張家輝 王惠初 田輝 任云偉 常青松 施建榮 相振群

1. 中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 3001702. 中國地質(zhì)調(diào)查局前寒武紀(jì)地質(zhì)研究中心，天津 3001703. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

現(xiàn)今全球范圍內(nèi)的大洋洋殼主要由拉斑玄武質(zhì)洋中脊玄武巖(MORB)組成，它來源于富集不相容元素的大陸地殼提取后的虧損地幔源區(qū)，并以虧損不相容元素、輕稀土元素(LREE)以及無Nb、Ta異常與洋島玄武巖(OIB)和島弧玄武巖(IAB)相區(qū)別(Hofmann, 1988; Sun and McDonough, 1989; McDonough, 1990; Pearce, 2008; Arevalo and McDonough, 2010)。根據(jù)輕稀土元素的富集和虧損程度，洋中脊玄武巖可分為正常型洋中脊玄武巖(N-MORB, (La/Sm)N<1))和富集型洋中脊玄武巖(E-MORB, (La/Sm)N>1)(Schilling, 1973; Arevalo and McDonough, 2010)。其中，N-MORB是洋中脊玄武巖最主要的巖石類型，并以大西洋中脊最為典型。研究表明，N-MORB來自虧損的地幔源區(qū)，部分熔融程度相對(duì)較高(5%～20%)，而E-MORB可能來源于有富集組分添加的虧損地幔源區(qū)(Niuetal., 1999; Donnellyetal., 2004)。大陸上殘存的蛇綠巖套被認(rèn)為是古老洋殼物質(zhì)存在的證據(jù)，代表大陸板塊縫合的構(gòu)造邊界(Dilek and Furnes, 2011, 2014)，是研究古洋盆消減以及陸-陸/陸-弧碰撞地球動(dòng)力學(xué)演化的天然實(shí)驗(yàn)室。全球范圍內(nèi)保存較好、完整的蛇綠巖套主要出現(xiàn)在顯生宙，其形成時(shí)代與古大洋閉合消亡以及超大陸形成有關(guān)的造山事件相耦合(Dilek and Furnes, 2011; Furnesetal., 2014)，而早前寒武紀(jì)蛇綠巖套則相對(duì)稀少。現(xiàn)今普遍承認(rèn)的大于16億年蛇綠巖套主要產(chǎn)于北美和波羅的海地盾，包括加拿大Purtuniq蛇綠巖(～2.0Ga, Scottetal., 1992)、芬蘭Jormua蛇綠巖(～1.95Ga, Peltonenetal., 1998; Peltonen and Kontinen, 2004)以及美國Payson蛇綠巖(～1.73Ga, Dann, 2004)等，而對(duì)于太古宙是否存在蛇綠巖套仍存在較大爭議，例如格陵蘭Isua綠巖帶中3.8Ga的蛇綠巖(Furnesetal., 2007; Nutman and Friend, 2007; Hamilton, 2007)以及華北冀東2.5Ga的蛇綠巖(Kuskyetal., 2001; Lietal., 2002; Zhaietal., 2002; Zhaoetal., 2007)。因此，尋找殘留的古老洋殼物質(zhì)(蛇綠巖套)是研究地球早期板塊構(gòu)造作用的關(guān)鍵。

華北克拉通是全球范圍內(nèi)少數(shù)幾個(gè)保存有始太古代～3.8Ga花崗質(zhì)陸核的古老克拉通之一(Liuetal., 1992, 2008; Songetal., 1996; Wanetal., 2005; Wangetal., 2015b; 張家輝等, 2013, 2015, 2018)，新太古代-古元古代構(gòu)造體制是近年來早前寒武紀(jì)地質(zhì)研究的熱點(diǎn)(王惠初等, 2011)。已有研究表明，華北克拉通在新太古代末期由多個(gè)微陸塊通過陸-陸或弧-陸碰撞拼合在一起，并完成初步克拉通化(白瑾等, 1993; 伍家善等, 1998; Zhaietal., 2000, 2005; 翟明國, 2010; Zhai, 2011; Zhai and Santosh, 2011)，而新太古代末期大規(guī)模TTG巖漿事件也可能受地幔柱構(gòu)造體制控制(趙國春, 2009; 耿元生等, 2010)。在古元古代，華北克拉通則進(jìn)入裂解-俯沖-增生-碰撞的造山演化過程(Zhaoetal., 2005; Zhao and Zhai, 2013; Zhai, 2011)，并存在高壓麻粒巖(王仁民等, 1991; 翟明國等, 1992; 郭敬輝等, 1993; Guoetal., 2002; Wuetal., 2016; Zhangetal., 2016a, b)和超高溫變質(zhì)作用記錄(Santoshetal., 2007, 2012; Guoetal., 2012; Jiaoetal., 2017; Liao and Wei, 2019)。由于在華北克拉通未發(fā)現(xiàn)與顯生宙類似的古元古代蛇綠巖套或洋殼物質(zhì)(張旗等, 2003)，大部分地質(zhì)學(xué)家多以高壓變質(zhì)巖(帶)或麻粒巖帶劃分古元古代碰撞造山帶，如孔茲巖帶、膠遼吉帶以及中部造山帶等三個(gè)古元古代造山帶被認(rèn)為代表不同板塊間的碰撞造山事件(1.95～1.80Ga, Zhaoetal., 2005)。最近在大同孤山孔茲巖系與懷安雜巖交界處識(shí)別出的一套古元古代高壓基性麻粒巖-富鋁片麻巖等組成的構(gòu)造混雜巖，被認(rèn)為代表古元古代末期(1.95～1.80Ga)微陸塊間的俯沖-碰撞造山演化過程(Wangetal., 2015a)。

晉冀蒙交界地區(qū)高壓基性麻粒巖詳細(xì)的變質(zhì)作用研究勾畫出一個(gè)順時(shí)針近等溫降壓的P-T演化軌跡(Zhaoetal., 2001; Guoetal., 2002; Qian and Wei, 2016; Zhangetal., 2016a, b, 2018)，該過程被認(rèn)為與古元古代碰撞造山事件有關(guān)。但對(duì)于造山帶早期是否存在一個(gè)埋深進(jìn)變質(zhì)過程，目前還沒有達(dá)成共識(shí)。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為高壓基性麻粒巖的原巖為輝長巖巖墻，它們直接侵位于下地殼水平，還是先侵位于淺部地殼后經(jīng)歷構(gòu)造作用進(jìn)入下地殼深部環(huán)境尚不清楚(翟明國, 2009)。部分學(xué)者提出高壓基性麻粒巖原巖可能在伸展背景下就位于基底之中，后在碰撞造山過程中經(jīng)變質(zhì)作用形成(Kr?neretal., 2005)。因此，尋找具有表殼巖性質(zhì)的高壓基性麻粒巖對(duì)于反映造山作用早期變質(zhì)構(gòu)造演化過程至關(guān)重要。

筆者近兩年來在天鎮(zhèn)地區(qū)開展了新的1:5萬地質(zhì)填圖工作，對(duì)天鎮(zhèn)-懷安地區(qū)早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底物質(zhì)組成進(jìn)行了重新劃分，識(shí)別出新太古代和古元古代不同成因類型的變質(zhì)表殼巖組合(張家輝等, 2019a, b; 田輝等, 2019)。其中，在天鎮(zhèn)縣西趙家窯村一帶識(shí)別出一套具有表殼巖性質(zhì)的古元古代高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合，本文對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的巖石學(xué)、地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)以及Hf同位素研究。研究表明，高壓基性麻粒巖具有MORB類似的地球化學(xué)性質(zhì)，這對(duì)揭示華北克拉通古元古代造山帶早期構(gòu)造環(huán)境及碰撞造山演化過程具有重要意義。

圖1 晉冀蒙交界地區(qū)(a)和天鎮(zhèn)-懷安地區(qū)(b)早前寒武紀(jì)地質(zhì)簡圖(據(jù)張家輝等, 2019b修改)

1-新太古代變質(zhì)TTG片麻巖；2-新太古代二長花崗巖；3-新太古代條帶狀鐵建造(BIF)；4-新太古代榴云片麻巖巖組；5-古元古代黃土窯巖組(孔茲巖系)；6-古元古代高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合；7-古元古代二輝麻粒巖(變質(zhì)基性巖墻)；8-巖墻型高壓基性麻粒巖出露點(diǎn)；9-片麻理產(chǎn)狀；10-構(gòu)造接觸；11-斷層

Fig.1 Precambrain geological sketch of the border area of Shanxi, Heibei and Inner Mongolia provinces (a) and Tianzhen-Huai’an area (b) (modified after Zhangetal., 2019b)

1-Neoarchean metamorphic TTG gneiss; 2-Neoarchean monzonitic granite; 3-Neoarchean banded iron formation (BIF); 4-Neoarchean garnet-biotite-plagiogneiss Formation-complex; 5-Paleoproterozoic Huangtuyao Formation-complex (Khondalite series); 6-Paleoproterozoic high pressure basic granulites-marble-aluminium-rich gneiss association; 7-Paleoproterozoic two-pyroxene granulite (metamorphic basic dykes); 8-outcrops of the dyke-type high pressure basic granulite; 9-gneissic schistosity; 10-tectonic contact; 11-fault

