姜靈 張晉瑞** 唐爽 魏春景 初航

1. 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 1300612. 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 1008713. 天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，天津 300170

石榴角閃巖因其通常保留特征性的斑狀變晶結(jié)構(gòu)或斜長(zhǎng)石冠狀邊(“白眼圈”)結(jié)構(gòu)，可為研究地質(zhì)過(guò)程提供非常有價(jià)值的信息(Barker, 1990; Stowell and Stein, 2005)。這類巖石能穩(wěn)定在一個(gè)較寬泛的、跨越巖石飽和水固相線的P-T范圍(7～15kbar/500～950℃, Kohn and Spear, 1990; Surour, 1995; Liuetal., 1996; Daleetal., 2000; Sánchez-Vizcaínoetal., 2003; Qian and Wei, 2016)。作為造山帶中重要的變質(zhì)基性巖類型，石榴角閃巖可具有以下幾種成因類型：(1)構(gòu)成巴羅型變質(zhì)帶的一部分，代表中壓相系進(jìn)變質(zhì)產(chǎn)物(Miyashiro, 1994)，具有順時(shí)針型的P-T軌跡，反映碰撞加厚環(huán)境，如五臺(tái)-恒山地區(qū)的石榴角閃巖(Qian and Wei, 2016)；(2)高壓/超高壓榴輝巖退變質(zhì)的產(chǎn)物，P-T軌跡以減壓為主，如大別山西部石榴角閃巖(Louetal., 2013)；(3)與地幔來(lái)源的巖漿底侵有關(guān)，發(fā)育在大陸裂谷、地幔柱或者大陸島弧環(huán)境，具有特殊的逆時(shí)針型P-T軌跡，如遼北雜巖石榴角閃巖(Wuetal., 2013)；(4)作為太古宙克拉通角閃巖相表殼巖，呈皮筏狀分布于TTG片麻巖內(nèi)部，發(fā)育逆時(shí)針型P-T軌跡，受太古宙特殊的垂直構(gòu)造體制控制(Wu and Wei, 2021)。通過(guò)熱力學(xué)模擬剖面圖的方法對(duì)石榴斜長(zhǎng)角閃巖礦物組合開展相平衡研究，限定某一礦物組合的形成條件和流體行為，通過(guò)巖石結(jié)構(gòu)的演變、礦物含量和礦物成分的變化建立巖石合理的P-T軌跡，已經(jīng)成為探討區(qū)域構(gòu)造演化的有效途徑(Janáketal., 1996)。

內(nèi)蒙古中部地區(qū)記錄了中亞造山帶東段即興蒙造山帶的復(fù)合造山演化過(guò)程。對(duì)該地區(qū)古生代的構(gòu)造演化涉及古亞洲洋閉合時(shí)間和位置存在兩種不同的觀點(diǎn)：第一種觀點(diǎn)認(rèn)為碰撞閉合發(fā)生在晚二疊到早三疊世，造山帶的演化類似于環(huán)太平洋加積型造山帶(Chenetal., 2000; Miaoetal., 2008)，或發(fā)育弧后盆地(Songetal., 2015)，形成早古生代到中生代兩套向北(賀根山、寶力道)、一套向南(溫都爾廟)的俯沖-加積體系，并最終于晚二疊-早三疊世通過(guò)索倫縫合帶閉合(Xiaoetal., 2003)。第二種觀點(diǎn)認(rèn)為碰撞閉合發(fā)生在晚志留世或早-中泥盆世(Tang, 1990; 邵濟(jì)安, 1991; Xuetal., 2013)，并在內(nèi)蒙中部形成了早古生代南、北雙沖造山帶；從石炭-二疊紀(jì)開始，內(nèi)蒙古中部地區(qū)在伸展構(gòu)造背景下進(jìn)入了新的地殼演化階段(邵濟(jì)安等, 2014; Tongetal., 2015)。近期，Zhangetal. (2018b)在內(nèi)蒙古中部劃分出多期變質(zhì)作用：早古生代低溫高壓型變質(zhì)作用，以溫都爾廟群中發(fā)育藍(lán)片巖(Tang, 1990; Tang and Yan, 1993; De Jongetal., 2006)和石榴多硅云母片巖為特征，時(shí)代為426～450Ma(Li, 2006; De Jongetal., 2006)，指示古亞洲洋的俯沖-增生過(guò)程；泥盆紀(jì)中壓型變質(zhì)作用，以寶音圖群發(fā)育巴羅型遞增變質(zhì)帶為特征，時(shí)代為380～400Ma，代表與古亞洲洋閉合有關(guān)的碰撞造山事件(陳亞平等, 2015)；石炭紀(jì)高溫低壓型變質(zhì)作用，以錫林郭勒雜巖中發(fā)育混合巖化黑云斜長(zhǎng)片麻巖和斜長(zhǎng)角閃巖為特征，時(shí)代為345～309Ma，代表了造山帶碰撞后構(gòu)造伸展體制下的升溫減壓過(guò)程(Zhangetal., 2018a)。此外，區(qū)內(nèi)還存在廣泛的早中生代低溫中-低壓型變質(zhì)作用，以晚古生代地層發(fā)育廣泛的綠片巖相組合為特征，時(shí)代為250～230Ma，與區(qū)內(nèi)持續(xù)伸展形成的有限洋盆被動(dòng)閉合產(chǎn)生構(gòu)造加厚有關(guān)(Zhangetal., 2015, 2016)，區(qū)內(nèi)所謂的“索倫縫合帶”系為該有限洋盆閉合形成的，并非古亞洲洋閉合的產(chǎn)物(Chuetal., 2013)。上述變質(zhì)作用指示該區(qū)可能經(jīng)歷了大洋俯沖-碰撞造山-伸展裂解-小洋盆閉合加厚等復(fù)合造山演化過(guò)程(Zhangetal., 2018b)。

圖1 內(nèi)蒙古中部地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖與地質(zhì)構(gòu)造劃分(據(jù)Xu et al., 2013)Fig.1 Geological sketch map and tectonic division of Central Inner Mongolia (after Xu et al., 2013)

寶音圖群分布于狼山、圖古日格和達(dá)茂旗一帶，主要由云母片巖、石英片巖、石英巖、大理巖和變基性巖組成，其中云母片巖中出現(xiàn)石榴石、紅柱石、十字石、藍(lán)晶石等特征變質(zhì)礦物，具有典型的巴羅型變質(zhì)帶特征。變基性巖以?shī)A層或透鏡體產(chǎn)出，在狼山和圖古日格地區(qū)已報(bào)道發(fā)育石榴角閃巖(趙桂萍, 2000; 陳亞平等, 2015)。對(duì)石榴角閃巖的研究工作尚處于初級(jí)階段，這方面的資料十分欠缺。最近，陳亞平等(2015)對(duì)狼山地區(qū)格爾敖包溝一個(gè)含有斜長(zhǎng)石冠狀邊結(jié)構(gòu)的石榴角閃巖樣品進(jìn)行了相平衡模擬，確定其峰期溫壓為13kbar/725℃，峰期之后發(fā)生近等溫降壓過(guò)程，峰期的變質(zhì)條件反映的地溫梯度為18～21℃/km，屬于典型中壓變質(zhì)相系，變質(zhì)年齡為399±6Ma，初步確定該變質(zhì)作用與古亞洲洋閉合-碰撞造山有關(guān)。需要指出的是，寶音圖群的石榴角閃巖存在多種類型，其巖石礦物組合，礦物成分結(jié)構(gòu)以及記錄的溫度壓力條件各不相同，這些不同類型的石榴角閃巖究竟是反映了不同的溫度壓力條件？還是由于全巖成分的不同而致？尚需進(jìn)一步研究明確。本文以寶音圖巖群的石榴角閃巖為研究對(duì)象，通過(guò)詳細(xì)的野外調(diào)查、全巖主、微元素分析原巖形成過(guò)程和產(chǎn)出的構(gòu)造環(huán)境，并著重其變質(zhì)作用研究，探討石榴角閃巖的變質(zhì)作用演化過(guò)程。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

