麻粒岩作为深部陆壳物质成分的代表，对探索下地壳组成与演化具有重要意义。此外，麻粒岩形成后抬升剥蚀到地表过程也有利于揭示区域地壳演化规律，因而一直以来备受关注(翟明国和刘文军，2001；于津海等，2002；翟明国，2004；郑建平等，2004；赖绍聪等，2006；陈孝德等，2007；徐德明等，2007；杨晓志等，2007；魏春景，2012)。

中天山地块出露前寒武系基底岩系，Nd、Hf同位素研究可将其地壳演化史至少可以追溯到古元古代(Shu et al., 2004；胡霭琴等，2010；贺振宇等，2012；黄博涛等，2014)。然而，迄今为止尚未发现有确切同位素年龄约束的古元古代地质体，这可能与中天地块普遍缺少古生物化石和可用于直接定年的火成岩有关。虽然近年来在中天山地块陆续发现了中、新元古代侵入体(胡霭琴等， 2006a，2010；黄博涛等，2014)，但也只能将其限定为不晚于中元古代。经历高温变质的麻粒岩(其变质作用可以形成变质锆石)为解决这一问题提供了可能。目前，中天山地块麻粒岩仅见于尾亚(董富荣等，1996；陈义兵等， 1997，1998；舒良树等，2000)和彩霞山(梁婷等，2006)(图 1)，彩霞山麻粒岩尚无确切时代依据，而尾亚麻粒岩时代也存在明显争议(董富荣等，1996；舒良树等，2000；Shu et al.， 2004；胡霭琴等，2006b)，这在很大程度上影响了中天山地块的前寒武纪基底组成与演化研究。

图 1

图 1 研究区地质简图 Fig. 1 Sketch map of studied area

野外地质调查在喀拉塔格地区(中天山地块东段)首次发现了产出在辉长岩中的麻粒岩包体，并对其进行了岩石学、矿物学、矿物化学及同位素年代学研究，以期为天山造山带早期地壳演化与构造归属研究提供重要资料。

中天山地块是夹持于中天山北缘断裂与中天山南缘断裂之间的古老地块(图 1)，主要由前寒武纪变质地层组成。研究区主要出露新太古界—古元古界(Ar₃-Pt₁)长城系(Ch)、蓟县系(Jx)、青白口纪系(Qb)、南华纪系(Nh)以及少量的石炭系—二叠系(C-P)(中国地质调查局西安地质调查中心，2009)。其中新太古界—古元古界天湖岩群为中天山地区结晶基底，长城系星星峡岩群、蓟县系卡瓦布拉克岩群和青白口系北塞纳尔塔格组为变质基底，南华系贝义西组和石炭系—二叠系阿其克布拉克组为沉积盖层。区内侵入岩自古元古代到古生代均有发育，其中以石炭纪侵入岩(包括基性和酸性两个端元)分布面积最大，平面上呈环状，常组成内核基性-外环酸性的环状岩系。

麻粒岩包体零散分布在石炭纪辉长岩和花岗岩之中(图 1中AB剖面)，野外不易与辉长岩区分。但是，二者地貌、风化特征以及比重方面存在一定差异：首先，在微地貌上，麻粒岩相对于辉长岩往往表现为正地形，且因其硬度大抗风化能力强而风化碎块较大，而辉长岩则反之；其次，麻粒岩比重大于辉长岩(若手持大小相似块体，重量有明显区别)也是野外识别二者的重要证据之一。

麻粒岩呈包体状主要产出在侵位于中天山地块石炭纪辉长岩中，也见部分残留在辉长岩与花岗岩的接触部位，为深部岩浆上涌捕掳下地壳物质的残留。本文提及的麻粒岩样品为来自于辉长岩中的麻粒岩包体。样品采集于新疆哈密喀拉塔格东北部的环形山地区，该区交通不便，目前尚无可供通行的道路，样品地理坐标为E:92°25′59.9″，N：41°38′53.3″。

堇青石紫苏辉石麻粒岩：岩石具粒状变晶结构、交生变晶结构、包含-筛状变晶结构，块状构造；主要组成矿物包括紫苏辉石(20％～30%)、堇青石(30％～40%)、黑云母(10％～20%)、石英(10％～15%)、斜长石(< 10%)，副矿物为金红石、磷灰石和锆石(<1%)。

根据现存矿物组合及其交生关系，可将其分为峰期前、峰期和峰期后3期组合：峰期前进变质组合为黑云母+石英+斜长石+堇青石(？)+角闪石(？)，峰期为紫苏辉石+堇青石+黑云母，峰期后退变质组合为石英+斜长石+黑云母+堇青石。