1 地質(zhì)背景

華北克拉通早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底主要由太古代花崗片麻巖雜巖、綠巖帶以及古元古代變質(zhì)火山-沉積巖系、花崗質(zhì)巖漿巖等構(gòu)成(Zhaietal., 2005; 翟明國, 2010; Zhaoetal., 2005; 耿元生等, 2010; 萬渝生等, 2017; 張永等, 2017)，其中～2.5Ga TTG巖系及花崗巖組合分布范圍廣，構(gòu)成了華北克拉通的主體格架(耿元生等, 2010; 萬渝生等, 2017; 余超, 2019)。晉冀蒙交界地區(qū)是華北克拉通中典型的高級(jí)變質(zhì)巖區(qū)，早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底大致以大同-興和一線為界劃分為兩套高級(jí)變質(zhì)巖系，分別為南東部TTG麻粒巖系和北西部孔茲巖系，兩者現(xiàn)今常被稱為懷安雜巖和孔茲巖帶(圖1a)。研究區(qū)位于懷安雜巖中的天鎮(zhèn)縣一帶，主體巖石為一套新太古代麻粒巖相-高角閃巖相石英閃長質(zhì)-英云閃長質(zhì)-花崗閃長質(zhì)-奧長花崗質(zhì)-二長花崗質(zhì)片麻巖雜巖，形成時(shí)代介于2.55～2.45Ga(Zhaoetal., 2008; Liuetal., 2009, 2012; Wangetal., 2010; Zhangetal., 2012; 魏穎等, 2013; Suetal., 2014)，出露面積占變質(zhì)基底總面積的80%以上，其間零星出露少量新太古代-古元古代變質(zhì)基性火山巖、磁鐵石英巖、石榴黑云斜長片麻巖、含墨富鋁片麻巖以及大理巖等變質(zhì)表殼巖透鏡體或構(gòu)造巖片。古元古代則產(chǎn)出大量變質(zhì)基性巖墻，侵入新太古代TTG片麻巖雜巖中，其中變質(zhì)基性巖墻可根據(jù)變質(zhì)礦物組成及變質(zhì)程度分為早期石榴二輝麻粒巖(高壓基性麻粒巖)和晚期二輝麻粒巖(圖1b)。

鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素研究表明，懷安雜巖中～2.5Ga TTG巖系代表華北克拉通新太古代末期一次強(qiáng)烈的陸殼生長事件(Liuetal., 2009, 2012)，這在華北克拉通多個(gè)太古宙基底中普遍存在(耿元生等, 2010)。懷安雜巖中興和黃土窯、天鎮(zhèn)縣四方墩、周家山-朱家溝-史家莊以及懷安蔓菁溝等地的麻粒巖相變泥質(zhì)巖石屬典型的孔茲巖系的一部分，其中的碎屑鋯石年齡主要集中在2.3～2.0Ga，且峰期年齡為～2.0Ga，同時(shí)遭受1.95～1.80Ga多期變質(zhì)構(gòu)造熱事件改造(Wangetal., 2010; Zhaoetal., 2010; 蔡佳等, 2017; 張家輝等, 2019a, b)，其巖石組成和年代學(xué)格架與集寧巖群孔茲巖系一致(Caietal., 2017)。區(qū)內(nèi)特征的巖石類型為具有“白眼圈”退變結(jié)構(gòu)的巖墻型高壓基性麻粒巖，礦物學(xué)記錄了峰期高壓麻粒巖相和后期麻粒巖相-角閃巖相退變質(zhì)作用過程，具有順時(shí)針P-T演化軌跡(郭敬輝等, 1993; Guoetal., 2002, 2005; Zhangetal., 2016b)。年代學(xué)研究揭示，高壓基性麻粒巖中記錄的主期變質(zhì)年齡為～1.85Ga，代表麻粒巖相退變質(zhì)時(shí)限，而少量～1.95Ga變質(zhì)年齡可能代表高壓麻粒巖相峰期年齡(Wangetal., 2015a; Zhangetal., 2016b; 魏春景, 2018)。最近的研究在懷安蔓菁溝以及大同孤山等地的變泥質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)了藍(lán)晶石，變質(zhì)作用分析表明變泥質(zhì)表殼巖與高壓基性麻粒巖記錄類似的變質(zhì)演化過程(Wuetal., 2016, 2017)。天鎮(zhèn)-懷安地區(qū)變質(zhì)基底巖石均記錄了1.85～1.81Ga主期變質(zhì)事件，被認(rèn)為記錄了西部陸塊和東部陸塊碰撞造山過程(Zhaoetal., 2005, 2008, 2010; Liuetal., 2009, 2012; Wangetal., 2010; Zhangetal., 2012; 魏穎等, 2013; Suetal., 2014; 蔡佳等, 2017)。古元古代末期未變質(zhì)花崗偉晶巖脈的侵位(1795～1806Ma, Wangetal., 2010; Zhangetal., 2014)標(biāo)志著古元古代造山事件的結(jié)束，隨后構(gòu)造體制逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌箨懙牧呀?耿元生等, 2019)。

2 高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合的巖石學(xué)特征

該套巖石具有特殊的巖石組成，并記錄復(fù)雜的變質(zhì)-變形作用過程。通過區(qū)調(diào)工作發(fā)現(xiàn)，該套巖石主要出露于天鎮(zhèn)縣西趙家窯和羅家溝兩地，出露規(guī)模較小，野外宏觀上呈大型構(gòu)造巖片產(chǎn)出于新太古代條帶狀(黑云)英云閃長質(zhì)片麻巖之中，兩者接觸處的片麻理產(chǎn)狀一致，呈平行片麻理的構(gòu)造接觸關(guān)系。在天鎮(zhèn)縣羅家溝一帶，該套巖石空間上呈東西向展布，橫向上巖石組合穩(wěn)定，總體呈大型的向形構(gòu)造，北部向南南西傾斜，南部向北北東傾斜，向形內(nèi)部的大理巖組合不僅發(fā)育同斜緊閉褶皺，而且發(fā)育一系列寬緩的大型褶皺。在西趙家窯村一帶，該套巖石空間形態(tài)上呈弧形，沿北西-南東向展布，發(fā)育緊閉褶皺和流變褶皺樣式，并可見A型褶皺，線理較陡傾。

本文對(duì)西趙家窯高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合野外露頭進(jìn)行了詳細(xì)的填圖工作，查明了該組合的巖石組成及產(chǎn)狀構(gòu)造配置關(guān)系(圖2)。該套組合的主體巖石為高壓基性麻粒巖，伴生含石墨巖屑透輝/蛇紋石化橄欖大理巖、含石墨鈣鎂硅酸鹽巖以及夕線黑云石榴二長片麻巖，并可見少量石英巖產(chǎn)出。

圖2 西趙家窯村地質(zhì)簡圖1-新太古代含紫蘇黑云英云閃長質(zhì)片麻巖(～2.5Ga)；2-高壓基性麻粒巖；3-含墨透輝/橄欖大理巖；4-黑云夕線石榴二長片麻巖；5-古元古代二輝斜長麻粒巖(變質(zhì)基性巖墻)；6-片麻狀產(chǎn)狀；7-樣品采集位置Fig.2 Geological sketch map of the Xizhaojiayao1-Neoarchean hypersthene-biotite tonalitic gneiss (～2.5Ga); 2-high pressure basic granulite; 3-graphite diopside/olivine marble; 4-biotite-sillimanite-garnet monzonitic gneiss; 5-Paleoproterozoic two-pyroxene plagioclase granulite (metamorphic basic dyke); 6-gneissosity; 7-sample locations

2.1 高壓基性麻粒巖

高壓基性麻粒巖構(gòu)成了該套巖石的主體，出露規(guī)模大(圖2)。野外露頭觀察表明，高壓基性麻粒巖巖性較均勻，為塊狀或弱片麻狀構(gòu)造，局部發(fā)育石香腸構(gòu)造和條帶狀構(gòu)造，產(chǎn)出二輝斜長質(zhì)脈體，在強(qiáng)變形帶中呈現(xiàn)“似層狀構(gòu)造”(圖3b)。脈體的構(gòu)造樣式有條帶狀、細(xì)脈狀或透鏡狀等，斷續(xù)產(chǎn)出，局部連通較好，主要由斜長石(60%～65%)、單斜輝石(20%～25%)和含少量紫蘇輝石(8%～10%)組成，可見三邊平衡結(jié)構(gòu)(圖4d)。高壓基性麻粒巖為似斑狀變晶結(jié)構(gòu)，斑晶為石榴子石，石榴子石大小為0.4～2cm不等，具有典型的“白眼圈”退變結(jié)構(gòu)，局部可見“雙眼圈”結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為石榴子石“白眼圈”之外存在富角閃石的“黑眼圈”結(jié)構(gòu)(圖3d)。顯微鏡下觀察表明，大顆粒石榴子石斑晶中含石英、斜長石等礦物包裹體，“白眼圈”后成合晶或冠狀邊主要由斜長石+斜方輝石±角閃石或斜長石+斜方輝石+單斜輝石±角閃石組成，基質(zhì)主要由中-粗粒角閃石和斜長石組成(圖4a-c)。局部露頭可見石榴子石發(fā)生全退變質(zhì)反應(yīng)，表現(xiàn)為淺色球狀體，由斜長石+斜方輝石+角閃石組成的退變礦物域，保留原始石榴子石晶型大小，部分退變礦物域核部可見細(xì)粒石榴子石殘晶。

野外露頭局部可見高壓基性麻粒巖中斜長花崗質(zhì)淺色細(xì)脈與石榴子石的“白眼圈”退變域相連(圖3d)，構(gòu)成相互連通的熔體通道，這表明部分熔融(深熔)發(fā)生于麻粒巖相退變質(zhì)過程。高壓基性麻粒巖記錄了峰期高壓麻粒巖相和后期麻粒巖相、角閃巖相退變質(zhì)過程，在麻粒巖相退變過程伴隨減壓熔融(深熔作用)，形成少量二輝斜長質(zhì)脈體和斜長花崗質(zhì)脈體。

2.2 大理巖類

大理巖和鈣鎂硅酸鹽巖野外多呈帶狀體產(chǎn)出于高壓基性麻粒巖中，一般寬2～4m，部分可達(dá)5～6m，延伸長度可達(dá)1～1.5km(圖2)，局部呈透鏡狀產(chǎn)出，并與高壓基性麻粒巖接觸處可見變質(zhì)交代反應(yīng)邊(圖3f)。大理巖的延伸方向與變質(zhì)基性巖的片麻理走向一致，兩者遭受相同的構(gòu)造變形作用(圖3a)。大理巖主要巖性為透閃透輝大理巖(圖4e)和蛇紋石化橄欖大理巖(圖3h)，部分大理巖中含石墨和巖屑(圖3g)。局部大理巖中可見石英巖夾層，并發(fā)生褶皺變形(圖3e)。鈣鎂硅酸鹽主要巖性為方解石透閃透輝巖和斜長透閃透輝巖等，野外多呈透鏡體或夾層產(chǎn)出于大理巖或高壓基性麻粒巖中。大理巖主要由粗晶方解石組成，一般粒度大小為5～15mm。野外觀察發(fā)現(xiàn)，部分大理巖中的巖屑呈現(xiàn)塑性變形特征(圖3i)，而方解石晶體較自形，且定向不明顯，這表明大理巖遭受了塑性變形改造，而方解石是變質(zhì)-變形作用晚期重結(jié)晶的產(chǎn)物。

