东南极拉斯曼丘陵斯图尔内斯半岛及邻区片麻岩变质作用：相平衡模拟与锆石年代学*

佘一民 王伟 程素华 赵越 刘晓春

1.中国地质科学院地质力学研究所，北京 1000812.中国地质大学(北京)，北京 1000833.自然资源部古地磁与构造重建重点实验室，北京 100081

东南极普里兹构造带是东南极岩石出露最广泛的地区之一，包括埃默里冰架东缘、拉斯曼丘陵及西福尔丘陵等普里兹湾沿岸地区，西南可延至内陆格罗夫山(图1b；Zhaoetal.,1995;刘小汉等,2002;俞良军等,2002;Liuetal.,2009a,b;Tongetal.,2017)。已有研究表明该构造带遭受了新元古代格林威尔期(Grenvillian)和晚新元古代-早古生代泛非期(Pan-African)两期构造-变质事件(Zhaoetal.,1991,1992,1995;Hensen and Zhou,1995;Fitzsimonsetal.,1997;Tongetal.,2017;刘晓春,2018)。不同区域内两期变质事件发育程度不同，不同程度的叠加作用使变质历史及分布特征复杂化。先前的研究已取得了重要进展，但由于不同程度叠加变质作用的存在，对不同地区两期变质事件性质的认识尚存分歧。一种观点认为新元古代格林威尔期变质作用反映了罗迪尼亚超大陆相关的碰撞造山过程，泛非期的变质作用代表了陆内改造(Wilsonetal.,2007;Tongetal.,2002,2014)；另一种观点认为早期的格林威尔期变质作用是局部的，泛非期的变质作用占主导地位，反映了早古生代冈瓦纳大陆汇聚相关的碰撞造山过程(Zhaoetal.,1991,1992,1995;Hensen and Zhou,1995;Carsonetal.,1997;Liuetal.,2009b)。这些分歧产生的原因包括：缺少对该地区不同地质单元变质历史的全面了解，缺乏变质作用期次与时代之间的对应关系等。因此，对该区出露岩石进行深入研究有助于加强对该地区变质历史的了解，也有助于进一步理清普里兹构造带的多期变质热事件的属性以及各自对应的大地构造背景。

图1 斯图尔内斯半岛及邻区地质简图(据刘晓春,2009修改)Fig.1 Geological sketch map of the Stornes Peninsula and its adjacent region (modified after Liu,2009)

拉斯曼丘陵是普里兹构造带主要出露区域，本文对拉斯曼丘陵西部斯图尔内斯半岛及邻区获取的泥质/杂砂质片麻岩进行了变质作用和年代学研究。基于最新的热力学数据库和矿物模型，利用THERMOCALC软件在(Mn)NCKFMASHTO体系中模拟计算P-T相图，确定了变质条件及P-T轨迹，并基于锆石定年确定了主要变质作用对应的时代，进而探讨了斯图尔内斯半岛及邻区片麻岩的变质演化及其构造意义。

1 区域地质背景与样品特征

拉斯曼丘陵主要由斯图尔内斯半岛、米洛半岛、布洛克内斯半岛以及众多小岛或半岛构成。主要由高角闪岩相至麻粒岩相泥质、杂砂质副片麻岩，铁镁质-长英质复合正片麻岩以及少量花岗岩和花岗质伟晶岩组成(Zhaoetal.,1995;王彦斌等,1994;仝来喜等,1997;Carsonetal.,1997;周信等,2014)。副片麻岩成断续层状，包括夕线石榴石片麻岩、黑云斜长片麻岩及长英质片麻岩等，夹少量钙硅酸盐岩等，以局部存在富硼和磷的岩石单元为特征，如硅硼镁铝石、柱晶石和电气石(任留东和刘小汉,1995;任留东等,2004,2007;Carsonetal.,1997;Grewetal.,2013)。

