蚌埠隆起区镁铁质麻粒岩变质PT 及变质作用演化*

刘玉娟 张 妍 王 娟 彭春蕾 宋传中 石永红

（1.安徽工业经济职业技术学院 合肥 230009；2.合肥工业大学资源与环境工程学院 合肥 230009）

华北克拉通（North China Craton，NCC）作为世界上最古老的克拉通之一，初始地壳形成年龄约为～3.8 Ga（Liu et al.，1992；Song et al.，1996；Wan et al.，2005；聂峰等，2014；Ma et al.，2020；第五春荣，2021；万渝生等，2021），由西部陆块、中央造山带和东部陆块所组成（Zhai et al.，2010；Zhao and Zhai，2013），其主要的表壳岩和花岗片麻岩多形成于2.2～2.0 Ga，并于1.95～1.85 Ga 发生变质和变形作用（Luo et al.，2004；Li et al.，2005；刘超辉等，2017）。蚌埠隆起区处于安徽省北部，华北克拉通东南缘，胶—辽—吉造山带的西延部分（Zhao et al.，2000；许文良等，2006；Liu et al.，2009d；Zhao and Zhai，2013；王程程等，2018；Lu et al.，2021），北为利辛断裂、南为洞山断裂、东侧毗邻郯庐断裂（Xu et al.，1987；魏春景等，2009；Zhu et al.，2009）（图1）。该区域的岩石单元比较简单，主要由五河群变质杂岩、凤阳群浅变质岩及上覆震旦系盖层所组成（安徽省地质矿产局，1987）。其中，五河变质杂岩一直以来颇受学者关注，自下而上由西堌堆组、庄子里组、峰山李组、小张庄组及殷家涧组所构成，由于其岩石组合的复杂性且地层年龄跨度相对较大，学者们将其由五河群变质杂岩更名为五河杂岩。五河杂岩主体由变质深成侵入岩（石榴麻粒岩、角闪岩和花岗片麻岩等）和变质表壳岩（黑云斜长片麻岩、石英片岩、石英岩和大理岩等）组成（Zhao and Zhai，2013；第五春荣等，2021），尤其以西堌堆组和庄子里组的镁铁质麻粒岩的变质岩石学及年代学 研 究 最 为 丰 富（Liou et al.，1992；许 文 良 等，2006；Xu et al.，2006；Liu et al.，2008；Liu et al.，2009d；刘贻灿等，2012，2015；Wang et al.，2013；聂峰等，2015；李梦婵等，2017；Shi，2017；Liu et al.，2019；Lu et al.，2021）。

图1 研究区地质概况、研究现状及样品位置图Fig.1 Geological map of the Bengbu Uplift showing the sample localities of previous studies

其中，据安徽省地质矿产局（1987），蚌埠隆起区主要为角闪岩相浅变质岩组成，形成年代～1.90 Ga，而Liu et al.（2018）及其他学者研究认为蚌埠隆起区的铁镁质变质岩原岩形成年代为～2.1 Ga，并且经历了约1.94～1.76 Ga 和1.86～1.82 Ga 的变质作用（Huang et al.，2004；Xu et al.，2006；郭 素 淑 等，2009；Liu et al.，2009a，2016，2018，2019；杨德彬等，2009；Wang et al.，2012，2013；聂峰等，2015；Chen et al.，2018；王程程等，2018；Cai et al.，2019；Lu et al.，2021；Wang et al.，2021）。随着研究程度不断深入，研究方法不断改进，部分学者通过传统温压计（Fe-Mg 交换）、微量元素温度计（锆石-Ti、榍石/金红石-Zr 等）及相平衡模拟法等研究认为蚌埠隆起区经历了峰期麻粒岩相变质作用、高角闪岩相变质作用并且记录晚期角闪岩相—绿片岩相退变质作用，基本均表现为顺时针P-T轨迹（王娟等，2016，2019；Liu et al.，2017；Wang et al.，2017；王程程等，2018；Cai et al.，2019；Liu et al.，2019；Lu et al.，2021；Kong et al.，2022）。但是，已报道的变质PT条件差异较大，该现象可能与样品所处地壳深度差异、后期叠加的变质改造作用程度不同所致，亦与矿物组合差异所限制的地质温度计的应用有关（Liu et al.，2008；Liu et al.，2009d；聂峰等，2015；王娟等，2016，2019；Liu et al.，2017；Shi，2017；王 程 程 等，2018；Cai et al.，2019；Kong et al.，2022）。据王娟等（2017，2019）和Shi（2017）蚌埠地区石榴二辉石麻粒岩普遍经历了角闪岩相→麻粒岩相→低角闪岩相变质演化过程，记录了～2.5 Ga 的高温变质作用与1.90～1.70 Ga 的退变质角闪岩相变质；Liu et al.（2017）、Wang et al.（2018）、Cai et al.（2019）及Lu et al.（2021）等对蚌埠地区石榴二辉石麻粒岩、石榴角闪岩等进行大量的岩相学、相平衡模拟及传统温压计等研究揭示，该类岩石普遍记录了峰期高压（UP，P＞1.0 GPa）、峰期后超高温（UHT，T＞900 ℃）及晚期角闪岩相退变质等多期变质作用，均呈顺时针P-T轨迹，并且认为五河杂岩镁铁质麻粒岩的原岩形成年代为～2.1 Ga，退变质角闪岩相发生时代约为1.8～1.7 Ga。

