８６ 引言 黑龙江佳木斯地块主要由麻山杂岩 黑龙江杂岩和一些 Ａ Ｐ Ｓ 岩石学报 ８ 区域地质 黑龙江鸡西市西南方向麻山 柳毛一带产出一套富含石 晚古生代花岗岩组成 图 在以往的研究中 麻山杂岩 墨 夕线石等非金属矿物的变质岩系 日人浅野五郎 ４ 或麻山群 往往被当作一个整体 认为其经受了中 高级

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1 /2012/028(09) ActaPetrologicaSinica 岩石学报 麻山杂岩的两种变质作用及其与花岗岩的关系 1 任留东 1 王彦斌 1 杨崇辉 1 赵子然 2 郭进京 3 高洪林 RENLiuDong 1,WANGYanBin 1,YANGChongHui 1,ZHAOZiRan 1,GUOJinJing 2 andgaohonglin 3 1. 中国地质科学院地质研究所, 北京 天津城市建设学院, 天津 北京大学地球与空间科学学院, 北京 InstituteofGeology,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China 2.TianjinInstituteofUrbanConstruction,Tianjin300384,China 3.SchoolofEarthandSpaceSciences,PekingUniversity,Beijing100871,China 收稿, 改回 RenLD,WangYB,YangCH,ZhaoZR,GuoJJandGaoHL.2012.Twotypesofmetamorphism andtheirrelationships withgranitesinthemashancomplex.actapetrologicasinica,28(9): Abstract TwotypesofmetamorphismhavebeendiscernedfromtheMashanComplexintheJiamusiBlock,HeilongjiangProvince, northeasternchina.thelocalearliergranulitefaciesmetamorphism(m 1 )wasaccompaniedbyfluid absentanatexis(>530ma).the subsequentwidespreadmagmatismwasresponsiblefortheintensivemigmatization(500ma)andcorespondinglateamphibolitefacies metamorphism(m 2 ).TheformerisactualythehighgradeMashanGroup(s.s.)andthemetamorphicrocksaredominatedby residualmasivesorenclavesscateredinlatemigmatiticgranites.thechangefromamphibolitetogranulitefaciesisnottransitionalor progresive,suggestingthegreatdiferenceofthetwokindsofmetamorphism.themigmatizationwasprobablyfluid richandmade substantialretrogradedalterationtotheearlier dry metamorphics,accountingforthecomplicatedtexturesoftherocks.inaddition, theemplacementofthefluid bearinggranitesmayresettheu Pbsystemofthezirconsformedinearlierhigh grademetamorphismand therealmetamorphicagescouldbehardlymeasured.forthemetamorphism granitesequence,themashancomplexisrathersimilarto thatoftheprydzbaybeltofeastantarctica.inbothareasthedeformation metamorphism werecloselyfolowedbygranites.the diferenceisthattheintensityoflategranitizationvariesinthetwoareas.alongthesouthernmarginofthesiberiancratonandsome microcontinentsinthecentralasianbeltoccuredsometectono