普里兹构造带泛非构造热事件是在拉斯曼丘陵地区首次被识别出来(Zhaoetal.,1992,1995)。早期的研究显示拉斯曼丘陵在泛非期主要经历了中低压麻粒岩相变质作用(Stüweetal.,1989;Carsonetal.,1995,1997)。Stüweetal.(1989)获得拉斯曼丘陵地区的峰期变质条件为750℃和4.5kbar。Carsonetal.(1997)对各类片麻岩进行研究，获得峰期变质条件为800℃和7kbar，退变条件为750℃和4～5kbar。也有研究报道了泥质麻粒岩更高的峰期温压条件。任留东等(1992)用温压计估算的M1变质阶段的变质条件为850℃、9kbar。Tongetal.(2014)从米洛半岛的泥质麻粒岩中估算出的峰期M1温压条件为900℃、9kbar。在拉斯曼丘陵镁铁质麻粒岩转石中也识别出了较高的温压条件(周信等,2014;Tongetal.,2017)。这些估算的较高的温压条件被推测为反映了更早期的格林威尔期构造-热事件的影响。

本研究的样品采自东南极拉斯曼丘陵斯图尔内斯半岛(图1a)东南部石榴石斜方辉石片麻岩(LSM178-2)，以及斯图尔内斯半岛西南侧邻近区域的石榴石夕线尖晶石片麻岩(LSM302-10)。

2 分析方法

电子探针主要在中国地质科学院地质研究所电子探针实验室完成。测试中采用的仪器型号为：JXA-8100型电子探针分析仪(日本电子JEOL公司生产)，分析条件为：15kV加速电压、2×10-8A束流、5μm束斑、10s计数，ZAF矫正，标准样品为美国SPI矿物标样。主要元素相对误差小于2%。

锆石LA-ICP-MS U-Pb定年和微量元素分析在上谱实验室(武汉)完成。同位素比值校正标准样品为91500，同位素比值监控标准样品为GJ-1，微量元素校正标准样品为NIST 610。分析用激光剥蚀系统为GeoLas Pro，等离子体质谱仪为Agilent7700，激光能量80mJ，频率5Hz，激光束斑直径24μm。具体运行条件等参考Huetal.(2011)和Liuetal.(2010)。本文中矿物缩写参考Holland and Powell (1998)。

3 岩相学与矿物化学

3.1 岩相学特征

石榴石斜方辉石片麻岩(LSM178-2)主要含有石榴石(～5%)，斜长石(～45%)，斜方辉石(～10%)，黑云母(～10%)，石英(～15%)，钾长石(<8%)和钛铁矿、磷灰石、锆石、独居石等副矿物。石榴石颗粒粒径大小不一，通常大于0.5mm。部分生长在以长石为主的区域中的石榴石以小颗粒出现(图2b)。黑云母主要呈片状产出，具有较平直的边缘，常围绕石榴石周围生长(图2a,d,e)，大的片状黑云母边部可见枝杈状黑云母与石英共生(图2e,f)。斜长石颗粒介于0.4～0.8mm之间，常呈自形或半自形发育(图2b)，部分斜长石(反条纹长石)中可见钾长石出溶，反映了较高的形成温度(图2g)。斜方辉石为不规则状，多数发生不同程度的蚀变(图2a,c,e)。石英颗粒常呈不规则状，粒径多为0.2mm，在其边缘可见发育有细膜状钾长石(图2g)。自形斜长石、细膜状钾长石以及手指状黑云母与石英共生这些特征暗示变质峰期应存在熔体。根据矿物特征和反应关系推测峰期矿物组合应为：石榴石+斜方辉石+斜长石+钾长石+少量黑云母+石英+熔体+少量副矿物。后期的退变主要表现为石榴石和斜方辉石的消耗与分解、大量片状黑云母的发育等。

石榴石夕线尖晶石片麻岩(LSM302-10)主要含有石榴石(～5%)，夕线石(～15%)，黑云母(～5%)，钾长石(～15%)，尖晶石(～15%)，堇青石(～5%)，石英(～40%)，少量磁铁矿、钛铁矿、锆石、独居石等(图2i-m)。石榴石含量少，形状不规则，常呈残留状(图2k)。夕线石含量较高，粒径大小不等(多小于0.2mm)，方形横截面可见较为清晰的对角线解理(图2i)。黑云母含量较少，可见大片黑云母围绕石榴石发育(图2k)，也可见枝杈状黑云母与尖晶石和少量堇青石共生(图2l)。钾长石主要分布在以石英为主的区域中，可见少量条纹长石(图2j)，暗示较高温度条件。堇青石含量很少，呈不规则状围绕尖晶石发育(图2l)。石英颗粒较大，粒径0.3～0.6mm，形状多不规则(图2i,k,l,m)。