含橄欖石透閃透輝大理巖：粒狀變晶結(jié)構(gòu)，由方解石、透輝石、透閃石以及少量橄欖石、石英、斜長石等礦物組成；方解石主要為他形粒狀，粒度一般2～10mm，粒間鑲嵌狀分布，接觸邊緣較平直、圓滑，可見三邊鑲嵌平衡結(jié)構(gòu)，見兩組近菱形的解理，含量為80%～85%；透輝石和透閃石均呈半自形-他形柱狀、柱粒狀，粒度一般0.2～2.5mm，粒間鑲嵌狀分布，透輝石裂隙發(fā)育，被碳酸鹽充填，透閃石部分被纖閃石交代呈假像，總含量約10%；橄欖石：呈他形粒狀，粒度一般0.1～0.5mm，零星分布，含量約1%～2%；此外含少量石英和斜長石，均呈他形粒狀，粒間鑲嵌狀分布，粒度一般0.2～2mm，含量為2%～3%。

圖3 高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合野外照片(a)高壓基性麻粒巖夾帶狀大理巖，并發(fā)生變形；(b)高壓基性麻粒巖中可見二輝斜長質(zhì)脈體，相對(duì)剛性的高壓基性麻粒巖形成石香腸構(gòu)造；(c)樣品PM08TW1-1和PM08TW1-3采樣位置；(d)高壓基性麻粒巖中石榴子石“白眼圈”和“雙眼圈”結(jié)構(gòu)，并可見斜長花崗質(zhì)淺色脈體，部分與“白眼圈”礦物域相連通；(e)含巖屑大理巖中含石英巖夾層，并發(fā)生褶皺變形；(f)高壓基性麻粒巖中大理巖透鏡體，并可見交代反應(yīng)邊；(g)含石墨巖屑大理巖；(h)蛇紋石化橄欖大理巖；(i)大理巖中花崗巖巖屑發(fā)生塑性變形，并可見構(gòu)造拖尾現(xiàn)象；(j)夕線黑云石榴二長片麻巖中A型褶皺；(k)夕線黑云石榴二長片麻巖中“M”型流變褶皺，可見面理S1和S2；(l)(黑云)英云閃長質(zhì)片麻巖褶皺構(gòu)造，可見面理S1和S2Fig.3 Field outcrop photographs of the high-pressure mafic granulites-marble-aluminium-rich gneiss association(a) high-pressure mafic granulite entrained marble, and deformation; (b) two-pyroxene plagioclase leucosomes in high-pressure mafic granulite, and boudinage structure formed in high-pressure mafic granulite; (c) PM08TW1-1 and PM08TW1-3 sampling positions; (d) garnet “white-eye circle” and “double-eye circle” structure in high-pressure mafic granulite, and plagioclase granitic veins partly connected with the mineral domain of the “white-eye circle”; (e) quartzite interlayer in bearing detritus marble and fold deformation; (f) marble lens and its replacement reaction side with high-pressure mafic granulite; (g) graphite detritus marble; (h) serpentinized-olive marble; (i) deformation of granite detritus in marble, and structural tailing phenomenon; (j) A-type fold in sillimanite biotite garnet two-feldspar gneiss; (k) M-type rheological folds, S1 and S2 foliation in sillimanite biotite garnet two-feldspar gneiss; (l) a fold structure in (biotite) tonalitic gneiss, S1 and S2

圖4 高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合中代表性巖石顯微照片(a)高壓基性麻粒巖的石榴子石中包裹體為Q+Pl+Cpx，邊緣“白眼圈”為Pl+Cpx+Opx，基質(zhì)為Hbl+Pl；(b)高壓基性麻粒巖的石榴子石中包裹體組合為Pl+Cpx+Opx，邊緣“白眼圈”為Pl+Hbl±Cpx組合，基質(zhì)為Hbl+Pl±Cpx組合；(c)高壓基性麻粒巖中石榴子石“白眼圈”：退變域，Hbl+Pl+Cpx+Opx組合；(d)二輝斜長質(zhì)脈體顯微照片，主要礦物組合為Pl+Cpx+Opx，礦物間可見三邊平衡結(jié)構(gòu)；(e)透輝大理巖；(f)夕線黑云石榴二長片麻巖顯微照片，石榴子石含Q+Pl礦物包裹體. Q-石英；Pl-斜長石；Grt-石榴子石；Opx-斜長輝石；Cpx-單斜輝石；Hbl-角閃石；Cal-方解石；Di-透輝石；Bi-黑云母；Kfs-鉀長石Fig.4 Micrographs of the representative rocks of the high-pressure mafic granulites-marble-aluminium-rich gneiss association(a) Q+Pl+Cpx inclusions in garnet of high-pressure mafic granulite and Pl+Cpx+Opx corona, the matrix is Hbl+Pl; (b) Pl+Cpx+Opx inclusions in garnet of high-pressure mafic granulite and Pl+Hbl±Cpx corona, the matrix is Hbl+Pl±Cpx; (c) garnet depolarization domainin high pressure basicgranulite: Hbl+Pl+Cpx+Opx; (d) micrograph of two-pyroxene plagioclase leucosomes, the main mineral combination is Pl+Cpx+Opx, three-sided equilibrium structure can be seen between minerals; (e) diopsidemarble; (f) micrograph of sillimanitebiotite garnet two-feldspar gneiss, garnet containing Q+Pl mineral inclusions. Q-quartz; Pl-plagioclase; Grt-garnet; Opx-orthopyroxene; Cpx-clinopyroxene; Hbl-hornblende; Cal-calcite; Di-diopside; Bi-biotite; Kfs-K-feldspar

2.3 夕線黑云石榴二長片麻巖

野外呈帶狀體或透鏡體產(chǎn)出于高壓基性麻粒巖中，出露較少，主要分布在靠近英云閃長質(zhì)片麻巖圍巖一側(cè)(圖2)。巖石外貌呈灰白色，可見明顯的條帶狀構(gòu)造，形成大量含石榴子石淺色脈體(圖3j, k)，表明巖石經(jīng)歷強(qiáng)烈的深熔作用。巖石中特征的變質(zhì)礦物為夕線石和石榴子石(圖4f)，主要的礦物組合為石英+斜長石+條紋長石+石榴子石+夕線石+黑云母。夕線石為淺色針狀集合體，多呈放射狀，沿片麻理面生長，局部定向較好。石榴子石呈粉紅色，粒狀變晶礦物，淺色脈體中石榴子石相對(duì)于灰色條帶中石榴子石粗大。巖石中條帶形成緊閉褶皺、A型褶皺(圖3j)以及“N”型和“M”型流變褶皺等構(gòu)造樣式(圖3k)，測得A型褶皺樞紐產(chǎn)狀為80°∠65°和85°∠63°，片麻理產(chǎn)狀為25°∠75°。

含夕線黑云石榴二長片麻巖：鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造；主要礦物組成為石英、斜長石、條紋長石組成，特征變質(zhì)礦物有夕線石、石榴子石和黑云母；長英質(zhì)礦物晶型不規(guī)則，自形程度較差，礦物邊界呈港灣狀，具有變晶特征，粒度一般0.2～2mm，少數(shù)長石可達(dá)2～4mm，其中條紋長石呈細(xì)紋狀，與斜長石接觸部位可見蠕蟲結(jié)構(gòu)，石英含量為5%～10%，斜長石為25%～30%，條紋長石為35%～40%；夕線石呈半自形針狀或柱粒狀，粒度一般0.2～2.5mm，零散分布，略顯定向排列，含量約2%～3%；石榴子石為淡粉色，呈他形-近等軸粒狀，粒度一般0.2～2mm，部分2～3.5mm，雜亂分布，礦物裂隙較發(fā)育，沿裂隙被黑云母交代，并可見石英和長石包裹體，含量約15%；黑云母呈片狀，片徑一般0.2～2mm，少數(shù)<0.2mm，雜亂分布，定向較好，構(gòu)成片麻狀構(gòu)造，在薄片中多色性明顯，Ng’=紅棕色，Np’=黃色，含量約10%。

2.4 變形構(gòu)造

野外觀察發(fā)現(xiàn)，夕線黑云石榴二長片麻巖和圍巖(黑云)英云閃長質(zhì)片麻巖均記錄有兩期構(gòu)造面理(S1和S2)，原始面理S0由于強(qiáng)烈的構(gòu)造置換作用消失殆盡，無法識(shí)別。巖石中緊閉褶皺、A型褶皺以及“N”型和“M”型流變褶皺等構(gòu)造樣式發(fā)育(圖3j-l)，而相對(duì)剛性的高壓基性麻粒巖則在變形過程中形成石香腸構(gòu)造?，F(xiàn)今區(qū)內(nèi)巖石記錄的主期面理(片麻理)產(chǎn)狀主要為S2。大理巖在高壓基性麻粒巖中呈帶狀或透鏡狀產(chǎn)出，其延伸方向或拉伸方向與片麻理走向一致，兩者經(jīng)歷了相同的構(gòu)造變形過程。大理巖中花崗巖巖屑和硅質(zhì)巖均遭受塑性變形作用改造，形成流變褶皺和構(gòu)造拖尾現(xiàn)象。大理巖中方解石多為粗晶結(jié)構(gòu)，定向組構(gòu)不明顯，方解石是在變質(zhì)-變形作用晚期發(fā)生了重結(jié)晶恢復(fù)。高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合經(jīng)歷了高壓麻粒巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用，同時(shí)遭受了地殼深層次下塑性流變變形作用改造。

圖5 高壓基性麻粒巖和二輝斜長質(zhì)脈體的鋯石CL圖像線條圓代表SHRIMP U-Pb分析點(diǎn)，斷線圓代表LA-ICP-MS Hf同位素分析點(diǎn)，數(shù)據(jù)1807±27/2.84(2107)分別代表鋯石207Pb/206Pb表面年齡(Ma)/εHf(t)值/tDM(Hf)(Ma)Fig.5 Cathodoluminescence images of zircons from the high-pressure mafic granulites and two-pyroxene plagioclase leucosomes

