呂梁界河口群變質(zhì)巖石的構(gòu)造指示：來(lái)自地球化學(xué)和同位素年代學(xué)的證據(jù)

肖玲玲 牛路偉 王國(guó)棟

1. 北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院，金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000832. 西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 7100693. 臨沂大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山東省水土保持與環(huán)境保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，臨沂 2760051.

新太古代-古元古代時(shí)期，華北克拉通先后發(fā)生了～2.5Ga 和1.98～1.80Ga兩次大規(guī)模的構(gòu)造變質(zhì)事件。其中，～2.5Ga的構(gòu)造熱事件在全球早前寒武紀(jì)地質(zhì)歷史上占據(jù)重要地位，期間發(fā)生了大規(guī)模的巖漿作用伴隨強(qiáng)烈變質(zhì)作用。學(xué)者們將新太古代-古元古代時(shí)期的華北克拉通劃分為四個(gè)古老微陸塊(包括陰山陸塊、鄂爾多斯陸塊、龍崗陸塊和狼林陸塊)和三條古元古代造山帶(包括孔茲巖帶、華北中部造山帶和膠-遼-吉帶)(圖1)(Zhaoetal.，1998，2001，2005，2012)。他們提出～2.5Ga的變質(zhì)事件主體發(fā)生在華北克拉通的東、西部陸塊，與大規(guī)模地幔巖漿的底墊作用有關(guān)；三條古元古代造山帶則多記錄了古元古代晚期的變質(zhì)年齡，其所代表的區(qū)域變質(zhì)事件與微陸塊間的碰撞造山作用有關(guān)：～1.95Ga時(shí)，陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊沿孔茲巖帶發(fā)生碰撞拼合形成西部陸塊；～1.90Ga時(shí)，龍崗陸塊和狼林陸塊沿膠-遼-吉帶發(fā)生碰撞拼合形成東部陸塊；隨后西部陸塊沿華北中部造山帶發(fā)生東向俯沖，于～1.85Ga時(shí)與東部陸塊發(fā)生陸-(弧-)陸碰撞，形成統(tǒng)一的華北克拉通前寒武紀(jì)基底(Zhaoetal.，1998，2001，2005，2012)。然而，近年來(lái)的大量高精度年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示，1.98～1.80Ga的變質(zhì)年齡并無(wú)明顯分帶特征，而是在三條造山帶內(nèi)均有廣泛記錄(Luoetal.，2004，2008；Li and Zhao，2007；Zhouetal.，2008；Yinetal.，2009，2011；Tametal.，2011；蔣宗勝等，2011；王國(guó)棟等，2012；Liuetal.，2013；Luetal.，2013，2014，2015，2017；Qianetal.，2013，2015，2019；Wangetal.，2014；Chenetal.，2015，2020；Zhaoetal.，2015，2017；Qian and Wei，2016；Zhangetal.，2016，2018；Tangetal.，2017；Xiaoetal.，2017，2019；Liao and Wei，2019)。同時(shí)，造山帶內(nèi)部的部分雜巖區(qū)也零星記錄了2.5～2.4Ga的變質(zhì)年齡，例如中部造山帶內(nèi)的贊皇(Xiaoetal.，2014；張帆等，2019)、左權(quán)(肖玲玲等，2019；Xiao and Chen，2019)、阜平(程裕淇和楊崇輝，2004)和承德(劉樹(shù)文等，2007)等地區(qū)以及孔茲巖帶內(nèi)的大青山-烏拉山地區(qū)(Dongetal.，2012；Wanetal.，2013；Liuetal.，2014b)。由此可見(jiàn)，華北克拉通前寒武紀(jì)基底的構(gòu)造演化遠(yuǎn)比上述劃分模式復(fù)雜，仍需對(duì)其漫長(zhǎng)的演化過(guò)程開(kāi)展進(jìn)一步多方面的、更為深入的研究工作。

圖1 華北克拉通前寒武紀(jì)基底構(gòu)造劃分簡(jiǎn)圖(據(jù)Zhao et al.，2001，2005)DF-登封；EH-冀東；ES-膠東；FP-阜平；GY-固陽(yáng)；HA-懷安；HS-恒山；JN-集寧；JP-建平；LL-呂梁；MY-密云；NH-冀北；NL-遼北；QL-千里山；SJ-吉南；SL-遼南；TH-太華；WC-武川；WL-遼西；WS-魯西；WT-五臺(tái)；XH-宣化；ZH-贊皇；ZQ-左權(quán)；ZT-中條Fig.1 Geological sketch map of the Precambrian basement of the North China Craton (after Zhao et al., 2001, 2005)DF-Dengfeng; EH-Eastern Hebei; ES-Eastern Shandong; FP-Fuping; GY-Guyang; HA-Huai’an; HS-Hengshan; JN-Jining; JP-Jianping; LL-Lüliang; MY-Miyun; NH-Northern Hebei; NL-Northern Liaoning; QL-Qianlishan; SJ-Southern Jilin; SL-Southern Liaoning; TH-Taihua; WC-Wuchuan; WL-Western Liaoning; WS-Western Shandong; WT-Wutai; XH-Xuanhua; ZH-Zanhuang; ZQ-Zuoquan; ZT-Zhongtiao

呂梁變質(zhì)雜巖位于華北中部造山帶中段，五臺(tái)和恒山雜巖以南，向西緊鄰鄂爾多斯地塊，二者以斷層相隔(Zhaoetal.，1998，2001，2005)(圖1)，其構(gòu)造和變質(zhì)演化歷史的研究對(duì)于探討華北克拉通華北中部造山帶的構(gòu)造演化、東部陸塊與西部陸塊間的構(gòu)造關(guān)系以及俯沖極性具有重要意義。作為雜巖區(qū)最古老的巖石單元，界河口(巖)群對(duì)研究呂梁雜巖的演化歷史至關(guān)重要。然而，其現(xiàn)階段的研究在多個(gè)方面仍存在較大分歧，例如，在構(gòu)造環(huán)境方面，一部分學(xué)者認(rèn)為界河口(巖)群巖石主體形成于被動(dòng)大陸邊緣(李江海等，1999；萬(wàn)渝生等，2000)，而另有學(xué)者認(rèn)為其形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境(劉樹(shù)文等，2009)；在變質(zhì)時(shí)代方面，多數(shù)巖石記錄了～1.85Ga的變質(zhì)年齡，但局部地區(qū)也有～2.5Ga和～1.95Ga的變質(zhì)年齡報(bào)道(劉建忠等，2001；Xiaoetal.，2017，2019；Zhaoetal.，2017)。因此，本文重點(diǎn)針對(duì)呂梁變質(zhì)雜巖區(qū)界河口(巖)群含榴斜長(zhǎng)角閃巖和(含榴夕線)黑云斜長(zhǎng)片麻巖開(kāi)展詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查、顯微巖石學(xué)、地球化學(xué)和變質(zhì)年代學(xué)研究，恢復(fù)其原巖性質(zhì)，追溯其源區(qū)特征，并對(duì)其變質(zhì)時(shí)代和形成的大地構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行初步探討，為今后深入研究雜巖區(qū)的構(gòu)造演化歷史提供重要的科學(xué)依據(jù)。

圖2 呂梁變質(zhì)雜巖地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)Zhao et al.，2008；Liu et al.，2020修改)Fig.2 Geological sketch map of the Lüliang metamorphic complex (modified after Zhao et al.，2008; Liu et al.，2020)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

