遼東岫巖北部王家堡子一帶富鋁片麻巖的變質(zhì)作用及其地質(zhì)意義

甘宜成，董永勝，王鵬森，陳木森，王成志

吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061

0 引言

遼—吉造山帶位于華北克拉通東部陸塊內(nèi)，根據(jù)前人的研究結(jié)果，該帶的南北兩側(cè)分別與狼林地塊和龍崗地塊斷層接觸，為一條古元古代造山帶[1--2]。遼東地區(qū)是該帶的重要出露區(qū)，區(qū)內(nèi)大面積分布古元古代變沉積巖系—遼河巖群(進(jìn)一步劃分為南遼河巖群和北遼河巖群)[3]以及不同成因類型的花崗質(zhì)巖石和變基性巖墻等。近年來，有關(guān)遼河巖群的地質(zhì)研究取得了諸多進(jìn)展：遼河巖群層序地層的傳統(tǒng)認(rèn)識和研究方法得到了改變[4--5]；繼承性碎屑鋯石的研究顯示原劃各組地層其物質(zhì)來源均為遼吉花崗巖和造山帶邊部的太古宙變質(zhì)基底，形成時代為1.95～2.05 Ga之間[6--12]；變質(zhì)作用時代得到了較精確的限定[6,8,13]；對遼河巖群形成的地質(zhì)背景、構(gòu)造環(huán)境等也提出了新認(rèn)識[14--16]。由于造山帶變質(zhì)變形的復(fù)雜性，許多關(guān)鍵地質(zhì)問題還有待進(jìn)一步研究解決。

對于遼河巖群的變質(zhì)作用演化特征，以往的研究工作認(rèn)為北遼河群具有大陸碰撞帶的順時針P--T軌跡，變質(zhì)峰期后具近等溫減壓(ITD)過程[17--20]，而南遼河巖群具有峰期前增溫增壓、峰期后近等壓冷卻(IBC)的逆時針P--T演化軌跡[17--18,21]。筆者等在南遼河巖群分布區(qū)多處發(fā)現(xiàn)高級變質(zhì)的富鋁片麻巖--矽線堇青石榴黑云斜長片麻巖，巖相學(xué)研究表明，其典型礦物組合為Sil+Grt+Crd+Bt+Pl+Kfs+Qz，且存在典型的減壓反應(yīng)Grt+Sil+Qz→Crd，礦物組合特征及礦物相轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)反映其具有順時針P--T演化特征。筆者以該富鋁片麻巖為研究對象，進(jìn)行礦物學(xué)及變質(zhì)作用研究，為遼—吉造山帶的構(gòu)造演化研究提供有價值的新資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于遼東岫巖縣北部，區(qū)內(nèi)大面積出露古元古代南遼河巖群變沉積巖系和古元古代花崗質(zhì)巖石和變基性巖墻等。對于南遼河巖群變沉積巖系，前人自下而上將其劃分為里爾峪巖組、高家峪巖組、大石橋巖組和蓋縣巖組[3]。其中，里爾峪巖組主要為(磁鐵)黑云變粒巖--(磁鐵)電氣石變粒巖--淺粒巖巖石組合；高家峪巖組在區(qū)內(nèi)出露較少，主要為含石墨大理巖、片麻巖組合；大石橋巖組分為兩段，一段為大理巖夾云母片巖、變粒巖組合，二段為云母片巖夾變粒巖組合；蓋縣巖組主要為變質(zhì)石英砂巖--二云母片巖組合。但研究區(qū)處于遼—吉造山帶的強(qiáng)變形--變質(zhì)地區(qū)，在古元古代造山過程中，原始沉積地層卷入了造山帶不同地殼層次、發(fā)生了不同程度的變形變質(zhì)作用并在造山后的隆升過程中抬升出露地表，導(dǎo)致研究區(qū)在空間上表現(xiàn)出：①不同變質(zhì)程度、不同變形特征的變質(zhì)巖系相伴生；②各組地層在空間上展布不連續(xù)、形態(tài)不規(guī)則且常出現(xiàn)地層的構(gòu)造缺失或重復(fù)等現(xiàn)象。野外工作中所發(fā)現(xiàn)的富鋁片麻巖產(chǎn)于岫巖三家子鎮(zhèn)東部王家堡子一帶的南遼河巖群中，呈不規(guī)則的巖塊與大石橋巖組大理巖、蓋縣巖組云母片巖等呈斷層接觸(圖1)，依據(jù)富鋁片麻巖中出現(xiàn)電氣石，推測其應(yīng)是里爾峪巖組地層單元的組成部分。

