遼河群的變形作用和變質(zhì)作用

郭洪方，王忠江，仲米山，翟富榮，梁有為

(遼寧省地質(zhì)勘查院,遼寧 大連　116100)

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遼河群的變形作用和變質(zhì)作用

郭洪方，王忠江，仲米山，翟富榮，梁有為

(遼寧省地質(zhì)勘查院,遼寧 大連116100)

比較詳細地討論了遼河群的變形作用和變質(zhì)作用，以及二者之間的關(guān)系，并比較詳細地討論了變質(zhì)相系、變質(zhì)帶的分布和劃分依據(jù)，還對變質(zhì)作用P-T-t軌跡特征進行了初步探討。初淺認識是：遼河群是在收縮體制下，古元古洋中的火山沉積巖系俯沖到地下深處發(fā)生變質(zhì)和變形的，二者屬同一熱動力過程?，F(xiàn)在所見到的構(gòu)造形跡被認為是在同一動力作用下遞進變形過程的最終狀態(tài)；遼河群是層狀無序的變質(zhì)構(gòu)造單元，只有摒棄原來按層序地層學(xué)建的“組”，重新按巖性填圖才能顯現(xiàn)遼河群的固有面貌。

遼河群；變形作用；變質(zhì)作用；層狀無序；變質(zhì)構(gòu)造單元；堆垛層

遼河群主體分布于遼寧省東部的大石橋—寬甸一帶，在遼寧省東南部的莊河及長山群島有零星分布(圖1)，分布面積達3萬余平方千米，約占遼寧省總面積1/5。

遼河群是許多地質(zhì)學(xué)者長期關(guān)注的重大基礎(chǔ)地質(zhì)問題。原因有二：一是它含有豐富的礦產(chǎn)資源；二是對遼河群的一些基本問題認識上分歧較大。爭論的主要問題有：①遼河群形成的大地構(gòu)造背景和機制。②遼河群劃分與對比。③變質(zhì)作用和變形作用是什么關(guān)系，各有幾個幕次或期次等。筆者通過對變形作用、變質(zhì)作用及二者之間關(guān)系的研究，對這些問題提出一些初淺認識。

圖1　遼河群分布圖Fig.1　The distribution of Liaohe Group

1　遼河群的變形作用

1.1遼河群形成的大地構(gòu)造背景

對于遼河巖群形成的大地構(gòu)造背景前人有較大的分歧：①優(yōu)地槽、冒地槽(張秋生，1988)。②遼東(或遼吉)裂谷(陳榮度， 1990；楊振升，1995)。③南北遼河巖群是2個不同的變質(zhì)地體拼在一起(賀高品等，1998)。④古元古代活動帶(白瑾等，1993)。筆者通過對遼河群的變形作用、變質(zhì)作用及二者之間關(guān)系的研究，認為第四種意見更接近實際。

古元古代初期，在伸展機制作用下，于太古宙古陸的基礎(chǔ)之上出現(xiàn)了古元古洋盆，隨之便有了遼河群的沉積；相應(yīng)的朝鮮摩天嶺群和義州群的沉積，吉林省集安群和老嶺群的沉積，山東省粉子山群、荊山群的沉積等。至于說這些沉積隸屬一個洋盆還是多個洋盆？現(xiàn)在還難于說清。

某些學(xué)者研究認為，遼河群和朝鮮摩天嶺群中可能存在蛇綠巖帶。白龍俊等認為朝鮮摩天嶺群中存在橄欖巖等超基性巖。

古元古代晚期，在收縮體制下(董申保等，1997)，古元古洋中的層狀火山沉積巖系俯沖到地下深部發(fā)生近水平剪切流變和韌性推覆(圖2)，經(jīng)過遞進變形作用，使遼河群發(fā)育以縱彎等斜褶皺和韌性沖斷構(gòu)造為主體的流變構(gòu)造群落，出現(xiàn)了強烈地縱向構(gòu)造置換(F.J.特納等，1978)，同時產(chǎn)生綠片巖相-角閃巖相的變質(zhì)作用。變形作用和變質(zhì)作用屬同一熱動力過程。

圖2　古元古洋收縮閉合模式圖Fig.2　Contract closure model map of paleoproterozoic ocean

1.2遼河群的構(gòu)造變形特征和面理屬性

關(guān)于遼河群劃分對比的主要分歧是：①遼河群自身不同地域能否對比。②遼河群與朝鮮摩天嶺群、義州群，與吉林省老嶺群、集安群，與山東省粉子山群、荊山群能否對比。遼河群的劃分與對比問題，長期爭論不休(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)。問題出在對遼河群變形特征尤其是對遼河群面理屬性的認識上存在較大問題，把次生構(gòu)造面理當(dāng)成了原始沉積層理。