呂梁變質(zhì)雜巖區(qū)出露的早前寒武紀(jì)巖石主體為變質(zhì)表殼巖和花崗巖類侵入體(圖2)，前人在該地區(qū)的巖相學(xué)、地球化學(xué)、變質(zhì)作用、同位素年代學(xué)和構(gòu)造演化等方面取得了突出的研究成果(于津海等，1997a，b；張建中等，1997；耿元生等，2000，2003，2004，2006；萬(wàn)渝生等，2000；劉建忠等，2001；劉建忠和歐陽(yáng)自遠(yuǎn)，2003；盧保奇和王賜銀，2003；Wanetal.，2006；陳斌等，2006；Zhaoetal.，2008，2010；劉樹(shù)文等，2009；Liuetal.，2011，2012，2014a，2020；杜利林等，2012；劉超輝等，2013；Xiaoetal.，2017，2019)，為繼續(xù)探索呂梁雜巖區(qū)的演化歷史提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該地區(qū)的前寒武紀(jì)變質(zhì)表殼巖被劃分為界河口(巖)群、呂梁群、野雞山群、黑茶山群和嵐河群。部分學(xué)者認(rèn)為由東向西嵐河群、野雞山群和黑茶山群出露于不同地點(diǎn)，互不接觸，巖石組成也不盡相同，它們的形成時(shí)代大體相近，是同期異相產(chǎn)物(張建中等，1997；侯玉樹(shù)等，2006；田輝等，2014)?；◢弾r類侵入體分為構(gòu)造前TTG片麻巖、同構(gòu)造片麻狀花崗巖和構(gòu)造后花崗巖三類(耿元生等，2000，2004；萬(wàn)渝生等，2000；Wanetal.，2006；Zhaoetal.，2008；劉樹(shù)文等，2009)。

界河口(巖)群主體出露于呂梁西部興縣的交樓申、奧家灘、東會(huì)至漢高山一帶，呈NNE向展布，另在文水縣西榆皮-東社、交城縣米家莊等地也有零星出露(劉建忠等，2001)。根據(jù)1/25萬(wàn)岢嵐縣幅地質(zhì)資料(山西省地質(zhì)調(diào)查院，2004(1)山西省地質(zhì)調(diào)查院. 2004. 1/25萬(wàn)岢嵐縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)，界河口(巖)群可劃分為三個(gè)構(gòu)造巖組：以斜長(zhǎng)角閃巖夾石英巖為主的園子坪巖組，以碳酸鹽巖(大理巖)為主的陽(yáng)坪上巖組，以及以大套富鋁片麻巖為主的賀家灣巖組(田輝等，2014)。其中，含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖、含榴基性麻粒巖和含榴斜長(zhǎng)角閃巖對(duì)環(huán)境變化最為敏感，相對(duì)完整地記錄了巖石自形成以來(lái)所經(jīng)歷的變質(zhì)演化過(guò)程，對(duì)其開(kāi)展巖石地球化學(xué)、變質(zhì)演化和變質(zhì)年代學(xué)研究，有利于重建該地區(qū)的區(qū)域演化歷史。含榴斜長(zhǎng)角閃巖在界河口(巖)群分布區(qū)域內(nèi)廣泛出露，而含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖和基性麻粒巖僅在個(gè)別地區(qū)有所出露(Xiaoetal.，2017，2019)。斜長(zhǎng)角閃巖和基性麻粒巖均呈透鏡狀或似層狀產(chǎn)出于變泥質(zhì)巖(如夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖)和/或長(zhǎng)英質(zhì)黑云斜長(zhǎng)片麻巖中，其與后者具有一致的區(qū)域片麻理。石榴子石在不同巖石露頭上分布不均，局部可見(jiàn)“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)(Xiaoetal.，2017，2019)?；月榱r和含榴斜長(zhǎng)角閃巖中石榴子石的“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)相對(duì)少見(jiàn)，基性麻粒巖中的“白眼圈”發(fā)育較薄，而含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖中普遍發(fā)育明顯的“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)，且在巖石露頭上亦清晰可見(jiàn)，個(gè)別石榴子石已完全分解，僅留下斜長(zhǎng)石+石英+黑云母組成的石榴子石假象。

圖4 呂梁含榴斜長(zhǎng)角閃巖樣品的顯微巖相學(xué)照片(a、b)樣品LL30；(c、d)樣品LL41；(e、f)樣品LL69Fig.4 Photomicrographs of garnet-bearing amphibolite samples from the Lüliang area

2 樣品采集及巖相學(xué)特征

本文共對(duì)采自呂梁界河口和關(guān)帝山地區(qū)的32件界河口(巖)群巖石樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析研究，其中包括11件(含榴夕線)黑云斜長(zhǎng)片麻巖和21件含榴斜長(zhǎng)角閃巖。具體采集地點(diǎn)參見(jiàn)表1，典型樣品的顯微巖相照片見(jiàn)圖3和圖4，圖中礦物代號(hào)引自沈其韓(2009)：Bt-黑云母；Crd-堇青石；Grt-石榴子石；Hbl-角閃石；Mnz-獨(dú)居石；Qtz-石英；Pl-斜長(zhǎng)石；Sil-夕線石。代表性樣品的巖相學(xué)特征表述如下：

含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖的主要組成礦物為石榴子石、黑云母、夕線石、斜長(zhǎng)石和石英，部分樣品含有少量的堇青石和磁鐵礦。樣品LL12成分分布不均，淺色礦物局部呈條帶狀分布，暗色礦物黑云母和夕線石多定向排列，構(gòu)成片麻理，部分黑云母垂直片麻理生長(zhǎng)(圖3a)。夕線石呈長(zhǎng)柱狀或毛發(fā)狀。石榴子石顆粒較小，其在不同切片方向產(chǎn)狀不一，有的聚集呈集合體，長(zhǎng)軸平行于片麻理(圖3a)；有時(shí)呈串珠狀，跡線方向與片麻理一致。樣品CZ48中石榴子石顆粒較大，直徑可達(dá)1.5cm。石榴子石變斑晶邊部呈港灣狀，周圍發(fā)育由小顆粒的堇青石、斜長(zhǎng)石和雨滴狀夕線石組成的后成合晶(圖3b)。堇青石中獨(dú)居石包裹體周圍發(fā)育典型的檸檬黃暈圈(圖3c)。石榴子石變斑晶內(nèi)部包裹體和裂隙發(fā)育，包裹體多為黑云母和夕線石(圖3d)?；|(zhì)黑云母和夕線石弱定向，與石榴子石呈平衡接觸關(guān)系。不同切面的長(zhǎng)柱狀夕線石發(fā)育一組完全解理或特征的指節(jié)狀裂紋(圖3b，c)。樣品CZ59中黑云母和夕線石定向明顯，縱切面夕線石發(fā)育指節(jié)狀裂紋，橫切面夕線石發(fā)育對(duì)角線解理(圖3e)。局部變形強(qiáng)烈，黑云母和小顆粒夕線石彎曲呈腸狀(圖3f)。石榴子石內(nèi)部?jī)暨吔Y(jié)構(gòu)明顯，細(xì)小的石英等早期礦物包裹體均聚集在石榴子石核部，邊部無(wú)包裹體發(fā)育(圖3f)。石榴子石發(fā)生不同程度的分解，有的呈殘斑狀，周圍發(fā)育典型“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)(圖3f)，后成合晶由黑云母、斜長(zhǎng)石和石英等礦物組成。