3 分析方法及分析結(jié)果

3.1 分析方法

測年樣品粉碎及鋯石分選均在河北省廊坊市宇能巖礦公司加工完成。鋯石分選首先用常規(guī)方法進(jìn)行粉碎，并用浮選和電磁選方法進(jìn)行分選，最后在雙目鏡下選出鋯石。鋯石制靶、陰極發(fā)光(CL)以及透、反射照相均在北京離子探針中心實(shí)驗(yàn)室完成。在觀察鋯石CL圖像基礎(chǔ)上，結(jié)合反射光和透射光照片，避開鋯石中的裂隙、包裹體和雜質(zhì)，選擇鋯石測年點(diǎn)位。鋯石U-Pb定年在北京離子探針中心SHRIMPⅡ上完成。詳細(xì)分析方法見Williams (1998)。測試時(shí)一次流O2-強(qiáng)度為3～5nA，束斑直徑為25μm。標(biāo)樣M257(U=840×10-6, Nasdalaetal., 2008)和TEM(年齡為417Ma, Blacketal., 2003)分別用于鋯石U含量和年齡校正。TEM與未知樣品測定比例為1:3～1:4。對(duì)于樣品和標(biāo)準(zhǔn)鋯石數(shù)據(jù)點(diǎn)測定均由5組掃描給出。數(shù)據(jù)處理采用SQUID和ISOPLOT程序(Ludwig, 2001)。根據(jù)實(shí)測204Pb含量校正普通鉛。鋯石年齡使用207Pb/206Pb年齡。單個(gè)數(shù)據(jù)誤差為1σ，加權(quán)平均年齡誤差為95%置信度。

巖石地球化學(xué)樣品粉碎(200目)在河北省廊坊市宇能巖礦公司加工完成。主量元素、稀土元素及微量元素測試分析均在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素采用X射線熒光光譜儀(XRF)測定，F(xiàn)eO采用氫氟酸、硫酸溶樣、重鉻酸鉀滴定容量法，分析精度優(yōu)于2%。稀土元素和微量元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(TJA-PQ-ExCell ICP-MS)測定，分析精度優(yōu)于5%。

鋯石Lu-Hf同位素分析在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心同位素實(shí)驗(yàn)室利用LA-MC-ICPMS進(jìn)行微區(qū)原位同位素測定。分析儀器為澳大利亞科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的RESOlution-LR激光器和Thermo Fisher公司制造的Neptune多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。分析方法見耿建珍等(2011)。Hf同位素分析點(diǎn)與鋯石U-Pb定年測試點(diǎn)相同。采用176Hf/177Hf=0.7325對(duì)Hf同位素比值進(jìn)行指數(shù)歸一化質(zhì)量歧視校正，采用173Yb/172Yb=1.35274對(duì)Yb同位素比值進(jìn)行指數(shù)歸一化質(zhì)量歧視校正。在εHf(t)計(jì)算時(shí)，球粒隕石的176Hf/177Hf比值為0.282772，176Lu/177Hf比值為0.332。在單階段Hf模式年齡計(jì)算時(shí)虧損地幔的176Hf/177Hf比值和176Lu/177Hf比值分別為0.28325和0.03842；在兩階段Hf模式年齡計(jì)算時(shí)，平均地殼與虧損地幔的fLu/Hf比值分別為-0.5482和0.1566。176Lu的衰變常量選用1.867×10-11y-1；相關(guān)計(jì)算中鋯石的U-Pb年齡選擇單點(diǎn)207Pb/206Pb年齡，相關(guān)計(jì)算公式參考吳福元等(2007)。

3.2 分析結(jié)果

3.2.1 鋯石U-Pb年齡

為了準(zhǔn)確獲得變質(zhì)基性巖的原巖年齡以及變質(zhì)-深熔作用時(shí)限，本次工作對(duì)西趙家窯高壓基性麻粒巖(PM08TW1-1)和二輝斜長質(zhì)脈體(PM08TW1-3)樣品進(jìn)行了SHRIMP鋯石U-Pb定年。鋯石U-Pb分析數(shù)據(jù)見表1。

高壓基性麻粒巖(PM08TW1-1)：樣品中鋯石自形程度差，呈渾圓狀、橢圓狀，粒徑介于60～110μm。陰極發(fā)光(CL)圖像顯示(圖5)，大部分鋯石具有核-邊結(jié)構(gòu)，核部鋯石為亮白色，邊部為灰色或灰黑色；部分鋯石為灰白色或灰色。所有鋯石無振蕩生長環(huán)帶，呈弱分帶、無分帶，具有變質(zhì)鋯石晶型特征。從數(shù)據(jù)表中可以看出，大部分鋯石U含量介于5×10-6～63×10-6，少部分鋯石介于107×10-6～167×10-6。由于鋯石U含量較低，獲得的年齡數(shù)據(jù)誤差相對(duì)較大。大部分鋯石Th/U>0.1，Th/U介于0.02～0.42之間。本次對(duì)該樣品13顆鋯石進(jìn)行了16個(gè)年齡點(diǎn)測定。在鋯石U-Pb諧和圖中(圖6)，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均位于諧和線上及附近。對(duì)邊部灰黑色鋯石進(jìn)行測試，獲得的年齡數(shù)據(jù)位于諧和線上，且相對(duì)集中，誤差較小，5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)加權(quán)平均207Pb/206Pb年齡為1833±16Ma(MSWD=0.66)，該年齡與區(qū)域內(nèi)主期變質(zhì)時(shí)限一致，應(yīng)代表變質(zhì)年齡。此外3個(gè)數(shù)據(jù)獲得的年齡介于1911～1966Ma，其中點(diǎn)1和點(diǎn)9誤差較大，而點(diǎn)10.2為灰黑色變質(zhì)鋯石，獲得的表面年齡為1954±22Ma，這與3個(gè)數(shù)據(jù)加權(quán)平均年齡1954±42Ma(MSWD=0.035)一致，根據(jù)鋯石特征及區(qū)域構(gòu)造熱事件對(duì)比(Zhaoetal., 2010)，～1954Ma應(yīng)代表一次變質(zhì)事件。此外，核部亮白色或灰白色鋯石U、Th含量均較低(小于15×10-6)，獲得的年齡介于2221～2004Ma之間，誤差較大，這類鋯石可能由于后期變質(zhì)作用(～1.95Ga或～1.83Ga)，U-Th-Pb同位素體系發(fā)生了部分重置，普通鉛發(fā)生丟失，其中6個(gè)相對(duì)集中的數(shù)據(jù)加權(quán)平均207Pb/206Pb年齡為2055±62Ma，MSWD=0.29，該年齡不代表原巖的形成年齡，可能代表一次構(gòu)造熱事件。

表1西趙家窯高壓基性麻粒巖和二輝斜長質(zhì)脈體的鋯石SHRIMPU-Pb分析數(shù)據(jù)

Table 1 SHRIMP zircon U-Pb data of high-pressure mafic granulites and two-pyroxene plagioclase leucosomes in Xizhaojiayao

SpotNo.206PbcUTh(%)(×10-6)Th/U206Pb?同位素比值(×10-6)207Pb?206Pb?%207Pb?235U%206Pb?238U%誤差相關(guān)性年齡(Ma)206Pb238U207Pb206PbDisc.(%)高壓基性麻粒巖(PM08TW1-1)10.78920.192.790.12078.26.159.00.3703.60.4002029±621966±150-32-1340.364.330.12902.77.074.00.3973.00.7412157±542084±47-43.11.45820.222.590.12885.16.386.00.3593.20.5271980±542082±9053.20.15107230.2231.50.11281.15.3151.80.34161.40.7671894±221846±21-343.49510.141.470.1309.16.39100.3573.90.3971967±672096±16065.12.07820.302.540.13954.07.155.60.3724.00.7062037±692221±6985.2-154150.1044.90.11110.855.2201.50.34071.30.8321890±211818±15-461.052160.296.650.12323.16.063.80.35642.20.5801965±372004±55270.26117100.0933.10.11321.05.1241.70.32841.30.7911831±211851±1818-167100.0647.70.11170.785.1091.70.33171.50.8931847±251827±14-191.66820.222.350.1179.35.50100.3413.60.3611891±591911±170110.11.871010.142.750.13245.85.589.40.3057.40.7891719±1102131±1001910.2-63260.4219.40.11991.25.882.00.35561.50.7811961±261954±220110.662870.258.140.11282.45.173.10.33222.10.6611849±331846±430121.50810.092.240.1259.35.72100.3333.90.3891852±632024±1709131.741100.023.240.1279.65.97100.3413.60.3551891±602056±1708二輝斜長質(zhì)脈體(PM08TW1-3)10.3597200.2127.30.11061.54.9872.00.32711.30.6661824±211809±27-12-76130.1821.00.11131.34.9421.90.32211.40.7391800±221820±23130.02128190.1535.90.1117105.0401.60.32711.20.7751825±191828±1804.10.05250730.006020.10060.393.8781.00.279510.9281589±141636±734.20.11193300.1653.10.11111.14.9061.60.32041.10.7151792±181817±2015-173310.1848.20.11140.894.9731.50.32381.10.7901808±181823±16160.29240520.2368.50.11120.885.0751.70.33101.50.8561843±231819±16-170.07203340.1755.70.11180.854.9281.40.31961.10.7961788±171829±15280.1578130.1721.90.11071.44.9752.00.32611.40.6931820±221810±26-19.12.49910.142.360.11968.15.168.90.3133.60.4071755±561950±150109.20.24127180.1534.20.11121.14.7781.60.31171.20.7331749±181818±204100.03127160.1335.80.11070.955.0181.60.32881.30.8011832±201811±17-111-116140.1332.70.11110.945.0341.90.32871.60.8641832±261817±17-112.12.42720.342.050.11128.94.899.70.3193.80.3891784±591820±160212.20.674170.1811.10.11252.64.923.20.31721.80.5631776±281840±473130.00128190.1635.40.11100.914.922.30.32152.20.9221797±341817±161140.08115220.2031.80.11131.04.9511.60.32261.20.7761802±191821±181150.05235440.2065.30.11160.694.9731.30.32331.10.8441806±171825±131

