東南極拉斯曼丘陵斯圖爾內斯半島及鄰區(qū)片麻巖變質作用：相平衡模擬與鋯石年代學*

佘一民 王偉 程素華 趙越 劉曉春

1.中國地質科學院地質力學研究所，北京 1000812.中國地質大學(北京)，北京 1000833.自然資源部古地磁與構造重建重點實驗室，北京 100081

東南極普里茲構造帶是東南極巖石出露最廣泛的地區(qū)之一，包括埃默里冰架東緣、拉斯曼丘陵及西福爾丘陵等普里茲灣沿岸地區(qū)，西南可延至內陸格羅夫山(圖1b；Zhaoetal.,1995;劉小漢等,2002;俞良軍等,2002;Liuetal.,2009a,b;Tongetal.,2017)。已有研究表明該構造帶遭受了新元古代格林威爾期(Grenvillian)和晚新元古代-早古生代泛非期(Pan-African)兩期構造-變質事件(Zhaoetal.,1991,1992,1995;Hensen and Zhou,1995;Fitzsimonsetal.,1997;Tongetal.,2017;劉曉春,2018)。不同區(qū)域內兩期變質事件發(fā)育程度不同，不同程度的疊加作用使變質歷史及分布特征復雜化。先前的研究已取得了重要進展，但由于不同程度疊加變質作用的存在，對不同地區(qū)兩期變質事件性質的認識尚存分歧。一種觀點認為新元古代格林威爾期變質作用反映了羅迪尼亞超大陸相關的碰撞造山過程，泛非期的變質作用代表了陸內改造(Wilsonetal.,2007;Tongetal.,2002,2014)；另一種觀點認為早期的格林威爾期變質作用是局部的，泛非期的變質作用占主導地位，反映了早古生代岡瓦納大陸匯聚相關的碰撞造山過程(Zhaoetal.,1991,1992,1995;Hensen and Zhou,1995;Carsonetal.,1997;Liuetal.,2009b)。這些分歧產生的原因包括：缺少對該地區(qū)不同地質單元變質歷史的全面了解，缺乏變質作用期次與時代之間的對應關系等。因此，對該區(qū)出露巖石進行深入研究有助于加強對該地區(qū)變質歷史的了解，也有助于進一步理清普里茲構造帶的多期變質熱事件的屬性以及各自對應的大地構造背景。

圖1 斯圖爾內斯半島及鄰區(qū)地質簡圖(據(jù)劉曉春,2009修改)Fig.1 Geological sketch map of the Stornes Peninsula and its adjacent region (modified after Liu,2009)

拉斯曼丘陵是普里茲構造帶主要出露區(qū)域，本文對拉斯曼丘陵西部斯圖爾內斯半島及鄰區(qū)獲取的泥質/雜砂質片麻巖進行了變質作用和年代學研究?；谧钚碌臒崃W數(shù)據(jù)庫和礦物模型，利用THERMOCALC軟件在(Mn)NCKFMASHTO體系中模擬計算P-T相圖，確定了變質條件及P-T軌跡，并基于鋯石定年確定了主要變質作用對應的時代，進而探討了斯圖爾內斯半島及鄰區(qū)片麻巖的變質演化及其構造意義。

1 區(qū)域地質背景與樣品特征

拉斯曼丘陵主要由斯圖爾內斯半島、米洛半島、布洛克內斯半島以及眾多小島或半島構成。主要由高角閃巖相至麻粒巖相泥質、雜砂質副片麻巖，鐵鎂質-長英質復合正片麻巖以及少量花崗巖和花崗質偉晶巖組成(Zhaoetal.,1995;王彥斌等,1994;仝來喜等,1997;Carsonetal.,1997;周信等,2014)。副片麻巖成斷續(xù)層狀，包括夕線石榴石片麻巖、黑云斜長片麻巖及長英質片麻巖等，夾少量鈣硅酸鹽巖等，以局部存在富硼和磷的巖石單元為特征，如硅硼鎂鋁石、柱晶石和電氣石(任留東和劉小漢,1995;任留東等,2004,2007;Carsonetal.,1997;Grewetal.,2013)。