本次研究区域东芦山位于蚌埠隆起区中部，凤阳县西南侧约110 km，岩石露头较少，属于五河群峰山李组和庄子里组上段岩石单元。据安徽省地质矿产调查局（1987）峰山李组主要由条带状角闪变粒岩、黑云绢云石英片岩、黑云变粒岩，夹大理岩、斜长角闪岩、磁铁角闪岩及辉石麻粒岩组成，厚度约1 087 m。庄子里组上段主要由大理岩夹角闪变粒岩组成，厚度约为415～701 m。如图1 所示，受露头状况等限制且风化程度较强，该地区的研究内容相对单薄，研究程度较低，其古老变质岩石与凤阳县北侧庄子里组、朱顶地区西堌堆组大理岩中石榴麻粒岩透镜体较为类似，矿物组合类型稍有差异（斜方辉石鲜少发育）（Liu et al.，2017；Shi，2017；王娟等，2017，2019，2021；Liu et al.，2018；王程程等，2018；Cai et al.，2019；Lu et al.，2021）。尤其是近几年来，关于五河地区镁铁质麻粒岩的变质作用研究不断深入，研究手段日渐丰富，但同一岩石类型的变质PT条件存在较大差异，且对于不同变质期次年代的判定仍需要进一步深入研究。因此，本文将以东芦山石榴麻粒岩为主要研究对象，开展变质温压条件评价及锆石U-Pb 同位素年代学分析，探讨该地区的变质作用特征及变质时代，进一步丰富蚌埠隆起区古元古代变质岩石学及变质作用演化研究。

1 样品描述及分析方法

本文所选用的样品分别为石榴麻粒岩（WS40-2，变质PT条件及变质作用演化）与斜长角闪岩（WS41-1，锆石U-Pb 同位素年代学分析）。其中，WS40-2 共采集两块，用于温压计算的暗色矿物组合丰富，用于锆石U-Pb 年代学分析的暗色矿物相对减少，围岩分别为黑云斜长角闪岩及花岗片麻岩；WS41-1 的围岩为斑状花岗岩，石榴麻粒岩（WS40-2）以捕掳体形式出现（图2a）。

1.1 岩相学分析

石榴麻粒岩（WS40-2）：该样品主要由石榴子石（Grt）+单斜辉石（Cpx）+角闪石（Amp）+斜长石（Pl）+石英（Qz）组成（图2b），副矿物主要有钛铁矿（Ilm）+金红石（Rt）+锆石（Zrn），并且辉石多沿着解理缝隙发生绿泥石化作用。斜长石多呈半自形—他形特征，含量约为20%～25%，基质粒径较为一致约0.4～0.5 mm（图2b），石榴子石及角闪石、辉石接触带附近发育小颗粒长石，多呈他形，粒径约为0.02～0.05 mm；辉石含量约为30%～35%，呈半自形至他形特征，粒径约为0.05～1.0 mm，内部裂隙发育，部分被绿泥石等填充（图2b），少量辉石内部发育斜长石及钛铁矿包体；角闪石呈半自形至他形产出，粒径约为0.05～0.5 mm，内部偶见斜长石、钛铁矿等包体，含量约为25%～30%（图2b）；石榴子石含量约为10%～15%，呈自形—半自形，裂隙较为发育，粒径0.4～1.5 mm 不等，内部包体较为丰富，主要为角闪石、单斜辉石、斜长石、锆石及钛铁矿等（图2b～图2h）；此外，该样品的石英含量较少约为5%，也发育磷灰石（Apt）、绿帘石（Epi）、钛铁矿、绿泥石（Chl）等次要矿物，含量约为3%～5%。如图2c 所示，石榴麻粒岩中单斜辉石、角闪石等矿物经历了较为强烈的蚀变作用，显微镜下观察呈现污浊状态，该现象表明后期变质改造作用应较为强烈。

图2 石榴麻粒岩（WS40-2）及斜长角闪岩（WS41-1）的背散射（BSE）图像及矿物组合a.WS40-2 野外照片；b～c.WS40-2 显微单偏光图像；d～f.分别为WS40-2 斜长石、单斜辉石、角闪石及剖面；g.WS40-2 石榴子石X-ray mapping 及剖面方向；h～k.WS40-2 石榴石内包体及矿物对；l.斜长角闪岩（WS41-1）矿物组合及背散射图像矿物缩写：Pl.斜长石；Amp.角闪石；Cpx.单斜辉石；Grt.石榴子石；Act.阳起石；Ilm.钛铁矿（据Whitney and Evans，2010）Fig.2 BSE images and mineral assemblage of garnet-pyroxenite（sample WS40-2）and plagioclase-amphibolite（sample WS41-1）

斜长角闪岩（WS41-1）：该样品主要由角闪石（Amp）+斜长石（Pl）+阳起石（Act）+石榴子石（Grt）组成，且石榴子石含量低（图2l）。其中，斜长石呈他形产出，卡式双晶发育，表面较为污浊，含量约为20%～25%，粒径差异较大为0.02～0.6 mm 不等；角闪石呈半自形至他形特征，呈短柱状/长柱状，并且角闪石边缘多退变为阳起石等，解理较为发育，粒径约为0.4～2.5 mm 不等，含量约为40%～45%；阳起石呈他形，主要以角闪石退变质边/带产出，含量约为25%～30%；石榴子石含量较少，呈半自形—他形特征，并且内部裂隙发育，颗粒破碎，粒径相差悬殊（0.02～1.5 mm），小颗粒应为主颗粒破碎所致，含量＜5%；含有磁铁矿（Mag）、绿帘石（Epi）、钛铁矿（Ilm）及绿泥石（Chl）等其他矿物。

