2013, Vol. 29
郯庐断裂是中国东部巨型的左行平移断裂，是华北板块和扬子板块重要的边界断裂 (图 1)，其形成演化历史一直为人们所关注(Xu et al., 1987；Lin and Fuller, 1990；Okay and Şengör，1992；Yin and Nie, 1993；Li，1994；Xu and Zhu, 1994；Lin and Li, 1995；Zhang，1997；Gilder et al., 1999；Schmid et al., 1999；Wang et al., 2003；Zhu et al., 2007；Meng et al., 2007)。然而，直至现今，人们对其的研究多侧重于构造地质学、年代学的分析(徐嘉伟, 1980; Xu et al., 1987; Xu and Zhu, 1994；Lin and Fuller, 1990；Okay and Şengör，1992；Yin and Nie, 1993；Li，1994；Lin et al., 2005，2009；Lin and Li, 1995；Zhang，1997；Gilder et al., 1999；Schmid et al., 1999；Wang et al., 2003；Meng et al., 2007；Zhu et al., 2005, 2007；朱光等, 1998, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005a, b ，2006a, b ，2009；王勇生等, 2004, 2005, 2006；王勇生和朱光, 2005; 牛漫兰等, 2002, 2005； 牛漫兰，2006; Zhang and Teyssier, 2013; Zhang et al., 2013)，极少对该带内变质块体进行变质岩石学研究(石永红等, 2007, 2009)，特别是对关键地段--张八岭隆起区的变质属性缺乏细致定量的变质岩石学研究。徐嘉伟(1980) 、Xu et al. (1987) 最初确定郯庐断裂具大规模左行平移性质的最重要的证据之一，是将张八岭隆起南段肥东群变质杂岩与大别造山带南部宿松群变质杂岩视为相当层，并认为是郯庐断裂将两者错断 (两者之间的断距近250km)。遗憾的是他们 (徐嘉伟, 1980; Xu et al., 1987) 仅仅是依据两者均具有含磷岩系进行判别的，缺乏精细的变质岩石学限定。随着研究的深入，对于宿松群以及肥东群的变质属性，人们的认识也不尽相同。张树业等(1988) 、荆延仁等(1991) 、刘雅琴等(1991) 、刘雅琴和胡克(1999) 、Liou et al. (1995) 、魏春景和单振刚(1997) 和Xia et al.(2008, 2009, 2010) 认为宿松群经历了蓝片岩相或榴辉岩相高压变质，Zhai et al. (1995) 、王清晨等(1999) 和石永红等(2007, 2010) 则认为其具有绿帘角闪岩相变质特征。肥东群的变质属性的认识也是大相径庭。Zhu et al.(2005, 2007, 2010)、Zhang et al. (2007) 和石永红等(2009) 强调肥东群属于角闪岩相变质地块，Lin et al.(2005, 2009) 则认为其与桐城高压地块或北大别混合岩单元相类似。由此不难看出，宿松群和肥东群的一致性值得商榷，这暗示了郯庐断裂的左行平移的变质岩石学证据是较为薄弱的。为此，本次研究对肥东地块展开了区域性的变质岩石学研究和初步的年代学分析，期望对该地块的变质属性和构造归属予以较为准确的标定。研究表明，肥东地块主要由三个岩石单元构成，其经历了角闪岩相变质，锆石U-Pb年龄分析显示，其变质原岩具扬子板块属性。
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图 1 研究区地质概要图 Fig. 1 Simplified geological sketch map of the study area |