普里茲構造帶泛非構造熱事件是在拉斯曼丘陵地區(qū)首次被識別出來(Zhaoetal.,1992,1995)。早期的研究顯示拉斯曼丘陵在泛非期主要經歷了中低壓麻粒巖相變質作用(Stüweetal.,1989;Carsonetal.,1995,1997)。Stüweetal.(1989)獲得拉斯曼丘陵地區(qū)的峰期變質條件為750℃和4.5kbar。Carsonetal.(1997)對各類片麻巖進行研究，獲得峰期變質條件為800℃和7kbar，退變條件為750℃和4～5kbar。也有研究報道了泥質麻粒巖更高的峰期溫壓條件。任留東等(1992)用溫壓計估算的M1變質階段的變質條件為850℃、9kbar。Tongetal.(2014)從米洛半島的泥質麻粒巖中估算出的峰期M1溫壓條件為900℃、9kbar。在拉斯曼丘陵鎂鐵質麻粒巖轉石中也識別出了較高的溫壓條件(周信等,2014;Tongetal.,2017)。這些估算的較高的溫壓條件被推測為反映了更早期的格林威爾期構造-熱事件的影響。

本研究的樣品采自東南極拉斯曼丘陵斯圖爾內斯半島(圖1a)東南部石榴石斜方輝石片麻巖(LSM178-2)，以及斯圖爾內斯半島西南側鄰近區(qū)域的石榴石夕線尖晶石片麻巖(LSM302-10)。

2 分析方法

電子探針主要在中國地質科學院地質研究所電子探針實驗室完成。測試中采用的儀器型號為：JXA-8100型電子探針分析儀(日本電子JEOL公司生產)，分析條件為：15kV加速電壓、2×10-8A束流、5μm束斑、10s計數(shù)，ZAF矯正，標準樣品為美國SPI礦物標樣。主要元素相對誤差小于2%。

鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年和微量元素分析在上譜實驗室(武漢)完成。同位素比值校正標準樣品為91500，同位素比值監(jiān)控標準樣品為GJ-1，微量元素校正標準樣品為NIST 610。分析用激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas Pro，等離子體質譜儀為Agilent7700，激光能量80mJ，頻率5Hz，激光束斑直徑24μm。具體運行條件等參考Huetal.(2011)和Liuetal.(2010)。本文中礦物縮寫參考Holland and Powell (1998)。

3 巖相學與礦物化學

3.1 巖相學特征

石榴石斜方輝石片麻巖(LSM178-2)主要含有石榴石(～5%)，斜長石(～45%)，斜方輝石(～10%)，黑云母(～10%)，石英(～15%)，鉀長石(<8%)和鈦鐵礦、磷灰石、鋯石、獨居石等副礦物。石榴石顆粒粒徑大小不一，通常大于0.5mm。部分生長在以長石為主的區(qū)域中的石榴石以小顆粒出現(xiàn)(圖2b)。黑云母主要呈片狀產出，具有較平直的邊緣，常圍繞石榴石周圍生長(圖2a,d,e)，大的片狀黑云母邊部可見枝杈狀黑云母與石英共生(圖2e,f)。斜長石顆粒介于0.4～0.8mm之間，常呈自形或半自形發(fā)育(圖2b)，部分斜長石(反條紋長石)中可見鉀長石出溶，反映了較高的形成溫度(圖2g)。斜方輝石為不規(guī)則狀，多數(shù)發(fā)生不同程度的蝕變(圖2a,c,e)。石英顆粒常呈不規(guī)則狀，粒徑多為0.2mm，在其邊緣可見發(fā)育有細膜狀鉀長石(圖2g)。自形斜長石、細膜狀鉀長石以及手指狀黑云母與石英共生這些特征暗示變質峰期應存在熔體。根據(jù)礦物特征和反應關系推測峰期礦物組合應為：石榴石+斜方輝石+斜長石+鉀長石+少量黑云母+石英+熔體+少量副礦物。后期的退變主要表現(xiàn)為石榴石和斜方輝石的消耗與分解、大量片狀黑云母的發(fā)育等。