含榴斜長(zhǎng)角閃巖主要組成礦物為石榴子石、角閃石、斜長(zhǎng)石、石英，以及少量磁鐵礦。樣品LL30中角閃石弱定向(圖4a，b)，部分石榴子石發(fā)生變形，其長(zhǎng)軸方向平行于片麻理(圖4a)。石榴子石內(nèi)部發(fā)育眾多礦物包裹體，且包裹體的跡線與基質(zhì)片麻理方向一致(圖4a)。石榴子石邊部呈港灣狀，周圍發(fā)育由小顆粒角閃石、斜長(zhǎng)石和石英組成的“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)(圖4a)。樣品LL41中石榴子石無(wú)明顯變形，但發(fā)育與樣品LL30類似的內(nèi)部礦物包裹體和“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)(圖4c)，基質(zhì)角閃石定向排列，構(gòu)成片麻理(圖4d)。樣品LL69中角閃石和斜長(zhǎng)石明顯定向，且角閃石、斜長(zhǎng)石、甚至部分石英均有一定程度的拉長(zhǎng)變形(圖4e，f)。部分石榴子石亦被拉長(zhǎng)，其長(zhǎng)軸方向(圖4e)以及內(nèi)部包裹體跡線方向(圖4e，f)均與片麻理方向一致。石榴子石局部發(fā)育后成合晶(角閃石+斜長(zhǎng)石+石英)反應(yīng)結(jié)構(gòu)(圖4f)。

3 巖石地球化學(xué)特征

本文對(duì)呂梁地區(qū)共31件巖石樣品進(jìn)行了主微量元素地球化學(xué)分析，分析樣品包括10件(含榴夕線)黑云斜長(zhǎng)片麻巖和21件含榴斜長(zhǎng)角閃巖。實(shí)驗(yàn)測(cè)試在國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成，實(shí)驗(yàn)方法參見(jiàn)肖玲玲等(2019)，數(shù)據(jù)分析結(jié)果見(jiàn)表1。

3.1 黑云斜長(zhǎng)片麻巖

10件(含榴夕線)黑云斜長(zhǎng)片麻巖樣品的SiO2和Al2O3含量分別為53.27%～63.77%、16.44%～22.76%，K2O/Na2O比值介于1.68～7.38之間，鋁指數(shù)A/CNK(Al2O3/CaO+Na2O+K2O，摩爾比)介于1.19～3.69之間(表1)。在尼格里參數(shù)(al+fm)-(c+alk)-Si圖解(圖5a)和A-C-FM圖解(圖5b)中，10件樣品分別落入泥質(zhì)沉積巖區(qū)(圖5a)和粘土巖及雜砂巖區(qū)(圖5b)。其中，樣品LL46和LL48的鋁含量相對(duì)較低，鈣、鐵、鎂含量相對(duì)較高(表1、圖5)，其投點(diǎn)位置略向基性火成巖區(qū)靠近(圖5)。

圖5 呂梁變質(zhì)巖石的原巖恢復(fù)圖解(a)(al+fm)-(c+alk)-Si尼格里參數(shù)圖解(據(jù)Simonen，1953)；(b)A-C-FM原巖恢復(fù)圖解(轉(zhuǎn)引自王仁民等，1987)Fig.5 Discrimination diagrams of protoliths of Lüliang metamorphic rocks(a) (al+fm)-(c+alk) vs. Si diagram (after Simonen，1953); (b) A-C-FM diagram (after Wang et al.，1987)

圖6 呂梁巖石樣品的稀土元素配分模式圖和微量元素蛛網(wǎng)圖(a、b)黑云斜長(zhǎng)片麻巖樣品；(c、d)含榴斜長(zhǎng)角閃巖樣品.用于標(biāo)準(zhǔn)化的澳大利亞后太古代平均頁(yè)巖成分(PAAS)據(jù)McLennan，1989；平均大陸上地殼成分據(jù)Rudnick and Gao，2003；C1球粒隕石和原始地幔組成據(jù)Sun and McDonough，1989. 圖中引用的歐洲平均頁(yè)巖成分(ES)據(jù)Haskin and Frey，1966、北美平均頁(yè)巖成分(NASC)據(jù)Gromet et al.，1984Fig.6 REE distribution patterns and spidegrams of trace elements of samples in the Lüliang area(a, b) biotite plagioclase gneiss samples; (c, d) garnet-bearing amphibolite samples. Data sources: PAAS-normalized from Mclennan，1989; upper continent crust-normalized from Rudnick and Gao，2003; Chondrite C1- and primitive mantle-normalized from Sun and McDonough，1989. ES from Haskin and Frey，1966; NASC from Gromet et al.，1984

圖8 呂梁斜長(zhǎng)角閃巖的Zr/TiO2-Nb/Y圖解(a,據(jù)Winchester and Floyd，1977)和AFM圖解(b,據(jù)Irvine and Baragar，1971)Fig.8 Zr/TiO2 vs. Nb/Y diagram (a, after Winchester and Floyd, 1977) and AFM diagram (b, after Irvine and Baragar, 1971) of garnet-bearing amphibolites in the Lüliang area

所有樣品的稀土總量(ΣREE)介于196.7×10-6～398.4×10-6之間，經(jīng)C1球粒隕石(Sun and McDonough，1989)標(biāo)準(zhǔn)化的(La/Sm)N和(La/Yb)N比值分別為3.95～4.52和8.17～23.65。經(jīng)澳大利亞后太古宙平均頁(yè)巖成分(PAAS，McLennan，1989)標(biāo)準(zhǔn)化的稀土配分模式表現(xiàn)為近平坦特征(圖6a)，總體成分與歐洲平均頁(yè)巖成分(ES，Haskin and Frey，1966)、北美平均頁(yè)巖成分(NASC，Grometetal.，1984)以及平均大陸上地殼成分(Rudnick and Gao，2003)相近(圖6a)。經(jīng)平均大陸上地殼標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖顯示，大離子親石元素Rb、K相對(duì)富集，Sr相對(duì)虧損；高場(chǎng)強(qiáng)元素Th、La、Ce、Nd、Hf、Sm明顯富集，U、Nb、Ta、Zr、Ti相對(duì)虧損；另外，元素Ba和P在不同樣品中分別表現(xiàn)出不同的虧損或富集特征(圖6b)。除Th元素相對(duì)富集外，巖石微量元素成分與北美頁(yè)巖基本一致(圖6b)。

在微量元素Th-Co-Zr/10構(gòu)造判別圖解中，所有樣品均落在活動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧附近區(qū)域(圖7a；Bhatia and Crook，1986)。La/Th-Hf圖解顯示，巖石的主要物源來(lái)自于與酸性弧物質(zhì)類似的長(zhǎng)英質(zhì)源區(qū)，且靠近上地殼平均成分(圖7b；Floyd and Leveridge，1987)。

圖9 呂梁含榴斜長(zhǎng)角閃巖的構(gòu)造判別圖解(a)Nb/Th-Nb圖解(據(jù)李曙光，1993)；(b)Th/Yb-Ta/Yb圖解(據(jù)Pearce，1982).MORB-大洋中脊玄武巖；IAB-島弧玄武巖；OIB-洋島玄武巖；VAB-火山弧玄武巖；WPB-板內(nèi)玄武巖；CAB-鈣堿性玄武巖；SHO-鉀玄巖；IAT-島弧拉斑玄武巖；TH-拉斑玄武巖；ALK-堿性玄武巖；TR-過(guò)渡性玄武巖Fig.9 The tectonic discrimination diagrams of garnet-bearing amphibolites in the Lüliang area(a) Nb/Th vs. Nb diagram (after Li, 1993); (b) Th/Yb vs. Ta/Yb diagram (after Pearce, 1982). MORB-Mid-ocean ridge basalt; IAB-Island arc basalt; OIB-Ocean island basalt; VAB-Volcanic arc basalt; WPB-Within-plate basalt; CAB-Calc alkaline; SHO-Shoshonitic; IAT-Island arc tholeiite; TH-Tholeiite; ALK-Alkaline; TR-Transtional