thermal magmaticeventssimilartothataroundthegondwanamargin. Thatistosay,theJiamusiBlockandotheranaloguesintheCentralAsianbeltaretectonicalysimilartothePan Africanbeltsinthe Gondwana,thoughtheymaybelongtodiferentdomainsinancientcontinentconfiguration. Keywords Metamorphism;Granite;Zirconages;MashanComplex;EastAntarctica;Gondwana 摘要在黑龙江佳木斯地块麻山杂岩中识别出麻山杂岩中具有两种类型的变质作用 : 早期局部的麻粒岩相变质作用 (M 1 ) 和伴随的无水深熔作用 (>530Ma), 即狭义的麻山群高级变质作用, 变质岩多以残留块体形式散布于后期混合岩或花岗岩之中 ; 麻粒岩相变质之后由于广泛的岩浆活动, 造成了强烈的混合岩化作用 (500Ma) 和相应大范围的晚期角闪岩相变质作用 (M 2 ) 角闪岩相和麻粒岩相变质并非带状递进变化, 而是在时空上均有差异的两种变质作用 混合岩化过程中的富水流体对早期 干 岩石进行了明显的退变质改造, 从而造成高级变质岩变质结构的复杂性 此外, 含水花岗岩的侵位对先期麻粒岩相变质成因锆石同位素体系有重置作用, 使得早期的变质年龄难以测定 麻山杂岩的变质 花岗岩关系与东南极普里兹带有类似之处, 在变形 变质之后迅速发生了构造体系的转换, 出现了新的岩浆活动, 只是花岗岩发育强度有所不同, 反映了两地构造演化细节上的差异 西伯利亚古陆南缘及中亚造山带内部的一些微陆块发生了与冈瓦纳陆块内泛非事件类似的构造 热 岩浆事件, 因此, 中亚造山带内部的佳木斯地块及其他类似的微陆块与冈瓦纳古陆边缘活动带具有相似的构造性质 关键词 中图法分类号 变质作用 ; 花岗岩 ; 锆石年龄 ; 麻山杂岩 ; 东南极 ; 冈瓦纳古陆 P ;P 本文受国家自然科学基金 ( ) 和中国地质调查项目 ( ) 联合资助. 第一作者简介 : 任留东, 男,1965 年生, 博士, 研究员, 从事变质岩岩石学和南极地质研究,E mail:ldren@cags.ac.cn

2 ８６ 引言 黑龙江佳木斯地块主要由麻山杂岩 黑龙江杂岩和一些 Ａ Ｐ Ｓ 岩石学报 ８ 区域地质 黑龙江鸡西市西南方向麻山 柳毛一带产出一套富含石 晚古生代花岗岩组成 图 在以往的研究中 麻山杂岩 墨 夕线石等非金属矿物的变质岩系 日人浅野五郎 ４ 或麻山群 往往被当作一个整体 认为其经受了中 高级 ３ 将其命名为麻山统 认为可与 转引自李德荣和党延松 中 低压类型的变质作用 麻山群孔兹岩系主期变质作用在 印度 斯里兰卡等地的孔兹岩系进行对比 中国科学院黑龙 区域上可以划分出角闪岩相和麻粒岩相两个变质带 区域上 江流域综合考察队 ６ ３ 小兴安岭分队 ６ 调查期 不同的变质级别被当作变质分带的结果 如姜继圣 间将其改称麻山群 转引自吴昌华 ６ 黑龙江省区域地 高角闪岩相 麻 麻粒岩相带内的岩石先后经历了低角闪岩相 质志 ３ 将鸡西 林口地区的含石墨富铝的麻粒岩相变质 粒岩相变质等不同的递增变质阶段 事实上 从变质程度上 岩系称为麻山群 地层典中将其归入古元古代 并称之为麻 可分出至少两种类型 一种为麻粒岩相变质部分 如鸡西西 山岩群 吴昌华 ６ 其主要的变质事件发生在约 Ｍ 南柳毛石墨矿附近的麻山杂岩 另一部分仅达角闪岩相变 之前 Ｗ 而将勃利 萝北地区 大 盘 道 地 质 如桦南和萝北附近的麻山杂岩 刘静兰 ８ ８ 提出麻山 区 以黑云斜长变粒岩夹含磁铁石英岩为主的变质岩系称兴 地区变质岩系的原岩和变质作用特征均不同于佳木斯地块 东群 经历了早古生代花岗岩活动 吴福元等 Ｗ 范围内其他地区的原麻山群 鸡西麻山群是高级变质区 其 ３ 刘建峰等 和 Ｍ 晚泛非期 的变质 余麻山群相当于花岗 绿岩带 作用 温泉波等 ８ 麻山群和兴东群之间相隔 ３ ｋ ｍ的花岗岩带 尽管两 地均有石墨矿 但彼此的变质岩石组合 原岩建造 变质作 柳毛 用 花岗岩类型和构造变形样式均有明显差异 鸡西 地区为轴向近东西的复背形构造 核部变质程度最深 已达 麻粒岩相 姜继圣 卢良兆等 ６ 而勃利 林口地 区则为近南北向的片麻岩穹窿 花岗质片麻岩穹窿区 穹窿 白云母 ±夕线石 ±石榴子石 区内部属低角闪岩相 黑云母 ±石墨 周边则为低压绿片岩相 以片岩为主 靠近花岗片 麻岩局部可见石榴子石 夕线石和红柱石 黑云母 白云母 ± 石榴子石 ±十字石 ±红柱石 卢良兆等 ６ 万 区调和一些研究把二者统归麻山群 然而 这些岩石中强烈 的构造置换和改造表明 简单的地层层序概念不能适用于该 区的研究 为此 