東南極拉斯曼丘陵夕線石榴二長片麻巖的格林威爾期變質作用和構造意義

1. 中國地質科學院地質研究所，北京 1000372. 中國地質大學，北京 1000833. 南京大學，南京 2100931.

格林威爾造山運動(Grenville Orogeny)是形成羅迪尼亞超大陸(Rodinia)的主要地質過程，而環(huán)東南極格林威爾期活動帶是該造山帶的重要組成部分。羅迪尼亞超大陸在約720Ma發(fā)生解體(Unrug, 1996)。隨后裂解成的幾個陸塊在新元古代末至古生代初期的泛非期匯聚成岡瓦納超大陸。普里茲灣拉斯曼丘陵位于東岡瓦納的核心部位，它不僅經歷了中-新元古代之交的格林威爾期(～1000Ma)構造熱事件，還經歷了早古生代泛非期(～530Ma)構造熱事件(Dirks and Hand, 1995; Grewetal., 2012; Liuetal., 2009a; Tongetal., 2019; Wangetal., 2008; 劉曉春, 2018; 劉曉春和趙越, 2018a; 周信等, 2014)，不過，對東南極地區(qū)這兩期構造帶的分布及其地質意義仍存在較大爭議，對普里茲灣構造帶演化過程，不同的學者對普里茲灣構造演化過程存在不同的觀點：鑒于普里茲構造帶以泛非構造熱事件為主，且為順時針近等溫減壓(ITD)的變質作用P-T軌跡，部分學者認為普里茲構造帶主要發(fā)生了泛非期碰撞造山帶，并引起地殼增厚(Carsonetal., 1997; Fitzsimons, 1996; Liuetal., 2006; 胡健民等, 2008; 劉曉春等, 2007a; 俞良軍等, 2002)，并且是東岡瓦納大陸最終匯聚的一條縫合帶(Fitzsimons, 2000; Harley, 2003; Hensen and Zhou, 1997; Liuetal., 2007; Zhaoetal., 2003; 胡健民等, 2008; 劉小漢等, 2002a, b; 劉曉春等, 2007a, b; 劉曉春, 2018; 趙越等, 1993)。另一部分學者則認為，普里茲灣存在～1000Ma和～500Ma兩期獨立的構造-熱事件，分別代表了羅迪尼亞大陸的聚合和岡瓦納大陸的聚合活動(Dirks and Hand, 1995; Kelseyetal., 2007; Tongetal., 1998, 2002; Wangetal., 2007, 2008)。根據所在區(qū)的副片麻巖經歷了格林威爾期(～1000Ma)和泛非期(～530Ma)兩期變質事件的特征(Tongetal., 1997, 1998, 2002; Zhangetal., 1996; 仝來喜等, 1995)，部分學者進一步認為普里茲構造帶在泛非期為一條陸內造山帶(Phillipsetal., 2007; Tongetal., 2014, 2019; Wangetal., 2008; Renetal., 1992, 2018)。因此，厘清普里茲帶拉斯曼丘陵的構造性質對于重建羅迪尼和岡瓦納超大陸及確定東南極大陸的最終固結時間具有重要意義。深入研究該地區(qū)的高級變質巖，對其建立完整的格林威爾期和泛非期變質P-T軌跡是理清普里茲灣的變質熱演化和構造特征的有效手段。本研究對拉斯曼丘陵夕線石榴二長片麻巖進行巖石學、相平衡模擬和鋯石成因研究，并反演出格林威爾峰期的變質P-T軌跡，借此揭示普里茲灣在格林威爾期經歷的變質作用過程，為深入探討普里茲灣泛非事件和格林威爾事件之間的關系提供依據。

