遼東半島北遼河群浪子山組巴羅式變質(zhì)帶的特征

遼東半島北遼河群浪子山組巴羅式變質(zhì)帶的特征

0巴羅式變質(zhì)帶的出現(xiàn)巴羅式變質(zhì)帶（或變質(zhì)帶的附加性質(zhì)帶）。需要指出的是，這些學(xué)者認(rèn)為巴羅式變質(zhì)帶的形成可能與巖漿作用相關(guān)是基于其擁有一個(gè)快速熱源的推斷，并沒有提出巖漿侵入直接造成巴羅式變質(zhì)作用的證據(jù)，而且蘇格蘭高地沒有大規(guī)模的巖漿活動(dòng)能造成如此大面積的巴羅式變質(zhì)作用.故筆者較為贊成華北克拉通內(nèi)發(fā)育古元古代的巴羅式變質(zhì)帶.1地質(zhì)背景與采樣描述1.1遼河群地質(zhì)組成膠-遼-吉帶是華北克拉通東部呈北東-南西向展布的一條典型的古元古代造山帶，同時(shí)也是連接龍崗地塊和狼林地塊的橋梁（圖1）.膠-遼-吉帶的巖石組合為綠片巖相-麻粒巖相的火山-沉積巖系，以及基性侵入體和花崗質(zhì)侵入體（前人對位于膠-遼-吉帶中部膠東半島內(nèi)的遼河群進(jìn)行了大量的研究工作.地層劃分方面，從下到上依次可以分為浪子山組、里爾峪組、高家峪組、大石橋組和蓋縣組.其中，浪子山組和蓋縣組為一套變質(zhì)碎屑巖，里爾峪組和高家峪組為一套變質(zhì)火山巖，大石橋組為一套碳酸鹽巖.沉積物源方面，野外地質(zhì)調(diào)查表明，遼河群最底部浪子山組的巖石組合從下到上依次為石英巖、云母石英片巖、藍(lán)晶十字石榴云母片巖、十字石榴云母片巖、石榴云母片巖、二云母片巖、千枚巖和板巖，部分地區(qū)可見大理巖夾層.浪子山組底部與太古宙基底呈斷層接觸，上部與里爾峪變質(zhì)火山巖呈沉積接觸，局部呈構(gòu)造接觸.1.2樣品的巖相學(xué)分析本文對研究區(qū)內(nèi)黑云母帶、石榴石帶、十字石帶和藍(lán)晶石帶的巖石進(jìn)行了系統(tǒng)采樣，編號分別為D1013-2（黑云母帶）、D1028-2（石榴石帶）、D1024-1（十字石帶）、D1034-6（藍(lán)晶石帶）和18FLY12（藍(lán)晶石帶），見圖2和圖3所示.其中，對樣品D1034-6進(jìn)行了全巖主量元素分析以及電子探針分析，根據(jù)其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步進(jìn)行相平衡模擬；對樣品18FLY12進(jìn)行了U-Pb鋯石定年.礦物縮寫：Sil.矽線石、Ky.藍(lán)晶石、St.十字石、Grt.石榴子石、And.紅柱石、Ctd.硬綠泥石、Crd.堇青石、Zo.黝簾石、Bt.黑云母、Ms.白云母、Ser.絹云母、Pl.斜長石、Chl.綠泥石、Qz.石英、Tur.電氣石、Ru.金紅石、Ilm.鈦鐵礦.2分析方法及處理流程本文對野外采集的樣品進(jìn)行系統(tǒng)的分類整理，并進(jìn)行相關(guān)室內(nèi)分析.首先，在顯微鏡下對巴羅式變質(zhì)帶內(nèi)的各類薄片進(jìn)行了詳細(xì)的巖相學(xué)觀察與分析.然后，選擇具有代表性的探針片在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所進(jìn)行礦物間相互轉(zhuǎn)變關(guān)系以及礦物化學(xué)特征分析，進(jìn)一步厘定各期次的變質(zhì)礦物組合.最后，選擇典型的變質(zhì)礦物或變質(zhì)礦物組合（D1034-6）進(jìn)行化學(xué)成分分析，實(shí)驗(yàn)是在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所大陸構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)自然資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室JXA8100型電子探針上進(jìn)行，測試條件為加速電壓15kV，電子流1×10全巖主量元素分析（D1034-6）在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司利用日本理學(xué)PrimusⅡX射線熒光光譜儀（XRF）完成.