集宁地区古元古代基性麻粒岩两期变质事件的地质意义

常青松，施建荣，张家辉，王惠初，任云伟

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170；2.中国地质调查局前寒武纪地质研究中心，天津 300170）

华北克拉通基底的形成演化近年来一直是我国前寒武纪地质研究的热点之一。目前在学术界有两种影响较大的模式：一是认为目前的华北地块先经过～1.95 Ga阴山和鄂尔多斯碰撞拼合，形成孔兹岩带，之后在～1.85 Ga东、西部陆块之间的洋盆闭合俯冲碰撞形成中部造山带，并最终形成整个华北克拉通，而～1.8 Ga未变质基性岩墙群的出现则代表中部造山带碰撞造山后的陆内伸展[1-10]；另一种模式认为～2.7 Ga为各陆块主要的生长阶段，～2.5 Ga为各个微陆块拼合的主要时期，此时华北克拉通基本形成，并形成～2.7 Ga 及～2.5 Ga 两期绿岩带，2.3～1.95 Ga华北克拉通经历了一次裂解-汇聚过程，可能与前罗迪尼亚（哥伦比亚）造山活动有关，发育了晋豫、胶辽及丰镇活动带，随后的1.95～1.82 Ga地幔隆升，～1.9 Ga辉长质岩浆底侵引起大青山-丰镇地区的超高温麻粒岩相变质，～1.85 Ga之后进入全区的伸展抬升，中-下地壳的麻粒岩相岩石出露地表并广泛发育基性岩墙群及非造山岩浆事件[11-15]，魏春景等[16]提出古元古造山是一次漫长的过程，其中2.00～1.95 Ga陆陆碰撞，地壳加厚造山，并在～1.92 Ga之后转入伸展。

基性麻粒岩由于记录了多期变质事件信息，原岩作为基性岩浆岩，是地幔物质上升、地壳伸展的直接体现，以上特征使得华北克拉通中部带的基性麻粒岩一直为学术界研究的主要方向之一。2016年以来，笔者陆续参加及承担了“1/5万天镇等三幅区域地质矿产调查”、“1/5万察哈尔右翼前旗等三幅区域地质矿产调查”、“1/5万凉城县幅、永兴幅区域地质调查”及“内蒙古黄土窑地区1/5万区域地质调查”子项目。根据陆松年等[17]变质岩大地构造划分（图1a），这些区调子项目的工作区位于恒山-桑干高压麻粒岩带及孔兹岩带，该地区为怀安片麻岩-孔兹岩带的重点出露区，是华北克拉通古元古造山作用研究热点地区（图1b）。本文报道了区调工作中对察右前旗隆盛庄-九龙湾一带古元古代基性麻粒岩的年代学工作成果。结合前人研究，对本地区古元古代基性麻粒岩两期变质事件的地质意义进行了探讨，揭示其对古元古代造山事件的制约。

1 样品及地质背景

工作区主要出露的古元古代地质单元为集宁岩群孔兹岩系及～1.95 Ga重熔花岗岩类（图1c），其中集宁岩群孔兹岩系主要出露以变粒岩-浅粒岩、（尖晶）矽线榴云片麻岩组合为主的沙渠村岩组，原岩为泥砂质沉积岩类，经历～1.92Ga 峰期超高温变质作用[19-20]；而～1.95Ga重熔花岗岩类可能源自孔兹岩系的部分熔融，呈北东—南西向展布，北部与南部与孔兹岩系呈侵入或渐变接触关系，其形成与同期的基性岩浆底侵及超高温变质作用密切相关[21-22]。二者均被古元古代基性岩侵入，并包含一系列古元古代基性麻粒岩团块。

图1 大地构造及区域地质简图Fig.1 Tectonic map and regional geological sketch map

样品TG16-1采自九龙湾附近（图1c），岩性为变质辉长闪长岩，呈岩基、岩株状侵入斑状紫苏花岗岩中，可在岩体中发现变质表壳岩不同程度的同化捕掳体，出露面积约4 km2，岩石野外露头成分较为稳定均一，变质程度达麻粒岩相，变形较弱，总体为块状构造，局部地段暗色矿物定向排列，呈条纹或条痕状构造，具有弱片麻理（图2a），岩体部分区域具类似变余堆晶结构的层状结构（长石及紫苏辉石粒度均匀并较粗，并呈现分层聚集）。该岩体成分均匀，镜下为不等粒辉长结构、似斑状结构，块状构造。矿物主要由紫苏辉石（＞30%）、斜长石（＞50%）和单斜辉石（＜20%）组成（图2b）。

样品1702-1及1705-1分别采自隆盛庄六十四号村西侧及十一号村北侧（图1c），为基性麻粒岩团块。这一类团块露头规模较小，呈透镜状、团块状广泛产出于重熔花岗岩和孔兹岩系中（图2c），其长轴走向，矿物定向方向均与围岩的片麻理或者糜棱面理一致，与围岩接触边界多为包裹或构造接触。样品岩性为二辉麻粒岩，主要矿物为紫苏辉石、单斜辉石及斜长石（图2d）。

