內(nèi)蒙古中北部太古界興和巖群變質(zhì)巖變質(zhì)溫壓條件討論

摘要：內(nèi)蒙古中北部太古界興和巖群變質(zhì)作用演化及其PTt軌跡表現(xiàn)為逆時(shí)針形式，峰期溫度高達(dá)800℃ ～ 850℃，壓力0.90Gpa ～ 1.00GPa，反映了增溫增壓的地殼動(dòng)力學(xué)過程，強(qiáng)烈的構(gòu)造變動(dòng)和區(qū)域性高熱流共同作用的結(jié)果；從第二階段峰期變質(zhì)到第三階段近等壓冷卻過程為區(qū)域性重熔事件的產(chǎn)物。直至第四期角閃巖相的退變質(zhì)階段顯示出地殼減薄的特點(diǎn)。

關(guān)健詞：興和巖群 PTt軌跡 等壓冷卻 麻粒巖相 角閃巖相

1. 區(qū)域地質(zhì)特征

內(nèi)蒙古中北部太古宙巖石——構(gòu)造單位主要分布在武川縣——固陽(yáng)縣一帶，此外在包頭東部大青山也有出露[1]。其中興和巖群是內(nèi)蒙古中部出露的比較廣泛的太古界變質(zhì)地層單位，其建群剖面位于興和縣一帶，該巖系由李璞在1964年命名為集寧巖群，1991年內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)調(diào)隊(duì)董啟賢將集寧巖群分為上集寧巖群和下集寧巖群，而內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)調(diào)隊(duì)沈鴻章將下集寧巖群稱為興和巖群。1995年由王楫、陸松年將本區(qū)該套地層與集寧地區(qū)的興和巖群相對(duì)比，稱為興和巖群。多年來，許多地質(zhì)學(xué)家對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的研究，分別對(duì)其中的麻粒巖相變質(zhì)巖系進(jìn)行了劃分和區(qū)域?qū)Ρ萚2]，探討了麻粒巖相變質(zhì)作用和變形事件的關(guān)系，取得了重大突破[3]。作者有幸在大青山北進(jìn)行1：25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，對(duì)分布與本區(qū)的興和巖群進(jìn)行較詳細(xì)研究，在興和巖群的變質(zhì)PTt軌跡研究上取得了一些認(rèn)識(shí)，以供參考。

興和巖群巖石組合經(jīng)歷了強(qiáng)烈的變形變質(zhì)作用，內(nèi)部已喪失了巖石地層的層序特征，是無(wú)序的。巖性主要為石榴黑云紫蘇斜長(zhǎng)麻粒巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、石榴二輝斜長(zhǎng)麻粒巖、角閃透輝斜長(zhǎng)片麻巖、角閃透輝石巖、含鐵石榴石英巖、長(zhǎng)英麻粒巖等。

斜長(zhǎng)麻粒巖變質(zhì)礦物的轉(zhuǎn)變（變質(zhì)反應(yīng)）：透輝石+斜長(zhǎng)石+紫蘇輝石 ■ 黑云母+角閃石+斜長(zhǎng)石+石英；斜長(zhǎng)石+石英+黑云母（黃褐色）+紫蘇輝石+石榴石■角閃石+黑云母（綠色）+石英（1P15b2）；紫蘇輝石+斜長(zhǎng)石+石英■微斜長(zhǎng)石+黑云母（褐色）+石英（1P15b1）；紫蘇輝石+斜長(zhǎng)石+黑云母+石英 ■次閃石+綠泥石+石英（1P15b33）；石榴石+斜長(zhǎng)石+角閃石■紫蘇輝石+斜長(zhǎng)石+石英。

長(zhǎng)英質(zhì)麻粒巖共生礦物組合：紫蘇輝石+斜長(zhǎng)石+石英；紫蘇輝石+石榴石+黑云母+石英；紫蘇輝石+角閃石+黑云

2. 興和巖群變質(zhì)巖石礦物的共生和轉(zhuǎn)變

區(qū)內(nèi)早前寒武紀(jì)變質(zhì)雜巖具有不同類型的變質(zhì)源巖，經(jīng)歷了十分復(fù)雜的變質(zhì)作用過程，同時(shí)又伴有動(dòng)力變質(zhì)和接觸變質(zhì)作用，形成了十分復(fù)雜的變質(zhì)巖類型。對(duì)于包括工作區(qū)在內(nèi)的包頭——白云鄂博一帶的早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖的變質(zhì)作用特征的研究，前人已經(jīng)作了大量的工作，取得大量的成果，普遍承認(rèn)這一地區(qū)的高級(jí)變質(zhì)雜巖經(jīng)歷了高角閃巖相——麻粒巖相的變質(zhì)作用。

