內蒙古大青山興和巖群變質階段劃分與P-T-t軌跡分析

孫辰

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內蒙古大青山興和巖群變質階段劃分與P-T-t軌跡分析

孫辰

（西北大學地質學系，陜西 西安 710069）

通過研究和總結內蒙古大青山興和巖群變質巖石類型、礦物共生組合及特征礦物等方面的特點及規律，對興和巖群變質作用期次進行劃分，分為四個階段：1、峰期前變質階段，2、峰期變質階段，3、近等壓冷卻階段，4、峰期后降溫降壓階段。同時對興和巖群麻粒巖變質P-T-t軌跡的進行研究，結果表明中太古麻粒巖相變質過程為從基性-中性-酸性的變化特征。

興和巖群；變質巖；變質階段； P-T-t軌跡；內蒙古大青山

內蒙古大青山地區是華北克拉通北緣早前寒武紀變質雜巖發育地區,也是高級變質地層發育的地區,目前最古老的地質體為古太古界興和巖群，其建組剖面位于內蒙古烏蘭察布盟興和縣附近。通過對大青山區興和巖群進行深入了解，分析確定興和巖群的原巖特征與形成環境，同時對興和巖群的變質程度與變質巖的形成時代進行討論。為以后更好的展開對該地區的區域地質調查，礦產資源勘探，地質資源利用等方面的工作打下基礎。興和巖群變質階段劃分與P-T-t軌跡分析，對研究整個華北地臺初始陸核的形成及地殼演化有著重要的地質意義。

1 區域地質概況

內蒙古大青山大地構造部位位于華北克拉通北緣-華北陸塊內，北部為陰山斷隆，東部為涼城斷隆，是燕山-陰山中生代板內造山帶西段（圖1），區域內的地層主要是由早前寒武紀變質巖組成，是華北克拉通高級變質巖最發育的區域之一，經歷了多期變質、變形作用改造，構造樣式復雜，記錄了早期地殼形成演化的歷史，地質背景復雜[1]。在古生代時地殼處于穩定階段，堆積了華北型古-中新生代的地層。在中生代時發生了強烈板內造山作用及伸展變形作用，形成了大型逆沖推覆構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變質雜巖，盆地內沉積有下白堊統東勝組、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變質雜巖，盆地內沉積有下白堊統左云組、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、新生界地層構成，在中生代時地殼相對穩定，地層產狀平緩；東南部為大同斷陷盆地，由中生界和新生界地層構成，地層產狀平緩[2]。

圖1 內蒙古大青山區構造圖

2 興和巖群變質階段的劃分

不同期次和不同程度的區域變質作用，其變質相、變質相系和變質作用類型不同。通過研究和總結本區興和巖群變質巖石類型、礦物共生組合及特征礦物等方面的特點及規律，對其與本區不同時代的變質體進行了變質帶、變質相、變質相系的劃分，以及興和巖群變質條件的確定、變質作用期次的劃分以及變質作用演化過程的討論[3]。

2.1 峰期前變質階段

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

2.2 峰期變質階段

峰期變質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，變質反應推測為：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圍繞紫蘇輝石的透輝石和石榴石反應邊，其變質反應為：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[5]。

圖2 興和巖群變質作用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，其變質反應為：紫蘇輝石+單斜輝石→角閃石+斜長石。

3 興和巖群變質作用P-T-t軌跡

變質作用演化的巖相學標志是在麻粒巖中有紫蘇輝石和透輝石環繞角閃石、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，為主期變質礦物共生組合，可代表興和巖群變質峰期的礦物共生組合關系；麻粒巖中局部出現圍繞紫蘇輝石的透輝石和石榴石反應邊，屬于峰后期的變質特征；變質后期麻粒巖中的各種輝石轉變為角閃巖相的黃綠色角閃石，并與區域性普遍明顯的構造變形密切相關，出現陡傾的面理切割早期片麻理并伴隨礦物的碎裂化和細粒化。上述礦物轉化過程標志著興和巖群變質作用物理化學條件在不同階段的變化，可歸納為以下四個時期：

3.1 峰期前變質階段

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

3.2 峰期變質階段

巖群麻粒巖相主要的礦物共生組合，其變質反應推測為：角閃石+石榴石→單斜輝石+斜方輝石，變質峰期溫度為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圍繞紫蘇輝石的透輝石和石榴石反應邊，其變質反應為：紫蘇輝石+斜長石→透輝石+石榴石，這是近等壓的代表性反應，其反應溫度為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，主要標志是P-T-t向下，顯示出降溫和降壓的特點，其變質反應為：紫蘇輝石+單斜輝石→角閃石+斜長石，其反應溫度為620 ℃，這階段溫度降低反映了上地幔釋放的熱流減弱。

4 結論

通過上述興和巖群麻粒巖變質P-T-t軌跡的研究（圖2），表明中太古麻粒巖相變質過程為：變質前期，深部基性巖漿墊起引起地殼拉張以及進一步花崗巖漿添加的聯合作用下，地殼具有很高的熱流異常，使層狀巖石在低壓升溫環境中變質；變質峰期，由于強烈的構造變動和巖漿作用，地殼加厚，導致壓力增大。所以，推測太古代麻粒巖相變質作用的根本原因應為區域性熱流異常增高，而構造和巖漿活動只是其變化的結果；當變質作用達到峰期后，冷卻過程沒有明顯的抬升過程，基本在接近相同深度的環境下冷卻；變質作用晚期，逐漸趨于平穩的降溫降壓，一致持續到變質末期，暗示區域性熱流變化和構造、巖漿活動已達到平衡，標志著麻粒巖相熱事件的結束[6]。故逆時針的P-T-t軌跡較清楚地闡明了該巖群從建造形成至變質作用全過程的地球動力學模式。

［1］蒙炳儒. 內蒙古大青山地區麻粒巖系變質作用的同位素年代學制約[D]. 吉林大學，2007．

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

［3］金巍，李樹勛．內蒙古大青山地區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演化，地震出版社，1994: 32-42．

［4］沈其韓，張蔭芳，高吉風，王平．內蒙古中南部太古宙變質巖[J].中國地質科學院地質研究所所刊，第21號，北京：地質出版社，1990：15-19．

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

［6］盧良兆．內蒙集寧地區太古宙麻粒巖相變質作用的PTt軌跡及其大地構造意義[J]. 巖石學報，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，西北大學在讀碩士研究生，研究方向：前寒武紀生物地質。

TE 122

A

1004-0935（2017）11-1138-03