石榴石夕線尖晶石片麻巖(LSM302-10)主要含有石榴石(～5%)，夕線石(～15%)，黑云母(～5%)，鉀長石(～15%)，尖晶石(～15%)，堇青石(～5%)，石英(～40%)，少量磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯石、獨居石等(圖2i-m)。石榴石含量少，形狀不規(guī)則，常呈殘留狀(圖2k)。夕線石含量較高，粒徑大小不等(多小于0.2mm)，方形橫截面可見較為清晰的對角線解理(圖2i)。黑云母含量較少，可見大片黑云母圍繞石榴石發(fā)育(圖2k)，也可見枝杈狀黑云母與尖晶石和少量堇青石共生(圖2l)。鉀長石主要分布在以石英為主的區(qū)域中，可見少量條紋長石(圖2j)，暗示較高溫度條件。堇青石含量很少，呈不規(guī)則狀圍繞尖晶石發(fā)育(圖2l)。石英顆粒較大，粒徑0.3～0.6mm，形狀多不規(guī)則(圖2i,k,l,m)。

圖2 斯圖爾內斯半島及鄰區(qū)片麻巖顯微圖像(a-h)石榴石斜方輝石片麻巖(樣品LSM178-2)；(i-m)石榴石夕線尖晶石片麻巖(樣品LSM302-10).礦物縮寫：bi-黑云母；cd-堇青石；ilm-鈦鐵礦；g-石榴石；ksp-鉀長石；mt-磁鐵礦；opx-斜方輝石；pl-斜長石；q-石英；sill-夕線石；sp-尖晶石;perthite-條紋長石;anti-perthite-反條紋長石Fig.2 Microphotographs of gneisses from the Stornes Peninsula and its adjacent region(a-h) garnet-orthopyroxene gneiss (Sample LSM178-2);(i-m) garnet-sillimanite-spinel gneiss (Sample LSM302-10).Mineral abbreviation:bi-biotite;cd-cordierite;ilm-ilmenite;g-garnet;ksp-K-feldspar;mt-magnetite;opx-orthopyroxene;pl-plagioclase;q-quartz;sill-sillimanite;sp-spinel

根據(jù)礦物特征和反應關系推測峰期礦物組合應為：石榴石+夕線石+尖晶石+鉀長石(條紋長石)+石英±少量黑云母±熔體+少量副礦物(鈦鐵礦、磁鐵礦)等。少量圍繞尖晶石發(fā)育的他形堇青石應在后期退變過程中形成的。

3.2 礦物化學

石榴石斜方輝石片麻巖(LSM178-2)中石榴石成分范圍為Alm64-71Py16-20Grs6-11Sps4(表1)，石榴石成分剖面分析未見明顯環(huán)帶，只在邊部鐵鋁榴石略有升高，鎂鋁榴石和錳鋁榴石略有降低(圖3c)。石榴石成分中XFe=Fe2+/(Mg+Fe2+)變化范圍為0.76～0.80，XCa=Ca/(Ca+Fe2++Mg) 變化范圍為0.07～0.12。斜方輝石Al2O3含量核部略高于邊部，邊部Al2O3含量為2.5%～3.1%，核部Al2O3含量為3.3%～3.5%，M1位置的Al[y(opx)]在0.06～0.08之間。不同類型黑云母成分有所不同，在石榴石周圍生長的黑云母TiO2含量為5.5%～5.6%，XFe(=Fe2+/(Fe2++Mg))在0.47～0.48之間。在斜方輝石中生長的黑云母TiO2含量為5.5%～5.8%，XFe(=Fe2+/(Fe2++Mg))在0.49～0.50之間，在以長石為主的區(qū)域中生長的黑云母TiO2含量為6.3%～6.7%，XFe(=Fe2+/(Fe2++Mg))在0.52～0.53之間。斜長石成分為An43-46Ab52-56Or1-3屬中長石。條紋長石中出溶的鉀長石成分為An0Ab4Or96。

表1 樣品LSM178-2代表性礦物電子探針分析(wt%)Table 1 EPMA analysis (wt%) of representative minerals of Sample LSM178-2

