集寧地區(qū)古元古代基性麻粒巖兩期變質(zhì)事件的地質(zhì)意義

常青松，施建榮，張家輝，王惠初，任云偉

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局前寒武紀(jì)地質(zhì)研究中心，天津 300170）

華北克拉通基底的形成演化近年來(lái)一直是我國(guó)前寒武紀(jì)地質(zhì)研究的熱點(diǎn)之一。目前在學(xué)術(shù)界有兩種影響較大的模式：一是認(rèn)為目前的華北地塊先經(jīng)過(guò)～1.95 Ga陰山和鄂爾多斯碰撞拼合，形成孔茲巖帶，之后在～1.85 Ga東、西部陸塊之間的洋盆閉合俯沖碰撞形成中部造山帶，并最終形成整個(gè)華北克拉通，而～1.8 Ga未變質(zhì)基性巖墻群的出現(xiàn)則代表中部造山帶碰撞造山后的陸內(nèi)伸展[1-10]；另一種模式認(rèn)為～2.7 Ga為各陸塊主要的生長(zhǎng)階段，～2.5 Ga為各個(gè)微陸塊拼合的主要時(shí)期，此時(shí)華北克拉通基本形成，并形成～2.7 Ga 及～2.5 Ga 兩期綠巖帶，2.3～1.95 Ga華北克拉通經(jīng)歷了一次裂解-匯聚過(guò)程，可能與前羅迪尼亞（哥倫比亞）造山活動(dòng)有關(guān)，發(fā)育了晉豫、膠遼及豐鎮(zhèn)活動(dòng)帶，隨后的1.95～1.82 Ga地幔隆升，～1.9 Ga輝長(zhǎng)質(zhì)巖漿底侵引起大青山-豐鎮(zhèn)地區(qū)的超高溫麻粒巖相變質(zhì)，～1.85 Ga之后進(jìn)入全區(qū)的伸展抬升，中-下地殼的麻粒巖相巖石出露地表并廣泛發(fā)育基性巖墻群及非造山巖漿事件[11-15]，魏春景等[16]提出古元古造山是一次漫長(zhǎng)的過(guò)程，其中2.00～1.95 Ga陸陸碰撞，地殼加厚造山，并在～1.92 Ga之后轉(zhuǎn)入伸展。

基性麻粒巖由于記錄了多期變質(zhì)事件信息，原巖作為基性巖漿巖，是地幔物質(zhì)上升、地殼伸展的直接體現(xiàn)，以上特征使得華北克拉通中部帶的基性麻粒巖一直為學(xué)術(shù)界研究的主要方向之一。2016年以來(lái)，筆者陸續(xù)參加及承擔(dān)了“1/5萬(wàn)天鎮(zhèn)等三幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”、“1/5萬(wàn)察哈爾右翼前旗等三幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”、“1/5萬(wàn)涼城縣幅、永興幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”及“內(nèi)蒙古黃土窯地區(qū)1/5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”子項(xiàng)目。根據(jù)陸松年等[17]變質(zhì)巖大地構(gòu)造劃分（圖1a），這些區(qū)調(diào)子項(xiàng)目的工作區(qū)位于恒山-桑干高壓麻粒巖帶及孔茲巖帶，該地區(qū)為懷安片麻巖-孔茲巖帶的重點(diǎn)出露區(qū)，是華北克拉通古元古造山作用研究熱點(diǎn)地區(qū)（圖1b）。本文報(bào)道了區(qū)調(diào)工作中對(duì)察右前旗隆盛莊-九龍灣一帶古元古代基性麻粒巖的年代學(xué)工作成果。結(jié)合前人研究，對(duì)本地區(qū)古元古代基性麻粒巖兩期變質(zhì)事件的地質(zhì)意義進(jìn)行了探討，揭示其對(duì)古元古代造山事件的制約。