图2 野外露头及正交偏光显微照片Fig.2 Field outcrop photograph and cross-polarized photomicrograph

2 分析方法

样品同位素定年工作在中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室完成（表1），进样系统为Newave 193 nm激光剥蚀系统，质谱为多接收器电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS，仪器型号为Neptune），激光束斑直径为35 μm，频率8～10 Hz，同位素外标采用GJ-1，微量元素含量外标为NIST610；样品TG16-1的同位素测试工作在武汉上谱分析科技有限责任公司完成，进样系统为GeoLas Pro，激光能量80 mJ，频率5 Hz，激光束斑直径32µm，等离子体质谱仪为Agilent 7900，微量元素外标采用NIST610，同位素比值校正标样为91500，同时采用GJ-1作为监控标样。四个样品的测试数据见表1。

表1 锆石U-Pb同位素数据表Table 1 Zircon U-Pb isotopic data

续表1

3 年代学分析结果

九龙湾变质辉长闪长岩（TG16-1）的锆石部分具有核边结构，但其核部及边部获得的年龄在误差范围内一致，另有部分锆石具有典型的岩浆震荡环带（图3），31 个测点的206Pb/207Pb 年龄分布范围在1 794～1 968 Ma，且谐和度均＞95%（图3a，表1），显示锆石受高级变质作用改造程度较高，部分甚至为变质新生锆石，本文取锆石形态中岩浆成因特征明显（图3b）的7个测点，获得1 931±23 Ma的加权平均年龄（图3c），近似代表原岩侵位年龄。另有7个具有无分带、云雾状变质锆石特征（图3d）的测点，获得1 822±12 Ma的加权平均年龄（图3e）。

图3 九龙湾变质辉长闪长岩U-Pb谐和图及阴极发光（CL）照片Fig.3 Zircon U-Pb Concordia diagrams and cathode luminescence(CL)images of Gabbro diorite in Jiulongwan area

隆盛庄一带的两个二辉麻粒岩样品中，样品1702-1受变质作用改造强烈，锆石均为变质锆石，具有无分带、云雾状分带及斑杂状分带等变质锆石结构（图4c），30个测点均落在谐和线附近（图4a），形成一组1 802±13 Ma 的加权平均年龄（图4b）；样品1705-1锆石大部分保留了岩浆震荡环带（图4f），且均落在谐和线附近（图4d），其中206Pb/207Pb 值最高的7个测点年龄相近，与其他测点差距较大且在CL图上与其他锆石几无分别，本文判断其受变质改造影响较小，取其加权平均年龄1 942±31 Ma（图4e）代表其原岩侵位年龄。

图4 隆盛庄地区基性麻粒岩U-Pb谐和图Fig.4 Zircon U-Pb Concordia diagrams of mafic granulite in Longshengzhuan area

4 讨论

4.1 集宁地区两期变质事件的地质意义

本文样品的同位素定年结果显示，集宁地区基性麻粒岩的年龄主要分为两期，本文九龙湾辉长闪长岩（TG16-1）及隆盛庄十一号村基性麻粒岩样品（1705-1）中1.94 Ga～1.93 Ga 的原岩侵位年龄属于较早一期，区域上西至大青山地区、凉城红庙子，东至集宁西沟、土贵乌拉等地基性岩墙的定年结果集中在1.96 Ga～1.92 Ga[18，23-25]。2019 年1/5 万凉城县幅、永兴幅区域地质调查工作在脑包回前二辉斜长麻粒岩中获得了1 914.9±7.2 Ma的变质年龄，并通过野外接触关系判断该套中基性变质深成岩形成时代介于孔兹岩系沉积至其发生深熔形成石榴花岗岩之间，岩石地球化学表现出与岛弧相关或受陆壳物质混染的特征[26]。此外，察右前旗地区的区调工作在丰镇兵营北紫苏黑云斜长片麻岩中获得了1 853 Ma的变质年龄及～1.9 Ga的侵位年龄[27]。综合前人研究，集宁地区变质基性岩墙主要侵位时代为1.96～1.92 Ga，且存在1.92～1.91 Ga的变质，显示岩墙侵位后不久随即发生变质[20，22，28]，凉城S-型花岗岩等重熔花岗岩形成时代与孔兹岩系1.93～1.92 Ga超高温变质的时代同期[18，19，29，30]，并且也记录了～1.92 Ga的变质作用[31]，集宁地区重熔花岗岩形成时代～1.95 Ga，并具有～1.83 Ga 的变质年龄[21]。以上研究表明，1.96～1.91 Ga整体可以概括为一个事件系列，包括了1.96～1.92 Ga 基性岩墙侵入，伴随1.95～1.92Ga 重熔花岗岩的形成，随后孔兹岩系1.93～1.92 Ga超高温变质，及1.92～1.91 Ga的麻粒岩相变质。