石榴石夕線尖晶石片麻巖(LSM302-10)中石榴石含量少，成分分析顯示石榴石不具有明顯環(huán)帶，其成分為Alm71-73Py20-22Grs1-2Sps5-6(圖3d，表2)。邊部可見鐵鋁榴石含量略微升高，鎂鋁榴石含量略有降低，應為后期擴散影響。石榴石成分中XFe變化范圍為0.76～0.78，XCa變化范圍為0.01～0.02?；|中黑云母TiO2含量為4.9%～6.0%，其中XFe為0.52～0.58。在石榴石周圍的黑云母中TiO2含量為4.5%左右，XFe約為0.47。樣品中條紋長石主要成分為An1Ab14-18Or82-85。

表2 樣品LSM302-10代表性礦物電子探針分析(wt%)Table 2 EPMA analysis (wt%) of representative minerals of Sample LSM302-10

續(xù)表2Continued Table 2

圖3 石榴石化學成分分析圖(a、b)石榴石成分剖面位置；(c、d)石榴石成分二元圖解；(e)石榴石成分三元圖解Fig.3 Diagrams for garnet chemical analysis(a,b) location of garnet compositional profiles;(c,d) binary diagram for garnet compositions;(e) ternary diagram for garnet compositions

4 變質相平衡模擬

相平衡模擬利用THERMOCALC軟件(3.45版本，Holland and Powell,1998；2016年更新)以及在(Mn)-Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-TiO2-O((Mn)NCKFMASHTO)體系中進行。內部一致性熱力學數(shù)據(jù)庫采用最新版ds62(Holland and Powell,2011)。礦物活度模型參考Whiteetal.(2014)。H2O含量根據(jù)含水礦物含量及T-X圖進行估算(圖4)，基于固相線組合與觀察到的最終礦物組合相一致原則確定具體H2O含量。在XRF方法分析氧化物含量基礎上，根據(jù)滴定法測得三價鐵含量并對氧含量進行估算，獲得模擬計算所用的全巖成分分別為：SiO2：63.950；Al2O3：11.749；CaO：6.063；MgO：4.461；FeO：6.895；K2O：1.319；Na2O：3.291；TiO2：0.598；O：0.345；H2O：1.330(mol%)(樣品LSM178-2)；SiO2：80.516；Al2O3：5.919；CaO：0.068；MgO：1.085；FeO：7.750；K2O：1.191；Na2O：0.194；TiO2：0.682；MnO：0.045；O：1.550；H2O：1.000(mol%)(樣品LSM302-10)。

圖4 樣品LSM178-2和LSM302-10 T-X(H2O)視剖面圖Fig.4 T-X(H2O) pseudosections for Sample LSM178-2 and Sample LSM302-10

石榴石斜方輝石片麻巖(LSM178-2)的P-T視剖面圖溫壓范圍為T=600～1050℃，P=1～15kbar(圖5)。在該范圍內主要為四變域、五變域和六變域，還存在較少的三變域、七變域和八變域。由于巖石中水含量較低，在溫壓范圍內固相線溫度在700～850℃之間變化，在中壓條件下固相線溫度最高(圖5a)。除低壓區(qū)域外，石榴石都穩(wěn)定存在。斜方輝石的穩(wěn)定范圍較廣，隨溫度升高斜方輝石穩(wěn)定域向高壓擴展，在1050℃壓力可達13kbar。鋁硅酸鹽(藍晶石)只在低溫高壓的少數(shù)礦物組合內出現(xiàn)。斜長石在所有區(qū)域內都穩(wěn)定存在。斜方輝石及熔體等含量等值線和石榴石、斜方輝石、斜長石等礦物成分等值線如圖所示(圖5a-c)。根據(jù)巖相學觀察推測的峰期礦物組合與相圖中狹長的四變域對應，溫壓條件為810～900℃，3.9～11.5kbar，穩(wěn)定礦物組合包括石榴石、斜方輝石、黑云母、鉀長石、斜長石、石英、鈦鐵礦和熔體。樣品富含斜長石，其鈣長石(An)含量(ca(pl))可反映近峰期溫壓條件(Li and Wei,2016)，測得斜長石中ca(pl)范圍為0.43～0.46，如其代表峰期斜長石成分則可將峰期溫壓條件進一步限定為820～870℃，5.0～8.5kbar。測得y(opx)范圍(0.06～0.08)限定了跨越不同礦物組合的狹長區(qū)域(圖5c)，在推測的峰期礦物組合穩(wěn)定域內，限定的溫壓條件為830～870℃，6.1～8.9kbar，與ca(pl)等值線限定的溫壓條件接近。在該溫壓條件范圍內熔體含量較低，斜方輝石含量可達10%左右(圖5b)，與巖石中觀察的斜方輝石含量接近。結合石榴石的成分等值線，測得的石榴石XFe(0.76～0.80)和XCa(0.07～0.12)成分含量，限定的溫壓范圍為T<705℃，P=3.6～5.4kbar。由于后期Fe-Mg交換影響，石榴石等值線往往反映較低的退變溫壓條件。