通过岩相学分析可知，本次用于变质温度评价的石榴麻粒岩样品（WS40-2）基本可划分为3 个变质阶段，早期进变质阶段（M1）以石榴子石内部包体，如单斜辉石（Cpx-Ⅰ）、角闪石（Amp-Ⅰ）、斜长石（Pl-Ⅰ）以及寄主石榴子石（Grt-Ⅰ）核部成分为代表（图2b、图2h～图2k）；峰期变质矿物组合（M2）为石榴子石幔部（Grt-Ⅱ）、基质单斜辉石（Cpx-Ⅱ）、角闪石（Amp-Ⅱ）和斜长石（Pl-Ⅱ）（图2b、图2d～图2g）；虽然白眼圈构造和角闪石、辉石等矿物反应边不发育，但是石榴子石边部发育有小颗粒狭长斜长石（Pl-Ⅲ）、细碎颗粒角闪石（Amp-Ⅲ）和单斜辉石（Cpx-Ⅲ），因此认为WS40-2 可能记录了退变质作用，故初步将石榴子石接触部分的角闪石（Amp-Ⅲ）和单斜辉石（Cpx-Ⅲ）以及石榴子石极边部窄带（Grt-Ⅲ）作为退变质矿物组合（M3）（图2b）。本次石榴麻粒岩（WS40-2）的变质期次划分仍需要矿物化学成分及剖面分析进一步论证。

1.2 分析方法

（1）矿物化学成分及图像分析

本次矿物化学成分分析、背散射图像分析（BSE）、锆石包体矿物判定及X-Ray mapping 分析均由合肥工业大学电子探针实验室完成，仪器型号为JEOL JXA-8230，配备4 道谱仪，共计8 块分光晶体（LIFJ、TAP×2、PETJ、LIFH、PETH、LDE1、LDE2），能够同时保证高信号强度与高分辨率的不同需求，并且配备有牛津能谱仪（51-XMX1033）能够完成矿物种类识别任务。实验室配备的标样主要有美国SPI 国际标样组（02753-AB 53 Minerals standard）和周建雄标样组（氧化物-36，硅酸盐-36，硫化物-12，超轻元素-9，稀土五磷酸盐-15）。本文中斜长石的分析条件为5 kV、10 nA、5 μm；角闪石、石榴子石、辉石的分析条件为5 kV、20 nA、5 μm。其中，Al、Si、Mg、Ca、K 、Mn、Fe、Na、Ti、Cr、Ni、F、Cl 等 元 素 的 标 样 分 别 为Al-Kyan、Si-Quartz、Mg-Olivine、 Ca-Wollastonite、 Mn-（Mn-Fe）Pyrope、 Fe-Hematite、 Na-Jadite、（K， Ti）-Biotite、Cr-Spinel、Ni-NiO、（F，Cl）-Apt；元 素 检 测 限 值 为Al：58×10-6，Si：32×10-6，Mg：93×10-6，Ca：109×10-6，K：111×10-6，Mn：138×10-6，Fe：123×10-6，Na：89×10-6，Ti：222×10-6，Cr：306×10-6，Ni：205×10-6，F：219×10-6，Cl：24×10-6；峰位测试时长与背景测试时长分别为10 s 和5 s（Al、Si、Mg、Ca、K、Mn、Fe）、15 s 和7.5 s（Ti、Cr、Ni）及60 s 和30 s（F、Cl），主量元素含量的分析误差为2%～5%，微量及痕量元素含量的分析误差为5%～15%。X-Ray mapping 的测试条件为15 kV、40 nA、3 μm。石榴子石、角闪石、单斜辉石、长石分别按照12、23、6 和8 个O 进行计算，角闪石中Fe3+依据阳离子Si+Al+Ti+Mg+Fe+Mn = 13（Droop，1987）进行校正。

（2）锆石U-Pb 年代学分析

本次所选样品石榴麻粒岩（WS40-2）和斜长角闪岩（WS41-1）的锆石单矿物分选由河北省地勘局廊坊实验室完成，锆石阴极发光图像（CL）分析由合肥工业大学电子探针实验室完成（仪器型号：JEOL XM-Z09013TPCL），beam 分析模式，分析像素为800×600，测试条件为800 V、5 nA。锆石原位U-Pb 同位素定年分析由合肥工业大学激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）实验室完成，单点剥蚀模式，剥蚀孔径32 μm，每分析5个点，重复测试2次91500锆石标样；每测试10个点，测试2次91500和1次SRM6 10锆石标样；背景采集时间4 s，总采集时间为30 s，总剥蚀时长90 s。锆石U-Pb 同位素数据处理采用了中国地质大学（武汉）开发ICPMSDataCal9.6 与ICPMSDataCal 7.5 软件进行锆石数据的分馏校正和计算。本次锆石年龄均以204Pb 含量做了普通铅校正处理，加权平均年龄及谐和图绘制由Isoplot3.2 完成。本文年龄选择以1 000 Ma 为分界，≤1 000 Ma时使用206Pb/238U 同位素年龄，＞1 000 Ma 时使用207Pb/206Pb 同位素年龄。

2 矿物化学成分分析及变质PT 条件评价

矿物化学成分分析是变质温压条件评价重要的依据之一，通过主要矿物的成分剖面、矿物成分变化趋势等信息能够进一步明晰变质期次或生长阶段等特征，为合理科学的温压计选择提供依据和支撑。本次分别对石榴子石、斜长石、角闪石、辉石进行了成分剖面分析和矿物成分分类图解分析，测试点数15～40 个不等，测试点距离20～88 μm 不等（M2），剖面方向见图2。包体（M1）及边部（M3，与Grt 接触的极边部）分别测试3～7 个点不等（图3），石榴麻粒岩的代表性矿物成分见表1。