1.2.1遼河巖群與太古宙鞍山群之間的接觸關(guān)系

現(xiàn)在所見到的遼河群與太古宙鞍山群之間幾乎均為構(gòu)造接觸(韌性或脆性斷層接觸)，唯一有爭議的是胡家廟子礫巖和炮臺山礫巖問題。

有些研究者認為，胡家廟子礫巖和炮臺山礫巖是遼河巖群和太古宙鞍山群之間的底礫巖(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)，把胡家廟子礫巖和炮臺山礫巖分布地段看成遼河群與太古宙鞍山群之間保留最完好的不整合面。筆者認為胡家廟子礫巖和炮臺山礫巖皆為構(gòu)造礫巖，即斷層礫巖。根據(jù)有3點：①胡家廟子礫巖和炮臺山礫巖膠結(jié)物為鐵質(zhì)和硅質(zhì)，膠結(jié)物和礫之間的界線十分清晰，膠結(jié)物根本沒有變質(zhì)(圖3a)。②礫的成分既有鞍山巖群的條帶狀磁鐵石英巖，又有遼河群的石英片巖，無論是磁鐵石英巖中的條帶還是石英片巖中的片理，在礫巖中方向各不相同；以上2點足以說明胡家廟子礫巖和炮臺山礫巖的形成時間是在遼河群變質(zhì)作用之后。③胡家廟子礫巖和炮臺山礫巖中的礫以棱角狀為主，個別的礫呈圓狀或次圓狀。

在某些扭性或壓扭性斷層的斷層礫巖中經(jīng)?？梢钥吹皆獾侥A的礫(在動力變質(zhì)巖分類表上可以見到斷層磨礫巖一詞)，胡家廟子礫巖和炮臺山礫巖中有些礫呈圓狀或次圓狀也就不足為怪了。胡家廟子礫巖和炮臺山礫巖皆為斷層礫巖是毋庸置疑的。

1.2.2遼河群褶皺特征

現(xiàn)在所見到遼河群褶皺多為深部層次的流褶皺，以縱彎等斜褶皺或縱彎等斜平臥褶皺為主(圖4)，一般規(guī)模較小?？v彎等斜褶皺之間經(jīng)常存在韌性沖斷構(gòu)造。這些縱彎等斜褶皺在強烈地面理置換作用下，很多地段僅殘留褶皺轉(zhuǎn)折端(圖5)。

1.2.3遼河群的面理屬性

遼河群是變質(zhì)層狀巖系，面理十分發(fā)育，區(qū)域上透入性面理總體呈近東西向展布。這組東西向面理是原始沉積層理還是次生構(gòu)造面理是當(dāng)前人們爭論的焦點。認為是原始沉積層理的研究者堅持在遼河群中建立群、組、段，然后進行地層對比。實際上遼河群中已經(jīng)不存在原始沉積層理，在遼河群中見到的巖層層理都是次生構(gòu)造面理，其中主要是置換面理(桑德爾和特納的換位葉理)(F.J.特納,1978)，即縱彎同斜褶皺的軸面面理置換了原始層理(圖5)；還有少部分面理是韌性沖斷剪切面理，以及在前二者基礎(chǔ)上發(fā)育起來的變質(zhì)-構(gòu)造分異面理。它們都是在地殼較深構(gòu)造層次中經(jīng)過構(gòu)造置換和變質(zhì)-變形作用形成的。

a.鞍山胡家廟子斷層角礫巖手標(biāo)本(Ab6)?！?/2；b.褶皺軸面面理置換沉積層理(Hb10)。單偏光，×40；c. 褶皺軸面面理置換沉積層理(Kb13)。正交偏光，×25；d. 片巖中的變質(zhì)-構(gòu)造分異面理(Db31)。正交偏光，×40；e.毛發(fā)狀矽線石交代已靜態(tài)重結(jié)晶的白云母、黑云母和石英(Kb19)。單偏光，×40；f.石榴石變斑晶中石英包體構(gòu)成旋轉(zhuǎn)徑跡，石英包體呈長條狀(Zb21)。正交偏光，×20；g.石榴石變斑晶中石英包體構(gòu)成旋轉(zhuǎn)徑跡，石英包體呈長條狀(ZP4b6)。單偏光，×20；h. 十字石變斑晶中石英包體構(gòu)成旋轉(zhuǎn)徑跡，石英包體呈長條狀(ZP4b6)。單偏光，×20圖3　顯微鏡下照片F(xiàn)ig.3　The photos under the microscope

圖4　縱彎同斜平臥褶皺及其間的韌性沖斷圖(據(jù)大石橋市第5幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)Fig.4　Buckling homoclinal recumbent fold and intervenient ductile thrust

圖5　遼河群露頭上見到軸面面理對層理的置換圖(據(jù)大石橋市第5幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)Fig.5　Axial plane foliation permuted bedding on the outcrop of Liaohe Group