用于XRF分析的樣品處理流程如下：（1）將200目樣品置于105℃烘箱中烘干12h;(2）稱取～1.0g烘干樣品置于恒重陶瓷坩堝中，在1000℃馬弗爐中灼燒2h，取出待冷卻至室溫再稱量，計(jì)算燒失量；（3）分別稱取6.0g助熔劑（Li鋯石分選是在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成.首先，將樣品破碎至適當(dāng)粒級，經(jīng)過清洗、烘干和篩選等基本過程后，采用磁選和重液分選出不同粒度的鋯石晶體，然后在雙目鏡下挑選出200粒相對完整的鋯石晶體.鋯石制靶完成后，首先在顯微鏡下對鋯石顆粒進(jìn)行透射光和反射光的觀察，便于了解鋯石顆粒中包裹體發(fā)育情況和表面裂紋發(fā)育情況.然后將鋯石靶鍍金，進(jìn)行陰極發(fā)光圖像（CL）的拍攝，便于觀察鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)，CL圖像的拍攝是在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成.儀器為高真空掃描電子顯微鏡（JSM-IT100），配備有GATANMINICL系統(tǒng).工作電場電壓為10.0～13.0kV，鎢燈絲電流為80～85μA.鋯石U-Pb定年（18FLY12）在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司利用LA-ICP-MS分析完成.3野外分布和巖石相學(xué)特征3.1逆沖推覆動(dòng)力學(xué)分析從地理位置來看，研究區(qū)位于遼東本溪地區(qū)連山關(guān)-祁家堡一帶（圖2）；從大地構(gòu)造位置來看，研究區(qū)位于華北克拉通膠-遼-吉構(gòu)造帶中段.筆者對連山關(guān)-祁家堡一帶的浪子山組進(jìn)行了詳細(xì)的野外地質(zhì)填圖工作.野外填圖表明，浪子山組主要呈南東-北西向展布，東北方向以拆離斷層與太古宙基底相接觸，南西方向可見里爾峪組火山巖或大石橋組碳酸巖逆沖推覆于浪子山組上（圖3a）.在垂直于該地層走向的方向上，發(fā)育走滑斷層.填圖區(qū)由北向南，主要巖性包括太古宙花崗巖，浪子山組的石英巖、云母石英片巖、藍(lán)晶十字石榴云母片巖、十字石榴云母片巖、石榴云母片巖、二云母片巖、千枚巖和板巖，并含有少量碳酸巖夾層，里爾峪組火山巖，大石橋組碳酸巖，以及少量第四系（圖3）.浪子山組內(nèi)可見明顯的遞增變質(zhì)帶，由南向北初步分為黑云母帶、石榴石帶、十字石帶和藍(lán)晶石帶.在圖3a中，各遞增變質(zhì)帶出露相對完整，但出露寬度不一致，出露最寬的為十字石帶約400m，藍(lán)晶石帶、石榴石帶和黑云母帶出露寬度分別約100m、130m、180m.研究區(qū)逆沖推覆構(gòu)造強(qiáng)烈，表現(xiàn)為各變質(zhì)帶呈疊瓦狀分布，即可見部分變質(zhì)程度較高的巖石疊置于變質(zhì)程度較低的巖石之上（如圖3b中，可見藍(lán)晶石帶片巖疊置于板巖之上）；在靠近太古宙花崗巖的十字石帶內(nèi)，可見局部巖層產(chǎn)狀發(fā)生變化，傾向由南變?yōu)楸?，指示了局部褶皺的形成或者斷層相關(guān)褶皺的發(fā)育（圖3b).3.2石榴子石成因黑云母帶（二云母片巖：D1013-2）：巖石主要為銀灰色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，部分巖石可見輕微的褶皺現(xiàn)象（圖4a）.