钦杭结合带加里东期榴闪岩超高压变质作用研究＊

姜 杨，陈志洪，谭桂丽，杨祝良，周效华，袁 强，余明刚，赵希林，段 政

（1 南京地质矿产研究所，南京 210016）（2 浙江省地质调查院，杭州 311203）

钦杭结合带是扬子与华夏两大陆块碰撞拼合形成的巨型构造带，大体沿钦州湾呈北东向延伸至杭州湾，全长近2000km。一般认为这两大陆块在晋宁期发生碰撞，至加里东期完全拼合形成完整的华南陆块。但关于晋宁运动与加里东运动的动力学机制与演变过程、两大陆块碰撞方式与构造演化、以及钦杭结合带的边界等，至今仍存在较大争议，这直接制约了对华南大地构造格局的全面认识［1－10］。

浙江省境内的江山—绍兴断裂带是钦杭结合带地质构造现象丰富、前寒武纪变质基底（主要包括陈蔡岩群和部分八都岩群）出露较广泛的地段（图1a），也是最早得到公认的结合带，蕴含着有关钦杭结合带形成演化的重要线索，一直以来都是国内外地学界研究和解剖华南大地构造的热点地区。该带内的龙游县八都岩群长英质片麻岩中首次发现了呈孤立小岩块出露的加里东期榴闪岩，推测其可能是由榴辉岩退变质形成的［12］。笔者等对龙游榴闪岩开展了系统的岩石学和矿物学、锆石U－Pb年代学和Hf同位素等分析，陆续取得一系列新成果。本文重点介绍龙游榴闪岩的角闪岩相进变质、榴辉岩相峰期变质和角闪岩相退变质阶段的矿物组合和变质温压条件，说明该榴闪岩确由榴辉岩发生角闪岩相退变质形成。江绍结合带加里东期超高压变质作用研究，对探讨华夏、扬子两大陆块碰撞拼贴时限与方式以及加里东运动的性质具有重大意义。

1 研究区概况

钦杭结合带江山—绍兴段沿线是浙江省前寒武纪变质基底的主要分布区，包括八都岩群和陈蔡岩群等，岩性有片麻岩、斜长角闪岩、变粒岩、大理岩和石英岩等（图1a）。研究区龙游县境内的变质岩系以副片麻岩为主，间夹斜长角闪岩（图1b）。该套变质岩在《浙江省区域地质志》中被归入陈蔡岩群［13］，之后的1：5万区调中曾单独建立龙游岩群❶，在地层清理时沿用《浙江省区域地质志》的地层划分方案，仍主要归入陈蔡岩群［14］。但胡雄健等提出龙游溪口地区变质岩层位相当于浙西南龙泉地区的八都岩群［15］；陈绍海等的研究也表明龙游地区的斜长角闪岩具有MORB的地球化学特征，与陈蔡地区典型的陈蔡岩群斜长角闪岩（岛弧型和洋岛型）明显有别［16］；加之片麻岩中普遍含石墨❶，具有八都岩群的岩性特征，近年来浙江省地矿系统倾向于将龙游溪口地区的变质岩系划归八都岩群。总之，龙游县境内的变质岩系研究程度不高，其原岩时代、变质时代及层位归属等，尚存在争议。本文沿用浙江省地矿系统新的划分方案，将其归入八都岩群。

图1 研究区区域地质简图（图b据文献［11］修改）Fig．1 Regional geological sketch map of the studied area

2 变质作用阶段及其温压条件

龙游榴闪岩的露头可见结晶粗大的矿物，主要由粗粒角闪石和石榴子石组成，其中石榴子石多呈团块状集合体产出，角闪石多呈类似辉石的近等轴短柱状，两种矿物含量基本相当，粒径一般在0．5～1．5cm，多数为1cm 左右（图2a）。

