市域岩群特点及变质条件

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本文作者：于洋葛梦春周文孝孙俊俊刘泽瑞作者单位：中国地质大学（武汉）地球科学学院

区域地质概况

锡林浩特岩群位于中亚造山带中东部，呈近东西向层状展布，大致在东经116°～116°30′、北纬43°～44°，出露面积约40km2。其北侧豁子梁西段奥陶系哈拉组变火山岩覆盖在下伏锡林浩特岩群之上，南侧与志留系徐尼乌苏组第三段砂、板岩成断层接触关系（图1a）。岩群主要由片麻岩夹层状斜长角闪岩、磁铁石英岩和变粒岩组成，片麻岩中主要矿物有黑云母＋白云母＋夕线石＋石榴子石＋钾长石＋斜长石＋石英，副矿物有磷灰石和磁铁矿等。斜长角闪岩成透镜状或夹层产出于片麻岩中，二者产状平行一致，延伸方向稳定，且具相同面理，岩石变质程度大体相当，表明二者层序为准同时形成。本文分别选取岩群中3组片麻岩及2组斜长角闪岩进行岩石学研究分析，采样位置如图（图1b）。

岩相学特征

1片麻岩类

石榴黑云斜长片麻岩（0311－37）。采样位置：43°51′30″N，116°26′27″E。细粒—中粒鳞片粒状变晶结构，主要组成矿物有黑云母（40％）、石榴子石（10％）、斜长石（10％）、正长石（30％）和石英（10％）。石榴子石呈浑圆状零散分布，粒径为1．5～0mm，晶粒多裂纹；黑云母零散均匀分布，长径0．2～1．2mm，零散分布的他形正长石（条纹长石），粒径1～2mm，少量晶粒可见包裹细粒黑云母。夕线石黑云母片麻岩（0311－19）。采样位置：43°50′58″N，116°26′31″E。细粒鳞片粒状变晶结构，面理发育，具条带状。主要组成矿物有黑云母（20％）、白云母（10％）、斜长石（35％）、钾长石（5％）和石英（28％），并含有少量磷灰石及毛发状夕线石。钾长石：无色，细粒，他形，d＝0．2～0．4mm。蠕英石：见于斜长石与钾长石接触部，由石英＋钠质斜长石组成，有时也与白云母构成蠕英石状。含石榴二云斜长片麻岩（0220－23）。采样位置：43°50′46″N，116°25′48″E。似片麻状构造，鳞片粒状变晶结构，主要组成矿物有石榴子石（8％）、黑云母（20％）、斜长石（30％）、石英（30％）和白云母（10％），含少量绿泥石等不透明矿物。石榴子石以近等轴粒状为主，零散分布，粒径0．1～0．2mm，粒内少见石英、云母等包体，黑云母、白云母鳞片－叶片状，定向分布，部分集合体聚集呈似条带、条纹状分布。

2斜长角闪岩

纹带状斜长角闪岩（0311－5）。采样位置：43°50′38″N，116°26′39″E。柱粒状变晶结构，主要由斜长石（50％）、角闪石（45％）及少量绿泥石组成，角闪石平行排列构成面理。从矿物组合判断原岩为基性火山岩或侵入岩，其中的绿泥石应是原岩中少量黑云母后期蚀变产物。斜长角闪岩（803－6）。采样位置：43°51′20″N，116°25′05″E。细粒等粒结构，块状构造，主要组成矿物有斜长石（45％）、角闪石（35％）和黑云母（15％），见少量石英（4％）。未见明显的变形特征，岩石中矿物具有轻微的定向构造。角闪石，粒径0．5～1．5mm，部分晶片发生绿泥石化，略显定向排列。斜长石呈粒状，直径1～2mm，边部不规则，可见镶嵌结构。

矿物化学

对岩群中碎屑质及基性变质岩中的主要变质矿物进行了电子探针分析，并对石榴黑云斜长片麻岩中代表性石榴子石进行了成分剖面的测定，电子探针采用JCXA－733电子探针，由中国地质大学（武汉）探针实验室完成（0．2μA，15kV），各矿物Fe3＋由电价平衡方法计算得出［9］。代表性矿物的电子探针分析数据见表1～3。

1石榴子石

石榴子石（表1）的主要端员组分为铁铝榴石（Alm）、镁铝榴石（Pyr）、锰铝榴石（Spe）和钙铝榴石（Grs）。其含量总体变化范围为：Alm56％～62％，Pyr11％～18．6％，Spe18．1％～25．3％，Grs3％～4％。0311－37样品中所选特征石榴子石显示出明显的成分环带，由主量元素成分剖面所示（图3b），从核到边石榴子石Mn的含量逐渐降低，具钟型剖面，而Ca的含量变化较小，成分剖面较平直，均表明锡林浩特岩群经历了进变质过程［10］。

2黑云母

岩群中黑云母多呈鳞片状、细片状、半自形片状，黑云母中放射性矿物（如钍石、独居石等）中的元素衰变所导致的深色晕圈，不仅反映了沉积是以陆源碎屑为主，也反映了黑云母是早期形成的变质矿物。变质岩中，黑云母的主要成分Mg、Fe的含量既受寄主岩石成分控制，又与变质程度有关，而Ti、Fe3＋及（OH）的含量则主要取决于变质条件［11］。岩群3011－37与0220－23两组样品（数据见表1）TiO2质量分数范围为0％～5％，Fe3＋阳离子摩尔分数范围主要集中于0．14～0．26，均表征高温变质环境。