1 樣品及地質(zhì)背景

工作區(qū)主要出露的古元古代地質(zhì)單元為集寧巖群孔茲巖系及～1.95 Ga重熔花崗巖類（圖1c），其中集寧巖群孔茲巖系主要出露以變粒巖-淺粒巖、（尖晶）矽線榴云片麻巖組合為主的沙渠村巖組，原巖為泥砂質(zhì)沉積巖類，經(jīng)歷～1.92Ga 峰期超高溫變質(zhì)作用[19-20]；而～1.95Ga重熔花崗巖類可能源自孔茲巖系的部分熔融，呈北東—南西向展布，北部與南部與孔茲巖系呈侵入或漸變接觸關(guān)系，其形成與同期的基性巖漿底侵及超高溫變質(zhì)作用密切相關(guān)[21-22]。二者均被古元古代基性巖侵入，并包含一系列古元古代基性麻粒巖團(tuán)塊。

圖1 大地構(gòu)造及區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Tectonic map and regional geological sketch map

樣品TG16-1采自九龍灣附近（圖1c），巖性為變質(zhì)輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖，呈巖基、巖株?duì)钋秩氚郀钭咸K花崗巖中，可在巖體中發(fā)現(xiàn)變質(zhì)表殼巖不同程度的同化捕擄體，出露面積約4 km2，巖石野外露頭成分較為穩(wěn)定均一，變質(zhì)程度達(dá)麻粒巖相，變形較弱，總體為塊狀構(gòu)造，局部地段暗色礦物定向排列，呈條紋或條痕狀構(gòu)造，具有弱片麻理（圖2a），巖體部分區(qū)域具類似變余堆晶結(jié)構(gòu)的層狀結(jié)構(gòu)（長(zhǎng)石及紫蘇輝石粒度均勻并較粗，并呈現(xiàn)分層聚集）。該巖體成分均勻，鏡下為不等粒輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)、似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物主要由紫蘇輝石（＞30%）、斜長(zhǎng)石（＞50%）和單斜輝石（＜20%）組成（圖2b）。

樣品1702-1及1705-1分別采自隆盛莊六十四號(hào)村西側(cè)及十一號(hào)村北側(cè)（圖1c），為基性麻粒巖團(tuán)塊。這一類團(tuán)塊露頭規(guī)模較小，呈透鏡狀、團(tuán)塊狀廣泛產(chǎn)出于重熔花崗巖和孔茲巖系中（圖2c），其長(zhǎng)軸走向，礦物定向方向均與圍巖的片麻理或者糜棱面理一致，與圍巖接觸邊界多為包裹或構(gòu)造接觸。樣品巖性為二輝麻粒巖，主要礦物為紫蘇輝石、單斜輝石及斜長(zhǎng)石（圖2d）。

圖2 野外露頭及正交偏光顯微照片F(xiàn)ig.2 Field outcrop photograph and cross-polarized photomicrograph

2 分析方法

樣品同位素定年工作在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測(cè)試室完成（表1），進(jìn)樣系統(tǒng)為Newave 193 nm激光剝蝕系統(tǒng)，質(zhì)譜為多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（MC-ICP-MS，儀器型號(hào)為Neptune），激光束斑直徑為35 μm，頻率8～10 Hz，同位素外標(biāo)采用GJ-1，微量元素含量外標(biāo)為NIST610；樣品TG16-1的同位素測(cè)試工作在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成，進(jìn)樣系統(tǒng)為GeoLas Pro，激光能量80 mJ，頻率5 Hz，激光束斑直徑32μm，等離子體質(zhì)譜儀為Agilent 7900，微量元素外標(biāo)采用NIST610，同位素比值校正標(biāo)樣為91500，同時(shí)采用GJ-1作為監(jiān)控標(biāo)樣。四個(gè)樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 鋯石U-Pb同位素?cái)?shù)據(jù)表Table 1 Zircon U-Pb isotopic data

