0 引言

近些年来，蓝片岩的形成与板块俯冲作用有关^[1-2]的观点已经得到地质学者们的普遍认同。蓝片岩及其共生的高压变质矿物具有与蛇绿岩套相似的地质意义，可以作为古洋壳俯冲及两大陆块碰撞拼贴的重要标志^[2]。因此，蓝片岩的发现与研究已经得到国内外学者的广泛重视。

1981年，地质人员首次在内蒙古头道桥地区识别出一套高压变质岩石^[3]，并且根据岩石特征和矿物组合划分出“双变质带”，包括：低压/高温变质带——角闪石带、黑云母带和绿泥石带；高压/低温变质带——蓝闪石带、冻蓝石带和多硅白云母绿泥石带^[3]。近些年来，随着研究手段的增强，大量学者对头道桥地区的变质岩石开展了更加详细的研究。学者们普遍认为头道桥变质岩沿塔源—喜桂图构造带发育，是一套经历了高压变质作用的变质岩石组合，是额尔古纳地块和兴安地块碰撞拼贴的产物^[4-8]。但是，关于这套高压变质岩石的岩石类型、矿物组合、变质条件、变质年龄等仍然没有统一的认识。故此，本文选择头道桥地区出露的蓝片岩及其相关变质岩石为研究对象，通过岩石学研究明确蓝片岩及其相关变质岩石的岩石类型和变质演化过程，并结合区域地质资料和前人研究成果分析头道桥蓝片岩及其相关变质岩石的成因机制与动力学背景，以期进一步探讨额尔古纳地块和兴安地块碰撞拼贴的构造演化模式。

1 区域地质背景

内蒙古头道桥地区在大地构造位置上处于兴蒙造山带东段(图 1a)，该地区夹持于西伯利亚、华北、西太平洋三大板块之间，构造演化较为复杂。不同学者对东北地区的大地构造性质及其划分方法有不同的认识，以槽台学说和板块构造学说为主要思想^[10-12]。近年来，随着板块理论的不断深入研究，学者们在总结前人成果的基础上，将东北地区依次划分为额尔古纳、兴安、松嫩、佳木斯地块以及各个地块之间的构造拼合带(图 1a)。

额尔古纳地块位于内蒙古东北部，呈NEE延伸，向北与俄罗斯境内的岗仁地块相连，向南与中蒙古地块相连，东南部与兴安地块相邻^[13-14]。额尔古纳地块具有前寒武纪结晶基底，主要是角闪岩相变质的兴华渡口群、绿片岩相变质的佳疙瘩群和少量新元古代花岗岩^[15-16]。沉积盖层主要以中新生代地层为主，古生代地层较少。中生代岩浆作用较为强烈，断裂构造发育。

兴安地块位于额尔古纳地块东南缘，具有角闪岩相到绿片岩相的前寒武变质基底、少量古生代沉积盖层和古生代花岗岩，发育大量的中生代火山岩和花岗岩^[17-19]。

额尔古纳地块与兴安地块具有不同性质的变质基底，沉积盖层的发育也不相同，这一观点已经得到学者们的广泛认同，但是两地块的边界问题一直存在争议。传统上一般认为德尔布干断裂带是额尔古纳地块的东界^{[12, 15]}，其分割了额尔古纳地块和兴安地块^[20-21]，但至今未发现与缝合带有关的岩石标志。近年来，随着新林蛇绿岩套、塔河早古生代后造山花岗岩、头道桥蓝片岩的陆续报道，越来越多的学者认为塔源—喜桂图断裂带是额尔古纳地块的东界^[22-24]。

头道桥地区位于内蒙古自治区东北部、呼伦贝尔盟海拉尔南90 km。区内主要发育奥陶系—泥盆系浅变质碎屑岩，十分发育石炭—二叠系侵入岩，局部被中生代火山岩覆盖。高压变质岩分布在头道桥东南4 km处。变质岩带主要发育蓝闪石片岩、绿片岩、云母片岩等变质岩石组合。