Ｗ 把鸡西麻山群 或狭义麻 山群 下称鸡西麻山杂岩 花岗质片麻岩穹窿区和兴东群统 称 麻山杂岩 在兴凯地块中 位于虎林市虎头镇的杂岩主要由麻粒岩 相变质的夕线石榴片麻岩 碳酸盐岩 长英质片麻岩和石榴 为石榴花岗岩 虎 花岗岩组成 其中主体岩石 超过 ７ 头镇的杂岩在岩石建造 变形 变质性质及时代等方面与麻 图 麻山杂岩地质简图 据吴福元等 修改 山杂岩非常一致 因此 虎头杂岩被认为是麻山杂岩的一部 麻粒岩相麻山杂岩 角闪岩相麻山杂岩 ３ 黑龙江杂岩 ４ 石 分 兴凯 地 块 是 与 佳 木 斯 地 块 相 互 关 联 的 统 一 地 质 体 炭纪花岗岩 Ｗ ８ Ｚ ｕ ｂ 周建波等 Ｆ Ｓ ｍ ｍ Ｍ Ｃ ｍ 在这里虎头杂岩一并当作麻山杂岩的一部分对待 Ｈ ｊ Ｐ Ｗｕ Ｍ Ｃ ｍ ｕ Ｍ Ｃ ｍ ｍ ｂ ３ Ｈ ｊ Ｃ ｍ ４ Ｃ ｂ ｕ 通过实际观察 我们注意到 两种变质类型可表现出完 ３ 两种变质类型的比较 从变质作用的强度来看 麻山杂岩可分出两种类型的变 全不同的变质 深熔作用特点 本文即试图区分这两种变质 质 麻粒岩相和角闪岩相 其中麻粒岩相变质限于鸡西 穆棱 作用 并对其所代表的地质意义分别讨论 牡丹江 林口 勃利之间 袁庭佐和马家骏 其余的麻 山杂岩基本为角闪岩相变质 研究发现 这两种类型的变质

3 任留东等 麻山杂岩的两种变质作用及其与花岗岩的关系 ８７ 相不仅在变质程度上有所差异 在变质 深熔类型等方面亦 尤其是混合岩中具有黑云母 斜长石 石榴子石 ±角闪石 且 有重大不同 ｂ 少量 有黑云母 角闪石 石榴子石的形成顺序 图 ４ 出现的斜长角闪岩基本产出于角闪岩相变质区 而不是麻粒 ３ 变质作用的特征 岩相变质区 以孔兹岩系为主的麻粒岩相带主要分布在鸡西地区的 高 低 角 闪 岩 相 变 质 温 度 分 别 约 为 ６ 和 西麻山 柳毛 三道沟 滴道等地 在勃利及林口以西也有少 ６ ７ＧＰ 相应矿物组合在变质峰期 变质压力为 在花岗岩中可见麻粒岩相片麻岩包 量出露 姜继圣 期间保持稳定 曹熹等 柴进和刘树友 体 图 ｂ 该带最主要的特征是紫苏辉石 富钙方柱石 硅灰石 柱晶石和堇青石等一些高温变质矿物的出现 变泥 质岩中出现夕线石 钾长石和堇青石 紫苏辉石组合 图 ３ ３ 深熔作用的性质 在麻山杂岩的麻粒岩相变质部位 发育特征的与高级变 石榴子石 夕线石和石英可反应生成堇青石 尖晶石 图 ３ｂ 质有关的脱水深熔作用 具体表现为形成细窄的浅色条带 麻粒岩相变质成因堇青石 钾长石之后出现与混合岩化作用 和谐状浅色体 富石英 钾长石 贫斜长石 即石英 钾长石 有关的熔体结晶结构 如斜 长 石 自 形 晶 及 钠 长 石 净 边 图 ３ 常见退变质叠加改造 如麻山区北部可见早期夕线石 榴钾长片麻岩矿物组合 夕线石 石榴子石 堇青石黑 ±云母 石英 磁铁 矿 被 晚 期 组 合 黑 云 母 石 英 绿 泥 石 所 叠 加 图 ±斜长石 ±黑 云 母 ±石 榴 子 石 组 合 任 留 东 等 图 ３ Ｍ Ｓ Ｑ ｚ Ｋ Ｍ 脱水部分熔融 Ｇ 水缺乏的熔融温度远高于固相线之上 主要涉及含水矿 ３ 在晚期叠加组合中 可形成特征的蠕英石 钠长石净边 物如白云母 黑云母和角闪石的分解 所形成的熔体量可以 早期变质矿物石榴子石 夕线石被后期花岗质 结构 图 ３ 以上 Ｃ ｍ ８ ４ 大大超过流体相存在情况 达到 ３ 熔浆所溶蚀 图 ３ 下形成的熔体 该麻粒岩相变质的温度范围大致可以通过 Ｈｂ Ｑ ｚ 地壳中大多数花岗岩的产生与脱水熔融反应有关 但这 Ｏ Ｃ Ｐ ＨＯ Ｂ Ｑ ｚ Ｈｙ Ｋ ＨＯ以及 Ｇ Ｓ 种反应多发生在高角闪岩相 麻粒岩相变质条件下 往往伴 Ｑ ｚ Ｃ 的反应曲线判定 矿物缩写采用 Ｋ ｚ ８ ３的 随部分或多数上述无水 干 矿物的出现 Ｂ ｗ ７ 特 Ｂ和 Ｃ Ｏ 温压计估算出峰期变质温度 方案 通过 Ｇ 征是出现大量的石榴子石 堇青石 辉石和钾长石 即典型的 约达 ８ ８ 压力为 ７ ４ＧＰ 并具有顺时针的变质 ＰＴ ｍ 由于深熔所需要的水来自 无水深熔作用 Ｋ 轨迹 而由石榴子石 堇青石压力计计算的压力只有 ４ 于含水矿物的分解 相应形成的熔体通常少水或缺水 钾长 ＧＰ 表明在堇青石结晶期间 压力显著降低 姜继圣 石 斜长石之间可有蠕英石 不见钠长石净边 如东南极拉斯 在佳木斯地块北部地区以角闪岩相变质为主 图 主 曼丘陵 任留东等 和华北克拉通北缘孔兹岩带高级变 质的情形 Ｓ ７ 只有当花岗岩较富水时 才 要分布在鸡西地区的石场 龙山以南至吉祥 光义等地 在林 会形成典型的钠长石净边结构 任留东等 Ｒ 口县大盘道 萝北 桦南 牡丹江以及依兰县城倭肯河桥头也 因此 麻山杂岩中具有斜长石的钠长石净边结构的 有出露 绝大部分属于低角闪岩相 局部高角闪岩相 变质 早古生代花岗岩不是来自于与高级麻粒岩相变质有关的无 泥质岩中普遍含红柱石 夕线石和石榴子石 长英质片麻岩 水深熔作用 而是相对独立的后期花岗岩侵位活动 花岗岩 图 麻山杂岩的花岗岩中可见麻粒岩相片麻岩包体 约 Ｍ花岗岩中产出夕线石榴尖晶堇青片麻岩包体 余庆村北 ｂ 约 ６Ｍ花岗岩中产出夕线石榴片麻岩包体 楚山岩体 Ｆ Ｇ ｕ Ｍ Ｃ ｍ ｍ Ｍ ｂ ｍ ６Ｍ Ｃ ｕ Ｍ