麻粒岩中的紫苏辉石呈他形粒状变晶，粒径～3 mm，与堇青石为相互包裹的嵌晶关系，二者呈交生变晶结构，即二者相互包裹，各自光性一致。紫苏辉石内可见大量石英、长石和黑云母包体，组成包含-筛状变晶结构(图 2)。

图 2

图 2 麻粒岩组成矿物及结构 Fig. 2 Mineral association and texture of the granulite Hy:紫苏辉石 Bi:黑云母 Crod:堇青石 Q:石英

紫苏辉石化学成分电子探针的分析结果见表 1，其中SiO₂变化较小，为53.07％～54.35%。CaO较为稳定且小于0.3%，远低于变质岩中斜方辉石CaO临界含量(李殿超，1995)，属斜方辉石范畴，其中顽火辉石分子(En)为60.9％～64.29%，为紫苏辉石；FeO变化较大，并与MgO含量之间呈负相关。Al₂O₃含量很低，但与尾亚(陈义兵等，1998)、彩霞山(梁婷等，2006)和麻粒岩基本相当。喀拉塔格紫苏辉石CaO和Al₂O₃含量相对偏低，暗示其形成温度相对较低。Rietmeijer(1983)认为火成和变质成因的斜方辉石化学成分有很大差异，研究区紫苏辉石在100Ca/(Fe²⁺+Mg+Ca)-Fe²⁺/(Fe²⁺+Mg)图解中均落入了变质成因区，而在(MgO+FeO)-Al₂O₃图解(图 3)中均落入了过渡区，这可能与紫苏辉石Al₂O₃含量过低有关。

表 1

表 1 麻粒岩中紫苏辉石、黑云母及堇青石矿物组成 Table 1 Hypersthene， cordierite and biotite composition of granulite 点号 紫苏辉石(%) 黑云母(%) 堇青石(%) 4338-2a 4338-2b 4338-3a 4338-3b 4338-4 4338-1 4338-5 2389-2a 2389-2b 2389-2c 4338-1 4338-2 4338-3 2389-1 2389-2 SiO 2 54.190 53.070 54.350 54.200 53.960 39.980 38.940 41.670 40.200 39.130 51.240 50.760 50.990 50.490 51.060 K 2O 0.012 0.009 0.000 0.027 8.200 8.930 8.440 9.310 8.760 0.011 — 0.001 0.028 0.004 TiO 2 0.045 0.061 0.074 0.076 0.066 1.840 2.640 1.920 2.230 2.280 — 0.005 — — — Na 2O 0.032 0.000 0.006 0.029 0.687 0.376 0.128 0.271 0.404 0.139 0.135 0.092 0.164 0.106 CaO 0.293 0.257 0.236 0.284 0.278 — — — — — 0.035 0.035 — 0.041 0.024 Cr 2O 3 0.000 0.000 0.098 0.133 0.152 0.082 0.005 — — 0.010 — — 0.010 MgO 20.410 20.640 21.230 20.690 21.940 16.410 14.470 18.020 17.200 18.120 10.220 8.990 10.650 10.920 11.000 FeO 22.570 22.680 22.810 23.020 21.060 10.800 13.320 9.770 9.570 8.620 4.940 6.890 4.500 3.640 3.610 Al 2O 3 1.147 1.536 1.065 1.397 1.253 14.370 14.410 13.770 14.740 14.830 32.690 32.470 32.840 32.620 33.120 MnO 0.026 0.035 0.079 0.009 0.026 0.036 0.026 0.098 — — 0.045 — — 0.045 — Total 98.725 98.279 99.853 99.682 98.737 92.455 93.264 93.898 93.526 92.144 99.319 99.295 99.074 97.979 98.933 O=12 O＝22 O＝36 Si 2.030 2.003 2.016 2.015 2.010 5.956 5.857 6.060 5.910 5.813 5.149 5.147 5.123 5.109 5.118 K 0.001 0.000 0.000 0.000 0.001 1.557 1.712 1.565 1.745 1.659 0.001 0.000 0.000 0.004 0.001 Ti 0.001 0.002 0.002 0.002 0.002 0.206 0.298 0.210 0.246 0.255 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Na 0.002 0.000 0.000 0.000 0.002 0.199 0.110 0.036 0.077 0.116 0.027 0.027 0.018 0.032 0.021 Ca 0.012 0.010 0.009 0.011 0.011 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.004 0.004 0.000 0.004 0.003 Cr 0.000 0.000 0.000 0.000 0.003 0.016 0.018 0.009 0.001 0.000 0.000 0.001 0.000 0.000 0.001 Mg 1.140 1.161 1.174 1.147 1.219 3.643 3.243 3.906 3.769 4.012 1.530 1.359 1.595 1.647 1.643 Fe 0.717 0.723 0.715 0.724 0.663 1.345 1.675 1.188 1.176 1.071 0.415 0.584 0.378 0.308 0.302 Al 0.051 0.068 0.047 0.061 0.055 2.522 2.553 2.359 2.553 2.596 3.870 3.879 3.887 3.889 3.911 Mn 0.001 0.001 0.002 0.000 0.001 0.005 0.003 0.012 0.000 0.000 0.004 0.000 0.000 0.004 0.000 注：电子探针在长安大学进行，分析结果保留小数点后3位。