较晚一期为1.85～1.80 Ga，为麻粒岩相-高角闪岩相变质年龄，本文九龙湾辉长闪长岩（TG16-1）～1.82 Ga及六十四号村基性麻粒岩样品（1702-1）～1.80 Ga的变质年龄、丰镇兵营北中基性麻粒岩～1.85 Ga变质时代及集宁地区重熔花岗岩中～1.83 Ga的变质时代均表明该期事件具有广泛的影响。

4.2 与怀安地区基性麻粒岩的联系

现有研究显示，怀安地区古元古代基性麻粒岩可分为两类，一类为含石榴石基性麻粒岩，具有出露规模小、延伸差等特征，常沿着片麻理走向呈串珠状透镜体断续产出，围岩为TTG片麻及孔兹岩系黄土窑岩组。前人在蔓菁沟高压基性麻粒岩中获得变质年龄为1 848～1 839 Ma，捕获锆石（原岩锆石）年龄介于1 964～2 201 Ma[32，33]；Zhang等[34]从下阴山村高压基性麻粒岩中获得2 035±66 Ma和1 858±33 Ma两组年龄，认为前者为镁铁质岩浆侵位年龄，后者代表变质年龄；2016—2018年天镇等3幅1/5万区域地质调查工作在采自朱家沟侵入孔兹岩系中的石榴角闪二辉麻粒岩样品中获得了1 957±13 Ma、1 909±12 Ma 和1 836±18 Ma三组年龄，并认为其均为变质年龄，代表三期不同的变质事件。部分高压麻粒岩原岩时代可能早于2.0 Ga，甚至2.2 Ga[35]，具有类似MORB的微量元素组成，显示其原岩可能为早期俯冲的洋壳基性火山岩残片[36]。

另一类为与集宁地区类似的二辉麻粒岩类，但其是否经历了高压麻粒岩相变质尚不明确，Kröner等[8]利用锆石SHRIMP U-Pb 方法在恒山地区的变质辉长岩脉中得到～1 915 Ma的原岩侵位年龄及1 848～1 888 Ma的变质年龄；2016—2018年天镇等三幅1/5万区域地质调查工作从采自天镇地区西赵家窑和朱家沟的两个变质基性岩墙样品中也获得了1 918 Ma的原岩年龄以及1 820 Ma和1 834 Ma的变质年龄[37，41]，由于学术界对克拉通古元古代造山汇聚过程的不同认识，高压麻粒岩相峰期变质时代也存在～1.85 Ga[5，32，37-38]及～1.95 Ga[34，39-41]两种观点。前者认为～1.85 Ga造山碰撞叠加于先期发生超高温变质的孔兹岩系之上，后者认为集宁地区～1.92 Ga超高温麻粒岩相变质与孔兹岩高压麻粒岩相变质可能为同一期构造热事件[42]，1.95～1.92 Ga构成双变质带。

4.3 区域大地构造演化

区域对比显示，怀安地区～1.95 Ga高压麻粒岩相变质及～1.92 Ga 基性岩浆作用可与集宁地区1.96～1.91 Ga岩墙侵入及超高温变质对应，指示～1.95 Ga怀安地区碰撞造山的同时，集宁地区出现陆壳局部伸展，基性岩浆底侵，到～1.92 Ga两地均进入碰撞后伸展的古元古代造山演化历史。

集宁-怀安地区均有广泛的1.85～1.8 Ga变质事件记录。而笔者近期承担的区调工作通过对黄土窑环形构造的解析，初步认为～1.95 Ga之后侵位的基性岩墙卷入了～1.85 Ga的中低压麻粒岩相变质和挤压造山变形事件，许成等[43，44]近期在丰镇地区碳酸岩中发现了～1.84 Ga的榴辉岩捕掳体，指示该时期可能存在板块俯冲，这些最新的发现均表明～1.85 Ga可能存在造山汇聚，但仍需要更多证据及进一步研究。

5 结论

（1）集宁地区基性麻粒岩记录了1.96～1.91 Ga及1.85～1.80 Ga 两期岩浆变质事件，早期1.96～1.91 Ga记录了基性岩浆侵位-超高温麻粒岩相变质-麻粒岩相变质的演化过程，晚期1.85～1.80 Ga记录了广泛的麻粒岩相-高角闪岩相的变质作用。

（2）区域对比显示，集宁地区1.96～1.91 Ga 岩浆-变质事件与怀安地区～1.95 Ga高压麻粒岩相变质及～1.92 Ga岩浆作用对应，指示了～1.95 Ga怀安地区造山碰撞，同期集宁地区陆壳伸展，基性岩浆底侵引发超高温变质及部分重熔S型花岗岩形成，到～1.92 Ga全区碰撞后伸展的演化过程。

（3）集宁-怀安地区基性麻粒岩1.85～1.80 Ga的变质事件记录，可能代表了一期造山挤压事件。

致谢：天津地质调查中心实验测试室各位同仁对本文涉及的同位素测试及数据处理工作给予大力支持，前寒武纪地质室各个区调子项目提供了诸多未发表成果供本文总结对比，在此一并致谢！