3.2 含榴斜長(zhǎng)角閃巖

21件含榴斜長(zhǎng)角閃巖樣品的SiO2和全鐵Fe2O3T含量分別介于39.74%～56.49%和10.83%～16.75%之間。Al2O3、TiO2含量分別為13.1%～17.3%和0.97%～1.67%。全堿ALK(Na2O+K2O)含量介于1.18%～3.80%之間(表1)。多數(shù)樣品的K2O/Na2O比值(0.08～0.49)小于1.0，樣品LL55的K2O/Na2O=1.11。鋁指數(shù)A/CNK介于0.57～0.82之間(表1)。在原巖判別圖解A-C-FM(圖5b)中，除樣品LL55外，所有巖石樣品均投點(diǎn)在基性火山巖及鐵質(zhì)白云質(zhì)泥灰?guī)r區(qū)，而在尼格里參數(shù)(al+fm)-(c+alk)-Si圖解(圖5a)中，多數(shù)樣品(除樣品LL53外)落入基性火山巖區(qū)。在原巖分類圖解Zr/TiO2-Nb/Y(圖8a，Winchester and Floyd，1977)和AFM(Irvine and Baragar，1971)中，所有樣品分別投入安山巖/玄武巖區(qū)和拉斑系列玄武巖區(qū)域內(nèi)(圖8b)。

呂梁含榴斜長(zhǎng)角閃巖樣品的稀土總量變化于33.18×10-6～94.74×10-6之間，經(jīng)C1球粒隕石(Sun and McDonough，1989)標(biāo)準(zhǔn)化的(La/Sm)N=0.88～2.47、(La/Yb)N=1.03～5.28(表1)，部分樣品的輕稀土顯示弱富集特征，多數(shù)樣品的稀土配分模式則近平坦(圖6c)。部分樣品顯示與大洋中脊玄武巖、洋島玄武巖以及大陸下地殼類似的稀土配分模式(圖6c)。但在原始地幔(Sun and McDonough，1989)標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中，本文樣品顯示出與N型大洋中脊玄武巖和洋島玄武巖明顯不同的元素特征，而與大陸下地殼成分相近(圖6d)。大離子親石元素K存在明顯富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb和Ta明顯虧損、Ti略虧損，元素P相對(duì)虧損。

在構(gòu)造判別圖解Nb/Th-Nb(李曙光，1993)和Th/Yb-Ta/Yb(Pearce，1982)中，巖石分別投點(diǎn)在島弧玄武巖區(qū)(圖9a)和火山弧玄武巖區(qū)(圖9b)，且多數(shù)樣品屬拉斑系列玄武巖(圖8b)。

4 鋯石年代學(xué)和微量元素地球化學(xué)

鋯石LA-ICP-MS微區(qū)U-Pb定年和微量元素分析分別在西北大學(xué)(樣品LL12)和武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司(樣品CZ48和CZ59)測(cè)試完成。測(cè)年方法和原理詳見(jiàn)Liuetal.(2007)。鋯石同位素分析數(shù)據(jù)和微量元素?cái)?shù)據(jù)分別列于表2和表3。

4.1 含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖(樣品LL12)

該樣品中鋯石均呈渾圓狀，多數(shù)顆粒直徑介于50～100μm之間。在陰極發(fā)光圖像中，所有顆粒均呈現(xiàn)明暗不均勻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，無(wú)巖漿韻律環(huán)帶(圖10a)。本文對(duì)其中19個(gè)鋯石顆粒進(jìn)行19個(gè)微區(qū)的年代學(xué)和稀土元素分析測(cè)試。根據(jù)微量元素分析結(jié)果可將鋯石分為兩類，第一類鋯石(分析點(diǎn)No.26)的稀土元素配分模式具有輕稀土虧損、重稀土富集特征，Eu存在明顯負(fù)異常；第二類鋯石(18個(gè)顆粒)的重稀土元素則非常平坦，多數(shù)顆粒顯示Eu明顯負(fù)異常特征(圖10c)。年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示，第一類鋯石(No.26)的Th含量和Th/U比值相對(duì)較高，分別為192.6×10-6和0.26(圖10b)，U含量為748.3×10-6，207Pb/206Pb年齡為2015±27Ma(圖10b-d)。第二類鋯石的Th含量和Th/U比值相對(duì)較低，分別為7.4×10-6～23.7×10-6和0.01～0.05(圖10b)，U含量304.3×10-6～816.1×10-6(表2)，207Pb/206Pb年齡介于1974～1807Ma之間(圖10b，d)。18個(gè)分析點(diǎn)的不一致線上交點(diǎn)年齡為1902±29Ma(MSWD=2.9)，諧和線附近15個(gè)分析點(diǎn)獲得的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1920±20Ma(MSWD=14)(圖10e)。

4.2 含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖(樣品CZ48)

該樣品中鋯石多呈渾圓狀或短柱狀，顆粒長(zhǎng)約50～100μm。陰極發(fā)光圖像顯示三種類型鋯石特征：第一類鋯石含量最多，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多數(shù)顆粒發(fā)光性不均勻，總體呈暗灰色(如圖11a中分析點(diǎn)No.5、No.6和No.12)；第二類鋯石含量次之，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)均一、發(fā)光性較強(qiáng)，顆?？傮w呈現(xiàn)灰白色(如圖11a中分析點(diǎn)No.26、No.30和No.38)；第三類鋯石含量極少，但發(fā)育明顯核邊結(jié)構(gòu)，核部保留隱約韻律環(huán)帶，一側(cè)發(fā)育發(fā)光性較為均勻的灰白色窄邊(最寬處約10μm)；但由于該類鋯石數(shù)量有限，且核部原有結(jié)構(gòu)已被后期改造，邊部過(guò)窄，故未對(duì)該類鋯石進(jìn)行測(cè)試。對(duì)第一類19顆鋯石和第二類16顆鋯石進(jìn)行了35個(gè)點(diǎn)的分析測(cè)試，結(jié)果表明(表2和表3)，兩類鋯石均具有輕稀土虧損、重稀土平坦的稀土配分特征，且多數(shù)鋯石存在明顯的Eu負(fù)異常(圖11c)。第一類鋯石Th、U含量分別為10.6×10-6～62.2×10-6和359.1×10-6～1061×10-6(表2)，Th/U比值為0.01～0.09(圖11b)，207Pb/206Pb年齡分散于1927～1391Ma之間(圖11b)。第二類鋯石Th、U含量分別為8.4×10-6～92.2×10-6和566.9×10-6～996.6×10-6，Th/U比值為0.01～0.10(圖11b)，207Pb/206Pb年齡分散于2000～1500Ma之間(圖11b)，但所有數(shù)據(jù)點(diǎn)可以擬合成一條很好的等時(shí)線，年齡分散主要是由鉛丟失造成的。所有35個(gè)分析點(diǎn)獲得的不一致曲線上交點(diǎn)年齡為1882±28Ma(MSWD=5.0)(圖11d)，其中位于諧和線附近的13個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)同樣獲得了一致的年齡數(shù)據(jù)，其207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡和上交點(diǎn)年齡分別為1889±14Ma(MSWD=1.0)和1881±33Ma(MSWD=1.2)(圖11e)。

表3 呂梁變質(zhì)雜巖區(qū)巖石樣品中鋯石的稀土元素分析結(jié)果(×10-6)

續(xù)表3

圖10 樣品LL12的鋯石U-Pb年代學(xué)相關(guān)圖(a)鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像，圓圈代表測(cè)試點(diǎn)位；(b)鋯石207Pb/206Pb年齡與Th/U相關(guān)關(guān)系圖；(c)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化(Sun and McDonough，1989)的鋯石稀土配分模式圖；(d)鋯石207Pb/206Pb年齡頻度分布圖；(e)鋯石的U-Pb諧和曲線圖. 測(cè)試點(diǎn)號(hào)參見(jiàn)表2和表3Fig.10 Chronological diagrams for the analyzed zircons from Sample LL12(a)CL images, and the circles represent the spots from which LA-ICP-MS measurements were taken；(b)Th/U ratios and 207Pb/206Pb relation diagram；(c)chondrite-normalized REE distribution pattern (Sun and McDonough，1989)；(d)207Pb/206Pb age frequency distribution histogram；(e)U-Pb concordia diagram. The numbers refer to the analytical data listed in Tables 2 and Table 3