2 富鋁片麻巖的巖石學(xué)及礦物組合特征

2.1 巖相學(xué)及不同世代礦物組合特征

樣品巖石類型為矽線石榴堇青黑云斜長片麻巖，采集的GPS點位為45°45′38″N，123°25′28″E。手標(biāo)本新鮮面灰黑色，片麻狀構(gòu)造，淡紅色石榴石肉眼可見(圖2)。顯微鏡下，礦物成分有矽線石(8%～10%)、石榴石(13%～15%)、堇青石(18%～20%)、黑云母(18%～20%)、斜長石(20%～22%)、鉀長石(3%～5%)、石英(20%～25%)、十字石(1%)及藍(lán)晶石(<1%)，巖石整體為斑狀變晶結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為中細(xì)粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)。石榴石呈變斑晶存在，他形粒狀，粒徑一般0.5～1 cm，常含黑云母、石英等礦物包體，但包體礦物基本無定向性(圖3a)。堇青石有兩種賦存狀態(tài)，一種呈他形不規(guī)則狀，常與針狀矽線石、黑云母、斜長石及石英等共生，延長方向與黑云母構(gòu)成的片麻理一致(圖3b)；一種呈石榴石的反應(yīng)邊，靠近石榴石的內(nèi)側(cè)干凈無包體礦物，外側(cè)可見矽線石殘留(圖3c)。黑云母呈片狀，棕黃色--淡黃色多色性，定向不連續(xù)排列構(gòu)成巖石的片麻理，另有少量呈細(xì)鱗片狀與石英共同為石榴石中的包體礦物?；|(zhì)中的長英質(zhì)礦物主要為石英和斜長石，堿性長石含量較少，可能與高溫條件下含鉀流體的遷移有關(guān)。十字石在黑云母和長石中呈包體存在(圖3d)，淡黃色--黃色多色性，半自形--他形，正高突起，半自形晶體的柱面平行消光，正光性，正延性。藍(lán)晶石在鉀長石中呈包體存在(圖3d)，無色，板柱狀，正高突起，負(fù)光性，正延性。十字石和藍(lán)晶石含量較低，屬于過穩(wěn)定礦物，寄主礦物的“屏蔽”作用才使它們得以保存下來。

圖2 富鋁片麻巖野外露頭照片F(xiàn)ig.2 Outcrops of Al-rich gneiss

由此可見，富鋁片麻巖中的礦物顯示了多世代的特征，其中，十字石、石榴石和藍(lán)晶石反映了變質(zhì)峰期前壓力峰期階段的礦物組成特點；變斑晶石榴石、堇青石以及基質(zhì)中矽線石、黑云母、斜長石、鉀長石和石英為峰期礦物組成；石榴石中呈包體存在的黑云母、斜長石和石英，應(yīng)形成于壓力峰期階段或更早；呈石榴石冠狀體產(chǎn)出的堇青石，代表了峰期后減壓階段的礦物組成，石榴石邊部及裂縫中的綠泥石和黑云母，則代表了晚期退變質(zhì)階段的礦物組成。

a.石榴石變斑晶內(nèi)的長石、石英和黑云母等早期礦物包體，邊部和裂隙中存在晚期退變質(zhì)形成的綠泥石和黑云母;b.巖石中堇青石和黑云母、矽線石、斜長石石英等共生;c.石榴石變斑晶邊部存在堇青石反應(yīng)邊;d.十字石以包體形式存在于黑云母和長石中,藍(lán)晶石被鉀長石包裹。Sil:矽線石；Grt:石榴石；Crd:堇青石；St:十字石；Bt:黑云母；Pl:斜長石；Qz:石英；Ky:藍(lán)晶石；Kfs:鉀長石。圖3 富鋁片麻巖顯微照片F(xiàn)ig.3 Microscopic photographs of Al-rich gneiss

