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赞皇变质杂岩区位于华北克拉通中部造山带中段东侧,区内变质岩石分布于河北省井陉-鹿泉一线以南、赞皇全县、元氏-高邑-临城-内邱-邢台一线以西的太行山东麓低山区,是洞悉早前寒武纪时期华北克拉通基底形成及演化过程的一个重要窗口。出露的变质岩石主要有黑云斜长片麻岩、长英质片麻岩、斜长角闪岩、磁铁石英岩、大理岩、变质砂岩等,其中大部分岩石为片麻状花岗质岩石,仅有少量副变质岩类、基性变质岩类分散出露于该变质区中南部区域。斜长角闪岩与黑云斜长片麻岩往往呈互层状,斜长角闪岩偶尔以黑云斜长片麻岩中的透镜体出现,反映原岩为基性火山岩层。本文重点针对记录了多阶段变质-变形历史的含有石榴石变斑晶的黑云斜长片麻岩及斜长角闪岩类,研究了其变质-变形演化过程及变质事件的地质时代。 地球化学研究表明,赞皇黑云斜长片麻岩的原岩主要是粘土岩及少量杂砂岩,物源主要来自上地壳长英质成分,并有年轻弧物质的加入。REE配分型式与北美页岩(NASC)、太古代后澳大利亚页岩(PAAS)以及上地壳平均成分相似。源岩经历了中-低等程度的风化作用,源区沉积物成熟度较低,为近源沉积,沉积背景为活动大陆边缘。斜长角闪岩的原岩是拉斑-钙碱玄武质火山岩,其稀土总量较低,轻稀土轻微富集-略亏损,富集大离子亲石元素K、Rb、Ba,高场强元素Nb、Ta存在明显负异常,Ti弱亏损,显示明显地壳混染特征。地球化学特征和多种构造环境判别图解均表明,其形成环境类似于现代活动大陆边缘岛弧构造环境。 赞皇变质杂岩区前寒武纪变质基底中的黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩中,都记录了至少三期构造变形事件。第一期变形(D1)以各类片麻岩中残留的无根钩状褶皱、石榴石变斑晶内的包裹体径迹为代表,其原始方位已难以恢复;第二期变形(D2)为区域内最广泛出现的产状稳定的透入性片麻理与片理,代表北西-南东向的挤压缩短作用;第三期变形(D3)改造了主期片理与片麻理,以主期片麻理或片理的再次褶皱变形为代表,出露范围小、产状不连续、规模较小、方向不甚明晰。 含有石榴石变斑晶的黑云斜长片麻岩、长英质片麻岩、斜长角闪岩中,广泛发育十分醒目的“白眼圈”反应结构,普遍保存了三个阶段的变质矿物组合。黑云斜长片麻岩中,第一阶段的变质矿物组合(M1)为进变质组合,以石榴石变斑晶内的包裹体矿物组合(斜长石+黑云母+石英+钛铁矿±白云母±磁铁矿±独居石)为代表,其包裹体径迹与主期片麻理(D2)近于垂直;第二阶段的变质矿物组合(M2)形成于变质高峰期,以石榴石变斑晶边部+基质矿物(斜长石+黑云母+石英±蓝晶石±钛铁矿±磁铁矿±钾长石±白云母)+基质副矿物(锆石+独居石+磷灰石)为代表;第三阶段的矿物组合(M3)形成于退变质期间,以环绕石榴石变斑晶的“白眼圈”状后成合晶矿物组合(斜长石+石英+黑云母±磁铁矿)、石榴石变斑晶内部出现的退变质矿物组合(石英+斜长石+黑云母±磁铁矿)、峰期黑云母分解而成的矿物组合(夕线石±钛铁矿±磁铁矿+H2O)为代表。斜长角闪岩中,第一阶段的变质矿物组合(M1)为进变质组合,以石榴石变斑晶内的包裹体矿物组合(斜长石+角闪石+石英±黑云母±金红石)为代表;第二阶段的变质矿物组合(M2)形成于变质高峰期,以石榴石变斑晶边部+基质矿物(斜长石+角闪石+黑云母+石英±单斜辉石±磁铁矿±钛铁矿)+基质副矿物(锆石+榍石+绿帘石)组合为代表;第三阶段的变质矿物组合(M3)形成于退变质阶段,以石榴石变斑晶边部广泛发育的极为明显的“白眼圈”状后成合晶矿物组合(斜长石+角闪石+石英±黑云母±磁铁矿±黄铁矿)为代表。推测这两大类变质岩中第一阶段的矿物组合(M1)与第一期变形(D1)基本同时,第二阶段的矿物组合(M2)形成于第二期变形(D2)期间,第三阶段的矿物组合(M3)明显晚于第二期变形(D2),与第三期变形(D3)的相对时序不明显。 黑云斜长片麻岩中的石榴石变斑晶从核部到边部,XMn摩尔浓度及Fe/(Fe+Mg)摩尔比值均逐渐降低,记录了明显的生长环带。仅在边部很窄(宽度<0.4mm)的范围内,XMn摩尔浓度有所增加、Fe/(Fe+Mg)摩尔比值有所降低,化学成分上也反映了退变质期间石榴石变斑晶边部发生过分解反应。斜长角闪岩中的石榴石变斑晶化学成分环带相对较弱,因退变质期间边部发生了分解反应,边部成分有所改变。矿物温度计与压力计计算表明,斜长角闪岩类记录了进变质阶段580~710℃/0.45~0.86 Gpa(M1)→变质高峰期>810℃/>1.21 Gpa(M2)→退变质阶段590~680℃/0.32~0.56 Gpa(M3)的顺时针型P-T轨迹,黑云斜长片麻岩类则记录了进变质阶段660~690℃/0.90~0.92 Gpa(M1)→变质高峰期>780℃/>1.25 Gpa(M2)的顺时针型P-T轨迹(退变质阶段矿物组合缺少合适的温度计与压力计可用)。黑云斜长片麻岩变质过程的热力学模拟计算结果,与矿物温度计-压力计估算结论一致。黑云斜长片麻岩与斜长角闪岩的P-T轨迹基本一致,均包含近等温降压(ITD)的退变质片段,为典型碰撞造山环境下的“西阿尔卑斯型”P-T轨迹。变质高峰期的压力/温度比值(P/T)位于中压变质相系顶部、高压变质相系底部之间的过渡区。 锆石U-Pb年代学测试表明,黑云斜长片麻岩中变质锆石及锆石变质增生边记录了1825~1821Ma的谐和年龄,斜长角闪岩中的变质锆石及锆石变质增生边的不一致年龄介于1868~1828Ma之间。这些年龄数据代表赞皇变质杂岩区变质高峰期的地质时代。赞皇变质杂岩区记录的1.87~1.83 Ga期间的构造-变质事件,说明该变质区卷入了早元古代末期,华北克拉通东部陆块与西部陆块沿着其间的华北中部造山带发生的俯冲、碰撞及随后的快速隆升过程。