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大青山-集宁-凉城地区位于华北克拉通北缘孔兹岩带中-东段,是典型的古元古代早前寒武纪基底出露区,区内古元古代孔兹岩系和深熔石榴花岗岩广泛出露,期间分布相对较少的大青山表壳岩、基性辉长/苏长岩和紫苏花岗岩。孔兹岩带内石榴花岗岩深熔现象的广泛出露使得其成为研究深熔作用天然实验室。本文基于野外地质调查和岩相学研究基础上,利用SHRIMP锆石U-Pb定年、EPMA电子探针矿物地球化学分析以及全岩地球化学分析等手段,对大青山-集宁-凉城新太古代-古元古代岩石进行系统的研究,取得以下的认知:1)大青山地区哈德门沟石榴花岗岩和大青山表壳岩,野外空间上密切共生渐变过渡,二者岩相学和地球化学特征显示具有十分密切的亲缘关系,哈德门沟的一条地质剖面上依次可以观察到大青山表壳岩石榴黑云母片麻岩、深熔含夕线堇青石榴黑云母片麻岩和石榴花岗岩。锆石U-Pb测年结果显示,含夕线堇青石榴黑云母片麻岩中获得一期变质成因锆石年龄2367±8Ma,石榴花岗岩中获得深熔成因锆石年龄2434±6Ma,表明石榴花岗岩变质深熔作用发生在2.43-2.37Ga之间,认为变质深熔作用与2.45-2.37Ga构造事件密切相关。平方沟紫苏花岗岩样品中获得其深熔年龄为2466±8Ma,结合以往资料,认为石榴花岗岩和紫苏花岗岩的深熔作用可能发生在2.45~2.37Ga期间,并且与区内基性岩浆底侵事件有关。2)对大青山地区含夕线堇青石榴黑云母片麻岩与石榴花岗岩进行相平衡模拟研究,分辨出变质作用演化的3个阶段,其早期进变质阶段矿物组合以石榴石变斑晶中石榴石+黑云母+钾长石+斜长石+石英等包体为特征;峰期变质阶段典型矿物组合为:石榴石+黑云母+钾长石+斜长石+夕线石+石英+熔体;峰后近恒温减压和降温变质阶段矿物组合为:黑云母+堇青石+斜长石+石榴石+石英+夕线石+钾长石+熔体,堇青石与大量的斜长石伴生以及堇青石中含有细粒的石英和斜长石包体,暗示可能发生以下黑云母脱水熔融反应:Bio+Sil+Q±Pl→Crd+Melt。此外,石榴石边部被堇青石围绕,可能发生的熔融反应为:Gt+Sil+Melt→Crd+Bio。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℃/5.3–8.9kbar,800–830℃/9.8–11.2kbar和780–810℃/5.0–6.0kbar,形成一条具有顺时针特征的变质作用演化P-T轨迹。结合以往资料,认为研究区石榴花岗岩深熔作用可能发生在具有顺时针P-T轨迹的峰期及峰期后等温降压过程,主要是钾长石熔融和黑云母熔融。3)通过SHRIMP锆石U-Pb定年,集宁-凉城一带三件斑状中细粒石榴花岗岩样品获得1.90-1.93Ga变质深熔年龄,三件富铝片麻岩样品中获得变质锆石年龄为1.89-1.92Ga,结合以往资料,表明石榴花岗岩变质深熔作用发生在1.90-1.93Ga期间,同时存在一期1.90-1.92Ga变质事件年龄。巨斑状石榴花岗岩获得1915±5Ma变质深熔年龄,两件细粒含石榴花岗岩中变质成因锆石获得变质锆石年龄为1909±6Ma和不一致线上交点年龄为1911±23Ma,大什子紫苏正长片麻岩中变质成因锆石获得变质年龄为1925±6Ma。综上所述,集宁-凉城地区至少存在一期1.90-1.93Ga构造事件,同时对应一期深熔石榴花岗岩。通过地球化学和锆石年代学对比分析,认为斑状中细粒石榴花岗岩、巨斑状石榴花岗岩和细粒含石榴花岗岩与1.96-1.90Ga期间变质辉长和苏长岩底侵事件有关。4)深熔石榴花岗岩地球化学特征对源岩具有一定程度的继承性,但是又具有其独特的特征。石榴花岗岩中具有高场强元素Nb、Ta、P和Ti等相对亏损,大离子亲石元素Ba相对富集的特征。研究表明Eu富集型样品中斜长石含量相对较高和石榴子石含量可能相对较少,这种Eu的异常特征成为小规模深熔岩石最标志性的特点之一。稀土元素配分模式曲线尾部上翘的特点与石榴石、锆石及磷灰石有关。深熔作用的发生对源岩也具有一定的选择性,酸性端元可能更容易发生深熔。对源岩的继承性在于近原地的成因使得深熔岩浆尽最大可能保持源岩的组分特征,未发生元素的重新分配;差异性则暗示与深熔作用及之后的熔体原地-半原地-远半原地的汇聚和流动有关。5)依据岩石学、岩相学、地球化学和年代学特征,按照深熔熔体运移的距离,将华北克拉通北缘孔兹岩系内出露的深熔花岗岩分为原地、近原地、半原地及远半原地石榴花岗岩。这些原地→远半原地石榴花岗岩具有局部岩石类型逐渐趋于单一化的特点,说明岩石成分逐渐均匀,与其源岩的差异性逐步增强,锆石阴极发光图像下形态和获得年龄均与其源岩具有相似性,认为区内石榴花岗岩是其源岩在不同深熔程度下,熔体发生不同距离运移的产物。研究表明石榴花岗岩主要为变泥岩部分熔融和变杂砂岩部分熔融,与其源岩大青山表壳岩石榴黑云母片麻岩(哈德门沟石榴花岗岩源岩)/孔兹岩系富铝片麻岩(集宁-凉城石榴花岗岩源岩)特征一致。同时,深熔作用对源岩具有一定的选择性,源岩的酸性端元可能更容易发生深熔。6)综合已有研究成果,认为华北克拉通大青山-集宁-凉城石榴花岗岩经历如下演化过程形成:~2.45-2.37Ga期间,大青山地区幔源基性岩浆底侵形成局部热点,(夕线堇青)石榴黑云母片麻岩发生变质深熔作用,熔体经历原地-近原地运移,形成哈德门沟石榴花岗岩。同时,哈德门沟-平方沟中基性麻粒岩发生深熔作用,深熔熔体与残留体、残留矿物相逐渐分离形成紫苏花岗岩。1.96-1.92Ga期间,集宁凉城一带发生大规模的变质辉长苏长岩等幔源基性岩浆底侵事件,中-上地壳孔兹岩系富铝片麻岩发生深熔,形成大规模的深熔熔体。1.92-1.90Ga期间,深熔熔体在原地结晶成岩,残留体与熔体未发生分离,形成赋存在深熔富铝片麻岩中团块状石榴花岗岩;深熔熔体经原地-近原地运移后,残留矿物相与熔体初步分离,结晶成岩形成斑状中细粒石榴花岗岩;部分深熔熔体在与基性岩浆充分接触后可能发生成分的置换,受到局部热点的影响经半原地运移,残留矿物相与大部分熔体分离,形成巨斑状石榴花岗岩;最终,深熔熔浆经远半原地运移萃取出成分相对均一、残留体与熔体几乎完全分离的细粒含石榴花岗岩岩株。