1 地質背景

拉斯曼丘陵位于東南極的普里茲灣，主要由米洛半島(Mirror Peninsula)、布洛克尼斯半島(Broknes Peninsula)、斯托尼斯半島(Stornes Peninsula)和一系列小的島嶼組成。巖性上看，出露有變質巖漿巖(Sstrene正片麻巖)和Brattstrand副片麻巖(Fitzsimons, 1997; Grewetal., 2012; Hensen and Zhou, 1995)，副片麻巖的巖性比較復雜，主要為含尖晶石-堇青石-夕線石的副片麻巖、含假藍寶石紫蘇石英巖(仝來喜等, 1996)、含柱晶石片麻巖(Renetal., 1992)和一些淺粒巖，中間夾有輝石黑云斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖和少量的花崗質片麻巖、(角閃)二輝麻粒巖等。另有偉晶巖、混合巖和含石榴子石花崗巖，間夾正長花崗斑巖、二長花崗巖。區(qū)內發(fā)生了高角閃巖相-麻粒巖相的變質作用，緊隨峰期變質之后發(fā)生強烈的深熔作用，形成了大量的淺色脈體和花崗巖脈(體)(Carsonetal., 1997; Grewetal., 2012; Tongetal., 2017)(圖1)。有人提出，該區(qū)的變質巖漿雜巖和副片麻巖分別代表中元古代基底正片麻巖和新元古代蓋層副變質巖序列(Carsonetal., 1995b; Dirksetal., 1993; Dirks and Hand, 1995; Fitzsimons and Harley, 1991; Hensen and Zhou, 1995; Sheratonetal., 1984; Stüweetal., 1989)。

圖1 東南極拉斯曼丘陵地區(qū)地質圖(據仝來喜等, 2012)及采樣點索引圖顯示拉斯曼丘陵在普里茲灣的位置，其中：LH-拉斯曼丘陵；RG-茹尓群島；VH-西福爾丘陵Fig.1 Geological map of the Larsemann Hills, East Antarctica (after Tong et al., 2012) and the sample locationThe inset map shows the location of the Larsemann Hills in Prydz Bay. Abbreviation in the inset map: LH-Larsemann Hills; RG-Rauer Group; VH-Vestfold Hills

多數學者認為，現(xiàn)存的大多數構造特征僅代表泛非期構造熱事件，拉斯曼丘陵能夠反映格林威爾期事件的構造只少量的存在于殘余的巖塊中。格林威爾期變質事件的峰期(M1)溫度壓力條件為6～9kbar、840～900℃(Renetal., 1992, Tongetal., 1997)，而泛非期變質事件的峰期(M2)溫壓條件為6～7.5kbar、800～860℃(Carsonetal., 1997; Grewetal., 2006; 周信等, 2014)。在Brattstrand片麻巖中廣泛存在尖晶石、堇青石、石榴石和石英的礦物共生組合，不同的學者對這些礦物的形成過程有不同的看法，一些學者將此組合解釋為泛非變質事件的峰期(Stüwe and Powell, 1989；Renetal., 1992)，而另一些作者則認為這些礦物是在泛非期退變質作用(M3～M4)過程中形成的。其形成的溫壓條件為～4.5kbar、～750℃(Stüwe and Powell, 1989；Renetal., 1992；Carsonetal., 1997)。表1列出了前人對拉斯曼丘陵及其鄰區(qū)變質溫壓值估算的結果。

前人的研究表明，該區(qū)主要經歷了格林威爾和泛非兩期構造熱事件的影響(Renetal., 1992; Dirksetal., 1993; 劉小漢等, 1995; Dirks and Hand, 1995; Carsonetal., 1995a; Tongetal., 1998, 2012; Wangetal., 2008)(表1)，且早期更高P-T條件下的變質殘余仍可保留。在格林威爾期主要發(fā)育與擠壓相關的D1或D2構造，而泛非期先是擠壓構造、后顯示拉張應力，形成一系列伸展構造D3-D4(Dirksetal., 1993; Carsonetal., 1995a; 劉小漢等, 1995; Dirks and Hand, 1995; 仝來喜等, 2012)

