
在中国东部大别-苏鲁造山带内出露的太古宇在大别地区的称为大别岩群(或大别杂岩)(沈其韩等,1996),在苏鲁地区的称为胶南表壳岩组合(程裕淇等,2003),它们均已受到后期高压-超高压变质作用的强烈改造。
1.大别杂岩
大别杂岩(包括桐柏杂岩)分布于皖西南、鄂东北和豫东南三省交汇的桐柏山—大别山地区,主体在皖鄂两省。大别杂岩北为晓天-磨子潭(霍山)大断裂,东为郯城-庐江大断裂,南为襄樊-广济大断裂,西为南阳断陷盆地,呈一巨大断块隆起出露。
在区域上大别杂岩没有稳定的标志层,据岩石类型、原岩建造和产状大致可分为以下三个系列。
长英质或花岗质片麻岩系列是一套以中粗粒为主的浅色岩系,构成大别杂岩的主体,约占出露面积的70%。岩性比较简单,常由含不等量(小于10%)黑云母、角闪石、白云母的斜长片麻岩、钾长片麻岩、二长片麻岩、混合花岗岩、混合质片麻岩和条痕状、条带状、眼球状、变斑状等多种类型的混合岩组成。有些学者认为它们的原岩相当于花岗岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩和英云闪长岩系列,是变质的深成侵入岩或深熔岩浆岩。大致相当灰色片麻岩。
变质镁铁质岩系列是一套暗色岩石,常在花岗质片麻岩中呈包体或残留体存在。岩性以斜长角闪岩为主,其次是变质超基性岩(有的伴生榴辉岩)和基性麻粒岩。它们约占出露面积的10%。
变质沉积表壳岩系列常以包体、包层或残留层的形式出现于长英质或花岗质片麻岩中,以含不同变质矿物(云母类、角闪石、磁铁矿等)的变粒岩、石英片岩和石英岩为主。原岩有泥砂质、泥质和钙质(或不纯钙质)的沉积岩,其中以变质泥砂质岩为主。变质钙质钙硅酸盐岩常以包层形式出现,有大理岩、白云石大理岩、石墨大理岩,含透辉石、透闪石、方柱石和橄榄石的大理岩、透辉石岩和透闪石岩等。有的大理岩中还含有榴辉岩。变质泥质岩比较少见,为含或不含矽线石、蓝晶石、红柱石、石榴子石、刚玉等的黑云片岩、云母片岩和石墨片岩。该系列主要出露于麻城-田风断裂以东地区,约占出露面积的16%~20%。所有表壳岩均受不同程度的混合岩化作用。变质程度以低角闪岩相为主,部分地段出现高角闪岩相、麻粒岩相。大别杂岩中花岗质片麻岩系列和部分镁铁质岩石系列的同位素年龄资料有:黑云钠长片麻岩锆石U-Pb法年龄为1344Ma(小河镇幅和大悟县幅地质图),片麻状花岗岩体两个锆石U-Pb法年龄为2290Ma和2076Ma(陈汉宗,1985),黑云斜长片麻岩和均质混合岩的锆石U-Th-Pb法年龄分别为2424Ma和1215Ma(陈汉宗,1987)。斜长角闪岩全岩Sm-Nd法年龄为2650±100Ma,其等时线年龄为1827±161Ma。大别杂岩与上覆的宿松群佛子岭群均为不整合接触。结合上述年龄资料,大别杂岩主体形成于新太古代至古元古代。
2.胶南表壳岩组合
该套岩石组合为经受了中高级变质作用的陆缘海相碎屑岩-碳酸盐岩沉积建造,以普遍含石墨及大理岩为主要特点。分布于造山带内江苏东海以北地区。前人曾分别将其划分为泰山群、胶东群、胶南群、荆山群和东海岩群。地层分布零散且规模较小,多呈透镜状-不规则状的包体或残片赋存于新元古代花岗岩质片麻岩中,包体长轴平行于围岩片麻理或糜棱面理走向。时代为新太古代—古元古代。根据主要岩性组成特征,可分为五套岩系。