內(nèi)蒙古中部地區(qū)位于興蒙造山帶的西段，前人對(duì)該區(qū)域構(gòu)造劃分存在不同的認(rèn)識(shí)，根據(jù)Xiaoetal. (2003)和Xuetal. (2013)的研究結(jié)果，以北部二連浩特?cái)嗔押湍喜砍喾?巴彥敖包斷裂為界的內(nèi)蒙古中部地區(qū)主要存在三個(gè)構(gòu)造單元：即南、北造山帶和兩者之間的索倫縫合帶 (圖1)。

南造山帶以赤峰-巴彥敖包斷裂和華北克拉通相隔，從北到南依次分布蛇綠混雜巖、島弧巖漿巖、弧前和前陸盆地沉積以及變質(zhì)巖系。蛇綠混雜巖被稱為溫都爾廟群，為一套早古生代的海底火山沉積巖，發(fā)育與俯沖相關(guān)的藍(lán)片巖相變質(zhì)作用，變質(zhì)時(shí)代約為454～426Ma(Tang and Yan, 1993; De Jongetal., 2006)。島弧巖漿巖包括一套早古生代基性到酸性成分的白乃廟群火山巖系(499～440Ma)，以及少量早古生代侵入體包括閃長(zhǎng)巖、英安巖、輝長(zhǎng)巖和花崗巖，時(shí)代為490～425Ma(Jianetal., 2008; Xuetal., 2013；劉敦一等，2003)，Xiaoetal. (2003)稱之為白乃廟島弧帶。沉積巖系主要包括志留紀(jì)徐尼烏蘇組復(fù)理石建造和早泥盆世西別河組磨拉石建造，這些沉積巖系被認(rèn)為分別代表弧前和前陸盆地沉積。變質(zhì)巖系為寶音圖群，發(fā)育中壓型變質(zhì)作用，變質(zhì)時(shí)代為～400Ma(陳亞平等, 2015)。以上巖石單元被認(rèn)為記錄了古亞洲洋向華北克拉通的俯沖和最終閉合造山的過(guò)程，時(shí)間約為499～400Ma(Jianetal., 2008; Xuetal., 2013; 陳亞平等, 2015)。

北造山帶從南到北依次分布蛇綠混雜巖、島弧巖漿巖、前陸盆地沉積以及變質(zhì)巖系，與南造山帶基本一致。蛇綠混雜巖同樣被稱為溫都爾廟群，發(fā)育與俯沖相關(guān)的藍(lán)片巖相變質(zhì)作用(Tang and Yan, 1993; 徐備等, 2001; 李瑞彪等, 2014)。島弧巖漿巖為一套早古生代基性到酸性成分的侵入巖，稱為寶力道島弧帶，其時(shí)代為482～439Ma(Chenetal., 2000; Jianetal., 2008; Xiaoetal., 2003；石玉若等，2004，2005)。前陸盆地沉積為泥盆紀(jì)色日巴彥敖包組磨拉石組合，不整合覆蓋在蛇綠混雜帶之上。變質(zhì)巖系主要為錫林郭勒雜巖，其主體為一套早古生代的弧前盆地沉積(薛懷民等, 2009)，最新的研究表明，該變質(zhì)巖系早期發(fā)育中壓型變質(zhì)作用，晚期被石炭紀(jì)(345～309Ma)的低壓高角閃巖相變質(zhì)疊加(Zhangetal., 2018a)。區(qū)域內(nèi)分布少量423～418Ma的黑云母二長(zhǎng)花崗巖，被認(rèn)為是碰撞型花崗巖(石玉若等，2004)。少量的前寒武地體包括艾力格廟群低級(jí)變質(zhì)巖系(1180～952Ma, 徐備等, 2014)和蘇左旗地區(qū)的中元古代片麻質(zhì)花崗巖(1516～1390Ma, 孫立新等, 2013)。這些前寒武紀(jì)地體被認(rèn)為是南蒙陸塊的一部分(Badarchetal., 2002; Yarmolyuketal., 2005, 2008)。以上巖石單元構(gòu)成了古亞洲洋向南蒙微陸塊的北向俯沖-碰撞體系。

索倫縫合帶位于南、北造山帶之間，以基性-超基性巖分布為主要特征。這些基性-超基性巖多為蛇綠巖殘片，主要包括枕狀玄武巖和蛇紋石化的方輝橄欖巖、純橄巖和輝長(zhǎng)巖堆晶體(Xiaoetal., 2003; Miaoetal., 2008; Jianetal., 2010, 2012)，年齡主要介于297～250Ma之間(Miaoetal., 2008; Jianetal., 2010; Chenetal., 2012; Chuetal., 2013; Zhangetal., 2015; 王炎陽(yáng)等，2014)。Xiaoetal. (2003)認(rèn)為這些基性-超基性巖代表了古亞洲洋殘余的洋殼，古亞洲洋的俯沖一直持續(xù)到了晚古生代，并最終沿該縫合帶閉合。但部分學(xué)者認(rèn)為這些基性巖石多顯示介于N-MORB和E-MORB之間的特征，更可能形成于弧后盆地或者陸間有限洋盆(Chuetal., 2013; Songetal., 2015；張晉瑞等，2014)。這些基性-超基性巖在空間上多數(shù)被同時(shí)期(石炭-二疊紀(jì))的火山沉積序列所包圍，部分火山序列具有雙峰式火山巖的特征(本巴圖組和大石寨組，Zhangetal., 2008; Zengetal., 2011; Chenetal., 2012；曾維順等，2011; 邵濟(jì)安等, 2014)。這些石炭到二疊紀(jì)的火山沉積巖多數(shù)均發(fā)生了廣泛的低溫中-低壓型變質(zhì)，局部達(dá)到角閃巖相，其變質(zhì)作用的時(shí)間為早三疊世，Zhangetal. (2016)認(rèn)為該變質(zhì)作用可能與有限洋盆的閉合有關(guān)。

寶音圖群的分布區(qū)在構(gòu)造位置上處于南造山帶(圖2)。前人對(duì)寶音圖群做過(guò)一系列年代學(xué)研究工作。例如，徐備等(2000)在烏拉特中旗圖古日格地區(qū)寶音圖巖群基性火山巖中獲得Sm-Nd全巖等時(shí)線年齡為2485±128Ma；在達(dá)茂旗附近的寶音圖巖群變質(zhì)基性火山巖中獲得3個(gè)鋯石U-Pb交點(diǎn)年齡為2496±26Ma、2486±42Ma和2525±41Ma，但滕飛等(2019)對(duì)寶音圖變質(zhì)基性巖的最新研究顯示其原巖形成時(shí)代為896Ma。孫立新等(2013)獲得的烏拉特后旗寶音圖一帶石英巖的最小一組碎屑鋯石年齡為1426Ma，限定其形成時(shí)代為中元古代中期。滕飛等(2019)對(duì)寶音圖巖群石英巖進(jìn)行了較系統(tǒng)的碎屑鋯石年代學(xué)研究，獲得的最小諧和年齡為1395～1284Ma，并認(rèn)為它們代表寶音圖巖群的沉積上限。由此確定寶音圖群原巖形成于中元古代，屬于華北克拉通的北緣(孫立新等, 2013; 徐備等, 2000)。與寶音圖群密切相關(guān)的一套淺變質(zhì)巖系為渣爾泰群，主要由綠片巖相變質(zhì)的碎屑巖、碳酸鹽巖和基性-中酸性火山巖組成。彭潤(rùn)民等(2010)在渣爾泰群酸性火山巖中獲得鋯石的SHRIMP U-Pb年齡為817±5Ma，認(rèn)為渣爾泰群代表新元古代活動(dòng)裂谷盆地環(huán)境。研究區(qū)出現(xiàn)的最早的巖石類型為太古代烏拉山群，該群主要為一套中深變質(zhì)巖系，其內(nèi)部存在著具有標(biāo)志特征的磁鐵礦層和石墨礦層，主要巖石類型為斜長(zhǎng)角閃巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖、石墨片麻巖、透輝石大理巖、夕線石石英巖等。在寶音圖群分布區(qū)西側(cè)，出露有石炭紀(jì)的阿木山組地層，主要由灰?guī)r夾頁(yè)巖組成，并有石英砂巖夾灰?guī)r透鏡體，代表了海相碳酸鹽巖沉積。此外出露少量石炭-二疊紀(jì)寶力高廟組的陸相中酸性火山熔巖、火山碎屑巖和沉積碎屑巖。