2 分析方法

本文所涉及樣品的巖石主量元素和微量元素分析是在河北省區(qū)域地質礦產調查研究所實驗室完成的。樣品用HNO3和HF的混合物溶解，采用X射線熒光法(XRF)測定主量元素氧化物，用Perkin-Elmer Sciex Elan 6000 ICP-MS對微量元素進行了分析(靳新娣和朱和平, 2000)。

鋯石的分選和制靶工作是在南京宏創(chuàng)地質勘探技術服務有限公司完成的。選取新鮮的樣品清理干凈后破碎、手工淘洗、強磁選、電磁選、重液分選和雙目鏡下手工挑選獲得鋯石，然后用環(huán)氧樹脂將它們固定在樣品靶上進行切片和拋光。利用TESCAN MIRA3場發(fā)射掃描電鏡和TESCAN公司陰極發(fā)光探頭進行鋯石陰極發(fā)光(CL)成像。接著在北京科薈測試技術有限公司進行了鋯石U-Pb定年、鋯石微量元素和鋯石原位Lu-Hf同位素的測定。利用LA-ICPMS對鋯石進行了U-Pb測年及鋯石微量元素測試，激光剝蝕系統(tǒng)為ESI NWR 193nm，ICP-MS為Analytikjena Plasma Quant MS Elite ICP-MS，U-Pb 同位素定年中采用鋯石標準GJ-1作外標進行同位素分餾校正。鋯石微量元素含量利用NIST 610作為外標、Si作內標的方法進行定量計算。數據處理采用ICPMSDataCal程序，鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權重平均計算均采用Isoplot/Ex_ver3完成。利用LA-MC-ICP-MS對鋯石Lu-Hf同位素進行了測試分析，所用儀器為Neptune plus型MC-ICP-MS及與之配套的Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)(侯可軍等, 2007, 2009)，激光剝蝕所用斑束直徑為25μm，頻率為10Hz，能量密度約為2.5J/cm2，以He為載氣。

在南京大學礦床研究國家重點實驗室對拋光薄片進行了礦物電子探針顯微分析(EPMA)。通過日本電子JEOL公司生產的JXA-8100電子探針顯微分析儀 (Electron Probe MicroAnaylyzer)對石榴子石、斜長石進行了礦物成分分析，實驗條件為加速電壓15kV，電子束電流為20nA，束斑直徑5μm，ZAF校正。

表1 前人對拉斯曼丘陵及鄰區(qū)溫度壓力估算結果(據Spreitzer, 2017)

圖2 夕線石榴二長片麻巖野外露頭照片(a)及其顯微照片(b-d)Qtz-石英；Pl-斜長石；Kfs-鉀長石；Bt-黑云母；Grt-石榴石；Crd-堇青石；Sil-夕線石；Ilm-鈦鐵礦Fig.2 Field outcrop (a) and photomicrographs (b-d) of the sillimanite-garnet feldspar paragneiss

3 巖相學與礦物化學

本文所研究的夕線石榴二長片麻巖(Z1218-1-2) 采于米洛半島雙峰山附近(圖1)。巖石顏色較淺，礦物粒徑3～5mm，粒狀變晶結構，塊狀構造，局部有暗色礦物條帶。造巖礦物為石英50%～60%、鉀長石5%～10%、斜長石10%～15%、石榴子石10%～15%、堇青石3%～5%、鈦鐵礦3%～5%以及黑云母、夕線石，副礦物主要是鋯石、磷灰石(圖2)，經歷了中-高級變質作用。需要指出的是，巖石樣品中的黑云母含量非常低，鏡下觀察可分為兩類，一是呈他形細小顆粒包裹在石榴子石中，另一種則在石榴子石中的呈他形細小顆粒；在石榴子石邊部和基質中的呈自形板狀、條狀。堇青石顆粒較大，且多呈自形晶，亦可呈他形晶分布在石榴子石周圍。根據其與石榴子石間的結構和溶蝕關系，堇青石系后期退變質作用過程中形成。結構關系表明峰期前礦物組合主要為包裹在石榴子石內部的細小殘留礦物，其組合為Sil+Ilm+Pl+Qtz(圖2d)；峰期(M1)礦物組合為Grt+Pl+Kfs+Ilm+Sil+Qtz；晚期退變質作用過程形成主要的新生礦物有Crd+Bt(圖2c)，發(fā)生減壓變質反應和礦物轉變關系Grt→Crd。