肥东地块位于中国安徽省中部，郯庐断裂中段的张八岭隆起南部地区，呈NNE向展布，长约40km，宽5~7km，出露面积约240km2，主要由大理岩、花岗片麻岩、斜长角闪岩等构成 (Xu et al., 1987; 童劲松和许卫，2000; Zhang et al., 2007)，其总体构造样式表现为一系列向南东倾的倾伏褶皱，面理倾向SE，倾角为30°~45°。区内发育大量NNE-SSW走向左行韧性剪切带，面理倾向SE，倾角为70°~90°，线理为NE-SW，倾伏角小于10°(许卫和童劲松，1999；Zhang et al., 2007; Zhu et al., 2005, 2007, 2010)。根据此次野外地质调查和岩相学分析，自西向东，肥东地块由单元-Ⅰ、单元-Ⅱ和单元-Ⅲ构成 (图 1)：(1) 单元-Ⅰ：主要出露于浮槎山-火龙山-尖山-后份河一线，主体由花岗片麻岩构成，局部含有呈透镜体产出的斜长角闪岩。花岗片麻岩多呈层状、块状或条带状产出，面理倾向为140°~160°，倾角为60°~80°，线理倾伏向为210°~230°，倾伏角为15°~40°(图 2a)。(2) 单元-Ⅱ：位于阚集-解集以东，沿太子山一线分布，主体为黑云斜长片麻岩，其间夹有呈条带状或透镜状产出的斜长角闪岩和花岗闪长质片麻岩，面理倾向为120°~150°，倾角为60°~80°，线理倾伏向为190°~220°，倾伏角为5°~15°(图 2b)。(3) 单元-Ⅲ：出露于龙山-方集-上份叶-蛮山口一线，主要由角闪斜长片麻岩、含磷大理岩、斜长角闪岩、石榴黑云斜长片麻岩和磁铁石英岩透镜体等构成。面理产状一致倾向SE，倾角在60°~80°之间(图 2c-f)。
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图 2 肥东地块变质杂岩野外照片 (a)-花岗片麻岩；(b)-黑云斜长片麻岩；(c)-角闪斜长片麻岩；(d)-含磷大理岩；(e)-斜长角闪岩；(f)-石榴黑云斜长片麻岩 Fig. 2 Photos for Feidong terrane in the field (a)-granitic gneiss; (b)-biotite-plagioclase gneiss; (c)-amphibole-plagioclase gneiss; (d)-phosphatio marble; (e)-amphibolite; (f)-garnet-biotite-plagioclase gneiss |
本次研究采集的样品总计132块，用于温压评价的样品15块，主要为石榴黑云斜长片麻岩和斜长角闪岩。其中单元-Ⅰ样品1块，单元-Ⅱ样品3块，单元-Ⅲ样品11块 (表 1; 图 1)。矿物简写据Whitney and Evans(2010) ：Grt=石榴子石；Amp=角闪石；Qtz=石英；Pl=斜长石；Bt=黑云母；Mag=磁铁矿；Ap=磷灰石；Ep=绿帘石；Chl=绿泥石;Cal=方解石。
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表 1 肥东地块岩石样品中的峰期矿物组合 Table 1 Sample listing with deduced peak mineral parageneses |
花岗片麻岩为单元-Ⅰ特征岩石，主要组成矿物为斜长石(20%~25%)、钾长石(25%~30%)、石英(30%~35%)、黑云母(5%~10%)、磁铁矿(~5%)。斜长石为他形-半自形，粒径为0.4~0.6mm；钾长石他形-半自形，粒径在0.2~0.8mm；黑云母半自形-自形，粒径较小在0.3~0.5mm之间，并且边缘发育绿泥石等退变矿物；磁铁矿呈星点状分布，粒径为~0.3mm；石英他形不规则，粒径0.4~1mm(图 3a)。
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图 3 肥东地块变质杂岩显微照片 (a)-花岗片麻岩；(b)-黑云斜长片麻岩；(c)-角闪斜长片麻岩；(d)-含磷大理岩；(e)-斜长角闪岩；(f)-石榴黑云斜长片麻岩 Fig. 3 Photomicrographs of the Feidong terrane (a)-granitic gneiss; (b)-biotite-plagioclase gneiss; (c)-amphibole-plagioclase gneiss;(d)-phosphatio marble;(e)-amphibolite; (f)-garnet-biotite-plagioclase gneiss |
黑云斜长片麻岩为单元-Ⅱ的主体岩石，主要矿物组合为黑云母(15%~20%)、斜长石(25%~30%)、石英(25%~30%)、磷灰石(5%~10%)、榍石(5%)以及少量的磁铁矿(5%)。黑云母半自形-自形，粒径为0.2~0.6mm，片状定向排列，边部发育绿泥石等退变矿物；斜长石他形不规则，粒径在0.4~1mm；磷灰石为半自形-自形，粒径在0.2~0.4mm之间；榍石呈他形-半自形，粒径在0.4~0.8mm；磁铁矿呈他形分布于其他矿物边缘(图 3b)。