圖11 樣品CZ48的鋯石U-Pb年代學(xué)相關(guān)圖(a)鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像，圓圈代表測(cè)試點(diǎn)位；(b)鋯石207Pb/206Pb年齡與Th/U相關(guān)關(guān)系圖；(c)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化(Sun and McDonough，1989)的鋯石稀土配分模式圖；(d、e)鋯石的U-Pb諧和曲線圖.測(cè)試點(diǎn)號(hào)參見(jiàn)表2和表3Fig.11 Chronological diagrams for the analyzed zircons from Sample CZ48(a)CL images, and the circles represent the spots from which LA-ICP-MS measurements were taken；(b)Th/U ratios and 207Pb/206Pb relation diagram；(c)chondrite-normalized REE distribution pattern (Sun and McDonough，1989)；(d, e)U-Pb concordia diagram. The numbers refer to the analytical data listed in Tables 2 and Table 3

4.3 含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖(樣品CZ59)

該樣品中鋯石多呈短柱狀或渾圓狀，顆粒直徑約50～150μm。陰極發(fā)光圖像顯示兩類鋯石特征：第一類鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多數(shù)顆粒發(fā)光性明暗不均勻，總體呈暗灰色(圖12a)；第二類鋯石具有明顯的核邊結(jié)構(gòu)，核部偶見(jiàn)嚴(yán)重改造的韻律環(huán)帶，邊部與第一類鋯石特征類似，但寬度過(guò)窄，無(wú)法進(jìn)行測(cè)試。選取第一類鋯石中內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)均勻的微區(qū)進(jìn)行分析測(cè)試，39顆鋯石獲得的39個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，所有鋯石稀土元素配分模式均具有輕稀土虧損特征，且多數(shù)顆粒存在明顯的Eu負(fù)異常(圖12c)。然而，鋯石的重稀土元素卻表現(xiàn)出不同程度的平坦特征(圖12c)，重稀土相對(duì)富集的5顆鋯石的207Pb/206Pb年齡介于1963～1826Ma之間，重稀土相對(duì)平坦的34顆鋯石的207Pb/206Pb年齡分散于1965～1796Ma之間(圖12c、表2)，二者并無(wú)明顯差別。所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的Th、U含量分別為6.6×10-6～61.3×10-6和284.2×10-6～530.2×10-6(表2)，Th/U比值多數(shù)集中在0.01～0.10之間，點(diǎn)No.7的Th/U比值略高，為0.17(圖12b)。所有鋯石的207Pb/206Pb年齡分布于1965～1796Ma之間(圖12b)，獲得的上交點(diǎn)年齡為1980±43Ma(MSWD=3.3)(圖12e)。根據(jù)年齡頻度分布圖可以將所有年齡數(shù)據(jù)分為兩組(圖12b，d)，第一組年齡相對(duì)年輕(1884～1796Ma)，18個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)獲得的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1855±11Ma(MSWD=0.8)(圖12f)；第二組年齡較老(1965～1896Ma)，21個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)獲得的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1928±11Ma(MSWD=0.5)、上交點(diǎn)年齡為1936±9Ma(MSWD=0.6)(圖12g)。

圖12 樣品CZ59的鋯石U-Pb年代學(xué)相關(guān)圖(a)鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像，圓圈代表測(cè)試點(diǎn)位；(b)鋯石207Pb/206Pb年齡與Th/U相關(guān)關(guān)系圖；(c)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化(Sun and McDonough，1989)的鋯石稀土配分模式圖；(d)鋯石207Pb/206Pb年齡頻度分布圖；(e-g)鋯石的U-Pb諧和曲線圖. 測(cè)試點(diǎn)號(hào)參見(jiàn)表2和表3Fig.12 Chronological diagrams for the analyzed zircons from Sample CZ59(a)CL images, and the circles represent the spots from which LA-ICP-MS measurements were taken；(b)Th/U ratios and 207Pb/206Pb relation diagram；(c)chondrite-normalized REE distribution pattern (Sun and McDonough，1989)；(d)207Pb/206Pb age frequency distribution histogram；(e-g)U-Pb concordia diagrams. The numbers refer to the analytical data listed in Tables 2 and Table 3

5 討論

5.1 原巖與構(gòu)造背景

前人從不同角度針對(duì)呂梁界河口(巖)群大地構(gòu)造環(huán)境開(kāi)展了一系列的研究工作。李江海等(1999)和萬(wàn)渝生等(2000)在界河口(巖)群中厘定出與西部陸塊“孔茲巖帶”變質(zhì)表殼巖相似的巖石組合，將其定義為“孔茲巖系”，推測(cè)該巖石組合形成于被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境，在西部陸塊向東部陸塊的俯沖過(guò)程中，從西部陸塊逆沖到巖漿弧巖石之上，隨后在東西陸塊碰撞過(guò)程中加入到“中部造山帶”內(nèi)(Zhaoetal.，2008；Xiaetal.，2009)；劉樹(shù)文等(2009)則根據(jù)界河口(巖)群的巖石組合特征，推斷其形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。Liuetal.(2012)綜合已有年代學(xué)資料，發(fā)現(xiàn)呂梁界河口(巖)群、呂梁群和野雞山群中均有類似的2.2～2.1Ga的年齡記錄(耿元生等，2000，2004；萬(wàn)渝生等，2000；Wanetal.，2006；Xiaetal.，2009)，認(rèn)為該區(qū)廣泛分布的2.2～2.1Ga的基性火山巖和花崗類巖石均具有明顯島弧巖漿特征，形成于與東、西部陸塊沿“中部帶”的俯沖作用有關(guān)的島弧構(gòu)造環(huán)境(Zhaoetal.，2008；劉樹(shù)文等，2009；Liuetal.，2012)；杜利林等(2012)則認(rèn)為2.2～2.1Ga的巖漿活動(dòng)形成于伸展的構(gòu)造體制下，可能與華北克拉通內(nèi)部2.2～2.0Ga的裂谷活動(dòng)有關(guān)。

本文上述巖石地球化學(xué)特征表明，呂梁界河口(巖)群(含榴夕線)黑云斜長(zhǎng)片麻巖樣品屬過(guò)鋁質(zhì)巖石，相對(duì)富鉀、富鋁。由于在原巖判別圖解中，幾乎所有樣品均落入變泥質(zhì)沉積巖區(qū)，且多數(shù)樣品含有富鋁礦物夕線石(表1)，故推測(cè)其原巖多為黏土礦物含量較高的泥質(zhì)沉積巖。這類巖石的稀土配分模式和微量元素蛛網(wǎng)圖特征總體與頁(yè)巖類似，且表現(xiàn)出上地殼成分特征。另外，由于所有樣品的δEu(δEu=Eu/Eu*，Eu*=Tb×(Sm/Tb)2/3；Taylor and McLennan，1985)介于0.28～0.47之間，存在明顯的負(fù)銪異常，表明其物源中可能有不成熟的年輕弧物質(zhì)的加入(Taylor and McLennan，1985)。根據(jù)微量元素物源和構(gòu)造判別圖解結(jié)果進(jìn)一步推斷，源巖物質(zhì)主要來(lái)源于上地殼的長(zhǎng)英質(zhì)火成巖(Floyd and Leveridge，1987；Guetal.，2002)，形成于有演化島弧發(fā)育的活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造背景。含榴斜長(zhǎng)角閃巖樣品屬亞鋁質(zhì)巖石，其硅、鐵含量變化較大，鋁含量較低，多數(shù)樣品相對(duì)富鈉，樣品LL55相對(duì)富鉀。該類巖石的原巖為拉斑系列玄武巖，巖石鎂指數(shù)Mg#(Mg#=100×MgO/(MgO+FeOT)，摩爾比)變化于36.91～55.54之間，表明源區(qū)巖漿經(jīng)歷了一定程度的結(jié)晶分異過(guò)程。巖石樣品稀土總量較低，稀土配分模式和微量元素蛛網(wǎng)圖顯示與E型大洋中脊玄武巖和/或大陸下地殼(圖6c，d)類似的成分特征。由于絕大多數(shù)樣品中的Mg#較高，且不活動(dòng)元素Co和Ni含量明顯高于大陸下地殼的平均值(38×10-6和88×10-6)(Rudnick and Gao，2003)，故推測(cè)其源區(qū)來(lái)自于富集地幔。高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb和Ta的負(fù)異常是島弧火山巖的顯著標(biāo)志(Wilson，1989；Condie，2001)。微量元素構(gòu)造判別圖解進(jìn)一步證實(shí)，其形成于島弧構(gòu)造背景，是島弧巖漿分異結(jié)晶作用的產(chǎn)物。