二輝斜長質(zhì)脈體(PM08TW1-3)：樣品中鋯石自形程度差，晶型不規(guī)則，大部分鋯石顆粒大小在80～120μm，少數(shù)鋯石可達(dá)200μm。鋯石內(nèi)部一般較均勻，呈灰白色；少數(shù)鋯石具有核-邊結(jié)構(gòu)，核部鋯石為亮白色，邊部為灰白色。所有鋯石無振蕩生長環(huán)帶，呈弱分帶、無分帶或冷杉葉狀，具有變質(zhì)-深熔鋯石特征(圖5)。根據(jù)數(shù)據(jù)表和鋯石CL圖像，可以看出亮白色鋯石U含量低，介于7×10-6～9×10-6，獲得的年齡數(shù)據(jù)誤差較大；灰色或灰黑色鋯石U含量相對(duì)較高，介于41×10-6～240×10-6，獲得的年齡數(shù)據(jù)誤差較小。所有鋯石Th/U均>0.1，介于0.13～0.34之間。需要說明的是數(shù)據(jù)點(diǎn)4.1的U含量為2507×10-6，且Th/U接近0，獲得的鋯石表面年齡為1636±7Ma，但該年齡與巖石實(shí)際形成年齡不符，無地質(zhì)意義。本次對(duì)該樣品15顆鋯石進(jìn)行了18個(gè)年齡點(diǎn)測定。從鋯石U-Pb諧和圖中(圖6)可以看出，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均位于諧和線上，其中大部分年齡數(shù)據(jù)較集中，15個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)加權(quán)平均207Pb/206Pb年齡為1820±9Ma(MSWD=0.12)，這與區(qū)域內(nèi)主期變質(zhì)時(shí)限一致，結(jié)合巖石的成因?qū)傩?熔體相)，該年齡應(yīng)代表變質(zhì)-深熔作用年齡。此外一粒鋯石核部年齡為1950±150Ma，由于鋯石U含量較低，年齡誤差較大，U-Th-Pb同位素體系發(fā)生了部分重置，但該年齡與區(qū)內(nèi)變質(zhì)年齡～1.95Ga相近，可能代表變質(zhì)事件。

表2西趙家窯高壓基性麻粒巖主量元素(wt%)及微量元素?cái)?shù)據(jù)(×10-6)

Table 2 Major elements (wt%) and trace elements (×10-6) compositions of high-pressure mafic granulites in Xizhaojiayao

樣品號(hào)PM08TW1-1PM08TW1-2PM08TW12-1LJG-2TW9004-2SiO246.3948.4647.6142.6445.47TiO21.51.271.262.760.72Al2O314.7314.6814.2811.9618.46Fe2O33.163.222.634.812.27FeO11.510.2311.0716.527.07MnO0.240.260.20.30.13MgO6.696.77.396.68.39CaO12.1211.3810.9910.3612.6Na2O1.852.412.781.31.88K2O0.270.120.450.50.95P2O50.120.110.10.240.05LOI0.280.080.070.321.45Total98.8598.9298.8398.3199.44FeOT14.3413.1313.4420.859.11Mg#4548503662Pb1.321.171.651.162.46Cr18421516949.3314Ni10814110554.9185Co53.558.257.859.349.5Rb6.41.023.32518Sr196178242119165Ba55.353.167.371.4148Sc40.343.244.139.519.9Nb4.83.473.479.441.67Ta0.280.210.190.580.11Zr70.458.464.712424.8Hf2.241.862.054.220.98Ga18.419.617.721.516.4U0.190.110.0970.360.089Th0.380.190.180.560.19La4.853.784.628.442.65Ce13.29.6811.925.16.6Pr2.171.581.854.261.1Nd10.98.169.4122.25.39Sm3.142.622.86.541.52Eu1.121.041.0320.68Gd3.713.13.47.851.9Tb0.640.540.611.380.34Dy4.193.54.128.772.17Ho0.870.740.881.720.43Er2.392.042.434.561.14Tm0.350.310.360.680.16Yb2.271.992.384.481.06Lu0.360.30.350.680.18Y21.919.221.840.310.2∑REE50.1639.3846.1498.6625.32δEu1.001.111.020.851.22(La/Yb)N1.531.361.391.351.79(La/Sm)N1.000.931.070.831.13

3.2.2 巖石地球化學(xué)

西趙家窯高壓基性麻粒巖樣品的巖石地球化學(xué)分析結(jié)果見表2。由于本文研究的樣品經(jīng)歷了高級(jí)變質(zhì)-深熔作用改造，在樣品采集時(shí)，選取弱變質(zhì)-變形域，且無條帶狀構(gòu)造的巖石樣品進(jìn)行化學(xué)分析測試。此外，鎂鐵質(zhì)巖石在變質(zhì)過程中，K、Na和低場強(qiáng)元素為活潑元素而有可能發(fā)生遷移，因此本文主要選擇不活潑元素Th、高場強(qiáng)元素以及稀土元素等進(jìn)行巖石的分類及成因討論。

高壓基性麻粒巖具有較低的SiO2值(42.64%～48.46%)，F(xiàn)eOT含量較高(9.11%～20.85%)，Al2O3(11.96%～18.46%)、TiO2(0.72%～2.76%)、CaO(10.36%～12.6%)、MgO(6.6%～8.39%)含量中等，Mg#值介于36～62之間。在巖石分類圖解Zr/TiO2-Nb/Y中，所有樣品均投入亞堿性玄武巖范圍(圖7a)，并在Al2O3-(FeOT+TiO2)-MgO圖解中主要投入高鐵拉斑玄武巖區(qū)域(圖7b)，具有拉斑玄武巖的地球化學(xué)特征。

圖6 高壓基性麻粒巖和二輝斜長質(zhì)脈體的鋯石U-Pb年齡諧和圖以及207Pb/206Pb-Th/U圖解用于加權(quán)平均計(jì)算的年齡數(shù)據(jù)不一致率介于-10～10之間Fig.6 Concordia diagrams of zircons U-Pb age and 207Pb/206Pb-Th/U diagrams of the high-pressure mafic granulites and two-pyroxene plagioclase leucosomes

圖7 高壓基性麻粒巖樣品Zr/TiO2×0.0001-Nb/Y圖解(a, 據(jù)Winchester and Floyd, 1977)和Al2O3-(FeOT+TiO2)-MgO圖解(b, 據(jù)Jensen, 1976)Fig.7 Zr/TiO2×0.0001 vs. Nb/Y (a, after Winchester and Floyd, 1977) and Al2O3-(FeOT+TiO2)-MgO diagram (b, after Jensen, 1976) of the high-pressure mafic granulites

圖8 高壓基性麻粒巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b) (標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primary mantle-normalized trace element spider diagram (b) of the high-pressure mafic granulites (normalized values from Sun and McDonough, 1989)

所有樣品稀土元素總量均較低，∑REE介于25.32×10-6～98.66×10-6之間，無或弱的正銪異常(δEu=0.85～1.22)，具有平坦的稀土配分模式((La/Yb)N=1.35～1.79)，輕稀土相對(duì)虧損，(La/Sm)N=0.83～1.13。高壓基性麻粒巖的稀土配分模式與MORB類似，介于N-MORB與E-MORB之間(圖8a)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的(不活潑)微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖8b)，所有樣品無Nb、Ta負(fù)異常，除樣品LJG-2和TW9004-2在元素豐度上存在差別外，高壓基性麻粒巖樣品的微量元素蛛網(wǎng)圖型式與MORB一致，但部分元素Th、Nb、Ta、La、Ce的豐度介于N-MORB與E-MORB之間。此外，所有樣品的Ni(54.9×10-6～185×10-6)和Cr(49.3×10-6～314×10-6)含量均較低。

表3西趙家窯高壓基性麻粒巖和二輝斜長質(zhì)脈體的鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)

Table 3 Zircon Hf data of high-pressure mafic granulites and two-pyroxene plagioclase leucosomes in Xizhaojiayao

SpotNo.Age(Ma)176Yb177Hf176Lu177Hf176Hf177Hf2σ176Hf177HfiεHf(0)εHf(t)tDM(Ma)tDMC(Ma)fLu/Hf高壓基性麻粒巖(PM08TW1-1)119660.00050.00000.2816450.0000180.281644-39.863.9821972501-1.00220840.00030.00000.2816560.0000200.281656-39.477.0921812310-1.00420960.00260.00010.2816100.0000170.281604-41.095.5422502453-1.005.122210.00030.00000.2816910.0000160.281691-38.2211.4721342020-1.005.218180.00300.00010.2817030.0000290.281698-37.822.5121262530-1.00620040.00100.00000.2816640.0000160.281663-39.175.5121722393-1.00718510.00290.00010.2817480.0000150.281743-36.214.8720652345-1.0010.219540.00280.00010.2816630.0000150.281659-39.214.2321782471-1.001118460.00040.00000.2816810.0000170.281681-38.572.5621472545-1.001220240.00050.00000.2816480.0000140.281648-39.745.4321922414-1.001320560.00060.00000.2816500.0000160.281649-39.686.2221902367-1.00二輝斜長質(zhì)脈體(PM08TW1-3)118090.00760.00030.2817240.0000180.281713-37.052.8421072494-0.99218200.00550.00030.2817440.0000170.281735-36.363.8820762411-0.99318280.00350.00020.2817010.0000160.281695-37.882.6521292524-1.004.218170.00820.00040.2817450.0000190.281733-36.303.7520802421-0.99518230.00690.00030.2817700.0000160.281759-35.444.8220442331-0.99618190.00760.00030.2817370.0000150.281726-36.603.5420892440-0.99718290.00560.00020.2817190.0000160.281710-37.243.2121102476-0.99818100.00360.00020.2817010.0000160.281696-37.872.2721282546-1.001018110.00550.00020.2817530.0000170.281745-36.044.0120632393-0.991118170.00450.00020.2817190.0000160.281712-37.243.0121072485-0.9912.118200.00200.00010.2817220.0000180.281719-37.143.2920982462-1.0012.218400.00430.00020.2817400.0000150.281733-36.494.2820782390-0.991318170.00320.00010.2817600.0000150.281756-35.774.5420482351-1.001418210.00560.00020.2817620.0000180.281754-35.714.5620512352-0.991518250.00260.00010.2817870.0000180.281784-34.835.7220102253-1.00