2.1區(qū)內(nèi)高級(jí)變質(zhì)巖的礦物共生組合

區(qū)內(nèi)興和巖群和狼牙山紫蘇花崗質(zhì)片麻巖所顯示的礦物組合特征十分復(fù)雜，但紫蘇輝石的普遍存在表明區(qū)內(nèi)興和巖群和紫蘇花崗質(zhì)片麻巖經(jīng)歷了麻粒巖相變質(zhì)的變質(zhì)作用，同時(shí)，區(qū)內(nèi)巖石又顯示出角閃巖相變質(zhì)作用的組合，還有綠片巖相變質(zhì)作用的組合。這些些特征是對(duì)區(qū)域麻粒巖相變質(zhì)的不同階段和后期變質(zhì)作用對(duì)巖體的改造的體現(xiàn)，說明了區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用的復(fù)雜性。

變質(zhì)作用的標(biāo)志和特征

（1）麻粒巖相變質(zhì)作用的標(biāo)志和特征

下列礦物組合可以說明區(qū)內(nèi)興和巖群和烏拉山巖群中遭受到麻粒巖相的變質(zhì)：

①石榴石+紫蘇輝石+單斜輝石+斜長(zhǎng)石±紅褐色普通角閃石（石榴二輝暗色麻粒巖）

②紫蘇輝石+單斜輝石+斜長(zhǎng)石±紅褐色普通角閃石（角閃二輝暗色麻粒巖）

③石榴石+紫蘇輝石+單斜輝石+紅棕色黑云母+斜長(zhǎng)石±條紋長(zhǎng)石+石英（石榴黑云二輝中色麻粒巖）

④紫蘇輝石+單斜輝石+紅棕色黑云母+斜長(zhǎng)石±條紋長(zhǎng)石+石英（黑云二中色麻粒巖、紫蘇花崗質(zhì)片麻巖）

⑤透輝石＋石榴石＋斜長(zhǎng)石＋石英（石榴透輝石巖）

⑥石榴石+紫蘇輝石+紅棕色黑云母+斜長(zhǎng)石±條紋長(zhǎng)石+石英（石榴紫蘇黑云片麻巖）

這些組合大部分產(chǎn)于大青山幅內(nèi)興和巖群暗色麻粒巖巖組、中色麻粒巖巖組及紫蘇石英閃長(zhǎng)質(zhì)和部分紫蘇花崗質(zhì)片麻巖中，說明了本區(qū)變質(zhì)巖經(jīng)歷了麻粒巖相變質(zhì)作用，而麻粒巖中石榴石的廣泛存在存在意味著本區(qū)變質(zhì)作用的可能壓力較高。

（2）角閃巖相變質(zhì)作用的標(biāo)志和特征

下列礦物組合可以說明區(qū)內(nèi)興和巖群和狼牙山片麻巖中遭受到了角閃巖相變質(zhì)作用的影響：

①單斜輝石+斜長(zhǎng)石+褐色角閃石（角閃斜長(zhǎng)透輝巖、透輝斜長(zhǎng)角閃巖）

②褐色角閃石+斜長(zhǎng)石（斜長(zhǎng)角閃巖）

③褐色角閃石+斜長(zhǎng)石+石英（角閃斜長(zhǎng)片麻巖）

這些組合中，主要產(chǎn)于興和巖群石榴石英巖巖組、暗色麻粒巖巖組中，是一套角閃巖相（高角閃巖相）變質(zhì)作用的礦物組合。

（3）綠片巖相變質(zhì)的標(biāo)志和特征

綠片巖相變質(zhì)的標(biāo)志是巖石中出現(xiàn)綠色角閃石+斜長(zhǎng)石組合，表現(xiàn)為褐色角閃石、單斜輝石、石榴石退變?yōu)榫G色角閃石而保留殘余核。這一綠片巖相變質(zhì)組合是后期變質(zhì)作用疊加的結(jié)果。

2.2興和巖群變質(zhì)巖石礦物的轉(zhuǎn)變

通過對(duì)本區(qū)興和巖群麻粒巖中變質(zhì)共生礦物的研究 ，確定了興和巖群的主期變

質(zhì)作用經(jīng)歷了4個(gè)階段。

本區(qū)未受后期變形變質(zhì)疊加改造的地區(qū)，基性麻粒巖一般呈中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，各種礦物邊界呈三連式接觸，表明彼此為平衡共生。峰期階段常見的礦物組合為Hy+Di+Pl+Gt和Hy+Di+Hb+Pl，次要礦物組合有Di+Gt+Pl+Q，Di+Hy+Pl+Q，Hy+Gt+Bi+Pl+Q等。紫蘇輝石、透輝石和斜長(zhǎng)石普遍存在，是麻粒巖相變質(zhì)作用的代表。

