吉南龍崗巖群四道砬子河巖組泥質片麻巖變質作用

鄭常青，王 博，王琳琳，李美慧

1.吉林大學地球科學學院，長春 130061 2.自然資源部東北亞礦產資源評價重點實驗室，長春 130061

0 引言

華北克拉通是世界著名、中國最大的古老克拉通之一，其基底可分為東部陸塊、陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊3個太古宙陸塊，以及孔茲巖帶、華北中部帶和膠—遼—吉帶3個早元古代活動帶[1-2]。與其他克拉通相比，華北克拉通有著更為復雜多變的構造演化，尤其是東部陸塊最為顯著特點是以多期次的新太古代構造熱事件為特征[3-9]。近年來，諸多學者對華北克拉通東部陸塊的太古宙結晶基底開展了大量的巖石學、地球化學及年代學工作，取得了較為豐富的研究成果：識別出華北克拉通東部陸塊新太古代(約2.5 Ga)為近等壓冷卻(IBC)型逆時針變質作用p-T演化軌跡[2]；東部陸塊早元古代(1.95～1.85 Ga)膠—遼—吉帶變質作用是先呈近等溫減壓(ITD)型順時針隨后近IBC型逆時針變質作用p-T演化軌跡[10]。但學者們對東部陸塊新太古代構造巖漿事件的地球動力學機制仍存在一定的爭論，目前主要有微陸塊拼貼過程中發生的俯沖—碰撞作用[6, 11-12]、板塊俯沖導致的碰撞造山帶作用[13-15]以及地幔柱環境[9, 16-19]3種觀點。

吉林南部夾皮溝地區及其鄰區太古宙變質雜巖是華北克拉通東部陸塊的重要組成部分，主體巖石組合主要包括2.6～2.5 Ga英云閃長質-奧長花崗質-花崗閃長質片麻巖(TTG片麻巖)和少量變質沉積巖組成的表殼巖系[20-25]。該地區早前寒武紀變質巖系構造位置獨特，巖石類型與變質作用演化復雜，使得這一地區成為解決華北克拉通早前寒武紀變質地質、大陸地殼演化、甚至板塊構造啟動等問題的關鍵地區。然而相比于華北克拉通其他地區較為廣泛的討論和系統的研究，吉南夾皮溝地區的研究稍顯薄弱，可能是受到該地區植被覆蓋廣泛、露頭嚴重風化的影響[24-26]。前人針對夾皮溝地區太古宙變質巖的研究主要集中在20世紀90年代，其中葛文春等[27]認為該區太古宙雜巖的麻粒巖相變質作用具有近IBC型逆時針變質作用p-T演化軌跡特征。

前述信息表明，華北克拉通東部陸塊太古宙基底巖系，變質作用演化總體以具有近IBC型逆時針p-T演化軌跡特征，但具有近ITD型順時針p-T演化軌跡的太古宙變質巖在一些克拉通上也有報道[28-30]。筆者經前期初步研究發現，吉南夾皮溝地區龍崗巖群泥質片麻巖總體具有近IBC型逆時針變質演化軌跡的巖相學特點，但其變質時代、變質p-T條件及其構造背景仍需要進一步確認和研究?；诖耍疚囊札垗弾r群四道砬子河巖組泥質片麻巖為研究對象，在充分開展野外調查的基礎上，進行巖相學、激光拉曼光譜分析、礦物化學、變質礦物世代演化、變質p-T條件、變質作用p-T演化軌跡和鋯石U-Pb定年等系統研究，確定吉南龍崗巖群泥質片麻巖變質作用演化與成因，探討其形成的構造背景，為深入探討華北克拉通東部陸塊太古宙結晶基底演化提供詳實資料。

1 區域地質背景

吉南夾皮溝地區位于華北克拉通東部陸塊北緣東段太古宙基底出露區(圖1a)，太古宙變質巖主要有變質表殼巖和變質深成侵入體(圖1b)。變質表殼巖自下而上為龍崗巖群四道砬子河巖組、楊家店巖組，夾皮溝巖群老牛溝巖組、三道溝巖組，主要巖石類型有片巖、片麻巖、變粒巖、斜長角閃巖、石英巖和麻粒巖等，含條帶狀含鐵建造(BIF)。該期變質作用熱流體活動強烈，遞增變質明顯。該區變質深成侵入巖發育，主要有TTG片麻巖和鉀質花崗巖，晚期的紫蘇花崗巖、變質花崗巖(淺色塊狀花崗巖)。變質相主體屬于綠片巖相—角閃巖相，局部可達麻粒巖相。