室內(nèi)研究可知，其主要礦物組合為：Bt+Ms+Qz+Pl，另見磁鐵礦和鈦鐵礦等副礦物.黑云母存在于兩個(gè)區(qū)域：（1）以變斑晶的形式出現(xiàn)，可見石英和斜長石包體，可以看出該變斑晶由大小不同的黑云母片組成，逐漸形成一個(gè)完整的黑云母雛晶，指示黑云母正在經(jīng)歷一個(gè)進(jìn)變質(zhì)生長過程；（2）與白云母、斜長石和石英等礦物出現(xiàn)在基質(zhì)中，呈定向排列構(gòu)成面理，并見有褶劈理現(xiàn)象（圖5a).石榴石帶（石榴云母片巖：D1028-2）：巖石主要呈淺黃灰色，鱗片-粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，野外明顯可見渾圓粒狀石榴子石（圖4b）.鏡下觀察可知，其主要礦物組合為Grt+Bt+Ms+Qz+Pl+Chl，以及電氣石、鈦鐵礦和磁鐵礦.石榴子石呈自形-半自形，以變斑晶的形式出現(xiàn).白云母、黑云母、石英和斜長石有兩種產(chǎn)出形態(tài)：（1）出現(xiàn)在基質(zhì)中，呈定向排列構(gòu)成面理（圖5b);(2）以細(xì)小的包體出現(xiàn)在石榴子石內(nèi)部，逐漸有定向排列的趨勢，表明石榴子石在生長過程中受到了構(gòu)造變形的影響.十字石帶（十字石榴云母片巖：D1024-1）：巖石主要為黃灰色，鱗片-粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，部分巖石野外可見針柱狀十字石（圖4c）.鏡下觀察可知，其礦物組合為St+Grt+Bt+Ms+Pl+Qz，以及電氣石、鈦鐵礦等副礦物.十字石與石榴子石均以變斑晶的形式出現(xiàn)，另見十字石中含有石榴子石包體（圖5c），表明十字石是在石榴子石之后生長的.白云母、黑云母、石英和斜長石有兩種產(chǎn)出形態(tài)：（1）出現(xiàn)在基質(zhì)中，呈定向排列構(gòu)成面理；（2）以細(xì)小的包體出現(xiàn)在十字石或石榴子石內(nèi)部，逐漸有定向排列的趨勢，表明十字石在生長過程中受到了構(gòu)造變形的改造.藍(lán)晶石帶（藍(lán)晶十字石榴云母片巖：18FLY12）：巖石主要為銀灰色，鱗片-柱狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造（圖4d）.室內(nèi)研究表明，其礦物組合為Sil+Ky+St+Grt+Bt+Ms+Qz+Pl+Chl，以及電氣石、鈦鐵礦和磁鐵礦等副礦物.藍(lán)晶石、十字石和石榴子石均以變斑晶的形式出現(xiàn)，另見石榴子石以包體形式出現(xiàn)于藍(lán)晶石中，表明藍(lán)晶石是在石榴子石之后生長的.白云母、黑云母、石英和斜長石有兩種產(chǎn)出形態(tài)：（1）出現(xiàn)在基質(zhì)中，呈定向排列構(gòu)成面理（圖5d);(2）以細(xì)小的包體出現(xiàn)在藍(lán)晶石、十字石或石榴子石內(nèi)部，并呈定向排列，表明變斑晶在生長過程中受到了構(gòu)造變形的改造.綠泥石主要存在于兩個(gè)區(qū)域：（1）存在于石榴子石的包體中，為早期變質(zhì)礦物的殘留；（2）存在于各變質(zhì)礦物的邊緣或裂隙中，代表著晚期的退變質(zhì)作用（圖5e）.矽線石主要存在于基質(zhì)中，但并未發(fā)現(xiàn)矽線石與鉀長石的高溫礦物組合，只有矽線石與白云母的礦物組合（圖5f).3.3變質(zhì)作用階段藍(lán)晶石帶是該區(qū)域最高的變質(zhì)帶，它很好地保留了多期變質(zhì)礦物組合.結(jié)合巖相學(xué)觀察及礦物之間的變質(zhì)反應(yīng)，本研究將該變質(zhì)作用劃分為3個(gè)階段.