华北克拉通南缘华山地区前寒武纪变质作用及其大地构造意义

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出露于华北克拉通中部造山带南缘的华山地区太华变质杂岩,整体呈东西走向,西起陕西临潼地区,东至河南灵宝境内,断续出露达百余公里。区内太华变质杂岩岩性组成复杂,传统上可将其分为“下太华”亚群和“上太华”亚群。“下太华”亚群主要由TTG片麻岩、花岗质片麻岩、斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩组成。“上太华”亚群主要包括黑云斜长片麻岩、花岗质片麻岩、石英岩和大理岩等,是具有孔兹岩系特征的沉积变质岩系。TTG片麻岩与钾质花岗岩出露面积占全区变质岩石面积的一半以上。钾质花岗岩主要包括花岗质片麻岩、钾长花岗(片麻)岩和粗粒花岗岩。本文重点针对区内含石榴子石的斜长角闪片麻岩和泥质变质岩以及花岗岩类岩石进行岩石地球化学、变质作用与年代学研究。  岩石地球化学研究表明,该区斜长角闪片麻岩原岩可能为亚碱性玄武岩,富集大离子亲石元素,亏损高场强元素,可能为弧后盆地不同扩张阶段基性岩浆的产物。泥质变质岩是一套以中酸性火山碎屑沉积为主的表壳岩系,成熟度较低,可能形成于有岛弧发育的构造活动性较强的区域。TTG片麻岩均属于奥长花岗片麻岩,SiO2含量较高,Mg#值较低,Cr、Ni含量也较低,表明可能为加厚的下地壳部分熔融的结果。其它钾质花岗岩SiO2、K2O含量较高,MgO含量较低,富含继承锆石,推测为先存下地壳部分熔融的产物。  斜长角闪片麻岩中识别出三个变质阶段矿物组合:进变质阶段矿物组合(M1),主要由石榴子石变斑晶内部的包裹体矿物斜长石+角闪石+石英±黑云母±钛铁矿等组成;变质峰期矿物组合(M2),由石榴子石变斑晶和基质中矿物斜长石+角闪石+石英+钛铁矿±黑云母和其它副矿物组成;退变质阶段矿物组合(M3),为围绕石榴子石变斑晶边部分布的“白眼圈”状后成合晶,由细粒角闪石+斜长石+石英±黑云母±紫苏辉石±钛铁矿等矿物组成。泥质变质岩中同样可识别出三个变质阶段矿物组合:进变质阶段矿物组合(M1),主要由石榴子石变斑晶内部的包裹体矿物斜长石+黑云母+石英±钛铁矿±十字石±矽线石等组成;变质峰期矿物组合(M2),为石榴子石变斑晶和基质中矿物斜长石+黑云母+石英+钛铁矿+磁铁矿±斜方辉石±矽线石±钾长石和其它副矿物;退变质阶段矿物组合(M3),由石榴子石变斑晶边部分布的后成合晶组成。个别黑云斜长片麻岩样品中可识别出两期变质作用:基质中残留的较大颗粒的石榴子石、矽线石和钾长石颗粒为第一期变质作用的残留;细粒的黑云母、斜长石、矽线石和钾长石以及石榴子石周围的后成合晶矿物组合,均为第二期变质作用结果。  利用传统温度计与压力计计算获得斜长角闪片麻岩中三个变质阶段的温压条件分别为:5.7~6.0 kbar/660~760℃(M1),6.6~7.7 kbar/700~820℃(M2)和4.5~6.7 kbar/720~760℃(M3)。这些样品均记录了顺时针含近等温降压过程(ITD)的P-T轨迹。利用传统温度计和压力计与相平衡视剖面图计算获得泥质麻粒岩中第一期变质作用的峰期变质作用条件为6.8~8.6 kbar/730~810℃,属于高角闪岩相-麻粒岩相;退变质阶段的温压条件为4.1~6.4 kbar/570~740℃,也记录了顺时针的P-T轨迹;第二期变质作用仅在区域内局部出现,利用传统温度计和压力计获得P-T条件为4.2 kbar/610~630℃,变质程度明显低于第一期变质作用。  华山地区各类变质岩中锆石U-Pb年代学研究表明,该区存在~2.5 Ga、~2.3 Ga和1.80~1.87 Ga三期岩浆热事件记录,变质锆石和变质增生边记录的区域变质时代为1818~1958Ma。变质角闪石40Ar/39Ar年龄为1786~1799Ma,代表了第一期变质作用中形成的角闪石的冷却年龄。变质黑云母40Ar/39Ar定年结果可分为两组:第一组为1577~1690 Ma,代表了第一期变质作用中形成的黑云母的冷却年龄;第二组结果为126 Ma,代表了局部出现的第二期变质作用中形成的黑云母的冷却年龄。  通过对太华变质杂岩中变质作用P-T-t轨迹的研究,推测华北克拉通南缘也卷入了早元古代末东部陆块与西部陆块的碰撞造山过程。碰撞起始时间明显较早(~1.97 Ga),持续时间较长(~0.15 Ga)。
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