3.3 角闪斜长片麻岩角闪斜长片麻岩为单元-Ⅲ的主体岩石，主要组成矿物为角闪石(15%~20%)、斜长石(25%~30%)、黑云母(5%~10%)、石英(30%~35%)以及极少量的磁铁矿(＜5%)。其中角闪石为他形，鳞片状定向排列，粒径为0.2~0.6mm，边缘以及解理缝中发育退变的绿泥石；斜长石他形-半自形，内部光滑边缘有些退变而粗糙，粒径为0.4~0.8mm；黑云母半自形-自形，粒径为0.3~0.5mm；石英他形(图 3c)。
3.4 含磷大理岩含磷大理岩主要发育于单元-Ⅲ中，矿物组成为方解石(90%~95%)、磷灰石(5%)、白云母(5%)。方解石为半自形-自形，粒径为0.5~1.2mm；磷灰石他形-半自形，粒径为~0.2mm；白云母半自形-自形，0.1~0.2mm(图 3d)。
3.5 斜长角闪岩该岩石在三个单元均有出露，其矿物组合为角闪石(60%~70%)、斜长石(20%~25%)、石英(5%)。角闪石多呈他形-半自形，鳞片状排列，粒径在0.2~1.5mm，具典型的鳞片変晶结构，角闪石颗粒边缘及解理缝中常发育退变的绿泥石；斜长石为他形不规则，粒径在0.1~0.4mm之间；副矿物主要为黑云母、磷灰石和磁铁矿，含量较少＜5%(图 3e)。部分斜长角闪岩样品含少量的榍石和绿帘石(表 1)。
3.6 石榴黑云斜长片麻岩该岩石主要发育于单元-Ⅲ中，主要矿物为石榴子石(10%~20%)、黑云母(15%~20%)、斜长石(25%~30%)、磁铁矿(10%~15%)、石英(10%)(表 1)。石榴子石多呈半自形-他形，粒径为0.3~3mm，颗粒较为破碎，内部含石英和磷灰石等早期矿物包体；黑云母为半自形-自形，呈条带状定向排列，粒径在0.4~2mm之间，边缘以及解理缝中发育退变形成的绿泥石；斜长石他形-半自形，粒径在0.4~1mm；磁铁矿他形不规则，粒径为0.5~4mm，内部含磷灰石包体；石英他形(图 3f)。
4 特征性岩石主要矿物化学研究根据岩相学分析、温压计适用的范围以及研究目的，本次研究选取了肥东地块的特征性岩石--斜长角闪岩和石榴黑云斜长片麻岩作为研究对象，对这两类岩石进行细致的矿物成分分析和热力学评价。矿物成分分析由中国科学院地质与地球物理研究所电子探针分析实验室完成，仪器型号为JAX-8100，实验条件为加速电压15kV，电子速流20nA，电子束斑为5μm。石榴子石、黑云母、角闪石和长石结构式分别以12、11、23和8个O进行计算。其中石榴子石Fe2+的校正采用电价平衡方法(Droop, 1987)，角闪石中的Fe2+的校正则应用Si+Al+Ti+Mg+Fe+Mn=13的方法。代表性矿物成分数据见表 2和表 3。
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表 2 肥东地块单元Ⅰ和单元Ⅱ中斜长角闪岩中代表性矿物成分(wt%) Table 2 Representative mineral compositions (wt%) for plagioclase amphibolite from Unit-I and Unit-Ⅱ of Feidong terrane |
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表 3 肥东地块单元-Ⅲ中石榴黑云斜长片麻岩和斜长角闪岩中代表性矿物成分(wt%) Table 3 Representative mineral compositions (wt%) for garnet-biotite-plagioclase gneisses and plagioclase amphibolite from Unit-Ⅲ of Feidong terrane |
为较为准确地判别主期矿物成分并用于P-T评价，本次研究对特征性岩石的主要矿物进行了成分剖面分析。其中图 4a, b为斜长角闪岩中角闪石和长石成分剖面。图 4c-e为石榴黑云片麻岩中的石榴子石、黑云母和长石成分剖面。由图 4a, b可以看出，斜长角闪岩中的角闪石和斜长石成分均较为均匀，角闪石的Fe2+、Al3+和Ca2+和斜长石中An、Ab和Or端元组分呈平缓变化趋势，没有成分分带现象。同样，石榴黑云片麻岩中石榴子石的XFe、XAl、XMn和XCa，黑云母中的XFe、XMg、XAl和XTi和斜长石中An、Ab和Or组分也呈现平坦的变化样式，这表明这些矿物内部成分基本一致。因此，根据矿物成分剖面的分析，这两类岩石中的主要矿物基本未受到后期或早期变质作用的影响，从而保证了主期变质成分的合理选择。