圖5 樣品LSM178-2在NCKFMASHTO體系下視剖面圖及等值線全巖成分SiO2：63.950；Al2O3：11.749；CaO：6.063；MgO：4.461；FeO：6.895；K2O：1.319；Na2O：3.291；TiO2：0.598；O：0.345；H2O：1.330 (mol%).等值線包括斜方輝石含量、熔體含量等值線以及石榴石X(Fe)、Z(Ca)、斜長石An值(ca(pl))、斜方輝石M1位置的Al(y(opx))成分等值線等(Ca(pl)=Ca/(Ca+Na+K),y(Opx)=Al/2,X(Fe)=Fe/(Fe+Mg),Z(Ca)=Ca/(Fe+Mg+Ca))Fig.5 P-T pseudosection and compositional isopleths in the NCKFMASHTO system for Sample LSM178-2Bulk composition:SiO2:63.950;Al2O3:11.749;CaO:6.063;MgO:4.461;FeO:6.895;K2O:1.319;Na2O:3.291;TiO2:0.598;O:0.345;H2O:1.330 (mol%).The contoured isopleths include orthopyroxene and melt (liq) modes,X(Fe),Z(Ca) of garnet,An (ca(pl)) content of plagioclase and Al contents in the M1 (y(opx)) in orthopyroxene

石榴石夕線尖晶石片麻巖(LSM302-10)MnNCKFMASHTO體系中計算的的P-T視剖面圖溫壓范圍為T=650～1050℃，P=1～15kbar，主要包括四變域、五變域和六變域等(圖6)。石榴石穩(wěn)定范圍廣泛，在低壓條件下石榴石穩(wěn)定域隨溫度升高而向高壓方向縮減。鋁硅酸鹽在多數(shù)區(qū)域內穩(wěn)定。鉀長石在高溫低壓條件下消失。斜長石不在模擬的溫壓范圍內出現(xiàn)，與非常低的全巖CaO含量有關。根據(jù)巖相學觀察推測的峰期礦物組合最可能對應視剖面圖中的五變域，溫壓條件為860～1050℃，4.8～10.2kbar，包括石榴石、夕線石、尖晶石、鉀長石、鈦鐵礦、磁鐵礦、石英和熔體等。少量不規(guī)則狀堇青石圍繞尖晶石發(fā)育表明峰期之后樣品經歷降壓至鄰近含堇青石的四變域(石榴石、堇青石、夕線石、尖晶石、鉀長石、鈦鐵礦、磁鐵礦、石英和熔體等)。測得的石榴石成分XFe(0.76～0.78)與XCa(0.014～0.018)在四變域內限定了很窄的溫壓范圍：T=820～840℃，P=4.7～5kbar。隨后可能經歷了近等壓的降溫過程。

圖6 樣品LSM302-10在MnNCKFMASHTO體系下視剖面圖及成分等值線全巖成分SiO2：80.516；Al2O3：5.919；CaO：0.068；MgO：1.085；FeO：7.750；K2O：1.191；Na2O：0.194；TiO2：0.682；MnO：0.045；O：1.550；H2O：1.000 (mol%).等值線包括夕線石含量、尖晶石含量等值線以及石榴石X(Fe)、Z(Ca)成分等值線等Fig.6 The P-T pseudosection and compositional isopleth in the MnNCKFMASHTO system for Sample LSM302-10Bulk composition:SiO2:80.516;Al2O3:5.919;CaO:0.068;MgO:1.085;FeO:7.750;K2O:1.191;Na2O:0.194;TiO2:0.682;MnO:0.045;O:1.550;H2O:1.000 (mol%).The contoured isopleths include sillimanite and spinel modes and X(Fe),Z(Ca) of garnet