據文獻[21]修編。

本文研究區位于吉林省南部樺甸市夾皮溝鎮附近(圖2)，區內出露新太古代—中生代地質單元，整體呈近東西及偏北東向展布。區內斷裂構造發育，在老牛溝村—夾皮溝鎮發育一條北西向斷裂帶，形成較為強烈的構造破碎帶和糜棱巖化帶，局部發育飛來峰構造。區內新太古代地質單元出露有龍崗巖群、夾皮溝巖群，總體以TTG片麻巖和變質表殼巖為主。龍崗巖群主要分布在老金廠鎮附近，不同期次花崗質巖石的侵入，致使該巖群呈大小不等的包體賦存于變質深成侵入體之中。其中：龍崗巖群的四道砬子河巖組變質巖石組合為石榴黑云斜長片麻巖、矽線石榴黑云二長片麻巖、矽線藍晶石榴黑云斜長片麻巖、含石榴石斜長角閃巖；楊家店巖組變質巖石組合為基性麻粒巖、斜長角閃巖。有學者先后報道了本區變質表殼巖測年結果，利用鋯石同位素U-Pb測年結果為(2 536±16)Ma，解釋為巖漿作用年齡[26]；(2 510±2)Ma、(2 509±12)Ma，解釋為變質作用年齡[23]。

2 樣品描述

本文研究樣品主要采自吉南夾皮溝地區老牛溝村—后油房村附近的泥質片麻巖，采樣坐標為127°23′38″E，42°55′54″N，采樣位置見圖2。

據文獻[31]修編。

2.1 巖相學特征

根據野外及顯微鏡下巖相學研究，將泥質片麻巖類劃分為如下4種巖石類型。

石榴黑云二長片麻巖(樣品號Lng-11-1)該巖石總體為斑狀變晶結構，變斑晶為細小粒狀石榴石集合體，基質為細粒片狀粒狀變晶結構，弱片麻狀構造、條帶狀構造。礦物組成主要為石榴石(10%)、黑云母(20%～25%)、斜長石(35%～40%)、石英(10%～15%)、堿性長石(15%～20%)以及少量白云母(小于1%)。石榴石呈自形、細粒狀，內部干凈，單體粒徑為0.1～0.2 mm，這些細小的石榴石相對集中，顆粒之間有微粒的石英、黑云母和斜長石等礦物(圖3a)，石榴石集合體粒徑為1.0～2.0 mm；黑云母細小鱗片狀，粒徑為0.3～0.7 mm，深褐色—淺黃色多色性；斜長石粒狀，發育聚片雙晶，粒徑為0.5～1.0 mm；石英粒狀，粒徑為0.4～0.8 mm；堿性長石粒狀，輕微蝕變，粒徑為0.5～1.0 mm。此階段礦物顆粒細小、弱定向，變形相對較弱，該巖石巖相學特征可能代表變質結晶作用的早期階段。

含藍晶石榴黑云二長片麻巖(樣品號Lng-12)該巖石總體為斑狀變晶結構，變斑晶為藍晶石及石榴石，弱片麻狀構造。礦物組成主要為藍晶石(5%)、石榴石(10%)、黑云母(25%)、石英(15%)、斜長石(30%～40%)以及堿性長石(15%～20%)。藍晶石呈不規則板狀，粒徑為2.5 mm，與細小黑云母鑲嵌生長(圖3b)；石榴石粒徑為0.3～0.5 mm，與黑云母呈鑲嵌狀生長，變斑晶粒徑約為2.0 mm；黑云母鱗片狀，粒徑為0.3～0.7 mm，深褐色—淺黃色多色性；石英粒狀，粒徑為0.5～1.0 mm；斜長石粒狀，發育聚片雙晶，粒徑為0.5～1.0 mm；堿性長石粒狀，輕微蝕變，粒徑為0.5～1.0 mm。該巖石中石榴石微粒集合體局部已經連片，呈現較大的變斑晶狀。

含矽線藍晶石榴黑云二長片麻巖(樣品號Lng-11-2,Lng-13-2)該巖石整體為斑狀變晶結構，變斑晶為石榴石和藍晶石，基質為中細粒纖狀片狀粒狀(或粒狀片狀)變晶結構，條帶狀構造。該巖石礦物分布極不均勻，局部已呈現為矽線藍晶石榴黑云母片巖。礦物組成為矽線石(5%)、藍晶石(10%)、石榴石(10%)、黑云母(20%～30%)、石英(10%)、條紋長石(15%)、斜長石(25%～30%)，以及極少量白云母(小于1%)。矽線石一部分呈細針狀，位于石榴石變斑晶內部，另一部分呈柱狀，局部可見柱狀矽線石穿切板狀藍晶石(圖3c)；藍晶石呈板狀，與黑云母鑲嵌生長；石榴石變斑晶呈團塊狀，其內部含有定向的細針狀矽線石，以及細小片狀黑云母、斜長石、石英包體，石榴石內部定向與基質片理一致，表明石榴石內部細小矽線石與基質中矽線石屬于同期產物(圖3d)；黑云母片狀，粒徑為0.3～0.7 mm，深褐色—淺黃色多色性，與石榴石、藍晶石、矽線石鑲嵌接觸(圖3c, d)；石英粒狀，粒徑為0.4～0.8 mm；條紋長石板狀，發育顯微條紋結構；斜長石粒狀，發育聚片雙晶，粒徑為0.6～1.0 mm。該巖石中石榴石、矽線石、藍晶石、黑云母、斜長石、條紋長石、石英平衡共生，礦物組合屬于第一矽線石帶[32]，變質強度達到中級變質[33]。