2 样品岩相学描述

本次研究的7块具有代表性的变质岩样品均采集于头道桥地区，采样点位置参见图 1b，标本岩石类型和矿物组成见表 1。

2.1 蓝片岩

蓝片岩主要为白云母绿泥钠长蓝闪片岩(TD13)、绿泥钠长蓝闪片岩(TD9)和蓝闪绿泥钠长片岩(TD7)，均为鳞片粒状变晶结构、片状构造。

白云母绿泥钠长蓝闪片岩(TD13)矿物组合为角闪石(蓝闪石和蓝透闪石)、绿帘石、钠长石、多硅白云母、绿泥石、石英和方解石，并含榍石和赤铁矿。蓝闪石、绿泥石和钠长石定向排列组成主要片理。蓝闪石呈自形或半自形板状，粒径可达0.8 mm，含绿帘石、绿泥石、榍石和赤铁矿等细小包裹体。大多数的蓝闪石矿物具有紫色-深蓝-浅蓝的多色性。背散射电子图像显示蓝闪石具有环带结构特征，即核部为蓝透闪石，边部向蓝闪石转变，部分颗粒在最边部又转变为蓝透闪石。此外，部分蓝闪石被绿泥石沿边部取代。多硅白云母呈他形针柱状，粒径最大0.2 mm。绿帘石呈他形粒状，粒径0.1 mm左右，部分绿帘石具有环带结构特征；绿泥石呈半自形到他形鳞片状，粒径可达0.3 mm(图 2a，b)。

绿泥钠长蓝闪片岩(TD9)矿物组合为绿帘石、绿泥石、钠长石、蓝闪石、石英，少量方解石、榍石和赤铁矿。蓝闪石、绿泥石、绿帘石为主形成暗色片理，钠长石、石英为主形成浅色片理。蓝闪石呈自形或半自形柱状，粒径可达0.3 mm，多色性不明显，主要为蓝色；绿帘石呈他形粒状，粒径0.1 mm左右；绿泥石呈半自形到他形鳞片状，粒径可达0.3 mm(图 2c)。

蓝闪绿泥钠长片岩(TD7)矿物组合为绿帘石、绿泥石、钠长石、石英，并含有少量的蓝闪石、蓝透闪石和多硅白云母，副矿物主要为方解石、榍石、赤铁矿。绿泥石、多硅白云母和钠长石定向排列组成主要片理。蓝闪石主要呈他形板状或柱状，粒径可达0.2 mm；绿帘石呈他形粒状，粒径0.1 mm左右；绿泥石呈半自形到他形鳞片状，粒径可达0.3 mm(图 2d)。

2.2 绿片岩

绿片岩主要为绿泥钠长阳起片岩(TD10, TD16)、白云母绿泥石英片岩(TD6)和白云母绿泥钠长片岩(TD11)。

绿泥钠长阳起片岩(TD10)矿物组合为角闪石(阳起石为主，少量镁角闪石、冻蓝闪石、蓝透闪石)、绿帘石、绿泥石、钠长石、石英、方解石、榍石和少量赤铁矿。角闪石呈半自形柱状，粒径可达0.5 mm。BSE显示部分角闪石具有环带结构特征，核部为冻蓝闪石，幔部为镁角闪石，边部向阳起石转变，部分角闪石颗粒显示核部具有蓝透闪石包裹体。部分绿帘石同样具有环带结构(图 2e，f)。

绿泥钠长阳起片岩(TD16)矿物组合为角闪石(阳起石、镁角闪石为主)、绿帘石、绿泥石、钠长石、多硅白云母、石英、方解石、榍石和少量赤铁矿。角闪石呈自形到半自形柱状，粒径可达0.5 mm。大部分角闪石具有环带结构特征，即核部为镁角闪石，边部向阳起石转变。此外，部分阳起石和绿泥石沿着镁角闪石的解理部分发育(图 2g)。

白云母绿泥石英片岩(TD6)矿物组合为多硅白云母、绿泥石、钠长石、石英，副矿物主要有赤铁矿、方解石、榍石和部分碳酸盐矿物。绿泥石和多硅白云母定向排列形成主要暗色片理，钠长石和石英形成主要浅色片理。多硅白云母呈他形长柱状或针状，粒径可达0.3 mm。绿泥石呈他形鳞片状，粒径可达0.4 mm(图 2h)。

白云母绿泥钠长片岩(TD11)矿物组合为绿泥石、绿帘石、钠长石、多硅白云母、石英、方解石、榍石和少量赤铁矿。多硅白云母呈他形长柱状或针状，粒径可达0.2 mm。

3 矿物化学分析

样品的矿物成分分析在日本岛根大学电子探针测试中心完成，电子探针仪器型号为JX-8800和JXA-8530F，加速电压均为15 kV，测试电流2.5×10^-8 A，电子束的直径为5 μm。具有代表性的矿物化学测试结果见表 2。

3.1 蓝片岩中角闪石

蓝片岩样品中，角闪石主要为镁钠闪石，部分为蓝闪石。采用离子计算软件计算得出的角闪石标准化学式中，N_Si=7.59~7.84 (N_O=23, N为原子数)，N_Na=1.52~1.79。部分角闪石颗粒具有环带特征，由核部的蓝透闪石向边部的镁钠闪石或蓝闪石转变；小部分角闪石具有核幔边结构(图 3)，核部为蓝透闪石(N_Si=7.50~7.83，N_Na=0.55~1.46，X_Mg=[Mg/(Mg+Fe²⁺)]=0.55~0.95)，幔部为镁钠闪石(N_Si=7.83~7.96，N_Na=1.52~1.79，X_Mg =0.54~0.64)，边部为蓝透闪石(N_Si=7.83~7.92，N_Na =0.80~1.49，X_Mg =0.61~0.62)。