图2 斯图尔内斯半岛及邻区片麻岩显微图像(a-h)石榴石斜方辉石片麻岩(样品LSM178-2)；(i-m)石榴石夕线尖晶石片麻岩(样品LSM302-10).矿物缩写：bi-黑云母；cd-堇青石；ilm-钛铁矿；g-石榴石；ksp-钾长石；mt-磁铁矿；opx-斜方辉石；pl-斜长石；q-石英；sill-夕线石；sp-尖晶石;perthite-条纹长石;anti-perthite-反条纹长石Fig.2 Microphotographs of gneisses from the Stornes Peninsula and its adjacent region(a-h) garnet-orthopyroxene gneiss (Sample LSM178-2);(i-m) garnet-sillimanite-spinel gneiss (Sample LSM302-10).Mineral abbreviation:bi-biotite;cd-cordierite;ilm-ilmenite;g-garnet;ksp-K-feldspar;mt-magnetite;opx-orthopyroxene;pl-plagioclase;q-quartz;sill-sillimanite;sp-spinel

根据矿物特征和反应关系推测峰期矿物组合应为：石榴石+夕线石+尖晶石+钾长石(条纹长石)+石英±少量黑云母±熔体+少量副矿物(钛铁矿、磁铁矿)等。少量围绕尖晶石发育的他形堇青石应在后期退变过程中形成的。

3.2 矿物化学

石榴石斜方辉石片麻岩(LSM178-2)中石榴石成分范围为Alm64-71Py16-20Grs6-11Sps4(表1)，石榴石成分剖面分析未见明显环带，只在边部铁铝榴石略有升高，镁铝榴石和锰铝榴石略有降低(图3c)。石榴石成分中XFe=Fe2+/(Mg+Fe2+)变化范围为0.76～0.80，XCa=Ca/(Ca+Fe2++Mg) 变化范围为0.07～0.12。斜方辉石Al2O3含量核部略高于边部，边部Al2O3含量为2.5%～3.1%，核部Al2O3含量为3.3%～3.5%，M1位置的Al[y(opx)]在0.06～0.08之间。不同类型黑云母成分有所不同，在石榴石周围生长的黑云母TiO2含量为5.5%～5.6%，XFe(=Fe2+/(Fe2++Mg))在0.47～0.48之间。在斜方辉石中生长的黑云母TiO2含量为5.5%～5.8%，XFe(=Fe2+/(Fe2++Mg))在0.49～0.50之间，在以长石为主的区域中生长的黑云母TiO2含量为6.3%～6.7%，XFe(=Fe2+/(Fe2++Mg))在0.52～0.53之间。斜长石成分为An43-46Ab52-56Or1-3属中长石。条纹长石中出溶的钾长石成分为An0Ab4Or96。

表1 样品LSM178-2代表性矿物电子探针分析(wt%)Table 1 EPMA analysis (wt%) of representative minerals of Sample LSM178-2

石榴石夕线尖晶石片麻岩(LSM302-10)中石榴石含量少，成分分析显示石榴石不具有明显环带，其成分为Alm71-73Py20-22Grs1-2Sps5-6(图3d，表2)。边部可见铁铝榴石含量略微升高，镁铝榴石含量略有降低，应为后期扩散影响。石榴石成分中XFe变化范围为0.76～0.78，XCa变化范围为0.01～0.02。基质中黑云母TiO2含量为4.9%～6.0%，其中XFe为0.52～0.58。在石榴石周围的黑云母中TiO2含量为4.5%左右，XFe约为0.47。样品中条纹长石主要成分为An1Ab14-18Or82-85。

表2 样品LSM302-10代表性矿物电子探针分析(wt%)Table 2 EPMA analysis (wt%) of representative minerals of Sample LSM302-10