4 Ａ Ｐ Ｓ 岩石学报 ８ ８８ 图 ３ 麻山杂岩的显微结构 早期高级变质与相关的花岗岩 高级变质片麻岩 经历了无水深熔作用形成夕线石 石榴子石和钾长石 Ｍ ４ 三道沟 ｂ 片麻岩包体中夕线石转化为堇青石 尖晶 石后成后成合晶 ｙ ｍ ＭＳ 余庆村北 参见图 深熔成因石榴子石 钾长石和熔体注入成因斜长石 斜长石自形晶及钠 长石净边 ｂ ｍ 钾长石共存于同一薄片内 Ｍ８ ６ 林口南 后期花岗岩侵入造成早期片麻岩中石榴子石转化为黑云母 ＭＳ 兴凯期花岗岩中的石榴子石捕虏晶 ＸＫ 虎头北采石场 兴凯期花岗岩中的石榴子石 夕线石捕虏晶 ＸＫ ４ 虎头 ８ 桥西 北采石场 Ｆ ３ Ｍ Ｍ Ｃ ｍ Ｅ ｍ ｍ Ｓ Ｇ Ｐ Ｋ ｗ ｕａｂ ｍ ｂ Ｓ Ｃ Ｓ ｙ ｍ Ｆ Ｇ Ｋ Ｋ ｕ Ｐｗ ｂ ｍ ｍ ｍ ｍ Ｇ Ｂ Ｋ ｕ Ｐ ｍ ｍｂ Ｓ Ｇ Ｐ Ｑ ｚ Ｘ ｋ Ｇ Ｋ Ｐ Ｓ Ｇ Ｂ Ｑ ｚ Ｘ ｋ Ｇ 的侵入还可使麻粒岩相变质组合产生退变质改造 图 ３ 在麻山杂岩的角闪岩相变质部位 则发育有水深熔作用 和大量的混合岩化作用 因体系中有一定量的水 在稍低温 但此时所形成的熔体多为奥长花岗质 而无 Ｋ Ｓ Ｂ共生 Ｐ Ｄ ｕ Ｈ ８ Ｚ 钾长石较少时则发生如下反应 时 有流体存在的条件下可以发生一致熔融 如低于 ７ Ｊ Ｈ ｚ ６ Ｗ ｋ ７ Ｑ ｚ Ｐ Ｋ ＨＯ Ｍ Ｑ ｚ Ｐ ＨＯ Ｍ ３ 该反应发生的温度比 高不到 并可涉及到黑云 母的分解

5 任留东等 麻山杂岩的两种变质作用及其与花岗岩的关系 ８ 图 ４ 麻山杂岩的显微结构 混合岩及晚期花岗岩 混合岩中黑云母被角闪石包裹 显示前者向后者的转化 ＭＳ 林口北 ｂ 与混合岩相伴的基性变质岩中角闪石沿边缘形成石榴子 石 后者又经受退变改造 ＭＳ ８ 大青背 晚期富钾长石脉体附近角闪石退变为帘石 榍石 ＨＳ ３８ ６ 火石山 晚期富钾长石脉体 近件单斜辉石退变为角闪石 ＨＳ ３ ８ ８ 火石山 二叠纪花岗岩中石榴子石 夕线石片麻岩退变为二云母 Ｍ ７ 楚山岩体中的片麻岩包 体 参见图 ｂ 二叠纪花岗岩中钾长石包裹自形斜长石 Ｍ７ ３ 楚山岩体 Ｆ ４ Ｍ Ｍ Ｃ ｍ Ｍ ｍ Ｂ ｍ ｂ ｍ ｍ ｂ Ｈｂ Ｐ Ｇ Ｔ Ｅ ｍ ｍ Ｈｂ Ｂ Ｐ ｍ Ｅ Ｔ Ｋ Ｃ Ｈｂ Ｑ ｚ Ｋ Ｇ Ｓ Ｂ Ｍ Ｐ ｍ Ｆ ｂ ｕ Ｋ Ｐ ｍ Ｂ Ｐ Ｑ ｚ ＨＯ Ｈｂ Ｍ ４ 此反 应 实 际 与 有 水 深 熔 作 用 Ｍ ｋ 相 当 图 麻岩 ＭＳ ８ 中 具有石榴子石 角闪石 黑云母 斜长石 石 英组合 图 ４ ｂ 与其相伴的花岗质脉体中斜长石可具自 形晶 反 映 了 典 型 的 岩 浆 结 构 特 征 Ｚ ｋ ７ Ｖ ４ Ｂ Ｐ Ｉ Ｑ ｚ±ｅ ＨＯ ｑ Ｈｂ Ｐ Ｉ Ｉ 富钾 花岗质熔体 ８ ８ 这种岩浆注入以早古生代花岗岩 混合岩为主 任留 东等 也不排除晚古生代花岗岩沿早期片麻理的注入 普遍存在的侵入接触关系及退变质反应结构表明 多数 形成浅色脉体 如柳毛南约 ｋ ｍ东麻山三道沟细粒花岗岩 花岗岩的就位不是源于原地深熔作用 而是外来岩浆的注入 ６ ４±８Ｍ 侵位于黑云花岗片麻岩 ＤＭ 岩浆年龄 ３± 活动 如牡丹江市东北方向 青梅镇大青背 含榴黑云角闪片 ８Ｍ 中 Ｗ ３ 虎林县火石山角闪透辉钾长片

6 2860 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2012,28(9) 麻岩 (06 H15) 中除约 500Ma 前的岩浆 变质记录外, 尚有约 260Ma 的岩浆锆石年龄, 后一数据被解释为碎屑锆石的年龄, 原岩的沉积作用晚于此时间 (Zhouetal.,2010a) 实际上, 该片麻岩最高已达高角闪岩相变质, 除黑龙江片岩外, 晚古生代以来佳木斯地 兴凯地块尚没有高角闪岩相变质的报道, 结合野外产状及镜下岩浆结晶结构推断, 该年龄很可能为晚古生代花岗岩岩浆的注入并结晶的锆石所致, 花岗质岩浆侵入的同时, 对早期高角闪岩相变质岩叠加了低角闪岩相的退变质作用 ( 图 4c,d) 4 麻山杂岩的变质作用与花岗岩的关系 4 1 高级变质作用与花岗岩形成时间的关系麻山杂岩中花岗岩主要有两期活动 :530~500Ma 和 270Ma( 吴福元等,1999;2001) 在柳毛 石场一带和新龙爪等地, 花岗岩 混合花岗岩和麻粒岩与高角闪岩相岩石密切共生 ( 黑龙江省地矿局,1993); 在柳毛 虎头地区局部的混合花岗岩中可含紫苏辉石, 大多数部位表现为中 高级变质岩孤立于 530~500Ma 的花岗岩之中 ( 图 2a,b), 