圖9 西趙家窯高壓基性麻粒巖Zr與部分主量、微量元素(Ti、REE、Th、Hf、Nb、Ta)變化圖Fig.9 Zr against selected major and trace elements (Ti, REE, Th, Hf, Nb, Ta) variation diagrams for the high-pressure basic granulite in Xizhaojiayao

圖10 西趙家窯高壓基性麻粒巖Zr與部分主量、微量元素(K、Na、Pb、Rb、Sr、Ba)變化圖Fig.10 Zr against selected major and trace elements (K, Na, Pb, Rb, Sr, Ba) Variation diagrams for the high-pressure basic granulite in Xizhaojiayao

3.2.3 鋯石Lu-Hf同位素

本文鋯石樣品的Lu-Hf同位素測試結(jié)果見表3。對(duì)高壓基性麻粒巖(樣品PM08TW1-1)中10粒鋯石進(jìn)行了11個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)測試，獲得的鋯石176Hf/177Hf初始值為0.281604～0.281743，按照鋯石表面年齡計(jì)算εHf(t)值為2.5～11.5，均為正值，相對(duì)于虧損地幔單階段模式年齡(tDM)介于2065～2250Ma之間。對(duì)二輝斜長質(zhì)脈體(樣品PM08TW1-3)中14粒鋯石進(jìn)行了15個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)測試，176Hf/177Hf初始值為0.281695～0.281784，按照鋯石表面年齡計(jì)算εHf(t)值為2.3～5.7，均為正值，相對(duì)于虧損地幔單階段模式年齡(tDM)范圍為2010～2129Ma。

4 討論

4.1 變質(zhì)作用中元素活動(dòng)性對(duì)巖石地球化學(xué)性質(zhì)影響判定

在經(jīng)歷復(fù)雜變質(zhì)作用改造過程中，由于受到交代作用、部分熔融以及流體遷移等影響，一些活動(dòng)性較強(qiáng)的元素含量變化較大。已有研究表明，大離子親石元素(如K、Rb、Sr、Ba、Cs等)在變質(zhì)作用過程特別是高級(jí)變質(zhì)作用中往往屬于活動(dòng)元素，而稀土元素和高場強(qiáng)元素(如Th、Nb、Ta、Zr、Hf、Y、Ti等)活動(dòng)性相對(duì)較弱(Rudnicketal., 1985; Rollinson, 1993; Kerrichetal., 1999)。Polatetal. (2002, 2009)及Polat and Hofmann (2003)在研究格陵蘭Isua綠巖帶與Fiskensset高級(jí)變質(zhì)片麻巖地體中變質(zhì)鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)雜巖時(shí)強(qiáng)調(diào)，利用元素與最不活動(dòng)性元素Zr在雙變量圖中的相關(guān)性是判別巖石是否遭受變質(zhì)作用改造的簡便有效的方法，且相關(guān)系數(shù)R<0.75被認(rèn)為是活動(dòng)性元素。該方法也被應(yīng)用于膠北高級(jí)變質(zhì)基底中高壓基性麻粒巖的地球化學(xué)研究(劉平華等, 2012)。因此，本文選擇利用Zr與主量、微量元素的相關(guān)性來判定高壓基性麻粒巖在高級(jí)變質(zhì)作用過程中元素的活動(dòng)性對(duì)巖石地球化學(xué)性質(zhì)的影響。

西趙家窯高壓基性麻粒巖的Ti、REE、Th、Hf、Nb、Ta與Zr的相關(guān)性圖解如圖9所示：TiO2與Zr具有非常好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R=0.988；稀土元素(La、Ga、Yb、Sm)與Zr均具有較高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R值分別為0.987、0.902、0.991和0.981；高場強(qiáng)元素Th、Hf、Nb、Ta也與Zr顯示出較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R值分別為0.873、0.994、0.981和0.969。大離子親石元素(K、Rb、Sr、Ba、Pb)和Na與Zr的相關(guān)性較差(圖10)，樣品數(shù)據(jù)較分散，相關(guān)系數(shù)R值較低，分別為0.358、0.549、0.454、0.565、0.749和0.504。以上表明，稀土元素、高場強(qiáng)元素以及Ti等元素在變質(zhì)過程中保持穩(wěn)定，而大離子親石元素在變質(zhì)過程中活動(dòng)性強(qiáng)，變化較大。因此，本文主要選擇不活潑元素Th、高場強(qiáng)元素以及稀土元素等在變質(zhì)作用過程表現(xiàn)不活潑的元素進(jìn)行巖石分類及成因討論，它們基本可以反映原巖的成分特征及成因?qū)傩浴?/p>

4.2 高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合的成因

本次工作厘定的高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合的主體巖石為高壓基性麻粒巖，伴生大理巖、鈣鎂硅酸鹽巖、富鋁片麻巖以及少量石英巖等。高壓基性麻粒巖以含石榴子石為特征，具有典型高壓麻粒巖礦物組合，石榴子石的白眼圈結(jié)構(gòu)記錄麻粒巖相退變質(zhì)過程，巖石基質(zhì)部分則記錄角閃巖相退變過程。組合中的高壓基性麻粒巖野外產(chǎn)狀及巖石組合與前人在恒山(王仁民等, 1991; Zhaoetal., 2001; 魏春景, 2018)、懷安蔓菁溝、宣化西望山(郭敬輝等, 1993, 1996)以及興和黃土窯(Zhangetal., 2016b)等地發(fā)現(xiàn)的高壓基性麻粒巖明顯不同，后者在野外多呈巖墻狀或構(gòu)造透鏡體產(chǎn)出于TTG片麻巖中，并具有很好的連續(xù)性，其原巖為鎂鐵質(zhì)巖墻(趙國春, 2009)，且野外不與大理巖和富鋁片麻巖等變質(zhì)表殼巖伴生。因此，兩類高壓基性麻粒巖應(yīng)具有不同的成因?qū)傩?。組合中與高壓基性麻粒巖伴生的大理巖類為透閃/透輝大理巖和蛇紋石化橄欖大理巖，含少量鈣鎂硅酸鹽巖(含方解石透閃透輝巖)夾層。大理巖和鈣鎂硅酸鹽巖中可見少量石墨和巖屑，石墨的出現(xiàn)表明巖石中存在碳質(zhì)有機(jī)物，巖屑的出現(xiàn)則表明大理巖的沉積環(huán)境存在陸緣碎屑物質(zhì)的添加。富鋁片麻巖以出現(xiàn)夕線石和石榴子石等富鋁變質(zhì)礦物為特征，變質(zhì)程度達(dá)麻粒巖相，其原巖可能是泥砂質(zhì)巖石，同時(shí)石英巖的出現(xiàn)表明存在富硅質(zhì)成分。根據(jù)巖石組合判斷，該巖石組合的原巖為一套基性火山巖-碳酸鹽巖-砂/泥巖建造，整體具有表殼巖成因?qū)傩浴?/p>

地球化學(xué)研究表明，高壓基性麻粒巖的原巖性質(zhì)為亞堿性拉斑玄武巖，相對(duì)平坦的稀土配分模式與MORB特征一致，無Nb、Ta負(fù)異常，在微量元素蛛網(wǎng)圖上具有N-MORB與E-MORB過渡特征。在微量元素構(gòu)造背景判別圖解Zr/4-2Nb-Y和Th-Hf/3-Ta中樣品均投入N-MORB區(qū)域，而在Th/Yb-Nb/Yb和TiO2/Yb-Nb/Yb圖解中主要分布在N-MORB與E-MORB過渡區(qū)域(圖11)。因此，西趙家窯高壓基性麻粒巖具有洋中脊型拉斑玄武巖(MORB)的地球化學(xué)屬性。同時(shí)低TiO2、MgO、Ni和Cr，且Mg#值為36～62，表明地幔源區(qū)可能經(jīng)歷了橄欖石和輝石的分離。高壓基性麻粒巖的重稀土配分模式相對(duì)平坦((Gd/Yb)N=1.18～1.48)，并在Sm/Yb-La/Sm、Sm/Yb-Sm以及Yb-La/Yb圖解中主要位于尖晶石二輝橄欖巖熔融演化線區(qū)域，且更靠近E-MORB源區(qū)，這表明其原巖巖漿可能來源于尖晶石穩(wěn)定域的淺層地幔源區(qū)，同時(shí)熔融實(shí)驗(yàn)演化曲線指示部分熔融程度為5%～20%(圖12)。

圖11 高壓基性麻粒巖Zr/4-2Nb-Y(a, 據(jù)Meschede, 1986)、Th-Hf/3-Ta(b, 據(jù)Wood, 1980)、Th/Yb-Nb/Yb(c, 據(jù)Pearce, 2008)和TiO2/Yb-Nb/Yb(d, 據(jù)Pearce, 2008)微量元素判別圖解Fig.11 Discrimant diagrams of Zr/4-2Nb-Y (a, after Meschede, 1986), Th-Hf/3-Ta (b, after Wood, 1980), Th/Yb vs. Nb/Yb (c, after Pearce, 2008) and TiO2/Yb vs. Nb/Yb (d, after Pearce, 2008) for the high-pressure basic granulites

圖12 高壓基性麻粒巖Sm/Yb-La/Sm (a)、Sm/Yb-Sm (b) and Yb-La/Yb (c)圖解(底圖據(jù)Bi et al., 2017)Fig.12 Diagrams of Sm/Yb vs. La/Sm (a), Sm/Yb vs. Sm (b) and Yb vs. La/Yb (c) for high-pressure basic granulites (base map after Bi et al., 2017)

