內(nèi)蒙古化德地區(qū)區(qū)域變質(zhì)作用類型及成因分析

劉德強+丁心科+張蓓+云萌+張迪

摘要：內(nèi)蒙古化德地區(qū)屬華北陸塊北緣晚古生代增生帶，經(jīng)歷的構(gòu)造變動強烈，巖漿活動頻繁，變質(zhì)巖作用表現(xiàn)較明顯，區(qū)域變質(zhì)巖由不同時代變質(zhì)巖系構(gòu)成，根據(jù)變質(zhì)巖石類型、變質(zhì)礦物共生組合和標(biāo)型礦物特征、變質(zhì)作用的特點分為區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用和區(qū)域低溫動力變質(zhì)作用兩種類型，主要發(fā)生于中一新元古代和古生代兩個階段。

關(guān)鍵詞：化德地區(qū)；區(qū)域變質(zhì)作用類型；成因分析

經(jīng)過呂梁運動，華北古大陸形成了較為穩(wěn)定、統(tǒng)一的克拉通，中元古代初克拉通發(fā)生伸展一裂解事件，伴隨伸展裂解作用，巖漿侵入活動也十分強烈，新元古代時期，華北地塊北緣再次遭受伸展構(gòu)造作用，并伴隨堿性巖漿活動，變質(zhì)作用較為明顯；早古生代晚期，華北地塊北緣轉(zhuǎn)入擠壓構(gòu)造體制，隨著古蒙古洋的俯沖消減作用，在華北地塊北緣形成溝一弧一盆體系，其主要俯沖增生一碰撞時間發(fā)生在古生代，以弧增生方式為主，是古亞洲洋俯沖增生作用的產(chǎn)物，形成了大量的俯沖增生雜巖：內(nèi)蒙古隆起受古亞洲洋俯沖、閉合過程的影響，在晚古生代發(fā)生了重要的構(gòu)造隆升，隆起之上發(fā)育巨厚的中新元古代和早古生代地層，受構(gòu)造變動影響，變質(zhì)巖作用表現(xiàn)較明顯。

一、區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)屬華北陸塊北緣晚古生代增生帶，地層系統(tǒng)屬華北地層區(qū)內(nèi)蒙古草原地層分區(qū)，出露的地層主要有：長城系白云鄂博群尖山組、上古生界下二疊統(tǒng)三面井組、額里圖組。中新生界覆蓋全區(qū)，出露的地層有上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組、瑪尼圖組、白音高老組、下白堊統(tǒng)大磨拐河組、新近系寶格達(dá)烏拉組及第四系不同成因類型的地層單元。區(qū)內(nèi)構(gòu)造變動強烈，巖漿活動頻繁，變質(zhì)巖作用表現(xiàn)較明顯，可劃分為華北陸塊北緣新元古代淺變質(zhì)巖系及古生代增生區(qū)淺變質(zhì)巖系。

二、區(qū)域變質(zhì)巖石類型

區(qū)域變質(zhì)巖是研究區(qū)最為發(fā)育的變質(zhì)巖系，受變質(zhì)地質(zhì)體為新元古代尖山組和古生代增生帶淺變質(zhì)巖系，各變質(zhì)單位由于變質(zhì)變形程度的不同，形成的變質(zhì)巖石類型復(fù)雜多樣。其中青白口系尖山組為區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用產(chǎn)物，變質(zhì)程度達(dá)到低角閃巖相一綠片巖相：古生代增生區(qū)淺變質(zhì)巖系發(fā)育于古生界碎屑巖、火山巖中，經(jīng)歷了低綠片巖相高溫亞相和低綠片巖相低溫亞相變質(zhì)作用。

（一）華北陸塊北緣新元古代淺變質(zhì)巖系

新元古代變質(zhì)巖系為新元古界白云鄂博群尖山組，分布于八一大隊南、黃寶房子北，二者變質(zhì)變形程度相似，巖石組合為石英巖、大理巖、千枚狀變質(zhì)粉砂巖、變質(zhì)砂巖等。