镜下观察显示，榴闪岩呈柱状粒状变晶结构，主要矿物为石榴子石（45%～50%）、角闪石（40%～45%）、斜长石（5%）及石英（±3%），并残留少量辉石，偶见黑云母、绿泥石和金红石（图2b）。石榴子石呈淡粉色粒状，表面裂纹发育，颗粒大小不一，一般在1～5mm 之间，多呈聚斑状产出；发育筛状结构，含较丰富的矿物包裹体，包裹体类型包括石英、斜长石、角闪石、磷灰石等（图2b、图2c），记载了早期进变质阶段的矿物共生组合和石榴子石的生长证据；石榴子石边部发育典型的斜长石与角闪石后成合晶结构，暗示岩石经历了强烈的角闪岩相退变质。角闪石有两类，其中一类颗粒较小，多与斜长石一起围绕石榴子石分布，单偏光下多呈黄绿色—黄色的多色性，与斜长石一起构成了石榴子石的反应边（图2b、图2c）；另一类则是保留辉石假象的角闪石，矿物颗粒较大，最大可达2～3 mm，多呈褐色－黄褐色的多色性，部分矿物颗粒中间亦可见少量辉石残留（图2b），反映角闪石为辉石后期退变而成。斜长石晶形以他形为主，聚片双晶结构发育，多填隙于其他矿物颗粒之间。岩石中亦可见钛铁矿周围包裹榍石等反应边结构（图2b），均是榴闪岩减压退变质的记录。值得注意的是，局部可见较为自形斜长石和角闪石，接触边界平直且三联点结构发育，并有少量他形石榴子石残留（图2d），反映岩石退变过程中局部已达到较为稳定的平衡状态。

根据上述岩相学特征分析，榴闪岩至少经历了角闪岩相进变质、榴辉岩相峰期变质和角闪岩相退变质三个阶段，各阶段的矿物共生组合详见下述。

为进一步确定榴闪岩不同变质作用阶段的矿物共生组合及单矿物化学成分并其计算温压条件，在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室利用JCXA733型电子探针仪进行了矿物成分分析，分析加速电压为15kv，电流20nA，分析结果见表1。

（1）角闪岩相进变质作用阶段

从石榴子石包裹的矿物推测，该阶段主要矿物共生组合为：斜长石＋角闪石＋石英，其他矿物可能包括磷灰石等。

图2 龙游榴闪岩露头和显微照片Fig．2 Outcrop and microphotographs of the Longyou garnet amphibolites

斜长石以钙长石为主，进行标准矿物计算后获得的An含量为74～82，Ab含量为15～24，Or含量极低（＜0．4）。在Smith的长石分类图解［17］中基本位于倍长石区域内（图3）。角闪石的SiO2含量均偏低（＜43．74%）、CaO 和TiO2含量较高（分别为11．78%～11．89%和1．02%～1．40%）；计算求得角闪石的Si为6．44～6．47，CaB＞1．88，TiOB＜0．12，而（Na＋K）A为0．31～0．38，在角闪石分类图解［18］中均位于铁普通角闪石区域，以富铁钙质角闪石为主（图4）。

图3 长石An－Ab－Or分类图解［17］Fig．3 Ab－An－Or discrimination diagram of feldspars

利用角闪石－斜长石－石英温度计［19］和角闪石Al压力计［20］计算获得的温压条件分别为719℃～795℃和7．56Kpa～8．30Kpa（表1）。

（2）榴辉岩相峰期变质作用阶段

图4 角闪石分类图解［18］（图例同图3）Fig．4 Discrimination diagrams of amphibolites

研究表明榴辉岩在后期退变质过程中，绿辉石将逐渐分解为透辉石和富钠质的斜长石，特别在强烈的角闪岩相退变质过程中，透辉石和富钠质斜长石会继续分解而难以保留［21］。本次岩相学研究表明，龙游榴闪岩中的角闪石残留有未完全发生分解的细粒透辉石，且获得了可靠的富钠质斜长石成分，证明榴闪岩曾发生过绿辉石分解为透辉石和富钠质斜长石的退变质过程。据此推断，榴辉岩相峰期变质作用阶段的矿物组合应为石榴子石（核部）＋绿辉石±石英。