續(xù)表1

3 年代學(xué)分析結(jié)果

九龍灣變質(zhì)輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖（TG16-1）的鋯石部分具有核邊結(jié)構(gòu)，但其核部及邊部獲得的年齡在誤差范圍內(nèi)一致，另有部分鋯石具有典型的巖漿震蕩環(huán)帶（圖3），31 個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/207Pb 年齡分布范圍在1 794～1 968 Ma，且諧和度均＞95%（圖3a，表1），顯示鋯石受高級(jí)變質(zhì)作用改造程度較高，部分甚至為變質(zhì)新生鋯石，本文取鋯石形態(tài)中巖漿成因特征明顯（圖3b）的7個(gè)測(cè)點(diǎn)，獲得1 931±23 Ma的加權(quán)平均年齡（圖3c），近似代表原巖侵位年齡。另有7個(gè)具有無(wú)分帶、云霧狀變質(zhì)鋯石特征（圖3d）的測(cè)點(diǎn)，獲得1 822±12 Ma的加權(quán)平均年齡（圖3e）。

圖3 九龍灣變質(zhì)輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖U-Pb諧和圖及陰極發(fā)光（CL）照片F(xiàn)ig.3 Zircon U-Pb Concordia diagrams and cathode luminescence(CL)images of Gabbro diorite in Jiulongwan area

隆盛莊一帶的兩個(gè)二輝麻粒巖樣品中，樣品1702-1受變質(zhì)作用改造強(qiáng)烈，鋯石均為變質(zhì)鋯石，具有無(wú)分帶、云霧狀分帶及斑雜狀分帶等變質(zhì)鋯石結(jié)構(gòu)（圖4c），30個(gè)測(cè)點(diǎn)均落在諧和線附近（圖4a），形成一組1 802±13 Ma 的加權(quán)平均年齡（圖4b）；樣品1705-1鋯石大部分保留了巖漿震蕩環(huán)帶（圖4f），且均落在諧和線附近（圖4d），其中206Pb/207Pb 值最高的7個(gè)測(cè)點(diǎn)年齡相近，與其他測(cè)點(diǎn)差距較大且在CL圖上與其他鋯石幾無(wú)分別，本文判斷其受變質(zhì)改造影響較小，取其加權(quán)平均年齡1 942±31 Ma（圖4e）代表其原巖侵位年齡。

圖4 隆盛莊地區(qū)基性麻粒巖U-Pb諧和圖Fig.4 Zircon U-Pb Concordia diagrams of mafic granulite in Longshengzhuan area

4 討論

4.1 集寧地區(qū)兩期變質(zhì)事件的地質(zhì)意義

本文樣品的同位素定年結(jié)果顯示，集寧地區(qū)基性麻粒巖的年齡主要分為兩期，本文九龍灣輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖（TG16-1）及隆盛莊十一號(hào)村基性麻粒巖樣品（1705-1）中1.94 Ga～1.93 Ga 的原巖侵位年齡屬于較早一期，區(qū)域上西至大青山地區(qū)、涼城紅廟子，東至集寧西溝、土貴烏拉等地基性巖墻的定年結(jié)果集中在1.96 Ga～1.92 Ga[18，23-25]。2019 年1/5 萬(wàn)涼城縣幅、永興幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作在腦包回前二輝斜長(zhǎng)麻粒巖中獲得了1 914.9±7.2 Ma的變質(zhì)年齡，并通過(guò)野外接觸關(guān)系判斷該套中基性變質(zhì)深成巖形成時(shí)代介于孔茲巖系沉積至其發(fā)生深熔形成石榴花崗巖之間，巖石地球化學(xué)表現(xiàn)出與島弧相關(guān)或受陸殼物質(zhì)混染的特征[26]。此外，察右前旗地區(qū)的區(qū)調(diào)工作在豐鎮(zhèn)兵營(yíng)北紫蘇黑云斜長(zhǎng)片麻巖中獲得了1 853 Ma的變質(zhì)年齡及～1.9 Ga的侵位年齡[27]。綜合前人研究，集寧地區(qū)變質(zhì)基性巖墻主要侵位時(shí)代為1.96～1.92 Ga，且存在1.92～1.91 Ga的變質(zhì)，顯示巖墻侵位后不久隨即發(fā)生變質(zhì)[20，22，28]，涼城S-型花崗巖等重熔花崗巖形成時(shí)代與孔茲巖系1.93～1.92 Ga超高溫變質(zhì)的時(shí)代同期[18，19，29，30]，并且也記錄了～1.92 Ga的變質(zhì)作用[31]，集寧地區(qū)重熔花崗巖形成時(shí)代～1.95 Ga，并具有～1.83 Ga 的變質(zhì)年齡[21]。以上研究表明，1.96～1.91 Ga整體可以概括為一個(gè)事件系列，包括了1.96～1.92 Ga 基性巖墻侵入，伴隨1.95～1.92Ga 重熔花崗巖的形成，隨后孔茲巖系1.93～1.92 Ga超高溫變質(zhì)，及1.92～1.91 Ga的麻粒巖相變質(zhì)。