a.斜长角闪岩系(Ar3JnA)。发育较差,面积不足0.2km2,仅见于日照市齐家沟及莒南双山子等地,呈不规则状包体或残片状赋存于新元古代花岗质片麻岩中。主要岩性为细粒斜长角闪岩、条带状细粒斜长角闪岩夹少量黑云变粒岩,原岩为基性火山岩,斜长角闪岩的锆石U-Pb同位素年龄值为2618.8Ma。
b.高铝片岩系(Pt1JnS)。分布于威海市城北及日照焦家庄子,以包体形式残存于荣成片麻岩套中。出露面积为4km2,岩性为含石榴矽线黑云片岩、黑云矽线片岩、黑云片岩、含石墨石榴矽线黑云片岩夹石榴矽线黑云变粒岩、蛇纹石化橄榄大理岩、透辉石岩等。其原岩为一套富铝粘土、泥砂质碎屑岩沉积建造。石榴黑云矽线片岩的锆石U-Pb同位素年龄值为1820.2~1986Ma。
c.大理岩系(Pt1JnM)。分布较为广泛,在胶南表壳岩分布区的各地均可见到,但主要见于乳山诸往、威海—荣成一带及莒南坪上—可乐坡一带。呈宽窄不等的条带状和呈大小不一、形态各异的透镜状分布于新元古代花岗质片麻岩中。岩性以大理岩为主,岩石组合具二分性,下部为透辉变粒岩段,上部为大理岩段。透辉变粒岩段主要岩性为黑云变粒岩、黑云角闪变粒岩,透辉变粒岩夹浅粒岩、透辉大理岩、透闪大理岩及透辉石岩等,地层最大厚度199.4m,大理岩段主要岩性以白云石大理岩、透辉白云石大理岩和大理岩为主,夹黑云变粒岩、中厚层石英岩、含硬玉石英岩、含蓝晶石英岩等,地层最大厚度为299.5m。原岩为一套富钙镁质成分的碎屑岩、泥灰岩、灰岩及粘土岩沉积建造。
d.变粒岩系(Pt1JnG)。分布于威海市、荣成市、乳山市、胶南市和日照市境内,呈大小不一,形态各异的条带状、透镜状残片包于新元古代花岗质片麻岩中,出露总面积近100km2。以变粒岩为主和含石墨为特征。主要岩石组合为石墨变粒岩。原岩为一套含钙泥质粉砂岩、沉积碎屑岩、泥质岩及泥灰岩沉积建造。黑云变粒岩和角闪变粒岩的锆石U-Pb同位素年龄值为1801~2279.2Ma。
角闪石为本区的重要造岩矿物之一,也是各种岩石中的贯通矿物;它们集中分布在超镁铁质变质岩和镁铁质变质岩石中。赋存的岩石类型主要为角闪辉石岩—辉石角闪岩、角闪二辉麻粒岩、二辉斜长角闪岩、含石榴子石辉石斜长角闪岩以及紫苏花岗质岩石等。角闪石在角闪质岩石或麻粒岩中含量(体积%)一般超过20%,有的可高达50%。和角闪石共生的矿物有斜方辉石、单斜辉石、斜长石等,少数角闪石包于辉石中或呈细粒集合体生长在辉石边部;所以角闪石至少有三个世代,即早于辉石的、和辉石同期的及晚于辉石的。在中酸性(黑云)斜长片麻岩或紫苏花岗岩类岩石中,角闪石的晶体大小、分布特征以及含量等变化都较大,常呈变斑晶出现,角闪石粒度可大于2mm,有时为细粒集合体环绕单斜辉石边缘分布,又被黑云母穿切(图版Ⅲ-5、6)。
部分角闪石和辉石的共生,说明在麻粒岩相变质条件下存在着大量的H2O流体,因为角闪石含有结晶水。
本区角闪石除了少量铁英岩中出现镁铁闪石外,其它均为钙质角闪石。主期形成(与辉石共生)的角闪石具明显的多色性:Ng呈褐绿色,Nm呈绿褐色,Np呈浅绿**,c∧Ng'=22°,常见波状和环带消光;稍晚形成的钙质角闪石多色性减弱,Ng=绿色,有的过渡到阳起石。
钙质角闪石化学成分的电子探针分析结果(表4-5)显示,它们的总含量多介于96%~98%之间,可推测角闪石中含2%~4%的结晶水。
表4-5 角闪石化学成分分析结果(wB/%)
