内蒙古中北部太古界兴和岩群变质岩变质温压条件讨论
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摘要：内蒙古中北部太古界兴和岩群变质作用演化及其PTt轨迹表现为逆时针形式，峰期温度高达800℃ ～ 850℃，压力0.90Gpa ～ 1.00GPa，反映了增温增压的地壳动力学过程，强烈的构造变动和区域性高热流共同作用的结果；从第二阶段峰期变质到第三阶段近等压冷却过程为区域性重熔事件的产物。直至第四期角闪岩相的退变质阶段显示出地壳减薄的特点。
关健词：兴和岩群 PTt轨迹 等压冷却 麻粒岩相 角闪岩相
1. 区域地质特征
内蒙古中北部太古宙岩石――构造单位主要分布在武川县――固阳县一带，此外在包头东部大青山也有出露[1]。其中兴和岩群是内蒙古中部出露的比较广泛的太古界变质地层单位，其建群剖面位于兴和县一带，该岩系由李璞在1964年命名为集宁岩群，1991年内蒙古自治区区调队董启贤将集宁岩群分为上集宁岩群和下集宁岩群，而内蒙古自治区区调队沈鸿章将下集宁岩群称为兴和岩群。1995年由王楫、陆松年将本区该套地层与集宁地区的兴和岩群相对比，称为兴和岩群。多年来，许多地质学家对其进行了详细的研究，分别对其中的麻粒岩相变质岩系进行了划分和区域对比[2]，探讨了麻粒岩相变质作用和变形事件的关系，取得了重大突破[3]。作者有幸在大青山北进行1：25万区域地质调查，对分布与本区的兴和岩群进行较详细研究，在兴和岩群的变质PTt轨迹研究上取得了一些认识，以供参考。
兴和岩群岩石组合经历了强烈的变形变质作用，内部已丧失了岩石地层的层序特征，是无序的。岩性主要为石榴黑云紫苏斜长麻粒岩、黑云斜长片麻岩、石榴二辉斜长麻粒岩、角闪透辉斜长片麻岩、角闪透辉石岩、含铁石榴石英岩、长英麻粒岩等。
斜长麻粒岩变质矿物的转变（变质反应）：透辉石+斜长石+紫苏辉石 ■ 黑云母+角闪石+斜长石+石英；斜长石+石英+黑云母（黄褐色）+紫苏辉石+石榴石■角闪石+黑云母（绿色）+石英（1P15b2）；紫苏辉石+斜长石+石英■微斜长石+黑云母（褐色）+石英（1P15b1）；紫苏辉石+斜长石+黑云母+石英 ■次闪石+绿泥石+石英（1P15b33）；石榴石+斜长石+角闪石■紫苏辉石+斜长石+石英。
长英质麻粒岩共生矿物组合：紫苏辉石+斜长石+石英；紫苏辉石+石榴石+黑云母+石英；紫苏辉石+角闪石+黑云
2. 兴和岩群变质岩石矿物的共生和转变
区内早前寒武纪变质杂岩具有不同类型的变质源岩，经历了十分复杂的变质作用过程，同时又伴有动力变质和接触变质作用，形成了十分复杂的变质岩类型。对于包括工作区在内的包头――白云鄂博一带的早前寒武纪变质岩的变质作用特征的研究，前人已经作了大量的工作，取得大量的成果，普遍承认这一地区的高级变质杂岩经历了高角闪岩相――麻粒岩相的变质作用。
2.1区内高级变质岩的矿物共生组合
区内兴和岩群和狼牙山紫苏花岗质片麻岩所显示的矿物组合特征十分复杂，但紫苏辉石的普遍存在表明区内兴和岩群和紫苏花岗质片麻岩经历了麻粒岩相变质的变质作用，同时，区内岩石又显示出角闪岩相变质作用的组合，还有绿片岩相变质作用的组合。这些些特征是对区域麻粒岩相变质的不同阶段和后期变质作用对岩体的改造的体现，说明了区内变质作用的复杂性。
变质作用的标志和特征
（1）麻粒岩相变质作用的标志和特征
下列矿物组合可以说明区内兴和岩群和乌拉山岩群中遭受到麻粒岩相的变质：
①石榴石+紫苏辉石+单斜辉石+斜长石±红褐色普通角闪石（石榴二辉暗色麻粒岩）
②紫苏辉石+单斜辉石+斜长石±红褐色普通角闪石（角闪二辉暗色麻粒岩）
③石榴石+紫苏辉石+单斜辉石+红棕色黑云母+斜长石±条纹长石+石英（石榴黑云二辉中色麻粒岩）
④紫苏辉石+单斜辉石+红棕色黑云母+斜长石±条纹长石+石英（黑云二中色麻粒岩、紫苏花岗质片麻岩）
⑤透辉石＋石榴石＋斜长石＋石英（石榴透辉石岩）
⑥石榴石+紫苏辉石+红棕色黑云母+斜长石±条纹长石+石英（石榴紫苏黑云片麻岩）
