吉林通化地区光华岩群斜长角闪岩变质作用特征及其构造意义

2022年5月11日16:05:03吉林通化地区光华岩群斜长角闪岩变质作用特征及其构造意义已关闭评论
摘要

钟定鼎+郑常青+路孝平+周喜文+徐久磊+周枭+苏循新摘要:位于华北板块北缘的吉林通化地区光华岩群双庙岩组地层中存在一套斜长角闪岩,其是构成前寒武纪变质基底的主要变质岩之一。该斜长角闪岩的原岩主要为亚碱性玄武岩,可能形成于岛弧构造环境。该斜长角闪岩共经历了3个阶段变质作用,分别为进变质阶段、峰期变质阶

钟定鼎+郑常青+路孝平+周喜文+徐久磊+周枭+苏循新



摘要:位于华北板块北缘的吉林通化地区光华岩群双庙岩组地层中存在一套斜长角闪岩,其是构成前寒武纪变质基底的主要变质岩之一。该斜长角闪岩的原岩主要为亚碱性玄武岩,可能形成于岛弧构造环境。该斜长角闪岩共经历了3个阶段变质作用,分别为进变质阶段、峰期变质阶段、退变质阶段。进变质阶段矿物组合为石榴石1+普通角闪石1 +斜长石1(An牌号为13~16)+石英(Gt1+Hbl1+Pl1+Q),温度和压力范围分别为544 ℃~555 ℃和4.7~52 kbar;峰期变质阶段矿物组合为石榴石2+普通角闪石2+ 斜长石2(An牌号为28~31)+钛铁矿2+黑云母2+石英(Gt2+Hbl2+Pl2+Ilm2+Bt2+Q),温度和压力范围分别为655 ℃~673 ℃和81~88 kbar;退变质阶段矿物组合为石榴石3+绿泥石+直闪石+普通角闪石3+黑云母3+钛铁矿3+斜长石3(Au牌号为16~18)+石英(Gt3+Chl+Ath+Hbl3+Bt3+Ilm3+Pl3+Q),温度和压力范围分别为546 ℃~557 ℃和7.9~8.3 kbar。斜长角闪岩的变质演化过程呈现为近等压冷却(IBC)型的逆时针变质作用压力(P)温度(T)轨迹。该地区经历了从太古宙—古元古代原大洋→碰撞造山→造山后拉伸→岩浆底侵作用的构造演化过程。
关键词:斜长角闪岩;变质作用;相平衡模拟;PT轨迹;光华岩群;岛弧玄武岩;华北克拉通;吉林
中图分类号:P588.3文献标志码:A
Abstract: There is a set of amphibolite from Shuangmiao Formation of Guanghua Group in Tonghua area of Jilin, which is located in the northern margin of North China Craton. The amphibolite is one of the major metamorphic rocks consisting of Precambrian metamorphic basement. The original rock of amphibolite mainly belongs to subalkaline basalt, which maybe form in the islandarc setting. The amphibolites undergo three stages of metamorphism, including prograde, peak and retrograde stages. Mineral assemblage at prograde stage is Gt1+Hbl1 +Pl1(the value of An is 1316)+Q, and the pressure and temperature are 4.75.2 kbar and 544 ℃555 ℃; mineral assemblage at peak stage is Gt2+Hbl2+Pl2(the value of An is 2831) +Ilm2+Bt2+Q, and the pressure and temperature are 8.18.8 kbar and 655 ℃673 ℃; mineral assemblage at retrograde stage is Gt3+Chl+Ath+Hbl3+Bt3+Ilm3+Pl3(the value of An is 1618)+Q, and the pressure and temperature are 7.98.3 kbar and 546 ℃557 ℃. The metamorphic evolution process of amphibolite shows the counterclockwise PT path, which is characterized by nearisobar cooling (IBC) processes. It is suggested that there is a tectonic evolution from ArcheanPaleoproterozoic protoocean to collision of orogeny, and then orogenic taper, and the last magmatic undergrowth in Tonghua area of Jilin, China.