使得麻山杂岩中变质岩的分布显得支离破碎 晚古生代花岗岩在麻山杂岩中大量分布 (270~254Ma, 吴福元等,2001), 该期花岗岩 属 I 型 ( 火山弧型花岗岩 ), 可能与黑龙江片岩高压蓝片岩相变质作用之前的岛弧活动有关 晚古生代花岗岩的隆起使得黑龙江片岩仅在其边缘出露 该花岗岩对麻山杂岩也有明显的肢解作用 ( 图 2b) 和退变质叠加改造 ( 图 4e) 由于多种类型 不同时代花岗岩的产出, 使得麻山杂岩中花岗岩与中 高级变质岩之间的关系较为复杂, 而其间关系的确定对于该区同位素年代的解释 地质演化史的建立均具有重要意义 通过大量的锆石 SHRIMP 及 LA ICP MS 年龄测定与分析 ( 表 1),Wildeetal.(1997,1999,2001,2003,2010) 和 Zhouetal.(2010a,b) 认为, 麻山杂岩中早古生代花岗岩形成于 530~510Ma, 随后发生 510~500Ma 的麻粒岩相变质作用, 即先发生岩浆活动, 之后才有主期变质作用 周建波等 (2011) 进一步总结, 在东北地区广泛分布的泛非期岩浆作用可大致分为两期 :550~510Ma 的石榴花岗片麻岩和 500~ 460Ma 的块状花岗岩侵入体 其中 550~510Ma 的石榴花岗片麻岩主要分布在佳木斯 兴安和兴凯地块 在虎头地区的石榴花岗片麻岩样品的岩浆锆石加权平均 206 Pb/ 238 U 年龄为 522Ma 和 515±8Ma, 锆石中变质边缘记录的 206 Pb/ 238 U 年龄为 510~500Ma, 即石榴花岗片麻岩亦遭受了 ~500Ma 变质事件的改造 也就是说, 兴凯地块中的虎头杂岩记录了早古生代岩浆和变质事件, 并与西部佳木斯地块麻山群的年龄相 表 1 麻山杂岩早古生代 SHRIMP 年龄 Table1 ColectionofgeochronologicaldataofthePhanerozoicoftheMashanComplex 岩性样品号产状年龄 (Ma) 备注解释来源 石榴麻粒岩 M1 柳毛石墨矿西部 502±8 变质峰期年龄 Wildeetal.,2001 含石榴石花岗岩 M3, 位于 M1 内的深熔脉体 柳毛石墨矿西部 502±10 变质年龄 Wildeetal.,1997;2001 片麻状变闪长岩 M4 柳毛石墨矿西约 2km 498±7 ( 核部 1460~530Ma) 麻粒岩相变质 Wildeetal.,2001 伟晶岩 黑云花岗片麻岩 M5, 弱变形, 侵入麻山杂岩 DM1 柳毛石墨矿西约 1km 柳毛南约 20km 的三道沟 530±11 或 500±15 498±16; 523±8 钾长斑状花岗岩 00 SAW 204 佳木斯西南约 30km 497±5; 515±8 前者弱振荡环 ; 后者为平均值 上交点年龄 ; 具振荡环 均质 模糊环 ; 具振荡环 岩浆 变质 ; 岩浆 变质 ; 岩浆 Wildeetal.,2003 Wildeetal.,2003 Wildeetal.,2003 夕线石片麻岩 96 SAW 012 三道沟夕线石矿 496±8 变质 Wildeetal.,2001 夕线石片麻岩 96 SAW 042 西麻山东北约 2km 490±15 变质 Wildeetal.,2001 石榴石麻粒岩包体 96 SAW 034 西麻山 500±9 变质 Wildeetal.,2001 石榴石花岗岩 96 SAW 033 西麻山 507±12; ~525 至 ~515 变质 ; 岩浆 Wildeetal.,2001 夕线片麻岩 06H 12 虎头镇西北 3km rim 490±4 Detrital 900to700Ma 变质 Zhouetal.,2010b 核部 522±5; 岩浆 ; 夕线石榴花岗片麻岩 06H 13 虎头镇乌苏里江边蚀变边 Zhouetal.,2010b 边部 510±7 变质夕线石榴花岗片麻岩 06H 14 06H 13 东北约 1km 515±8 无蚀变边岩浆 Zhouetal.,2010b 花岗斑岩 FW 虎头镇郊区 518±7; 499±10 锆石结构上难以区分 岩浆 ; 变质 Wildeetal,2010 花岗斑岩 FW 虎头镇以西 麻粒岩相变质 Wildeetal,2010 混合岩中花岗岩条带 M24 6 穆棱市南坨子沟 492 5±3 8 振荡环岩浆任留东等,2011 片麻状浅色花岗岩 MDJ 62 牡丹江 477±9; 486±3 变质 ; 岩浆 颉颃强等,2008a,b