3.2 绿片岩中角闪石

绿片岩样品中，角闪石主要为阳起石、镁角闪石。大部分角闪石颗粒具有成分环带特征，由镁角闪石(N_Si=6.65~7.47，N_Na=0.24~0.50)向阳起石(N_Si=7.54~7.94，N_Na=0.03~0.50)转变，镁钙闪石、浅闪石和绿钙闪石均以包裹体的形式出现在角闪石的核部。绿泥钠长阳起片岩(TD10)中部分角闪石颗粒环带特征较为复杂，表现为蓝透闪石(N_Si=7.60~7.94，N_Na=0.53~0.87)为包裹体、冻蓝闪石为核部(N_Si=7.31~7.48，N_Na =0.51~0.64)、镁角闪石为幔部(N_Si=6.65~7.47，N_Na=0.24~0.50)、阳起石为边部(N_Si=7.54~7.94，N_Na=0.03~0.50)(图 3)。

3.3 云母

蓝片岩和绿片岩样品中的白云母均为多硅白云母，经计算得出多硅白云母分子式中Si原子数较高(N_Si=6.67~7.17，N_O=22，N_Na/N_(Na+K)=0.012~0.040)。不同样品的多硅白云母化学成分略有不同。蓝片岩中多硅白云母(N_Si=6.8~7.1)Si原子数较高，绿片岩中多硅白云母具有较低的Si原子数(N_Si=6.7~6.9)(图 4)。

3.4 绿帘石

不同样品中绿帘石成分变化不大，同一样品中，以包裹体形式出现的绿帘石和基质中的绿帘石成分相似。

3.5 其他矿物

钠长石化学成分为Ab_98-100An_0-2；绿泥石均为镁-铁绿泥石，N_Si=5.46~6.36，X_Mg=0.32~0.52；榍石中FeO的质量分数为1%~5%，N_Al=2.28~1.50，N_Ti=0.86~0.98。

4 共生矿物组合及变质相 4.1 蓝片岩

根据岩相学研究，结合角闪石成分变化趋势^[26]，即蓝透闪石-蓝闪石/镁钠闪石-蓝透闪石(图 3)，将蓝片岩的变质演化过程分为3个阶段(图 5)。其中：前锋期变质作用的共生矿物为蓝透闪石(角闪石的核部)和角闪石的包裹体，主要为绿帘石、绿泥石、赤铁矿等；蓝片岩峰期变质矿物组合主要为蓝闪石/镁钠闪石+绿帘石+多硅白云母+绿泥石+钠长石+赤铁矿，指示典型的绿帘蓝闪片岩相变质。蓝闪石/镁钠闪石的化学成分与Evans^[27]研究中第6类钠质闪石基本相同。多硅白云母中Si的原子数大于7.1，可以推断峰期压力应大于1.2 GPa^[28]。根据变质反应Jd+Qtz→Ab可以确定钠长石存在的压力条件^[29]。综合上述条件，可以确定绿帘蓝闪片岩的峰期变质条件为T=400~600 ℃，p=1.2~1.4 GPa(图 5)。退变质作用主要表现为角闪石边部由钠质闪石转化为蓝透闪石，并且角闪石常常被绿泥石取代，指示由绿帘蓝闪片岩相向绿片岩相转化。

4.2 绿片岩

绿片岩矿物组合变化较多，主要为绿泥石+钠长石+石英±绿帘石±阳起石±多硅白云母±赤铁矿，指示绿片岩相变质作用。

根据岩相学研究，结合角闪石成分变化趋势^[26]，即蓝透闪石-冻蓝闪石-镁角闪石-阳起石(图 3)，绿泥钠长阳起片岩的变质演化过程可以分为3个阶段：由蓝透闪石到冻蓝闪石的转变指示前峰期变质作用；冻蓝闪石的出现指示峰期变质温压条件达到绿帘角闪岩相；由镁角闪石到阳起石的转变指示退变质作用由角闪岩相向绿片岩相转变。

白云母绿泥石英片岩(TD6)和白云母绿泥纳长片岩(TD11)中多硅白云母的Si原子数(N_Si=6.9)与蓝片岩中多硅白云母的Si原子数(N_Si=7.1)相近(图 4)，指示2种岩石可能经历了相似的变质条件(图 5)。但是，2种岩石矿物组合和变质级别不同，可能是由于原岩成分不同^[30]。