Key words: amphibolite; metamorphism; phase equilibrium modeling; PT path; Guanghua Group; island arc basalt; North China Craton; Jilin
0引言
華北克拉通是全球现存最古老的克拉通之一,拥有3.8 Ga的古老地体[13]。因为其形成时间早、演化历史长且复杂,并含有丰富的矿产资源,所以备受关注。近年来,前人对其开展了大量构造地质学、变质地质学、地球化学、同位素年代学和地球物理学等方面的研究工作[48]。Zhao等按照变质作用演化历史的不同,将整个华北克拉通基底划分为3个部分,即东部陆块、西部陆块、两个陆块之间的华北中部构造(造山)带[46]。路孝平等对东部陆块做了进一步研究,初步划分出龙岗—鲁西—五淮陆块、胶辽吉带以及狼林陆块,并提出东部陆块是由龙岗—鲁西—五淮陆块与狼林陆块碰撞拼接形成的,随后东部陆块与西部陆块碰撞形成华北克拉通[910]。
吉林通化地区位于华北板块北缘东段,北邻龙岗古陆南缘,南部为辽吉古元古代造山带。该区古元古代—中元古代地层是一套具有多期变质变形、成因复杂的变质地层,多年来备受关注,并且有多种划分方案;该区主要古元古代—中元古代地层自下而上为光华岩群、集安岩群以及老岭岩群,集安岩群与老岭岩群较早,而光华岩群建立时间较短,并且经过了不断的重新划分及厘定[1113];该区基本共识为两个岩组,即双庙岩组及同心岩组[11]。
前人对上述各岩群都进行了不同程度的研究。对于集安岩群与老岭岩群,贺高品等做了丰富的地层年代学、地球化学以及变质作用等方面的研究[1417],初步确认了集安岩群与老岭岩群在地层年代、岩石组合以及变质作用等方面存在的差异;但对于光华岩群,由于各个岩组的划分厘定直至近年才慢慢得以确定,所以研究程度较低,而且主要集中在地层年代学和少许的地球化学方面[1113],杜凤芝等普遍认为光华岩群与集安岩群具有一定的相似性[1113],但是对于该群经历的变质作用研究还很缺乏,而变质作用的研究对于深入了解该区的构造演化以及岩石形成的构造环境等至关重要。
基于此,本文选取吉林通化地区光华岩群双庙岩组斜长角闪岩作为研究对象,通过显微岩相学、矿物微区化学、地球化学、变质作用特征等方面的系统研究,确定其变质作用压力(P)温度(T)轨迹以及原岩组成,探讨其形成的构造环境,为该区的构造演化研究提供新的依据。
1区域地质背景
吉林通化地区位于华北板块北缘东段,整体处于龙岗陆块与辽吉造山带的分界处,北部为龙岗陆块,南部为辽吉造山带(图1)。整个地区出露有古老的太古宙、元古宙变质杂岩,局部出露新元古代—古生代地层及中新生代火山沉积岩系。其中,元古宙变质杂岩中的光华岩群、集安岩群以及老岭岩群的地层关系较为复杂[7],且老岭岩群与集安岩群具有不同的变质作用PT轨迹,集安岩群与老岭岩群呈构造接触关系,集安岩群推覆于老岭岩群之上[10];集安岩群与光华岩群更具有相似性,二者的岩石组合具有一定的可比性,同时也伴随有较多的花岗质岩石出露,其中古元古代花岗岩主要与集安岩群伴生[910]。
图件引自文献[18]和[19]
光华岩群主要出露在吉林省通化市北部光华—柞木一带,整体呈EW向带状分布,被花岗质片麻岩包裹,未见顶、底(图2)。该群原系1994年吉林省区域地质矿产调查所1∶50 000通化市、小荒沟、四方山幅区域地质调查时所建,初建时被划分为4个岩组,分别为双庙岩组、同心岩组、小青沟岩组以及杨木桥岩组;后经1∶250 000通化市幅区域地质调查修测,将原小青沟岩组的流纹岩归为晚三叠世长白组,而原杨木桥岩组经研究发现实为太古代表壳岩,归入茨沟岩组,最终保留了双庙岩组与同心岩组[1113]。同心岩组位于光华岩群上部,岩性主要为石榴二云片岩、黑云变粒岩等,属于变质的陆源碎屑沉积岩;岩群下部为双庙岩组,岩性主要为斜长角闪岩夹少量大理岩[11]。
