科研动态 | GSAB：华北克拉通吕梁群变质演化与巴罗式变质作用成因新模式

        近日，我院钱加慧副教授、尹常青教授科研团队在华北克拉通变质作用研究领域取得重要进展，其关于吕梁群P–T–t（压力-温度-时间）演化的研究成果发表于国际著名地学期刊《GSA Bulletin》（Geological Society of America Bulletin，中科院一区TOP）。该研究结合岩石学、矿物学、相平衡模拟、锆石-石榴子石-黑云母年代学和区域构造特征，系统揭示了华北克拉通中部造山带吕梁群巴罗式变质带的形成机制与构造背景，为理解巴罗式变质作用的成因和前寒武纪地壳演化过程提供了关键地质证据。

        巴罗式变质作用是区域递增变质的经典类型，研究历史已逾百年，其形成的热源与构造机制一直是变质地质学领域的关注热点。传统认识将巴罗式变质作用视为碰撞造山过程的专属变质类型（一般具有顺时针型P–T轨迹），反映了造山带加厚地壳不同构造层次的热弛豫响应。但近年来，矿物学、年代学、热力学与动力学模拟等精细方法重塑了对变质作用时间尺度的认知，岩浆热、流体与熔体迁移的作用也被进一步揭示，越来越多的证据表明，巴罗式变质作用并非源自单一模式，岩浆热对流、剪切加热、黏滞加热及其复合机制等多种热源新解释不断涌现。

图1 （A）华北克拉通构造划分图，图中显示吕梁杂岩的位置及华北北缘古元古代（约1.85 Ga）造山带展布特征；（B）吕梁杂岩地质简图，图中显示吕梁群的位置；（C）吕梁群地质简图，图中显示样品采集点位

        该研究聚焦于华北克拉通中部造山带的吕梁群（图1），该区域发育较为完整的绿泥石带、黑云母带、石榴子石带和十字石-蓝晶石带巴罗式变质序列，是研究巴罗式变质作用成因机制的天然实验室。研究团队历时多年开展野外地质调查，在吕梁群南北向剖面系统采集了不同变质带的代表性岩石样品（图2），综合运用岩石学、矿物化学、相平衡模拟、锆石-石榴子石U-Pb定年和黑云母40Ar/39Ar定年等多种方法，细致重建了吕梁群的变质演化过程（图3-5）。

图2 吕梁群巴罗式变质带中的代表性岩石露头；A-绿泥石带，B-黑云母带，C-石榴子石带，D–E-十字石-蓝晶石带

        研究发现，吕梁群石榴子石带岩石呈现出“先升温，后增压”的两阶段进变质 P-T轨迹，峰期变质条件约为7.0 kbar/560 ℃（图4）；而十字石-蓝晶石带岩石则记录了以减压为主的演化过程，经历了压力峰期（6.8-9.2 kbar/515-565 ℃）和温度峰期（4.6-6.5 kbar/560-615 ℃）两个阶段（图5）。年代学数据显示，吕梁群变质作用发生于1.88-1.76 Ga，其中十字石-蓝晶石带变质锆石 U-Pb 年龄为1850 ± 31 Ma，石榴子石带石榴子石 U-Pb 年龄为1882 ± 67 Ma（图3I），黑云母带黑云母40Ar/39Ar冷却年龄为1762 ± 3 Ma（图3J），表明该变质作用晚于华北中部造山带约1.95 Ga的主碰撞时代（图6），而与华北克拉通北缘1.90-1.82 Ga的俯冲-碰撞造山作用同期。

        同时，研究团队通过构造背景的分析发现，吕梁群巴罗式变质带呈东西向展布，与华北克拉通北缘1.90-1.82 Ga造山带走向一致（图1）。结合变质P–T轨迹特征（既存在先升温-后增压的逆时针样式，又存在降压型样式）、野外构造观测与区域地质演化特征，提出吕梁群巴罗式变质作用并非直接由碰撞造山-地壳加厚-放射性加热（热弛豫）所致，而是由华北克拉通北缘古元古代俯冲-碰撞造山作用的应力传递引发。剪切加热或黏滞加热也可能为吕梁群巴罗式变质作用提供了辅助热源。这一发现打破了巴罗式变质作用形成机制的传统认知，证实全球范围内巴罗式变质的热源与形成机制具有显著的多样性，为重新认识地壳变质作用与区域构造演化的耦合关系提供了新视角。
 

图3 (A–F)石榴子石带样品典型石榴子石颗粒成分面扫图；（G–H）前述石榴子石颗粒成分环带；（I）石榴子石带样品石榴子石U-Pb定年Tera-Wasserburg图；（J）黑云母带样品黑云母40Ar/39Ar定年结果

图4 石榴子石带样品相平衡模拟与P–T轨迹；ABC-使用化学分析的全岩成分进行模拟，EBC-使用扣除石榴子石核部成分之后的有效全岩成分进行模拟

图5 十字石-蓝晶石带样品相平衡模拟与P–T轨迹；ABC-使用化学分析的全岩成分进行模拟，EBC-使用扣除石榴子石核部成分之后的有效全岩成分进行模拟

图6 吕梁群约1.85 Ga变质P–T轨迹与吕梁杂岩已报道的约1.95 Ga变质P–T轨迹对比图

        华北克拉通是地球上最古老的克拉通之一，其古元古代构造演化是揭示哥伦比亚超大陆聚合过程的关键。该研究不仅为吕梁群变质演化提供了高精度的P–T–t 约束，为重建华北克拉通古元古代构造格局、探讨哥伦比亚超大陆聚合过程提供了新的关键证据，也为以巴罗式变质作用为代表的中-低级变质演化研究建立了新的技术范式。

        该研究由我院钱加慧副教授、尹常青教授、博士研究生卢成森联合香港大学张健教授、中国科学技术大学高彭研究员、衡阳师范学院吴尚京副教授共同完成，研究工作得到了国家自然科学基金、深地国家科技重大专项、广东省基础与应用基础研究基金等项目的联合资助。未来，研究团队将继续围绕华北克拉通多期变质作用开展工作，进一步揭示地球早期地壳演化的动力学过程，为探索早期大陆形成与演化规律提供更多地质依据。

论文信息：

Qian Jiahui, Yin Changqing, Zhang Jian, Gao Peng, Lu Chengsen, Wu Shangjing. 2026. Pressure-temperature-time evolution of the Lüliang Group, North China craton: Insights from phase equilibria modeling and geochronology. Geological Society of America Bulletin, https://doi.org/10.1130/B39060.1.

供稿：钱加慧

编辑：张翔

初审：董晓涵 黄荣

审核：郑义 徐永怡

审核发布：王伟涛 孔晓慧