续表2Continued Table 2

图3 石榴石化学成分分析图(a、b)石榴石成分剖面位置；(c、d)石榴石成分二元图解；(e)石榴石成分三元图解Fig.3 Diagrams for garnet chemical analysis(a,b) location of garnet compositional profiles;(c,d) binary diagram for garnet compositions;(e) ternary diagram for garnet compositions

4 变质相平衡模拟

相平衡模拟利用THERMOCALC软件(3.45版本，Holland and Powell,1998；2016年更新)以及在(Mn)-Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-TiO2-O((Mn)NCKFMASHTO)体系中进行。内部一致性热力学数据库采用最新版ds62(Holland and Powell,2011)。矿物活度模型参考Whiteetal.(2014)。H2O含量根据含水矿物含量及T-X图进行估算(图4)，基于固相线组合与观察到的最终矿物组合相一致原则确定具体H2O含量。在XRF方法分析氧化物含量基础上，根据滴定法测得三价铁含量并对氧含量进行估算，获得模拟计算所用的全岩成分分别为：SiO2：63.950；Al2O3：11.749；CaO：6.063；MgO：4.461；FeO：6.895；K2O：1.319；Na2O：3.291；TiO2：0.598；O：0.345；H2O：1.330(mol%)(样品LSM178-2)；SiO2：80.516；Al2O3：5.919；CaO：0.068；MgO：1.085；FeO：7.750；K2O：1.191；Na2O：0.194；TiO2：0.682；MnO：0.045；O：1.550；H2O：1.000(mol%)(样品LSM302-10)。

图4 样品LSM178-2和LSM302-10 T-X(H2O)视剖面图Fig.4 T-X(H2O) pseudosections for Sample LSM178-2 and Sample LSM302-10

石榴石斜方辉石片麻岩(LSM178-2)的P-T视剖面图温压范围为T=600～1050℃，P=1～15kbar(图5)。在该范围内主要为四变域、五变域和六变域，还存在较少的三变域、七变域和八变域。由于岩石中水含量较低，在温压范围内固相线温度在700～850℃之间变化，在中压条件下固相线温度最高(图5a)。除低压区域外，石榴石都稳定存在。斜方辉石的稳定范围较广，随温度升高斜方辉石稳定域向高压扩展，在1050℃压力可达13kbar。铝硅酸盐(蓝晶石)只在低温高压的少数矿物组合内出现。斜长石在所有区域内都稳定存在。斜方辉石及熔体等含量等值线和石榴石、斜方辉石、斜长石等矿物成分等值线如图所示(图5a-c)。根据岩相学观察推测的峰期矿物组合与相图中狭长的四变域对应，温压条件为810～900℃，3.9～11.5kbar，稳定矿物组合包括石榴石、斜方辉石、黑云母、钾长石、斜长石、石英、钛铁矿和熔体。样品富含斜长石，其钙长石(An)含量(ca(pl))可反映近峰期温压条件(Li and Wei,2016)，测得斜长石中ca(pl)范围为0.43～0.46，如其代表峰期斜长石成分则可将峰期温压条件进一步限定为820～870℃，5.0～8.5kbar。测得y(opx)范围(0.06～0.08)限定了跨越不同矿物组合的狭长区域(图5c)，在推测的峰期矿物组合稳定域内，限定的温压条件为830～870℃，6.1～8.9kbar，与ca(pl)等值线限定的温压条件接近。在该温压条件范围内熔体含量较低，斜方辉石含量可达10%左右(图5b)，与岩石中观察的斜方辉石含量接近。结合石榴石的成分等值线，测得的石榴石XFe(0.76～0.80)和XCa(0.07～0.12)成分含量，限定的温压范围为T<705℃，P=3.6～5.4kbar。由于后期Fe-Mg交换影响，石榴石等值线往往反映较低的退变温压条件。