a.細粒的石榴石變斑晶內部包裹黑云母(Lng-11-1，單偏光)；b.板狀藍晶石與細小鱗片狀黑云母鑲嵌生長(Lng-12，單偏光)；c.板狀的藍晶石被柱狀的矽線石穿切(Lng-13-2，單偏光)；d.石榴石變斑晶內部含有定向矽線石(Lng-11-2，單偏光)；e.粒狀藍晶石圍繞具有殘縷結構的石榴石生長(Lng-10-2，正交偏光)；f.石榴石旋轉雪球結構(Lng-10-2，正交偏光)；g.暗色片理帶出現非定向、自形、細粒的藍晶石(Ky2)，與小片狀白云母共生(Lng-10-2，單偏光)；h.受構造變形作用改造，板狀藍晶石碎裂，邊部轉變為針柱狀矽線石(Lng-10-2，正交偏光)。Bi.黑云母；Mus.白云母；Grt.石榴石；Qz.石英；Pl.斜長石；Kf.鉀長石；Ky1.第一世代藍晶石；Ky2.第二世代藍晶石；Sil1.第一世代矽線石；Sil2.第二世代矽線石。

藍晶矽線石榴黑云鉀長片麻巖(樣品號Lng-10-2)該巖石整體為斑狀變晶結構，變斑晶為石榴石，具有殘縷變晶結構(圖3e)、旋轉雪球結構(圖3f)，基質為細粒纖狀片狀粒狀變晶結構，片麻狀構造、條帶狀構造。礦物組成為石榴石(15%)、藍晶石(10%)、矽線石(10%)、微斜條紋長石(20%～25%)、斜長石(20%～25%)、黑云母(5%)、石英(20%)以及極少量白云母(小于1%)。石榴石變斑晶較大，粒徑已達3.0～5.0 mm，被拉長定向，其內部含有毛發狀矽線石(圖3e, f)及少量黑云母，矽線石主要集中在石榴石變斑晶的核部，黑云母在變斑晶邊部(圖3e)，其中，石榴石內部矽線石殘縷定向，與基質片理斜交，表明石榴石內部矽線石形成世代早于基質中礦物組合。藍晶石主要有兩種形態，一部分呈半自形—自形粒狀，圍繞石榴石變斑晶生長(圖3e)，或切割黑云母片理分布(圖3g)；另一部分呈破碎板狀，外圍被針柱狀矽線石包裹，具有藍晶石轉變矽線石進變質過程(圖3h)。由此可見，巖石中的藍晶石存在兩個世代：進變質階段中尚未被矽線石完全取代的呈破碎板狀殘留的藍晶石，退變質階段細粒狀自形切割片理的藍晶石。第一矽線石帶的矽線石呈毛發狀，分布于石榴石內部；第二矽線石帶的矽線石呈針柱狀，分布在基質中定向構成片理，或分布在破碎板狀藍晶石周圍。微斜條紋長石板狀，粒徑為0.5～0.8 mm，發育顯微條紋結構。斜長石粒狀，發育聚片雙晶，粒徑為0.5～0.9 mm。黑云母一部分重結晶形成較大顆粒的片狀黑云母，粒徑為0.7～1.2 mm，深紅褐色—淺黃色多色性；另一部分遭受綠泥石化，和白云母共生。石英粒狀，粒徑為0.5～1.0 mm。該巖石中礦物定向改造明顯，變質變形較強，達到變質作用峰期，在高溫條件下存在矽線石、石榴石、鉀長石、黑云母、石英的礦物組合，變質強度達到麻粒巖相；同時，巖相學顯示存在粒狀第二世代藍晶石及少量白云母組合，存在峰后期退變質過程。

2.2 激光拉曼光譜特征

為了進一步確定樣品中相似狀態的藍晶石和矽線石以及二者的先后世代關系，對上述礦物進行了激光拉曼光譜分析。激光拉曼光譜分析在自然資源部東北亞礦產資源評價重點實驗室地質流體實驗室完成，使用型號為Renishaw System-100的激光拉曼光譜儀(分析精度為1 cm-1)，Ar+離子激光器波長為514 nm，掃描范圍為200～1 300 cm-1，對樣品中藍晶石和矽線石進行激光拉曼光譜分析。分析點位見圖4頻譜圖中的左上角附圖，其中圖4a, c分析點位于樣品Lng-13-2中矽線石穿切藍晶石的部位(圖3c的局部)，圖4b, d的分析點位于樣品Lng-10-2中切割黑云母片理的藍晶石及其周圍針狀分布的矽線石的部位(圖3g的局部)。通過激光拉曼對以上點位分析，取得的頻譜峰值特征分別符合矽線石、藍晶石特征。其中矽線石有2個明顯的主峰，分別為234、308 cm-1(圖4a, b)；藍晶石有3個明顯的主峰，分別位于299、384～389、485 cm-1，兩期藍晶石的主峰基本相同，次峰略有差異(圖4c, d)。