2.2 礦物相轉(zhuǎn)變及變質(zhì)反應(yīng)結(jié)構(gòu)

上述不同世代的礦物(組合)記錄了豐富的變質(zhì)作用演化信息。根據(jù)巖相學(xué)特征，推測在峰期前可能存在Grt+St+Ky+Bt+Ms+Pl+Qz的礦物組合，代表了該片麻巖形成過程中的最高壓力條件，可稱為峰期前壓力高峰階段。富鋁巖系中形成石榴石、十字石和藍(lán)晶石的變質(zhì)反應(yīng)通常為：

Chl+Qz→Grt+H2O

Chl+Ms+Qz→Grt+Bt+H2O

Ms+Chl→St+Bt+Qz+H2O

Chl+St+Qtz→Grt+Ky+H2O

結(jié)合石榴石和其他基質(zhì)礦物中包體的特征，推測壓力峰期前更早階段的礦物組合至少應(yīng)包含Chl、Ms、Bt、Pl/Ab和Qz等礦物，它們在升溫升壓的進(jìn)變質(zhì)過程中形成了St、Ky等變質(zhì)礦物。

巖石中變質(zhì)峰期礦物組合為Sil+Grt+Crd+Bt+Pl+Kfs+Qz，矽線石和堇青石的出現(xiàn)代表了壓力降低溫度升高的條件，形成Sil和Crd的變質(zhì)反應(yīng)通常為：

Bt+Ms→Crd+含K流體

Ms+Qz→Sil+含K流體

此外，藍(lán)晶石可能也參與了矽線石的形成。它們均代表了升溫減壓的變質(zhì)條件。

上述變質(zhì)反應(yīng)均應(yīng)有鉀長石的形成，但巖石中鉀長石含量很少，推測是在上述脫水反應(yīng)過程中以含K流體的形式被帶離了體系。

石榴石邊部堇青石的反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)，則反映了峰期后的進(jìn)一步減壓。堇青石內(nèi)常有矽線石殘留，其變質(zhì)反應(yīng)為：

Grt+Sil+Qtz→Crd

此外，顯微鏡下還可見黑云母轉(zhuǎn)變?yōu)榫G泥石、石榴石沿裂隙轉(zhuǎn)變?yōu)榫G泥石等現(xiàn)象(圖3a),是晚期綠片巖相退變質(zhì)作用的結(jié)果。

3 富鋁片麻巖的礦物化學(xué)特征及變質(zhì)條件

礦物成分電子探針分析測試在吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院電子探針分析測試中心完成，采用儀器為JXA--8230型電子探針儀器，測試條件：加速電壓15 kV,束流10 nA,束斑1 μm；標(biāo)樣為SPI53標(biāo)準(zhǔn)礦物。研究區(qū)富鋁片麻巖代表性變質(zhì)礦物的化學(xué)成分分析結(jié)果見表1～4。礦物端元成分計算使用Geokit和AX2007程序。

3.1 礦物化學(xué)成分特征

3.1.1 石榴石

石榴石整體上以富FeO為特征(表1)，主要成分為鐵鋁榴石(Alm)(0.725～0.767)、鎂鋁榴石(Prp)(0.194～0.236)和鈣鋁榴石(Grs)(0.025～0.031)，錳鋁榴石(Sps)含量較少(0.009～0.013)。石榴石Mg#值(Mg/(Fe2++Mg))在0.203～0.245之間。石榴石從核部到幔部化學(xué)成分較均勻，沒有明顯變化，這說明在變質(zhì)峰期發(fā)生了均一化。核部相對富鎂，Mg#平均為0.231，邊部相對富鐵，Mg#平均為0.217(圖4)，顯示其在峰期后降溫過程中由于Fe--Mg交換反應(yīng)和擴(kuò)散作用發(fā)育的擴(kuò)散環(huán)帶。

