华北克拉通北缘包头-集宁一带孔兹岩系中原地-半原地石榴花岗岩的深熔成因研究

Anatexis is one of the most important scientific problems which is widely attracted the attention of the geologists in the world. The research objects of this study are the in-situ and semi-in-situ garnet granite in the Khondalite series of Baotou- Jining area, northern margin of the North China Craton. Based on the detailed field geological investigations and petrographical studies, the SHRIMP zircon U-Pb dating, zircon Hf-O isotope, whole-rock Sr-Nd isotope, mineral elements composition and geochemical analyses will be carried out. The techniques such as Raman spectra, TEM, SEM will be utilized. Studies will be conducted on following aspects: (1) The relationship between characteristics and genesic of garnet granite, relicts and residual mineral facies. (2) The relationship between anatexis and metamorphism. (3) Melting reactions and effect factors. (4) The relationships and separation process of the melts, relicts and residual mineral facies during anatexis. Based on the above studies, the geological, petrographical, and geochemical characteristics of the in-situ and semi-in-situ anatectic granite will be clarified. At the same time, the anatectic machanisam of the garnet granite will be revealed in detail.

深熔作用是国际地学界广为关注的重大科学问题之一，本项研究以华北克拉通北缘包头-集宁一带的原地-半原地石榴花岗岩为研究对象，以详细的野外地质调查和充分的岩相学工作为基础，以锆石SHRIMP定年、锆石Hf-O同位素、全岩Sr-Nd同位素、矿物元素组成和岩石地球化学分析为主要工作方法，借助于拉曼光谱、扫描电镜和透射电镜等手段，开展如下工作：（1）石榴花岗岩、残留体和残留矿物相、富铝片麻岩的特征及成因联系；（2）深熔作用与变质作用的关系；（3）熔融反应及影响因素；（4）深熔过程中，熔体与残留体、残留矿物相的行为和分离过程的研究。以期建立原地-半原地深熔花岗岩的地质、岩相和地球化学标志，阐明深熔作用机理。

项目采用岩石学、岩相学、EPMA矿物地球化学、岩石地球化学、SHRIMP锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素等分析方法与手段，对华北克拉通北缘大青山-乌拉山地区和集宁-凉城-和林格尔地区的石榴花岗岩成因及其构造动力学背景进行研究。研究表明这些石榴花岗岩与深熔源岩（泥质麻粒岩）在野外空间上渐变过渡、密切共生，但石榴花岗岩中含有大量的源岩包体、残留体、残留矿物相/转熔矿物相，深熔源岩也散布规模较小的石榴花岗岩团块。石榴花岗岩中石榴石的显微结构和EPMA矿物化学分析表明石榴石多为转熔矿物相。石榴花岗岩与围岩变质沉积岩（泥质麻粒岩）矿物组成相近，但含量和结构却大不相同，二者具有特征十分相似的石榴石，主要为残留矿物相/转熔矿物相。地球化学研究表明石榴花岗岩与变质沉积岩（泥质片麻岩）套合程度相对较好，均具有高FeOt/MgO比值和Al2O3含量，K2O/Na2O比值和CaO含量值存在较大变化，相对富集轻稀土元素和大离子亲石元素，Ta、Nb、Ti和P等元素相对亏损。大青山-乌拉山包头和集宁-凉城-和林格尔石榴花岗岩具有含量范围较大的SiO2（52 wt.%-76 wt.%）和富MgO+FeOt（1.6 wt.%-14.8 wt.%）含量，与世界范围内典型的S型花岗岩略有差异，地球化学特征表明可能与石榴石残留体带入和幔源物质添加有关。通过相平衡模拟进一步限定变质作用三个阶段的温压条件，依次为650–750℃/5.3–8.9 kbar，800–830℃/ 9.8–11.2 kbar和780–810℃/5.0–6.0 kbar，形成一条具有顺时针特征的变质作用演化P-T轨迹，研究认为深熔作用可能发生在变质作用峰期及峰期后等温降压过程。SHRIMP锆石U-Pb年代学的研究认为大青山-乌拉山包头和集宁-凉城-和林格尔石榴石花岗岩是由2.50-2.45 Ga 和1.95-1.90 Ga两期深熔事件形成，与区域上幔源岩浆底侵时代相近，指示大青山-乌拉山包头和集宁-凉城-和林格尔石榴石花岗岩是幔源基性岩浆侵入麻粒岩相变质沉积岩中引起变沉积岩发生大规模部分熔融的产物。大青山-乌拉山和集宁-凉城-和林格尔石榴花岗岩进行Lu-Hf同位素的研究，大青山-乌拉山石榴花岗岩获得εHf(t) 值为−8.0–6.9, 集宁-凉城石榴花岗岩获得εHf(t) 值为−2.0–5.9，分别与区域上变质辉长岩εHf(t)