置換面理在能干性較強的巖石中顯示比較清楚。例如，大理巖、淺粒巖、石英巖等，多被置換成層狀、似層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)?、無根鉤狀和褶皺轉(zhuǎn)折端(圖5)，其厚度從幾毫米到幾米，構(gòu)造疊置厚度可達數(shù)十米。這些構(gòu)造置換現(xiàn)象無論露頭域(圖5、圖6、圖7)或薄片域(圖3b、圖3c)均可以見到。雖然有時可以見到沉積微層理，但多已平行置換面理(圖3c)，僅殘留的褶皺轉(zhuǎn)折端可以見到微層理與置換面理直交或斜交現(xiàn)象(圖3b)。

韌性沖斷剪切面理和變質(zhì)-構(gòu)造分異面理在能干性較強弱的巖石中顯示比較清楚。韌性沖斷剪切面理往往發(fā)育在縱彎同斜褶皺之間能干性較強的巖石中(圖4)。構(gòu)造-變質(zhì)分異面理是在置換面理和韌性沖斷剪切面理基礎(chǔ)上發(fā)育起來的。若原巖為泥質(zhì)巖、泥質(zhì)粉砂巖和雜砂巖等，幾乎都變成了板巖、千枚巖和片巖，其中以片巖為主(圖8，圖3d)。在垂直片理的薄片中可以發(fā)現(xiàn)，淺色礦物在微劈石域集中，暗色礦物在劈理域集中，從而構(gòu)成QF(淺色礦物)帶和M(暗色礦物)帶，這種變質(zhì)-構(gòu)造分異面理常常被誤認為原始沉積的微層理。由板狀構(gòu)造到千枚狀構(gòu)造，再發(fā)展到片狀構(gòu)造，隨著變質(zhì)-構(gòu)造分異程度的增高，面理的剝離性越來越好。

圖6　本溪連山關(guān)鎮(zhèn)朱家溝-甸子遼河群剖面圖(據(jù)甜水等4幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)Fig.6　The section of Liaohe Group in Zhujiagou-Dianzi Lianshanguan town of Benxi city

圖7　鳳城市通遠堡鎮(zhèn)遼河群剖面圖(據(jù)甜水等4幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)Fig.7　The section of Liaohe Group in Tongyuanpu town of Fengcheng city

圖8　變質(zhì)-構(gòu)造分異面理圖Fig.8　Metamorphic-structure differentiation foliation

在遼河群中，各種構(gòu)造形跡形成有先后，先形成的構(gòu)造形跡在遞進變形過程中可能不斷地改變自己的形態(tài)、方向和位置。例如，筆者所常見到線理的彎曲、構(gòu)造面理的彎曲和再置換、褶皺樞紐的彎曲、褶皺軸面的彎曲等(這些現(xiàn)象容易被誤認為疊加構(gòu)造)；但是所有的構(gòu)造形跡都是在同一動力(古元古代洋閉合擠壓應(yīng)力)作用下構(gòu)造遞進變形過程的最終應(yīng)變狀態(tài)。這一應(yīng)力持續(xù)的時間為古元古代洋開始聚合直至其徹底閉合。筆者認為遼河群的演化是伴隨整個熱動力變質(zhì)過程而重建的層狀無序變質(zhì)構(gòu)造單元，變形作用只有一期(詳見變質(zhì)作用與變形作用之間的關(guān)系和P-T-t軌跡特征部分)。

因此，以往將構(gòu)造面理當(dāng)成原始沉積層理去建立地層層序和進行區(qū)域地層對比當(dāng)然是行不通的。填圖時應(yīng)該徹底與原有的按層序地層學(xué)建立的組(浪子山組、里兒峪組、高家峪組、大石橋組和蓋縣組)脫鉤，按巖性填圖，只有這樣才能顯現(xiàn)遼河巖群的固有面貌。

2　遼河群的變質(zhì)作用

遼河群變質(zhì)巖系的原巖多為泥質(zhì)巖石和泥砂質(zhì)巖石，遭受綠片巖相-角閃巖相變質(zhì)作用(郭洪方等，1989)，形成了相當(dāng)豐富而又十分典型的變質(zhì)礦物組合，其變質(zhì)作用研究具有廣泛意義。多年來，筆者觀察了遼河群中4至5萬塊薄片，為研究遼河群變質(zhì)作用提供了重要基礎(chǔ)(郭洪方，1994)。

2.1遼河群變質(zhì)相系和變質(zhì)帶

在遼河群主體分布區(qū)，根據(jù)Al2SiO5多形變體(紅柱石、藍晶石和矽線石) 的空間分布特征，可將遼河群劃分為中壓相系和低壓相系2部分(陳榮度，1990), 中壓相系部分存在遞增變質(zhì)帶(圖9)。