表1 石榴麻粒岩（WS40-2）主要组成矿物代表性矿物化学成分Table 1 Representative mineral and the compositions of garnet-pyroxenite（sample WS40-2）

2.1 矿物化学成分分析

斜长石：结合岩相学及背散射图像分析，本次对基质（Pl-M2）斜长石分析了21 个点，剖面方向如图2d。如图3a 所示，XNa、XCa 和XK 呈相对平滑曲线，仅在极边部XNa、XCa 呈微弱升降趋势，核部成分较为均匀（图3a）。石榴子石核部、基质及反应边斜长石中的XCa、XNa 和XK 分别为（0.40～0.42，0.54～0.57，0～0.002）、（0.40～0.43，0.54～0.58，0～0.01）和（0.33～0.44，0.55～0.60，0～0.002）；三者的端元组分Ab、An和Or 分别为（56.5～58.0，41.8～43.4，0～0.2）、（55.7～57.8，41.6～43.6，0.4～1.0）和（55.4～64.5，34.8～44.3，0.1～0.7）。3 组长石在成分上差异较小，仅以XCa 存在微弱差异，长石成分分类图解显示其均落入中长石区域，数据分布较为集中（图3e）。

图3 石榴麻粒岩样品（WS40-2）主要矿物成分剖面及矿物分类图解a.WS40-2 斜长石成分剖面及特征曲线；b.WS40-2 单斜辉石成分剖面及特征曲线；c.WS40-2 角闪石成分剖面及特征曲线；d.WS40-2 石榴子石成分剖面及特征曲线；e～h.WS40-2 斜长石、单斜辉石、角闪石和石榴子石成分分类图解Fig.3 Main mineral composition profiles and mineral classification of garnet-pyroxenite（sample WS40-2）

单斜辉石：本次对基质单斜辉石（Cpx-M2）颗粒共测试分析了21 个点，剖面方向见图2e。如图3b 所示，其XCa、XMg 自核部至边部呈波动式轻微升高趋势，XFe2+和XAl自核部至边部呈平缓下降趋势，XTi 的变化趋势则相对平缓。对比石榴子石内部单斜辉石包体（Cpx-M1）、基质（Cpx-M2）及边部（Cpx-M3）成分可知，三者的XCa、XMg、XFe2+、XAl 和XTi 分 别 为（0.41～0.43， 0.31～0.34， 0.13～0.16， 0.09～0.11， 0.01～0.02）、（0.39～0.42，0.28～0.32，0.15～0.18，0.10～0.14，0.01～0.02）和（0.51～0.92，0.59～0.68，0.24～0.52，0.18～0.34，0.01～0.02），以XCa 和XFe 的差异最为显著。矿物成分分类图解显示三者主要落入透辉石—普通辉石区域，Cpx-M1、Cpx-M2 和Cpx-M3 以XFe及XMg#（Mg2+/（Mg2++Fe2+））显示一定差异（图3f）。

角闪石：本次对基质大颗粒角闪石（Amp-M2）进行了成分剖面分析，共测试21 个点，剖面方向如图2f 所示。据图3c 可知，XAl 和XMg 自核部至边部呈逐渐升高趋势，XFe 自核部至边部则呈轻微下降趋势，XCa 成分曲线相对平缓。角闪石包体（Amp-M1）、基质（Amp-M2）及其极边部（Amp-M3）的XAl、XMg、XFe2+、XCa 和XMg#分别为（0.29～0.30， 0.27～0.28， 0.19～0.21， 0.22～0.23， 0.56～0.60）、（0.28～0.30， 0.23～0.25，0.19～0.21，0.20～0.22，0.52～0.57）和（0.30～0.32，0.24～0.28，0.19～0.24，0.21～0.22，0.51～0.59）。如图3g 所示，该3 组角闪石均落入韭闪石区域，但是M1～M3 的XMg#存在一定差异。

石榴子石：本次对石榴子石共分析了40 个点，剖面方向如图2g 所示。XFe2+自核部至边部呈轻微升高趋势，核部成分较为均匀，部分跳跃点可能由包体内元素扩算作用所致；XCa 和XMg 自核部至边部呈微弱下降趋势，核部较为平缓；XMn 自核部、幔部至边部无明显变化，整体呈平缓曲线，揭示核—幔成分相对均匀（图3d）。石榴子石X-ray mapping 分析结果显示，边部Fe 含量有所增高，核部成分较为均匀，其Ca、Mg、Mn 差异则相对不明显（图2d）。包体（Grt-M1）、基质（Grt-M2）和反应边（Grt-M3）的XFe2+、XMg、XMn 和XCa 摩尔浓度分别为（0.52～0.60，0.17～0.23，0.01～0.02，0.21～0.23）、（0.54～0.57，0.18～0.23，0.01～0.02，0.21～0.23）和（0.56～0.59，0.17～0.21，0.01～0.02，0.21～0.22）。3 组石榴子石的端元组分Alm、Gross、Pyrope 和Spess 分别为（51.78～60.21， 14.78～20.12， 17.28～23.23， 1.50～1.77）、（53.57～57.08， 16.83～21.08，18.08～22.47，1.46～1.98）和（55.72～59.49，13.64～18.83，16.94～20.80，1.56～1.90），以端元组分Gross 和Pyrope 的含量差异最为显著。据石榴子石的成分分类图解结果可知，3 组石榴子石数据主要集中在镁铝榴石区域，数据点成短柱状分布，以XMg#显示出一定差异（图3h）。