3角闪石

本区角闪石在偏光镜下多呈半自形柱状或不规则状，柱面完整，两端不整齐，为典型变质角闪石，其Ng方向呈绿色，部分显棕色，表征变质温度较高［11］。样品中角闪石化学成分变化不大（表2），分子式中Ca离子数为1．82～1．98，均高于1．5，Mg／（Mg＋Fe）为0．65～0．75，Si值为6．64～7．70。按照国际矿物学协会的命名规则，锡林浩特岩群基性变质岩中的角闪石均属于钙质角闪石组，主要类型为浅闪石。

4斜长石

样品中斜长石半自形粒状，与角闪石共生，由长石的成分分析结果（表3）可知，斜长石的Or含量极低，主要为中长石和拉长石，牌号An40～60，均高于30，可知变质级别已达角闪岩相。

变质温度、压力估算

1矿物共生组合分析

锡林浩特岩群中基性变质岩常见矿物组合为角闪石＋斜长石＋石英（少量），为典型的角闪岩相矿物共生，泥质变质岩中常见矿物组合为黑云母＋白云母＋夕线石＋钾长石＋斜长石＋石英、黑云母＋白云母＋石榴子石＋斜长石＋石英。样品0311－19中可见白云母向夕线石的转变反应，表明岩群变质峰期已达高角闪岩相，由白云母＋钠长石＋石英＝夕线石＋钾长石＋熔体变质反应限定了其温度上限：在0．5～1．0GPa范围内不会超过650～700℃［12］。

2基性变质岩变质温压计算

角闪石和斜长石广泛分布于变质岩中，它们是镁铁质（基性）变质岩角闪岩相变质的主要矿物，角闪石－斜长石组合的平衡条件，可以反映变质岩的结晶条件。在总结相平衡实验资料的基础上，通过对角闪石－斜长石平衡的热力学分析，Holland和Blundy［13］在前人研究的基础上根据斜长石－角闪石－石英之间的相平衡关系和斜长石－角闪石之间的相平衡关系又重新标定了该温度计。他们在100～1500MPa、430～950℃的条件下，采用经验标度方法，在对角闪石活度深入研究的基础上，给出了新的温度计表达式［13］。如果XAb＞0．5，则式中YAb＝0．0；否则YAb＝10（1－XAb）2－0kJ。该温度计适用范围：500～1100℃，角闪石结构式中Si的原子系数应小于7．8，斜长石的XAn＜0．92。锡林浩特岩群基性变质岩角闪石中Si原子系数范围6．7～7．1，斜长石XAn范围0．43～0．53，均符合适用标准。压力p采用Schimidt的角闪石全铝压力计［14］p（±0．6×108Pa）＝－01＋76Altol（2）公式（2）中p为压力，Altol为角闪石全铝含量。全铝压力计在应用中需满足以下条件：（1）样品未发生低温蚀变；（2）岩石变质温度同压力计校准条件应相差不大，如Schmidt压力计的校准温度为655～700℃；（3）在氧逸度低的条件下结晶的富铁角闪石［Mg／（Mg＋Fe）＜0．35］不能使用［15］。我们在估算压力时，充分考虑了这些限制。岩群变质程度达高角闪岩相，其温度范围与Schmidt压力计的校准温度相近，各组样品Mg／（Mg＋Fe）值范围在0．62～0．65，均大于0．3，均符合适用标准，利用压力计计算得样品803－8压力较低（0．41～0．47GPa），这可能是岩石受到后期蚀变影响导致角闪石中Al含量降低的缘故。其余结果均集中在0．5～0．6GPa（相当于现代大陆地壳20km左右的深度）。这与由岩石学研究所显示的变质条件是吻合的。将所得压力结果带入Holland计温公式，得样品803－8温度结果为660～690℃（表4），样品0311温度结果中除第二组温度较高外，其余较为集中，温度范围为668～700℃（表5）。

3碎屑质变质岩变质温压计算

锡林浩特岩群碎屑质变质岩中石榴子石、黑云母、白云母、斜长石和石英的广泛共生为我们使用常规的石榴子石－黑云母地质温压计来定量计算其p－T条件创造了条件。本文选择Holdaway于2000年所标度的石榴子石－黑云母温度计［16］进行变质条件的计算。锡林浩特岩群泥质变质岩样品中石榴子石具进变质环带，所以选择其边部成分估算其峰期条件，压力应与岩群中准同时形成的斜长角闪岩相当，压力值取0．55GPa，由GB温度计计算得样品0220－23温度范围为683～690℃，样品0311－37温度范围为686～707℃。

讨论与结论

本文通过对锡林浩特岩群中碎屑质及基性变质岩的变质作用研究表明，锡林浩特岩群主要是在中压角闪岩相条件下发生变质的，值得注意的是，岩群碎屑质变质岩中石榴子石具进变质环带，对比前人研究该区域片麻岩所提出角闪石＋斜长石＋黑云母＋石英的矿物组合，及所得540～550℃变质温度［7］，推测岩群在峰前经历了低角闪岩相变质，之后变质到达峰期，变质达高角闪岩相。综合文中所得片麻岩及斜长角闪岩温压结果，给出锡林浩特岩群峰期变质p－T范围为667～707℃，0．5～0．6GPa。研究区内下古生界奥陶系各地层均为一套绿片岩相变质的浅变质岩，而锡林浩特岩群变质达高角闪岩相，说明锡林浩特岩群早在奥陶系沉积之前就发生了变形变质作用。这一结论与我们近期所得岩群1000Ma的变质年龄［8］相符，为锡林浩特岩群为一套前寒武纪变质基底提供了岩相学佐证。中元古代末期，华北与西伯利亚板块进入汇聚阶段［17］，推测锡林浩特岩群角闪岩相－高角闪岩相变质为锡林浩特微陆块与其他陆块碰撞的结果。