孫辰

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內(nèi)蒙古大青山興和巖群變質(zhì)階段劃分與P-T-t軌跡分析

孫辰

（西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069）

通過研究和總結(jié)內(nèi)蒙古大青山興和巖群變質(zhì)巖石類型、礦物共生組合及特征礦物等方面的特點(diǎn)及規(guī)律，對(duì)興和巖群變質(zhì)作用期次進(jìn)行劃分，分為四個(gè)階段：1、峰期前變質(zhì)階段，2、峰期變質(zhì)階段，3、近等壓冷卻階段，4、峰期后降溫降壓階段。同時(shí)對(duì)興和巖群麻粒巖變質(zhì)P-T-t軌跡的進(jìn)行研究，結(jié)果表明中太古麻粒巖相變質(zhì)過程為從基性-中性-酸性的變化特征。

興和巖群；變質(zhì)巖；變質(zhì)階段； P-T-t軌跡；內(nèi)蒙古大青山

內(nèi)蒙古大青山地區(qū)是華北克拉通北緣早前寒武紀(jì)變質(zhì)雜巖發(fā)育地區(qū),也是高級(jí)變質(zhì)地層發(fā)育的地區(qū),目前最古老的地質(zhì)體為古太古界興和巖群，其建組剖面位于內(nèi)蒙古烏蘭察布盟興和縣附近。通過對(duì)大青山區(qū)興和巖群進(jìn)行深入了解，分析確定興和巖群的原巖特征與形成環(huán)境，同時(shí)對(duì)興和巖群的變質(zhì)程度與變質(zhì)巖的形成時(shí)代進(jìn)行討論。為以后更好的展開對(duì)該地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，礦產(chǎn)資源勘探，地質(zhì)資源利用等方面的工作打下基礎(chǔ)。興和巖群變質(zhì)階段劃分與P-T-t軌跡分析，對(duì)研究整個(gè)華北地臺(tái)初始陸核的形成及地殼演化有著重要的地質(zhì)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

內(nèi)蒙古大青山大地構(gòu)造部位位于華北克拉通北緣-華北陸塊內(nèi)，北部為陰山斷隆，東部為涼城斷隆，是燕山-陰山中生代板內(nèi)造山帶西段（圖1），區(qū)域內(nèi)的地層主要是由早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖組成，是華北克拉通高級(jí)變質(zhì)巖最發(fā)育的區(qū)域之一，經(jīng)歷了多期變質(zhì)、變形作用改造，構(gòu)造樣式復(fù)雜，記錄了早期地殼形成演化的歷史，地質(zhì)背景復(fù)雜[1]。在古生代時(shí)地殼處于穩(wěn)定階段，堆積了華北型古-中新生代的地層。在中生代時(shí)發(fā)生了強(qiáng)烈板內(nèi)造山作用及伸展變形作用，形成了大型逆沖推覆構(gòu)造及拆離斷層和斷陷盆地；北鄰陰山山脈；南接鄂爾多斯盆地，為一狹長東西方向展布的斷陷盆地，盆地的基底是早前寒武紀(jì)變質(zhì)雜巖，盆地內(nèi)沉積有下白堊統(tǒng)東勝組、新近系及第四系；東南部為大同中新生代斷陷盆地，長軸呈北東方向展布，盆地基底為早前寒武紀(jì)變質(zhì)雜巖，盆地內(nèi)沉積有下白堊統(tǒng)左云組、新近系及第四系，中部為呼包中新生代斷陷盆地。盆地形成演化主要受盆地北部邊界斷層-大青山山前把什-紅山口斷裂帶控制；南部為鄂爾多斯盆地，由古生界、中生界、新生界地層構(gòu)成，在中生代時(shí)地殼相對(duì)穩(wěn)定，地層產(chǎn)狀平緩；東南部為大同斷陷盆地，由中生界和新生界地層構(gòu)成，地層產(chǎn)狀平緩[2]。

圖1 內(nèi)蒙古大青山區(qū)構(gòu)造圖

2 興和巖群變質(zhì)階段的劃分

不同期次和不同程度的區(qū)域變質(zhì)作用，其變質(zhì)相、變質(zhì)相系和變質(zhì)作用類型不同。通過研究和總結(jié)本區(qū)興和巖群變質(zhì)巖石類型、礦物共生組合及特征礦物等方面的特點(diǎn)及規(guī)律，對(duì)其與本區(qū)不同時(shí)代的變質(zhì)體進(jìn)行了變質(zhì)帶、變質(zhì)相、變質(zhì)相系的劃分，以及興和巖群變質(zhì)條件的確定、變質(zhì)作用期次的劃分以及變質(zhì)作用演化過程的討論[3]。