1.第四系;2.古元古界遼河群;3.太古宇;4.變質(zhì)相系界線(北側(cè)為中壓，南側(cè)為低壓);5.變質(zhì)帶界線;6.黑云母帶;7.石榴子石帶;8.十字石帶;9.藍晶石帶圖9　遼河群變質(zhì)相系與變質(zhì)帶分布圖Fig.9　Distribution of the metamorphic facies series and metamorphic belts of Liaohe Group

2.1.1變質(zhì)相系空間展布特征

蓋州市—桓仁一線為遼河群變質(zhì)巖中低壓相系的分界線，北側(cè)為中壓相系，南側(cè)為低壓相系(圖9)。于北側(cè)Al2SiO5主要形成藍晶石，在北側(cè)藍晶石帶中，應(yīng)用黑云母-石榴子石礦物對(據(jù)大石橋市等5幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)計算出的溫度為663℃，計算出的壓力為0.8GPa,地溫梯度為22.9℃/km，地溫梯度與中壓變質(zhì)相系相符。于南側(cè) Al2SiO5主要 形成紅柱石，并伴有堇青石大量出現(xiàn),應(yīng)用堇青石-石榴子石礦物對,計算出的溫度為575℃，計算出的壓力為0.61GPa，地溫梯度為26℃/km，相當(dāng)于低壓變質(zhì)相系地溫梯度(都城秋穗，1991)。于北側(cè)的中壓相系部分出現(xiàn)遞增變質(zhì)帶。

2.1.2遞增變質(zhì)帶空間展布特征

于北側(cè)中壓相系分布區(qū)，可劃分遞增變質(zhì)帶，自北而南可劃分出黑云母帶、石榴子石帶、十字石帶和藍晶石帶(圖9)。

黑云母帶：位于中壓相系的北部地區(qū)，分布于下達河—田師傅—木盂子一帶，主要礦物組合為Mus+Q±Bi±Chl、Pl+Bi+Q±Mus。

石榴子石帶：分布于海城市—草河掌—八里甸子一帶，主要礦物組合為Bi+Mus+Alm+Q、Bi+Mus+Alm+Pl+Q、Bi+Alm+Pl±Q、Alm+Bi+Pl+Mi+Q。

十字石帶：分布于吉洞峪—賽馬一帶， 主要礦物組合為Bi+Mus+Pl+St±Q、Bi+Pl+St+Alm+Q、Bi+St+Q+Alm。

藍晶石帶：分布于青石嶺—青城子一帶，主要礦物組合為St+Ky+Bi+Alm+Q±Pl、St+Ky+Bi+Q±Alm±Mus。

2.2遼河群變質(zhì)作用幾個相關(guān)問題討論

2.2.1變質(zhì)帶與變質(zhì)階段問題

有些研究者認為遼河群中較低級的變質(zhì)帶(或礦物組合)便是較早階段生成的；較高級的變質(zhì)帶(或礦物組合)便是較晚階段生成的。進而劃分出變質(zhì)階段或變質(zhì)幕(李三忠等，1998)，更有甚者在劃分變質(zhì)階段的基礎(chǔ)上作出了P-T-t軌跡(盧良兆等，1998；賀高品等，1998)。實際上這種把礦物組合在空間上的并列關(guān)系看成時間上的先后(或更迭)關(guān)系是值得商榷的。

筆者認為有3個方面問題可以討論。

(1)筆者所見到的不同級別的礦物組合均為變質(zhì)作用頂峰的產(chǎn)物，它們是空間上的并列關(guān)系，絕非時間上的先后(盧良兆等，1998)關(guān)系，屬異地異時異相。圖10是根據(jù)遼河群變質(zhì)礦物特征及其與構(gòu)造的關(guān)系(見后敘)模擬出來的遼河群變質(zhì)作用P-T-t軌跡。圖10中的A、B、C、D代表4個不同級別的礦物組合，礦物組合D是沿O-D這條路徑演變來的，絕非是由礦物組合C變來的。不同級別礦物組合(A、B、C、D)的連線，即變質(zhì)作用頂峰的連線，不是P-T-t軌跡(A.B.湯普森等，1987)，而是F.S.斯皮爾所謂的“野外變質(zhì)梯度”(石宏仁，1987)。

A.黑云母帶礦物組合;B.石榴子石帶礦物組合;C.十字石帶礦物組合;D.藍晶石帶礦物組合;E.低壓相系礦物組合圖10　遼河群P-T-t軌跡示意圖Fig.10　The sketch map of P-T-t locus in Liaohe Group

(2)礦物組合變質(zhì)級別不同可能與變質(zhì)時埋深不同(或距熱源遠近不同)有關(guān)。如前所述，遼河群是古元古洋中的成層巖系俯沖到地下深處發(fā)生變質(zhì)、變形的，那么俯沖的深度不同就可能造成變質(zhì)程度的差異(程裕淇等，1998)。