石榴子石呈變斑晶產出，粒徑0.1～1mm，自形程度相對較高，有時亦呈渾圓狀。電子探針結果顯示(表2)，夕線石榴二長片麻巖中的石榴子石中FeO的含量很高，MgO次之，CaO含量非常低，幾乎不含MnO。石榴子石的組成為Alm65-67Py30-32Gr2-3。從核部到邊部，石榴子石的成分并沒有明顯的變化(圖3a, b；表2)。石榴子石邊部的斜長石主要呈他形，而基質中的斜長石自形程度較高。石榴子石邊部的不規(guī)則斜長石An組分比基質中斜長石的An組分略低(表3)。石榴子石中包裹的細粒黑云母MgO的含量(12.83%～13.74%)明顯低于基質中的黑云母MgO含量(13.82%～17.16%)，而包裹黑云母的TiO2含量(5.61%～6.32%)則比基質中的黑云母的TiO2含量(3.68%～5.58%)要高(表4)。

表2 樣品中代表性的石榴子石電子探針分析結果(wt%)

圖3 石榴子石背散射圖片(a)及成分剖面(b)Fig.3 BSE image (a) and compositional profile (b) of the garnet

表3 樣品中代表性斜長石電子探針分析結果(wt%)

表4 樣品中代表性黑云母電子探針分析結果(wt%)

圖4 夕線石榴二長片麻巖(Z1218-1-2)相平衡計算樣品的相平衡計算紫紅色實線代表了限定的H2O含量，深藍色虛線為斜長石的X(Ca),黃色虛線為石榴子石的Mg#Fig.4 Calculated pseudosection for the sillimanite-garnet feldspar paragneiss (Z1218-1-2)The solid magenta line for the phase equilibrium calculation of the sample represents the limited H2O content. The yellow dotted line is the garnet composition isopleth (Mg#=Mg/(Fe+Mg)), the dark blue dotted line is the plagioclase composition isopleth (An=Ca/(Ca+Na+K))

圖5 夕線石榴二長片麻巖(Z1218-1-2)P-T視剖面圖圖5b中深藍色虛線為斜長石的X(Ca)，黃色虛線為石榴子石的Mg#Fig.5 P-T pseudosection for the sillimanite-garnet feldspar paragneiss In Fig.5b: the dark blue dotted line is the plagioclase composition isopleth (An=Ca/(Ca+Na+K)), the yellow dotted line is the garnet composition isopleth (Mg#=Mg/(Fe+Mg))

4 變質作用P-T條件

本文通過相平衡模擬限定了拉斯曼丘陵夕線石榴二長片麻巖變質P-T條件。相平衡模擬采用的軟件為Perple_X軟件(Connolly, 2015, 2018年升級的6.8.4版本)，配套的熱力學數據庫為(Holland and Powell, 1998, 2003年升級版)，選擇的相關礦物及熔體相的活度模型為：綠泥石-Chl(W)、石榴子石-Grt(W)、白云母-Mic(W)、堇青石-Crd(W)、黑云母-Bt(W)、十字石-St(HP)、melt(W)、長石-Fsp(C1)、尖晶石-Sp(WPC)、鈦鐵礦-Ilm(WHP)，此樣品P-T視剖面圖選擇在NCKFMASHTO(Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-TiO2-O(Fe2O3))體系下進行，采用XRF分析所獲得的實測全巖成分，實測全巖成分(wt%)：SiO2=73.99，TiO2=0.31，Al2O3=14.23，K2O=0.99，F(xiàn)e2O3=0.16，F(xiàn)eO=2.7，MnO=0.055，MgO=0.75，CaO=3.05，P2O5=0.054。巖石中MnO含量很低(<0.1%)，故所選化學體系不考慮MnO。P2O5按照磷灰石(CaO)5·(P2O5)1.5·(H2O)0.5扣除相應的組分。通過6kbar時樣品的T-X(H2O)(圖4)及實測的礦物成分等值線來限定H2O百分含量(Pownall and JonathanMark, 2015)。在T-X(H2O)上，最終組分在固相線上可以穩(wěn)定存在(Korhonenetal., 2012; Li and Wei, 2016)的H2O百分含量為0.22。通過同樣的方法限定O的質量百分數為0.04。