圖2 內(nèi)蒙古中西部寶音圖群分布區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及樣品采樣位置(據(jù)陳亞平等, 2015修改)圖中年齡來(lái)源：274±1Ma(皮橋輝等, 2010)；～274Ma(于延秋等, 2011)；304±3Ma(胡鴻飛等, 2013)；259±3Ma(吳亞飛等, 2013)；1672±10Ma(孫立新等, 2013)；453±5Ma(Xu et al., 2013)；249±5Ma(羅紅玲等, 2009)；328±2Ma(王增振和韓寶福, 2014)Fig.2 Geological map of the central-western Inner Mongolia showing distribution of the Baoyintu Group and sampling locations (modified after Chen et al., 2015)

研究區(qū)發(fā)育大量的石炭-二疊紀(jì)的花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖等中酸性巖漿巖。皮橋輝等(2010)在狼山霍各乞礦區(qū)獲得侵入體閃長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb年齡為274±1Ma；于延秋等(2011)在狼山浩日格山花崗巖體中獲得～274Ma的年齡，并認(rèn)為其形成的構(gòu)造環(huán)境為島弧環(huán)境；胡鴻飛等(2013)從滴水溝閃長(zhǎng)巖體中獲得304±3Ma的年齡，并認(rèn)為其形成于活動(dòng)板塊邊緣火山弧環(huán)境；吳亞飛等(2013)在東升廟地區(qū)獲得白云母二長(zhǎng)花崗巖的年齡為259±3Ma，認(rèn)為其可能形成于后碰撞的構(gòu)造背景中。

研究區(qū)北東向展布的并侵入到寶音圖群中的中元古代片麻狀二長(zhǎng)花崗巖的侵位年齡為1672±10Ma(孫立新等, 2013)。在中蒙邊境出露有早古生代的石英閃長(zhǎng)巖侵入體，Xuetal. (2013)獲得其年齡為453±5Ma，認(rèn)為其形成與俯沖作用有關(guān)。羅紅玲等(2009)在狼山水庫(kù)獲得閃長(zhǎng)巖侵入體的年齡為249±5Ma，認(rèn)為其可能形成于后碰撞環(huán)境。在寶音圖附近分布著少量基性、中性侵入體，王增振和韓寶福(2014)獲得其基性侵入體的年齡為328±2Ma。

2 野外產(chǎn)狀和巖相學(xué)特征

狼山格爾敖包溝和圖古日格西南地區(qū)發(fā)育十分典型的石榴角閃巖。從野外觀察來(lái)看，這些石榴角閃巖均以透鏡狀或似層狀產(chǎn)自云母片巖中(圖3a)。在圖古日格西南地區(qū)，石榴角閃巖以塊狀構(gòu)造為主(圖3b)，沒(méi)有明顯的片麻理，不發(fā)育“白眼圈”結(jié)構(gòu)；在格爾敖包溝，石榴角閃巖多數(shù)發(fā)育片麻理，且與圍巖云母片巖的片理基本一致，可見(jiàn)強(qiáng)弱變形域。其中弱變形域中礦物定向弱，石榴石顆粒較大，保存較好(圖3c)，而強(qiáng)變形域中礦物定向明顯，石榴石顆粒較小，廣泛發(fā)育斜長(zhǎng)石“白眼圈”結(jié)構(gòu)(圖3d)。陳亞平等(2015)報(bào)道的石榴角閃巖具有“白眼圈”結(jié)構(gòu)，采自強(qiáng)變形域。

圖3 寶音圖群石榴角閃巖的野外露頭特征Fig.3 The field outcrop characteristics of the garnet amphibolites in the Baoyintu Group

圖4 寶音圖群石榴角閃巖顯微巖相學(xué)特征Grt-石榴石；Hb-角閃石；Pl-斜長(zhǎng)石；Q-石英；Ilm-鈦鐵礦；Ru-金紅石；Ep-綠簾石；C-石榴石核部；M-石榴石幔部；R-石榴石邊部Fig.4 Microphotographs of the garnet amphibolites in the Baoyintu GroupGrt-garnet; Hb-hornblende; Pl-plagioclase; Q-quartz; Ilm-ilmenite; Ru-rutile; Ep-epidote; C-garnet core; M-garnet mantle; R-garnet rim

本次研究的石榴角閃巖采自格爾敖包溝和圖古日格西南地區(qū)，采樣位置如圖2所示。代表性巖石的鏡下照片如圖4所示，其礦物組成和體積百分?jǐn)?shù)如表1所示。兩個(gè)地區(qū)的石榴角閃巖具有明顯不同的礦物組合，其特征描述分別以樣品LS01和LS35為例。

表1 寶音圖群石榴角閃巖主要礦物組成(vol%)

格爾敖包溝樣品LS01的礦物組合主要以石榴石+角閃石+斜長(zhǎng)石為特征，該樣品具有弱片麻狀構(gòu)造，典型的斑狀變晶結(jié)構(gòu)(圖4a)，石榴石變斑晶的粒徑變化較大，部分石榴石變斑晶達(dá)巨晶級(jí)別，粒徑1.0～1.5cm；其他石榴石變斑晶粒徑較小，介于0.5～1.5mm之間，出現(xiàn)類似“冠狀邊”的斜長(zhǎng)石(但不完整)。石榴石斑晶內(nèi)部通常含有角閃石、鈦鐵礦和石英等包裹體(圖4b)?；|(zhì)主要由弱定向到中等定向的半自形-他形普通角閃石、斜長(zhǎng)石、金紅石/鈦鐵和石英組成，金紅石普遍出現(xiàn)邊部圍繞鈦鐵礦的現(xiàn)象(圖4c)，推測(cè)為金紅石后期轉(zhuǎn)變形成。

圖古日格樣品LS35的礦物組合主要以石榴石+角閃石+綠簾石為特征，具有塊狀構(gòu)造，斜長(zhǎng)石只存在于基質(zhì)中，且含量極少。石榴石變斑晶的粒徑介于0.5～3.0mm之間(圖4d)，內(nèi)部含有鈦鐵礦和石英等包裹體，石榴石裂隙充填角閃石、石英和綠泥石等?；|(zhì)主要由普通角閃石、綠簾石、金紅石/鈦鐵礦和石英組成，金紅石同樣普遍出現(xiàn)邊部圍繞鈦鐵礦的現(xiàn)象。

3 分析方法

本文所涉及樣品的全巖主量元素采用美國(guó)利曼公司ICP-OES測(cè)試，實(shí)驗(yàn)在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)完成。燒失量(LOI)是通過(guò)對(duì)1g左右已烘干的粉末樣品加熱到1000℃并持續(xù)數(shù)小時(shí)后重新稱重樣品，樣品在加熱前后的差值即為燒失量。基于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局標(biāo)準(zhǔn)巖石樣品BSR-1和AGV-2以及中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)巖石樣品GSR-3，大多數(shù)主量元素的誤差小于1%，TiO2的誤差約為1.5%，P2O5的誤差約為2.0%。樣品的全巖微量元素(稀土元素)分析在北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用ICP-MS法進(jìn)行，在VG Axiom高分辨多接收等離子質(zhì)譜儀上分析，標(biāo)樣GSR-1、GSR-2、GSR-3、GSR-5和GSR-15被用來(lái)檢測(cè)分析結(jié)果，測(cè)試精度2%～12%。