7 任留东等 : 麻山杂岩的两种变质作用及其与花岗岩的关系 2861 吻合, 据此认为兴凯地块与佳木斯地块具有相同的泛非期变质基底 (Zhouetal.,2010a,b) 通过分析测定柳毛石墨矿西约 1km 侵入麻山杂岩的弱变形伟晶岩 (M5),Wildeetal.(2003) 给出 500±15Ma 的年龄, 这实际上是多种类型年龄数据的总平均值, 具有弱振荡环带的测点仅给出 530±11Ma 的相对集中年龄 柳毛南约 20km 东麻山三道沟黑云花岗片麻岩 (DM1) 的锆石振荡环带部位给出的年龄为 523±8Ma,Wildeetal.(2003) 认为其代表早期岩浆侵位时代, 而其中的 498±16Ma 为上交点年龄, 被解释成后期变质年龄 佳木斯西南约 30km 的钾长斑状花岗岩 (00 SAW 204) 具振荡环带锆石年龄为 515±8Ma, 属岩浆结晶时代,497±5Ma 的数据则测自深色 均质 具模糊环带的锆石部位, 被 Wildeetal.(2003) 解释为变质年龄 Zhou etal.(2010b) 在采自乌苏里江边的夕线花岗正片麻岩 (06H 13) 中获得锆石核部年龄 522±5Ma(MSWD=0 38), 边缘 510±7Ma, 分别被解释为岩浆 变质时代 上述资料中, 关于岩浆年龄的解释非常合理, 而变质年龄均来自于较深色的锆石 ( 铀含量高 ) 或经过重结晶的岩浆锆石, 可能有较大的不确定性 其实, 对于上述资料中的锆石年龄数据, 我们还可给出不同的解释 因为, 上述变质 花岗岩年龄关系与我们的实际观察并不一致 不论野外产状 ( 图 2a,b; 任留东等,2010) 还是镜下显微结构均显示早期脱水麻粒岩相变质作用 (M 1 ) 和深熔产物以残留体裹挟于花岗岩中, 后期的花岗岩浆活动对早期变质岩进行了退变改造, 即麻粒岩相变质在先 花岗岩在后, 如虎头镇附近具有石榴子石 夕线石捕虏晶的花岗岩中的斜长石可有钠长石净边结构 ( 图 3e), 夕线石 石榴子石被花岗岩包裹, 显示高级变质之后又有花岗岩岩浆活动 具明显斜长石净边结构的花岗岩水含量较丰富, 不大可能是由高级麻粒岩相变质晚期的无水深熔作用所形成 另外, 所测锆石基本为岩浆成因, 锆石的边缘很可能是含水花岗岩结晶过程中由于自身水热蚀变造成的自变质作用 (Corfuetal.,2003) 形成的, 应为岩浆晚期造成的锆石边缘 ; 或者属于岩浆晚期重结晶的锆石边, 而不是花岗岩之前的麻粒岩相变质的产物, 如虎头含榴花岗片麻岩锆石的边缘给出 510±7Ma(Zhouetal.,2010b) 此外, 对于一些典型的变质锆石, 如西麻山麻粒岩包体 (M 1 ) 的球形变质锆石年龄 502±8Ma 与围岩石榴花岗岩脉体 (M3, Wildeetal.,2001) 的岩浆锆石年龄 502±10Ma 几乎相同, 但是其未必代表麻粒岩相变质作用的时代, 可能与花岗岩峰期或其后的流体活动有关, 因为, 根据 Schalteggeretal.(1999) 的研究, 在富流体角闪岩相条件 ( 约 700, 远低于锆石的封闭温度 ) 下, 由于锆石晶格的退火或非均质化学交代引起的重结晶作用, 可使麻粒岩相变质成因的锆石给出更为年轻的重启年龄 Zhouetal.(2010b) 已经从含夕线石榴花岗岩岩浆锆石 变质锆石在 Th/U 比值和年龄方面的重叠探讨了岩浆锆石同位素体系被变质重启的可能性 实际上, 西麻山石榴石花岗岩 (96 SAW 033,Wildeetal.,2001) 中的锆石内核 ( 点 33 11,Th/U=0 50,481±8Ma) 与外缘 ( 点 33 12,Th/U= 0 09,487±8Ma) 的年龄基本一致, 的确反映了锆石年龄后期改造的可能性 从野外 显微镜下两方面的信息来看, 在变质之后依次侵位含榴花岗岩 (~530Ma) 和钾长斑状花岗岩 (518~ 515Ma), 麻山杂岩的高级变质作用时代应老于花岗岩的结晶年龄, 即大于 530Ma; 实际上, 花岗岩中夕线石榴堇青片麻岩包体 (96 SAW 034) 的 500±9Ma 变质年龄 (Wildeetal., 2001) 与围岩花岗岩年龄极为接近, 可能由于被后期侵位的花岗岩岩浆重置, 所获变质锆石测年结果与花岗岩结晶年龄基本一致 从表 1 可以看出, 石榴花岗岩集中于约 530Ma, 钾长斑状花岗岩 518~515Ma, 花岗岩峰期或其后的流体活动峰期发生在约 500Ma, 从而造成麻粒岩相 ( 球形 ) 锆石年龄也集中于此时期 4 2 角闪岩相变质及其可能的时代分析至于早古生代花岗岩 混合岩及相关的兴东群中 低压角闪岩相变质作用, 我们注意到, 混合岩中的变质岩条带与相对浅色花岗岩脉体往往具有非常相似的矿物组合, 如 Bt Pl Kfs±Hbl Qtz Ep Tit, 区别在于变质条带具典型的片麻状构造, 而花岗质脉体具花岗结构和熔体结晶的特征, 表明这些角闪岩相变质基本受花岗岩的限制或二者基本同时 测定花岗岩或注入式混合岩的年龄即可限定变质作用的时代, 如穆棱市河西三兴村麻山群混合花岗岩 (M24 6) 锆石具核 边结构, 锆石核部具典型的岩浆环带特征, 边缘则很窄 锆石结晶年龄 493±4Ma( 任留东等,2010) 花岗岩中约 500Ma 的独居石测年结果 ( 温泉波等,2008) 