對于樣品在計算的2～12kbar和500～1100℃區(qū)間內(圖5a)，當溫度大于～750℃時，體系中富集熔體；黑云母在溫度大于～800℃條件下消失；石榴子石、石英和斜長石存在于大部分穩(wěn)定域。在峰期礦物組合所在的穩(wěn)定區(qū)域內，石榴子石的Mg#隨壓力的升高其值逐漸減小；斜長石中X(Ca)等值線隨溫度的升高其值逐漸增大(圖5b)。石榴子石的礦物成分實測Mg#含量的平均值為0.334，峰期斜長石的實測X(Ca)為0.4438和0.4449。在成巖格子中的投影點的穩(wěn)定溫壓條件為～820℃、～9.6kbar，且所對應的礦物組合為(Grt+Pl+Kfs+Ilm+Sil+Qtz+melt)。結合鏡下觀察到的巖石礦物共生組合和基質中斜長石的實測X(Ca)，限定出一條近等溫減壓的退變質P-T軌跡(圖5b)。

5 鋯石U-Pb定齡及Hf同位素

樣品中鋯石 U-Pb 定年和微量元素原位分析結果見表5。

樣品中的鋯石主要為渾圓狀到長柱狀，長寬比約為1:1～3:1，鋯石大小為30～150μm，部分鋯石晶體表面裂紋發(fā)育。

圖7 夕線石榴二長片麻巖(樣品Z1218-1-2) 中鋯石球粒隕石標準化稀土元素配分型式圖(標準化值據Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of the zircons from the sillimanite-garnet feldspar paragneiss (Sample Z1218-1-2)(normalization values after Sun and McDonough, 1989)

圖8 夕線石榴二長片麻巖(樣品Z1218-1-2)鋯石U-Pb年齡-εHf(t)圖解Fig.8 U-Pb age vs. εHf(t) variations of zircon from the sillimanite-garnet feldspar paragneiss (Sample Z1218-1-2)

根據鋯石陰極發(fā)光圖像(CL)等特征可以看出，大部分鋯石具有較為均勻的中等強度發(fā)光效應(灰色-灰白色)，大部分鋯石核部發(fā)育典型的韻律環(huán)帶結構，為典型巖漿鋯石的特征(Hoskin and Schaltegger, 2003)(圖6a)，邊部發(fā)育相對較寬的黑色邊。部分繼承鋯石的核-幔結構特征表明，這些鋯石的形成過程中伴隨著強烈的溶蝕作用(例如：點48、54)。

獲得較理想的49個鋯石U-Pb年齡數據點，顯示年齡主要分布范圍為1444～602Ma。碎屑鋯石核部的Th/U比值較高(平均0.7)，其振蕩環(huán)帶表明巖漿成因(Belousovaetal., 2002; Hoskin and Ireland, 2000; 劉福來等, 2009)，鋯石的核部年齡比較分散，主要分布在1444～1073Ma，巖漿成因鋯石核部的最小結晶年齡集中在1073±49Ma；而鋯石邊部Th/U比值較低(平均0.09)，結合CL圖像上鋯石的內部結構特征，這些鋯石邊部為變質成因。未發(fā)生Pb丟失的變質邊的集中年齡為980±19Ma (圖6b)。內部環(huán)帶結構不發(fā)育的鋯石(如點43)的Th/U比值也相對較低(平均0.1)，推斷可能是巖漿成因的鋯石核部遭受晚期構造熱事件的疊加影響所致，其850～700Ma的鋯石年齡主要是泛非期構造熱事件對格林威爾期構造熱事件不同程度的重置、使得Pb丟失而造成的(Grewetal., 2012; 仝來喜等, 1995, Tongetal., 2019; Wangetal., 2008)(圖6b)。