综上，石榴麻粒岩（WS40-2）中基质斜长石（Pl-M2）、单斜辉石（Cpx-M2）、角闪石（Amp-M2）和石榴子石（Grt-M2）各部分主要元素，如Fe2+、Mg2+，自核部至边部，尤其是极边部窄带，均存在一定差异，其幔部成分则普遍较为均匀。尽管岩相学观察显示其存在较好的多期次矿物组合特征，但是矿物成分分析并没有很好的揭示不同变质阶段的矿物成分差异，该现象可能与后期/晚期退变质作用叠加改造、Fe-Mg 元素再平衡、剥蚀挖掘过程中的风化蚀变作用等因素引起的。尽管如此，本文拟将按照矿物对进行匹配，以幔部均匀成分作为峰期矿物对（M2）、包体及接触石榴子石窄带作为进变质矿物对（M1）、反应边及石榴子石极边部区域作为退变质矿物对（M3），进一步探讨石榴麻粒岩的变质温压条件及指示意义（图2，图3）。

2.2 变质PT 条件评价

由岩相学分析可知，本次选择的石榴麻粒岩样品矿物组合主要为Cpx+Amp+Grt+Pl＋Qz，可选用的温压计主要有Ravna（2000）石榴子石—单斜辉石地质温度计和Eckert et al.（1991）的石榴子石+单斜辉石+斜长石+石英地质压力计（GCPQ）；Holland and Blundy（1994）角闪石—斜长石地质温度计和Dale et al.（2000）的石榴子石+角闪石+石英地质压力计（GHPQ）；Holland and Blundy（1994）角闪石+斜长石（＋石英）地质温度计和Bhadra and Bhatacharya（2007）的角闪石+斜长石+石英地质压力计（HPQ）。考虑到该样品中石榴子石和单斜辉石丰富，温压计HPQ 的适用性远远低于GCPQ 和GHPQ，因本文未将其作为参考进行比较。故而，本次研究对石榴麻粒岩（WS40-2）分别应用了温压计GCPQ 和GHPQ 进行对比分析，详见下文（图4，表2）。

（1）GHPQ 温压计：由岩相学及矿物成分化学分析可知，WS40-2 中主要矿物成分存在一定差异，剔除成分异常点及成分重叠区，本次对M1～M3 分别以6～13 个矿物对不等进行温压评价。如图4a、表2 所示，M1：Grt-I+Amp-I+Pl-I 的6 个矿物对计算结果显示温压变化范围为T= 792 ℃～827 ℃，P= 1.09～1.13 GPa；平均温压条件为Tˉ=813±15 ℃，Pˉ= 1.11±0.02 GPa。M2：Grt-II+Amp-II+Pl-II 的13 个矿物对温压计算结果为T=848 ℃～854 ℃，P=1.08～1.15 GPa，平均温压条件为Tˉ=846±13 ℃，Pˉ=1.14±0.03 GPa；M3：Grt-III+Amp-III+Pl-III 的6 个矿物对计算的温压变化范围为T= 757 ℃～801 ℃，P= 1.01～1.11 GPa，平均温压条件为Tˉ= 785±13 ℃，Pˉ= 1.04±0.04 GPa。据图4a，M1→M2→M3 的温度及压力最大变化幅度仅为70 ℃和0.1 GPa，数据点较为集中且均落入低压麻粒岩相区域（LGR），P-T轨迹呈短小狭窄带状。

（2）GCPQ 温压计：本次选用石榴麻粒岩WS40-2 中石榴子石内部辉石包体丰富，基质中辉石裂隙丰富且具有出熔和退变特征，为了准确获得温压计算结果，矿物对选择时去除部分波动点，仅以成分均匀的幔部（Cpx-II）、核部包体（Cpx-I）与极边部窄带（Cpx-III）作为温压评价依据。对M1：Grt-I+Cpx-I+Pl-I 的5 个矿物对应用GCPQ 获得的温压变化范围为T= 648 ℃～715 ℃，P= 1.05～1.15 GPa，平均温压条件为Tˉ= 677±24 ℃，Pˉ= 1.09±0.04 GPa；M2：Grt-II+Cpx-II+Pl-II 的11 个矿物对温压计算结果为T= 733 ℃～810 ℃，P= 1.18～1.26 GPa，平均温压条件为Tˉ= 765±34 ℃，Pˉ= 1.22±0.04 GPa；M3：Grt-III+Cpx-III+ Pl-III 的6 个矿物对计算结果为T= 574 ℃～631 ℃，P= 0.92～1.02 GPa，平均温压条件为Tˉ= 609±22 ℃，Pˉ= 0.98±0.05 GPa（图4b，表2）。如图4b 所示，M1、M2 和M3 共计22 个数据点成狭长带状分布，温度与压力的变化幅度均较为显著，最大差值分别为～180 ℃和～0.4 GPa，分别落入角闪岩相、麻粒岩相和角闪岩相区域，呈顺时针紧闭型P-T轨迹特征。

表2 石榴麻粒岩（WS40-2）变质温压评价结果Table 2 PT results of garnet-pyroxenite（sample WS40-2）

图4 石榴麻粒岩样品（WS40-2）变质PT 条件评价及P-T 轨迹图解a.对WS40-2 应用地质温压计GHPQ 的计算结果；b.对WS40-2 应用地质温压计GCPQ 的计算结果Fig.4 Metamorphic PT conditions and P-T path of garnet-pyroxenite（sample WS40-2）