电子探针分析表明，石榴子石（核部）具有较高的FeO 含量（＞28．69%），CaO 含量中等（8．81%和7．75%），MgO 和MnO 含量较低（分别为＜3．21%和＜0．87%），相应的铁铝榴石（Alm）分子分别为64．1%和64．5%，钙铝榴石分子（Gro）分别为21．5%和20．6%，镁铝榴石分子（Pyr）为12．7%和12．9%，锰铝榴石分子（Spe）基本＜2%，钙铁榴石分子（And）基本为0，反映石榴子石具有高铁的特征。单斜辉石各端元中En约31．9%和30．7%，Wo约为49．8%和49．2%，Fs 为18．3%和20．1%，在Wo－Fs－En分类图解中均位于透辉石区域（图略）。钠长石颗粒Ab含量＞85，An和Or含量很低（分别＜3和＜0．5）（图3）。

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利用石榴子石单斜辉石温度计［22］和石榴子石—单斜辉石—斜长石—石英压力计［23］计算，结果表明榴辉岩相峰期变质温压条件分别为668℃～821℃和26．42Kpa～33．46Kpa（表1）。

（3）角闪岩相退变质作用阶段

岩石在经历了榴辉岩相峰期变质之后，最终退变至角闪岩相，形成了以石榴子石＋角闪石＋斜长石±石英共生组合为主的榴闪岩；钛铁矿亦发生分解反应，析出铁质而形成榍石。

与峰期石榴子石（核部）成分相比，该阶段的石榴子石FeO 含量明显降低（＜27．82%）而CaO 和MgO 含量（分别为8．12%～9．81%和3．09%～3．99%）则略有升高；相应的铁铝榴石分子（56．3%～61．0%）明显降低而钙铝榴石（21．7%～29．6%）和镁铝榴石分子（12．0%～15．6%，）有所上升，锰铝榴石分子（Spe）和钙铁榴石分子（And）含量基本不变。

斜长石亦以钙长石为主，与进变质阶段的斜长石相比，CaO 含量升高而Na2O 含量降低，标准矿物计算结果表明其An含量为77～93，Ab含量为6～19，而Or含量极低（＜0．2），在Smith的长石分类图解［17］中位于倍长石钙长石区域内（图3）。

与进变质阶段形成的角闪石相比，退变质阶段形成的角闪石SiO2和FeO 含量略有降低而Al2O3含量则明显升高；计算得到的Si为6．18～6．46，CaB＞1．81，TiOB＜0．19，而（Na＋K）A为0．39～0．46，在角闪石分类图解［18］中基本位于铁普通角闪石钙质闪石区域（图4）。

利用角闪石—斜长石—石英温度计［19］和石榴子石—角闪石—斜长石—石英压力计［24］，估算角闪岩相退变质作用的温压条件分别为611℃～854℃和4．76Kpa～9．30Kpa；而利用角闪石—斜长石—石英温度计［19］和角闪石Al压力计［20］计算获得的温压条件分别为653℃～872℃和8．09Kpa～9．53Kpa（表1）。上述两种计算方法获得的温度范围差异不大，而压力范围则有较大差异。根据榴闪岩最终的矿物共生组合，选取前一种温压计计算方法获得的结果作为角闪岩相退变质的温压条件。

从上述角闪岩相进变质—榴辉岩相峰期变质—角闪岩相退变质过程的温压条件可以推断，岩石形成于高温超高压条件下，经历了近等温升压的进变质作用阶段至近等温降压的退变质作用阶段，具有顺时针的P－T－t轨迹，与典型的碰撞造山带的P－T－t轨迹一致［25］。

需说明的是，本次并未获得岩石经历了麻粒岩相退变质作用阶段的相关证据，但是角闪岩相退变质作用阶段的温压条件计算结果，部分已进入麻粒岩相区域，暗示岩石可能经历了麻粒岩相退变质作用阶段。