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图 4 主要组成矿物成分剖面图 (a、b)-斜长角闪岩中角闪石和斜长石成分剖面图；(c-e)-石榴黑云斜长片麻岩中石榴子石、黑云母和斜长石成分剖面图 Fig. 4 Compositional profiles of the metamorphic minerals (a, b)-compositional profiles for amphibole and plagioclase from amphibolite; (c-e)-compositional profiles for garnet, biotites and plagioclase from garnet-biotite-plagioclase gneiss |
角闪石 由图 5和表 2可以看出，斜长角闪岩中的角闪石均为钙质角闪石(Leak et al., 1997)，其成分变化为Si4+=6.4~7.3，Ca2+=1.88~1.90，Al3+=1.58~2.21，Fe2+=1.25~2.31，Mg2+=1.55~2.84，Mg/(Mg+Fe)为0.4~0.7 (图 5a, b)。其中单元-Ⅰ样品QT55-4为韭闪石；单元-Ⅱ样品QT57-2、QT59-1为镁普通角闪石，QT60-4为契尔马克闪石；单元-Ⅲ 中样品QT07-1、QT13-1、QT17-12和QT22-2为镁普通角闪石，样品QT33-1和QT40-10为铁韭闪石，样品QT38-3为铁阳起石。
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图 5 矿物成分图 (a、b)-斜长角闪岩中角闪石成分图；(c)-斜长角闪岩和石榴黑云斜长片麻岩中斜长石成分三角图；(d)-石榴黑云斜长片麻岩中石榴子石成分三角图；(e)-黑云母XAlVI/XMg比值图 Fig. 5 Compositional diagrams of the metamorphic minerals (a, b)-amphiboles of the amphibolites; (c)-plagioclases of the amphibolites and garnet-biotite-plagioclase gneiss; (d)-garnets of the garnet-biotite-plagioclase gneiss; (e)-the XAlVI/XMg plot of the biotites |
长石 两类岩石中的长石为奥长石-中长石，An=23.2~49.4，Ab=50.1~75.8，Or=0.2~1.7。其中单元-Ⅰ样品QT55-4为奥长石-中长石的过渡长石；单元-Ⅱ样品中皆为中长石；单元-Ⅲ样品QT07-1、QT13-1、QT17-5、QT17-12、QT22-2、QT33-1和QT38-3为中长石，样品QT18-2、QT18-3、QT40-9和QT40-10为奥长石 (图 5c; 表 2和表 3)。这些样品的An均大于17。
石榴子石 主要发育于石榴黑云斜长片麻岩中，主要为铁铝榴石，其中Alm+Spess组分在75~85之间，Gross组分为8.77~16.22，Pyrope组分为3.88~9.20(图 5d)。
黑云母 石榴黑云斜长片麻岩中黑云母的成分为Fe2+=1.05~2.05，Mg2+=0.44~0.95，Ti3+=0.06~0.07，AlVI=1.58~1.68(表 3)，XAlVI均大于0.03(图 5e)。
5 肥东地块主期变质P-T条件评价鉴于斜长角闪岩 (角闪石+长石+石英)和石榴子石黑云斜长片麻岩 (石榴子石+黑云母+长石+石英) 主期变质矿物组合 (图 3)，本次选用了Holland and Blundy (1994) 角闪石-斜长石温度计 (方法1)、Bhadra and Bhattacharya (2007) 角闪石-斜长石-石英压力计 (方法2)，以及Holdaway (2000) 石榴子石-黑云母温度计 (方法3)、Wu et al. (2004) 石榴子石-黑云母-斜长石-石英压力计 (方法4) 分别对这两类岩石进行P-T条件估计。在成分选取方面，依据岩相学 (图 3)和成分剖面分析(图 4)，选取相邻矿物边缘组分进行计算，其应当代表了主期变质成分。从选取的成分来看 (图 5)，斜长角闪岩中的角闪石均为钙质闪石，石榴子石黑云母片麻岩中的石榴子石的XGrs>3%，黑云母XAl>0.03, 长石An>18，其成分变化均符合这这些温压计的要求(Holland and Blundy, 1994; Bhadra and Bhattacharya, 2007; Holdaway, 2000; Wu et al., 2004)。此外，为保证统计上的意义，每个样品选取了10个矿物对进行计算，并取其平均值作为该样品的变质P-T条件。分析结果见表 4和图 6。