2岩石学特征
本次研究样品主要采自吉林通化地区光华岩群下部双庙岩组,岩性为斜长角闪岩。在野外露头上,斜长角闪岩风化面呈浅灰色,新鲜面呈深灰色,可见明显的气孔构造,具有变余玄武岩构造特征,可见淡红色石榴石变斑晶(图3)。在偏光显微镜下可以观察到斜长角闪岩中主要矿物有石榴石(Gt)、普通角闪石(Hbl)、直闪石(Ath)、斜长石(Pl)、黑云母(Bt)、绿泥石(Chl)、石英(Q)以及钛铁矿(Ilm) (图4)。
石榴石呈他形—半自形,裂缝非常发育,且石榴石内部包裹有其他矿物,如石英、长石、普通角闪石等[图4(e)、(f)];边部有时可见少许绿泥石;石榴石粒度差别较大,最大可达6 mm,最小只有05 mm,体积分数约为14%[图4(a)]。
普通角闪石多呈柱状发育,具筛漏状,中间包裹有石英、长石颗粒,单偏光镜下呈绿色—黄褐色,具多色性,可見两组斜交解理;有的呈小颗粒分布于石榴石内部[图4(e)],有的呈大颗粒分布于基质中,有的周围可见直闪石形成的退变质反应边;普通角闪石粒径大小差异较大(02~12 mm),体积分数约为47%[图4(b)~(d)]。
直闪石多呈细小颗粒状分布,也有部分呈细小柱状分布,多呈他形,也有少量颗粒呈自形晶;分布于普通角闪石周围的直闪石形成的退变质反应边在单偏光镜下近无色透明,不具多色性且可以观察到两组斜交较完全解理,正交下呈一级黄—二级绿干涉色,平行消光,与镁铁闪石的斜消光相区别;直闪石粒径大小为0.05~0.10 mm,体积分数约为7%[图4(c)、(d)]。
斜长石大多呈他形—半自形,有少量颗粒较小的斜长石被包裹于石榴石、角闪石中[图4(e)],还有一小部分斜长石分布于石榴石、角闪石周边,大部分斜长石分布于基质中;斜长石粒径大小为002~080 mm,体积分数约为21%(图4)。
黑云母大部分呈自形—半自形,有颗粒较小的黑云母分布于石榴石周围,与颗粒较小的长石共生,大部分黑云母呈片状集合体分布,单偏光镜下呈浅褐色—深褐色,具明显多色性,可见一组完全解理;黑云母粒径大小为002~0.40 mm,体积分数较小,约为5%[图4(a)~(c)]。
绿泥石非常少,多呈他形分布于石榴石、角闪石周围,可能为后期退变质阶段的产物,正交偏光镜下可见明显异常蓝干涉色,体积分数约为1%[图4(a)、(b)]。
石英颗粒多呈他形,有的分布于筛漏状的角闪石中[图4(e)、(f)],有的与长石、黑云母等共生于石榴石周围,还有部分石英分布于基质矿物中;石英颗粒粒径较小(005~015 mm),体积分数很小,约为5%[图4(a)]。
3分析方法及结果
为了进一步确定吉林通化地区光华岩群斜长角闪岩的原岩成分类型、矿物化学特征、变质作用温压条件等,采取的分析方法为全岩地球化学测试分析和单矿物电子探针分析。
3.1全岩主量、微量元素分析及其原岩成分类型
全岩地球化学测试分析的样品先经切除风化面、粗碎成小块等处理,然后进一步研磨成粉末装袋,每个样品分为两袋,一袋为测试样,另外一袋为副样,测试后副样将寄回。测试分析采用X射线荧光光谱法(XRF),精度优于5%,微量元素分析采用等离子体质谱法(ICPMS);测试均在国土资源部武汉矿产资源监督检测中心完成,详细测试流程见文献[20]。