5 鋯石U-Pb年代學

樣品LSM178-2中鋯石大部分呈近橢圓形，部分為長柱狀，顆粒多處于100～150μm之間。在鋯石CL圖像中可見明顯的核邊結構，部分鋯石核部具有震蕩環(huán)帶，暗色變質邊寬窄不等(圖7)。分析顯示暗色邊Th/U比值范圍為0.04～0.27，大部分小于0.1(表3)。對暗色邊部進行LA-ICPMS定年分析獲得較寬的206Pb/238U表觀年齡范圍543±5.7Ma～970±9.0Ma(表3、圖8)。對具有震蕩環(huán)帶的核部進行定年分析，結果顯示206Pb/238U表觀年齡分布范圍為756±9.8Ma～1053±9.5Ma，多數(shù)集中于937～999Ma之間，與暗色變質邊的年齡范圍存在部分重疊(表3、圖8)。

沿諧和線串珠狀分布的變質鋯石年齡可能反映了不同程度的重結晶或溶解-再沉淀過程(Halpinetal.,2012,2020)；最小年齡應指向最徹底的重結晶，指示地質事件發(fā)生的時間。串珠狀分布的較老的變質年齡可能反映了不徹底的重結晶，不一定具有實際的地質意義(Halpinetal.,2020)。特別是當變質邊部年齡與鋯石核部年齡接近或年齡范圍有明顯重疊的情況下，較老的鋯石變質邊年齡是否反映早期構造熱事件的影響需要深入研究確定。

樣品LSM302-10中鋯石大部分呈近橢圓形，顆粒較大基本處于50～150μm之間。多數(shù)鋯石核部已模糊不清，少數(shù)鋯石核部具有韻律環(huán)帶。常發(fā)育較寬的暗灰色變質邊和較窄的淺灰色變質邊(圖7)。分析顯示其Th/U比值范圍為0.02～0.40，大部分小于0.1(表3)。鋯石分析獲得暗色變質邊206Pb/238U加權平均年齡為531±5.7Ma(MSWD=4.8，N=25)，鋯石分析獲得淺灰色變質邊諧和年齡為509±5.9Ma(MSWD=0.074，N=7)(圖8)。暗灰色的鋯石邊部可能由重結晶或部分變質增生形成，淺灰色的鋯石邊應反映了變質增生。對于發(fā)生部分熔融的巖石，鋯石的變質增生主要發(fā)生于退變階段(Kelsey,etal.,2008a;Wangetal.,2014)，相應的年齡主要反映峰期后的退變時間。

圖7 片麻巖中代表性鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.7 Cathodoluminescence image of representative zircon grains from the gneisses

圖8 片麻巖鋯石U-Pb諧和圖Fig.8 The U-Pb concordia diagrams of zircon from the gneisses

表3 鋯石U-Pb定年結果Table 3 Zircon U-Pb data for gneisses (LSM178-2,LSM302-10)