表1 富鋁片麻巖中石榴石的化學(xué)成分

注: FeOT=Fe2O3+ FeO; Mg#=Mg /(Fe2++Mg)；C-石榴石核部；M-石榴石幔部；R(Pl)-石榴石邊部與斜長石相鄰;R(Crd)-石榴石邊部與堇青石相鄰。

圖4 富鋁片麻巖中石榴石的Prp-(Alm + Sps)-Grs圖解Fig.4 Prp-(Alm + Sps)-Grs diagram of garnet from Al-rich gneiss

3.1.2 黑云母

黑云母XMg(Mg/(Fe2++Mg))值變化在0.353～0.412，TiO2含量較低，為0.29%～0.43%(表2)。不同部位產(chǎn)出的黑云母成分有一定的差異。基質(zhì)中黑云母的XMg值比石榴石邊部的黑云母XMg值要低(基質(zhì)中黑云母：0.588～0.599，石榴石邊部黑云母：0.605～0.647)，而TiO2含量較高(基質(zhì)中黑云母:0.3%～0.43%,石榴石邊部黑云母：0.29%～0.31%)。而堇青石中黑云母包體XMg值和TiO2含量較高，Al2O3含量較低。黑云母內(nèi)Fe和Mg之間呈線性負(fù)相關(guān)，這體現(xiàn)了黑云母內(nèi)Mg--Fe的相互替代[22]。

3.1.3 斜長石

斜長石總體上An端元含量為An=21～25(表3)，屬于奧長石組分。其中基質(zhì)中斜長石An均=21.4，石榴石邊部分解的斜長石An均=24.4,可以看出基質(zhì)中斜長石組分比石榴石邊部的斜長石更接近An端元。這說明在后期退變質(zhì)過程中，石榴石中的鈣組分遷移到了斜長石后生合晶中。

3.1.4 堇青石

堇青石有兩種賦存狀態(tài):一種是基質(zhì)中和矽線石和黑云母、長英質(zhì)礦物共生的堇青石，一種是石榴石變斑晶邊部冠狀反應(yīng)邊的堇青石?？傮w上XMg值為0.771～0.821。 其中基質(zhì)中堇青石XMg值為0.798～0.821,石榴石變斑晶邊部堇青石XMg值為0.771～0.780，顯然基質(zhì)中堇青石更富鎂。這也說明了二者不是同一世代礦物。

表2 富鋁片麻巖中黑云母化學(xué)成分

Table 2 Chemical compositions of biotites in alumina-rich gneisses

/%

注:FeOT=Fe2O3+FeO;XMg=Mg /(Fe2++Mg); B(Grt)-石榴石邊部的黑云母；BM-基質(zhì)中的黑云母；BI(Crd)-包裹于堇青石中的黑云母。

表3 富鋁片麻巖中長石的化學(xué)成分

Table 3 Chemical compositions of feldspars in alumina-rich gneisses/%

樣品號16202點位P(Grt)P(Grt)P(Grt)MPMPMPSiO261.9560.8462.7962.2861.9761.65TiO20.000.010.000.000.000.00Al2O323.8124.7023.1723.5423.4822.99Cr2O30.000.000.010.000.020.01FeOT0.000.050.020.000.000.00MnO0.000.000.020.000.000.02MgO0.010.000.000.000.000.00CaO5.085.234.984.604.504.45Na2O8.648.448.909.079.109.04K2O0.060.060.060.090.070.05P2O50.100.020.120.000.000.00NiO0.030.010.040.000.000.00Total99.6999.36100.1099.5899.1498.21基于8個氧原子計算的陽離子數(shù)Si2.7552.7152.7812.7682.7672.777Ti0.0000.0000.0000.0000.0000.000Al1.2481.3001.2101.2331.2361.221Cr0.0000.0000.0000.0000.0000.000Fe3+0.0000.0020.0010.0010.0010.002Fe2+0.0000.0000.0000.0000.0000.000Mn0.0000.0000.0010.0000.0000.001Mg0.0010.0000.0000.0000.0000.000Ca0.2420.2500.2360.2190.2150.215Na0.7450.7300.7640.7820.7880.789K0.0030.0030.0030.0050.0040.003Ni0.0010.0010.0000.0000.0000.000Total4.9955.0014.9972.2402.2442.231An24.44225.41423.53421.76921.35121.351Ab75.20974.22876.14077.73478.25278.352Or0.3490.3590.3260.4970.3970.298