对比温压计GHPQ 和GCPQ 共计47 个矿物计算结果可知，前者M1～M3 基本一致，均为低压麻粒岩相变质，温度和压力变化幅度为～61 ℃和0.1 GPa，差异较小；后者M1～M3 虽然存在较大差异，揭示了由角闪岩相→麻粒岩相→角闪岩相的变质过程，但其温度结果整体较低（＜800 ℃）。此外，本文尝试使用平均温压法（avPT）进行3 期变质条件估算，结果显示3 期变质均为P＞1.24 GPa、T＞1 000 ℃，属于高压（HP）、超高温（UHT）变质作用，但置信度低（＜95%）、误差大（＞±90 ℃，＞±1.9 GPa），其中辉石端元组分对计算结果影响较大，揭示辉石在后期退变质作用中受到的改造较强致使峰期温压条件恢复困难。虽然平均温压法计算结果与前人研究的蚌埠隆起区部分峰期麻粒岩相变质条件在误差范围内较为符合（Liu et al.，2017；Cai et al.，2019；Lu et al.，2021；Kong et al.，2022），但本次岩相学观察未获得超高温标志性矿物，其可能揭示的是石榴麻粒岩峰期变质PT条件。结合岩相学特征及矿物化学成分分析结果，石榴麻粒岩（WS40-2）的变质PT条件差异应由后期变质作用叠加致使早期物质被改造（辉石等矿物蚀变显著，图2b～图2c），变质前驱物质（M1）和峰期矿物成分（M2）难以保存，或者本文中石榴麻粒岩相较于前人研究来自于相对浅的地壳位置，故而GCPQ 的计算结果应为峰期后多期变质作用叠加过程。因此，本文认为蚌埠东芦山地区石榴麻粒岩应记录了两期变质作用：1） 变质阶段-Ⅰ：Tˉ= 765±34 ℃、Pˉ= 1.22±0.04 GPa；2） 变质阶段-Ⅱ：Tˉ=609±22 ℃、Pˉ=0.98±0.05 GPa，并且变质阶段-Ⅰ应为峰期变质条件的最下限。

3 锆石U-Pb 年代学分析

为了限定蚌埠东芦山石榴麻粒岩两期变质作用的变质时代，本次对石榴麻粒岩（WS40-2）和斜长角闪岩（WS41-1）分别粘制了200 颗锆石并进行了详细的锆石U-Pb 年代学分析。在前期锆石制靶过程中，为更加全面的获得可靠的锆石年代学结果，对不同形态、粒径和颜色的锆石均有分配（图5，表3～表4）。

表3 蚌埠东芦山地区石榴麻粒岩（W S40-2）锆石U-Pb 年代学分析结果Table 3 Zircon U-Pb isotopic data of garnet-pyroxenolite（sample WS40-2）from the Donglushan of the Bengbu Uplift

表4 蚌埠东芦山地区石榴麻粒岩（W S41-1）锆石U-Pb 年代学分析结果Table 4 Zircon U-Pb isotopic data of plagioclase-amphibolite（sample WS41-1）from Donglushan of the Bengbu Uplift

（1）石榴麻粒岩（WS40-2）：该样品锆石形状主要为浑圆状、长柱状（图5b～图5c）、短柱状及不规则状（图5a），锆石内部结构图像（CL）分析显示主要以无分带、弱分带（图5c～图5d）、扇形分带、核—边结构（图5a～图5b、图5d～图5e）等发育为特征，部分锆石核部发育显著的震荡环带，指示其为继承锆石（岩浆锆石）。锆石U-Pb 年代学分析共60 个数据点，其中谐和年龄53 个，不谐和年龄为7 个。根据谐和图、直方图峰值特征及主要的地质事件发生时代，将其加权平均年龄分为4 段：1 816±27 Ma（n= 18，MSWD = 0.89）、2 329±42 Ma（n= 19，MSWD = 3.4）、2 610±52 Ma（n= 9，MSWD = 2.4）和2 789±34 Ma（n= 7，MSWD = 0.88）（图5f）。结合锆石Th/U 比值分析可知，本批锆石Th/U 比值主要集中在＜0.1 及0.0～0.4 区间，表现为变质锆石特征；锆石核部继承锆石年龄Th/U 比值相对较高（0.8～3.9）为岩浆锆石特征（图5f～图51）。其中，该53 个谐和年龄峰值为1 840 Ma、2 463 Ma、2 610 Ma 和2 782 Ma。

（2）斜长角闪岩（WS41-1）：该样品锆石形状主要为浑圆状（图5h～图5i）、不规则状（图5j）和短柱状（图5k），锆石阴极发光图像分析少数为核—边结构及震荡环带（图5g），多数为无分带状特征（图5h～图5i）和弱分带状（图5j～图5k），主体为变质锆石特征。本次共分析60 个数据点，其中44 个谐和年龄和16 个不谐和年龄，如图5l 所示，43 个年代学结果分布较为集中，加权平均年龄为1 834±14 Ma（n= 43，MSWD =3.7）和2 165±27 Ma（n= 1）。该样品的Th/U 比值基本主要集中于0.05～0.12 之间。结合锆石CL 图像的无分带、弱分带及扇形分带等特征较，其应主要代表变质锆石年龄。此外，该样品的年龄峰值主要为1 789 Ma、1 842 Ma 和1 935 Ma。

图5 石榴麻粒岩（WS40-2）与斜长角闪岩（WS41-1）锆石阴极发光图像及谐和图a～e.WS40-2 锆石阴极发光图像及内部结构特征；f.WS40-2 锆石谐和图及Th/U 比值；g～k.WS41-1 锆石阴极发光图像及内部结构特征；l.WS41-1 锆石谐和图及Th/U 比值Fig.5 Representative cathodoluminescene（CL）images and concordia plots for zircons grains from garnet pyroxenite（sample WS40-2）and plagioclase-amphibolite（WS41-1）