較晚一期為1.85～1.80 Ga，為麻粒巖相-高角閃巖相變質(zhì)年齡，本文九龍灣輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖（TG16-1）～1.82 Ga及六十四號(hào)村基性麻粒巖樣品（1702-1）～1.80 Ga的變質(zhì)年齡、豐鎮(zhèn)兵營(yíng)北中基性麻粒巖～1.85 Ga變質(zhì)時(shí)代及集寧地區(qū)重熔花崗巖中～1.83 Ga的變質(zhì)時(shí)代均表明該期事件具有廣泛的影響。

4.2 與懷安地區(qū)基性麻粒巖的聯(lián)系

現(xiàn)有研究顯示，懷安地區(qū)古元古代基性麻粒巖可分為兩類，一類為含石榴石基性麻粒巖，具有出露規(guī)模小、延伸差等特征，常沿著片麻理走向呈串珠狀透鏡體斷續(xù)產(chǎn)出，圍巖為TTG片麻及孔茲巖系黃土窯巖組。前人在蔓菁溝高壓基性麻粒巖中獲得變質(zhì)年齡為1 848～1 839 Ma，捕獲鋯石（原巖鋯石）年齡介于1 964～2 201 Ma[32，33]；Zhang等[34]從下陰山村高壓基性麻粒巖中獲得2 035±66 Ma和1 858±33 Ma兩組年齡，認(rèn)為前者為鎂鐵質(zhì)巖漿侵位年齡，后者代表變質(zhì)年齡；2016—2018年天鎮(zhèn)等3幅1/5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作在采自朱家溝侵入孔茲巖系中的石榴角閃二輝麻粒巖樣品中獲得了1 957±13 Ma、1 909±12 Ma 和1 836±18 Ma三組年齡，并認(rèn)為其均為變質(zhì)年齡，代表三期不同的變質(zhì)事件。部分高壓麻粒巖原巖時(shí)代可能早于2.0 Ga，甚至2.2 Ga[35]，具有類似MORB的微量元素組成，顯示其原巖可能為早期俯沖的洋殼基性火山巖殘片[36]。