本文所涉及所有礦物的化學(xué)成分分析均在北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子探針實(shí)驗(yàn)室完成，所用的電子探針型號(hào)為JEOL JXA-8100，實(shí)驗(yàn)條件為加速電壓15kV，束流10nA，云母類礦物束斑為5μm，其它礦物束斑為1μm。采用PRZ的方法修正，標(biāo)準(zhǔn)樣品為美國(guó)SPI公司的53種礦物。

本文所涉及樣品的定年采用鋯石LA-ICP-MS U-Pb方法。鋯石單礦物分選在河北廊坊晨碩地質(zhì)服務(wù)有限公司完成。陰極發(fā)光(CL)圖片的拍攝是在北京大學(xué)物理學(xué)院Quanta 200 FEG掃描電鏡上完成，其工作電壓為15kV，電流為120nA。鋯石U-Pb年代學(xué)在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所利用LA-ICP-MS法完成，由美國(guó)ESI公司NEW WAVE 193nm FX激光器和美國(guó)賽默飛世爾公司NEPTUNE多接收等離子質(zhì)譜組成。激光束斑直徑為32μm，鋯石U-Pb比值及年齡校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)鋯石PLE，激光剝蝕樣品的深度為20～40μm，激光頻率為10Hz，鋯石U-Pb 比值及年齡校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500。元素含量校準(zhǔn)均使用標(biāo)樣NIST610。樣品的同位素比值和元素含量數(shù)據(jù)處理采用GLITTER4.4軟件計(jì)算，普通Pb采用3D坐標(biāo)法進(jìn)行校正，加權(quán)平均年齡及諧和圖的繪制采用ISOPLOT 3.75完成。單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差均為1σ，加權(quán)平均值誤差為2σ。

4 巖石地球化學(xué)

巖石經(jīng)歷變質(zhì)作用后，其中的大離子親石元素(LILE)，如K、Rb、Cs、Ba、Pb和Sr等，通常會(huì)發(fā)生一定程度的遷移，但高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)，如REE、Y、Th、U、Zr、Hf、Ti、Nb和Ta等，往往表現(xiàn)為惰性遷移特征，不會(huì)發(fā)生顯著的遷移(Pearce and Norry, 1979)，因而高場(chǎng)強(qiáng)元素的特征能更好地反映變質(zhì)巖的原巖特征。本文將主要利用惰性元素和相關(guān)主量元素對(duì)寶音圖群石榴角閃巖進(jìn)行地球化學(xué)特征的分析，并結(jié)合判別圖解對(duì)原巖構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行討論。本文樣品的主量和微量元素?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)表2。圖解中部分樣品數(shù)據(jù)引自滕飛等(2019)和陳亞平等(2015)。

表2 寶音圖群石榴角閃巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

圖5 寶音圖群石榴角閃巖的Nb/Y-Zr/TiO2圖解(a, 據(jù)Winchester et al., 1976)和FeOT/MgO-SiO2圖解(b, 據(jù)Miyashiro, 1974)圖5a中藍(lán)色標(biāo)記數(shù)據(jù)引用自滕飛等(2019)，圖8同F(xiàn)ig.5 The discriminant diagrams of Nb/Y vs. Zr/TiO2 (a, after Winchester et al., 1976) and FeOT/MgO vs. SiO2 (b, after Miyashiro, 1974) for the garnet amphibolites in the Baoyintu Group

圖6 寶音圖群石榴角閃巖Zr與微量元素(Nb、Gd、Ta、Hf)相關(guān)圖Fig.6 Zr against selected trace elements (Nb, Gd, Ta, Hf) variation diagrams for the garnet amphibolites in the Baoyintu Group

4.1 主量元素

寶音圖群石榴角閃巖樣品具有類似的主量元素組成。整體來(lái)看，SiO2含量為48.59%～51.77%，為典型的基性巖。Al2O3含量為13.79～15.32%；MgO=4.95%～7.58%，F(xiàn)e2O3T=13.41%～16.19%，對(duì)應(yīng)Mg#值[=Mg/(Mg+Fe)]的變化范圍為0.26～0.38；CaO=6.87%～10.30%；TiO2含量較高，為2.00%～2.42%；K2O較低，介于0.26%～0.81%之間；Na2O含量變化較大，介于0.79%～2.13%之間；P2O5=0.14%～0.36%。由于石榴角閃巖的原巖在變質(zhì)過(guò)程中需要大量流體注入(魏春景和崔瑩, 2011)，K2O、Na2O等主量元素可能會(huì)在巖石變質(zhì)作用過(guò)程中發(fā)生一定程度的改造，因而微量元素相較于主量元素更具指示意義。Nb/Y-Zr/TiO2圖解(圖5a)指示石榴角閃巖原巖主要為亞堿性玄武巖，而在FeOT/MgO-SiO2圖解中(圖5b)樣品則落入拉斑系列。

4.2 微量元素

在微量元素分析表中(表2)，寶音圖群石榴角閃巖的微量元素含量均大于原始地幔值，其中稀土總量(∑REE)為83.31×10-6～125.9×10-6，Th含量為1.15×10-6～3.94×10-6，Nb含量為9.60×10-6～20.10×10-6，Ta含量為0.72×10-6～1.53×10-6，Hf的含量為3.32×10-6～4.87×10-6，利用元素Zr作橫坐標(biāo)，Nb、Gd、Hf、Ta 等高場(chǎng)強(qiáng)元素作縱坐標(biāo)作圖(圖6)，結(jié)果顯示Zr 與這些高場(chǎng)強(qiáng)元素具有很好的正相關(guān)性。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖中(圖7a)，寶音圖群石榴角閃巖具有右傾的稀土配分模式，(La/Yb)N比值為2.17～6.48，δEu=0.87～0.98。輕稀土含量(LREE=62.12×10-6～105.0×10-6)在E-MORB到OIB之間，重稀土含量(HREE=16.24×10-6～32.45×10-6)稍高，顯示其具有E-MORB的特點(diǎn)，并有向OIB過(guò)渡的趨勢(shì)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖7b)，各樣品的Ta、Nb、Ti沒(méi)有明顯的負(fù)異常，其配分型式類似E-MORB特點(diǎn)。Nb/Yb-Th/Yb 圖解(圖8a)指示，變質(zhì)基性巖具E-MORB和OIB特征， 且有微弱的地殼混染趨勢(shì)； 在DF1/DF2 圖解 (圖8b)中，所有樣品集中投入MORB區(qū)域；在Hf/3-Th-Nb/16(圖8c)圖解中大部分樣品投入鈣堿性玄武巖區(qū)域，一個(gè)樣品投在了E-MORB或板內(nèi)拉斑玄武巖區(qū)域，在Nb×2-Zr/4-Y(圖8d)圖解中則主要投入板內(nèi)拉斑玄武巖和島弧玄武巖區(qū)域，有兩個(gè)樣品投在了N-MORB和E-MORB區(qū)域。

表3 樣品LS01代表性礦物電子探針?lè)治鼋Y(jié)果(wt%)

5 礦物化學(xué)

本文選取格爾敖包溝樣品LS01和圖古日格西南地區(qū)樣品LS35分別進(jìn)行深入的礦物學(xué)研究。石榴石、普通角閃石、斜長(zhǎng)石等代表性礦物的探針成分分析結(jié)果列于表3和表4。

表4 樣品LS35代表性礦物電子探針?lè)治鼋Y(jié)果(wt%)