光华岩群斜长角闪岩主量、微量元素分析结果见表1。SiO2含量(质量分数,下同)为4615%~5473%,大部分在45%~52%之间,基本属于基性变质岩,只有少数样品可能偏中性。岩石整体表现出高Al、低Ti、富Na以及低K的特征。斜长角闪岩原始地幔标准化微量元素蛛网图[图5(a)]中,Ba、Rb相对富集,Nb、Ta、Sr、Ti以及Zr均亏损,表明岩浆运移过程中有洋壳物质的参与[2122],区别于大陆玄武岩[2324]。其中,Nb、Ta、Ti负异常都是岛弧火山岩的显著标志[22,2527]。
光华岩群斜长角闪岩稀土元素总含量变化较大((139.25~311.18)×10-6),w(La)N/w(Sm)N值为1.76~3.49,w(La)N/w(Yb)N值为5.44~1067,轻稀土元素略微富集[图5(b)],与岛弧火山岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式[18,26,28]相似。
因K、Na等元素都具有较强的活动性,采用不活泼的高场强元素来恢复光华岩群斜长角闪岩的原岩。0.000 1Zr/TiO2Nb/Y图解及Hf/3ThTa图解能有效划分变质火山岩系列,且能较好地区分出岛弧玄武岩。从图6可以看出,光华岩群斜长角闪岩的岩石地球化学成分类型显示亚碱性玄武岩过渡玄武岩(即安山岩/玄武岩),属于岛弧玄武岩。
3.2矿物的电子探针分析及矿物化学特征
矿物的电子探针分析在吉林大学地球科学学院东北亚矿产资源评价国土资源部重点实验室完成,测试仪器为日本JEOL JAX8230型电子探针分析仪,测试条件为15 kV加速电压、10 nA束流、1 μm束斑,标样为硅酸盐或氧化物,矿物端元组分计算使用Geoplot程序。光华岩群斜长角闪岩中主要有石榴石、角闪石、斜长石和黑云母,以及少量钛铁矿、石英、绿泥石等。
石榴石主要为铁铝榴石,各端元组分中以铁铝榴石为主(Xalm值为0.741~0.782),其次为钙铝榴石(Xgr值为0110~0.150),镁铝榴石与锰铝榴石均较少(Xpy值为0.037~0.072,Xsp值为0032~0081);Mg#值为0.026~0.052(表2)。从核部到边部,各组分均有一定变化:核部铁铝榴石及锰铝榴石含量较高,而镁铝榴石及钙铝榴石较低;幔部铁铝榴石及锰铝榴石含量有所下降,钙铝榴石及镁铝榴石增加;边部铁铝榴石含量增加,锰铝榴石基本与幔部一致,钙铝榴石及镁铝榴石均有所下降。石榴石整体表现为较为微弱的生长环带,在边部有很轻微的退变质环带(图7)。成分环带虽然较弱,但也表明了石榴石经历了从进变质阶段到峰期变质阶段,然后又转为退变质阶段的整个变质过程。
角闪石有两种类型,分别为普通角闪石和直闪石(图8)。在矿物化学成分上,两者明显不同(表3),具体为:普通角闪石相对富Ca、Al,低Mg、Fe,Mg#值为0.17~0.19,在钙质角闪石分类中属于铁钙镁闪石;直闪石富Mg、Fe,而没有Ca、Na、K、Al等成分,Mg#值相对较高,为0.28~0.30;两种角闪石有可能属于不同变质阶段的产物。
图件引自文献[32]~[34]
斜长石整体Ca含量为2792%~7160%,Na含量为8.31%~10.06%,An牌号为13.10~3100,Ab牌号为67.28~85.40(表4),主要为更长石;被包裹在石榴石内部的斜长石An牌号为13~16,基质中的斜长石An牌号为28~31,石榴石周围的斜长石An牌号为16~18;根据分布的位置以及矿物化学成分,这3种斜长石可能为不同阶段的产物。
黑云母整体上富Fe、低Mg,Mg#值为0.19~023,化学成分变化较小。
综合岩相学及矿物微区化学特征,可以发现光华岩群斜长角闪岩中存在3个阶段的矿物组合