續(xù)表3Continued Table 3

6 討論

6.1 變質條件與P-T軌跡

巖相學和相平衡模擬計算揭示出拉斯曼丘陵斯圖爾內斯半島及鄰區(qū)的片麻巖記錄了較高的變質溫壓條件。石榴石斜方輝石片麻巖(LSM178-2)記錄的峰期溫壓范圍為T=830～870℃、P=6.1～8.9kbar，后期退變至T<705℃、P=3.6～5.4kbar。由于黑云母的穩(wěn)定上限與TiO2的含量相關(Stevensetal.,1997;魏春景和朱文萍,2016)，該樣品中黑云母含有較高的TiO2(5.5%～6.7%)，其中具有高TiO2含量的黑云母的穩(wěn)定溫度可能比模擬結果更高。樣品目前記錄的溫壓條件反映了以降溫為主的降溫降壓退變過程。石榴石夕線尖晶石片麻巖(LSM302-10)保存的峰期礦物組合對應相圖中的穩(wěn)定域具有較寬泛的溫壓范圍(T=860～1050℃、P=4.8～10.2kbar)，顯示了較高的溫度條件。不規(guī)則堇青石發(fā)育以及石榴石成分等值線限定了較低的溫壓范圍：T=820～840℃、P=4.7～5kbar。這些溫壓條件也反映了降溫降壓的演化軌跡。之前研究顯示拉斯曼丘陵主要經歷了較低溫壓條件的變質作用。Stüweetal.(1989)利用平均溫壓方法獲得拉斯曼丘陵地區(qū)變泥質巖的峰期變質條件為～750℃、4.5kbar。Carsonetal.(1997)對各類片麻巖進行研究，獲得峰期變質條件為～800℃、7kbar，之后退變至～750℃、4～5kbar。也有部分研究報道了較高的溫壓條件。任留東等(1992)用二輝石溫壓計估算的M1變質階段的溫度為850℃，利用長英質巖石中石榴石-夕線石-斜長石-石英壓力計獲得850℃時的壓力約為9kbar。Tongetal.(2014)用平均溫壓方法估算米洛半島的泥質麻粒巖峰期條件為～900℃、～9kbar。Zongetal.(2020)通過對布洛克內斯半島正片麻巖研究認為變質作用的溫壓條件為～870℃、～9.5kbar。拉斯曼丘陵斯圖爾內斯半島及鄰區(qū)副片麻巖記錄了較高的溫度條件。石榴石斜方輝石片麻巖(LSM178-2)峰期溫度應大于830℃，石榴石夕線尖晶石片麻巖(LSM302-10)的峰期溫度應大于860℃。盡管限定的峰期壓力范圍較寬但最高壓力應不小于6kbar，可能達到8.5kbar或更高。與拉斯曼丘陵東部地區(qū)的巖石類似，西部的斯圖爾內斯半島及鄰區(qū)副片麻巖經歷了高溫麻粒巖相變質作用，之后經歷了以降溫為主的降溫降壓退變過程。然而所研究的片麻巖中并沒有很好保存進變礦物組合，具體進變軌跡難以限定。高溫階段發(fā)生降壓以及只有少量晚期堇青石發(fā)育等特征暗示巖石具有順時針演化軌跡。

6.2 變質時代

研究顯示東南極普里茲構造帶受到新元古代格林威爾期構造熱事件和晚新元古代-早古生代泛非期構造熱事件的影響(Zhaoetal.,1995;仝來喜等,1998,2012;Tongetal.,2002;Wangetal.,2008;Grewetal.,2012)。但不同地區(qū)對兩期變質事件的記錄差異極大。格林威爾期高級變質事件的主要證據(jù)包括：來自于拉斯曼丘陵之西的姐妹島(S?strene Island)的石榴二輝麻粒巖，石榴石-全巖Sm-Nd等時線定年揭示該麻粒巖的主期礦物組合形成于～990Ma(Hensen and Zhou,1995)；埃默里冰架東緣在賴因博爾特丘陵(Reinbolt Hills)長英質正片麻巖中鋯石記錄了925±24Ma的變質事件，蒙羅克爾山(Munro Kerr Mountains)等地的長英質正片麻巖中發(fā)育900～930Ma的變質鋯石(Liuetal.,2009a)；拉斯曼丘陵之東的西福爾丘陵(Vestfold Hills)中元古代基性巖墻在938±9Ma至957±7Ma之間發(fā)生中壓麻粒巖相變質作用(Liuetal.,2014)；Wangetal.(2008)在拉斯曼丘陵南部斯圖爾內斯半島獲得長英質正片麻巖，在格林威爾期的變質年齡為～997±13Ma和～981±13Ma。這一時期還發(fā)育花崗質或紫蘇花崗質巖體(Wangetal.,2008;Liuetal.,2009a;Grewetal.,2012)。盡管這些年齡存在很大差異，所代表地質事件的具體性質也不甚清晰，但的確表明格林威爾期變質事件在普里茲造山帶的基底中廣泛存在。拉斯曼丘陵地區(qū)副片麻巖中該期事件的確切記錄相對較少。Kelseyetal.(2007)在拉斯曼丘陵以東的賴于爾(茹爾)群島和以西的伯靈恩群島的部分副片麻巖石榴石中識別出780～1030Ma的獨居石包裹體。副片麻巖中的鋯石暗色邊部常常給出很寬的年齡范圍(ca.500～1100Ma)，局部集中的一些較老的年齡被解釋成格林威爾期變質事件的影響(Wangetal.,2008)。樣品LSM178-2鋯石暗色邊年齡具有類似的分散分布特征(543±5.7Ma～970±9.0Ma)，較老的970Ma左右的年齡可能反映了格林威爾期變質事件的影響。然而，由于有些鋯石變質邊可能代表了不徹底的重結晶或遭受一定程度的Pb丟失(Halpinetal.,2012,2020)，相應的年齡不一定代表具體的地質事件，該地區(qū)格林威爾期變質事件的確切時間和影響范圍還需進一步厘清。鋯石變質邊獲取的最低年齡543±5.7Ma應反映了泛非期構造熱事件的影響。樣品LSM302-10中鋯石變質邊主要記錄泛非期變質年齡，但其暗色邊和淺色邊具有不同年齡(531±5.7Ma和509±5.9Ma)。這些泛非期變質年齡可能反映了持續(xù)較長時間的構造事件(ca.540～510Ma)。樣品中的礦物組合反映了連續(xù)的演化過程，年齡結果支持這些礦物組合主要在泛非期發(fā)育，對應的P-T軌跡反映了泛非期的演化過程。

