cross-section from the Longgang basement and JLJOB in the Liaodong Peninsula (modified after Tian et al., 2020)

從變形作用上來看，造山帶北部北遼河群的構(gòu)造變形主要表現(xiàn)為以下幾個方面(圖7之1區(qū)-4區(qū)，)：(1)北遼河群經(jīng)歷大規(guī)模由南向北的逆沖推覆構(gòu)造，大量元古宙沉積巖被推覆到中太古代龍崗基底之上；(2)從構(gòu)造樣式上來說，近基底區(qū)(北側(cè))顯示S2面理，向南側(cè)盆地中心逐漸變?yōu)镾2褶劈理、倒轉(zhuǎn)褶皺、直立褶皺等構(gòu)造樣式；(3)從構(gòu)造強度上來說，由北向南，變形強度逐漸減弱，變質(zhì)強度也逐漸減弱，應變狀態(tài)由強簡單剪切變?yōu)榧兗羟刑卣?Tianetal., 2020)。進入造山帶中心部位，大量韌性剪切帶發(fā)育，所有早期面理均被置換為近直立的E-W走向面理。本文研究對象18TZH49位于造山帶最中心部位(圖2)，其面理高角度(85°)傾向北(圖8d)。在造山帶南部的南遼河群地層中，可見大量傾向北的逆沖斷層，三家子泥質(zhì)麻粒巖的面理也呈低角度傾向北(～12°)的特征(圖7、圖8e)，這些構(gòu)造樣式均指示由北向南的逆沖推覆特征。

從變質(zhì)作用上來看，造山帶北部浪子山組中巴羅式變質(zhì)帶內(nèi)大部分石榴子石均記錄的進變質(zhì)作用信息(劉平華等, 2017b; 文飛等, 2020)，經(jīng)歷了具有大陸碰撞特征的P-T演化軌跡。進入造山帶較為核心部位，Tianetal. (2017)對含十字石榴片巖(16KD63-2，圖2)中的石榴子石進行了面掃描分析，發(fā)現(xiàn)其錳鋁榴石從核部到邊部依次降低，鎂鋁榴石從核部到邊部依次升高，指示石榴子石具有進變質(zhì)生長的特征。該樣品中的典型礦物組合(十字石+石榴子石+斜長石+白云母+黑云母+石英)表明其峰期變質(zhì)等級達到了低角閃巖相。此外，本文也對造山帶核部的變泥質(zhì)巖(18TZH49)進行了變質(zhì)作用研究，提出該巖石峰期變質(zhì)等級達到了高角閃巖相，從峰期變質(zhì)階段-峰后變質(zhì)階段經(jīng)歷了一個順時針的P-T演化軌跡。造山帶南部保存了麻粒巖相變泥質(zhì)巖，Liuetal. (2019)對其進行詳細變質(zhì)作用研究，提出該巖石經(jīng)歷了自升溫升壓-近等溫降壓-近等壓降溫的順時針P-T演化過程，指示其經(jīng)歷一個完整的造山過程，即先是構(gòu)造埋藏增壓達到最大壓力，然后達到最大溫度，最后剝蝕過程中發(fā)生熱弛豫。

圖8 遼河群大石橋二段泥質(zhì)片巖野外變形特征(a、b)內(nèi)部發(fā)育直立褶皺，軸面走向近東西向；(c) 16KD63-2(含十字石榴片巖)位于褶皺南翼，S1面理傾向南；(d) 18TZH49(含夕線石榴黑云片麻巖)中面理呈高角度傾向北偏東；(e) 16KD97-1(麻粒巖)面理呈低角度傾向北偏東. 具體位置見圖2及圖7Fig.8 Field deformation feature of the second member of Dashiqiao Formation in the Liaohe Group(a, b) upright fold, axial plane strikes E-W; (c) 16KD63-2 (staurolite-bearing garnet) schist is located in the south limb of fold, S1 dips to south; (d) foliation of 18TZH49 (sillimanite-bearing garnet biotite gneiss) dips to north at high dipping angle; (e) foliation of 16KD97-1 (granulite) dips to north at low dip angle. Locations of these pictures are shown in Fig.2 and Fig.7

圖9 遼河群的P-T演化軌跡(據(jù)賀高品和葉慧文,1998;李三忠等,2001;劉福來等,2015;劉平華等,2017a; Liu et al., 2019修改)(a、b)顯示了北遼河群的順時針P-T演化軌跡；(c、d)顯示了南遼河群的逆時針P-T演化軌跡；(e-g)顯示了南遼河群的順時針P-T演化軌跡Fig.9 The P-T paths of the Liaohe Group (modified after He and Ye, 1998; Li et al., 2001; Liu et al., 2015, 2017, 2019)(a, b) showing clockwise P-T paths of the North Liaohe Group; (c, d) suggesting anticlockwise P-T paths of the South Liaohe Group; (e-g) indicating clockwise P-T paths of the South Liaohe Group

