冀北红旗营杂岩多期变质作用:古元古代俯冲/碰撞—晚古生代伸展—早中生代挤压的记录

冀北红旗营杂岩记录了从古元古代到早中生代多期构造-热事件,并可能存在支持古元古代洋壳俯冲的关键证据,但是对其形成时代、变质演化历史和大地构造属性等众说纷纭.本文以总结红旗营杂岩变质作用和年代学研究为基础,探讨其复杂的多期构造演化过程.红旗营杂岩包括表壳岩、赤城混杂岩和正片麻岩三个岩石-构造单元.正片麻岩以古元古代(1.87～1.82 Ga)花岗闪长岩-二长花岗岩-正长花岗岩为主,出现少量新太古代(2.55～2.53 Ga)英云闪长质-花岗闪长质片麻岩.赤城混杂岩为典型蛇绿混杂岩,由退变榴辉岩(斜长角闪岩)和橄榄岩块体以及变质沉积岩组成,形成时代可能＞1.88 Ga.表壳岩主要包括不同变质程度的碳质碎屑岩-碳酸盐岩和少量火山岩,可能形成于2.1～2.0 Ga.综合分析赤城混杂岩中的退变榴辉岩、斜长角闪岩和凤山地区含十字石石榴云母片岩的变质作用演化,可划分出5期变质作用.第一期变质作用(M1)存在于凤山地区的云母片岩中,为中压型,顺时针型p-T轨迹,峰期变质条件为1.0～1.1 GPa/＞780 ℃,变质时间为约1.95 Ga.第二期变质作用(M2)见于退变榴辉岩中,顺时针型p-T轨迹,包括升温升压至峰期和峰后等温降压演化阶段,峰期p-T条件为＞2.2 GPa/约750 ℃,地热梯度约为9 ℃/km.尽管退变榴辉岩中多数锆石限定晚古生代变质年龄,但榴辉岩相变质作用时间应＞1.88 Ga.第三期变质作用(M3)出现于凤山地区的云母片岩中,以含十字石组合叠加在M1高级变质组合为特征,顺时针型p-T轨迹,峰期变质条件为0.6～0.7GPa/610～630 ℃,变质年龄约为1.88 Ga.第四期变质作用(M4)出现于赤城混杂岩的斜长角闪岩中,由早期榴辉岩组合叠加变质形成,显示"大于号"形p-T轨迹,包括峰前减压升温和峰期后减压冷却变质过程,峰期p-T条件为0.5～0.7 GPa/780～830 ℃,地热梯度约为35 ℃/km(低压型),变质时间为晚古生代(354～289 Ma),并伴随广泛深熔作用.第五期变质作用(M5)以局部叠加绿片岩相组合为特征,为顺时针型p-T轨迹,推测变质作用时间为255～234 Ma.M1中压型变质作用与在华北克拉通西部2.0～1.95 Ga发生的碰撞造山事件有关;M2高压型变质作用与沿华北克拉通北缘1.95～1.88 Ga期间发生的洋壳俯冲有关,是支持现在样式板块构造启动的有力证据之一;M3中压型变质作用指示在华北克拉通北缘于1.88～1.83 Ga期间发生的另一次碰撞造山事件;M4低压型变质作用为晚古生代华北克拉通北缘区域伸展所致;M5低温型变质作用与沿索伦缝合带发生的碰撞闭合事件有关.可见,红旗营杂岩5期变质作用记录了古元古代碰撞-俯冲-碰撞、晚古生代伸展和早中生代挤压的复杂构造过程.红旗营杂岩在经历古元古代俯冲-碰撞事件之后位于不同地壳深度.西部红旗营表壳岩和赤城混杂岩位于中-下地壳层次,其中锆石记录了 1.72～1.66 Ga、约450 Ma、354～289 Ma和255～234 Ma等多期热事件;而东部凤山地区表壳岩则位于中-上地壳,缺少后期热事件的锆石和独居石年龄记录.