可能代表了角闪岩相变质作用的年龄, 同时反映了花岗岩本身的结晶时代 穆棱市河西乡片麻状花岗岩的年龄 486±3Ma 反映了混合岩化的时代, 锆石边部 477±9Ma 被认为代表变质事件的年龄 ( 颉颃强等,2008a); 牡丹江市以南 50km 的钾长花岗岩形成于 461±6Ma, 并受到 437±7Ma 的变质改造 ( 颉颃强等,2008b) 根据岩相观察及锆石形貌分析, 这里锆石边部的年龄既可能代表角闪岩相变质事件的产物, 也有可能是岩浆自身活动如自变质的结果 因为, 麻山杂岩在早古生代似乎难以发生诸如约 500Ma 477±9Ma 和 437±7Ma 多次变质事件, 比岩浆结晶年龄稍晚的年龄很可能亦代表了岩浆晚期自变质的时代或无意义的重启年龄 总之, 麻山杂岩中不同变质作用伴随不同时代的花岗岩, 高级麻粒岩相变质作用多伴随 550~510Ma 的石榴花岗片麻岩, 花岗岩的形成与高级变质 深熔作用没有直接联系, 而中级角闪岩相变质作用则与 500~460Ma 的块状花岗岩侵入体密切相关 高级变质作用老于 530Ma, 中级变质作用约 500Ma 至于高级区是否有 500~460Ma 的花岗岩 中级区是否有 550~510Ma 的花岗岩则需要进一步研究

8 2862 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2012,28(9) 5 讨论 关于麻山杂岩的最新研究, 均强调早古生代岩浆活动在先 变质作用在后 (Wildeetal.,1997,1999,2001,2003; Zhouetal.,2010a,b; 周建波等,2011) 与此顺序相对应, Wildeetal.(1999) 提出较晚的变质作用以降压分解和冷却为特征, 并起因于岩浆结晶作用和峰期后的岩石圈拆沉, 由此导致温压的降低 并强调, 温度最大时压力只有 0 5~ 0 6GPa( 中压 ) 的事实表明, 岩浆的贯入 ( 而不是地壳加厚 ) 是产生麻山群高温变质作用的原因 Lennon(1996) 和 Lennonetal.(1997) 还得出麻山群的进 退变质作用 PTt 轨迹相当接近, 既可以说是弱的顺时针, 也可以说是反时针, 即较为复杂的 PTt 轨迹 Wildeetal.(1999) 推测这种 PTt 轨迹起因于构造加厚期间的温压上升, 且在后期卸载期间温度达到最大值 由各种退变结构显示的快速冷却和降压要求地壳的剥露并不是简单的地壳剥蚀, 而更重要的是构造剥蚀的结果 (Cawoodetal.,1995), 可能是由于加厚岩石圈底部的移离及沉入软流圈, 导致造山带的快速上升与造山带崩塌 (Deweyetal.,1993;PlatandEngland,1994) 由此可以看出, 对于一些基本地质事实的观察和判断将直接影响到对麻山杂岩构造过程的解释 我们的研究和分析表明, 与高级变质相关的脱水深熔作用形成的花岗岩非常有限, 早期的麻粒岩相变质属于顺时针 PTt 轨迹 ( 姜继圣, 1992) 有较为可靠的岩相证据 麻山杂岩中的后期花岗岩化 ( 包括混合岩化 ) 对先期变质岩的分布或产状具有重大影响, 可以说, 高级变质岩是一些花岗岩 海洋 中或大或小的包体, 在花岗岩浆侵位过程中的高级变质岩又遭受了明显的退变质改造 区域上广泛分布的花岗岩及混合岩化作用则是含水的, 与其相伴随的多是角闪岩相变质作用, 同时对早期的高级变质组合进行退变质改造, 而不是早期变质作用的降压冷却 早期麻粒岩相变质与后期混合岩化作用及角闪岩相变质作用应是相互独立的两个构造或热事件 麻山杂岩的早古生代花岗岩虽然表现出一些 S 型花岗岩的特征, 但根据矿物组合 地化性质的综合分析, 更可能是富钾及钾长石斑晶的钙碱性花岗岩类, 属于 I 型花岗岩 ( 任留东等,2010) 早期的高级变质作用 脱水深熔作用与随后的含水花岗岩的侵入之间必然伴随着构造性质的巨大改变, 尤其是突然大量生成含水花岗岩的构造背景将是下一步需要研究的问题 东南极普里兹造山带出现于冈瓦纳古陆的内部, 相当于碰撞造山带 (Zhaoetal.,2003;Liuetal.,2006) 或陆内活动带 ( 如,Yoshidaetal.,2003), 该带主期变质略早于同期的岩浆活动, 在峰期变质之后的深熔形成一些花岗岩 (Carsonet al.,1997), 花岗岩中具有麻粒岩相变质矿物残留, 少有蚀变改造, 反映了花岗岩中较少的水分, 如东南极拉斯曼丘陵的进步花岗岩 (516Ma); 而 AmandaBay 的花岗岩 (498±7Ma) 和 LandingBluf 花岗岩 (500Ma)( 李淼等,2007), 具有明显的斜长石自形晶 斜长石具钠长石净边 ; 在 MunnroKer 花岗岩中还可见到黑云母向角闪石转化的结构, 均反映了花岗岩结晶过程中有相当量的水等挥发分 ( 任留东等,2010) 如其变质作用 