表6 夕線石榴二長片麻巖(樣品Z1218-1-2)鋯石Hf同位素組成

巖漿鋯石和變質鋯石具有相似的稀土配分模式，均表現(xiàn)出明顯的輕稀土元素虧損、重稀土元素富集以及明顯的Eu負異常、Ce正異常特征，但是變質鋯石的Ce正異常不如巖漿鋯石顯著，且具平坦的或者HREE分異程度較輕的型式(圖7)。此外，拉斯曼丘陵夕線石榴二長片麻巖中(碎屑)巖漿鋯石的LREE含量比變質鋯石的低，而HREE比變質鋯石高，這可能是區(qū)分巖漿、變質成因鋯石的有效標志之一。

鋯石原位Hf同位素分析結果見表6。樣品中10顆U-Pb年齡在1346～1028Ma之間的巖漿鋯石176Hf/177Hf值為0.282017～0.282186、176Lu/177Hf值為0.000482～0.001932，εHf(t)有正有負(-3.38～+4.08)，tDM2為1473～1942Ma。樣品中5顆變質鋯石176Hf/177Hf值為0.282129～0.282181、176Lu/177Hf值為0.0013～0.0014，εHf(t)均為負值(-5.6～-0.91)(圖8)。

6 討論

6.1 拉斯曼丘陵夕線石榴二長片麻巖的鋯石U-Pb年齡含義

前人已對普里茲帶的地質演化做了大量的研究工作。獲得的基底形成年齡集中于中元古代晚期的～1100Ma(Grewetal., 2012; Liuetal., 2007, 2009b, 2014; Sheratonetal., 1984; Wangetal., 2008; Zhaoetal., 1995, 2003; 劉曉春等, 2013)。但是關于變沉積蓋層的形成年齡卻一直還存在爭議。部分學者認為變沉積蓋層的形成于中元古代末期～1000Ma(Grewetal., 2012; Liuetal., 2007; Wangetal., 2008)，Wangetal.(2008)根據變沉積巖中碎屑鋯石核部與變質邊U-Pb年齡之間的關系，提出拉斯曼丘陵沉積巖主要形成于中元古代(1130～1000Ma)。也有人提出是新元古代1000～600Ma期間(Hensen and Zhou, 1997; Zhaoetal., 1995b)，Kelseyetal.(2007)基于變沉積巖中最年輕的碎屑鋯石核部年齡(600Ma)和新元古代-早古生代過渡期的最古老變質獨居石年齡(～575Ma)，限定了普里茲灣沿岸暴露的變沉積巖的沉積時代為600～575Ma。

本文所研究的變質沉積蓋層樣品(Z1218-1-2)，其碎屑鋯石(巖漿鋯石)U-Pb結晶年齡的最小年齡峰為1073±49Ma，而鋯石的增生變質邊的最大年齡峰為980±19Ma，因此，夕線石榴二長片麻巖的沉積年齡應該不早于1073±49Ma，隨后在980±19Ma發(fā)生變質作用。我們的數據并不支持Kelseyetal. (2008)的認識。因此，結合前人的研究成果我們認為，普里茲灣蓋層副片麻巖中大多數沉積單元的沉積年齡為～1000Ma，盡管可能也存在較年輕的沉積單元，但由于普里茲灣普遍遭受泛非期麻粒巖相變質，所以這些年輕的沉積年齡很難識別。