3 锆石U－Pb年代学

3．1 分析方法

锆石用人工重砂方法选出，然后在双目镜下挑纯，粘贴在环氧树脂表面，抛光后将待测锆石进行阴极发光（CL）图象分析。CL照相在中国地质科学院矿产资源研究所完成。锆石LA－ICP－MS测年在南京大学壳幔演化与成矿作用研究国家重点实验室完成，采用的仪器型号为Agilent 7500a，激光剥蚀系统为New Wave公司生产的UP213固体激光剥蚀系统，分析时激光束斑直径为30μm，激光脉冲重复频率为5 Hz；实验原理和详细的测试方法见文献［26］。ICP－MS 的分析数据GLITTER4．0 程序计算获得同位素比值、年龄和误差。普通铅校正采用Andersen的方法进行［27］，校正后的结果用ISOPLOT 程序（ver．2．49）完成年龄计算和谐和图绘制［28］。

3．2 测试结果

对榴闪岩（10BSST－1）共完成了28个锆石年龄的测定，分析结果见表3。标定测年锆石大部分为短柱状到长柱状，长／宽为1∶1～3∶1，颗粒大小约10～250μm。锆石的U、Th 含量极低（分别为16～81μg／g 和3 ～25μg／g），Th／U 比值为0．08～0．85（大部分＜0．4），属于典型的变质锆石［29］；阴极发光（CL）图象强度较弱，具变质锆石所特有的弱分带或面状分带特征（图5）。测年结果显示，28个测点的（206Pb／238U）加权平均年龄为454±4 Ma（MSWD＝0．6，n＝28），代表了榴闪岩的变质时代（图6），这与汪建国等报道的变质年龄（451＋8／－18）Ma基本一致［11］。

4 讨论

榴闪岩是高压变质的代表性岩石，既可由进变质作用形成，也可由退变质作用形成。高压进变质形成的榴闪岩见于秦岭造山带［30］、祁连造山带［31］等地；在苏鲁—大别造山带发现超高压相榴辉岩退变质形成的高压相榴闪岩［32］。龙游榴闪岩的变质时代为454±4Ma，经历了角闪岩相进变质—榴辉岩相峰期变质—角闪岩相退变质作用过程，说明江绍带加里东期曾发生深俯冲并快速折返。

表2 龙游榴闪岩的锆石U－Pb同位素分析结果Table 2 Zircon U－Pb isotope of the Longyou garnet amphibolites

图5 龙游榴闪岩锆石阴极发光（CL）图像Fig．5 CL images of zircons from the Longyou garnet amphibolites

图6 龙游榴闪岩的锆石U－Pb谐和图Fig．6 U－Pb concordia diagram of zircons from the Longyou garnet amphibolites

在钦杭结合带江绍段沿线，八都岩群和陈蔡岩群在空间上可共生，岩石组合和变质相也大致相似。不同的是，八都岩群的原岩可能主要属古元古代，而陈蔡岩群原岩主要属新元古代［15，33－37］。比较而言，对陈蔡岩群变质作用研究较多，如前人报道了陈蔡岩群变质岩的40Ar－39Ar坪年龄为415．1 Ma，反映其主变质时代属加里东期［38］；变质作用发生于中高温、中—低压条件下［39］，变质相大多达到高绿片岩相－角闪岩相，根据变质共生矿物对△18O 值得出变质温度为554℃～573℃，平均565±15℃［40］；亦有研究表明陈蔡岩群经历了低角闪岩相到高角闪岩相两个阶段的变质，前者温压条件分别为530℃～580℃和0．4Gpa～0．5Gpa；主变质晚期温度明显增高，出现高角闪岩相矿物组合，其温压条件估算分别为600℃～700℃和0．6Gpa ～0．8Gpa［41］。陈蔡岩群中石榴子石成分特征也反映其变质程度达到角闪岩相，根据镁在石榴石—黑云母矿物对的分配与温度关系计算，其变质温度为550℃～700℃，压力为400 MPa～800 MPa，相当于中压角闪岩相［42］。前人在陈蔡岩群变质岩中还发现少量多硅白云母等中—高压变质矿物［43－44］；通过对陈蔡岩群变质岩中角闪石的研究，提出存在麻粒岩相变质的迹象［39］。此外，还有研究表明，陈蔡岩群变质作用有从早期十字石—矽线石相向晚期低绿片岩相退变的过程［45］，结合遂昌已发现麻粒岩相变质作用［46］，龙游榴闪岩超高压变质作用可能反映研究区曾经历过较强烈的退变质作用过程。