為了與西趙家窯MORB型高壓基性麻粒巖進(jìn)行對(duì)比研究，筆者對(duì)懷安雜巖中巖墻型高壓基性麻粒巖樣品進(jìn)行了地球化學(xué)分析，結(jié)果顯示它們輕稀土相對(duì)富集，為右傾型，并存在明顯的Nb、Ta負(fù)異常，在微量元素構(gòu)造背景判別圖解中更多的表現(xiàn)為島弧拉斑玄武巖性質(zhì)(圖13；張家輝等，未發(fā)表數(shù)據(jù))?？梢?，懷安雜巖中巖墻型高壓基性麻粒巖與在西趙家窯新發(fā)現(xiàn)和大理巖、富鋁片麻巖伴生的高壓基性麻粒巖地球化學(xué)性質(zhì)明顯不同，暗示兩者可能形成于不同的構(gòu)造環(huán)境。已有研究者注意到懷安雜巖中存在不同地球化學(xué)性質(zhì)的高壓基性麻粒巖，如沈其韓等(1994)最早報(bào)道了河北宣化大東溝具有拉斑玄武巖性質(zhì)的石榴高壓基性麻粒巖，存在稀土模式平坦型和輕稀土富集型兩類，但文中未對(duì)其成因進(jìn)行詳細(xì)討論。王仁民和董衛(wèi)東(1999)在研究冀西北高壓基性麻粒巖時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了具有輕稀土虧損的洋中脊型(TH1型)和輕稀土富集型(TH2型)兩種類型，并提出冀西北高壓麻粒巖帶可能存在洋殼殘片，代表弧后混雜巖帶，其形成與新太古代俯沖碰撞有關(guān)。Wangetal. (2015a)報(bào)道了大同孤山具有N-MORB地球化學(xué)特征的高壓基性麻粒巖，并認(rèn)為它與大理巖、鈣硅酸鹽巖以及變泥質(zhì)巖石等一起組成構(gòu)造混雜巖，反映了古元古代俯沖-碰撞-剝露過程，代表東-西陸塊的構(gòu)造縫合帶。銀雪琴(2016)對(duì)赤城沃麻坑和宣化大東溝原巖為輝長巖巖墻的高壓基性麻粒巖進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)果顯示它們具有島弧拉斑玄武巖性質(zhì)，以右傾輕稀土富集型為主，存在明顯的Nb-Ta負(fù)異常，可能形成于匯聚板塊邊緣的島弧環(huán)境?？梢?，晉冀蒙交界地區(qū)的高壓基性麻粒巖具有復(fù)雜的地球化學(xué)性質(zhì)，尤其是具有洋中脊玄武巖地球化學(xué)屬性的“MORB”型高壓基性麻粒巖，可能代表了特殊的構(gòu)造含義。

大陸上殘存的蛇綠巖套被認(rèn)為是古老洋殼物質(zhì)存在的證據(jù)(Dilek and Furnes, 2011, 2014)，按照彭羅斯會(huì)議對(duì)蛇綠巖套的定義(Anonymous, 1972)：蛇綠巖套為一類特殊的鎂鐵質(zhì)至超鎂鐵質(zhì)巖石組合，從底部到頂部包括地幔橄欖巖、堆晶橄欖巖，其上為層狀輝長巖、席狀玄武質(zhì)巖墻、玄武質(zhì)火山巖(枕狀)以及深海沉積物等。該定義很大程度上限制了洋殼的物質(zhì)組成及產(chǎn)狀特征，典型的蛇綠巖套主要發(fā)現(xiàn)于顯生宙，而對(duì)于新太古代-古元古代早期是否存在蛇綠巖套尚存在爭議。在實(shí)際的地質(zhì)演化中，由于洋殼的消減作用、構(gòu)造侵位以及逆沖推覆，蛇綠巖套層序往往不完整，常見該層序的部分組成或雜亂堆積的混雜巖塊(翟明國, 2012)。Moores (2002)強(qiáng)調(diào)地史中的古老洋殼性質(zhì)在10億年前發(fā)生明顯變化，小于10億年的洋殼較薄(厚度為5～8km)，而大于1.0Ga的洋殼厚度可能達(dá)25～50km，厚的洋殼使其在構(gòu)造就位時(shí)可能缺失地幔橄欖巖(Burke, 1988)。西趙家窯MORB型高壓基性麻粒巖野外與大理巖、鈣鎂硅酸鹽巖、變泥砂質(zhì)以及硅質(zhì)巖石伴生，由于缺少超基性巖(橄欖巖類)，其物質(zhì)組成與現(xiàn)今廣泛接受的蛇綠巖套組成及層序存在不同。但現(xiàn)有資料還不能排除該套組合具有洋殼的成因?qū)傩?，需詳?xì)研究進(jìn)一步佐證。

4.3 高壓基性麻粒巖的原巖年齡及變質(zhì)年齡

本文SHRIMP測年結(jié)果表明，高壓基性麻粒巖樣品中存在2221～2004Ma、1954±42Ma和1833±16Ma等多組年齡信息，這與其記錄復(fù)雜的變質(zhì)演化歷史相符。本文獲得的年齡2221～2004Ma誤差較大，相對(duì)集中的數(shù)據(jù)加權(quán)平均年齡為2055±66Ma，但由于高級(jí)變質(zhì)作用下基性巖中鋯石可能發(fā)生了U-Th-Pb體系的部分重置，筆者認(rèn)為該年齡不能代表原巖的形成年齡。值得注意的是，該年齡與采自羅家溝的高壓基性麻粒巖樣品(LJG-2)的加權(quán)平均年齡2026±39Ma(MSWD=0.33, n=8, LA-ICP-MS; 張家輝等, 2019a)相近，且前人的年代學(xué)研究同樣在區(qū)內(nèi)(巖墻狀)高壓基性麻粒巖中獲得過2.2～2.0Ga年齡信息。Zhaoetal. (2008)在懷安蔓菁溝高壓基性麻粒巖中獲得2.20～1.96Ga年齡信息，被認(rèn)為代表捕獲鋯石年齡；Zhangetal. (2016b)在天鎮(zhèn)下陰山和興和黃土窯的高壓基性麻粒巖中獲得的年齡為2035±66Ma(XYS01)和2016±11Ma(HTY47)，被解釋為原巖的侵位年齡；Wangetal. (2015a)在大同孤山高壓基性麻粒巖中獲得少量年齡為2.20～1.99Ga年齡，結(jié)合伴生花崗巖年齡，原文認(rèn)為高壓基性麻粒巖形成年齡為～2.2Ga。以上年代學(xué)研究結(jié)果表明，懷安雜巖中石榴高壓基性麻粒巖均記錄有2.2～2.0Ga年齡信息，其中相對(duì)可靠的年齡為～2.0Ga，該年齡與集寧巖群孔茲巖中碎屑鋯石峰期年齡一致(蔡佳等, 2017; Caietal., 2017)，筆者認(rèn)為～2.0Ga可能代表一期強(qiáng)烈的構(gòu)造熱事件。

圖13 MORB型高壓基性麻粒巖與巖墻型高壓基性麻粒巖地球化學(xué)特征(a) (La/Yb)N-(Th/Nb)N圖解；(b) Th/Yb-Nb/Yb圖解(據(jù)Pearce, 2008)；(c) Th-Hf/3-Nb/16圖解(據(jù)Wood, 1980).PM-原始地幔；NM-正常型洋中脊玄武巖；EM-富集型洋中脊玄武巖；OIB-洋島玄武巖；WPB-板內(nèi)玄武巖；IAB-島弧玄武巖；CFB-大陸溢流玄武巖；IAT-島弧拉斑玄武巖；CAB-大陸堿性玄武巖；WPT-板內(nèi)拉斑玄武巖；WPAB-板內(nèi)堿性玄武巖Fig.13 Geochemical distinction of MORB-type and dyke-type high-pressure basic granulites

圖14 高壓基性麻粒巖和二輝斜長質(zhì)脈體的t-εHf(t) (a)和t-tDM (b)圖解Fig.14 t vs. εHf(t) (a) and t vs. tDM (b) diagrams of high-pressure basic granulites and two-pyroxene plagioclase leucosomes

同時(shí)，西趙家窯高壓基性麻粒巖樣品中獲得的另兩組變質(zhì)年齡1954±42Ma和1833±16Ma，該年齡與區(qū)域上古元古代兩期主要的變質(zhì)年齡一致。已有大量研究表明，懷安雜巖中新太古代TTG片麻巖、古元古代變泥質(zhì)巖(孔茲巖)和高壓基性麻粒巖均記錄～1.85Ga主期變質(zhì)年齡，且部分巖石記錄早期1.95～1.90Ga變質(zhì)年齡(Zhaoetal., 2005, 2010; Liuetal., 2009, 2012; Wangetal., 2010; Zhangetal., 2012; 魏穎等, 2013; Suetal., 2014; 蔡佳等, 2017; Liao and Wei, 2019)，前者代表麻粒巖相退變質(zhì)時(shí)限，后者代表高壓麻粒巖相峰期變質(zhì)年齡(Zhangetal., 2016b; Wangetal., 2015a)。同時(shí)，本文在二輝斜長質(zhì)脈體樣品中獲得其形成年齡為1820±9Ma，該年齡與高壓基性麻粒巖中晚期變質(zhì)年齡1833±16Ma在誤差范圍內(nèi)一致。野外巖石學(xué)觀察，二輝斜長質(zhì)脈體可能是高壓基性麻粒巖在麻粒巖相退變質(zhì)過程中減壓熔融的產(chǎn)物，本文獲得的年齡1820～1833Ma應(yīng)代表區(qū)域麻粒巖相減壓退變時(shí)限。

Hf同位素結(jié)果表明，高壓基性麻粒巖和二輝斜長質(zhì)脈體中所有鋯石均具有正的εHf(t)值，表明其來源于虧損地幔，且未受到地殼的混染(圖14a)。所有鋯石的虧損地幔單階段模式年齡tDM可根據(jù)鋯石U-Pb表面年齡劃分為兩組：第一組鋯石207Pb/206Pb年齡介于1809～1851Ma之間，獲得的單階段模式年齡主要介于2050～2150Ma之間；第二組鋯石207Pb/206Pb年齡為1954～2084Ma，獲得的單階段模式年齡主要介于2150～2200Ma之間(圖14b)。此外，獲得的最大的單階段模式年齡為2250Ma，對(duì)應(yīng)鋯石表面年齡為～2096Ma。Hf模式年齡表明西趙家窯高壓基性麻粒巖的原巖從虧損地幔提取年齡可能介于2.15～2.2Ga。

根據(jù)鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素結(jié)果，結(jié)合前人資料，本文認(rèn)為西趙家窯高壓基性麻粒巖原巖形成年齡介于2.15～2.2Ga之間，屬古元古代，其記錄的峰期高壓麻粒巖相變質(zhì)時(shí)限可能為1.95～1.90Ga，麻粒巖相退變質(zhì)作用及減壓熔融時(shí)限為1850～1820Ma，而后期角閃巖相退變質(zhì)可能稍晚于1820Ma，早于區(qū)內(nèi)未變質(zhì)花崗偉晶巖的侵位年齡1809±9Ma(張家輝等，未發(fā)表數(shù)據(jù))。

