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华北克拉通桑干地区存在一条桑干构造带,位于五台杂岩以北,包括恒山杂岩与怀安杂岩南缘构成,主要由不同时代、不同岩石类型的钠质花岗岩、钾质花岗岩组成,其内广泛出露着透镜状以及席状或岩墙状基性高压麻粒岩、二辉麻粒岩。本文通过对花岗岩与基性麻粒岩的野外特征、岩石学、地球化学、锆石SHRIMPU-Pb年代学以及原位Lu-Hf同位素研究,得到如下几个认识:
1.钠质花岗岩岩形成于晚太古代2.5-2.55Ga,含石榴石钠质花岗岩(Ⅰ类)是新生基性下地壳熔融的产物,而淡色英云闪长岩(Ⅱ类)则来自俯冲洋壳的熔融,它们的成因反映了该区晚太古代岛弧增生的大陆生长模式。
2.钟质花岗岩可以明确的划分出三期不同的岩石成因类型,即早于基性麻粒岩原岩的深熔花岗岩(Ⅰ类)、与基性麻粒岩同期侵入的,具有向A型花岗岩演化特征的TTG重熔花岗岩(Ⅱ类)以及稍晚于基性麻粒岩原岩(Ⅲ类)侵入的A型花岗岩。它们分别形成于晚太古代2.5-2.7Ga和早元古代2.1-2.2Ga。Ⅰ类和Ⅱ类钾质花岗岩主要来自下地壳TTG片麻岩的熔融,Ⅲ类型花岗岩特征来自壳幔岩浆混合并经历了一定的结晶分异作用而成。花岗岩记录了该地区2.5Ga、2.1-2.2Ga和早元代1.9-1.8Ga等三次不同性质的构造热事件。
3.Ⅰ类钾质花岗岩锆石边部记录了晚太古代末期2.5Ga的麻粒岩相变质热事件。首次在华北克拉通发现2.5Ga最直接的麻粒岩相变质作用证据。证明冀西北地区存在2.5Ga的麻粒岩相变质作用,可能是晚太古代末期弧一陆碰撞或陆一陆碰撞引起的变质作用。
4.基性麻粒岩主要以透镜体、岩席、岩墙和包体存在于花岗岩之中。基性麻粒岩原岩地球化学特征显示为高铁拉斑玄武岩,来自地幔不同程度的部分熔融,并经历了一定的分异作用。具有岛弧和大陆拉斑玄武岩双重属性。这种特征可能是源区受到早期晚太古代俯冲交代的特征,也可能与陆壳混染有关。基性麻粒岩样品的Hf模式年龄集中分布在2.1-2.2Ga之间,εHf(T)=1-5,暗示它们来自亏损地幔源,侵位年龄应大于最大的变质年龄2.0Ga和小于最大的模式年龄2.2Ga。结合本文淡色钾质花岗岩锆石核部记录的2.15Ga的谐和年龄以及本文A型花岗岩2.1Ga左右的年龄,高压麻粒岩原岩应形成于2.2-2.1Ga,与本文黑云母花岗岩(第Ⅱ类)和A型花岗岩(第Ⅲ类)花岗岩为同次热事件产物。结合前人的工作,笔者认为该区在2.2-2.1Ga期间存在过有限的陆内裂陷活动。而高压麻粒岩样品中记录了2.0-1.9Ga和1.85-1.75Ga两次变质热事件的年龄。前者为裂陷盆地闭合碰撞的变质年龄,后者与地幔上涌导致的大规模地壳隆升热事件有关。
通过以上的研究,笔者对桑干地区提出如下地壳演化模式:(1)2.6Ga以前华北克拉通存在不同的陆块;
(2)2.6-2.5Ga集宁陆块与阜平陆块以岛弧增生方式生长并以弧一陆碰撞方式聚合,形成晚太古代五台、恒山杂岩,并引起麻粒岩相高级变质作用:
(3)2.2-1.9Ga拉张与闭合碰撞作用:2.2-2.05Ga桑干地区及其以西的丰镇地区,发生陆内裂陷,形成大量基性和酸性岩浆活动,并引起局部的变质作用;2.05-1.9Ga裂陷盆地闭合,同时孔兹岩受到西北方向太古宙基底的逆冲挤压,桑干地区高压麻粒岩、孔兹岩系发生高压麻粒岩相和麻粒岩相变质作用;
(4)1.85-1.75Ga华北克拉通基底岩石伸展隆升,地幔上涌,基底岩石普遍再次遭受麻粒岩相、角闪岩相变质作用叠加。