(图9),分别为:①进变质阶段矿物组合,石榴石1+普通角闪石1+斜长石1(An牌号为13~16)+石英(Gt1+Hbl1+Pl1+Q);②峰期变质阶段矿物组合,石榴石2+普通角闪石2+斜长石2(An牌号为28~31)+钛铁矿2+黑云母2+石英(Gt2+Hbl2+Pl2+Ilm2+Bt2+Q);③退变质阶段矿物组合,石榴石3+绿泥石+直闪石+普通角闪石3+黑云母3+钛铁矿3+斜长石3(An牌号为16~18)+石英(Gt3+Chl+Ath+Hbl3+Bt3+Ilm3+Pl3+Q)。
4变质作用特征
4.1变质作用温压条件
根据斜长角闪岩的岩相学特征及矿物化学分析,初步推断光华岩群双庙岩组斜长角闪岩经历了进变质阶段、峰期变质阶段以及退变质阶段。这3个阶段都可以从石榴石成分环带上得到一定的反映:核部到幔部呈现较弱生长环带,代表了进变质阶段到峰期变质阶段的变质演化过程;幔部到边部又呈现出弱退变质环带,代表了峰期变质阶段到退变质阶段的演化过程。
针对各个阶段的变质作用温压条件,采用传统温压计进行估算。计算采用的温压计主要为GtBt温度计[35]、HblPl温度计[3637]、HblPlQ压力计[38]以及GtHblPlQ压力计[39]。根据不同阶段的矿物组合,选取不同的矿物进行计算。进变质阶段选取的矿物为石榴石核部与石榴石中间包裹的殘留长石、角闪石组分,变质温度为544 ℃~555 ℃,对应压力为4.7~5.2 kbar;峰期变质阶段选取的矿物为石榴石幔部组分与基质中的斜长石、角闪石组分,变质温度为665 ℃~702 ℃,对应压力为68~93 kbar;退变质阶段选取的矿物为石榴石边部组分与周围的角闪石、斜长石组分,变质温度为568 ℃~608 ℃,对应压力为7.1~9.8 kbar。
4.2相平衡模拟
在岩相学、矿物微区化学分析以及传统地质温压计估算的基础上,采用相平衡模拟手段,进一步研究光华岩群双庙岩组斜长角闪岩的变质作用温压条件以及相应矿物的演化过程,采用NCKMnFMASHT(Na2OCaOK2OMnOFeOMgOAl2O3SiO2H2OTiO2)体系计算样品ThgⅦ2的温压视剖面图,设流体相为纯水。温压视剖面的计算利用软件Perplex6.7.5和数据库Datafiles[40]进行,采用的矿物求解模型(Solution Model)为石榴石[41]、斜长石[42]、角闪石[39]、单斜辉石[43]、黑云母[44]、直闪石[45]、镁铁闪石、绿泥石[46]、钛铁矿[47],此外还考虑了高温下可能存在的熔体[4849]。计算时采用的全岩组分来自于计算求得的有效全岩组分,SiO2、Al2O3、CaO、K2O、Na2O、MnO、FeO、MgO、TiO2和H2O含量分别为4331%、1431%、693%、173%、227%、027%、2216%、487%、191%和210%。
斜长角闪岩(样品ThgⅦ2)在NCKMnFMASHT体系下的温压视剖面图见图10。计算的温度为400 ℃~800 ℃,压力为3.0~10.0 kbar。镁铝榴石含量等值线斜率很陡,其含量随温度升高而增加,能较好地指示温度的变化;而钙铝榴石含量等值线中,其含量主要随压力的升高而增加,可以较好地指示压力的变化(图10)。在温压视剖面图中并未发现与镜下观察到的进变质阶段矿物组合相一致的区域,很可能是因为一些进变质阶段矿物在经历峰期变质阶段的过程中已经反应完全,未能留下残留矿物。
根据实测的石榴石环带中的镁铝榴石和钙铝榴石含量,将峰期变质阶段的镁铝榴石含量(68%~7.2%)和钙铝榴石含量(14%~15%)投在温压视剖面中,与矿物组合Bt+Hbl+Pl+Ilm+Gt+Q+H2O區域相吻合,与镜下观察到的峰期变质阶段矿物组合一致,由此可以进一步得到峰期变质阶段的温度为645 ℃~673 ℃,压力为8.1~88 kbar;将钙铝榴石含量(13%~14%)投在温压视剖面中退变质阶段矿物组合所在的区域(即图10中B10),可以得出退变质阶段的温度为546 ℃~557 ℃,压力为79~83 kbar。