综上，蚌埠东芦山地区锆石U-Pb 年代学结果展现出良好的连续性，年龄主要集中于1 834±14 Ma～1 816±27 Ma、2 329±42 Ma～2 165±27 Ma、2 589±45 Ma～2 406±47 Ma和2 789±34 Ma～2 610±52 Ma 等4 个区间。依据锆石内部结构图像特征及锆石Th/U 比值，该2 个样品主要记录的岩浆锆石年龄集中于2.7～2.1 Ga，同时记录了～2.5 Ga（少量）和1.9～1.7 Ga 的变质锆石年龄。其中，斜长角闪岩（WS41-1）中缺少＞1.9 Ga 的老年龄，石榴麻粒岩（WS40-2）年龄跨度较大且连续性较好。结合前人研究结果认为的华北克拉通经历的主要变质事件发生时代（～1.85Ga、～2.5Ga；Liu et al.，2007，2009，2013，2016；郭素淑等，2009；Geng et al.，2012；刘贻灿等，2012，2015；Zhao et al.，2012；Zhao and Zhai，2013；王 娟 等，2014，2019，2021；聂峰等，2015；Shi，2017）、古老变质基底的主要形成时代（≥2.5 Ga；Kusky and Li，2003；Chen et al.，2013；Zhao and Zhai，2013；刘 平 华 等，2014，2015；聂 峰 等，2015；Wang et al.，2017；王程程等，2018）及蚌埠隆起区铁镁质麻粒岩的原岩形成时代（～2.1Ga；Liu et al.，2017；Nie et al.，2018；Cai et al.，2019；Lu et al.，2021；Kong et al.，2022），本次研究结果在误差范围内分别与之符合。

续表3

续表4

4 讨 论

4.1 变质温压条件

如前文所述，蚌埠隆起区的露头条件相对局限，以朱顶—石门山地区最佳，但是该地区出露的岩石变质程度相对较低或者未能记录良好的变质P-T轨迹特征（Liou et al.，1992；Shi，2017；李梦婵等，2017；王娟等，2017），而凤阳、独山、东芦山等地区发育的高级变质岩石，如石榴麻粒岩、斜长角闪岩等，能够为蚌埠隆起区峰期变质PT条件及变质演化历史的研究提供良好的样品支撑（Liu et al.，2007；Liu et al.，2009d，2013；刘贻灿等，2012；聂峰等，2014，2015；王娟等，2016，2019；Liu et al.，2017；Wang et al.，2017；王程程等，2018；Cai et al.，2019；Lu et al.，2021；Kong et al.，2022）。如表5 所示，以往的研究中，蚌埠隆起区石榴麻粒岩、石榴角闪岩等镁铁质变质岩石的变质PT研究结果显示其记录了多期变质的事实，如Kong et al.（2022）、王娟等（2016，2019）、王程程等（2018）和聂家珍等（2018）均揭示了3 期变质作用和顺时针P-T轨迹特征，其中以Kong et al.（2022）给出的温压条件最高，王娟等（2019）给出的温压条件最低；Lu et al.（2021）和Cai et al.（2019）揭示了两期变质作用，且认为蚌埠隆起区记录了峰期的高压、超高温变质。本文虽然对石榴麻粒岩进变质作用（M1）进行了温压评价，但由于晚期退变质作用致使前驱物质严重改造而未能很好的揭示M1 的真实变质条件。尽管如此，应用GCPQ 温压计仍然获得了两期变质作用，且与聂家珍等（2018）、王娟等（2016，2019）和Liu et al.（2009）给出的温压条件较为符合。

表5 蚌埠隆起区镁铁质变质岩温压条件评价结果统计表Table 5 Statistical table of PT conditions of mafic metamorphic rocks in the Bengbu Uplift

统计大量前人研究结果发现，类似的岩石类型获得的变质PT条件差异较大，除了岩石本身的物质组成和物质来源深度差异等因素之外，同类型的麻粒岩变质PT条件巨大差异可能由温压计算方法所引起的。如表5 所示，当利用相平衡模拟、微量元素温度计（锆石Ti 元素温度计、金红石Zr 温度计、榍石Zr 温度计等）及平均温压法（avPT）对镁铁质麻粒岩进行温压评价时，普遍获得较高的峰期温压条件（高压、超高温），但传统的Fe-Mg 离子交换等温压计进行温压评价时，获得的温度则相对较低（T＜800 ℃，P＜1.2 GPa）。由此可知，部分微量元素稳定性较高且Zr 元素等封闭温度较高，相平衡模拟和平均温压法等将矿物组合、流体特征、矿物端元组分活度等细节加以考虑，其温压评价可能更接近峰期变质。而经历了相对高温、高压变质作用后的岩石，早期物质成分变化更容易被再平衡作用“抹平”，且后期退变质叠加改造影响较大，致使传统的元素离子交换温压计对于具中-下地壳物质属性镁铁质麻粒相变质岩的峰期变质PT条件及变质期次的恢复存在一定局限性，其更可能记录的是峰期后的变质作用特征。