如前所述，一般认为扬子和华夏两大陆块与晋宁期发生碰撞，之后发生裂解，至加里东期发生陆内造山事件导致两大陆块最终拼合而成统一的华南大陆［1－7，47］。有关华南陆内造山模式的主要依据包括：①华夏地块大规模分布的加里东期花岗岩以S型的过铝质花岗岩为主，缺乏后造山A 型花岗岩、钙碱性花岗岩等［7，48－49］；②区内缺乏反映加里东期古华南洋关闭事件的岛弧安山岩和蛇绿岩套等［7］；③华夏地区加里东期幔源岩浆活动微弱，鲜见同期火山岩和基性岩［6－7］，Wang et al．报道了华夏地块内部规模较小的4个基性岩体，将其解释为加里东期陆内造山作用的产物［50］；④华南缺乏加里东期高压超高压变质岩，仅局部见有高压麻粒岩相变质作用［46，51］。

然而，关于扬子和华夏两大陆块的碰撞拼合时间以及华南加里东运动的性质（陆内造山还是陆陆碰撞造山）始终存在重大分歧。如徐备等认为扬子和华夏板块于元古代晚期（震旦纪前）发生碰撞造山运动，加里东期又有一次碰撞事件［52］；王德滋和沈渭洲提出华夏地块与扬子地块之间至少经历了3次大的碰撞拼贴（晋宁期、加里东期和海西—印支期），相应形成了3期碰撞型花岗岩，并最终于印支期发生碰撞拼合［53］；彭松柏等则提出，云开信宜、高州一带加里东期基性侵入岩（392±53Ma）形成于俯冲－碰撞大陆边缘的火山弧构造背景，且是俯冲－碰撞后伸展－拆沉－底侵作用阶段的产物［54］；吴浩若亦提出志留纪早期江南海盆封闭，扬子地块和华夏地块之间形成加里东褶皱带，赣东北蛇绿岩带为加里东褶皱带和华夏地块之间的接合带［55］。

本次研究揭示龙游榴闪岩是榴辉岩退变质作用的产物，这是钦杭结合带内首次发现超高压变质作用，说明华夏和扬子两大陆块真正的碰撞拼贴应发生在加里东期。榴闪岩相对富Ti（＞2%）和Na（Na2O／K2O＞1．2）、高Nb含量（＞9μg／g），具有富铌玄武岩的地球化学特征，其锆石初始Hf同位素组成εHf（454 Ma）＝0．95～5．47（笔者暂未发表数据），推断其原岩可能为形成于大洋俯冲环境的基性岛弧岩浆岩，从另一方面佐证了榴闪岩原岩形成之时两大陆块之间可能仍存在强烈的洋－陆俯冲作用而尚未发生碰撞拼合。钦杭结合带超高压变质作用的厘定，说明加里东运动的本质为陆陆碰撞造山而非陆内造山，这对探讨华南的大地构造演化历史具有重要意义。

5 结论

（1）钦杭结合带龙游榴闪岩的变质时代为454±4Ma，经历了早期角闪岩相进变质、中期榴辉岩相峰期变质和晚期角闪岩相退变质三个阶段，具顺时针P－T－t轨迹；暗示其属于陆陆碰撞造山的产物。

（2）钦杭结合带内加里东期超高压变质作用的厘定，说明华夏和扬子两大陆块碰撞拼合发生在加里东期。

致谢：本研究得到肖庆辉、陆松年、邓晋福、潘桂棠等先生的指导，中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室吴春明教授和李晔博士在温压条件计算方面给予帮助，与浙江省地质调查院王孔忠高工、陈忠大高工、顾明光高工、汪建国高工和余盛强工程师进行过多次研讨，加拿大滑铁卢大学林寿发教授、南京地质矿产研究所邢光福研究员、沈加林高工、王存智助理研究员和洪文涛研究实习员等提供了有益的建议，在此一并表示诚挚谢意！

注释

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