（二）古生代增生帶淺變質(zhì)巖系

古生代增生帶淺變質(zhì)巖系主要由三面井組和額里圖組組成，巖石變質(zhì)程度低，不同程度地保留了原巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征，變質(zhì)作用以重結(jié)晶和變質(zhì)結(jié)晶作用為主，主要有變質(zhì)碎屑巖類、變火山巖類及少量大理巖類。

三、區(qū)域變質(zhì)作用類型及特征

區(qū)域變質(zhì)巖由不同時代變質(zhì)巖系構(gòu)成，根據(jù)變質(zhì)巖石類型、變質(zhì)礦物共生組合和標(biāo)型礦物特征，進行變質(zhì)相的劃分。根據(jù)區(qū)域變質(zhì)作用的特點分為區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用和區(qū)域低溫動力變質(zhì)作用兩種類型。

（一）新元古代區(qū)域變質(zhì)作用

中一新元古界尖山組變質(zhì)程度淺，通過野外宏觀地質(zhì)特征和巖石學(xué)特征研究直接可恢復(fù)原巖，根據(jù)所出露巖石礦物組合為綠片巖相。代表性變質(zhì)巖石組合及變質(zhì)礦物組合見表1。

中一新元古生代變質(zhì)巖石的變質(zhì)礦物未出現(xiàn)硬綠泥石和多硅白云母，相當(dāng)于低壓低綠片巖相，根據(jù)變質(zhì)礦物組合，變質(zhì)礦物反應(yīng)關(guān)系，以及實驗巖石學(xué)推測該相變質(zhì)作用溫壓條件為：壓力5～8×10P a，溫度300～400℃，屬低壓相系。

區(qū)內(nèi)尖山組組的變質(zhì)強度在空間上差異表現(xiàn)不明顯，變質(zhì)相均為綠片巖相，屬低綠片巖相的一套淺變質(zhì)巖，原巖組構(gòu)發(fā)育，巖層近北東東向展布，反映白云鄂博群變質(zhì)巖原巖建造為一套正常沉積的碎屑巖一碳酸鹽巖建造。該期變質(zhì)作用疊加于早期變質(zhì)作用之上。使古元古代高綠片巖相一低角閃巖相變質(zhì)巖系發(fā)生綠片巖相退變質(zhì)作用。

（二）古生代增生區(qū)淺變質(zhì)巖系的區(qū)域變質(zhì)作用

古生代增生區(qū)淺變質(zhì)巖系為一套低級的淺變質(zhì)巖系，形成的變質(zhì)礦物較為單一，反映的變質(zhì)程度相當(dāng)于低綠片巖相低溫亞相，變質(zhì)帶相當(dāng)于絹云母一綠泥石變質(zhì)帶、黑云母帶。但不同的原巖形成的變質(zhì)礦物也有所區(qū)別，代表性變質(zhì)巖石組合及變質(zhì)礦物組合見表2。

區(qū)內(nèi)古生代淺變質(zhì)巖系變質(zhì)程度變質(zhì)強度在空間上差異不明顯，變質(zhì)相均為低綠片巖相，三面井組巖石組合為變質(zhì)粉砂巖、變質(zhì)長石砂巖夾大理巖，巖石中除廣泛分布的絹云母、綠泥石等變質(zhì)礦物外還出現(xiàn)了紅褐色黑云母等反應(yīng)較強的變質(zhì)礦物。而在額里圖組巖石組合為一套中性火山巖，變質(zhì)礦物出現(xiàn)納長石、陽起石。

根據(jù)某些變質(zhì)礦物組合的出現(xiàn)和消失以及他們所代表的特定變質(zhì)反應(yīng)，進行分析類比，將上述劃分的變質(zhì)帶歸納為一個變質(zhì)相，即綠片巖相。包括：絹云母一綠泥石帶；黑云母帶或鈉長石一陽起石帶。