注: FeOT=Fe2O3+FeO; P(Grt)-石榴石邊部的斜長石; MP-基質(zhì)中的斜長石。

表4 富鋁片麻巖中堇青石的化學(xué)成分

Table 4 Chemical compositions of cordierites in alumina-rich gneisses/%

樣品號16S02點位CMCMCMC(Grt)C(Grt)C(Grt)SiO248.9148.6448.5248.6648.4348.95TiO20.000.000.010.000.000.01Al2O332.3833.9433.6333.4833.4033.70Cr2O30.040.000.010.030.040.00FeOT5.455.164.695.705.864.88MnO0.020.030.020.010.010.04MgO9.649.689.629.098.849.26CaO0.040.010.020.010.010.00Na2O1.270.430.500.570.710.48K2O0.050.000.030.010.010.01P2O50.000.000.010.010.010.00NiO0.000.010.000.010.040.00Total97.7897.8997.0597.5797.3597.33基于18個氧原子計算的陽離子數(shù)Si5.0074.9494.9704.9794.9745.007Ti0.0000.0000.0010.0000.0000.001Al3.9084.0714.0614.0384.0444.064Cr0.0030.0000.0010.0020.0030.000Fe3+0.0930.0880.0800.0980.1010.018Fe2+0.3730.3510.3210.3900.4030.399Mn0.0020.0030.0020.0010.0010.003Mg1.4711.4681.4691.3861.3531.412Ca0.0040.0010.0020.0010.0010.000Na0.2520.0850.0990.1130.1410.095K0.0070.0000.0040.0010.0010.001Ni0.0000.0000.0000.0000.0020.000Total11.12011.01511.01011.00911.02311.000XMg0.7980.8070.8210.7800.7710.780

注: FeOT=Fe2O3+FeO;C(Grt)-石榴石邊部堇青石;CM-基質(zhì)中堇青石。

3.2 富鋁片麻巖的變質(zhì)條件

由于峰期變質(zhì)條件的改造，變質(zhì)峰期前的溫壓條件已無法估算。推測進(jìn)變質(zhì)階段綠片巖相到低角閃巖相發(fā)生了Ms+Chl+Grt→St+Bt+Qz+H2O和Chl+St+Qtz→Grt+Ky+H2O反應(yīng)，并達(dá)到了壓力峰期。根據(jù)相關(guān)資料[23]和礦物組合判斷此階段的最小壓力應(yīng)該>5 kbar，溫度為550℃～600℃。

峰期及峰期后減壓階段的溫壓條件可利用相關(guān)礦物對地質(zhì)溫壓計獲得，具體計算結(jié)果見表5、表6。研究區(qū)富鋁片麻巖峰期階段Sil-Grt-Crd-Bt-Pl-Kfs-Qz平衡共生，所以可以采用Perchuk等的石榴石--黑云母(GB)溫度計[24--28]和Koziol等的石榴石--矽線石--石英--斜長石(GASP)壓力計[29--31]計算峰期階段的溫壓條件。礦物選取石榴石幔部，基質(zhì)中與矽線石共生的，在長英質(zhì)礦物之間的黑云母以及基質(zhì)中斜長石，得到峰期變質(zhì)條件為T=640℃～690℃，P=5.5～7.0 kbar(表5、表6)。

峰期后近等溫減壓階段，石榴石邊變斑晶出現(xiàn)堇青石反應(yīng)邊，針對堇青石的反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)，可以采用Bhattacharya等人的石榴石--堇青石(GC)溫度計[24--25,32]和Perchuk的石榴石--堇青石--夕線石--石英(GCAQ)壓力計[28]。礦物選取石榴石變斑晶邊部和與之臨近的堇青石成分，得到峰后減壓階段的變質(zhì)條件為T=560℃～660℃，P=4.7～4.9 kbar(表5、表6)。

表5 富鋁片麻巖(樣品16S02)的溫度條件計算

Table 5 Geothermometry of alumina-rich gneisses

(sample16S02)