花岗岩的先后顺序和转化与麻山杂岩的变质 花岗岩均较相似 不同的是, 南极地区后期花岗岩的规模较小 仅局部产出, 变质地质体中多保留早期的变质时代记录 (550~530Ma,Wangetal.,2008;Liuetal.,2009); 而麻山杂岩中麻粒岩相变质后的含水花岗岩较多, 在区域上占主导地位, 早期的变质年龄不易保留 麻山杂岩变质 岩浆的关系尤其是峰期变质发生的时代有必要进一步探讨 麻山杂岩的变质与混合岩化特征表明, 沿西伯利亚古陆南缘及中亚造山带内部的一些微陆块发生了与冈瓦纳陆块内泛非事件类似的构造 热 岩浆事件, 其锆石对于变质作用的记录与麻山杂岩十分类似 (Salnikovaetal.,1998,2001; Gladkochubetal.,2008; 李晓春等,2009), 在变形 变质之后迅速发生了构造体系的转换, 形成大量的岩浆活动, 如在中亚造山带东部阿穆尔微陆块变质杂岩获得的 U Pb 和 Sm Nd 资料表明, 传统上认为的前寒武基底角闪岩相变质作用实际上发生在 486±16Ma 至 444±10Ma, 并可与佳木斯地块相对比 (Salnikovaetal.,2001) 已有人提出, 中亚造山带部分微陆块属于东冈瓦纳 (Mosakovskyetal.,1993), 佳木斯地块 兴凯地块与冈瓦纳古陆的联系与对比也被提出 (Wildeetal.,2001,2003, 2010) 从现在掌握的资料看, 还较难判断佳木斯 兴凯地块是否与冈瓦纳古陆有直接关系, 但是, 至少在构造 变质和花岗岩演化及性质上, 中亚造山带内部的佳木斯地块及其他类似的一些微陆块与冈瓦纳古陆边缘活动带具有强烈的相似性 6 结论 通过对黑龙江佳木斯地块麻山杂岩的研究, 明确识别出麻山群两种类型的变质作用 : 早期局部出露的无水麻粒岩相变质作用 (M 1 ) 和伴随的深熔作用 (>530Ma); 晚期的混合岩化作用和相应的角闪岩相变质作用 (M 2,500Ma), 混合岩化基本是岩浆注入的结果, 而不是原地深熔作用所致 晚期混合岩化过程中的富水流体对早期 干 的麻粒岩相岩石进行了明显的变质改造, 从而造成麻粒岩结构的复杂性, 这种改造对先期麻粒岩相变质成因锆石有重置作用, 使得锆石的一些早期年龄不易测定 由于在时时间上分属完全不同过程的性质迥异的两种变质作用, 角闪岩相和麻粒岩相变质作用之间没有递进关系 东南极普里兹带地区的高级变质 花岗岩演化顺序与麻山杂岩的变质 花岗岩均较相似, 只是花岗岩发育强度有所不同, 反映了两地构造演化细节上的差异 不论佳木斯地块及其他中亚造山带微陆块是否来源于冈瓦纳古陆, 在构造性

9 任留东等 : 麻山杂岩的两种变质作用及其与花岗岩的关系 2863 质上, 这些微陆块与冈瓦纳古陆边缘泛非期的活动非常类似 致谢野外工作中, 黑龙江省第六地质勘察院的李林山高工和王斌工程师给予了大力帮助 ; 部分样品的信息和数据由中国极地研究中心和中国南北极数据中心建设的 极地标本资源共享平台 (htp://birds.chinare.org.cn/) 提供 ; 特此感谢 References BrownM Crustalmelting and meltextraction, ascentand emplacementinorogens:mechanismsandconsequences.journalof thegeologicalsociety,164: BureauofGeologyandMineralResourceofHeilongjiangProvince RegionalGeology ofheilongjiang Province. Beijing: Geological PublishingHouse(inChinese) CarsonCJ,PowelP,WilsonCJL anddirksphgm.1997.partial meltingduring tectonic exhumation ofa granulite terane: An examplefrom thelarsemann Hils, EastAntarctica. Journalof MetamorphicGeology,15: CaoX,DangZX,ZhangXZ,JiangJSandWangHD.1992.The Jiamusi Composite Teranes. Changchun: Jilin Science and TechnologyPres,1-224(inChinese) CawoodPA,VanGoolJAMandDunningGR.1995.Colisionaltectonics alongthelaurentianmarginofthenewfoundlandappalachians. 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