另一類為與集寧地區(qū)類似的二輝麻粒巖類，但其是否經(jīng)歷了高壓麻粒巖相變質(zhì)尚不明確，Kr?ner等[8]利用鋯石SHRIMP U-Pb 方法在恒山地區(qū)的變質(zhì)輝長(zhǎng)巖脈中得到～1 915 Ma的原巖侵位年齡及1 848～1 888 Ma的變質(zhì)年齡；2016—2018年天鎮(zhèn)等三幅1/5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作從采自天鎮(zhèn)地區(qū)西趙家窯和朱家溝的兩個(gè)變質(zhì)基性巖墻樣品中也獲得了1 918 Ma的原巖年齡以及1 820 Ma和1 834 Ma的變質(zhì)年齡[37，41]，由于學(xué)術(shù)界對(duì)克拉通古元古代造山匯聚過(guò)程的不同認(rèn)識(shí)，高壓麻粒巖相峰期變質(zhì)時(shí)代也存在～1.85 Ga[5，32，37-38]及～1.95 Ga[34，39-41]兩種觀點(diǎn)。前者認(rèn)為～1.85 Ga造山碰撞疊加于先期發(fā)生超高溫變質(zhì)的孔茲巖系之上，后者認(rèn)為集寧地區(qū)～1.92 Ga超高溫麻粒巖相變質(zhì)與孔茲巖高壓麻粒巖相變質(zhì)可能為同一期構(gòu)造熱事件[42]，1.95～1.92 Ga構(gòu)成雙變質(zhì)帶。

4.3 區(qū)域大地構(gòu)造演化

區(qū)域?qū)Ρ蕊@示，懷安地區(qū)～1.95 Ga高壓麻粒巖相變質(zhì)及～1.92 Ga 基性巖漿作用可與集寧地區(qū)1.96～1.91 Ga巖墻侵入及超高溫變質(zhì)對(duì)應(yīng)，指示～1.95 Ga懷安地區(qū)碰撞造山的同時(shí)，集寧地區(qū)出現(xiàn)陸殼局部伸展，基性巖漿底侵，到～1.92 Ga兩地均進(jìn)入碰撞后伸展的古元古代造山演化歷史。

集寧-懷安地區(qū)均有廣泛的1.85～1.8 Ga變質(zhì)事件記錄。而筆者近期承擔(dān)的區(qū)調(diào)工作通過(guò)對(duì)黃土窯環(huán)形構(gòu)造的解析，初步認(rèn)為～1.95 Ga之后侵位的基性巖墻卷入了～1.85 Ga的中低壓麻粒巖相變質(zhì)和擠壓造山變形事件，許成等[43，44]近期在豐鎮(zhèn)地區(qū)碳酸巖中發(fā)現(xiàn)了～1.84 Ga的榴輝巖捕擄體，指示該時(shí)期可能存在板塊俯沖，這些最新的發(fā)現(xiàn)均表明～1.85 Ga可能存在造山匯聚，但仍需要更多證據(jù)及進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

（1）集寧地區(qū)基性麻粒巖記錄了1.96～1.91 Ga及1.85～1.80 Ga 兩期巖漿變質(zhì)事件，早期1.96～1.91 Ga記錄了基性巖漿侵位-超高溫麻粒巖相變質(zhì)-麻粒巖相變質(zhì)的演化過(guò)程，晚期1.85～1.80 Ga記錄了廣泛的麻粒巖相-高角閃巖相的變質(zhì)作用。

（2）區(qū)域?qū)Ρ蕊@示，集寧地區(qū)1.96～1.91 Ga 巖漿-變質(zhì)事件與懷安地區(qū)～1.95 Ga高壓麻粒巖相變質(zhì)及～1.92 Ga巖漿作用對(duì)應(yīng)，指示了～1.95 Ga懷安地區(qū)造山碰撞，同期集寧地區(qū)陸殼伸展，基性巖漿底侵引發(fā)超高溫變質(zhì)及部分重熔S型花崗巖形成，到～1.92 Ga全區(qū)碰撞后伸展的演化過(guò)程。

（3）集寧-懷安地區(qū)基性麻粒巖1.85～1.80 Ga的變質(zhì)事件記錄，可能代表了一期造山擠壓事件。

致謝：天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測(cè)試室各位同仁對(duì)本文涉及的同位素測(cè)試及數(shù)據(jù)處理工作給予大力支持，前寒武紀(jì)地質(zhì)室各個(gè)區(qū)調(diào)子項(xiàng)目提供了諸多未發(fā)表成果供本文總結(jié)對(duì)比，在此一并致謝！