溫度計LnKDT/℃峰期變質(zhì)階段Grt-Bt(6kbar)1.4776756446776496881.4816736436756496861.4916706406716466821.487671641672647683峰后減壓變質(zhì)階段Grt-Crd(5kbar)Gt-Bt(3kbar)2.4635615575616512.4105745695736582.4895555525576471.7945645575495615641.900539534516528545參考文獻(xiàn)123456

注：地質(zhì)溫度計引用文獻(xiàn):1.Thompson(1976);2.Holdaway and Lee(1977);3.Ferry and spear(1978);4.Hodges and spear(1982);5.Perchuk et al.(1985);6.Bhattacharya et al.(1988)。

表6 富鋁片麻巖(樣品16S02)的壓力條件計算

Table 6 Geobarometry of alumina-rich gneisses (sample16S02)

壓力計P/kbar峰期變質(zhì)階段Grt-Pl-Sil-Qz(680℃)5.66.27.15.76.37.25.56.07.05.56.27.1峰后減壓變質(zhì)階段Grt-Pl-Sil-Qz(680℃)Grt-Bt-Pl-Qz(540℃)4.74.94.72.93.0參考文獻(xiàn)12345

注：地質(zhì)壓力計引用文獻(xiàn)：1.Hodges and Crowely(1985);2.Koziol and Newton(1988);3.Koziol and newton(1989);4.Perchuk et al.(1985);5.Wu et al.(2004)。

石榴石邊部的鱗片狀黑云母和斜長石反映了降溫冷卻階段的變質(zhì)條件，即變質(zhì)反應(yīng)的封閉溫度。故采用Perchuk等的石榴石--黑云母(GB)溫度計[24--28]和吳春明的石榴石--黑云母--斜長石--石英(GBPQ)壓力計[33]，計算得到變質(zhì)條件為T=520℃～560℃,P=2.9～3.0 kbar(表5、表6)。

對于Grt--Bt地質(zhì)溫度計，應(yīng)考慮峰期后降溫過程Fe--Mg交換反應(yīng)和擴(kuò)散作用引起的礦物微區(qū)化學(xué)成分的不均勻性。筆者根據(jù)前人的工作經(jīng)驗[21]，利用石榴石變斑晶和基質(zhì)中處于長英質(zhì)礦物之間的黑云母的核部來估算峰期溫度，利用直接相鄰的石榴石和黑云母晶體邊緣反映降溫過程Fe--Mg交換反應(yīng)停止時的成分，對封閉溫度進(jìn)行估算。據(jù)此原則估算的溫度值見表5。綜合分析上述數(shù)據(jù)，研究區(qū)富鋁片麻巖峰期變質(zhì)條件為T=640℃～690℃，P=5.5～7.0 kbar，峰期后減壓階段T=560℃～660℃，P=4.7～4.9 kbar，之后的降溫過程中Fe--Mg交換反應(yīng)停止時的封閉溫度為T=520℃～560℃,P=2.9～3.0 kbar。

上述地質(zhì)溫壓計獲得的反映峰期變質(zhì)溫度的估算結(jié)果較礦物組合反映的形成條件偏低，考慮到峰期后退變質(zhì)作用過程中礦物化學(xué)成分的調(diào)整，所獲溫度值應(yīng)該介于峰期溫度和Fe--Mg交換反應(yīng)封閉溫度之間，其最高溫度值只能作為推斷變質(zhì)峰期溫度的參考。

