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研究区位于华北克拉通西北缘孔兹岩带中段的乌拉山-大青山地区,区内高级变质岩石集中分布于哈德门沟-桃儿湾-忽鸡沟-五当召-庙沟-大南沟-鸡灯湾—带呈东西向展布,是研究早前寒武纪华北克拉通基底形成及演化过程的重要窗口之一。该区出露的高级变质岩石主要为变质表壳岩(孔兹岩系)和变基性岩石,其中变质表壳岩系包括石榴夕线黑云二长片麻岩、夕线堇青石榴黑云二长片麻岩、含榴尖晶(夕线)黑云钾长片麻岩、(石墨)大理岩、(石榴)长英质粒状岩石等。变基性岩石包括基性麻粒岩和斜长角闪岩。典型的变泥质岩和变基性岩呈互层状产出,两类变质岩石具有协调一致的片麻理,变基性岩也可以不规则状的透镜体或变基性岩墙赋存于变泥质岩或花岗-闪长质片麻岩中。本文以记录了多阶段变质演化历史的夕线堇青石榴黑云二长片麻岩、石榴基性麻粒岩和斜长角闪岩为主要研究对象,重点研究其变质演化过程及其年代序列。岩石地球化学研究表明,乌拉山-大青山孔兹岩系的原岩主要是(富铝)粘土岩及少量杂砂岩,成分以长英质为主,其原岩在形成过程中可能有古老沉积物和年轻弧物质的加入。其REE配分型式与北美页岩(NASC)和上地壳平均成分相似。孔兹岩系岩石主要形成于有岛弧发育的活动大陆边缘环境,并经历了中等程度的风化作用。古元古代变基性岩的主量元素组成具有拉斑玄武质系列岩石的特征,其稀土总量较低,稀土元素配分型式主要为平坦型。富集大离子亲石元素Ba、Rb、 K,高场强元素Th、Nb、Ta、P存在明显负异常,Zr、Ti弱亏损,显示岛弧火山岩特征。古元古代变基性岩的原岩为岛弧拉斑玄武质岩石,可能在板块汇聚动力学背景下,形成于岛弧的构造环境。乌拉山-大青山变质杂岩中的孔兹岩系和变基性岩在古元古代晚期俯冲-碰撞-折返过程中均经历了四个变质演化阶段。其中,夕线堇青石榴黑云二长片麻岩中普遍发育“黑眼圈”反应结构,其早期进变质阶段(M1)的矿物组合以石榴石变斑晶及其核部包裹的细粒黑云母+夕线石+斜长石+石英±钾长石±钛铁矿矿物为特征；峰期变质阶段(M2)典型矿物组合为石榴石幔部+基质矿物(黑云母+钾长石+夕线石+斜长石+石英±钛铁矿±磁铁矿);峰后近等温减压变质阶段(M3)以围绕石榴石变斑晶周围发育含堇青石的“黑眼圈”后成合晶结构为特征,可能发生的反应有Gn+Sil+Melt→Crd+Bt+ Fe-oxide和Grt+Sil→Crd+Spl,并可见石榴石边部分解形成细长鳞片状黑云母、粒状斜长石和石英的后成合晶结构,可能的反应为Grl+Melt→Bt+Qz±Pl,M3阶段矿物组合为石榴石边部+堇青石+钾长石+斜长石+钛铁矿+石英±夕线石±黑云母±尖晶石±磁铁矿；晚期降温冷却变质阶段(M4)的矿物组合为黑云母+白云母+夕线石+斜长石+钛铁矿+石英+H2O,可能发生的反应是Sil+KfS+H2O→Ms+Pl+Qz.变基性岩(石榴基性麻粒岩和斜长角闪岩)早期进变质矿物阶段(M1)矿物组合为石榴石核部及其包裹的细粒单斜辉石+斜长石±石英;峰期麻粒岩相变质阶段(M2)代表性矿物组合为石榴石+基质矿物(单斜辉石+斜长石±石英);峰后近等温减压麻粒岩相退变质阶段(M3)以多种减压变质反应和斜方辉石的出现为标志,典型矿物组合为斜方辉石+单斜辉石+斜长石±磁铁矿±石英±角闪石；晚期角闪岩相退变质阶段(M4)以石榴石发生降温反应为特征,形成角闪石+斜长石+石英±磁铁矿的退变质矿物组合。结合相平衡模拟手段(P-T视剖面图的计算)来进一步限定两类变质岩石各变质阶段的温压条件。其中,孔兹岩系的早期进变质阶段(M1)温压条件为<780℃和目<9 kbar,峰期变质阶段(M2)温压条件为840～880℃和9~11 kbar,峰后近等温减压变质阶段(M3)温压条件为800～870℃和5~7.5 kbar,晚期降温冷却变质阶段(M4)的温压条件为<660℃和4.1-6.9 kbar。而变基性岩的峰期高压麻粒岩相变质阶段温压条件为780～830℃和11.1~11.8 kbar,峰后减压阶段的温压条件为815～865℃和6.2~8.0 kbar,晚期降温阶段温压条件为660～730℃和5.4～7.2 kbar。区内古元古代孔兹岩系和变基性岩石均显示近等温降压(ITD)型的顺时针P-T轨迹,指示经历了碰撞造山的构造环境。锆石U-Pb年代学测试结果表明,孔兹岩系中的变质锆石记录了～1950 Ma的(近)峰期变质时代、～1900 Ma的峰后近等温减压的变质时代以及～1850 Ma的晚期近等压降温的退变质时代,大量碎屑锆石年龄表明其原岩形成时代为2000～2100 Ma。变基性岩中岩浆成因的锆石记录了2450~2500 Ma,2100~2300 Ma, 1930~1970 Ma和～1850 Ma四期基性岩浆事件,代表了变基性岩原岩的结晶年龄,其变质锆石主要记录了～2450 Ma和1850～1950 Ma两期变质时代,其中后者可划分为～1950 Ma、-1900 Ma和～1850 Ma三个年龄阶段,分别对应(近)峰期、峰后减压和晚期降温变质阶段,与孔兹岩系岩石类似。综上所述,乌拉山-大青山变质杂岩曾卷入了古元古代阴山陆块和鄂尔多斯陆块之间的陆-陆俯冲、碰撞及随后的快速隆升过程,最终拼贴形成了统一的华北克拉通西部陆块。此外,在新太古代-古元古代晚期存在的多期基性岩浆事件以及高级变质事件可能是与活动大陆边缘岛弧环境下的碰撞造山以及后期的折返过程有关。