(3)變質(zhì)作用是個連續(xù)的地質(zhì)演化過程，不宜劃分階段。F·S·斯皮爾提出：“所謂的變質(zhì)作用P-T-t軌跡，是指巖石從變質(zhì)作用的起點到被剝露于地表所經(jīng)歷的溫壓條件連續(xù)變化的過程”(郭偉靜等，2006)。從其發(fā)生變質(zhì)作用開始，到它上升到地表為止，這一過程是連續(xù)的，不能根據(jù)礦物組合變質(zhì)程度劃分階段。不難看出，那種認為遼河群的礦物演化序列由低到高會周期性出現(xiàn)(李三忠等，1997)，以及將遼河群變質(zhì)礦物(石榴子石、十字石等) 劃分成若干世代的做法也是不合適的。

2.2.2遼河群南北兩部分變質(zhì)相系類型不同的原因

遼河群的礦物組合具有收縮俯沖造山帶變質(zhì)作用特征， 一般來說，變質(zhì)作用P-T-t軌跡是順時針的，為中壓相系，恰如遼河群北部。那么，遼河群南部為什么會出現(xiàn)低壓相系的礦物組合呢？展開遼寧省地質(zhì)圖不難發(fā)現(xiàn)，遼河群南部(相當(dāng)于低壓相系分布區(qū))有大量的呂梁期花崗巖存在，遼河群變質(zhì)巖系被花崗巖分割得七零八落。P·C·英格蘭和A·B·湯普森(1984) 早就指出，在加厚的陸殼深部經(jīng)常誘發(fā)熔融作用(尤其在有地幔巖漿傳熱作用或有流體存在的情況下)， 這種熔融體積累到一定數(shù)量，黏度不斷降低，即可上侵，形成底劈花崗巖。 熔融體對圍巖產(chǎn)生加熱作用(A.B.湯普森等，1987)，使變質(zhì)作用頂峰位于低壓相系范圍(圖10中的E)。即，正是花崗質(zhì)熔融體對遼河群變質(zhì)作用的干擾，才出現(xiàn)低壓相系礦物組合(圖10中的E)。呂梁期花崗巖在遼河群中的分布較為復(fù)雜，所以中壓相系和低壓相系的界線很難精確劃定。

2.2.3遼河群變質(zhì)相劃分及矽線石問題

從前面變質(zhì)帶論述中所列的礦物組合可以看出，黑云母帶相當(dāng)于低綠片巖相；石榴子石帶相當(dāng)于高綠片巖相；十字石帶和藍晶石帶相當(dāng)于低角閃巖相。即遼河群變質(zhì)作用是從低綠片巖相到低角閃巖相。這與董申保在《中國變質(zhì)作用及其與地殼演化的關(guān)系》一書中關(guān)于遼河群變質(zhì)作用的論述是一致的(董申保等，1986)。在遼河群中零零星星出現(xiàn)了一些矽線石，有的研究者認為遼河群中存在矽線石就意味著遼河群中存在高角閃巖相，這種看法顯然是不對的，原因如下。

(1)在泥質(zhì)巖石中矽線石+正長石組合的出現(xiàn)是高角閃巖相的標(biāo)志，但在遼河群中從來未發(fā)現(xiàn)與矽線石共生的正長石。

(2)從整個遼河群來看，矽線石可以出現(xiàn)于變質(zhì)程度不同的變質(zhì)帶中，即在變質(zhì)程度較低的黑云母帶中亦可以見到。

(3)矽線石的形態(tài)以毛發(fā)狀和針狀為主，集合體呈氈狀或不規(guī)則狀，并且是交代已發(fā)生靜態(tài)重結(jié)晶的黑云母、白云母和石英生成的(圖3e)。

種種跡象表明，矽線石產(chǎn)生于遼河群主期變質(zhì)作用之后，與局部出現(xiàn)的某些巖漿作用或熱液作用有關(guān)。與此情況相似，現(xiàn)在對蘇格蘭高地巴羅變質(zhì)帶中矽線石發(fā)育時間和性質(zhì)也有了新看法(郭洪方，1994)。

3　遼河群變質(zhì)作用與變形作用的關(guān)系及P-T-t軌跡特征

遼河群變形作用是遞進變形作用；遼河群變質(zhì)作用是遞進變質(zhì)作用，二者為同一熱動力過程。現(xiàn)在所見到的構(gòu)造現(xiàn)象，除了地表(或淺層次，古元古代以后)局部疊加的構(gòu)造現(xiàn)象之外，都可以認為是在同一動力作用下構(gòu)造遞進變形過程的最終應(yīng)變狀態(tài)。現(xiàn)在筆者所見到的不同級別的礦物組合，除了地表(或淺層次)局部出現(xiàn)的退變質(zhì)礦物之外，都是變質(zhì)作用高峰留下來的(郭洪方等，1989)。從這一基本觀點出發(fā)，結(jié)合變質(zhì)作用與構(gòu)造作用的關(guān)系分析，可以推斷出遼河群變質(zhì)作用P-T-t軌跡基本樣式。