圖4 研究區泥質片麻巖中藍晶石及矽線石激光拉曼光譜分析結果

3 巖石地球化學特征

全巖主量元素、微量元素分析在中國冶金地質總局第一地質勘查院測試中心完成。主量元素分析采用X射線熒光光譜儀(XRF)測定，精度高于5%；微量元素采用等離子質譜儀(ICP-MS)測定，具體測試條件和步驟參考文獻[34]的論述。本文選取4件樣品(Lng-10-2，Lng-11-1，Lng-12，Lng-13-2)進行了全巖主量、微量及稀土元素含量分析，具體結果見表1。

表1 研究區泥質片麻巖主量、微量及稀土元素組成

3.1 主量元素特征

研究區泥質片麻巖的SiO2質量分數為58.55%～67.51%，總體屬于較富硅范疇；Al2O3質量分數為15.73%～17.55%，表現富鋁質特征；Fe2O3質量分數為5.01%～8.70%，FeO質量分數為3.78%～6.15%，MgO質量分數為1.98%～2.82%，TiO2質量分數為0.43%～0.79%，鐵、鎂、鈦質量分數相對較低；CaO質量分數為2.06%～2.99%；Na2O質量分數為3.76%～5.50%，K2O質量分數為1.83%～2.65%，表現出較富鈉、略低鉀的特征。巖石整體為較富硅、富鋁、貧鐵鎂、低鈦的特征，具有富鋁質的泥質巖石特征。

3.2 微量元素特征

研究區泥質片麻巖的大離子親石元素(Rb、Ba和Sr)在4個樣品中質量分數總體變化不大，在微量元素蛛網圖上表現出Sr弱虧損的特征(圖5a)；相容元素(Cr、Ni和Sc)在4個樣品中質量分數稍有變化，但總體接近，分別為50.42×10-6～92.58×10-6、23.13×10-6～51.48×10-6和10.71×10-6～22.12×10-6；高場強元素(Zr、Hf、Nb、Ta、Y、Th、U)在4個樣品中，除個別樣品(Lng-10-2)Nb、Ta和Y質量分數相對較低，其余樣品的元素質量分數均變化不大。

3.3 稀土元素特征

研究區泥質片麻巖的稀土元素總量變化不大，w(ΣREE)為148.24×10-6～217.70×10-6，LREE/HREE值為7.22～13.28，(La/Yb)N為7.22～22.73，稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖呈現右傾斜(圖5b)，總體顯示為LREE富集、HREE相對虧損，表明輕重稀土分餾較強，與北美頁巖(NASC)[36]、后太古代澳大利亞頁巖(PAAS)以及上地殼平均成分相似[35]，說明研究區泥質片麻巖的成分類似上地殼巖石；δEu值為0.76～1.08，平均值為0.90，除Lng-12為弱正異常外，其余樣品呈微弱的負異常，表明其物源中可能有成熟度較低的弧物質加入[37]；δCe值為1.03～1.11，平均值為1.06，基本無異常。

原始地幔和球粒隕石元素值據文獻[35]。

3.4 原巖恢復

為了確認泥質片麻巖的原巖類型，本文利用尼格里參數(al+fm)-(c+alk)-Si圖解[38-39]進行投影，該圖解不僅劃分出火山巖和沉積巖區，還劃分了兩種典型類型的沉積巖，即泥質沉積巖和砂質沉積巖。通過投影，樣品點均落在靠近泥質沉積巖的區域(圖6a)。

相比主量元素，稀土元素化學性質穩定性更強，受各種交代作用影響較弱。本文利用La/Yb-w(ΣREE)判別圖解[36, 39](圖6b)進一步判斷泥質片麻巖的原巖類型。通過投影，樣品點主要落在頁巖區域，僅有樣品Lng-13落在砂巖區域。綜合以上結果，認為吉南夾皮溝地區泥質片麻巖的原巖主要以泥質沉積巖為主，兼有部分砂巖。

a.尼格里參數(al+fm)-(c+alk)-Si圖解，底圖據文獻[38-39]；b.La/Yb-w(ΣREE)判別圖解，底圖據文獻[36, 39]。

4 鋯石U-Pb年齡

鋯石分選工作在河北省區域地質調查院完成。首先將樣品清洗干凈后晾干并粉碎至80～100目，然后經水粗淘、強磁分選、電磁分選和酒精細淘后，在顯微鏡下挑選出表面潔凈、透明度好、裂隙相對較少的鋯石制作環氧樹脂樣品靶。在北京鋯年領航科技有限公司完成透射光、反射光以及陰極發光(CL)圖像的采集工作。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學測試在自然資源部東北亞礦產資源評價重點實驗室LA-ICP-MS實驗室完成。激光剝蝕使用Coherent(相干)公司GeoLasPro型193 nm ArF準分子激光器，質譜儀為Agilent(安捷倫)公司7900型ICP-MS質譜儀。激光條件：激光束斑直徑為32 μm，激光能量密度為10 J/cm2，剝蝕頻率為8 Hz。使用標準鋯石91500(1 062 Ma)作為外標進行同位素比值校正，標準鋯石PLE為監督盲樣。元素含量以國際標樣NIST610為外標、Si為內標元素進行計算。測試結果采用軟件ICPMSDataCal[40]處理完成，普通鉛校正使用Andersen[41]的方法計算，諧和年齡及圖像使用Isoplot[42]完成。