5.2 變質(zhì)演化

對(duì)本文所有巖石樣品的詳細(xì)巖相學(xué)研究表明，呂梁地區(qū)出露的界河口(巖)群含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖和含榴斜長(zhǎng)角閃巖中均發(fā)育明顯的“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)，記錄了三個(gè)階段的變質(zhì)礦物組合，經(jīng)歷了早期進(jìn)變質(zhì)、峰期和晚期退變質(zhì)三個(gè)階段的變質(zhì)作用。含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖中進(jìn)變質(zhì)礦物組合由石榴子石核部的石英、斜長(zhǎng)石和黑云母等早期包裹體組成；峰期礦物組合由石榴子石、黑云母、夕線石、斜長(zhǎng)石、石英和少量鉀長(zhǎng)石組成；退變質(zhì)階段由石榴子石周圍交生狀或小顆粒的堇青石、黑云母、斜長(zhǎng)石和石英等后成合晶礦物組成，構(gòu)成典型“白眼圈”反應(yīng)結(jié)構(gòu)。含榴斜長(zhǎng)角閃巖的早期進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合表現(xiàn)為石榴子石內(nèi)部細(xì)小的角閃石、斜長(zhǎng)石和石英等礦物包裹體；峰期礦物組合包括石榴子石、角閃石、斜長(zhǎng)石、石英及少量鈦鐵礦和磁鐵礦；退變質(zhì)階段由石榴子石周圍小顆粒的角閃石、斜長(zhǎng)石、夕線石和石英等后成合晶礦物組成。由前期研究工作可知，呂梁界河口(巖)群含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖中三個(gè)階段的溫度和壓力條件依次為：541～563℃/2.0～2.3kbar(進(jìn)變質(zhì)階段)、>750℃/>7.0kbar(峰期階段)和558～620℃/1.7～2.7kbar(晚期退變質(zhì)階段)(Xiaoetal.，2019)；含榴斜長(zhǎng)角閃巖中峰期階段的變質(zhì)溫度>750℃、壓力>6.3kbar，退變質(zhì)階段的變質(zhì)條件約為714℃/5.7kbar(Xiaoetal.，2017)。Zhaoetal.(2000，2010)在該區(qū)界河口(巖)群含榴斜長(zhǎng)角閃巖中識(shí)別出3～4個(gè)階段的變質(zhì)礦物組合：進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合(M1)以石榴子石內(nèi)部的早期包裹體斜長(zhǎng)石+角閃石+石英為代表，峰期礦物組合(M2)由石榴子石變斑晶和基質(zhì)礦物斜長(zhǎng)石+角閃石+石英±單斜輝石組成，石榴子石無(wú)明顯成分環(huán)帶，峰后降壓階段礦物組合(M3)表現(xiàn)為圍繞石榴子石邊部發(fā)育的斜長(zhǎng)石+鎂鐵閃石后成合晶。利用THERMORCALCL熱力學(xué)軟件，該團(tuán)隊(duì)先后獲得不同階段的變質(zhì)條件分別為：500～550℃/7.0～7.5kbar(M1)、600～650℃/9.0～10.0kbar(M2)、600～650℃/6.0～6.5kbar(M3)(Zhaoetal.，2000)和655～668℃/6.1～7.1kbar(M1)、748～753℃/8.3～9.2kbar(M2)、697～737℃/4.1～5.1kbar(M3)(Zhaoetal.，2010)。

Zhaoetal.(2017)對(duì)呂梁地區(qū)泥質(zhì)混合巖的中間體(mesosome)進(jìn)行了細(xì)致的巖相學(xué)觀察和視剖面圖熱力學(xué)模擬，認(rèn)為巖石曾經(jīng)歷了四個(gè)階段的變質(zhì)演化：峰前變質(zhì)階段(M1)以石榴子石變斑晶內(nèi)部的黑云母、夕線石、石英包裹體以及基質(zhì)中的金紅石殘片構(gòu)成的礦物組合為代表；峰期階段礦物組合(M2)包括石榴子石邊部、鈦鐵礦、黑云母、鉀長(zhǎng)石、夕線石和石英，溫壓條件為815～838℃/～8.9kbar；峰后冷卻階段(M3)以在峰期礦物組合的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的堇青石為代表，其溫壓條件為780～838℃/5.0～6.3kbar；退變質(zhì)階段礦物組合(M4)包括石榴子石、鈦鐵礦、黑云母、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、堇青石、夕線石和石英，溫壓條件為～775℃/～5.0kbar。

該地區(qū)界河口(巖)群巖石經(jīng)歷了的變質(zhì)作用局部可達(dá)到麻粒巖相。劉建忠等(2001)發(fā)現(xiàn)嵐縣及文水縣附近有角閃二輝麻粒巖(基性麻粒巖)出露，Zhaoetal.(2000，2008，2010)亦報(bào)道了界河口(巖)群巖石在古元古代晚期經(jīng)歷角閃巖相(Zhaoetal.，2000)至麻粒巖相(Zhaoetal.，2008，2010)變質(zhì)作用。Xiaoetal.(2017)首次對(duì)該地區(qū)的界河口(巖)群基性麻粒巖開(kāi)展了細(xì)致的變質(zhì)演化研究，并發(fā)現(xiàn)該類巖石中同樣保存了三個(gè)階段的礦物組合：進(jìn)變質(zhì)階段礦物組合由石榴子石內(nèi)部的普通角閃石、石英和黃鐵礦等包裹體組成；峰期礦物組合由大顆粒的石榴子石、斜方輝石、普通角閃石、斜長(zhǎng)石、黑云母、石英和鈦鐵礦組成，形成溫度>790℃、壓力>9.4kbar；退變質(zhì)階段由石榴子石變斑晶周圍發(fā)育的小顆粒石榴子石、斜方輝石、普通角閃石、鎂鐵閃石、黑云母、斜長(zhǎng)石和石英等后成合晶礦物組成，該階段的變質(zhì)條件為652～775℃/2.8～7.5kbar(Xiaoetal.，2017)。

上述傳統(tǒng)礦物溫壓計(jì)和視剖面圖模擬的綜合研究結(jié)果顯示，雖然呂梁界河口(巖)群不同巖石類型記錄的變質(zhì)階段和變質(zhì)條件有所差異，但它們均經(jīng)歷了順時(shí)針近等溫降壓型的變質(zhì)作用P-T演化軌跡，指示其形成于碰撞造山環(huán)境(Zhaoetal.，2000，2010，2017；Xiaoetal.，2017，2019)。結(jié)合中部帶其他雜巖體變質(zhì)演化特征(詳見(jiàn)肖玲玲和劉福來(lái)，2015)，本文推測(cè)呂梁地區(qū)各類變質(zhì)巖石所反映的區(qū)域變質(zhì)事件與古元古代末期華北克拉通東、西部陸塊之間的俯沖-碰撞造山作用有關(guān)。