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表 4 肥东群石榴黑云片麻岩和斜长角闪岩峰期变质P-T条件 Table 4 The peak P-T conditions for garnet-biotite-plagioclase gneisses and plagioclase amphibolite from Feidong terrane |
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图 6 斜长角闪岩样品(QT17-12和QT40-10)和石榴黑云斜长片麻岩样品(QT17-5和QT40-9)的峰期变质P-T条件对比图 (a)-样品QT40-9和QT40-10的野外产出关系图；(b)-样品QT17-5和QT17-12的野外产出关系图； (c)-四个样品的峰期变质P-T条件图 Fig. 6 Comparison of the metamorphic peak P-T conditions of the amphibolites and garnet-biotite-plagioclase gneiss (a)-the field output diagram from sample QT40-9 and QT40-10; (b)-the field output diagram from sample QT17-5 and QT17-12; (c)-plot for the peak metamorphic P-T conditions from the four samples |
温压估计的不确定性对合理地解释地质体形成条件有较大的影响，故必须对该不确定性加以论述。温压评价的不确定性主要是源于成分分析、组分-活度关系、成分选取、主要矿物Fe2+的校正和地质温压计。由于本次P-T条件的评价，主要是针对肥东地块中的斜长角闪岩(11块)和石榴黑云斜长片麻岩 (4块)，且每类岩石的矿物组合基本相同 (表 1)，主要矿物分析均在同一个实验室完成。加之成分选取是在仔细检测主要矿物成分变化的基础上(图 4、图 5)，选取相邻的平衡矿物对的边缘部分进行P-T计算的，故源于前三者的不确定性是可以忽略的或是极小的 (Worley and Powell, 2000; Powell and Holland, 2008)。而主要矿物Fe2+的校正对温压评价可能有较大的影响 (Ravna and Terry, 2004; Powell and Holland, 2008)，但依据Carswell et al. (1997) 和Schmid et al. (2003) 的研究，当主要矿物的FeO的含量较高时，Fe2+的校正对温压评价并没有显著的影响。结合此次分析的主要矿物成分来看，角闪石、石榴子石和黑云母中的FeO的含量均较为丰富 (表 2、表 3)。换言之，由Fe2+的校正导致的P-T估计误差也是限定在一定的范围内的。基于以上论述不难看出，温压计的合理选择可能显得十分关键。从目前用于温压评价的主要矿物成分看 (表 2、表 3; 图 5)，角闪石、石榴子石、黑云母和长石的成分均符合这4个温压计的要求 (Holland and Blundy, 1994; Bhadra and Bhattacharya, 2007; Holdaway, 2000; Wu et al., 2004)，岩石类型也适用于温压评价，这意味着温压计的选择也是合理的。但为了较为客观地评价4个温压计的合理性，本次研究从岩相学和野外地质特征的角度对其进行了检验。为此，本文对2个采样点上共同产出的斜长角闪岩和石榴黑云斜长片麻岩的P-T条件进行了比较。