第1階段（M4石榴子石微區(qū)成分特征石榴子石是變質(zhì)巖研究中最為普遍的礦物，記錄了變質(zhì)作用過程中的大量信息.根據(jù)石榴子石中包裹的早期礦物組合、生長環(huán)帶或一些反應(yīng)結(jié)構(gòu)，能很好地反演變質(zhì)演化過程.為進(jìn)一步了解石榴子石微區(qū)成分變化，本文對樣品D1034-6中的石榴子石進(jìn)行了線剖面分析工作（圖6b），結(jié)果如圖6c和附表1所示.石榴子石核部相對富集Mn和Ca，邊部富集Fe和Mg，這是變泥質(zhì)巖中典型的進(jìn)變質(zhì)石榴子石（5相平衡模擬與壓力估算的關(guān)系5.1系統(tǒng)模型為了模擬藍(lán)晶十字石榴云母片巖不同變質(zhì)演化階段的P-T軌跡，筆者基于MnNCKFMASH(MnO-Na5.2結(jié)果早期變質(zhì)階段M峰期變質(zhì)階段M退變質(zhì)階段M6u-pb時(shí)期6.1鋯石cl圖像特征樣品為藍(lán)晶十字石榴云母片巖（18FLY12，見圖2），巖石中的鋯石大多數(shù)為柱狀，長軸約為100μm，長寬比介于2:1～3.5:1，少數(shù)鋯石呈橢圓狀或不規(guī)則粒狀，少數(shù)顆粒表面具有不規(guī)則裂紋（圖8）.根據(jù)CL圖像，鋯石主要可以分為以下3種：（1）磨圓較好且?guī)r漿振蕩環(huán)帶較為明顯，可能為物源碎屑鋯石；（2）部分鋯石具有明顯的核-邊結(jié)構(gòu)，大部分核部呈灰色的陰極發(fā)光特征，變質(zhì)增生邊發(fā)育，呈現(xiàn)不均勻的灰色；（3）完全呈不均勻的灰色，可能為變質(zhì)鋯石.6.2鋯石微區(qū)分析結(jié)果樣品18FLY12的定年結(jié)果如圖9，具體數(shù)據(jù)見附表3.其中56個(gè)巖漿鋯石微區(qū)分析結(jié)果顯示，其Th和U含量變化較大，Th含量為21.71×10此外，該樣品包含8個(gè)變質(zhì)鋯石，其Th和U含量變化較小，Th含量為169.68×107討論7.1巴羅式變質(zhì)帶結(jié)果分析關(guān)于遼東半島巴羅式變質(zhì)帶的分布，部分學(xué)者已做相關(guān)的野外調(diào)查和室內(nèi)研究，認(rèn)為北遼河群內(nèi)發(fā)育中壓的巴羅式遞增變質(zhì)帶（在連山關(guān)-祁家堡地區(qū)浪子山組內(nèi)（圖3a、3b），巴羅式變質(zhì)帶從南向北整體上依次出現(xiàn)黑云母帶、石榴石帶、十字石帶和藍(lán)晶石帶，而且每個(gè)帶的寬度僅為幾十至幾百米，最寬的十字石帶也僅為400m左右.例如，根據(jù)變質(zhì)程度的遞增特征，朱家溝剖面從南向北大致可以分為3個(gè)部分（圖3b).(1)：該段的巴羅式變質(zhì)帶出露有藍(lán)晶石帶、石榴石帶和黑云母帶，缺失十字石帶，這部分整體寬度約300m;(2)：該段只出現(xiàn)黑云母帶，寬度約為50m;(3)：該段的巴羅式變質(zhì)帶出露有十字石帶、石榴石帶和黑云母帶，整體寬度約為600m.由該剖面可以得出以下信息：（1）巴羅式變質(zhì)帶受構(gòu)造影響強(qiáng)烈，巴羅式變質(zhì)帶反復(fù)出現(xiàn).此外，以上3個(gè)部分也斷層接觸，表現(xiàn)為巴羅式變質(zhì)帶呈疊瓦狀分布；（2）該剖面中經(jīng)歷過多次疊瓦狀構(gòu)造影響的巴羅式變質(zhì)帶還剩950m（約1km);(3）簡單計(jì)算巴羅帶從藍(lán)晶石帶到黑云母帶最大的地表距離為800m，受3條以上斷裂控制的話，原始的寬度應(yīng)該能達(dá)到2km以上；（4）巴羅式變質(zhì)帶下盤北側(cè)斷層接觸巖石為太古宙花崗巖；（5）巴羅式變質(zhì)帶周圍未見任何同時(shí)代巖漿侵入.