圖10 膠-遼-吉造山帶古元古代的造山演化過程(a) 1.95～1.90Ga的峰期造山作用階段；(b) ～1.85Ga造山作用折返階段Fig.10 The orogenic evolution of JLJOB in Paleoproterozoic(a) peak orogenesis at 1.95～1.90Ga; (b) exhumation of orogenesis at ～1.85Ga

結(jié)合年代學來說，從北部龍崗基底至盆地中心再到南側(cè)狼林陸塊，遼河群在1.95～1.80Ga記錄了完整的造山過程(圖10)。造山帶北部浪子山組巴羅式變質(zhì)帶和靠近造山帶核部的巖石(16KD63-2)記錄了造山作用進變質(zhì)過程，與該期構(gòu)造所對應的變質(zhì)時代大致為1.95～1.90Ga(劉平華等, 2017b; 文飛等, 2020)；造山帶中心部位樣品18TZH49記錄了造山作用退變質(zhì)過程，與該期構(gòu)造所對應的變質(zhì)時代大致為～1.85Ga；造山帶南部三家子麻粒巖(16KD97-1)同時記錄了進變質(zhì)和退變質(zhì)過程，其峰期變質(zhì)和退變質(zhì)年齡分別為～1.95Ga和1.88～1.82Ga。這些不同變質(zhì)程度構(gòu)造巖片疊置在一起，指示其經(jīng)歷不同程度的構(gòu)造增厚過程。結(jié)合造山帶構(gòu)造-巖性剖面來說(圖7)，膠-遼-吉造山帶中部的遼東地區(qū)于1.95～1.90Ga經(jīng)歷大規(guī)模造山作用，并發(fā)生了綠片巖相-麻粒巖相的變質(zhì)作用(圖10a)。在這個過程中，形成了大量逆沖斷層及褶皺。遼河群北部大量物質(zhì)逆沖至龍崗陸塊，遼河群南側(cè)物質(zhì)則逆沖至狼林陸塊，表現(xiàn)為北部向北的逆沖斷層、倒轉(zhuǎn)褶皺和S2褶劈理，南部為向南的逆沖斷層、倒轉(zhuǎn)褶皺和S2褶劈理。造山作用晚期(～1.85Ga)經(jīng)歷折返、剝蝕過程(圖10b)，不同變質(zhì)等級的巖片出露地表。造山帶核心部位易形成晚期韌性剪切帶及部分熔融巖漿作用(圖10b)。

本文以遼河群的變質(zhì)變形研究為基礎，通過大型巖性-構(gòu)造剖面詳細解析了其造山過程，這對理解膠-遼-吉造山帶的俯沖-碰撞-折返過程具有重要的意義，同時為其他造山帶的造山作用研究提供了一個例子。

5 結(jié)論

(1)造山帶核心部位含夕線石榴黑云片麻巖(18TZH49)的變質(zhì)作用研究表明，其峰期變質(zhì)礦物組合為Sil+Grt+Bi+Pl+Qz+Ilm+Melt，峰后變質(zhì)礦物組合為St+Grt+Bi+Pl+Chl+Qz+Ilm，其變質(zhì)溫壓條件分別為720～780℃/5.9～6.9kbar，540～565℃/3～4.1kbar，記錄了一個降溫降壓的順時針P-T演化軌跡。鋯石U-Pb年代學表明其退變質(zhì)時代為1851Ma。

(2)遼東地區(qū)貫通基底至造山帶大型構(gòu)造-巖性剖面指示，遼河群北部物質(zhì)向北逆沖至龍崗基底，并經(jīng)歷了低角閃巖相變質(zhì)作用；南側(cè)物質(zhì)向南逆沖至狼林基底，并經(jīng)歷了麻粒巖相變質(zhì)作用；造山帶核心部位物質(zhì)形成大量直立褶皺，并經(jīng)歷了高角閃巖相變質(zhì)作用。

(3)結(jié)合前人研究資料，表明遼河群于1.95～1.90Ga經(jīng)歷強烈造山作用，構(gòu)造增厚使巖石發(fā)生不同程度變質(zhì)；于～1.85Ga經(jīng)歷造山后折返，不同變質(zhì)級別巖石單元剝露至地表，并發(fā)生不同程度的退變質(zhì)作用。

致謝感謝東華理工大學王義龍同學在探針實驗、中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所曾志杰同學在探針數(shù)據(jù)處理方面提供的幫助。感謝中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所劉平華老師、劉超輝老師、許王博士后和中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所鄒雷博士在文章寫作過程中提供的重要幫助和指導。感謝兩位審稿人對本文提出建設性的修改意見。

謹以此文恭賀尊敬的沈其韓院士百歲華誕。