2.1 峰期前變質(zhì)階段

此階段為早期角閃巖相變質(zhì)，角閃石和斜長石穩(wěn)定組合，其礦物共生組合為：角閃石+斜長石±石英，變質(zhì)過程中由于壓力增大，出現(xiàn)了石榴子石將角閃石、斜長石、石英包裹其內(nèi)，構(gòu)成篩狀變晶結(jié)構(gòu)，其中石英包體呈弱定向，石榴石有旋轉(zhuǎn)和重新定向趨勢。

2.2 峰期變質(zhì)階段

峰期變質(zhì)階段的典型礦物組合為紫蘇輝石+透輝石+斜長石±角閃石±石英，是興和巖群麻粒巖相主要的礦物共生組合，變質(zhì)反應(yīng)推測為：角閃石+石榴石→單斜輝石+斜方輝石，該階段是由峰期前到峰期的增溫增壓過程，使興和巖群巖石變質(zhì)為麻粒巖相的巖石[4]。

2.3 近等壓冷卻階段

此階段麻粒巖中局部出現(xiàn)圍繞紫蘇輝石的透輝石和石榴石反應(yīng)邊，其變質(zhì)反應(yīng)為：紫蘇輝石+斜長石→透輝石+石榴石，這是近等壓冷卻階段的代表性反應(yīng)[5]。

圖2 興和巖群變質(zhì)作用P-T-t軌跡

2.4 峰期后降溫降壓階段

此階段溫度較大幅度降低，其變質(zhì)反應(yīng)為：紫蘇輝石+單斜輝石→角閃石+斜長石。

3 興和巖群變質(zhì)作用P-T-t軌跡

變質(zhì)作用演化的巖相學(xué)標(biāo)志是在麻粒巖中有紫蘇輝石和透輝石環(huán)繞角閃石、斜長石的分布，表明在紫蘇輝石之前有角閃石和斜長石組合存在，屬于高角閃巖相的變質(zhì)礦物組合；紫蘇輝石和單斜輝石(主要為透輝石和普通輝石兩種)的共生是普遍的，其共生礦物組合主要為紫蘇輝石+透輝石+斜長石±角閃石±石英，為主期變質(zhì)礦物共生組合，可代表興和巖群變質(zhì)峰期的礦物共生組合關(guān)系；麻粒巖中局部出現(xiàn)圍繞紫蘇輝石的透輝石和石榴石反應(yīng)邊，屬于峰后期的變質(zhì)特征；變質(zhì)后期麻粒巖中的各種輝石轉(zhuǎn)變?yōu)榻情W巖相的黃綠色角閃石，并與區(qū)域性普遍明顯的構(gòu)造變形密切相關(guān)，出現(xiàn)陡傾的面理切割早期片麻理并伴隨礦物的碎裂化和細(xì)?；?。上述礦物轉(zhuǎn)化過程標(biāo)志著興和巖群變質(zhì)作用物理化學(xué)條件在不同階段的變化，可歸納為以下四個(gè)時(shí)期：

3.1 峰期前變質(zhì)階段

此階段為早期角閃巖相變質(zhì)，角閃石和斜長石穩(wěn)定組合，其礦物共生組合為：角閃石+斜長石±石英，變質(zhì)溫度約為670 ℃，變質(zhì)過程中由于壓力增大，出現(xiàn)了石榴子石將角閃石、斜長石、石英包裹其內(nèi)，構(gòu)成篩狀變晶結(jié)構(gòu)，其中石英包體呈弱定向，石榴石有旋轉(zhuǎn)和重新定向趨勢。

3.2 峰期變質(zhì)階段

巖群麻粒巖相主要的礦物共生組合，其變質(zhì)反應(yīng)推測為：角閃石+石榴石→單斜輝石+斜方輝石，變質(zhì)峰期溫度為777~996 ℃，壓力為10.5~11.2 kPa，該階段是由峰期前到峰期的增溫增壓過程，使興和巖群巖石變質(zhì)為麻粒巖相的巖石峰期階段典型礦物組合為紫蘇輝石+透輝石+斜長石±角閃石±石英。

3.3 近等壓冷卻階段

此階段麻粒巖中局部出現(xiàn)圍繞紫蘇輝石的透輝石和石榴石反應(yīng)邊，其變質(zhì)反應(yīng)為：紫蘇輝石+斜長石→透輝石+石榴石，這是近等壓的代表性反應(yīng)，其反應(yīng)溫度為774~860 ℃，壓力為1.0 GPa左右。