3.1遼河群變質(zhì)作用與變形作用的關(guān)系

可以用巖石的變形歷史作為變質(zhì)結(jié)晶作用的相對時標(biāo)來研究變質(zhì)礦物生長的時序特征。分析變質(zhì)礦物生長的時序特征一般依據(jù)4條準(zhǔn)則：①晶內(nèi)面理(包體徑跡)和晶外面理的關(guān)系(H.J.茲瓦特)。②礦物生長與基質(zhì)總體加粗(構(gòu)造后重結(jié)晶)的關(guān)系。③礦物生長與線理、面理和褶皺的關(guān)系。④礦物之間的包裹或切割關(guān)系。下面主要依據(jù)①、②兩條準(zhǔn)則來解析遼河群中主要變質(zhì)礦物與構(gòu)造變形的關(guān)系。

3.1.1黑云母

在變質(zhì)礦物中，黑云母和石榴子石、角閃石等礦物一樣，晶體中存在比較廣泛的類質(zhì)同象。隨著變質(zhì)作用溫度變化，它們自身組成也隨之發(fā)生變化，其中重要的變化是Mg2+/Fe2+、Ti、F/(OH)-，其中最重要的是Mg2+/Fe2+。有這類礦物參加的反應(yīng)稱為滑動反應(yīng)。所以，黑云母不僅存在于黑云母帶中，在石榴子石帶、十字石帶和藍晶石帶中黑云母亦有廣泛地分布。于黑云母帶、石榴子石帶、十字石帶和藍晶石帶中皆見到了黑云母變斑晶。黑云母變斑晶常含石英包體，有時構(gòu)成包體徑跡，包體中的石英顆粒呈長條狀(圖11)，且粒徑遠遠小于基質(zhì)中的石英顆粒。

圖11　黑云母變斑晶中石英包體圖Fig.11　Quartz inclusions in metacrystal of biotite

3.1.2石榴子石

石榴子石晶體中存在比較廣泛的類質(zhì)同象，遼河群中的石榴子石分子式中是以鐵鋁石榴子石分子為主。在石榴子石帶、十字石帶和藍晶石帶中，石榴石變斑晶比較常見，并且常含較多的石英包體，變斑晶(包體徑跡)的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象均較常見(圖12、圖13，圖3f、圖3g)。包體中的石英顆粒呈長條狀、透鏡狀，并且其粒徑遠遠小于基質(zhì)中的石英顆粒。

3.1.3十字石

十字石變斑晶在十字石帶中和藍晶石帶中均可以見到。經(jīng)常含石英包體，有時構(gòu)成包體徑跡，顯示變斑晶發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，包體中的石英顆粒呈長條狀和透鏡狀，并且其粒徑遠遠小于基質(zhì)中的相應(yīng)礦物的粒徑(圖13，圖3h)。

3.1.4藍晶石

藍晶石變斑晶僅分布于藍晶石帶中。藍晶石變斑晶中石英包體常常構(gòu)成包體徑跡，石英包體粒徑小于基質(zhì)中的相應(yīng)礦物的粒徑，石英包體的形態(tài)呈長條狀和透鏡狀(圖14)。

3.2遼河群變質(zhì)作用P-T-t軌跡特征

斯皮爾認為P-T-t軌跡應(yīng)作這樣定義：所謂的變質(zhì)作用P-T-t軌跡是指巖石從變質(zhì)歷史的起點到被剝露于地表所經(jīng)歷的P-T條件連續(xù)變化過程。

為了敘述方便，將這一連續(xù)過程分成4個階段(圖10)，有的階段是有部分重合的。

圖12　石榴子石變斑晶中石英包體圖Fig.12　Quartz inclusions in metacrystal of garnet

圖13　十字石變斑晶中的石英包體圖Fig.13　Quartz inclusions in metacrystal of staurolite

3.2.1加溫加壓階段—俯沖增厚階段

在收縮俯沖作用下，古元古洋中的成層巖系向地下深處持續(xù)俯沖(圖2)，對于原來地表的較冷的巖層來說，一方面它所承受的壓力逐漸增加；另一方面它不斷地給其周圍環(huán)境制造干擾地溫梯度，與此同時，在恢復(fù)正常地溫梯度(熱擾動弛豫)過程中它不斷地受到加熱，隨著深度(壓力)增加溫度不斷升高。這一加壓加溫過程的P-T-t軌跡必然是呈拋物線形，自左下方向右上方進行(圖10中的O-D線)。在加溫加壓的初期便會有變質(zhì)礦物組合生成，在持續(xù)加溫加壓(圖10中的O-D線)過程中，又不斷地被新的較高級的礦物組合所代替，在整體上是一個遞進變質(zhì)過程(當(dāng)然也是遞進變形過程)，直至變質(zhì)作用頂峰Tmax(與最大壓力點Pmax重合)。變質(zhì)作用頂峰期生成的礦物組合(A、B、C、D)保留下來。