根據(jù)變質(zhì)中性巖中Act+Ms或Ab+ser+Bi組合和變質(zhì)泥巖中ser+chl+Bi+Q組合的出現(xiàn)，其中變質(zhì)泥質(zhì)巖中ser+Q組合和變質(zhì)中性巖中的ser組合，大致相當(dāng)于特納所劃分的鈉長石一絹云母一綠泥石亞相，屬絹云母一綠泥石級的板巖一千枚巖型的低變質(zhì)階段，典型的變質(zhì)帶為絹云母一綠泥石帶。變質(zhì)泥巖中的Ms+Bi+ch1組合和變質(zhì)中性巖中的Act+Ab組合，大致相當(dāng)于特納所劃分的鈉長石一綠簾石一黑云母亞相。相應(yīng)的變質(zhì)帶屬典型的黑云母帶或鈉長石一陽起石帶。變質(zhì)作用類型為區(qū)域低溫動力變質(zhì)作用。根據(jù)變質(zhì)礦物組合、變質(zhì)礦物反應(yīng)關(guān)系，以及實驗巖石學(xué)推測該相變質(zhì)作用溫壓條件為：壓力5～8×10Pa，溫度300～400℃，屬低壓相系。

四、變質(zhì)作用類型的成因分析

區(qū)域變質(zhì)作用類型是造山帶演化過程中不同階段的產(chǎn)物，反映了不同的大地構(gòu)造環(huán)境和地球動力學(xué)過程，記錄了造山作用的熱動力條件和歷史。內(nèi)蒙古化德地區(qū)區(qū)域變質(zhì)巖較為發(fā)育，受變質(zhì)地質(zhì)體為新元古代尖山組和古生代增生帶淺變質(zhì)巖系，青白口系尖山組為區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用產(chǎn)物，變質(zhì)程度達(dá)到低角閃巖相一綠片巖相：古生代增生區(qū)淺變質(zhì)巖系發(fā)育于古生界碎屑巖、火山巖中，經(jīng)歷了低綠片巖相高溫亞相和低綠片巖相低溫亞相變質(zhì)作用，本區(qū)區(qū)域變質(zhì)作用主要經(jīng)歷了以下階段：

（一）中元古代初克拉通發(fā)生伸展一裂解事件，伴隨伸展裂解作用，巖漿侵入活動也十分強烈，新元古代時期，華北地塊北緣再次遭受伸展構(gòu)造作用，伴隨堿性巖漿活動，變質(zhì)作用類型以熱流作用為主，該階段地殼中熱流活動較為強烈，巖漿作用明顯，構(gòu)造變形強度較弱，導(dǎo)致較高溫區(qū)域變質(zhì)作用的熱源以熱流作用為主，應(yīng)力作用次之，形成了區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用類型，隨后局部發(fā)生了低溫退化變質(zhì)作用。反映造山作用晚期的時候，主要造山過程已經(jīng)結(jié)束，地殼趨于穩(wěn)定，巖石中的殘余熱量在緩慢釋放，使得已經(jīng)發(fā)生變質(zhì)的巖石發(fā)生輕微的退化變質(zhì)現(xiàn)象。

（二）早古生代晚期，華北地塊北緣轉(zhuǎn)入擠壓構(gòu)造體制，發(fā)生俯沖作用，隨著古蒙古洋的俯沖消減作用，華北地塊北緣形成了溝一弧一盆體系。內(nèi)蒙古隆起受古亞洲洋俯沖、閉合過程的影響，在晚古生代發(fā)生了重要的構(gòu)造隆升，古生代為俯沖增生一碰撞的主要時間段，形成以低綠片巖相為主的區(qū)域低溫動力變質(zhì)作用類型。古生代增生帶淺變質(zhì)巖系伴隨強烈的全區(qū)性的構(gòu)造變形，應(yīng)力作用大于熱流作用，巖漿作用不明顯，變質(zhì)作用所需的熱量主要來源于構(gòu)造運動產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化，構(gòu)造變形強烈，變質(zhì)作用的溫度較低。