3.4 峰期后降溫降壓階段

此階段溫度有較大幅度降低，主要標(biāo)志是P-T-t向下，顯示出降溫和降壓的特點(diǎn)，其變質(zhì)反應(yīng)為：紫蘇輝石+單斜輝石→角閃石+斜長石，其反應(yīng)溫度為620 ℃，這階段溫度降低反映了上地幔釋放的熱流減弱。

4 結(jié)論

通過上述興和巖群麻粒巖變質(zhì)P-T-t軌跡的研究（圖2），表明中太古麻粒巖相變質(zhì)過程為：變質(zhì)前期，深部基性巖漿墊起引起地殼拉張以及進(jìn)一步花崗巖漿添加的聯(lián)合作用下，地殼具有很高的熱流異常，使層狀巖石在低壓升溫環(huán)境中變質(zhì)；變質(zhì)峰期，由于強(qiáng)烈的構(gòu)造變動(dòng)和巖漿作用，地殼加厚，導(dǎo)致壓力增大。所以，推測太古代麻粒巖相變質(zhì)作用的根本原因應(yīng)為區(qū)域性熱流異常增高，而構(gòu)造和巖漿活動(dòng)只是其變化的結(jié)果；當(dāng)變質(zhì)作用達(dá)到峰期后，冷卻過程沒有明顯的抬升過程，基本在接近相同深度的環(huán)境下冷卻；變質(zhì)作用晚期，逐漸趨于平穩(wěn)的降溫降壓，一致持續(xù)到變質(zhì)末期，暗示區(qū)域性熱流變化和構(gòu)造、巖漿活動(dòng)已達(dá)到平衡，標(biāo)志著麻粒巖相熱事件的結(jié)束[6]。故逆時(shí)針的P-T-t軌跡較清楚地闡明了該巖群從建造形成至變質(zhì)作用全過程的地球動(dòng)力學(xué)模式。

［1］蒙炳儒. 內(nèi)蒙古大青山地區(qū)麻粒巖系變質(zhì)作用的同位素年代學(xué)制約[D]. 吉林大學(xué)，2007．

［2］劉群. 內(nèi)蒙古大青山山前斷裂帶構(gòu)造變形特征[J]. 世界地質(zhì)，2012, 31 (1): 113-119．

［3］金巍，李樹勛．內(nèi)蒙古大青山地區(qū)早元古宙造山帶的巖石組成及特征[C]. 錢祥麟，王仁民：華北部麻粒巖帶地質(zhì)演化，地震出版社，1994: 32-42．

［4］沈其韓，張蔭芳，高吉風(fēng)，王平．內(nèi)蒙古中南部太古宙變質(zhì)巖[J].中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所所刊，第21號(hào)，北京：地質(zhì)出版社，1990：15-19．

［5］胡愛鳳，孫振洲, 等. 內(nèi)蒙古太古界興和巖群變質(zhì)巖共生礦物組合及其進(jìn)變質(zhì)礦物反應(yīng)［J］．西部資源, 2012 (3): 183-185．

［6］盧良兆．內(nèi)蒙集寧地區(qū)太古宙麻粒巖相變質(zhì)作用的PTt軌跡及其大地構(gòu)造意義[J]. 巖石學(xué)報(bào)，1991（4）：1-12．

Division of Metamorphic Stage and P-T-t Trajectory Analysis of Xinghe Rock Group in Inner Mongolia Mount Daqing

（Department of Geology, Northwest University, Shaanxi Xi'an 710069 China）

Metamorphic rock type,mineral assemblage and characteristic mineralof Xinghe rock group in Inner Mongolia Mount Daqing were studied and analyzed, and then Xinghe rock group metamorphism stage was divided to four stages: pre-peak metamorphic stage, peak metamorphic stage, near equal pressure cooling stage, post-peak cooling and depressurization stage. Meanwhile the P-T-t trajectory of granulite metamorphism of Xinghe rock group was investigated. The results show that,Mesoarchean period granulite facies metamorphism is characterized by a basic-neutral-acidic change.

Xinghe rock group; metamorphic rock; metamorphic stage; P-T-t trajectory; Inner Mongolia Mount Daqing

2017-09-26

孫辰（1992-），男，河南信陽人，西北大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向：前寒武紀(jì)生物地質(zhì)。

TE 122

A

1004-0935（2017）11-1138-03