华北克拉通阜平杂岩变质泥质岩的P–T–t轨迹及其对中部带碰撞过程的制约

The Paleoproterozoic collisional process along the Trans-North China Orogen of the North China Craton remains controversial, due to the ambiguous linkage between the metamorphic age and P–T trajectory. The medium- to high-grade meta-pelitic rocks usually contain specific reaction textures, abundant mineral assemblages and suitable accessory minerals for U–Pb dating, allowing us to precisely construct the metamorphic P–T–t trajectory and reflect the crustal evolution process. This study focuses on the pelitic granulite, garnet-bearing sillimanite gneiss and garnet-bearing schist from the Fuping Complex based on systematic studies, including: i) detailed field investigation to reveal their spatial distribution, and petrography and mineral chemistry to reveal the metamorphic stages, mineral assemblages and their compositions, ii) conventional geothermobarometer and phase equilibrium modeling to constrain the metamorphic P–T conditions, iii) in situ zircon and monazite U–Pb geochronology and LA–ICPMS trace element composition of metamorphic minerals to restrict the metamorphic age and formation stage of monazite and zircon. The results will precisely construct the metamorphic P–T–t trajectory of meta-pelitic rocks from the Fuping Complex, give constraints for the condition and spatio-temporal relationship between granulite-facies and amphibolite-facies metamorphism, and provide implications for the collisional process of the Eastern and Western Blocks along the Trans-North China Orogen.

华北克拉通中部带的古元古代碰撞过程仍有不同看法，源于变质P–T轨迹及其时代的对应关系难以准确识别。中-高级变质泥质岩常发育丰富的岩石结构、矿物组合和测年矿物，是精细刻画P–T–t轨迹和反演地壳演化过程的理想对象。本项目拟以阜平杂岩中的泥质麻粒岩、含石榴石夕线石片麻岩和含石榴石片岩等不同变质级别的变质泥质岩为研究对象，在查明其空间分布、变质阶段、矿物组合及其成分特征的基础上，运用传统温压计和相平衡模拟限定不同阶段的P–T条件，利用薄片原位锆石+独居石U–Pb测年和变质矿物微量元素分析，剖析不同变质阶段锆石和独居石的成因矿物学特征与变质年龄，最终精细刻画阜平杂岩变质泥质岩的P–T–t轨迹，揭示阜平杂岩麻粒岩相和角闪岩相变质作用的条件、时空分布规律和地壳演化特点，为探讨东、西部陆块碰撞过程提供可靠依据。

华北克拉通中部带的古元古代碰撞过程仍有不同看法，源于变质P–T轨迹及其对应的时代难以准确识别。中-高级变质泥质岩石具有特殊的岩石结构和矿物组合，其不同变质阶段均可能发育适合的测年矿物，使精细刻画P–T–t轨迹成为可能。阜平杂岩作为中部带的重要组成部分，广泛发育古元古代变质泥质岩石，本项目以阜平杂岩中的泥质麻粒岩和石榴石黑云母片麻岩为研究对象，系统研究取得以下主要认识：（1）查明了阜平杂岩不同级别变质岩石的空间分布特征，麻粒岩相、高角闪岩相和低角闪岩相泥质变质岩具有从阜平杂岩北部至南部的分带特征；（2）识别了变泥质岩记录的不同变质阶段的矿物组合及其成分特征，阜平杂岩中出露的泥质麻粒岩片麻岩经历了三个变质阶段：早期进变质矿物组合为石英+斜长石+黑云母+钛铁矿，以矿物包裹体包裹在石榴石变斑晶中；峰期矿物组合为中粗粒石榴石+斜方辉石+黑云母+斜长石+石英和钛铁矿；退变质阶段的矿物组合为黑云母+石英+斜长石+斜方辉石，主要呈细粒退变质反应结构或代表熔体结晶中的矿物组合围绕石榴石或长英质脉体分布；（3）限定了阜平杂岩的泥质麻粒岩和石榴石黑云母片麻岩的顺时针P–T–t轨迹，利用THERMOCALC相平衡模拟，结合P–H2O、P–T视剖面图、石榴石的钙铝榴石和镁铝榴石及黑云母Ti成分等值线，限定泥质麻粒岩和石榴石黑云母片麻岩的峰期变质条件分别为8.6–11.0 kbar/860–880 °C 和11.6–12.1 kbar/860–878 °C、峰后退变质温压条件分别为8-9 kbar/<840°C 和9-10 kbar/<840 °C。石榴石周边的独居石具有高HREE和Y含量，记录峰后降压过程的年龄为1.90-1.88Ga，与基质中斜方辉石、黑云母、石英及斜长石相近产出的独居石具有较低的HREE和Y含量，其1.85-1.77 Ga年龄代表退变质阶段降温过程；（4）综合研究认为1.93-1.92Ga代表峰期麻粒岩相变质作用，1.90-1.86Ga峰后降压过程（从10-12kbar到约9kbar），1.86-1.76Ga退变质降温过程，反应该变质岩在中下地壳长期间的滞留导致缓慢降温过程。华北克拉通中部带长时间的碰撞过程导致华北克拉通的最终克拉通化及其与哥伦比亚超大陆的拼合。