3.2.2變質(zhì)作用頂峰階段—溫度頂峰階段

P.C.英格蘭和A.B.湯普森(1984)曾明確指出，在進變質(zhì)反應(yīng)過程中溫壓條件的變化率是很低的(變質(zhì)作用頂峰附近溫壓條件的變化率更低) ，足以使所有的變質(zhì)反應(yīng)達基本到平衡。所以，不同級別的礦物組合均為變質(zhì)作用頂峰的產(chǎn)物。這樣，黑云母帶、石榴子石帶、十字石帶和藍晶石帶中的礦物組合都是變質(zhì)作用高峰時留下來的，分別相當(dāng)于圖10中的A、B、C、D。筆者觀察了遼河群中4萬至5萬塊薄片，其中在約1 800塊薄片內(nèi)見到了具有石英包體的變斑晶，并且毫無例外的這些石英包體皆呈長條狀(或透鏡狀)，有些變斑晶具有旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象(圖3f、圖3g、圖3h)，從而說明黑云母帶、石榴子石帶、十字石帶和藍晶石帶的變質(zhì)作用頂峰仍處在古元古洋閉合擠壓應(yīng)力場中，即定向壓力占主導(dǎo)。人所共知，壓力是變質(zhì)作用的重要因素，壓力可分為靜壓力和定向壓力，后者又可稱為應(yīng)力。不難推知，只有定向壓力為主導(dǎo)時，石英才能結(jié)晶成長條狀和透鏡狀，并可使變斑晶發(fā)生旋轉(zhuǎn)；相反，靜壓力占主導(dǎo)時，石英會結(jié)晶成近等軸狀多面體，并且變斑晶也不會發(fā)生旋轉(zhuǎn)?？梢钥闯觯诟鱾€變質(zhì)帶中，最高壓力點(Pmax)和最高溫度點(Tmax)是重合的，分別相當(dāng)于圖10中的A、B、C、D點。進一步印證了變形作用和變質(zhì)作用是同一熱動力過程，皆只有一期。

3.2.3降溫降壓階段—上升剝蝕階段

強大的古元古洋閉合擠壓應(yīng)力場終止，便出現(xiàn)構(gòu)造松弛，由于重力均衡效應(yīng)，增厚的陸殼必然會發(fā)生上隆抬升，并經(jīng)受剝蝕，而導(dǎo)致壓力下降，溫度也隨之下降，接受變質(zhì)的巖石上升到地表，變質(zhì)作用也就停止了。遼河群上升至地表(或近地表)之后，于遼河群的某些部位形成韌性剪切帶、尖棱褶皺和脆性斷裂。在地表條件下，遼河群的變質(zhì)礦物呈準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)存在，在古元古代之后的淺部層次構(gòu)造作用影響比較明顯的部位則可能產(chǎn)生退變質(zhì)作用，常見的有黑云母、白云母、斜長石、藍晶石、十字石、紅柱石受到絹云母化，以及黑云母、石榴子石受到綠泥石化和絹云母化(圖15)。有時這些被交代的礦物僅呈假象存在。地表疊加的構(gòu)造變形作用為退變質(zhì)作用提供了活化能、催化劑(水、二氧化碳等)，以及幫助破壞原有礦物晶格的應(yīng)力。

圖15　石榴子石被絹云母和綠泥石交代圖Fig.15　The garnet with metasomatism of sericite and chlorite

綜上所述，遼河群變質(zhì)作用P-T-t軌跡的基本輪廓就已經(jīng)可以看出來，由地表的溫壓條件(圖10中O點)，通過加溫加壓階段—變質(zhì)作用頂峰階段—降溫降壓階段，又回到地表溫壓條件(圖10中O/點)。E.R.奧克斯伯格和P.C.英格蘭(1980)在研究了世界上許多造山帶P-T-t軌跡的基礎(chǔ)上，認為在一般情況下，在收縮機制下，上部陸殼俯沖至地下深處，使陸殼增厚、發(fā)生變質(zhì)作用，然后上部巖石受到剝蝕，使其上升到地表，整個過程需要5千萬年至2億年。

