恒山地区TTG质片麻岩深熔作用与钾质花岗岩成因的相平衡研究

On the basis of detailed field investigation and petrology study, using whole-rock geochemical analysis, zircon U-Pb isotope dating and quantitative approach of metamorphic phase equilibria, we will systematically study the geochemistry and chronology of leucosomes, veins and small intrusions of potassic granites and TTG gneisses, calculate the phase equilibria in complex system of TTG gneisses under high-grade metamorphism, and quantitatively simulate the mechanism of partial melting and the formation, fractionation and crystallization of melts derived from TTG gneisses, in order to decipher the petrogenetic relationship between the potassic granites and the anatexis of TTG gneisses in Hengshan Complex. These studies will be significant for discussing the process and dynamic mechanism of the Central Zone in the North China Craton.

本项目拟在详细的野外调查和岩石学研究基础上，利用地球化学、锆石U-Pb同位素定年和相平衡定量模拟的方法，对恒山杂岩中花岗质浅色体、脉体、小岩体等和TTG片麻岩进行系统的地球化学和年代学研究，并计算复杂体系下TTG质岩石在高级变质过程中的相平衡关系，定量模拟其深熔作用机理和熔体演化行为，阐明恒山地区TTG片麻岩深熔作用和富钾花岗质岩石的成因联系，并为探讨华北克拉通中部带的构造演化过程和机制提供年代学和深熔作用证据。

北恒山杂岩主要由混合岩化TTG片麻岩，基性麻粒岩和富钾花岗质岩石组成，对其变质深熔作用的研究取得了以下成果：（1）基性麻粒岩指示该区经历了顺时针P-T轨迹，可划分4个变质阶段：石榴石核–幔部成分记录了11–13 kbar，630–710 °C的进变质阶段，反映地壳加厚过程；压力峰期阶段缺乏记录，推测矿物组合为石榴石+富硬玉单斜辉石+石英+金红石±斜长石，P-T条件为~15 kbar，760–820 °C；减压抬升阶段出现后成合晶、石榴石冠状体及斜方辉石，局部发育二辉麻粒岩相组合，温度峰期条件为6–8 kbar，840–860 °C；近等压冷却（IBC）阶段发育角闪岩相退变质。（2）TTG片麻岩中深熔较弱的部分多为英云闪长质和奥长花岗质成分，而强烈深熔的条带状片麻岩多为花岗闪长质成分。钾质花岗岩主要为含黑云母二长花岗岩，呈平行片麻理的顺层条带和切穿片麻理的脉体产出。野外关系、地球化学以及Sr-Nd同位素组成表明钾质花岗岩可能由TTG片麻岩部分熔融形成。（3）对英云闪长质和奥长花岗质片麻岩进行相平衡模拟表明熔体中K2O含量受云母类矿物的分解熔融反应控制，黑云母分解熔融可产生K2O/Na2O比最高（~1.3）的熔体，仍明显低于实测钾质花岗岩的K2O/Na2O比。在T-X(K2O)视剖面图中模拟表明熔体的K2O/Na2O比受原岩K2O含量控制，当原岩成分为花岗闪长质和花岗质时可以熔出与实测钾质花岗岩K2O/Na2O比相当的熔体。因此TTG中相对富钾的花岗闪长质组分和老的花岗质岩石更可能是钾质花岗岩的来源，分离结晶作用亦可能有一定贡献。（3）LA-ICP-MS锆石U-Pb定年得到两个TTG片麻岩样品变质年龄为1917±10Ma和1850–1930Ma；两个基性麻粒岩样品的变质年龄为1897–1830Ma和1837±7Ma；两个钾质花岗岩脉的结晶年龄为1922±31Ma和1843±31Ma。固相线以上变质作用中锆石随着熔体含量增加而熔解，而在降温过程中随着熔体结晶而生长，记录冷却阶段，因此麻粒岩与TTG片麻岩的变质年龄与花岗质脉体的结晶年龄相同。综合恒山-五台地区不同地壳层次变质地体的P-T-t轨迹，认为地壳加厚为主的碰撞造山发生于~1.95Ga或更早，在至少1.92Ga时就结束了。其他较年轻的年龄1.92–1.80Ga代表了造山后的冷却抬升过程或其他构造事件的叠加。