4.4 構(gòu)造意義

蛇綠巖套和古老的高壓變質(zhì)巖(帶)是指示板塊構(gòu)造的重要標(biāo)志，前者可以確定有古老洋殼存在過并成為縫合帶中的殘片，后者可以指示曾有地表巖石被俯沖到深部，是俯沖、消減與碰撞的巖石學(xué)證據(jù)(翟明國, 2012)。古元古代是華北克拉通重要的構(gòu)造演化階段，新太古代陸殼基底經(jīng)歷了2.5(2.45)～2.35(2.3)Ga長達(dá)1.5億年的構(gòu)造寂靜期后，在古元古代中后期發(fā)生了裂解-俯沖-增生-碰撞等一系列連續(xù)的造山演化過程，這得到大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家的認(rèn)同。由于華北克拉通未發(fā)現(xiàn)指示構(gòu)造縫合帶的古元古代殘余洋殼物質(zhì)(或蛇綠巖)，大部分地質(zhì)學(xué)家多以高壓變質(zhì)巖(帶)或麻粒巖帶劃分古元古代碰撞造山帶，但造山帶的構(gòu)造邊界及演化過程仍存在較大爭議。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，華北克拉通在新太古代末期由多個(gè)微陸塊的碰撞拼合形成了統(tǒng)一的克拉通基底，完成第一次克拉通化，而古元古代膠遼、晉豫以及豐鎮(zhèn)等三個(gè)活動(dòng)帶的形成則與新太古代后第一次全球規(guī)模裂解事件相對(duì)應(yīng)，其記錄的裂谷盆地-俯沖-碰撞的造山演化過程(2.3～1.8Ga)代表華北克拉通的第二次克拉通化(Zhai, 2011; 翟明國, 2013)。另一種較流行的觀點(diǎn)認(rèn)為，華北克拉通在新太古代-古元古代存在4個(gè)太古代地塊，即陰山、鄂爾多斯、龍崗和狼林地塊，它們之間為古元古代洋盆，孔茲巖帶、膠遼吉帶以及中部造山帶等3個(gè)古元古代造山帶被認(rèn)為代表板塊間碰撞造山的產(chǎn)物，分別為陰山地塊與鄂爾多斯地塊在～1.95Ga碰撞形成西部陸塊，龍崗地塊與狼林地塊在～1.9Ga碰撞形成東部陸塊，隨后東、西陸塊在～1.85Ga碰撞并完成最終的克拉通化(Zhaoetal., 2005)。此外，Kusky and Li(2003)根據(jù)華北北緣出露的麻粒巖分布情況，劃分出一條近東西向展布的古元古代內(nèi)蒙-冀北造山帶(～2.3Ga)。Zhangetal. (2016b)提出華北克拉通在2.2～2.1Ga發(fā)生板內(nèi)裂解事件，形成陰山、鄂爾多斯以及東部陸塊，2.05～2.0Ga發(fā)生板塊俯沖，2.0～1.85Ga為各板塊間碰撞造山過程。Weietal. (2014)通過對(duì)五臺(tái)-恒山-阜平地區(qū)巖漿及變質(zhì)作用研究提出華北克拉通在～2.5Ga形成了初始的克拉通，太古代基底在2.35～2.0Ga發(fā)生弧后伸展，形成雙峰式巖漿作用和沉積作用，而在～1.95Ga發(fā)生以地殼加厚為主的碰撞造山，隨后加厚地殼在1.93～1.80Ga表現(xiàn)為抬升與緩慢冷卻過程(魏春景, 2018)。

大量學(xué)者針對(duì)晉冀蒙交界地區(qū)高壓基性麻粒及其所反映的變質(zhì)作用過程進(jìn)行了詳細(xì)研究。區(qū)內(nèi)高壓基性麻粒巖以含石榴子石為特征，圍繞石榴子石周邊生長“白眼圈”后成合晶或冠狀體結(jié)構(gòu)，代表了石榴子石的降壓分解，基質(zhì)部分則主要由斜長石和角閃石組成，代表晚期廣泛的角閃巖相變質(zhì)作用。翟明國等(1992)對(duì)懷安高壓基性麻粒巖的研究揭示存在三期變質(zhì)礦物組合，其中早期的石榴子石及其包體單斜輝石和石英組成的變質(zhì)礦物組合記錄的峰期壓力為1.4～1.5GPa、溫度為～800±20℃，且三期變質(zhì)作用構(gòu)成了一個(gè)陡立的近等溫降壓的P-T軌跡，認(rèn)為其與碰撞造山作用有關(guān)。耿元生和吉成林(1994)對(duì)懷安東洋河高壓基性麻粒巖的研究識(shí)別出四期變質(zhì)作用，早期經(jīng)歷了近等壓降溫過程，代表基性巖墻侵入到中下部地殼冷卻結(jié)晶過程，晚期為近順時(shí)針降溫降壓過程，代表地殼均衡抬升過程。隨后大量的研究表明，懷安雜巖和恒山雜巖中高壓基性麻粒巖大致可以識(shí)別出四期變質(zhì)礦物組合，勾畫出近等溫降壓型(ITD)順時(shí)針P-T演化軌跡，計(jì)算的峰期壓力為1.1～1.6GPa(Zhaoetal., 2001; Guoetal., 2002; Zhangetal., 2016a, b, 2018; Qian and Wei, 2016)，并在麻粒巖相退變過程可能疊加了超高溫變質(zhì)作用(Liao and Wei, 2019)，而區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的部分含藍(lán)晶石變泥質(zhì)巖(孔茲巖系)記錄了與高壓基性麻粒巖類似的變質(zhì)過程(Wuetal., 2016, 2017; Liuetal., 2019)。本文新識(shí)別出的西趙家窯高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合也應(yīng)經(jīng)歷了與區(qū)內(nèi)巖墻型高壓基性麻粒巖和含藍(lán)晶石變泥質(zhì)巖相同的變質(zhì)作用，該過程與古元古代碰撞造山事件有關(guān)。

晉冀蒙交界地區(qū)不同原巖性質(zhì)的高級(jí)變質(zhì)雜巖(孔茲巖系、變質(zhì)TTG巖系、HT-HP和HT-UHT麻粒巖等)集中產(chǎn)出需要大規(guī)模地殼結(jié)構(gòu)的調(diào)整。Xuetal. (2017, 2018)在碳酸巖中發(fā)現(xiàn)的極少量代表超高壓變質(zhì)作用的厘米級(jí)榴輝巖捕虜體進(jìn)一步證明，華北克拉通在古元古代已存在現(xiàn)代板塊構(gòu)造意義的深俯沖作用。因此，古元古代造山是形成高壓和超高溫變質(zhì)的根本原因。目前，古元古代造山事件的中晚期構(gòu)造演化片段已基本清楚(如變質(zhì)峰期至減壓階段P-T過程)，但是造山帶早期地殼構(gòu)造增厚階段信息，是洋殼俯沖，還是被動(dòng)陸緣的深俯沖作用，尚不清楚。本文新識(shí)別出的具有特殊地球化學(xué)性質(zhì)和構(gòu)造含義的西趙家窯“MORB”型高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合指示古元古代可能存在洋殼物質(zhì)，這為研究古元古代造山帶早期構(gòu)造環(huán)境提供了新的地質(zhì)證據(jù)。最近的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查表明，內(nèi)蒙古興和縣黃土窯地區(qū)還存在多處與西趙家窯類似的高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合的巖石露頭。懷安雜巖中可能存在更多的、與該套巖石組成一致的物質(zhì)未識(shí)別出來，尚需進(jìn)一步調(diào)查研究。

5 結(jié)論

(1)懷安雜巖中新識(shí)別出的高壓基性麻粒巖-大理巖-富鋁片麻巖組合原巖為一套基性火山巖-碳酸鹽巖-砂/泥巖建造；地球化學(xué)研究揭示高壓基性麻粒巖原巖為亞堿性拉斑玄武巖，稀土配分模式平坦((La/Yb)N=1.35～1.79)，輕稀土相對(duì)虧損，(La/Sm)N=0.83～1.13，無Nb、Ta負(fù)異常，具有MORB類似的地球化學(xué)特征，與區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的具有島弧拉斑玄武巖性質(zhì)的巖墻型高壓基性麻粒巖在巖石組合和野外產(chǎn)狀上明顯不同。這套高壓基性麻粒巖組合可能是古洋殼殘片。

(2)SHRIMP U-Pb定年及Hf同位素研究結(jié)果表明，高壓基性麻粒巖原巖形成年齡為2.15～2.2Ga，峰期高壓麻粒巖相變質(zhì)年齡為～1.95Ga，麻粒巖相退變質(zhì)作用和減壓熔融時(shí)限介于1.83～1.82Ga之間。

(3)西趙家窯高壓基性麻粒巖記錄峰期高壓麻粒巖相和后期麻粒巖相-角閃巖相退變質(zhì)過程，與區(qū)內(nèi)巖墻型高壓基性麻粒巖和含藍(lán)晶石變泥質(zhì)巖(孔茲巖系)一起代表了古元古代碰撞造山過程，“MORB”型高壓基性麻粒巖可為研究華北克拉通古元古代造山帶早期構(gòu)造環(huán)境提供重要信息。

致謝本文是區(qū)調(diào)項(xiàng)目“1:5萬天鎮(zhèn)、懷安鎮(zhèn)、東六馬坊幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”研究成果。論文寫作過程中得到郭敬輝研究員的指導(dǎo)與幫助；野外工作中得到吉林大學(xué)金巍教授和李偉民副教授、天津地質(zhì)調(diào)查中心趙鳳清和李懷坤研究員的關(guān)心與幫助；SHRIMP鋯石U-Pb年齡測試得到北京離子探針中心的支持，年齡解釋上得到萬渝生研究員的幫助；鋯石Hf同位素和巖石地球化學(xué)測試得到天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室?guī)椭?；兩名匿名審稿人在審稿中提出了寶貴意見；在此一并表示感謝。