3.2.4基質(zhì)總體加粗階段-構(gòu)造后重結(jié)晶階段

基質(zhì)總體加粗即退火作用(B.Harte,M.R.W.Johnson,1969)，又稱之為靜態(tài)重結(jié)晶作用、構(gòu)造后重結(jié)晶作用或造山后重結(jié)晶作用。在時間上，或在P-T-t軌跡圖解上，整個構(gòu)造后重結(jié)晶作用是和上升剝蝕階段的前半段重合的。構(gòu)造后重結(jié)晶作用產(chǎn)生的條件是：①定向壓力終止或較小。②必須在一定的時間內(nèi)保持較高的溫度和一定的靜壓力。從而說明，在黑云母帶、石榴子石帶、十字石帶和藍晶石帶中，構(gòu)造后重結(jié)晶是變質(zhì)作用頂峰之后開始的。此時，溫度比相應(yīng)變質(zhì)帶中黑云母、石榴子石、十字石和藍晶等變斑晶結(jié)晶溫度低；但在這種溫壓條件下，基質(zhì)中的石英便發(fā)生了靜態(tài)重結(jié)晶作用(石英重結(jié)晶比上述變斑晶重結(jié)晶溫度低)；而作為變斑晶包體中的石英由于受到相應(yīng)變斑晶的控制(石英的晶格能小于變斑晶的晶格能)，而沒有發(fā)生靜態(tài)重結(jié)晶作用。所以，基質(zhì)中的石英晶體多為近等軸狀多面體，同相界面比較平直，并且粒徑亦明顯大于包體中石英粒徑?？傊垂旁叛箝]合擠壓應(yīng)力場終止之日，便是構(gòu)造后重結(jié)晶開始之時；構(gòu)造后重結(jié)晶結(jié)束于明顯降溫之后(石英不再發(fā)生重結(jié)晶)。

4　結(jié)語

通過上述分析，可以得出如下幾點初步結(jié)論。

(1)古元古洋一開一合便形成了遼河群。開，出現(xiàn)洋盆，產(chǎn)生沉積作用；合，封閉造山，產(chǎn)生變形作用和變質(zhì)作用。變形作用和變質(zhì)作用是同一熱動力過程，皆只有一期。不會存在一些研究者(李三忠等，1996，1997；劉永江等，1997)提出的造山前構(gòu)造。

(2)遼河群，不同變質(zhì)級別(不同變質(zhì)帶)的礦物組合都是變質(zhì)作用峰期的產(chǎn)物，它們是空間上的并列關(guān)系(屬異地異時異相)，而非時間上的更迭關(guān)系，絕不能依此去劃分變質(zhì)階段、幕次和期次。更不能依此去構(gòu)筑P-T-t軌跡。

(3)遼河群變形作用是遞進變形作用，各種構(gòu)造形跡形成有先后，先形成的構(gòu)造形跡在遞進變形過程中可能不斷地改變自己的形態(tài)、方向和位置；但是現(xiàn)存的構(gòu)造現(xiàn)象都是遞進變形的最終狀態(tài)(地表局部疊加的晚期變形除外)。

(4)遼河群是層狀無序的變質(zhì)構(gòu)造單元——堆垛層，應(yīng)改稱遼河巖群，不能進行地層層序?qū)Ρ?；徹底摒棄原來的“組”，填巖性圖才能顯現(xiàn)遼河巖群的固有面貌。

致謝：在研究遼河群變質(zhì)作用過程中得到賀同興教授的悉心指導(dǎo)；在學(xué)習(xí)P-T-t軌跡理論過程中沈其韓院士給予很多具體指導(dǎo)；在變質(zhì)巖顯微構(gòu)造分析方面，筆者曾多次去信向游振東教授請教，游教授是有問必答。在這里表示誠摯的感謝！

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Deformation and Metamorphism of Liaohe Group

GUO Hongfang，WANG Zhongjiang，ZHONG Mishan，ZHAI Furong，LIANG Youwei

(Liaoning Institute of Geological Exploration, Dalian 116100, Liaoning, China)

In this paper, the deformation and metamorphism of Liaohe Group and their relation have been discussed in detail. And then, the metamorphic facies, the distribution and dividing basis of metamorphic belt have been analyzed carefully. Meanwhile, the P-T-t locus characteristic of metamorphism has been investigated initially. The results show that, the metamorphism and deformation of Liaohe Group were happened under the compression system when the volcanic sedimentary series of paleoproterozoic ocean were subducted into the depths of the earth, and both of them belongs to the same thermodynamic process. Now, all existing tectonic phenomena can be considered to the final state of progressive deformation process under the same dynamic action. The Liaohe Group is a layered disorderly metamorphic tectonic unit. Only to instead of the original "Formation" that according to the sequence stratigraphy, the inherent features of Liaohe Group can be shown by using the lithologic mapping.

Liaohe Group; deformation; metamorphism; layered disorderly; metamorphic tectonic units; stacking layers

2015-02-21；

2015-06-10

原地礦部七五重點攻關(guān)第16項(86016-02)“1∶5萬區(qū)調(diào)中地質(zhì)填圖方法研究”之子項目“變質(zhì)巖區(qū)填圖方法”資助

郭洪方(1937-)，男，教授級高工，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和變質(zhì)巖研究工作。E-mail：278929624@qq.com

P588.3

A

1009-6248(2016)01-0069-13