在興和巖群少量基性麻粒巖中的紫蘇輝石偶見有褐綠色角閃石和斜長(zhǎng)石被包裹體（圖版1），既微粒紫蘇輝石與蠕蟲狀斜長(zhǎng)石及少許透輝石構(gòu)成后成合晶，為一個(gè)典型的近變質(zhì)反映結(jié)構(gòu)，其變質(zhì)反應(yīng)為石榴石+斜長(zhǎng)石+角閃石■紫蘇輝石+斜長(zhǎng)石+石英，暗示在紫蘇輝石之前有角閃石斜長(zhǎng)石組合存在，是早階段角閃巖相變質(zhì)的產(chǎn)物。

在興和巖群中的二輝麻粒巖出現(xiàn)環(huán)邊狀石榴石圍繞紫蘇輝石分布，形成反應(yīng)環(huán)邊結(jié)構(gòu)（圖版2）。其變質(zhì)反應(yīng)為：紫蘇輝石+斜長(zhǎng)石→透輝石+石榴石（+石英）。這是近等壓冷卻的代表性反應(yīng)。

角閃石取代輝石的變質(zhì)反應(yīng)是區(qū)域上存在的普遍現(xiàn)象，如角閃石代替輝石，輝石細(xì)粒化形成輝石鏈并被部分被角閃石取代（圖版3），新生角閃石具有良好的優(yōu)選方位，與輝石鏈平行。此外，區(qū)域上普遍存在一次明顯的變形，即片麻理構(gòu)造與輝石鏈平行或斜交。角閃石發(fā)育的各個(gè)階段均有大量的證據(jù)，從輝石邊部被細(xì)粒角閃石圍繞，到被角閃石大部分取代，輝石呈殘留體被角閃石包裹，以致于輝石基本消失，礦物一系列的轉(zhuǎn)變過程非常明顯。有的紫蘇輝石退變?yōu)榇伍W石和陽(yáng)起石，形成反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)。

3．興和巖群變質(zhì)溫度和壓力的估算

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大量的礦物對(duì)溫壓計(jì)資料，對(duì)興和巖群不同變質(zhì)階段的溫度和壓力進(jìn)行了計(jì)算。其結(jié)果如下：

3.1早期變質(zhì)條件

依據(jù)角閃石+斜長(zhǎng)石共生礦物和角閃巖相的標(biāo)準(zhǔn)溫壓條件，推斷興和巖群早期角閃巖相變質(zhì)階段的溫度為700 ℃——800℃，壓力為0.8 Gpa左右。

3.2麻粒巖相變質(zhì)階段的溫度計(jì)算

該階段礦物組合以二輝石代替角閃石為特征，根據(jù)高級(jí)區(qū)麻粒巖相巖石中礦物的共生組合特點(diǎn)。對(duì)興和巖群中的變質(zhì)峰期的共生礦物單斜輝石、斜方輝石進(jìn)行了電子探針分析（表1、表2、表3 ），利用二輝石地質(zhì)溫度計(jì)計(jì)算出該階段的溫度壓力（表4）。

結(jié)果表明興和巖群峰期變質(zhì)的溫度在836.273——1085.27℃之間，壓力在1.198——1.326Gpa之間。

3.3 近等壓階段冷卻的溫度

石榴石和斜方輝石、單斜輝石溫度計(jì)：興和巖群中近等壓冷卻階段形成礦物對(duì)為紫蘇輝石邊部的石榴石——單斜輝石。

用石榴石——斜方輝石溫度計(jì)對(duì)環(huán)紫蘇輝石邊部的石榴石和斜方輝石樣品B7699-4進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見表5。

注：Sen，S.K BhOteacharga.A，1984，計(jì)算公式：

用石榴石——單斜輝石溫度計(jì)對(duì)環(huán)紫蘇輝石邊部的石榴石和單斜輝石樣品母+B7699-4進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表6。

注：（1）Eills.D.J Greeh.D.H 1979，計(jì)算公式：

能夠代表近等壓冷卻階段的溫壓條件為溫度為800—1032OC，壓力為1.099Gpa。

3.4 角閃石+斜長(zhǎng)石溫度計(jì)

角閃石取代輝石的變質(zhì)反應(yīng)，采用（лерчук，1966）共存角閃石——斜長(zhǎng)石的Ca分配等溫線圖，求本區(qū)角閃石——斜長(zhǎng)石共生礦物對(duì)的變質(zhì)溫度。結(jié)果是石榴角閃二輝麻粒巖與紫蘇輝石邊部生長(zhǎng)的角閃石——斜長(zhǎng)石變質(zhì)溫度為870OC（見圖1）。

