大同-集宁前寒武纪地质：变质作用与构造演化

关于变质作用的演化问题，在前面的讨论中已对部分变质期次的演化特征进行了介绍，本部分以地质时代为轴，讨论变质作用与构造演化的关系。如前所述，本次调查认为区内至少经历了5次变质作用的叠加与改造，其中新太古代五台期至少可划分为3期变质作用，其中最早的变质作用发生于阳高岩组内，第二次变质作用主要发生于大同-阳高岩浆岩带内，第三次变质作用与碰撞造山过程有关，造成了大同-阳高岩浆岩带和桑干岩浆岩带的变质变形，其变质程度可达角闪岩相。古元古代吕梁期也可划分为3次变质作用，其中第一次变质作用发生于古元古代的汇聚作用中，造成集宁岩群发生了高角闪岩相-麻粒岩相的变质，第二次变质作用可能与幔源岩浆上涌引发的集宁岩群重熔有关，引发了区内的超高温变质作用，第三次变质作用可能与地壳隆升有关，伴随着降温降压，早先形成的变质岩石再次叠加了绿片岩相变质作用。

1.新太古代五台期变质作用

新太古代五台期最早的变质作用发生于阳高岩组内，由于当时地壳较薄，还不够成熟，地下热流值较高，在这种高热环境下，阳高岩组随洋-洋或洋-弧俯冲进入下地壳可能发生了麻粒岩相的变质（新太古代末五台期第一次麻粒岩相变质），形成了含二辉铁英岩、暗色麻粒岩、石榴黑云斜长片麻岩等变质岩系，并可能发生了部分熔融，形成了葛胡窑片麻岩的源岩。但由于后期变质、变形的叠加改造，其变质特征已难以恢复，只可依据呈包体状产于葛胡窑片麻岩中的阳高岩组发育有与围岩斜交的片理，推测有该次变质作用的存在。

随着俯冲作用的继续，地壳横向增生，由洋-洋俯冲转化为洋-弧俯冲或洋-陆俯冲，形成了大同-阳高岩浆岩带以葛胡窑片麻岩为主的深成侵入岩组合。在岩浆侵位的同时，由于岩浆弧的高热环境，造成了在岩浆侵位不久就发生了麻粒岩相的变质（新太古代末五台期第二次麻粒岩相变质），从而形成了葛胡窑片麻岩以浅色麻粒岩为主的岩性组合，其总体上显示了高温麻粒岩相的变质特征，所伴随的岩石变形不明显，岩石区域性片麻理不发育，以块状构造为主，具有逆时针的p-T演化轨迹，说明其变质环境可能处于岩浆弧的构造背景。

五台期末，持续的俯冲作用使包括测区在内各岛弧之间、岛弧与微陆块之间的洋盆关闭消失，发生弧-陆碰撞或陆-陆碰撞，在本研究区内表现为研究区南部的恒山岛弧与大同-岩阳岩浆弧发生碰撞，引发了五台期第三次变质作用。此次变质作用造成了桑干岩浆岩带中的深成侵入岩发生了角闪岩相的变质，形成了普通角闪石+黑云母+斜长石+钾长石+石英的矿物组合，同时造成了岩石具深构相环境下的强烈韧性变形。另外此次变质作用还对新太古代以葛胡窑片麻岩为代表的大同-阳高岩浆岩带内的地质体产生了叠加变质和变形。

2.古元古代吕梁期变质作用(www.xing528.com)

进入古元古代后，沉积于阴山陆块被动陆缘之上的集宁岩群具有孔兹岩系的岩石组合特征，随着北侧阴山陆块与南部阜平陆块之间洋盆关闭消失，发生陆-陆碰撞，集宁岩群随俯冲板片进行中下地壳而发生吕梁期第一次高角闪岩相-麻粒岩相的变质，其峰期前阶段矿物组合为蓝晶石+石榴石+斜长石+石英，峰期阶段矿物组合为矽线石+钾长石+黑云母+石榴石+斜长石+石英，峰期后冷却阶段标志是前述峰期阶段形成的石榴石部分转变成为不定向黑云母。温压估算结果表明，近地表沉积的表壳岩当时已进入深度超过25～30km的下地壳，其瞬间地温梯度约为20～25℃/km。与太古宙地壳中普遍高热流值相比较，此值显示低异常，而且近地表成因的表壳岩进入如此大的深度也绝非一般地壳沉降过程中连续沉积和掩埋作用所能解释。所以此阶段必曾出现较强烈的构造加厚作用，同时引起地壳中热扰动，致使地温梯度呈低异常。联想到集宁岩群中紧闭同斜褶皱和研究区西北部出现的麻粒岩，推测碰撞作用背景下引起的构造堆垛可能是地壳增厚并造成集宁岩群进入下地壳发生麻粒岩相变质的主要机制。

此次变质作用也对五台期末变质形成的以葛胡窑片麻岩为代表麻粒岩系再次产生了麻粒岩相的叠加变质，主要表现为在M2变质作用所形成的角闪石、透辉石边缘或粒间发育有细粒的紫苏辉石、透辉石、斜长石交生体或在石榴二辉麻粒岩中石榴石和相邻的单斜辉石周围形成蠕虫状的紫苏辉石、斜长石和少量透辉石、石英及磁铁矿后成合晶，在不含石榴石的二辉麻粒岩中也出现由蠕虫状紫苏辉石+斜长石+磁铁矿组成的球颗状后成合晶，同时岩石中单斜辉石也被细粒紫苏辉石和透辉石所包围。

进入古元古代吕梁中晚期，随着碰撞造山作用的持续，构造体制由持续挤压环境转换为后碰撞伸展构造环境，加厚的地壳不稳发生拆沉作用，造成幔源岩浆上涌并侵入集宁岩群，集宁岩群在受热状态下发生大规模的重熔作用，形成了强过铝花岗岩类。在持续加热状态下的集宁岩群、强过铝花岗岩类发生超高温变质，为区内吕梁期第二次变质。已有的年代学数据表明，超高温变质作用峰期变质时代为1920Ma左右，降压退变质时代为1850Ma左右，经历了初始近等压冷却，随后近等温降压的逆时针退变质过程。

大量的同位素测年成果表明，在18.5亿年左右发生了绿片岩相的变质作用，区内本期变质作用发生的机制可能与造山后大陆的伸展抬升有关，其构造运动造成了地壳深部的以葛胡窑片麻岩为代表的麻粒岩地体逐渐抬升到浅表层次，与其近同时发生的变质作用表现为先期的片麻岩和地层普遍遭受了低绿片岩相的退变质，并对后期侵入的花岗岩发生了区域低温动力变质作用。变质矿物组合为绿泥石+绢云母+石英，绢云母+钠长石等，局部地段出现了黑云母+斜长石+石英组合。变质温压条件为T=270～300℃，p=0.5～0.8GPa。随着吕梁运动的结束，华北早前寒武纪克拉通形成，并进入伸展构造体制，导致基底抬升，从而结束了本区的区域变质作用。随后进入中元古代演化阶段，产生裂陷、基性岩墙群和非造山岩浆活动。