鋯石U-Pb體系的封閉溫度>900℃(Cherniak and Watson, 2001; Leeetal., 1997)，所以在常規(guī)的同位素定年中鋯石U-Pb定年得到廣泛的應用，即使巖石經歷多期高級變質作用，鋯石U-Pb年齡也能精準的限定出每一期的年齡，但是有些情況由于后期變質作用過程中造成Pb丟失，在鋯石U-Pb年齡諧和圖上往往會出現(xiàn)一些與早期事件年齡域不相符的分散年齡，年齡可能會比真實年齡年輕幾十個百萬年(Ashwaletal., 1999; Black and Sheraton, 1990; Yoshida, 2007)。樣品(Z1218-1-2)的鋯石U-Pb諧和圖中出現(xiàn)了一些處于861～724Ma之間的分散年齡，導致一些學者認為這一年齡段是泛非期變質事件對早期格林威爾事件重置導致Pb丟失造成的(Grewetal., 2012; 仝來喜等, 1995; Tongetal., 2019; Wangetal., 2008)。但是樣品中鋯石U-Pb年齡諧和圖中并沒有泛非期的變質年齡記錄。對此，進行如下分析：長英質巖石如果發(fā)生了多期高級變質作用，很多情況下變質鋯石很難記錄兩期變質事件。這是因為，如果早期變質作用達到麻粒巖相且形成了大量的變質鋯石，而晚期疊加過程中變質溫度稍低，那么鋯石就很難再生長。這是由于變質鋯石生長過程中需要大量的流體或熔體，早期高級變質作用過程中大量流體丟失而形成近乎無水的“干”巖石，即使遭受了后期變質作用的疊加、改造，體系中整體缺乏流體、揮發(fā)分，不利于鋯石的生長。所以本區(qū)樣品鋯石年齡主要記錄格林威爾期構造熱事件，但缺失泛非期年齡記錄就很好理解了。格林威爾期晚期形成的鋯石邊發(fā)生Pb丟失是這類長英質片麻巖經歷過泛非期變質作用的有力證據。不過，對于變基性巖，即使前期發(fā)生麻粒巖相變質而缺失流體，后期變質過程中仍能生長出大量的變質鋯石生長邊，這是因為晚期變質過程中早期分散在硅酸鹽礦物中的Zr仍可被釋放出來形成變質鋯石(魏春景, 2018)。

6.2 變質作用P-T條件

通過對中山站附近夕線石榴二長片麻巖進行巖相學、礦物化學、相平衡模擬計算與鋯石U-Pb同位素定年研究，認為變沉積巖原巖主要是在格林威爾期發(fā)生脫流體而形成Grt+Pl+Kfs+Ilm+Sil+Qtz+melt礦物組合的無水巖石。通過相平衡模擬，我們進一步獲得這套處于干體系下的夕線石榴二長片麻巖在格林威爾期的變質P-T條件為～9.6kbar、～820℃。早期高級變質作用過程中發(fā)生脫流體、脫熔體反應而處于一種干體系狀態(tài)，在此過程中原巖中的含水礦物基本被不含流體的“干”礦物所取代。后期的泛非期變質作用溫壓條件為～4.5 kbar、～750℃(Stüwe and Powell, 1989, Renetal., 1992, Carsonetal., 1997)，其條件略低于格林威爾期(M1)，且變質作用過程在較干體系下完成，由于反應動力學的原因，這樣的變質條件不足以使早期形成的穩(wěn)定礦物組合發(fā)生實質性的變化，使得早期無水巖石中的礦物共生組合基本被保存下來，且由于缺失流體，所以該類樣品中泛非構造熱事件的準確年齡并沒有被鋯石很好的記錄，但是850～700Ma的Pb丟失年齡說明夕線石榴二長片麻巖同樣遭受了后期事件如泛非構造熱事件的影響。