5讨论
5.1变质作用PT轨迹
在岩相学、矿物微区化学研究的基础上,结合相平衡模拟,可以将吉林通化地区光华岩群双庙岩组斜长角闪岩的变质演化过程大致分为3个阶段:进变质阶段、峰期变质阶段和退变质阶段。进变质阶段目前尚无法确定其准确的变质矿物组合以及温压范围,主要根据镜下观察以及温压计估算推测大致的结果;对于峰期变质阶段以及退变质阶段,根据岩相学观察确定变质矿物组合,再结合相平衡模拟以及温压计估算,可以得到较为准确的温压范围。
进变质阶段的矿物由于经历了较长时间的变质演化过程,无法完全保存下来;石榴石中包裹着部分残留矿物,颗粒较小,且多为斜长石和石英,只有很少量的普通角闪石颗粒和黑云母颗粒。根据矿物化学方面的研究,石榴石核部也可能是在进变质阶段产生的,因此,推测进变质阶段矿物组合为石榴石1+普通角闪石1+斜长石1(An牌号为13~16)+石英(Gt1+Hbl1 +Pl1+Q)。由于进变质阶段矿物组合保留并不完整,不能较好地结合相平衡模拟进行温压范围的限定,所以采用传统温压计估算得到温度为544 ℃~555 ℃,压力为4.7~5.2 kbar。
峰期变质阶段的变质矿物主要为石榴石幔部以及存在于基质中的其他变质矿物,在镜下可以观察到该阶段较为完整的矿物组合为石榴石2+普通角闪石2+斜长石2(An牌号为28~31)+钛铁矿2+黑云母2+石英(Gt2+Hbl2+Pl2+Ilm2+Bt2+Q)。首先采用传统温压计估算得到温度为665 ℃~702 ℃,压力为6.8~93 kbar;然后采取相平衡模拟进一步限定峰期变质阶段的温压。样品ThgⅦ2在NCKMnFMASHT体系下的温压视剖面中得到了与镜下矿物组合一致的区域,结合峰期变质阶段石榴石的镁铝榴石含量等值线以及钙铝榴石含量等值线,在该区域中得到了较为准确的温压范围(温度为645 ℃~673 ℃,压力为81~88 kbar)。由相平衡模拟得到的温压范围与传统温压计估算的温压范围基本一致,因此,峰期变质阶段的温度为655 ℃~673 ℃,压力为81~88 kbar。
①为Bt+Chl+Hbl+Ilm+Gt+Pa+Ath+Q+H2O;②为Bt+Ath+Hbl+Ilm+Gt+Pa+Q+H2O;③为Bt+Ath+Hbl+Ilm+Gt+Pa+Ab+Q+H2O;④为Bt+Ath+Hbl+Ilm+Gt+Ab+Q+H2O;⑤为Bt+Chl+Ath+Hbl+Ilm+Gt+Pa+Ab+Q+H2O;⑥为Bt+
Chal+Ath+Hbl+Ilm+GtAb+Q+H2O;⑦为Bt+Chl+Hbl+Ilm+Gt+Ab+Q+H2O;⑧为Bt+Chl+Hbl+Pl+Ilm+Gt+Ab+
Q+H2O;⑨为Bt+Chl+Ath+Hbl+Pl+Ilm+Gt+Ab+Q+H2O;⑩为Bt+Chl+Ath+Hbl+Pl+Ilm+Gt+Q+H2O;B11为Bt+Chl+
Cum+Hbl+Pl+Ilm+Gt+Fath+Q+H2O;B12为Bt+Melt+Cum+Hbl+Pl+Ilm+Gt+Q+H2O;B13为Bt+Melt+Cum+Hbl+Pl+Ilm+Gt+Fa+H2O;B14为Bt+Melt+Hbl+Pl+Ilm+Gt+Fa+H2O;M1为进变质阶段;M2为峰期变质阶段;M3为退变质阶段;Ab为钠长石;Mu为白云母;metlt为溶体;Fath为铁直闪石;Cum为镁铁闪石;Pa为钠云母;Cpx为单斜辉石;Fa为铁橄榄石;Py4.8表示镁铝榴石含量为4.8%,其他同理;Gr13表示钙铝榴石含量为13%,其他同理