由图 6a, b可以看出，2个采样点上的斜长角闪岩和石榴黑云斜长片麻岩均呈层状产出，彼此之间相距约5~15m，其间没有断裂分割，呈整合接触，这暗示了它们应当具有相同的形成条件。温压估计显示，这4个样品的PT值相对集中，均落入角闪岩相变质范围 (图 6)。其中图 6a中的样品QT40-9 (石榴黑云斜长片麻岩)和QT40-10 (斜长角闪岩)，在温度和压力误差范围内，它们的温压条件基本相同。而图 6b中的样品QT17-5 (石榴黑云斜长片麻岩)和QT17-12 (斜长角闪岩)，在温度和压力误差范围内，它们的压力大致相同，但温度有较大差异。其中样品QT17-12 (斜长角闪岩) 的温度相对偏低，同样品QT17-5 (石榴黑云斜长片麻岩) 相比，温度相差约35℃，而与同类岩石QT40-10 (斜长角闪岩) 温度差约50℃ (图 6c、表 4)。我们推测这种温度的差异可能是由于角闪石中Fe2+校正的不确定性所致 (Holland and Blundy, 1994)。从对比的结果不难看出 (图 6c)，Holdaway (2000) 石榴子石-黑云母温度计和Wu et al. (2004) 石榴子石-黑云母-斜长石-石英压力计计算的结果十分理想，样品QT17-5和QT40-9的 P-T值十分吻合。而Holland and Blundy (1994) 角闪石-斜长石温度计和Bhadra and Bhattacharya (2007) 角闪石-斜长石-石英压力计给出的P-T值有一定的偏差。但从斜长角闪岩的岩相学分析可以看出，这些岩石均含有特征性的矿物--钙质闪石 (表 1)，这意味着它们普遍经历的是角闪岩相变质。若结合Holland and Blundy (1994) 和Bhadra and Bhattacharya (2007) 建议的温度(±40℃)和压力误差(±0.2GPa)，这2个温压计计算的PT值也是较为合理的。有鉴于此，我们认为无论从这两类岩石的岩石类型、主要矿物成分范围，还是岩相学和野外地质特征，这4个温压计能给出较为合理的温压条件。
对研究区15个样品的P-T评价显示，肥东地块的变质温压范围为：T=607~687℃和P=0.61~0.81GPa，平均温压为T=656±25℃和P=0.71±0.06GPa。其中单元-Ⅰ中1个样品，温压条件为 T=655℃±20℃和P=0.66±0.06GPa；单元-Ⅱ为3个样品，温压范围为T=641~675℃和P=0.61~0.76GPa；单元-Ⅲ中11个样品，温压范围为T=607~687℃和P=0.61~0.81GPa (表 4)。其中除样品QT013-1、QT007-12、QT018-2和QT057-2落入Ky/Sil相变线之上，其余11个样品均在该相变线之下的角闪岩相区域 (图 7)。从P-T条件计算的结果可以看出，肥东地块普遍经历了角闪岩相变质，变质相系属于中P/T型，为中压变质产物 (图 7)，其形成深度约20~30km，地温梯度约为~30℃/km。其变质条件明显不同于高压的宿松变质杂岩 (魏春景和单振刚，1997；王清晨等，1999；陈燕等，2005；石永红等, 2007, 2010, 2012)、桐城地块 (Lin et al., 2009)和五河杂岩 (Liu et al., 2009) 的变质条件(图 7、图 8)。
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图 7 肥东地块斜长角闪岩和石榴黑云片麻岩峰期变质P-T条件图(变质相图据 Oh and Liou, 1998；Ota et al., 2002) Fig. 7 Plot of the metamorphic peak P-T conditions of the amphibolites and garnet-biotite-plagioclase gneisses from the Feidong terrane(the metamorphic facies graph is after Oh and Liou, 1998；Ota et al., 2002) |
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图 8 肥东地块变质岩峰期变质温压条件空间变化图 (a)-地质剖面和样品位置图；(b)-峰期温度空间变化图；(c)-峰期压力空间变化图 Fig. 8 Variation of the metamorphic peak P-T conditions of the Feidong Terrane (a)-profile for geology and samples；(b)-profile for the peak temperature variation; (c)-profile for the peak pressure variation |
本次U-Pb定年分析主要是针对肥东地块单元-Ⅱ中的斜长角闪岩进行的，样品为QT60-4 (斜长角闪岩)。该样品重约10kg，锆石单矿物挑选由河北省地勘局廊坊实验室完成。锆石制靶由合肥工业大学LA-ICPMS洁净实验室完成，阴极发光(CL)照相则由中国科学院地质与地球物理研究所电镜实验室完成，仪器型号为MiniCL。锆石U-Pb定年分析由合肥工业大学LA-ICPMS实验室完成，实验条件为：束斑32μm，每测试分析5个样品点测两次标准锆石91500。锆石数据的处理采用ICPMSDateCal7.5软件(Ludwig，2003)，并进行了普通铅校正。