4. PTt軌跡及動(dòng)力學(xué)特征

以上四個(gè)階段不同世代礦物共生計(jì)算和變質(zhì)反應(yīng)推測(cè)的P—T條件，按先后順序排列1—4個(gè)溫度壓力點(diǎn)，連成一個(gè)逆時(shí)針演進(jìn)的變質(zhì)作用PTt軌跡圖(圖2)。從圖上可以看出興和巖群主期變質(zhì)、不同變質(zhì)階段的溫度集中分布在600—900OC之間；壓力變化區(qū)間在0.8—1.1Gpa之間。

4.1 峰期前變質(zhì)階段

該階段的巖石學(xué)標(biāo)志為紫蘇輝石和透輝石環(huán)繞角閃石、斜長(zhǎng)石的分布，顯示屬于高角閃巖相的變質(zhì)礦物組合。表明沉積的上殼巖當(dāng)時(shí)已進(jìn)入了深度超過25—30Km的下地殼，與太古宙地殼中普遍高熱流值相比較，此值顯示低異常，近地表成因的上殼巖進(jìn)入了如此深度，是較強(qiáng)烈的構(gòu)造加厚和同時(shí)引起的地殼熱擾動(dòng)，使地溫梯度呈低異常。由于本區(qū)峰期前存在構(gòu)造變動(dòng)為大規(guī)模平臥皺褶作用，是地殼加厚的根本原因，也是峰期前變質(zhì)的熱動(dòng)力條件[4]。

4.2 峰期變質(zhì)階段

峰期階段典型礦物組合為紫蘇輝石+透輝石+角閃石+石榴石+斜長(zhǎng)石+石英，是興和巖群主要礦物組合，該巖系PTt軌跡顯示出由峰期前變質(zhì)階段到峰期變質(zhì)階段為增溫增壓的過程。是強(qiáng)烈的構(gòu)造變動(dòng)和區(qū)域性高熱流共同作用的結(jié)果。使興和巖群巖石變質(zhì)為麻粒巖相的巖石。

4.3近等壓冷卻階段

其礦物轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)紫蘇輝石邊部新生成石榴石和透輝石。區(qū)域地質(zhì)和巖石學(xué)研究，結(jié)合同位素地球化學(xué)研究表明，該階段變質(zhì)溫壓條件與區(qū)域性重熔事件關(guān)系密切[5]。

結(jié)合盧良兆等對(duì)該地區(qū)的研究，本區(qū)興和巖群在該階段的變質(zhì)溫度為737-856°、壓力為1.09Gpa，因此，具備了發(fā)生深熔作用的條件。大量礦物轉(zhuǎn)化證據(jù)從巖理學(xué)角度證實(shí)本區(qū)深熔作用的存在，巖石中分布兩個(gè)世代的石榴石，早階段的石榴石與紫蘇輝石和透輝石共生；晚階段形成的石榴石，在榴石混合花崗巖中的粒度、形態(tài)、消光性和化學(xué)成分方面與殘留體麻粒巖中的石榴石不同， 這點(diǎn)表明榴石混合花崗巖中的石榴石不是巖漿直接結(jié)晶所成，而是來源于變質(zhì)巖中的礦物相，花崗巖中石榴石含量則較殘留體榴石二輝麻粒巖中石榴石多的多，且多呈粗大巨晶，使巖石呈現(xiàn)出特殊的斑雜狀構(gòu)造，表明它們?cè)谏钊圻^程中是不斷增大和聚集[6]。

4.4 峰期后降溫降壓階段

這階段開始的主要標(biāo)志是PTt向下，顯示出降溫和降壓的特點(diǎn)。麻粒巖中的各種輝石轉(zhuǎn)變?yōu)榻情W巖相的黃綠色角閃石。表明地殼上升的跡象。這階段溫度較大幅度降低主要反映上地幔釋放的熱流減弱，是地殼減薄的動(dòng)力學(xué)過程[7]。

通過上述興和巖群麻粒巖變質(zhì)PTt軌跡的研究，表明構(gòu)造環(huán)境類似碰撞造山帶，既上殼巖由于本身的構(gòu)造堆垛及相鄰地體的仰沖掩覆而進(jìn)入下部地殼，它們先經(jīng)歷了增溫增壓的過程；變質(zhì)峰期后出現(xiàn)的短暫的近等壓冷卻的變質(zhì)階段與區(qū)域性重熔事件關(guān)系密切；峰期后降溫降壓階段，代表地殼減薄的構(gòu)造環(huán)境的溫壓條件。斜長(zhǎng)石+石英；紫蘇輝石+斜長(zhǎng)石+鉀長(zhǎng)石+石英等。

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