退变质阶段的变质矿物组合主要为石榴石边部以及石榴石周围的矿物,同时在镜下还可以看到直闪石分布于一些普通角闪石颗粒周围,具有明显的退变质阶段矿物特征。该阶段变质矿物组合为石榴石3+绿泥石+直闪石+普通角闪石3+黑云母3+钛铁矿3+斜长石3(An牌号为16~18)+石英(Gt3+Chl+Ath+Hbl3+Bt3+Ilm3+Pl3+Q)。采用传统温压计估算得到退变质阶段温度为568 ℃~608 ℃,压力为7.1~98 kbar;然后采用相平衡模拟更好地限定该阶段的温压范围。样品ThgⅦ2在NCKMnFMASHT体系下的温压视剖面中出现了与镜下矿物组合一致的区域,该区域所在的温度范围已经较小,因此,主要用石榴石的钙铝榴石含量等值线进行压力的限定。根据石榴石边部的钙铝榴石含量,得到该阶段的温度为546 ℃~557 ℃,压力为7.9~83 kbar。通过相平衡模拟得到的压力范围与温压计估算的压力范围基本一致,因此,退变质阶段的温度为546 ℃~557 ℃,压力为7.9~8.3 kbar。
根据各个阶段的温压范围,可以大致推断光华岩群斜长角闪岩呈现逆时针的近等压冷却(IBC)型变质作用PT轨迹;该变质作用PT轨迹与同地区集安岩群变质岩所表现出的变质作用PT轨迹[1417]具有相似性,说明两个岩群具有一定的可比性。
5.2地层关系
吉林通化地区存在古元古代—中元古代地层,光华岩群、集安岩群和老岭岩群的地层关系是研究区的一个重要问题。前人普遍认为光华岩群与集安岩群的成岩年龄较为接近,且岩石组合相近,两者具有一定的可比性,而老岭岩群成岩年龄较晚,且岩石组合也与集安岩群、光华岩群相差较大[1113]。然而从空间关系来看,老岭岩群位于辽吉造山带北侧,接近龙岗古陆,而集安岩群位于辽吉造山带南侧,接近狼林陆块,与集安岩群时间上较为接近的光华岩群在空间上更为接近老岭岩群,但考虑到辽吉造山带经历了长期且非常复杂的变质变形以及构造活动,不能从传统的地层学角度来讨论地层之间存在的关系。基于此,本文主要从岩石组合以及变质作用等方面来论述上述3个岩群的地层关系。
老岭岩群的岩石组合为典型的陆源碎屑碳酸盐岩类型的沉积地层,主要岩性为变质石英砂岩、十字石二云片岩、电气石二云片岩、白云质灰岩、硅质条带大理岩、黑云变粒岩等,其中未见火山岩[11];集安岩群主要为一套火山岩陆源碎屑岩碳酸盐岩的岩石组合建造,与老岭岩群最为显著的差别就是其存在火山岩,且变质程度较老岭岩群要高;光华岩群主要为一套火山岩陆源碎屑岩的岩石组合建造,与集安岩群较为相似,只是地层中存在少量的大理岩夹层,但杜凤芝等普遍认为二者更具有可比性[11,13]。
老岭岩群与北辽河群均具有近等温降压(ITD)型变质作用PT轨迹,反映出与碰撞造山有关的变质作用特征[5052];而南侧的集安岩群和南辽河群则表现出近等压冷却型变质作用PT轨迹,反映出与岩浆底侵作用有关的变质作用特征[1417];光华岩群缺乏足够的变质作用研究,本文对光华岩群的变质作用进行了一定研究,初步确认该岩群经历了近等压冷却型变质作用PT轨迹,这与集安岩群具有相似性,进一步说明了二者的可比性。
综上所述,光华岩群与集安岩群在岩石组合和变质作用方面都具有相似性,但在空间分布上,光华岩群却分布于北侧,更接近老岭岩群,且老岭岩群具有的顺时针变质作用PT轨迹与光华岩群、集安岩群所表现出来的逆时针变质作用PT轨迹不同。由于集安岩群与老岭岩群之间属于构造接触关系,集安岩群推覆于老岭岩群之上[10],同时光华岩群与其周围地层及岩体均属于构造接触关系,有诸多断层展布,笔者推测光华岩群有可能属于集安岩群推覆于老岭岩群之后留下的飞来峰,该推覆构造的推覆距离可能达到20 km。该推测目前缺乏足够的依据,仍需要进一步深入研究。