此次从样品QT60-4共挑选了约1000粒锆石，并对其中的36颗锆石进行了分析，分析点数为40个，其中谐和的年龄点为26个。年龄分析数据见表 5。该样品中的锆石多为半自形-自形，呈短柱状，部分被破碎(图 9a, c)，颜色呈无色或者浅黄色，粒径100~300μm，长短轴比在1:1.5至1:2之间。CL图像显示锆石具核边结构(图 9b, d)，核部CL强度较弱，边部CL强度中等，部分锆石发育弱振荡环带(图 9d)。尽管锆石核部与边部CL强度变化较大，但年龄却并没有差异(图 9b, d)，如图 9b所示，核部年龄为804.3±8.2Ma，边部年龄为799.6±8.8Ma，两者年龄相当，表明锆石核部与边部是由同一期事件形成的。 样品QT60-4的谐和锆石的年龄范围为778.0±7.6Ma~838.0±9.7Ma，Th/U比值为1.01~2.29，均大于0.4，加权平均年龄为809.2±6.7Ma(图 9e和表 5)。结合锆石的CL图像分析表明，这些锆石年龄均代表岩石原岩形成年龄，这意味着肥东地块属于扬子板块 (Zheng, 2008)。遗憾的是此次分析未能捕获其变质年龄，而无法与宿松群变质杂岩的变质时代进行对比。
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表 5 肥东地块单元-Ⅱ中斜长角闪岩样品QT60-4的锆石年龄数据 Table 5 The zircon U-Pb date for sample QT60-4 from Unit-II of Feidong terrane |
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图 9 斜长角闪岩样品QT60-4的锆石CL图像和锆石U-Pb定年谐和图 Fig. 9 Cathodoluminescene(CL)images and the concordia plots of zircons separated from sample QT60-4 |
尽管，肥东地块和宿松杂岩一直被视为郯庐断裂左行平移的相当层 (Xu et al., 1987; Zhu et al., 2005, 2010)。然而，本次区域变质岩石学的研究则显示，肥东地块的三个岩石单元形成的温压范围基本一致 (图 7、图 8)，在空间分布上，三个单元的主期变质P-T条件表现为平缓的变化趋势，没有压力、温度差异或分带现象 (图 8b, c)，总体表现为中P-T型的角闪岩相变质，并非是低温角闪岩相变质(Zhu et al., 2005；朱光等，2006b；Zhang et al., 2007)。同宿松杂岩相比，宿松杂岩经历了绿帘-角闪岩相变质 (王清晨等，1999；石永红等, 2007, 2010, 2012)，地温梯度约为~15℃/km，形成深度25~50km，其与肥东地块之间具有明显的温压差，温、压差异分别可达~140℃和~0.3GPa，即便考虑到温压的误差，它们之间的温度差异至少在~65℃和~0.05GPa (图 8b, c)。显然，两者不具相似性。同样地，桐城地块 (Lin et al., 2009) 为低温-高压榴辉岩相变质，地温梯度在5~10℃/km，压力明显高于肥东地块 (图 7)，两者也无法进行对比。
也许我们可以从肥东地块所处的构造位置 (图 1)和郯庐断裂具多期的活动性(Zhu et al., 2005, 2007; 2010)，推测肥东地块可能是由郯庐断裂的作用使华北板块部分块体被卷入到扬子板块所致，其可能是郯庐断裂西侧五河杂岩中的一部分。但从五河杂岩的变质年代学和岩石学研究看(Liu et al., 2009; 图 1)，五河杂岩的主期变质条件为：T=780~840℃和P=1.1~1.2GPa。而其锆石U/Pb年龄表明，其成岩年龄为2.4~2.5Ga，变质年龄为1839±31Ma。不难看出，五河杂岩温度和压力明显高于肥东地块 (图 8b, c)，且与肥东地块原岩成岩年龄809.2±6.7Ma有明显的差异 (图 9)。因此，无论从变质岩石学角度，还是年代学分析，两者不具可比性。而从前人的研究来看(Xu et al., 1987; Zhang et al., 2007; Zhu et al., 2005, 2007, 2010)，研究区并没有独立的或其他区域变质地质事件使肥东地块的形成，这意味着该块体的形成机制并不明确。