6.3 構造意義

Renetal. (1992)和Carosnetal. (1997)結合變質P-T軌跡認為普里茲灣主要為泛非期碰撞造山帶，而Wangetal. (2008)和Grewetal. (2012)根據鋯石U-Pb年齡確定了普里茲帶早期格林威爾期(～1000Ma)變質事件的存在。近些年的研究，大多數學者認為普里茲帶是多期變質疊加造山帶，早期格林威爾期變質巖被泛非期高級構造熱事件強烈地改造，所以普里茲帶為泛非期的一條重要構造活動帶(Carsonetal., 1995a; Dirksetal., 1993; Dirks and Hand, 1995; Fitzsimons, 1997; Hensen and Zhou, 1995, 1997; 劉小漢等, 1995; Zhaoetal., 1995, 1997, 1992; 趙越等, 1993)。但是早期變質作用對晚期變質重結晶具有什么樣的影響及多期變質作用事件中礦物組合是如何疊加的并不是很清楚。仝來喜等(2012)和Tongetal. (2014, 2017, 2019)根據變質P-T軌跡特征和地球化學特征認為，早期格林威爾事件代表了Rayner陸間碰撞造山事件，之后的泛非期疊加事件則是陸內活化造山過程。因此，探究高級變質事件的變質行為及控制因素具有重要意義(劉曉春, 2018)。

本區(qū)夕線石榴二長片麻巖(Z1218-1-2)中碎屑鋯石核部的年齡主要分布在1444～1073Ma期間，由此推斷夕線石榴二長片麻巖主要來源于中元古代巖漿巖剝蝕沉積。確定變沉積巖源區(qū)組成和環(huán)境是一個非常復雜的問題。Wangetal. (2012)嘗試通過已經確定各種環(huán)境的青藏高原東北緣松潘-甘孜構造帶典型A型花崗巖類和青藏高原南部典型I和S型花崗巖類中的鋯石微量元素成分對比，有效地判別出花崗巖的類型。借鑒他們的方法，我們也對南極拉斯曼丘陵變沉積巖中源于花崗巖剝蝕區(qū)的鋯石微量元素成分進行了分析，在相應的圖解中，這些碎屑鋯石全部投入在S-型花崗巖范圍內(圖9)。

圖9 三類花崗巖(I, S, A型)鋯石微量元素成分差異圖解(底圖據Wang et al., 2012)Fig.9 Trace element plot for zircons from I-, S-, and A-type granites (base map after Wang et al., 2012)

在威爾遜旋回的衰退期-終結期的過程中，洋殼俯沖消亡，進而發(fā)生陸-陸碰撞造山作用及巖石圈板塊匯聚作用，且碰撞造山作用過程中地殼增厚，壓力增大，接著在重力均衡的作用下快速折返、等溫降壓過程。本研究相平衡模擬結果表明，拉斯曼丘陵在格林威爾期經歷了近等溫降壓型順時針變質P-T軌跡，與前人通過傳統(tǒng)溫壓計獲得的近等溫減壓的P-T軌跡類似。反映了板塊匯聚末期，兩側陸塊拼貼在一起，形成更大的古陸，并在此過程中常常伴生S-型花崗巖。

綜合以上分析，我們認為，拉斯曼丘陵在格林威爾期經歷了陸-陸碰撞，隨后快速折返、等溫降壓，即全面抬升、剝蝕的地質演化過程。

7 結論

根據上面的分析和討論，獲得如下初步認識和結論：

(1)拉斯曼丘陵夕線石榴二長片麻巖在格林威爾期(～980Ma)的變質溫壓條件達到820℃/9.6kbar。

(2)拉斯曼丘陵夕線石榴二長片麻巖中(碎屑)巖漿鋯石的LREE比變質鋯石低，而HREE比變質鋯石高，是區(qū)分巖漿、變質成因的鋯石的有效標志之一。

(3)拉斯曼丘陵夕線石榴二長片麻巖的原巖沉積年齡不早于1073Ma，很可能介于1073Ma和980Ma之間；物源為中元古代巖漿巖，基本為S-型花崗巖。

(4)拉斯曼丘陵在格林威爾期經歷了陸-陸碰撞，隨后快速折返、剝蝕的地質演化過程。

致謝感謝多位審稿人對初稿提出的重要修改意見。感謝中國第34次南極科學考察隊對現(xiàn)場調查工作給予的后勤保障和大力支持。