表 1 麻粒岩中紫苏辉石、黑云母及堇青石矿物组成 Table 1 Hypersthene， cordierite and biotite composition of granulite

图 3

图 3 紫苏辉石成因判别图(底图据Rietmeijer，1983) Fig. 3 Genetic discrimitive diagrams for hypersthene(modified after Rietmeijer，1983)

麻粒岩中黑云母既有呈“包裹体”出现在紫苏辉石与堇青石等主要矿物中，也可见呈不均匀团块状集合体、鳞片状集合体或单独叶片状产出，粒度一般较小(< 0.5 mm)。单偏光镜下黑云母呈棕红、褐红-浅褐色多色性，指示其形成温度较高，为峰期变质矿物。部分黑云母已褪色且析出不透明金属矿物，为后期退变质作用的产物。包裹在紫苏辉石、堇青石中的黑云母可能形成于峰期前进变质作用但受到峰期变质改造。

黑云母电子探针分析结果见表 1。一般认为黑云母钛含量与变质程度为正相关(张儒缓和从柏林，1981；阎月华和翟明国，1988)。麻粒岩中黑云母TiO₂含量为1.84％～2.64%，在100Fe/(Mg＋Fe)-TiO₂图解(索书田等，1993)中落入麻粒岩相区，达麻粒岩相变质产物(图 4)。

图 4

图 4 黑云母变质相判别图解(据索书田，1993) Fig. 4 Diagram show metamorphic facies of biotites(after Suo Shutian，1993)

堇青石也是麻粒岩的主要组成矿物，含量可达30％～45％(表 1)。堇青石内有大量石英、长石、黑云母包体，形成包含-筛状变晶结构，为峰期变质矿物。局部可见的三联晶结构应为退变质过程中物质重组形成。现有的资料难以确定是否有堇青石参与峰期前进变质作用。总体来看，堇青石化学组成变化不大，其中MgO大于10%，且均大于FeO，属堇青石亚种。

二者在麻粒岩中的含量均较少，一般小于10％，被包裹在堇青石和紫苏辉石中。石英特有的塑变形态及其内有较多磷灰石针状包体表明早期曾被包裹在峰期变质矿物中并发生重熔，现存石英为后期退变质过程中形成的。斜长石主要见于堇青石中，形态与石英相似，强烈绢云母化，其演化过程与石英相似。

三者均为副矿物，含量小于1％。一般认为含钛的副矿物-金红石是中压麻粒岩的标志矿物之一。

在麻粒岩中挑选出锆石，经阴极发光照相后进行单颗粒锆石LA-ICP-MS U-Pb定年。样品分析测试在西北大学国家大陆动力学国家重点实验室完成。阴极发光激光脉冲为10Hz，锆石年龄采用国际标准9150作为外标。

阴极发光照相表明，麻粒岩中的锆石可以分为3类：第1类锆石(图 5a)具岩浆锆石典型的振荡环带，可能来自于麻粒岩原岩； 第2类锆石(图 5b)则具有不协调的内、外分带，系多期地质作用的产物；第3类为(图 5c)形态各异，如测点9为等轴状、他形、弱分带，测点5为他形、柱状、弱扇形分带，测点44、45为他形-半自形、短柱状、面型分带，测点14为半自形、柱状、流动状分带，均为典型变质锆石。