注:电子探针分析结果,由中国地质大学(北京)和中国地质科学院矿床地质研究所测试。序号1,2,5,8和21代表浅闪石质角闪石;4,6,7,9,10,11和22代表镁角闪石;12代表铁角闪石;3代表镁绿钙闪石质角闪石;13和16~20代表含镁绿钙闪石,14和15代表钙镁闪石。以上按Leeke(1962)钙角闪石分类。
与冀东地区麻粒岩中的角闪石对比,本区麻粒岩相岩石中角闪石的w(TiO2)较低是其主要特点,尤其是镁铁质岩石,其w(TiO2)≤1.18%。紫苏花岗岩中角闪石的w(SiO2)变化较大(表4-5中序号为14~22的样品)。
所计算阳离子的(Ca+Na)B大于1.34和(Na)B小于0.67,按国际矿物协会的角闪石命名原则(Leake,1962),属钙质(普通)角闪石。根据本区角闪石Ti小于0.5,(Na+K)A值从0.282到0.659的特点,再按(Na+K)A小于0.50和大于(或等于)0.50的划分,分别投影到钙质角闪石的A类和B类。本区钙质角闪石共有六个种属,即镁角闪石、铁角闪石、钙镁闪石、浅闪石质角闪石、含镁绿钙闪石和镁绿钙闪石(前三种属A类,后三种属B类)。其中以镁角闪石、浅闪石质角闪石和含镁绿钙闪石三个种属居多。有的种属,如铁角闪石很个别。不同种属的角闪石从光学性质上很难区分,但是角闪石的不同种属与它们赋存的岩石性质有一定的相关性,如超镁铁质岩石中为浅闪石质角闪石、镁绿钙闪石质角闪石和镁角闪石(表4-5中(下同)1~4的样品);镁铁质变质岩石中以镁角闪石为主,其次为浅闪石质角闪石,个别为铁角闪石(序号为12的样品);紫苏花岗岩中以含镁绿钙闪石为主(序号为16~20的样品),其次少量钙镁闪石(序号为14~15的样品)、浅闪石质角闪石(序号为21的样品)和镁角闪石。总的趋势表现为钙质角闪石在变质表壳岩(镁铁质为主)中相对高Si,而在紫苏花岗岩中则相对低Si,且与寄主岩石中的w(SiO2)呈负相关关系,说明角闪石的形成一般要晚于其它变质矿物;尤其是紫苏花岗岩中,常常呈变斑晶或者交代辉石生长。
本区钙质角闪石的w(CaO)变化较小(见表4-5)。相对来说,在镁铁质变质岩中,角闪石的w(CaO)(11%~12%)更加稳定;而在紫苏花岗岩中变化范围则较大,相差3%左右。钙质角闪石中w(FeO)和w(MgO)变化均较大,其中w(FeO)介于7.43%与27.88%之间,镁铁质变质岩中角闪石的w(FeO)较低,一般为12%~15%,而紫苏花岗岩中角闪石的w(FeO)则多大于20%,少数为16%。相对而言,镁铁质岩石中角闪石w(MgO)(10%~12%)较稳定,但它们作为紫苏花岗岩的包裹体时,其中角闪石的w(MgO)波动较大,如11号样和3号样分别为15.48%和8.20%。紫苏花岗岩中角闪石的w(MgO)变化于4.90%与10.29%之间,略低于镁铁质变质岩中角闪石的w(MgO)。钙质角闪石的XMg[Mg/(Mg+Fe2+)]值,与寄主岩石的类型有关,在镁铁质岩石的角闪石中则稳定在0.60左右,在紫苏花岗岩中为最低(0.33);超镁铁质岩石中角闪石的XM。值高达0.85。