本文對研究區內兩個泥質片麻巖樣品(Lng-10-2和Lng-13-2)進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，結果見表2。

表2 研究區泥質片麻巖代表性鋯石U-Th-Pb同位素數據

4.1 鋯石CL圖像特點

兩個泥質片麻巖樣品的鋯石特點大致相同，主要為無色透明短柱狀及不規則粒狀，自形—半自形，鋯石顆粒較小，長軸為50～150 μm，短軸為30～70 μm，長寬比在1∶1～2∶1之間。在鋯石陰極發光(CL)圖像中，部分鋯石發光強度較弱，多數鋯石顯示振蕩環帶，表明其為巖漿成因。多數鋯石發育核-邊結構，增生邊為8～15 μm(圖7)。

圖7 研究區泥質片麻巖代表性鋯石陰極發光圖像

對樣品Lng-10-2的28顆鋯石和樣品Lng-13-2的21顆鋯石共進行了77個點分析測試，分析點多數位于結構均勻的具有核-邊結構鋯石的核部及增生邊，結果顯示具有振蕩環帶的核部鋯石Th、U質量分數分別為32.11×10-6～701.34×10-6、72.02×10-6～1 837.99×10-6，Th/U值為0.15～0.93(均大于0.1)，表明為巖漿成因鋯石[43-45]；鋯石邊部的Th質量分數很低，Th/U值為0.01～0.09(均小于0.1)，表明其為變質成因[46]。

4.2 分析結果

通過對樣品Lng-10-2的37個測點進行分析，結果表明207Pb/206Pb年齡范圍在2 665.13～2 440.43 Ma之間，主要存在兩組諧和年齡(圖8a, b)，分別是(2 547±16)Ma(MSWD=1.3,n=17, 具有振蕩環帶的巖漿鋯石)和(2 506±15)Ma(MSWD=1.08,n=18, 變質增生邊)，計算加權平均年齡分別為(2 531±16)Ma(MSWD=1.01,n=17, 核部)和(2 495±15)Ma(MSWD=0.96,n=18, 邊部)；對樣品Lng-13-2的40個測點進行分析，結果表明207Pb/206Pb年齡范圍在2 600.00～2 354.02 Ma之間，同樣存在兩組諧和年齡(圖8c, d)，分別是(2 509±26)Ma(MSWD=2.4,n=24, 具有振蕩環帶的巖漿鋯石)及(2 462±46)Ma(MSWD=2.7,n=16, 變質增生邊)，計算加權平均年齡分別為(2 506±21)Ma(MSWD=1.8,n=24, 核部)和(2 442±28)Ma(MSWD=2.1,n=16, 邊部)。綜上所述，具有振蕩環帶的巖漿鋯石年齡為2 531～2 506 Ma，應為泥質片麻巖的原巖年齡；變質增生邊年齡為2 495～2 442 Ma，為泥質片麻巖的變質年齡。

圖8 研究區泥質片麻巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

5 變質礦物及變質p-T條件

5.1 礦物化學

單礦物電子探針分析在自然資源部東北亞礦產資源評價重點實驗室電子探針實驗室完成。電子探針分析儀型號為JAX-8230型(日本電子株式會社生產)，測試條件設置為：加速電壓15 kV、束流10 nA、束斑1 μm，標樣為氧化物或硅酸鹽。礦物端元組分計算使用Geokit程序[47]。本文針對泥質片麻巖中的礦物進行了詳細的研究，主要測試礦物有石榴石、長石、黑云母和白云母，測試結果見表3—5。

5.1.1 石榴石

樣品中石榴石主要為鐵鋁榴石，端元組成摩爾分數為：鐵鋁榴石(Alm)為65.40%～78.36%，鎂鋁榴石(Pyr)為11.57%～31.25%，鈣鋁榴石(Gro)為2.05%～4.26%，錳鋁榴石(Spe)為0.78%～7.48%(表3)。不同的樣品存在差異，樣品Lng-10-2中的石榴石Mg質量分數普遍較高，而Mn、Ca質量分數相對較低。在石榴石成分與變質帶關系圖解(圖9a)[48]中，本區石榴石成分全部投在矽線石帶上，但是有一部分偏向藍晶石帶(樣品Lng-11-1, Lng-11-2, Lng-12, Lng-13-2)，屬于第一矽線石帶石榴石，另一部分靠近矽線石帶下部(樣品Lng-10-2)，屬于第二矽線石帶石榴石，這和巖相學觀察相一致；在石榴石化學成分CaO-MgO-(FeO+MnO)圖解(圖9b)[48]中，本區石榴石成分分布于麻粒巖相區(樣品Lng-10-2)及角閃巖相區貼近于麻粒巖相的一側。石榴石的成分變化記錄了變質作用演化各個階段的信息，同時表明研究區部分泥質片麻巖達到麻粒巖相條件。