图5 样品LSM178-2在NCKFMASHTO体系下视剖面图及等值线全岩成分SiO2：63.950；Al2O3：11.749；CaO：6.063；MgO：4.461；FeO：6.895；K2O：1.319；Na2O：3.291；TiO2：0.598；O：0.345；H2O：1.330 (mol%).等值线包括斜方辉石含量、熔体含量等值线以及石榴石X(Fe)、Z(Ca)、斜长石An值(ca(pl))、斜方辉石M1位置的Al(y(opx))成分等值线等(Ca(pl)=Ca/(Ca+Na+K),y(Opx)=Al/2,X(Fe)=Fe/(Fe+Mg),Z(Ca)=Ca/(Fe+Mg+Ca))Fig.5 P-T pseudosection and compositional isopleths in the NCKFMASHTO system for Sample LSM178-2Bulk composition:SiO2:63.950;Al2O3:11.749;CaO:6.063;MgO:4.461;FeO:6.895;K2O:1.319;Na2O:3.291;TiO2:0.598;O:0.345;H2O:1.330 (mol%).The contoured isopleths include orthopyroxene and melt (liq) modes,X(Fe),Z(Ca) of garnet,An (ca(pl)) content of plagioclase and Al contents in the M1 (y(opx)) in orthopyroxene

石榴石夕线尖晶石片麻岩(LSM302-10)MnNCKFMASHTO体系中计算的的P-T视剖面图温压范围为T=650～1050℃，P=1～15kbar，主要包括四变域、五变域和六变域等(图6)。石榴石稳定范围广泛，在低压条件下石榴石稳定域随温度升高而向高压方向缩减。铝硅酸盐在多数区域内稳定。钾长石在高温低压条件下消失。斜长石不在模拟的温压范围内出现，与非常低的全岩CaO含量有关。根据岩相学观察推测的峰期矿物组合最可能对应视剖面图中的五变域，温压条件为860～1050℃，4.8～10.2kbar，包括石榴石、夕线石、尖晶石、钾长石、钛铁矿、磁铁矿、石英和熔体等。少量不规则状堇青石围绕尖晶石发育表明峰期之后样品经历降压至邻近含堇青石的四变域(石榴石、堇青石、夕线石、尖晶石、钾长石、钛铁矿、磁铁矿、石英和熔体等)。测得的石榴石成分XFe(0.76～0.78)与XCa(0.014～0.018)在四变域内限定了很窄的温压范围：T=820～840℃，P=4.7～5kbar。随后可能经历了近等压的降温过程。

图6 样品LSM302-10在MnNCKFMASHTO体系下视剖面图及成分等值线全岩成分SiO2：80.516；Al2O3：5.919；CaO：0.068；MgO：1.085；FeO：7.750；K2O：1.191；Na2O：0.194；TiO2：0.682；MnO：0.045；O：1.550；H2O：1.000 (mol%).等值线包括夕线石含量、尖晶石含量等值线以及石榴石X(Fe)、Z(Ca)成分等值线等Fig.6 The P-T pseudosection and compositional isopleth in the MnNCKFMASHTO system for Sample LSM302-10Bulk composition:SiO2:80.516;Al2O3:5.919;CaO:0.068;MgO:1.085;FeO:7.750;K2O:1.191;Na2O:0.194;TiO2:0.682;MnO:0.045;O:1.550;H2O:1.000 (mol%).The contoured isopleths include sillimanite and spinel modes and X(Fe),Z(Ca) of garnet

5 锆石U-Pb年代学

样品LSM178-2中锆石大部分呈近椭圆形，部分为长柱状，颗粒多处于100～150μm之间。在锆石CL图像中可见明显的核边结构，部分锆石核部具有震荡环带，暗色变质边宽窄不等(图7)。分析显示暗色边Th/U比值范围为0.04～0.27，大部分小于0.1(表3)。对暗色边部进行LA-ICPMS定年分析获得较宽的206Pb/238U表观年龄范围543±5.7Ma～970±9.0Ma(表3、图8)。对具有震荡环带的核部进行定年分析，结果显示206Pb/238U表观年龄分布范围为756±9.8Ma～1053±9.5Ma，多数集中于937～999Ma之间，与暗色变质边的年龄范围存在部分重叠(表3、图8)。