圖7 寶音圖群石榴角閃巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分配圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘網(wǎng)圖(b)(球粒隕石、原始地幔、OIB、E-MORB和N-MORB均引自Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b) for the garnet amphibolites in the Baoyintu Group (data of chondrite, primitive mantle, OIB, E-MORB and N-MORB from Sun and McDonough, 1989)

圖8 寶音圖群石榴角閃巖的構(gòu)造環(huán)境判別圖(a, 據(jù)Pearce, 2008; b, 據(jù)Agrawal et al., 2008; c, 據(jù)Wood, 1980; d, 據(jù)Pearce and Cann, 1973)IAT-島弧拉斑玄武巖；CAB-鈣堿性玄武巖；MORB-大洋中脊玄武巖；N-MORB-N型大洋中脊玄武巖；E-MORB-E型大洋中脊玄武巖；OIB-大洋島弧玄武巖；VAB-火山弧玄武巖；WPA-板內(nèi)堿性玄武巖；WPB-板內(nèi)玄武巖；WPT-板內(nèi)拉斑玄武巖Fig.8 Discrimination diagrams for the tectonic environment of the garnet amphibolites in the Baoyintu Group (a, after Pearce, 2008; b, after Agrawal et al., 2008; c, after Wood, 1980; d, after Pearce and Cann, 1973)

5.1 石榴石

兩個(gè)樣品中的石榴石顯示不同性質(zhì)的微弱成分環(huán)帶(圖9a, b)。在樣品LS01中，石榴石核、幔部成分均一，含Xalm(=Fe2+/(Fe2++Mg+Ca+Mn))=0.56～0.59，Xpy=0.13～0.16，Xsps=0.04～0.06，Xgr=0.22～0.24，邊部Xpy微弱降低(～0.13)，Xsps微弱升高(～0.06)，應(yīng)該代表與降溫有關(guān)的擴(kuò)散環(huán)帶。在樣品LS35中，石榴石從核部到幔部成分顯示Xpy從0.07升高至0.11，Xsps從0.05降低至0.01，Xalm(=0.59～0.62)和Xgr(=0.25～0.28)基本保持不變，該環(huán)帶可能代表微弱的生長(zhǎng)環(huán)帶，邊部成分Xgr明顯升高(0.26～0.36)，Xalm顯著降低(～0.52)，Xpy(～0.10)和Xsps(～0.01)基本保持不變，這可能與石榴石邊部在退變質(zhì)過(guò)程中經(jīng)歷改造作用有關(guān)。

圖9 石榴石化學(xué)成分圖和角閃石分類圖解(a、b)石榴石成分環(huán)帶圖；(c)石榴石成分三元圖解；(d)角閃石分類圖解Fig.9 Diagrams for garnet composition and amphibole classification(a, b) garnet composition zoning profile; (c) ternary diagram for garnet compositions; (d) diagram of amphibole classification

圖10 石榴角閃巖(樣品LS01)的P-T視剖面圖(a)和P-M(H2O)視剖面圖(b)全巖成分(摩爾百分含量)：SiO2：53.19；Al2O3：9.27；CaO：10.38；MgO：12.23；FeO：10.92；K2O：0.35；Na2O：1.53；TiO2：1.97；MnO：0.15；O：0.82. 等值線包括熔體含量等值線和石榴石gr、py、斜長(zhǎng)石An值(Ca(pl))以及角閃石M2位置的Al含量(AlM2)等(gr=Ca/(Fe2++Mg+Ca+Mn)；py=Mg/(Fe2++Mg+Ca+Mn)；Ca(pl))=Ca/(Ca+Na+K))；g-石榴石；hb-角閃石；pl-斜長(zhǎng)石；ilm-鈦鐵礦；ru-金紅石；dio-透輝石；ep-綠簾石；q-石英；opx-斜方輝石；L-熔體Fig.10 P-T (a) and P-M (H2O) (b) pseudosections for the garnet amphibolite (Sample LS01)

5.2 角閃石

寶音圖群石榴角閃巖中的角閃石主要分為鈣鎂閃石、鐵鈣鎂閃石和鎂閃石。在樣品LS01，不同產(chǎn)狀的普通角閃石具有相似的化學(xué)成分，如CaM4=1.70～1.76，(Na+K)A=0.21～0.28，Si=6.28～6.36，Ti=0.05～0.08，AlM2=1.06～1.12，XMg(=Mg/(Mg+Fe2+))=0.55～0.60，根據(jù)Leakeetal. (1997)的角閃石分類，屬于契爾馬克和鐵契爾馬克范圍(圖9d)。樣品LS35，普通角閃石的成分顯示CaM4=1.66～1.74，(Na+K)A=0.26～0.36，Si=6.39～6.53，Ti=0.05～0.08，AlM2=0.90～1.08，XMg(=Mg/(Mg+Fe2+))=0.55～0.59，基質(zhì)中的角閃石主要落入契爾馬克組分域內(nèi)。值得注意的是，與石榴石相接觸的角閃石落入鐵-鈣契爾馬克和鎂質(zhì)普通角閃石組分域中。

5.3 斜長(zhǎng)石及其他礦物

在樣品LS01中，斜長(zhǎng)石以半自形、他形粒狀和細(xì)小的顆粒狀出現(xiàn)在基質(zhì)和石榴石邊部。基質(zhì)中的斜長(zhǎng)石(Pl01)具有較低的An(=Ca/(Ca+Na+K))值為0.31～0.34，石榴石邊部的斜長(zhǎng)石(Pl02)具有較高的An值為0.66～0.69。在樣品LS35中，斜長(zhǎng)石含量很少，只在基質(zhì)中少量分布，An值為0.72～0.73。在樣品LS35中綠簾石成分均一，Ps(=Fe3+/Al+Fe2+))含量為0.09～0.12。

6 變質(zhì)作用研究

為了模擬寶音圖群石榴角閃巖的變質(zhì)作用及相應(yīng)的礦物組合演化過(guò)程，本文選模式體系NCKMnFMASHTO(MnO-Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-TiO2-Fe2O3)來(lái)模擬LS01和LS35這兩個(gè)代表性樣品的P-T視剖面圖。其中石英為過(guò)量組分。流體相設(shè)為純H2O。兩個(gè)樣品在相平衡計(jì)算中使用的全巖成分直接取自XRF分析并換算為模式體系中的摩爾百分比。P2O5按照磷灰石標(biāo)準(zhǔn)成分扣除相應(yīng)的組分。視剖面圖的計(jì)算使用程序THERMOCALC 3.45和配套的內(nèi)部一致性數(shù)據(jù)庫(kù)tc6ax.txt(Greenetal., 2016)。相關(guān)的固溶體活度模型包括石榴石(Whiteetal., 2007)、綠簾石(Holland and Powell, 1998)、綠泥石(Hollandetal., 1998)、角閃石(Palinetal., 2016)、鈉長(zhǎng)石(Holland and Powell, 1998)、斜長(zhǎng)石(Holland and Powell, 2003)、黑云母和鈦鐵礦(Whiteetal., 2007)，硅酸鹽熔體修改自Whiteetal. (2007)，去掉了富鋁的夕線石端元，榍石、金紅石和石英設(shè)為端元組分。