基于上述分析，可以看出肥东地块的构造归属及其成因具有较大的不确定性。进一步地，郯庐断裂是否具有左旋平移的性质值得商榷。然而，结合前人构造地质学的研究 (Zhang et al., 2007; Zhu et al., 2005, 2007, 2010)和本次研究结果，我们认为肥东地块应当是与宿松杂岩是相当的，均为大别-苏鲁造山带产物，并被郯庐断裂所分割。从年龄上看，肥东地块的锆石U/Pb年代学研究表明，该块体的原岩成岩年龄为809.2±6.7Ma，与宿松变质杂岩的原岩年龄750~850Ma (Chen et al., 2003; Xia et al., 2009; 石永红等, 2012) 基本一致，均属于扬子板块产物 (Zheng, 2008)。而它们变质级别上的差异，可能是由于该造山带同俯冲平移所致 (Li，1994；Zhu et al., 2007；朱光等, 2004, 2005a, b ；王勇生等, 2004, 2005)。根据Zhang et al. (2007) 和Zhu et al.(2005, 2007, 2010) 的论述，在扬子板块向华北板块俯冲的伊始，郯庐断裂就开始启动。若如此，可以假设作为相当层的宿松杂岩和肥东地块最先俯冲 (石永红等, 2012)，并俯冲至角闪岩相变质深度。此时，郯庐断裂开始左行平移，并撕裂这两个块体。位于郯庐断裂西侧的宿松杂岩因被华北板块所阻挡，继续俯冲并至绿帘-角闪岩相深度，而郯庐断裂东侧的肥东地块则由于该断裂左行错断，使肥东地块的垂向上的俯冲运动终止，转而变为沿NNE向水平方向平移，最终到达现今的位置，并导致了这两个地块的变质级别的差异。
为此，本文依据目前的变质岩石学研究和相关的构造数据分析 (Zhang et al., 2007; Zhu et al., 2005, 2007, 2010；朱光等, 2004, 2005a, b ，2006a, b )，进行了理论推测，探究了由郯庐断裂左旋平移作用使肥东地块抬升至地表的可能性。从图 1可以看出，肥东地块与宿松变质杂岩平面错距可达~250km，印支期的郯庐断裂断面产状近直立，线理倾向南南西，倾伏角约5° (Zhang et al., 2007; Zhu et al., 2005, 2007, 2010；朱光等, 2004, 2005a, b ，2006a, b )。那么，当时位于宿松杂岩东侧的肥东地块的变质深度~25km (图 7)，因左旋平移作用，该地块沿断裂面向NNE方向抬升，经过长距离的平移，其可抬升~22km。加之郯庐断裂后期的脆性断裂活动，进一步的抬升该地块，最终可使肥东地块出露于地表。换言之，肥东地块的构造就位是由于大别造山带和郯庐断裂的共同作用结果。
8 结论(1) 本次对肥东地块三个单元的特征性岩石斜长石角闪岩和石榴黑云片麻岩的岩相学、矿物化学、热力学评价以及锆石U-Pb年代学研究表明，肥东地块的变质温压条件为：温压范围分别为T=607~687℃和P=0.61~0.81GPa，平均温压为T=656±25℃和P=0.71±0.06GPa，经历了中压较高温度的角闪岩相变质，形成深度约20~30km，地温梯度约为~30℃/km，其变质原岩年龄为809.2±6.7Ma，形成于晋宁期，具杨子板块属性。
(2) 研究显示，肥东地块与宿松群、桐城地块以及五河群变质杂岩在变质P-T条件方面皆无法对比，但从年龄上看，肥东群与宿松群相当原岩时代基本一致。结合前人构造地质学研究分析，肥东地块与宿松群为相当层，两者变质P-T条件上的差异是郯庐断裂印支期陆陆俯冲碰撞过程中将肥东地块左行错开平移的结果。
致谢 电子探针分析得到毛骞博士和马光玉工程师的帮助；锆石U-Pb年代分析得到李全中副教授的指导帮助；成文过程中得到朱光教授和赵田博士的热忱帮助和指导，在此谨向他们表示由衷的感谢。特别感谢吴春明教授细致的审阅本文并提出许多宝贵意见。| [] | Bhadra S, Bhattacharya A. 2007. The barometer tremolite+tschermakite+2 albite=2 pargasite+8 quartz: Constraints from experimental data at unit silica activity, with application to garnet-free natural assemblages. American Mineralogist, 92(4): 491–502. DOI:10.2138/am.2007.2067 |
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