I.角閃巖相；II.麻粒巖相；III.榴輝巖相。底圖據文獻[48]。

5.1.2 長石

樣品Lng-10-2中的鉀長石為微斜條紋長石，其x(Ab)=9.81%～18.40%，x(Or)=79.91%～89.91%，x(An)普遍較低，為0.18%～1.68%；斜長石，x(An)=19.45%～22.53%，x(Ab)=76.98%～79.83%(表4)，根據長石成分圖解(圖10)，斜長石投影點主要落在更長石區，且分布范圍較為集中，各個樣品中的斜長石成分沒有明顯變化。

Kf.鉀長石；Pl.斜長石。

5.1.3 云母

樣品中黑云母XMg值在0.49～0.75之間，TiO2質量分數主要在1.67%～4.80%之間(表5)。在w(TiO2)-FeO/(FeO+MgO)變質相分類圖解(圖11)中，樣品Lng-10-2的黑云母成分投在麻粒巖相區，說明部分泥質片麻巖達到麻粒巖相變質作用條件；部分樣品(Lng-10-2)含有少量白云母，呈不規則片狀，略具定向性，SiO2質量分數變化在45.80%～47.22%之間，可能為退變質過程中體系發生水化反應[49]。

底圖據文獻[48]。

5.2 變質作用p-T條件及演化軌跡

利用傳統地質溫壓計估算各變質階段溫壓條件，溫壓估算結果見表6、7。結合特征變質礦物，本文所選擇的地質溫壓計為石榴石-黑云母溫度計(GB)[50-54]、石榴石-Al2SiO5-石英-斜長石壓力計(GASP)[55-56]、石榴石-黑云母-斜長石-石英壓力計(GBPQ)[57]和石榴石-黑云母-白云母-Al2SiO5-石英壓力計(GBMAQ)[58]。

表6 研究區泥質片麻巖的溫度條件計算

峰前期M1階段：選擇細粒自形、不含包體、變斑晶相對松散的石榴石和石榴石相鄰的黑云母，以及基質中的斜長石成分，估算峰前期進變質階段溫壓條件，利用GB溫度計和GASP、GBPQ壓力計估算峰前期進變質階段(M1)T=468～515 ℃,p=(3.8～4.3)×105kPa。

峰期M2階段：選擇具有旋轉雪球結構、核部含有毛發狀矽線石的巨型石榴石變斑晶幔部，基質中粒度較大、與柱狀矽線石共生的片狀黑云母以及基質中殘留的斜長石成分，估算峰期變質階段的溫壓條件，利用GB溫度計和GASP、GBPQ壓力計估算峰期變質階段(M2)T=703～760 ℃,p=(6.6～7.1)×105kPa。

峰后期M3階段：選擇石榴石變斑晶的外邊緣和石榴石外邊緣緊密接觸的細小黑云母、與黑云母共生的白云母以及細粒斜長石成分，估算峰后期退變質階段的溫壓條件，利用GB溫度計和GASP、GBPQ、GBMAQ壓力計估算退變質階段(M3)T=552～591 ℃,p=(5.5～6.0)×105kPa。結合巖相學特征，峰后期M3階段的礦物組合中存在自形粒狀藍晶石，其壓力不會大幅低于峰期M2階段壓力；M3階段發生矽線石轉變為藍晶石的過程主要為降溫過程，在退變質階段，泥質片麻巖經歷了等壓冷卻的變質作用過程。

依據巖相學及變質反應結構，可識別出3個階段的礦物共生組合。峰前期進變質階段礦物組合為M1:Grt+Bi+Pl+Qz±Mus±Ky1±Sil1，其中Ky1為板狀的第一期藍晶石，Sil1為石榴石變斑晶內部細針狀定向的第一期矽線石，進變質階段泥質片麻巖經歷了溫度和壓力升高的過程，由于藍晶石和矽線石的存在，它們一般是由葉臘石(Pyp)進變質而成，推斷可能發生了以下反應Pyp→Al2SiO5+3Qz+H2O。峰期變質階段礦物組合為M2: Grt+Sil2+Kf+Bi+Pl+Qz，從進變質到峰期的變質過程中，可能發生了如下反應：Ky1→Sil2, Mus+Qz→Sil2+Kf+H2O[56, 59]。退變質階段礦物組合為M3: Ky2+Grt+Bi+Pl+Qz+Mus，從峰期到峰后期退變質階段的過程中，藍晶石以細粒自形晶體出現，可能發生以下反應：Sil2→Ky2。

峰前期進變質階段(M1)礦物組合中，以黑云母+斜長石+石英+白云母組合為代表礦物，計算溫壓結果表明該階段礦物組合屬于中壓角閃巖相；峰期階段(M2)礦物組合中，以石榴石+矽線石+鉀長石為代表礦物，形成于約750 ℃、7×105kPa的p-T條件下，具有典型的麻粒巖相變質作用；峰后期退變質階段(M3)以藍晶石取代矽線石為代表，溫度降低100～150 ℃。綜上所述，得到泥質片麻巖為近IBC型逆時針的變質作用p-T演化軌跡(圖12)。