樣品LS01的P-T視剖面圖假設(shè)流體H2O在固相線以下過(guò)量，結(jié)果如圖10a所示。在溫度為600～800℃的區(qū)域內(nèi)，斜長(zhǎng)石穩(wěn)定在<5～9kbar的低壓范圍，而金紅石穩(wěn)定在高于4～8kbar的范圍，而低壓條件下出現(xiàn)鈦鐵礦。固相線則出現(xiàn)在700～750℃的溫度范圍，在更高壓的區(qū)域內(nèi)可(>10kbar)出現(xiàn)透輝石。在視剖面圖中的大部分礦物組合內(nèi)，石榴石的Xpy主要隨著溫度的升高而增加，而Xgr隨主要著壓力的升高而增大，石榴石核部和幔部Xpy和Xgr的等值線成分給出一致的溫度壓力為～6kbar/715～740℃，這與石榴石邊部的斜長(zhǎng)石測(cè)得的An含量(=0.66～0.69)含量以及基質(zhì)中角閃石較低的AlM2含量(=1.06～1.07)是基本一致的，對(duì)應(yīng)的礦物組合為g-hb-pl-bi-ilm(L-q)，邊部該礦物組合與實(shí)際觀察到的晚期退變組合一致，表明石榴石和其邊部的斜長(zhǎng)石共同記錄退變過(guò)程中某一平衡階段。樣品中早期金紅石的穩(wěn)定組合應(yīng)該在更高的壓力階段，然而該階段礦物組合的穩(wěn)定范圍并不能在視剖面圖被限定，基質(zhì)中斜長(zhǎng)石較低的An含量(=0.31～0.34)以及角閃石中更高的AlM2含量(1.09～1.12)在該視剖面圖中無(wú)法被模擬到。為了確定樣品更早期的變質(zhì)演化，基于P-T視剖面圖中估算的壓力范圍選擇平均溫度725℃，進(jìn)一步計(jì)算了P-M(H2O)視剖面圖(圖10b)，圖中顯示斜長(zhǎng)石的穩(wěn)定域明顯受控于體系H2O含量，H2O含量越少，斜長(zhǎng)石穩(wěn)定的壓力越高，斜長(zhǎng)石的An值主要受壓力的控制，隨壓力升高而降低，樣品基質(zhì)中斜長(zhǎng)石最低的An=0.31～0.34指示峰期壓力條件達(dá)到了～11kbar，與基質(zhì)中角閃石最高的AlM2含量(～1.12)一致，對(duì)應(yīng)的礦物組合為g-hb-pl-bi-dio-ru(L-q)，推測(cè)該組合可能代表峰期組合，該組合體系對(duì)應(yīng)的水含量<1.40%，位于水不飽和范圍內(nèi)，因此，推測(cè)從峰期組合降壓至退變組合應(yīng)該存在流體的注入，發(fā)生的反應(yīng)包括：g+dio+H2O=hb+pl+q(導(dǎo)致峰期的dio消失)以及g+pl+ru+H2O=hb+q+ilm+L(少量的熔體產(chǎn)生，且金紅石轉(zhuǎn)變?yōu)殁佽F礦)。根據(jù)巖相學(xué)觀察、礦物成分特征以及相平衡模擬確定巖石峰期后經(jīng)歷減壓的變質(zhì)作用軌跡。

樣品LS35的P-T視剖面圖假設(shè)流體H2O在固相線以下過(guò)量。結(jié)果如圖11所示。在溫度為600～730℃的區(qū)域內(nèi)，斜長(zhǎng)石穩(wěn)定在<5～8kbar的低壓范圍，而金紅石穩(wěn)定在高于6～7kbar的范圍，而在低壓條件下則出現(xiàn)鈦鐵礦。在視剖面圖中，不含綠簾石的礦物組合內(nèi)，石榴石的Xpy主要隨著溫度的升高而增加，而Xgr主要隨著壓力的升高而增大，但是在含有綠簾石的礦物組合內(nèi)，石榴石的Xgr主要隨著溫度的升高而增加，而Xpy主要隨著壓力的升高而增大。樣品觀察到的平衡礦物組合g-hb-ep-ru(-pl)穩(wěn)定的溫度壓力范圍為7～8kbar/610～690℃，該組合區(qū)域內(nèi)模擬得到的角閃石AlM2含量為1.00～1.08，與基質(zhì)中實(shí)際測(cè)得值基本一致，此外，石榴石Xgr等值線基本保持不變，但核部和幔部的Xpy(0.07～0.11)可給出進(jìn)變質(zhì)P-T軌跡，最高的Xpy(～0.11)和相應(yīng)的Xgr(～0.28)成分限定其峰期條件達(dá)到了～8kbar/675℃。石榴石邊部的Xpy(0.09～0.10)和Xgr(0.34～0.36)成分等值線進(jìn)一步限定其溫度壓力條件為～5kbar/650～680℃，這與石榴石邊部角閃石的AlM2含量(～0.90)一致，與之對(duì)應(yīng)的礦物組合為g-hb-ep-ilm-pl，指示峰后存在減壓過(guò)程，這一過(guò)程與金紅石邊部存在鈦鐵礦一致。需要指出的是，該組合內(nèi)模擬得到的斜長(zhǎng)石An含量與實(shí)際并不一致，由于基質(zhì)中斜長(zhǎng)石極少，推測(cè)其成分受局部成分域的控制。綜上所述，根據(jù)巖相學(xué)觀察、礦物成分特征以及相平衡模擬確定巖石峰期后經(jīng)歷減壓的變質(zhì)作用軌跡。

表5 石榴角閃巖(樣品LS01)的鋯石U-Pb測(cè)年數(shù)據(jù)

圖11 石榴角閃巖(樣品LS35)的P-T視剖面圖全巖成分(摩爾百分含量)：SiO2：55.19；Al2O3：8.90；CaO：11.78；MgO：8.08；FeO：12.80；K2O：0.18；Na2O：0.84；TiO2：1.98；MnO：0.23；O：0.82. 等值線包括石榴石gr、py、斜長(zhǎng)石An值(Ca(pl))以及角閃石M2位置的Al含量(AlM2)等Fig.11 P-T pseudosection for the garnet amphibolite (Sample LS35)

圖12 石榴角閃巖中代表性鋯石陰極發(fā)光圖像和鋯石U-Pb諧和圖Fig.12 Cathodoluminescence image of representative zircon grains and the U-Pb concordia diagrams of zircons from the garnet amphibolites in the Baoyintu Group

圖13 寶音圖群石榴角閃巖的P-T軌跡AT-阿爾泰造山帶中壓型遞增變質(zhì)帶(藍(lán)晶石型)中不同相帶的P-T軌跡(Wei et al., 2007)；Sc-蘇格蘭高地巴羅式變質(zhì)帶P-T軌跡(藍(lán)晶石帶, Vorhies and Ague,2011)；HPG-蘇格蘭高地Glen Muick基性高壓麻粒巖的P-T軌跡(Aoki et al., 2014)；Mod-1-綜合數(shù)值模擬的藍(lán)晶石帶P-T軌跡(Jamieson and Beaumon, 2011)；Mod-2-綜合數(shù)值模擬的夕線石帶的P-T軌跡(Lyubetskaya and Ague, 2010)；GAM-格爾敖包溝石榴斜長(zhǎng)角閃巖的P-T軌跡(陳亞平等, 2015)；LS01、LS35石榴角閃巖的P-T軌跡(本研究)Fig.13 P-T paths of the garnet amphibolites in the Baoyintu Group

7 鋯石U-Pb年代學(xué)

本文選取LS01樣品對(duì)寶音圖群石榴角閃巖運(yùn)用LA-ICP-MS方法進(jìn)行鋯石U-Pb定年。樣品LS01中的鋯石呈渾圓狀、粒狀，粒徑30～100μm，其長(zhǎng)寬比為1.0～1.5，具有弱的冷杉狀、帶狀分帶，無(wú)振蕩環(huán)帶，具有變質(zhì)鋯石的特征(圖12)。本文利用LA-ICP-MS方法對(duì)30個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行分析，多數(shù)測(cè)試點(diǎn)顯示207Pb含量較低或年齡不協(xié)和；只有10個(gè)測(cè)試點(diǎn)都分布在諧和線上及其附近，數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表5，獲得諧和年齡為394±8Ma(MSWD=6.0，圖12)，其Th/U比值在0.06～0.10，為典型的變質(zhì)鋯石(吳元保和鄭永飛, 2004)，代表寶音圖群石榴角閃巖的變質(zhì)年齡。