5.3 變質(zhì)鋯石特征與年齡解釋

5.3.1 變質(zhì)鋯石特征

變質(zhì)鋯石大致可分為變質(zhì)新生鋯石、變質(zhì)增生鋯石和變質(zhì)重結(jié)晶鋯石三種類型。三類鋯石均是在變質(zhì)過(guò)程中形成的，同一樣品中，三者可以同時(shí)存在，但其形成機(jī)制存在明顯差異。變質(zhì)新生鋯石是在變質(zhì)過(guò)程中新生長(zhǎng)出來(lái)的鋯石，可以在基本保持固態(tài)情況下，由原巖礦物分解產(chǎn)生；也可以從變質(zhì)流體中結(jié)晶形成；或者在深熔過(guò)程中，從熔體中結(jié)晶形成。變質(zhì)增生鋯石是在原有鋯石的基礎(chǔ)上增生出的新生鋯石。變質(zhì)重結(jié)晶鋯石則是原有鋯石經(jīng)過(guò)變質(zhì)重結(jié)晶作用形成的。與巖漿鋯石和碎屑鋯石相比，變質(zhì)鋯石具有明顯不同的鑒別特征，主要表現(xiàn)在顆粒形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、稀土配分模式和Th/U比值四個(gè)方面(Xiao and Chen，2019)。

在顆粒形態(tài)上，變質(zhì)新生鋯石為他形，多呈渾圓狀；變質(zhì)增生鋯石和變質(zhì)重結(jié)晶鋯石可呈半自形到他形，形態(tài)多受原有鋯石影響，前者在原有鋯石已有形態(tài)的基礎(chǔ)上呈他形增生，后者則多繼承原有鋯石的基本形態(tài)。

鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是判別鋯石成因的最為重要且最可靠的依據(jù)(Corfuetal.，2003；Rubatto，2017；Xiao and Chen，2019)。陰極發(fā)光圖像(CL)可以清晰地表現(xiàn)鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，不同成因鋯石，甚至不同類型的變質(zhì)鋯石其內(nèi)部結(jié)構(gòu)均存在一定的差異。變質(zhì)新生鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)均一，無(wú)韻律環(huán)帶，在中高級(jí)變質(zhì)巖石中，鋯石可呈云霧狀、扇狀或冷杉葉狀等明暗相間的分帶結(jié)構(gòu)。變質(zhì)增生鋯石往往發(fā)育“核邊結(jié)構(gòu)”，核部為繼承的原有鋯石(如具有韻律環(huán)帶的巖漿核)，其可能完整保留原有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，也可能呈現(xiàn)變質(zhì)重結(jié)晶鋯石特征；邊部則為具有變質(zhì)新生鋯石特征的增生邊。變質(zhì)重結(jié)晶鋯石是對(duì)原有鋯石進(jìn)行了不同程度的后期改造，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，如果部分保留了原有鋯石的結(jié)構(gòu)特征，則總體呈現(xiàn)溶蝕狀結(jié)構(gòu)；若原有結(jié)構(gòu)被全部置換，則會(huì)呈現(xiàn)斑雜狀或海綿狀等明暗不均勻的結(jié)構(gòu)特征(如本文樣品)。

稀土配分模式，尤其是重稀土的分布特征能夠較為有效的區(qū)分巖漿鋯石和變質(zhì)鋯石。與巖漿鋯石類似，變質(zhì)鋯石的輕重稀土元素分異顯著，輕稀土明顯虧損。但二者不同的是，巖漿鋯石普遍富集重稀土元素，而變質(zhì)鋯石中重稀土的富集程度往往取決于四個(gè)因素：巖石中易富重稀土的礦物含量、及其與變質(zhì)鋯石的結(jié)晶順序、原有鋯石的重結(jié)晶程度以及原巖成分等(Xiao and Chen，2019)。原因在于，在中高級(jí)變質(zhì)巖石中，石榴子石是重稀土元素的主要寄主礦物(Hermann and Rubatto，2003；Tayloretal.，2016)。如果變質(zhì)巖石中含有石榴子石組分，那么在變質(zhì)作用過(guò)程中，重稀土元素會(huì)優(yōu)先進(jìn)入石榴子石，而非鋯石。因此，當(dāng)石榴子石早于變質(zhì)鋯石或與其同時(shí)結(jié)晶時(shí)，變質(zhì)巖石中的石榴子石將富集重稀土元素，而變質(zhì)鋯石則表現(xiàn)出重稀土平坦的配分模式(如樣品CZ48；圖11c)；相反，當(dāng)石榴子石晚于變質(zhì)鋯石結(jié)晶或巖石中不含石榴子石時(shí)，巖石中的變質(zhì)鋯石將富集重稀土元素，此時(shí)，其稀土配分模式與巖漿鋯石類似，無(wú)法利用該特征來(lái)區(qū)分彼此。另外，對(duì)于含有石榴子石的變質(zhì)巖石來(lái)說(shuō)，原有鋯石的稀土含量及其變質(zhì)重結(jié)晶程度往往會(huì)影響變質(zhì)重結(jié)晶鋯石的重稀土分布狀況。因此，在同一樣品中，不同的變質(zhì)重結(jié)晶鋯石顆粒，可能全部表現(xiàn)為重稀土平坦的分配特征(如樣品CZ48；圖11c)，也可能表現(xiàn)為由近平坦?jié)u變?yōu)楦患奶卣?如樣品CZ59；圖12c)。

Th/U比值是判別鋯石成因最簡(jiǎn)單、實(shí)用的方法(Rubatto，2017)。變質(zhì)鋯石和巖漿鋯石的Th/U比值雖無(wú)明確的界線，但Th/U比值小于0.1的鋯石通常是變質(zhì)成因鋯石。然而，反之則不然，近些年來(lái)的研究表明，變質(zhì)鋯石的Th/U比值可以達(dá)到0.4(Vavraetal.，1996；Schalteggeretal.，1999；Kelly and Harley，2005；Rubatto，2017；Xiaoetal.，2017；Lietal.，2019)，甚至0.8(Xiao and Chen，2019)。這類鋯石通常為變質(zhì)重結(jié)晶鋯石，其較高的Th/U比值可能與原有鋯石具有的高Th/U比值或者原巖成分有關(guān)(Lietal.，2019)。

5.3.2 年齡解釋

本文鋯石年代學(xué)研究表明，呂梁地區(qū)含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖樣品中含有少量的變質(zhì)增生鋯石，但核部微區(qū)均遭受不同程度的變質(zhì)重結(jié)晶作用改造，增生邊部過(guò)窄，因此，無(wú)法獲得相應(yīng)年齡信息(如樣品CZ48和CZ59)；所有樣品中多數(shù)鋯石顯示變質(zhì)重結(jié)晶成因特征，記錄了1928～1855Ma之間的變質(zhì)年齡信息。在樣品LL12中，兩類鋯石的CL圖像均顯示變質(zhì)重結(jié)晶鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征(圖10a)。第一類鋯石明顯富集重稀土元素、且具有較高的Th/U比值(0.26)(圖10c)，推測(cè)與微區(qū)本身的微量元素體系的重置程度不高有關(guān)，但該類鋯石僅包含一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，故其實(shí)際意義不大。第二類鋯石重稀土平坦(圖10c)、Th/U比值較低(0.01～0.05)，表明其為與石榴子石同期形成的變質(zhì)鋯石。后者15個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)獲得的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1920±20Ma(圖10e)。在樣品CZ48的鋯石CL圖像中，兩類鋯石因Th、U含量不同而顯示不同的發(fā)光性質(zhì)，但二者均顯示變質(zhì)重結(jié)晶鋯石特征(圖11a)。Th/U比值較低，介于0.01～0.10之間。兩類鋯石具有類似的稀土元素配分模式(圖11c)和一致的年齡分布范圍(圖11b，表2和表3)，表明二者成因一致，均為與石榴子石同期形成的變質(zhì)鋯石。所有35個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)獲得的上交點(diǎn)年齡為1882±28Ma(圖11d)。在樣品CZ59中，所測(cè)試的第一類鋯石均顯示典型變質(zhì)重結(jié)晶成因的CL圖像特征(圖12a)。除點(diǎn)No.7外，其余所有鋯石的Th/U比值介于0.01～0.10之間。稀土配分模式呈漸變趨勢(shì)，按其重稀土的富集程度，大概可分為近平坦和富集兩組(圖12c)，但二者對(duì)應(yīng)的年齡數(shù)據(jù)并無(wú)明顯差別，表明變質(zhì)鋯石的形成與該樣品中石榴子石的生長(zhǎng)速度無(wú)關(guān)，而可能與原有鋯石的重結(jié)晶程度和稀土含量有關(guān)。根據(jù)年齡頻度分布特征可將所有鋯石另分為兩個(gè)年齡組，兩組獲得的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡分別為1928±11Ma和1855±11Ma，代表了變質(zhì)作用的不同階段。