5 讨论

前人早期的研究工作主要集中在蓝片岩的矿物组合及变质相，确定了绿帘石+蓝闪石+钠长石+绿泥石+多硅白云母的变质矿物组合，指示形成条件是典型的低温高压环境^[4]。近年来，头道桥蓝片岩的报道逐年增多，研究成果日益丰富。学者们对头道桥蓝片岩是在洋壳俯冲背景下形成的低温高压型变质岩石达成了统一的认识，变质级别为绿帘-蓝闪岩相, 一般认为变质压力大于1.0 GPa，变质温度为320~480 ℃^[5-8]，与本次研究结果吻合。地球化学研究显示，变质岩原岩为玄武岩，具有OIB(洋岛玄武岩)和N-MORB(洋中脊玄武岩)的地球化学特征, 同位素测年资料显示源岩年龄为~511 Ma，变质时间在492 Ma之前^[6]，由此推断蓝片岩的形成时间为511~492 Ma。

近年来，关于塔源—喜桂图缝合带的研究越来越多，研究成果越来越丰富。除了头道桥蓝片岩的大量研究，沿该缝合带不同位置均有蛇绿混杂岩的报道(表 3)。在缝合带的北段，大兴安岭新林附近最早发现了蛇绿岩套，变玄武岩属于MORB型，同位素测年确定其超镁铁质岩形成时间为早寒武世^[21]。随后，阿里河蛇绿岩带(吉峰、嘎仙、环二库等地)的报道逐渐增多，同位素测年显示形成时代为中元古代^[31-34]。最近几年，阿里河蛇绿岩带的报道尤为增多，嘎仙地区辉石岩的锆石U-Pb年龄为628 Ma^[35]。新林辉长岩的形成时间为539 ~510 Ma，嘎仙辉绿岩形成时间为~630 Ma，吉峰辉长岩形成时间为(647.0±5.3)Ma，地球化学性质都显示出E-MORB兼OIB性质，属于过渡性SSZ(super-subduction zone)蛇绿岩^[36]。嘎仙变辉石岩中获得的SHRIMP年龄为(627.7±9.7) Ma，变辉长岩获得(646.9±5.3) Ma同位素年龄^[37]。嘎仙蛇绿岩的绢云石英片岩中获得LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果为(618.0±14.0)Ma，地球化学特征分析显示为SSZ蛇绿岩，形成于弧后盆地环境^[38]。吉峰蛇绿岩中超基性岩和辉长岩地球化学特征显示为E-MORB型，玄武岩为SSZ型蛇绿岩^[39]。环二库地区变辉石岩锆石U-Pb测年结果为(696.8±2.9)Ma，岩石地球化学分析显示，变质辉长岩具有N-MORB的地球化学特征^[40]。越来越多的研究表明，新林—嘎仙—吉峰蛇绿岩是新元古代的古洋壳残余，而不是中元古代。在塔源—喜桂图缝合带的西南部，迈罕特乌拉蛇绿岩也具有相似的地球化学特征，通过横向对比，认为该蛇绿岩与新林—嘎仙—吉峰蛇绿岩是同期、同构造背景的产物^[41]。

综上所述，塔源—喜桂图一线蛇绿岩代表新元古代古洋壳残片，其形成环境与额尔古纳地块和兴安地块间大洋的洋内俯冲有关，俯冲作用开始于新元古代。俯冲作用结束后，进入碰撞阶段，头道桥蓝片岩等高压岩石组合就是形成于这一阶段。根据同位素年代学研究，额尔古纳地块和兴安地块的碰撞发生在511~492 Ma^{[6, 42]}。碰撞结束后，洋壳闭合，进入后造山阶段，塔河地区发育大量490 Ma后造山花岗岩，标志额尔古纳地块和兴安地块拼合完成^[23]。

6 结论

1) 内蒙古头道桥地区的变质岩石主要为蓝片岩和绿片岩组合。通过对变质岩石的岩相学及矿物化学研究，获得了绿帘蓝闪片岩的峰期变质条件为T=400~600 ℃，p=1.2~1.4 GPa，变质级别为绿帘蓝闪片岩相。

2) 绿片岩的峰期变质温压条件达到绿帘角闪岩相，而后向绿片岩相转变。绿片岩中多硅白云母的Si原子数与蓝片岩中多硅白云母的Si原子数相近，推断两种岩石可能经历了相似的变质条件。

3) 结合前人研究成果和区域地质资料，认为头道桥地区变质岩的形成与额尔古纳地块和兴安地块间大洋的洋内俯冲有关，俯冲作用开始于新元古代，碰撞拼贴发生在511~492 Ma，490 Ma后碰撞拼合完成。