这些组合大部分产于大青山幅内兴和岩群暗色麻粒岩岩组、中色麻粒岩岩组及紫苏石英闪长质和部分紫苏花岗质片麻岩中，说明了本区变质岩经历了麻粒岩相变质作用，而麻粒岩中石榴石的广泛存在存在意味着本区变质作用的可能压力较高。
（2）角闪岩相变质作用的标志和特征
下列矿物组合可以说明区内兴和岩群和狼牙山片麻岩中遭受到了角闪岩相变质作用的影响：
①单斜辉石+斜长石+褐色角闪石（角闪斜长透辉岩、透辉斜长角闪岩）
②褐色角闪石+斜长石（斜长角闪岩）
③褐色角闪石+斜长石+石英（角闪斜长片麻岩）
这些组合中，主要产于兴和岩群石榴石英岩岩组、暗色麻粒岩岩组中，是一套角闪岩相（高角闪岩相）变质作用的矿物组合。
（3）绿片岩相变质的标志和特征
绿片岩相变质的标志是岩石中出现绿色角闪石+斜长石组合，表现为褐色角闪石、单斜辉石、石榴石退变为绿色角闪石而保留残余核。这一绿片岩相变质组合是后期变质作用叠加的结果。
2.2兴和岩群变质岩石矿物的转变
通过对本区兴和岩群麻粒岩中变质共生矿物的研究 ，确定了兴和岩群的主期变
质作用经历了4个阶段。
本区未受后期变形变质叠加改造的地区，基性麻粒岩一般呈中细粒结构，各种矿物边界呈三连式接触，表明彼此为平衡共生。峰期阶段常见的矿物组合为Hy+Di+Pl+Gt和Hy+Di+Hb+Pl，次要矿物组合有Di+Gt+Pl+Q，Di+Hy+Pl+Q，Hy+Gt+Bi+Pl+Q等。紫苏辉石、透辉石和斜长石普遍存在，是麻粒岩相变质作用的代表。
在兴和岩群少量基性麻粒岩中的紫苏辉石偶见有褐绿色角闪石和斜长石被包裹体（图版1），既微粒紫苏辉石与蠕虫状斜长石及少许透辉石构成后成合晶，为一个典型的近变质反映结构，其变质反应为石榴石+斜长石+角闪石■紫苏辉石+斜长石+石英，暗示在紫苏辉石之前有角闪石斜长石组合存在，是早阶段角闪岩相变质的产物。
在兴和岩群中的二辉麻粒岩出现环边状石榴石围绕紫苏辉石分布，形成反应环边结构（图版2）。其变质反应为：紫苏辉石+斜长石透辉石+石榴石（+石英）。这是近等压冷却的代表性反应。
角闪石取代辉石的变质反应是区域上存在的普遍现象，如角闪石代替辉石，辉石细粒化形成辉石链并被部分被角闪石取代（图版3），新生角闪石具有良好的优选方位，与辉石链平行。此外，区域上普遍存在一次明显的变形，即片麻理构造与辉石链平行或斜交。角闪石发育的各个阶段均有大量的证据，从辉石边部被细粒角闪石围绕，到被角闪石大部分取代，辉石呈残留体被角闪石包裹，以致于辉石基本消失，矿物一系列的转变过程非常明显。有的紫苏辉石退变为次闪石和阳起石，形成反应边结构。
3．兴和岩群变质温度和压力的估算
结合区域地质调查大量的矿物对温压计资料，对兴和岩群不同变质阶段的温度和压力进行了计算。其结果如下：
3.1早期变质条件
依据角闪石+斜长石共生矿物和角闪岩相的标准温压条件，推断兴和岩群早期角闪岩相变质阶段的温度为700 ℃――800℃，压力为0.8 Gpa左右。
3.2麻粒岩相变质阶段的温度计算
该阶段矿物组合以二辉石代替角闪石为特征，根据高级区麻粒岩相岩石中矿物的共生组合特点。对兴和岩群中的变质峰期的共生矿物单斜辉石、斜方辉石进行了电子探针分析（表1、表2、表3 ），利用二辉石地质温度计计算出该阶段的温度压力（表4）。
结果表明兴和岩群峰期变质的温度在836.273――1085.27℃之间，压力在1.198――1.326Gpa之间。
3.3 近等压阶段冷却的温度
石榴石和斜方辉石、单斜辉石温度计：兴和岩群中近等压冷却阶段形成矿物对为紫苏辉石边部的石榴石――单斜辉石。
用石榴石――斜方辉石温度计对环紫苏辉石边部的石榴石和斜方辉石样品B7699-4进行了计算，结果见表5。
注：Sen，S.K &BhOteacharga.A，1984，计算公式：
用石榴石――单斜辉石温度计对环紫苏辉石边部的石榴石和单斜辉石样品母+B7699-4进行计算，结果见表6。
注：（1）Eills.D.J & Greeh.D.H 1979，计算公式：
能够代表近等压冷却阶段的温压条件为温度为800―1032OC，压力为1.099Gpa。
3.4 角闪石+斜长石温度计