4 富鋁片麻巖的變質(zhì)作用演化及地質(zhì)意義

4.1 變質(zhì)階段劃分和變質(zhì)作用演化

巖相學(xué)特征和礦物化學(xué)特征可以識別出4個階段的礦物共生組合。通過溫壓條件估算結(jié)合遼—吉造山帶的地質(zhì)背景，可以推斷本區(qū)富鋁片麻巖的形成經(jīng)歷的動力學(xué)演化過程：①研究區(qū)在變質(zhì)作用之前很長一個階段是表殼巖不斷沉積和埋深的過程，隨著構(gòu)造環(huán)境反轉(zhuǎn)，出現(xiàn)壓縮構(gòu)造體制，沉積地層構(gòu)造增厚并開始發(fā)生變質(zhì)作用，富鋁片麻巖的原巖隨著構(gòu)造增厚進(jìn)程，變質(zhì)程度不斷增強(qiáng)，早期M1階段是以Chl、Ms、Bt、Pl/Ab和Qz等為代表的綠片巖相礦物組合；②隨著埋深、壓力增大，十字石和藍(lán)晶石出現(xiàn)，形成M2階段 Grt+St+Ky+Bt+Ms+Pl+Qz組合，代表了巖石當(dāng)時最高的壓力條件和所處的最大深度，此時構(gòu)造增厚作用停止；③隨后進(jìn)入熱松弛階段，早期隨著地殼的緩慢隆升(減壓)和溫度的持續(xù)升高，形成了M3階段Sil+Grt+Crd+Bt+Pl+Kfs+Qz的變質(zhì)峰期礦物組合；④在溫度仍較高的減壓過程中，石榴石與矽線石、石英發(fā)生反應(yīng)，環(huán)繞石榴石形成堇青石冠狀體，形成M4-1階段Grt+Crd+Sil+Pl+Qz礦物組合；之后降溫冷卻，F(xiàn)e--Mg交換反應(yīng)停止，為M4-2階段，礦物組合為Grt+Bt+Pl+Qz；⑤隨著進(jìn)一步的隆升作用，巖石降溫降壓，發(fā)生了綠片巖相的退變質(zhì)作用。綠片巖相退變質(zhì)作用的另一個表現(xiàn)是在角閃巖相變質(zhì)巖石中發(fā)育的伸展構(gòu)造帶內(nèi)存在基性巖墻的侵入并發(fā)生了綠片巖相變質(zhì)(另文發(fā)表)，應(yīng)與上述富鋁片麻巖的綠片巖相退變質(zhì)作用大體同時。

富鋁片麻巖形成過程的上述溫壓條件變化，即升溫升壓達(dá)到壓力高峰--升溫減壓--降溫降壓過程，顯示了順時針P--T軌跡的演化態(tài)勢(圖5)。從進(jìn)變質(zhì)到壓力峰期的過程中出現(xiàn)十字石和藍(lán)晶石，溫壓條件越過Ms+Chl+Grt→St+Bt+Qz+H2O反應(yīng)線[23]；到達(dá)變質(zhì)峰期M2時，黑云母和白云母脫水熔融生成矽線石和堇青石，因此溫壓范圍應(yīng)該在白云母深熔線右側(cè)并且越過Ms+Qz→Sil+Melt反應(yīng)線[34]。之后M4-1階段石榴石邊部出現(xiàn)堇青石反應(yīng)邊表明進(jìn)一步減壓階段變質(zhì)溫壓條件越過了Grt+Sil+Qz→Crd反應(yīng)線[25]，最后進(jìn)入降壓冷卻階段。綜上所述，富鋁片麻巖經(jīng)歷了順時針的P--T演化軌跡，壓力峰期后升溫減壓，而后近等溫降壓最后冷卻進(jìn)入綠片巖相穩(wěn)定區(qū)域。

反應(yīng)(1)、(2)引自文獻(xiàn)[34]；反應(yīng)(3)、(4)引自文獻(xiàn)[25]；反應(yīng)5引自文獻(xiàn)[23]；反應(yīng)6引自文獻(xiàn)[40]，有所修改。圖5 富鋁片麻巖變質(zhì)作用P--T演化趨勢Fig.5 P--T evolution trend of metamorphism of Al-rich genisses

4.2 富鋁片麻巖的地質(zhì)意義

關(guān)于遼河巖群形成的初始構(gòu)造環(huán)境，前人建立了太古宙克拉通張裂形成的拗拉槽或大陸裂谷[35--37]、接近俯沖帶的活動大陸邊緣盆地或弧后盆地[38]和兩個不同大陸邊緣[39]等3種模式。近年來，王惠初等總結(jié)了大量研究資料，認(rèn)為遼河巖群原巖形成于活動大陸邊緣盆地(大陸邊緣巖漿弧的弧后盆地)，且所謂的“狼林地塊”不是一個太古宙陸塊, 而主要表現(xiàn)為一條古元古代巖漿弧，所謂的南、北遼河巖群只是二者當(dāng)時的沉積環(huán)境分別