上述可知，遼東地區(qū)連山關(guān)-祁家堡朱家溝剖面中巴羅式變質(zhì)帶現(xiàn)今地表寬度在（垂直走向）1km左右，整個(gè)區(qū)域最大寬度約1.5km.首先，對于剝蝕時(shí)間來說，相比于顯生宙造山帶，古元古代造山帶經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)過程，受到多期多階段造山作用的影響，大量的地表沉積物遭到破壞及剝蝕，所以長時(shí)間的剝蝕是古元古代巴羅式變質(zhì)帶地表出露寬度小的一個(gè)重要原因.其次，對于原始沉積厚度及寬度來說，前人研究表明，浪子山組的沉積厚度在200～2000m之間（7.2遼河群浪子山組p-t-t演化軌跡及構(gòu)造意義）在巖相學(xué)觀察的基礎(chǔ)上，采用傳統(tǒng)溫壓計(jì)對北遼河群不同變質(zhì)演化階段的P-T條件進(jìn)行估算，厘定北遼河群的峰期變質(zhì)P-T條件為600～640℃/6.4～7.3kbar，并建立了北遼河群自升溫升壓-等溫減壓-降溫降壓的順時(shí)針P-T-t演化軌跡.此外，前人對吉林的集安群和老嶺群，膠北地區(qū)的粉子山群和荊山群也進(jìn)行了變質(zhì)作用研究.根據(jù)傳統(tǒng)溫壓計(jì)及相平衡模擬，厘定吉林地區(qū)的集安群和老嶺群經(jīng)歷了自升溫升壓-等溫減壓-降溫降壓的順時(shí)針P-T-t演化軌跡（以上所述表明，不僅老嶺群、北遼河群和粉子山群經(jīng)歷了順時(shí)針P-T-t演化軌跡，而且集安群、南遼河群和荊山群也經(jīng)歷了順時(shí)針P-T-t演化軌跡，并且變質(zhì)程度達(dá)到了麻粒巖相，結(jié)合構(gòu)造地質(zhì)學(xué)及其他相關(guān)證據(jù)，大部分研究者認(rèn)為整個(gè)膠遼吉帶在1.95～1.90Ga經(jīng)歷了與俯沖-碰撞相關(guān)的造山事件.根據(jù)巖相學(xué)、礦物化學(xué)與相平衡模擬結(jié)果，本文建立了遼河群浪子山組藍(lán)晶十字石榴云母片巖的P-T-t演化軌跡（圖7）.根據(jù)巖相學(xué)觀察及相平衡模擬，識別出了早期礦物組合為Pl+Qz+Ms+Bt+Chl+Ctd±Grt，峰期礦物組合為Ky+St+Grt+Bt+Ms+Qz+Pl+Ilm.早期到峰期經(jīng)歷了一個(gè)升溫升壓的進(jìn)變質(zhì)過程.峰后為降溫降壓的退變質(zhì)過程，主要分為2個(gè)階段：第1階段主要以矽線石的出現(xiàn)為特征，并未發(fā)現(xiàn)矽線石和鉀長石的高溫礦物組合，推測矽線石的出現(xiàn)可能代表一個(gè)近等溫降壓的過程，這與前人研究的北遼河群變質(zhì)演化類似（故此，筆者認(rèn)為研究區(qū)浪子山組巴羅式變質(zhì)帶的形成可能與膠-遼-吉帶造山作用引起的地殼增厚有關(guān)（圖10），原因如下：（1）巖相學(xué)觀察可知，變泥質(zhì)巖中的石榴子石和十字石等特征變質(zhì)礦物中的包體呈定向排列，可能受到了同期構(gòu)造作用的影響；（2）同期逆沖推覆構(gòu)造的發(fā)育；（3）沒有同時(shí)代的巖漿作用；（4）研究區(qū)內(nèi)的藍(lán)晶石十字石榴云母片巖經(jīng)歷了順時(shí)針P-T-t演化軌跡.7.3巴羅式變質(zhì)帶研究的問題對古元古代巴羅式變質(zhì)帶的深入研究，能夠反映前寒武紀(jì)地殼增厚過程及反演前寒武紀(jì)碰撞或增生造山過程.因此，對于全球其他前寒武紀(jì)造山帶來說，除了從巖漿作用、年代學(xué)等方面進(jìn)行研究，如果存在巴羅式變質(zhì)帶，則可以從這個(gè)方面入手，進(jìn)行全面的野外地質(zhì)調(diào)查，以及巖相學(xué)、礦物化學(xué)、相平衡模擬、變質(zhì)變形、年代學(xué)等多角度的研究.例如，巴西中部的MaraRosa區(qū)域的變沉積巖包含