角闪石取代辉石的变质反应，采用（лерчук，1966）共存角闪石――斜长石的Ca分配等温线图，求本区角闪石――斜长石共生矿物对的变质温度。结果是石榴角闪二辉麻粒岩与紫苏辉石边部生长的角闪石――斜长石变质温度为870OC（见图1）。
4. PTt轨迹及动力学特征
以上四个阶段不同世代矿物共生计算和变质反应推测的P―T条件，按先后顺序排列1―4个温度压力点，连成一个逆时针演进的变质作用PTt轨迹图(图2)。从图上可以看出兴和岩群主期变质、不同变质阶段的温度集中分布在600―900OC之间；压力变化区间在0.8―1.1Gpa之间。
4.1 峰期前变质阶段
该阶段的岩石学标志为紫苏辉石和透辉石环绕角闪石、斜长石的分布，显示属于高角闪岩相的变质矿物组合。表明沉积的上壳岩当时已进入了深度超过25―30Km的下地壳，与太古宙地壳中普遍高热流值相比较，此值显示低异常，近地表成因的上壳岩进入了如此深度，是较强烈的构造加厚和同时引起的地壳热扰动，使地温梯度呈低异常。由于本区峰期前存在构造变动为大规模平卧皱褶作用，是地壳加厚的根本原因，也是峰期前变质的热动力条件[4]。
4.2 峰期变质阶段
峰期阶段典型矿物组合为紫苏辉石+透辉石+角闪石+石榴石+斜长石+石英，是兴和岩群主要矿物组合，该岩系PTt轨迹显示出由峰期前变质阶段到峰期变质阶段为增温增压的过程。是强烈的构造变动和区域性高热流共同作用的结果。使兴和岩群岩石变质为麻粒岩相的岩石。
4.3近等压冷却阶段
其矿物转变为环紫苏辉石边部新生成石榴石和透辉石。区域地质和岩石学研究，结合同位素地球化学研究表明，该阶段变质温压条件与区域性重熔事件关系密切[5]。
结合卢良兆等对该地区的研究,本区兴和岩群在该阶段的变质温度为737-856°、压力为1.09Gpa，因此,具备了发生深熔作用的条件。大量矿物转化证据从岩理学角度证实本区深熔作用的存在，岩石中分布两个世代的石榴石，早阶段的石榴石与紫苏辉石和透辉石共生；晚阶段形成的石榴石，在榴石混合花岗岩中的粒度、形态、消光性和化学成分方面与残留体麻粒岩中的石榴石不同, 这点表明榴石混合花岗岩中的石榴石不是岩浆直接结晶所成,而是来源于变质岩中的矿物相,花岗岩中石榴石含量则较残留体榴石二辉麻粒岩中石榴石多的多,且多呈粗大巨晶,使岩石呈现出特殊的斑杂状构造,表明它们在深熔过程中是不断增大和聚集[6]。
4.4 峰期后降温降压阶段
这阶段开始的主要标志是PTt向下，显示出降温和降压的特点。麻粒岩中的各种辉石转变为角闪岩相的黄绿色角闪石。表明地壳上升的迹象。这阶段温度较大幅度降低主要反映上地幔释放的热流减弱，是地壳减薄的动力学过程[7]。
通过上述兴和岩群麻粒岩变质PTt轨迹的研究，表明构造环境类似碰撞造山带，既上壳岩由于本身的构造堆垛及相邻地体的仰冲掩覆而进入下部地壳，它们先经历了增温增压的过程；变质峰期后出现的短暂的近等压冷却的变质阶段与区域性重熔事件关系密切；峰期后降温降压阶段，代表地壳减薄的构造环境的温压条件。斜长石+石英；紫苏辉石+斜长石+钾长石+石英等。
参考文献：
[1] 卢良兆.靳是琴.徐学纯.刘福来.内蒙东南部早前寒武纪孔兹岩系成因及含矿性[M].长春:吉林科学技术出版社,1992.1－46.
[2] 卢良兆.徐学纯.刘福来.中国北方早前寒武纪孔兹岩系[M].长春:长春出社,1996.1-69.3.1989,126:215-247.4
[3] 刘喜山.金巍.李树雄.内蒙古中部早元古代造山事件中麻粒岩相低压变质作用[J].地质学报,1992,66(3):244-256.
[4] 卢良兆.徐学纯.董永胜.中朝克拉通北部早前寒武纪变质作用演化的三种主要样式及其地质动力[J].高校地质学报, 1998, Vol.4(1).
[5] 卢良兆.内蒙集宁地区太古宙麻粒岩相变质作用的PTt轨迹及其大地构造意义[J].岩石学学报.1991,4
[6] 陶继雄.内蒙古卓资山地区榴石混合花岗岩的形成及其深熔作用[J].前寒武纪研究进展.2002.3
[7] 陆松年.李惠民.前寒武纪大陆壳演化示踪[M].北京:地质出版社.1996.1-6.