8 討論

8.1 寶音圖群石榴角閃巖原巖的形成環(huán)境

寶音圖群的石榴角閃巖普遍發(fā)育角閃巖相變質(zhì)，從玄武質(zhì)原巖到石榴角閃巖需要大量的流體注入(魏春景和崔瑩, 2011)。這些變質(zhì)流體中可以攜帶水溶元素，本文利用Zr與REE、Nb、Gd、Ta、Hf的相關(guān)圖解顯示這些元素與Zr分別具有很好的正相關(guān)性，說(shuō)明流體對(duì)高場(chǎng)強(qiáng)元素和稀土元素的攜帶能力是有限的，基本反映原巖特征，因此可以用來(lái)示蹤源區(qū)。這些石榴角閃巖原巖顯示為亞堿性玄武巖的拉斑系列。巖石樣品在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分型式圖和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素配分圖上，具有板內(nèi)E-MORB玄武巖向OIB過(guò)渡的趨勢(shì)，微量元素構(gòu)造判別圖解表明這些石榴石角閃巖的原巖可能產(chǎn)于板內(nèi)拉張(大陸裂谷)的環(huán)境中。對(duì)石榴角閃巖構(gòu)造環(huán)境的討論需要進(jìn)一步結(jié)合其原巖以及區(qū)域相關(guān)巖石的形成時(shí)代和成因。寶音圖群變沉積巖的碎屑鋯石年齡譜表明寶音圖群屬于華北克拉通的一部分(孫立新等, 2013)。趙桂萍(2000)對(duì)寶音圖群變質(zhì)沉積巖的地球化學(xué)研究顯示，其化學(xué)分異和化學(xué)分化較差，成熟度低，其構(gòu)造環(huán)境可能代表了活動(dòng)陸緣演化的特征。孫立新等(2013)認(rèn)為寶音圖群變沉積巖的原巖代表華北克拉通北緣形成于中元古代(<1426Ma)的裂谷盆地環(huán)境。彭潤(rùn)民等(2010)在狼山地區(qū)寶音圖群中發(fā)現(xiàn)呈層產(chǎn)出的酸性火山巖，其年齡為897～830Ma，在寶音圖群分布區(qū)西側(cè)的阿拉善地區(qū)有大量900～800Ma巖漿事件的報(bào)道，在華北克拉通中部和東部存在925～900Ma基性巖墻，華北克拉通西部存在800～650Ma基性巖墻群(Zhai and Santosh, 2013)，華北克拉通內(nèi)碎屑鋯石也記錄了～912Ma、～814Ma等新元古代早期的年齡信息，這些年齡信息均被認(rèn)為是Rodinia超大陸裂解的響應(yīng)(李益龍等, 2008; 耿元生等, 2009; 耿元生和周喜文, 2010)。滕飛等(2019)對(duì)寶音圖變質(zhì)基性巖的最新研究顯示其原巖形成時(shí)代為896Ma。寶音圖群石榴角閃巖原巖與酸性火山巖具有類似的年齡，在區(qū)域上或具有雙峰式的特征，結(jié)合其地球化學(xué)特征，我們認(rèn)為這些火山巖代表了一次伸展裂解事件，與華北克拉通中部和東部基性巖墻以及碎屑鋯石新元古代早期年齡信息所反映的裂谷事件可以對(duì)應(yīng)(吳泰然等, 1998; 胡波等, 2009; Zhai and Santosh, 2013; 郝奕瑋等, 2014)，代表Rodinia超大陸裂解背景下的伸展裂谷環(huán)境。

8.2 變質(zhì)作用演化

結(jié)合前人和本文的相平衡研究結(jié)果，盡管兩個(gè)石榴角閃巖記錄了不同的峰期條件，但二者具有類似的演化軌跡，主要可以分為進(jìn)變質(zhì)、峰期以及峰期減壓階段。

峰期變質(zhì)階段 樣品LS01的峰期條件為～11kbar/～735℃。斜長(zhǎng)石最小的An值記錄了該樣品達(dá)到的峰期壓力條件：斜長(zhǎng)石通常在記錄峰期壓力方面可能比石榴石的效果更好，因?yàn)樾遍L(zhǎng)石中的離子對(duì)擴(kuò)散速率比石榴石中的單個(gè)價(jià)電離子如Fe(Mg)和Ca要慢(Spear, 1993)。石榴石中最高的Xpy值則記錄巖石可能達(dá)到的最低峰期溫度：這是因?yàn)楹笃诘牡葴亟祲哼^(guò)程石榴石的Xpy值基本保持不變(圖10)。該峰期溫壓條件在P-M(H2O)視剖面圖中對(duì)應(yīng)的峰期礦物組合為g-hb-pl-bi-dio-ru-L。但是在實(shí)際樣品中并沒(méi)有保留透輝石。值得關(guān)注的是，陳亞平等(2015)對(duì)同一地區(qū)的石榴石角閃巖樣品相平衡模擬研究認(rèn)為其峰期溫壓超過(guò)了飽和水固相線條件，透輝石的消失可能與巖石中存在的部分熔體在后期減壓過(guò)程中發(fā)生逆反應(yīng)有關(guān)，但是相平衡模擬的研究結(jié)果顯示該峰期條件下的熔體含量不超過(guò)4mole%，這種由極少量反應(yīng)物參與的逆反應(yīng)通常很難達(dá)到有效平衡。本文的相平衡研究結(jié)果顯示，透輝石的穩(wěn)定域明顯受控于體系水的含量，峰期透輝石的消失與后期流體大量滲透有關(guān)。樣品LS35的峰期溫度壓力條件為～8kbar/675℃，與LS01不同的是，該樣品的峰期組合為g-hb-ep-ru，并不含斜長(zhǎng)石，但石榴石核部和幔部的Xpy和Xpy成分記錄了峰期溫度壓力條件，石榴石峰期成分的保存與變質(zhì)溫度較低有關(guān)。

峰期后減壓階段 兩個(gè)石榴石角閃巖樣品在峰后均記錄了近等溫降壓的過(guò)程。在樣品LS01中，這一過(guò)程可通過(guò)石榴石成分、石榴石邊部斜長(zhǎng)石和角閃石的成分獲得。P-M(H2O)視剖面圖顯示，峰后減壓過(guò)程中發(fā)生的主要變質(zhì)反應(yīng)為：g+dio+H2O=hb+pl+L，石榴石的分解反應(yīng)引起石榴石Xgr組分的減小和斜長(zhǎng)石An值的增大，但石榴石的Xpy值變化很小。因此樣品中石榴石的Xgr只記錄了減壓階段的壓力條件，并與邊部具有較高An值的斜長(zhǎng)石和較低AlM2的角閃石之間達(dá)到局部平衡。需要指出的是，由于該反應(yīng)需要有H2O的加入，如果體系中流體不飽和，峰期礦物組合(含透輝石)將得以保存，反之，如果體系中飽和流體滲透，峰期礦物組合將無(wú)法有效保存，石榴石成分會(huì)在減壓過(guò)程中被較大程度的改造。此外，相平衡模擬研究顯示減壓過(guò)程的水化可形成約4mole%的熔體，但這一少量的熔體在巖相學(xué)中難于觀察到或者極易發(fā)生丟失。樣品LS35的等溫降壓過(guò)程可以通過(guò)石榴石邊部成分和斜長(zhǎng)石的出現(xiàn)來(lái)限定。P-T視剖面圖(圖11)顯示，減壓過(guò)程中發(fā)生的主要變質(zhì)反應(yīng)為：g+ep+q=hb+pl+H2O，該反應(yīng)引起綠簾石部分分解，石榴石邊部的Xgr組分的增加，并形成部分斜長(zhǎng)石。這兩個(gè)樣品在減壓過(guò)程中金紅石會(huì)分解生成鈦鐵礦，這一過(guò)程主要受壓力控制。