Crd.堇青石。

6 討論

6.1 變質作用時代

前已述及，吉南地區是華北克拉通東部陸塊重要的太古宙基底出露區，近年來，越來越多的太古宙相關研究工作相繼在吉南夾皮溝、和龍、靖宇、白山和通化等地展開[23-26, 60-65]，取得了較為豐富的研究成果。吉南地區最古老的TTG片麻巖為出露于通化三源浦地區的英云閃長片麻巖，形成于2 698～2 683 Ma[61]，其巖漿來源于新生地殼，揭示了約2.70 Ga的地殼增生過程。李鵬川[65]在白山地區發現了2.66～2.60 Ga的英云閃長-奧長花崗質片麻巖，表明該地區存在新太古代早期巖漿活動。Guo 等[24-26]對夾皮溝地區以及和龍花崗綠巖帶進行研究，認為新太古代巖漿事件總體可劃分為2 688～2 654 Ma和2 588～2 536 Ma兩期，較早一期主要有斜長角閃巖、斜長片麻巖等組成，較晚一期主要有英云閃長巖、奧長花崗巖等花崗質片麻巖和少量變質表殼巖組成，其主體形成于2.6～2.5 Ga，并認為其生長機制可能與俯沖作用有關的弧-陸側向增生過程相聯系。王朝陽等[62]對通化地區花崗質片麻巖進行研究，依據SiO2質量分數將花崗質片麻巖分為兩組，其中二長、奧長花崗質片麻巖及英云閃長質片麻巖原巖形成于2 557～2 549 Ma，石英二長閃長質片麻巖及花崗閃長質片麻巖原巖形成于2 552～2 534 Ma，二者都遭受了約2.5 Ga的變質作用改造，認為其巖漿來源于新生地殼物質部分熔融，暗示該時期地殼生長可能形成于活動大陸邊緣環境。宋健等[23]對夾皮溝地區的TTG片麻巖進行研究，獲得了兩組約2 509 Ma TTG巖漿鋯石年齡結果，并認為該地區約2 509 Ma高級變質事件與巖漿事件幾乎同時發生，可能與地幔柱環境下的巖漿底侵作用有關。

本次同位素年代學研究結果表明，具有振蕩環帶的巖漿鋯石年齡為2 531～2 506 Ma，應為泥質片麻巖的原巖年齡，暗示區域內2.53～2.50 Ga新太古代晚期巖漿事件的存在，與近年來前人有關遼北—吉南地區同時代地質體年代學研究結果基本一致[4, 23-26, 62-64, 66-68]；同時，本文研究的泥質片麻巖樣品Lng-10-2中含有兩顆2.69～2.67 Ga的捕獲鋯石(表2，測點號18-19)，207Pb/235U年齡為(2 691.93±19.16)Ma和(2 671.87±18.34)Ma，其時代與研究區東側通化三源浦地區的英云閃長片麻巖年齡2 698～2 683 Ma[61]一致，表明區域內也可能存在2.70～2.67 Ga的新太古代早期巖漿事件。此外，變質增生邊年齡為2 495～2 442 Ma，為泥質片麻巖的變質年齡，表明本區泥質片麻巖同時記錄了2.50～2.45 Ga的變質事件，這也與區域上變質表殼巖及TTG片麻巖所記錄的2 510～2 480 Ma變質作用時代相近[3, 66, 69-72]。以上研究表明，巖漿作用與變質作用在發生時間上非常接近，二者時間間隔在50 Ma左右，與前人論述的在華北克拉通東部陸塊約2.5 Ga變質巖普遍經歷IBC逆時針變質作用p-T演化軌跡的變質過程基本一致，表明華北克拉通東部陸塊晚太古宙基底變質作用和形成TTG巖石的巖漿作用是同一熱構造事件的產物[16, 20-21, 66, 70, 73-76]。

6.2 構造背景

本次研究表明，與世界上大多數太古宙巖石變質演化特征相似，華北克拉通東部陸塊吉南夾皮溝地區的泥質片麻巖也經歷了以近IBC型逆時針p-T演化軌跡為特征的變質作用，峰期變質程度達到麻粒巖相。前已述及，有關華北克拉通東部陸塊太古宙麻粒巖相變質作用的大地構造環境，一般有3種不同的認識：微陸塊拼貼過程中發生的俯沖—碰撞作用[6, 11-12]、板塊俯沖導致的碰撞造山帶作用[13-15]以及地幔柱環境[9, 16-19]。Zhao[18]認為，解釋新太古宙東部陸塊地殼形成演化的構造模式須解釋以下事實：1)2.55～2.50 Ga的TTG巖石侵入體呈面狀分布，無系統的年齡遞增規律；2)高溫科馬提巖與基性麻粒巖共生；3)表殼巖雙峰火山式組合(基性玄武巖和酸性英安巖、英安質流紋巖，缺少大量安山巖)；4)變質作用p-T演化軌跡以近IBC型逆時針為特征；5)TTG巖石侵位與區域變質作用時間間隔很短，小于50 Ma；6)太古宙結晶基底廣泛發育的TTG穹窿構造。在本次研究的同時，已有學者初步發現了在本文采樣地附近出露的基性麻粒巖中含有超鎂鐵質巖包體，其包體具有科馬提巖的性質，形成年齡約2 512 Ma(未發表)。本次研究取得的泥質片麻巖年代學特征、變質作用演化特征，以及本區廣泛發育的TTG穹窿構造，均表明區域內變質表殼巖和TTG片麻巖的形成與地幔柱環境下的巖漿底侵作用相關。