5.3.3 構(gòu)造指示

近來(lái)年，華北中部造山帶(Zhaoetal.，1998，2001，2005)已報(bào)道的變質(zhì)時(shí)代不再僅局限于～1.85Ga，同時(shí)出現(xiàn)了～1.95Ga 和～2.5Ga至少兩組不同的變質(zhì)年齡記錄，人們開(kāi)始意識(shí)到華北中部造山帶的形成可能經(jīng)歷了一個(gè)非常復(fù)雜而漫長(zhǎng)的演化過(guò)程。

本文和前人在呂梁地區(qū)的變質(zhì)年代學(xué)研究表明，該雜巖區(qū)變質(zhì)巖石至少記錄了2.45～2.34Ga、1.96～1.92Ga和1.89～1.82Ga三組變質(zhì)年齡信息，其中，以1.89～1.82Ga的變質(zhì)年齡為主。劉建忠等(2001)認(rèn)為界河口(巖)群巖石普遍經(jīng)歷了角閃巖相變質(zhì)作用改造，局部達(dá)到麻粒巖相，嵐縣及文水縣附近有角閃二輝麻粒巖(基性麻粒巖)出露，該群兩個(gè)斜長(zhǎng)角閃巖樣品的Sm-Nd等時(shí)線年齡分別為2445±237Ma和2335±195Ma，均代表區(qū)域變質(zhì)時(shí)代。Zhaoetal.(2008)對(duì)赤堅(jiān)嶺片麻巖進(jìn)行SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)分析，獲得其變質(zhì)年齡為1872±7Ma。Liuetal.(2006)和劉樹(shù)文等(2009)對(duì)采自關(guān)帝山東側(cè)界河口(巖)群的石榴子石二云母片巖進(jìn)行了電子探針獨(dú)居石年代學(xué)研究，得到1940～1938Ma、1880～1847Ma、1795～1755Ma和1720～1703Ma四組年齡數(shù)據(jù)。這些學(xué)者認(rèn)為1940～1938Ma的年齡記錄與雜巖區(qū)廣泛發(fā)生的基性巖墻侵位事件有關(guān)；1880～1847Ma記錄了東、西部陸塊碰撞引起的區(qū)域變質(zhì)作用時(shí)代，界河口(巖)群巖石普遍經(jīng)歷角閃巖相變質(zhì)作用；1795～1755Ma與后造山伸展作用有關(guān)，而1720～1703Ma的年齡記錄反映了晚期的熱事件。Trapetal.(2009)對(duì)呂梁四個(gè)變泥質(zhì)巖樣品進(jìn)行了電子探針獨(dú)居石定年，獲得了～2400Ma、1950～1910Ma和1890～1870Ma三組年齡信息，其將～2400Ma解釋為與“中部帶”有關(guān)的早期巖漿弧的形成時(shí)代，而1890～1870Ma解釋為區(qū)域變質(zhì)時(shí)代。近年來(lái)，呂梁變質(zhì)雜巖陸續(xù)出現(xiàn)1.96～1.92Ga的變質(zhì)年齡報(bào)道。本人前期LA-ICP-MS鋯石U-Pb地質(zhì)年代學(xué)研究表明，界河口(巖)群基性麻粒巖和變質(zhì)泥質(zhì)巖中多數(shù)鋯石記錄了1960～1920Ma的變質(zhì)年齡，而少數(shù)鋯石記錄了1895～1815Ma的變質(zhì)年齡(Xiaoetal.，2017，2019)，前者與區(qū)域片麻理同期，代表了呂梁變質(zhì)雜巖的峰期變質(zhì)時(shí)代，后者指示了峰后退變質(zhì)時(shí)代。Zhaoetal.(2017)通過(guò)對(duì)泥質(zhì)混合巖中的中間體和淺色體(leucosome)開(kāi)展鋯石U-Pb地質(zhì)年代學(xué)研究，獲得了中間體的變質(zhì)年齡為1947±19Ma，淺色體的結(jié)晶年齡為1911±16Ma，并認(rèn)為其均代表了鄰近峰期的峰后冷卻年齡。

結(jié)合上述年代學(xué)研究工作，呂梁雜巖區(qū)雖有少量2.4～2.3Ga的變質(zhì)年齡報(bào)道，但其誤差較大。多數(shù)變質(zhì)巖石普遍記錄了1.96～1.82Ga時(shí)期的變質(zhì)年齡信息，該年齡反映了與華北中部帶廣泛經(jīng)歷的1.98～1.80Ga期間一致的變質(zhì)事件。本文傾向于認(rèn)為華北克拉通中部造山帶在1.98～1.80Ga期間經(jīng)歷了一期漫長(zhǎng)的變質(zhì)演化過(guò)程，該過(guò)程與東、西部陸塊間的俯沖、碰撞和隆升過(guò)程有關(guān)。卷入該造山事件的呂梁變質(zhì)雜巖，其峰期變質(zhì)作用可能發(fā)生在1.96～1.92Ga，而退變質(zhì)作用過(guò)程發(fā)生在1.89～1.82Ga期間。

6 結(jié)論

(1)本文呂梁界河口(巖)群(含榴夕線)黑云斜長(zhǎng)片麻巖和含榴斜長(zhǎng)角閃巖的原巖分別為變泥質(zhì)巖石和拉斑玄武巖。前者物源主要來(lái)自長(zhǎng)英質(zhì)火成巖，形成于有演化島弧發(fā)育的活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造背景；后者源區(qū)來(lái)自于富集地幔，形成于島弧構(gòu)造環(huán)境。

(2)含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖和含榴斜長(zhǎng)角閃巖中均保留了早期進(jìn)變質(zhì)、峰期和晚期退變質(zhì)三個(gè)階段的變質(zhì)礦物組合，且石榴子石邊部均保留明顯的白眼圈反應(yīng)結(jié)構(gòu)。

(3)含榴夕線黑云斜長(zhǎng)片麻巖中記錄了1928～1920Ma和1882～1855Ma兩組變質(zhì)年齡，分別代表了同一期變質(zhì)事件中的兩個(gè)不同階段。

(4)呂梁變質(zhì)雜巖的區(qū)域變質(zhì)事件與古元古代晚期華北克拉通東、西部陸塊間的碰撞造山作用有關(guān)。該地區(qū)與碰撞造山同期的峰期變質(zhì)作用發(fā)生在1928～1920Ma，與構(gòu)造抬升有關(guān)的退變質(zhì)作用發(fā)生在1882～1855Ma。

致謝感謝審稿專家給予本文的中肯建議。

謹(jǐn)以此文恭賀沈其韓院士百年華誕！