4.2 锆石年代学

在锆石U-Pb 年代学研究方面，前人研究认为华北克拉通的基底岩石的生长期主要为2.8～2.7 Ga 和2.6～2.5 Ga，并且后者为克拉通形成的主导阶段（Zhao et al.，2000；Liu et al.， 2009a， 2009d， 2016； Zhai et al.， 2010； 刘 贻 灿 等， 2012； Zhao and Cawood，2012；Liu et al.，2013；Zhao and Zhai，2013；刘平华等，2014，2015；刘贻灿等，2015；聂峰等，2015；Shi，2017）。西部陆块、东部陆块和中央造山带的形成时间 分 别 为1.95 Ga、1.90 Ga 和1.85 Ga（Luo et al.，2004；Liu et al.，2008，2009a，2009b，2009c；第 五 春 荣 等，2010；Wang et al.，2010；Diwu et al.，2011；Li et al.，2011；Wan et al.，2011；Zhao and Zhai，2013）。据Zhao and Zhai（2013）可知，华北克拉通在2.6～2.5 Ga 期间曾多次发生大型地幔岩浆活动及紧随其后的一系列高温变质事件。Liu et al.（2009d）对凤阳地区石榴角闪岩的变质温压及年代学分析认为其记录了1.84～1.80 Ga 的低压麻粒岩相变质时代及2.5～2.4 Ga 的变质基底岩石形成时代。本文对蚌埠东芦山地区镁铁质变质岩石的锆石U-Pb 年代学分析结果显示，其主要的变质、生长年龄为1.84～1.82 Ga 和2.7～2.5 Ga。该结果与王娟等（2016，2019）在凤阳北侧和独山地区石榴二辉岩中获得的1 885±16 Ma、1 930～1 840 Ma 的变质年龄同样较为吻合。

为了进一步明确本次锆石U-Pb 年代学结果所指示的具体变质期次，本文对WS40-2和WS41-1 的锆石进行了大量的包体分析。如图6a～图6d 所示，石榴麻粒岩（WS40-2）的核部包体相对贫乏，可能由于经历了高温作用难以保存，仅在图6a 中记录了Qz+Ms+Cal 的组合，但是该组合显然非早期物质，并且该颗锆石边部年龄为1 777±55 Ma；图6b中边部包体组合为Pl+Ms，核部和边部锆石年龄分别为2 589±45 Ma和1 854±54 Ma；图6c中边部和核部包体均不发育，并且核部年龄为1 885±52 Ma，边部年龄为1 739±54 Ma；图6d 中边部包体矿物有Bt+Qz，核部和边部年龄分别为2 505±46 Ma、1 839±50 Ma（具体谱图见图6i～图6n）。据图6e～图6h 可知，斜长角闪岩（WS41-1）边部包体丰富，主要为Amp+Cpx+Qz+Ab+Ttn，核部包体相对较少为（Pl+Bt），核部、边部年龄分别为1 843±23 Ma 和1 761±21 Ma（具体谱图见图6i～图6n）。由此可知，该两个样品核部包体可能为麻粒岩原岩矿物组合，而边部矿物组合具有石榴麻粒岩特征，尤其是WS41-1，其年代学结果应指示麻粒岩最晚期变质（角闪岩相变质作用）年龄发生时代，大约为1.84～1.74 Ga，原岩形成时代约为～2.1 Ga，～2.5 Ga 的变质年龄应与华北克拉通该时段内经历的高温变质事件相关。本次研究结果与蚌埠隆起区的923 个年代学数据统计峰值（1 744 Ma、1 840 Ma、1 852 Ma、2 086 Ma、2 485 Ma 等；图6o）吻合程度较高，并且该组峰值数据与华北克拉通胶—辽—吉造山带的系列地质事件发生年代匹配度高。因此，进一步说明蚌埠隆起区是华北克拉通胶—辽—吉造山带的重要西延部分。

图6 蚌埠隆起变镁铁质岩（WS40-2、WS41-1）锆石包体与能谱分析a～h.WS40-2 和WS41-1 锆石内部包体及年代学结果；i～n.WS40-2 和WS41-1 锆石包体类型对应的EDS 谱峰图；o.蚌埠隆起区年代学数据统计结果矿物缩写：Ms.白云母；Cal.方解石；Qz.石英；Pl.斜长石；Bt.黑云母；Amp.角闪石；Ttn.榍石；Cpx.单斜辉石；Ab.钠长石（据Whitney and Evans，2010）Fig.6 Zircon inclusions and EDS analysis of meta mafic rocks（sample WS40-2，WS41-1）

5 结 论

本文通过对蚌埠东芦山地区石榴麻粒岩（WS40-2）和斜长角闪岩（WS41-1）开展详细的岩相学、变质温压评价、锆石U-Pb 年代学及锆石包体EDS 分析，得出以下几个结论：

（1）石榴麻粒岩（WS40-2）至少记录了两期变质作用，揭示了由麻粒岩相至角闪岩相的快速冷却过程，确定其峰期变质PT条件的最下限为Tˉ=765±34 ℃、Pˉ=1.22±0.04 GPa。

（2）对于具有中、下地壳物质属性的镁铁质麻粒岩而言，由于其经历了较高级别的变质作用，相平衡模拟法、平均温压法及微量元素温度计等对峰期PT条件的恢复更具优势，而传统地质温压计的离子交换作用在一定程度上受控于后期变质改造及再平衡作用，更可能获得峰期后的变质期次及PT条件。

（3）锆石年代学结果揭示蚌埠隆起区具有多期次变质/生长特征，其中1.84～1.74 Ga（变质锆石年龄）、～2.1 Ga（岩浆锆石年龄）与～2.5 Ga（变质/岩浆锆石年龄）分别代表了石榴麻粒岩的变质年代、原岩年代及华北克拉通的主期生长阶段/该时段内华北克拉通经历的大规模岩浆底侵及紧随其后的高温变质事件。多期变质作用和岩浆作用的年代学证据，契合华北陆块的地壳生长和演化历史。

（4） 锆石内部包体分析进一步确定石榴麻粒岩（WS40-2）的角闪岩相退变质阶段（M3）应发生在1.84～1.74 Ga 期间。锆石内的包体特征为多期、不同级别的变质作用记录提供了另一角度的证据。

致 谢感谢几位匿名评审老师认真负责的审阅、评改和指正，为本文提供了诸多建设性建议；感谢编辑老师们耐心细致的修改和校对。