基于以上討論和本次研究的結果，對華北克拉通東部陸塊基底巖石的變質作用和構造演化提出了以下設想：在早太古代至中太古代，華北克拉通東部陸塊存在原始大陸地殼，主要以鞍山地區3.8～3.3 Ga花崗質片麻巖及伴生表殼巖[77]、冀東地區約3.8 Ga TTG片麻巖為代表[78]。由于晚太古代構造熱事件的廣泛改造，這些物質的來源、初始位置和構造背景仍然未知。在2.6～2.5 Ga，由于上地幔柱與巖石圈的相互作用，東部陸塊產生了大量超鎂鐵質—鎂鐵質火山巖和TTG深成巖體，根據晚太古代綠巖地體(含科馬提巖)的數量和麻粒巖相地體分布情況，推斷晚太古代東部地塊存在多個地幔柱，地幔柱抬升巖石圈和上覆大陸地殼，從而導致巖石圈拉伸，發生廣泛的超鎂鐵質—鎂鐵質火山作用(科馬提巖和玄武巖)。同時，地幔柱對上地幔的熱傳導導致玄武質或角閃質巖石部分熔融，形成TTG穹窿。地幔柱向地殼的熱傳遞也導致了區域變質作用，起初溫度相對較低的羽流頭部加熱地殼，導致進變質作用(M1)，靠近熱柱頭部的地殼經歷了角閃巖相變質作用，形成高級變質區域(如吉南地區)，而遠離熱柱頭部的地殼經歷了綠片巖相變質作用，形成低級變質區域；隨后，熱柱“尾”繼續向上加熱地殼，導致角閃巖相到麻粒巖相的峰值變質作用(M2)；最后，加熱的地殼經歷了近等壓冷卻(M3)，加熱的影響隨著羽流活動的終止而停止[79]。這一構造熱過程與華北克拉通東部陸塊吉南龍崗巖群四道砬子河泥質片麻巖逆時針方向的變質作用p-T演化軌跡一致。

當然，單一的地幔柱模式可能無法解釋地殼早期演化的諸多問題，近年來也有諸多學者在遼北—吉南地區的研究認為華北克拉通東部陸塊太古宙巖石的構造背景與板塊運動有關[62-63, 67, 80-82]。劉樹文等[83]認為，在新太古代晚期，板塊構造體制已經是最主要的殼幔動力學體制，地幔柱構造體制、板塊構造與地幔柱聯合作用體制仍然在局部地區存在，但其作用的范圍和強度已經明顯減小，地幔柱和板塊俯沖的動力學體制可能是相互關聯的此消彼長的動力學過程，而不是單一事件導致的突變過程。但需要注意的是，地球經歷了持續變冷的過程，太古宙的地殼和地幔要比現今的溫度高出許多[84]，即使太古宙存在地幔柱和板塊俯沖作用，其特點與現今的相應機制也是存在一定差異的，許多在現今地形中適用的地質標志，同樣在太古宙出現卻可能不具有指示意義[85]。

表7 研究區泥質片麻巖的壓力條件計算

7 結論

1)龍崗巖群四道砬子河巖組泥質片麻巖經歷了3個階段變質演化，分別為峰前期進變質階段(M1)，Grt+Bi+Pl+Qz±Mus±Ky1±Sil1；峰期變質階段(M2)，Grt+Sil2+Kf+Bi+Pl+Qz；峰后期退變質階段(M3)，Ky2+Grt+Bi+Pl+Qz+Mus。

2)通過傳統地質溫壓計，獲得泥質片麻巖峰前期進變質階段的溫壓條件為T=468～515 ℃,p=(3.8～4.3)×105kPa；峰期變質階段的溫壓條件為T=703～760 ℃,p=(6.6～7.1)×105kPa；峰后期退變質階段的溫壓條件為T=552～591 ℃,p=(5.5～6.0)×105kPa。泥質片麻巖具有典型的近IBC型逆時針變質作用p-T演化軌跡特征。反映了在地幔柱與巖石圈相互作用的環境中，變質作用與大量的幔源巖漿底侵作用有關。

3)泥質片麻巖的鋯石核部為巖漿成因、邊部為變質成因，通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，結果表明泥質片麻巖的原巖形成時代不早于2 531～2 506 Ma，變質作用時代為2 495～2 442 Ma，屬于新太古代變質熱事件產物。

致謝：吉林省區域地質調查所周曉東研究員對本文的采樣工作提出了指導性意見；自然資源部東北亞礦產資源評價重點實驗室電子探針實驗室、地質流體實驗室、LA-ICP-MS實驗室對礦物化學成分、激光拉曼分析和鋯石U-Pb測年提供了技術支持；吉林大學地球科學學院楊巖、郭騰達、周梟、孫曉蕾等同學在樣品處理、電子探針和鋯石定年工作上給予幫助，并提供了一些地球化學方面討論的建議，在此表示感謝！