更靠近古陸或者巖漿弧的差異[14]；陳斌等的研究工作也得出了類似的認(rèn)識，認(rèn)為北遼河巖群的基性巖脈應(yīng)該代表古元古代弧前玄武巖質(zhì)巖石，而古元古代遼吉花崗巖和同時代的火山作用發(fā)育于遼南地塊的北緣，可以近似代表古元古代大陸弧[41]；許王等則認(rèn)為遼東河欄鎮(zhèn)一帶(北遼河巖群出露區(qū))的變基性巖形成于相對成熟的弧后盆地[16]。吳福元等對狼林地塊的研究，認(rèn)為其主要由古元古代巖石組成，可視為中朝克拉通東部巨型元古宙造山帶的一部分[15]?？梢姡甑难芯空J(rèn)識雖仍有分歧，但裂谷成因的觀點已鮮有主張，主要爭議在于當(dāng)時大洋和大陸弧的空間位置問題，即遼河巖群(包括南、北遼河巖群)的沉積到底是在大洋內(nèi)(沿大洋兩側(cè)大陸邊緣)還是弧后盆地。

關(guān)于遼河巖群的變質(zhì)作用及其動力學(xué)過程，如前文所述，前人的研究結(jié)果認(rèn)為北遼河巖群和南遼河巖群分別具有順時針P--T軌跡和逆時針P--T軌跡的演化特征。但新近的研究發(fā)現(xiàn)，南遼河巖群中的石榴斜長角閃巖(原巖為侵入南遼河巖群中的基性巖墻)具有碰撞造山的順時針P--T軌跡[42]，本文所研究的富鋁片麻巖也表現(xiàn)出順時針P--T演化的態(tài)勢。遼吉造山帶內(nèi)與南遼河巖群可對比的遼南集安巖群也獲得了近于一致的結(jié)果[43--44]。研究顯示，南、北遼河巖群不同類型變質(zhì)巖石中變質(zhì)鋯石均顯示1.90～1.95 Ga的年齡峰，應(yīng)是該造山帶古元古代的一個主要變質(zhì)階段[6,8,13]；另一1.85 Ga±的變質(zhì)年齡峰值，為該帶第二個強(qiáng)烈的變質(zhì)階段，應(yīng)代表區(qū)域構(gòu)造折返的年齡時限，具體表現(xiàn)為變質(zhì)巖系典型近等溫減壓反應(yīng)的發(fā)生以及廣泛的深熔作用[8]。對遼—吉造山帶內(nèi)與南、北遼河巖群相當(dāng)?shù)募霞矌r群、老嶺巖群的變質(zhì)年代學(xué)研究也獲得了類似的結(jié)果[6,8,45]。

綜合遼—吉造山帶上述地質(zhì)背景、變質(zhì)作用演化特征以及變質(zhì)時限等方面的研究資料，認(rèn)為遼河群甚至遼—吉造山帶內(nèi)的古元古代變沉積巖系可能具有相似的形成環(huán)境并經(jīng)歷了相同的造山變質(zhì)作用演化過程。是否存在逆時針P--T軌跡或它們應(yīng)處于什么樣的具體構(gòu)造部位，還有待進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

(1)南遼河巖群存在高級變質(zhì)的富鋁片麻巖，變質(zhì)峰期典型礦物組合為Sil+Grt+Crd+Bt+Pl+Kfs+Qz，峰期后存在典型的減壓反應(yīng)Grt+Sil+Qz→Crd，礦物組合特征及礦物相轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)反映其具有順時針P--T演化特征。

(2)地質(zhì)溫壓計估算的富鋁片麻巖峰期變質(zhì)條件為T=640℃～690℃，P=5.5～7.0 kbar；峰期后減壓階段變質(zhì)條件為T=560℃～660℃，P=4.7～4.9 kbar。

(3)南、北遼河巖群可能具有相同的形成背景，并在古元古代經(jīng)歷了相同的變質(zhì)作用演化過程。