本区钙质角闪石的w(TiO2)普遍较低,一般Ti离子小于0.14;少数紫苏花岗岩中的角闪石的w(Ti)稍高,但也只有0.26。角闪石中低钛的特点很可能与其寄主岩石的化学成分有关,故采用Na2O+K2O-TiO2关系(图4-5)判断本区角闪石形成的变质相明显偏低。如应用Ti-AlⅥ关系图解(图4-6),除部分紫苏花岗质岩石和少量麻粒岩中角闪石属麻粒岩相外,大部分属角闪岩相。如应用角闪石和寄主岩石中w(TiO2)与变质相的关系图解(图4-7),大部分亦在角闪岩相区。如应用靳是琴(1991)修正后的Ti-AlⅥ图解(图4-8),大部分紫苏花岗岩中和麻粒岩中的角闪石,极大部分位于麻粒岩相区或过渡区。若按钙闪石中四价AlⅥ和六价Ⅵ关系(3aкpуTкиH,1968)判断,它们基本属于麻粒岩相变质成因。另据AlⅥ大致判断(Helz),其形成温度为700~800℃,据AlⅥ-Si变异图推算的角闪石形成压力大于(或等于)0.5GPa。本区钙质角闪石的XCa[Ca/(Ca+Na+K)值为0.69~0.75,个别达0.78;相对其它参数变化较小。尤其镁铁质变质岩石中角闪岩(见表4-5中序号为5~8和10的样品)的XCa值稳定在0.71与0.74之间。根据同一岩石中共生角闪石与斜长石的XCa值的关系推算,它们形成的温度大致在700℃与800℃之间,峰期温度大于800℃,这同角闪石-单斜辉石等地质温度计估算的温度相吻合。表4-4中序号为8~10的样品为同一角闪石颗粒从核部到边部的成分,由此看出,w(Na2O)和w(SiO2)从核部到边部明显下降,对应的斜长石An也从核部到边部下降(详见本章第五节)。根据上述方法推算,角闪石从核部到边部的形成温度有下降的趋势,核部温度约800℃,边部温度为650℃。
图4-5 角闪石的Na2O+K2O和TiO2关系图解
1—角闪辉石岩;2—麻粒岩和二辉斜长角闪岩;3—马山岩体;4—雪山岩体
图4-6 角闪石中Ti和AlⅥ关系图解
(岩性符号同图4-5)
图4-7 角闪石和寄主岩石中TiO2的含量与变质相的关系
(岩性符号同图4-5)
图4-8 角闪石的Ti-AlⅥ图解
(靳是琴等,1991;岩性符号同图4-5)
Ⅰ—麻粒岩相区;Ⅱ—高角闪岩相区;Ⅲ—低角闪岩相区;Ⅳ—绿片岩相区
综上所述,本区钙质角闪石有6个亚种,分别属于利克分类的A类和B类,但从光学性质上难以区分它们。从角闪石和辉石等矿物的共生关系以及环带成分的变化看,它们形成于麻粒岩相-角闪岩相的变质条件下,形成温度从800℃到650℃,压力也有相应的下降。不同种属的角闪石形成条件并不相同,其中浅闪石质角闪石和镁角闪石多数达麻粒岩相变质级,而铁角闪石和部分镁角闪石则为角闪岩相变质级。紫苏花岗岩中出现钙镁闪石和含镁绿钙闪石。同种岩石中可出现不同种属的钙质角闪石。同一颗粒从核部到边部可从浅闪石质角闪石演化到镁角闪石,后者形成温度相对要低。
根据AlⅥ值推算,含石榴子石二辉斜长角闪岩中铁角闪石(序号为12的样品)应属角闪岩相变质成因,代表了麻粒岩相退变到角闪岩相时形成的钙质角闪石。
根据沂水地区变质岩中角闪石的Na-Ti图解(图4-9),可分为三个区域。一个区域分布于B区,相当于高绿片岩相-角闪岩相区及其附近(共四个点)。另一个区域(E1)大体与冀东的C区和D区相当,Ti离子位于0.11与0.25之间,而Na离子(介于0.3与0.5之间)比冀东地区稍低。还有一个区域(E2),Ti离子与B区相同(0.03~0.10),而Na离子特别高(于0.60~0.70区间)。上述说明本区角闪石形成于不同变质相和不同的温压条件下,其生成是多期次的。
图4-9 角闪石的Na与Ti离子关系图解
B区为冀东地区的高绿片岩相-角闪岩相范围(孙大中等,1984);C区为冀东地区的麻粒岩相范围(孙大中等,1984);D区为内蒙古中南部集宁岩群麻粒岩相范围(沈其韩等,1990);E1和E2区为山东沂水地区角闪石的分布范围