進(jìn)變質(zhì)階段 樣品中石榴石包體礦物組合可以在一定程度上這一階段的變質(zhì)作用過(guò)程，但由于受峰期、減壓和后期退變過(guò)程中較大程度的改造，無(wú)法用P-T視剖面圖進(jìn)行很好的模擬，其礦物組合也不能較好的保留下來(lái)，由于榍石的存在指示巖石的早期低級(jí)進(jìn)變質(zhì)作用條件，石榴石和角閃石的出現(xiàn)在一定程度上指示其進(jìn)變質(zhì)作用的過(guò)程。

8.3 變質(zhì)作用的構(gòu)造意義

本文研究在格爾敖包溝地區(qū)寶音圖群石榴角閃巖給出了394±8Ma的年齡，鋯石的形態(tài)和Th/U比值(<0.10)顯示其變質(zhì)成因特征，因此該年齡代表了寶音圖群石榴角閃巖的變質(zhì)年齡。該年齡與陳亞平等(2015)在狼山格爾敖包溝地區(qū)石榴角閃巖獲得的年齡結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致。相平衡模擬結(jié)果顯示，峰期或峰期前的變質(zhì)作用以脫水反應(yīng)為主，在之后降壓階段的早期，脫水釋放出的流體有助于鋯石的生長(zhǎng)或重結(jié)晶(Rubattoetal., 1999; Rubatto and Hermann, 2003)。因此，本文將394±8Ma的年齡代表寶音圖群變質(zhì)作用近峰期的年齡。

寶音圖群的石榴角閃巖經(jīng)歷了早期進(jìn)變質(zhì)，峰期以及峰后近等溫減壓階段的順時(shí)針型P-T軌跡，其峰期條件反映的地溫梯度為18℃/km，是典型的中壓型變質(zhì)作用。前人研究結(jié)果證明寶音圖群的變泥質(zhì)巖發(fā)育典型的巴羅式遞增變質(zhì)作用，本文研究顯示在格爾敖包溝地區(qū)和圖古日格地區(qū)的石榴角閃巖具有不同的峰期溫度壓力條件，分別為～11kbar/～735℃和～8kbar/675℃，推測(cè)作為變泥質(zhì)巖中呈透鏡體或次層狀產(chǎn)出的變質(zhì)基性巖，同樣存在著遞增型的變質(zhì)作用：伴隨巴羅式變質(zhì)相帶的遞增，變基性巖從綠片巖、綠簾角閃巖過(guò)渡到斜長(zhǎng)角閃巖，在較高級(jí)的變質(zhì)帶中出現(xiàn)石榴角閃巖(趙桂萍, 2000; 陳亞平等, 2015)。關(guān)于中壓遞增型變質(zhì)作用，目前主要有兩種成因模式，第一類中壓型遞增變質(zhì)帶的形成與地殼加厚導(dǎo)致的構(gòu)造熱擾動(dòng)有關(guān)，受熱傳導(dǎo)機(jī)制控制，其P-T軌跡以主要記錄峰期之前的升溫升壓進(jìn)變質(zhì)過(guò)程，峰期后以出現(xiàn)近等溫降壓(ITD)為特征(圖13, Mod-1, Jamieson and Beaumont, 2011; AT, Weietal., 2007; Jiangetal., 2015; HPG, Aokietal., 2014)；第二類中壓型遞增變質(zhì)帶與中地殼深度大規(guī)模巖漿侵位有關(guān)，這種成因模式以島弧深部地區(qū)最為常見(jiàn)，其P-T軌跡在壓力峰期后出現(xiàn)明顯升溫過(guò)程(SC, Vorhies and Ague, 2011; Mod-2, Lyubetskaya and Ague, 2010)。寶音圖群的石榴角閃巖的P-T軌跡具有典型的第一類的P-T演化特征，應(yīng)該反映與地殼加厚有關(guān)的造山環(huán)境。陳亞平等(2015)在石榴角閃巖中獲得了399±6Ma的變質(zhì)鋯石年齡，認(rèn)為其代表了與古亞洲洋閉合有關(guān)造山加厚事件。這與Xuetal. (2013)在內(nèi)蒙古中部地區(qū)建立的早古生代閉合模式是一致的。

從晚寒武紀(jì)(500Ma)開始，位于內(nèi)蒙古中部地區(qū)的古亞洲洋雙向俯沖，發(fā)育南、北溝-弧-盆體系(邵濟(jì)安, 1991; 唐克東, 1992; Jianetal., 2008; Xuetal., 2013)。古亞洲洋向北俯沖到南蒙微陸塊之下，沿芒和特、蘇尼特左旗、錫林浩特南部和達(dá)青牧場(chǎng)一線由南到北發(fā)育早古生代溫都爾廟群蛇綠混雜巖、島弧巖漿巖(寶力道島弧帶482～439Ma)以及弧前盆地沉積(錫林郭勒雜巖原巖)；同時(shí)，古亞洲洋向南俯沖到華北克拉通之下，西起圖古日格、經(jīng)溫都爾廟、到正藍(lán)旗一帶，由北向南發(fā)育早古生代溫都爾廟群蛇綠混雜巖、弧型巖漿巖(白乃廟島弧499～425Ma)以及弧后盆地(徐尼烏蘇組復(fù)理石建造)。古亞洲洋俯沖導(dǎo)致南、北溫都爾廟群蛇綠巖混雜帶發(fā)育高壓型變質(zhì)作用(454～410Ma)。到早-中泥盆世，古亞洲洋閉合引發(fā)南蒙微陸塊與華北克拉通碰撞，形成與碰撞有關(guān)的前陸磨拉斯盆地(如北部造山帶中的泥盆紀(jì)色日巴彥敖包組和南部造山帶中的晚志留-早泥盆世西別河組)(Xuetal., 2013)。作為華北克拉通的一部分，寶音圖群被卷入到與古亞洲洋閉合有關(guān)的造山過(guò)程，發(fā)育中壓型變質(zhì)作用。

9 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古狼山地區(qū)寶音圖群石榴角閃巖的系統(tǒng)研究得到如下認(rèn)識(shí)：

(1)格爾敖包溝和圖古日格兩個(gè)地區(qū)的石榴角閃巖的原巖具有相似的地球化學(xué)組成，屬于亞堿性玄武巖的拉斑系列，其稀土元素配分模式具有E-MORB特點(diǎn)。根據(jù)構(gòu)造判別圖解推測(cè)石榴角閃巖的原巖產(chǎn)于板內(nèi)拉張的環(huán)境中。

(2)兩個(gè)地區(qū)的石榴角閃巖具有不同的峰期溫度壓力條件，分別為～11kbar/～735℃和～8kbar/675℃，推測(cè)寶音圖群變質(zhì)基性巖存在著遞增型的變質(zhì)作用。

(3)鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)的研究結(jié)果顯示石榴角閃巖的變質(zhì)年齡為394±8Ma。

(4)石榴角閃巖的原巖可能形成于華北北緣在新元古代發(fā)育的裂陷盆地，在泥盆紀(jì)中期，寶音圖群作為華北克拉通的一部分，被卷入到與古亞洲洋閉合有關(guān)的造山過(guò)程，發(fā)育中壓型遞增變質(zhì)作用。

致謝感謝中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)秦紅老師在主量元素分析方面、北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院的朱文萍老師在微量元素分析方面的幫助；感謝北大地球與空間科學(xué)學(xué)院校友陳亞平提供部分?jǐn)?shù)據(jù)資料以及廊坊晨碩地質(zhì)服務(wù)公司的幫助。感謝匿名審稿人對(duì)本文的鼓勵(lì)與支持。