6.3 構造意義

對拉斯曼丘陵及其所在的普里茲灣地區(qū)的泛非期構造屬性有不同認識。一種觀點認為泛非期經歷了碰撞造山作用(Dirks and Wilson,1995;Hensen and Zhou,1997;Fitzsimons,2000,2003;Bogeretal.,2001;劉小漢等,2002;Zhaoetal.,2003;Liuetal.,2007,2009b;Kelseyetal.,2008b)，另一種觀點認為泛非期經歷了陸內造山作用，是東非碰撞造山作用在東岡瓦納陸塊內部的響應(Yoshida,1995,2007;Wilsonetal.,2007;Tongetal.,2002,2019)。在拉斯曼丘陵西南側格羅夫山地區(qū)高壓基性麻粒巖中具有較高的峰期溫壓條件(770～840℃、11.8～14.0kbar)，峰期變質年齡為～545Ma(Liuetal.,2009b)。最近報道的同地區(qū)泥質麻粒巖峰期溫壓條件為817～834℃、11.6～13.6kbar，峰期變質年齡為540～545Ma(Chenetal.,2018)。這些高壓基性巖和泥質麻粒巖的發(fā)現(xiàn)暗示包括格羅夫山和拉斯曼丘陵在內的普里茲灣地區(qū)在泛非期可能經歷了碰撞造山作用。綜合拉斯曼丘陵及鄰近地區(qū)泛非期變質作用溫壓條件與年齡結果(圖9)，拉斯曼丘陵西部斯圖爾內斯半島及鄰區(qū)片麻巖記錄了中低壓高溫麻粒巖相變質作用，變質作用發(fā)生時間(ca.540～510Ma)略晚于格羅夫山地區(qū)的高壓麻粒巖，可能主要反映了造山作用后期的抬升與伸展。

圖9 拉斯曼丘陵及鄰近地區(qū)泛非期變質作用的P-T軌跡(據(jù)劉曉春,2018;Chen et al.,2018等補充)Fig.9 P-T paths of Pan-African metamorphism of the Larsemann Hills and its adjacent regions (modified after Liu,2018;Chen et al.,2018)

7 結論

通過對拉斯曼丘陵西部斯圖爾內斯半島及鄰區(qū)片麻巖進行綜合研究得到如下認識：

(1)斯圖爾內斯半島及鄰區(qū)片麻巖經歷了中低壓高溫麻粒巖相變質作用。峰期溫度應大于860℃，壓力應不低于6kbar，可能達到8.5kbar或更高。之后經歷以降溫為主的降溫降壓退變過程。

(2)片麻巖目前的礦物組合主要記錄了泛非期的構造熱事件，這一事件可能持續(xù)了較長的時間(ca.540～510Ma)。

(3)片麻巖的溫壓條件及變質P-T軌跡可能反映了造山作用后期的抬升與伸展。

致謝感謝中國極地考察辦公室、中國極地研究中心以及南極科學考察隊隊員對南極野外地質考察提供的幫助。感謝審稿人提出的寶貴修改意見。