图 5

图 5 锆石阴极发光图像 Fig. 5 CL images for zircons in the granulite

对3组不同成因的32粒锆石进行了55个测点分析，结果表明其年龄可以分为3组(图 6a)： 第1组27个测点来自于具有明显振荡环带锆石(第1类锆石)，其中一部分集中分布在谐和线上，另外一部分由于不同程度的铅丢失落在谐和线下部，二者组成的不一致线的上交点年龄为2354±23 Ma(MSWD=1.2，error bars=2δ)(图 6b)，可能代表麻粒岩原岩的形成时间； 第2组23个测点来自具变质特征锆石(第3类锆石)，测点大都落在的谐和线附近，不一致线的上交点年龄为1899±32 Ma(MSWD=2.4，error bars=2δ)(图 6c)，为麻粒岩相变质时间； 第3组来自于具内外分带锆石的内核(图 5b)，该组数据较少且Pb丢失明显，测点多落在谐和线下部，其不一致线上交点年龄为2546±29 Ma(MSWD=0.21，error bars=2δ)(图 6d)，可能为原岩中的残留锆石年龄，这里不讨论其地质意义。

图 6

图 6 锆石LA-ICP-MS谐和图 Fig. 6 LA-ICP-MS U-Pb zircon Concordia

独特的变晶结构及其中包含有石英、长石和黑云母等表明紫苏辉石为变质成因，定量的100Ca/(Fe²⁺+Mg+Ca)-Fe²⁺/(Fe²⁺+Mg)图解中紫苏辉石也落入了变质区域。黑云母的棕红色多色性及其TiO₂-100Fe/(Fe+Mg)图解都表征其经历了麻粒岩相变质。据此，由紫苏辉石+堇青石+黑云母+石英+斜长石组成的岩石为麻粒岩。遗憾的是现有矿物组合不足以计算麻粒岩形成的温压条件，但是喀拉塔格麻粒岩与彩霞山和尾亚麻粒岩组成矿物相似，缺少石榴子石且含有含钛的副矿物(金红石及含水矿物黑云母)，暗示其可能为中低压麻粒岩。

近年来，中天山地块陆续发现了中、新元古代侵入体(胡霭琴等，2006a)，约束了中天山地块的形成时代不晚于中元古代。此外，Nd及Hf同位素也记录了古元古代地壳演化信息(Shu et al., 2004；胡霭琴等，2010；贺振宇等，2012；黄博涛等，2014)，但该区是否存在古元古代地质体一直是一个悬而未决的问题。

本次工作在喀拉塔格地区新发现麻粒岩的变质年龄是1899±32 Ma，为古元古代晚期。值得一提的是，前人在东部尾亚地区也获得了1885±186 Ma的同位素年龄(胡霭琴等，2006b)，二者共同证实了中天山地块东段存在古元古代结晶基底。麻粒岩中具有振荡环带的岩浆锆石的同位素年龄(2354±23 Ma)，与尾亚麻粒岩Nd模式年龄(2.3 Ga)及锆石U-Pb 年龄(2396±401 Ma)(胡霭琴等，2006b)相近，若该锆石形成于麻粒岩原岩成岩过程而非捕获更早期锆石，则可以将中天山地块的地壳演化史追溯到古元古代早期。尾亚麻粒岩古生代的同位素年龄(舒良树等，2000；Shu et al.， 2004)更可能为其抬升剥蚀到地表的时间。

表 2

表 2 麻粒岩LA-ICP-MSU-Pb分析结果 Table 2 LA-ICP-MS U-Pb age of granulit

表 2 麻粒岩LA-ICP-MSU-Pb分析结果 Table 2 LA-ICP-MS U-Pb age of granulit

关于中天山地块与塔里木地块的亲缘关系研究目前存在两种反差较大的观点(Lei et al., 2011； Ma et al., 2012a，2012b，贺振宇等，2012；黄博涛等，2014)。一些学者依据中天山地块发育与塔里木类似的新元古代-寒武纪的碳酸盐岩和碎屑岩沉积，以及二者均记录了与Rodinia和Columbia 超大陆汇聚或裂解有关的构造热事件记录，认为中天山地块是从塔里木板块裂离出来的一部分(Lei et al., 2011，Ma et al., 2012a，2012b)。但是，也有人认为中天山地块缺少与塔里木地块可对比的古元古代甚至更早热事件记录，二者之间在前寒武系无亲缘关系(贺振宇等，2012；黄博涛等，2014)。事实上，塔里木东北缘广泛发育新太古代基底岩系(Long et al., 2010，Zhang et al., 2012)，且基底岩系经历了古元古代早期(Long et al., 2010，Shu et al., 2011)晚期(1.8～2.0 Ga)再造和变质作用(Shu et al., 2011，Zhang et al., 2012)。中天山地块喀拉塔格麻粒岩也记录了古元古代早期(2354±23 Ma)和古元古代晚期(1899±32 Ma)两期热事件，虽然其与塔里木地块新太古-古元古代热事件对比尚需进一步详细研究，但是已有年龄格架的相似性已经显示出二者早期更可能为统一块体。