5.3构造环境
在辽吉地区早前寒武纪研究中,前人曾提出该区在古元古代存在裂谷[5356]。其依据在于该区发育有双峰式火山巖、镁铁质侵入岩[5354,5762]以及“环斑花岗岩”[18],后经过研究证实这些证据存在一些问题[10];前人另发现存在洋壳残片[63]、岛弧岩浆岩和硅质岩[57]等。辽吉地区在太古宙—古元古代早期可能存在原大洋,该大洋在古元古代晚期转变为碰撞造山带[10]。
杜凤芝等认为光华岩群与集安岩群的成岩年龄分别为2.1 Ga和2.0 Ga[11,19],老岭岩群成岩年龄为19~20 Ga[11,19],均形成于古元古代。根据前人研究得到的RbSr等时线年龄(1 805 Ma)[13]以及变质锆石UPb年龄(1 800 Ma)[19],推断光华岩群双庙岩组斜长角闪岩的变质年龄可能为1.8 Ga,集安岩群变质锆石UPb年龄大致为185 Ga[10,19],老岭岩群变质锆石UPb年龄为190~193 Ga[10,19,58]。由此可以得到3个岩群发生变质作用的时间先后顺序。
变质作用PT轨迹对造山带的构造演化具有非常重要的指示意义。前人对变质作用PT轨迹做过深入研究[1417,51,6470],认为近等压冷却型的逆时针变质作用PT轨迹一般反映了变质作用与岛弧根部、大陆裂谷或地幔柱环境中大规模的幔源岩浆底侵增温作用有关[50,7181]。因此,根据岩相学、矿物微区化学以及相平衡模拟等研究,本文得出的逆时针变质作用PT轨迹可能与该区曾发生的岩浆底侵作用有关。
综上所述,可以大致推测出光华岩群经历的构造演化过程:在太古宙—古元古代早期,吉林通化地区存在一个原大洋,然后在古元古代晚期发生碰撞形成造山带,而老岭群就在这个时期发生变质作用,属于碰撞造山作用时代;在碰撞造山后期,发生碰撞后的拉伸作用同时伴随着岩浆底侵,集安岩群与光华岩群在该时代发生变质作用,时间为1.80~1.85 Ga,与集安岩群普遍被1 800 Ma左右的巨斑花岗岩就位的热事件相一致[13]。
6结语
(1)吉林通化地区光华岩群双庙岩组斜长角闪岩的原岩类型应为亚碱性玄武岩,可能形成于岛弧构造环境。
(2)光华岩群双庙岩组斜长角闪岩中可以识别出3个阶段变质作用:①进变质阶段,矿物组合为石榴石1+普通角闪石1+斜长石1 (An牌号为13~16)+石英(Gt1+Hbl1+Pl1+Q),温度为544 ℃~555 ℃,压力为47~5.2 kbar;②峰期变质阶段,矿物组合为石榴石2+普通角闪石2+斜长石2(An牌号为28~31)+钛铁矿2+黑云母2+石英(Gt2+Hbl2+Pl2+Ilm2+Bt2+Q),温度为655 ℃~673 ℃,压力为8.1~88 kbar;③退变质阶段,矿物组合为石榴石3+绿泥石+直闪石+普通角闪石3+黑云母3+钛铁矿3+斜长石3(An牌号为16~18)+石英(Gt3+Chl+Ath+Hbl3+Bt3+Ilm3+Pl3+Q),温度为546 ℃~557 ℃,压力为7.9~83 kbar。根据各个阶段的温压范围,可以确定斜长角闪岩经历了近等压冷却型变质作用PT轨迹。
(3)光华岩群斜长角闪岩经历的变质作用主要受造山后期拉伸过程中的岩浆底侵作用影响,可能反映了辽吉地区太古宙—古元古代的原大洋→碰撞造山→造山后拉伸→岩浆底侵作用过程。
吉林大学徐学纯教授、中国地质科学院地质研究所刘福来研究员在成文过程中给出了建议及指导,国土资源部武汉矿产资源监督检测中心以及吉林大学东北亚矿产资源评价国土资源部重点实验室董云峰同学等在实验及测试过程中给予了帮助,在此一并感谢。
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