沿谐和线串珠状分布的变质锆石年龄可能反映了不同程度的重结晶或溶解-再沉淀过程(Halpinetal.,2012,2020)；最小年龄应指向最彻底的重结晶，指示地质事件发生的时间。串珠状分布的较老的变质年龄可能反映了不彻底的重结晶，不一定具有实际的地质意义(Halpinetal.,2020)。特别是当变质边部年龄与锆石核部年龄接近或年龄范围有明显重叠的情况下，较老的锆石变质边年龄是否反映早期构造热事件的影响需要深入研究确定。

样品LSM302-10中锆石大部分呈近椭圆形，颗粒较大基本处于50～150μm之间。多数锆石核部已模糊不清，少数锆石核部具有韵律环带。常发育较宽的暗灰色变质边和较窄的浅灰色变质边(图7)。分析显示其Th/U比值范围为0.02～0.40，大部分小于0.1(表3)。锆石分析获得暗色变质边206Pb/238U加权平均年龄为531±5.7Ma(MSWD=4.8，N=25)，锆石分析获得浅灰色变质边谐和年龄为509±5.9Ma(MSWD=0.074，N=7)(图8)。暗灰色的锆石边部可能由重结晶或部分变质增生形成，浅灰色的锆石边应反映了变质增生。对于发生部分熔融的岩石，锆石的变质增生主要发生于退变阶段(Kelsey,etal.,2008a;Wangetal.,2014)，相应的年龄主要反映峰期后的退变时间。

图7 片麻岩中代表性锆石阴极发光图像Fig.7 Cathodoluminescence image of representative zircon grains from the gneisses

图8 片麻岩锆石U-Pb谐和图Fig.8 The U-Pb concordia diagrams of zircon from the gneisses

表3 锆石U-Pb定年结果Table 3 Zircon U-Pb data for gneisses (LSM178-2,LSM302-10)

续表3Continued Table 3

6 讨论

6.1 变质条件与P-T轨迹

岩相学和相平衡模拟计算揭示出拉斯曼丘陵斯图尔内斯半岛及邻区的片麻岩记录了较高的变质温压条件。石榴石斜方辉石片麻岩(LSM178-2)记录的峰期温压范围为T=830～870℃、P=6.1～8.9kbar，后期退变至T<705℃、P=3.6～5.4kbar。由于黑云母的稳定上限与TiO2的含量相关(Stevensetal.,1997;魏春景和朱文萍,2016)，该样品中黑云母含有较高的TiO2(5.5%～6.7%)，其中具有高TiO2含量的黑云母的稳定温度可能比模拟结果更高。样品目前记录的温压条件反映了以降温为主的降温降压退变过程。石榴石夕线尖晶石片麻岩(LSM302-10)保存的峰期矿物组合对应相图中的稳定域具有较宽泛的温压范围(T=860～1050℃、P=4.8～10.2kbar)，显示了较高的温度条件。不规则堇青石发育以及石榴石成分等值线限定了较低的温压范围：T=820～840℃、P=4.7～5kbar。这些温压条件也反映了降温降压的演化轨迹。之前研究显示拉斯曼丘陵主要经历了较低温压条件的变质作用。Stüweetal.(1989)利用平均温压方法获得拉斯曼丘陵地区变泥质岩的峰期变质条件为～750℃、4.5kbar。Carsonetal.(1997)对各类片麻岩进行研究，获得峰期变质条件为～800℃、7kbar，之后退变至～750℃、4～5kbar。也有部分研究报道了较高的温压条件。任留东等(1992)用二辉石温压计估算的M1变质阶段的温度为850℃，利用长英质岩石中石榴石-夕线石-斜长石-石英压力计获得850℃时的压力约为9kbar。Tongetal.(2014)用平均温压方法估算米洛半岛的泥质麻粒岩峰期条件为～900℃、～9kbar。Zongetal.(2020)通过对布洛克内斯半岛正片麻岩研究认为变质作用的温压条件为～870℃、～9.5kbar。拉斯曼丘陵斯图尔内斯半岛及邻区副片麻岩记录了较高的温度条件。石榴石斜方辉石片麻岩(LSM178-2)峰期温度应大于830℃，石榴石夕线尖晶石片麻岩(LSM302-10)的峰期温度应大于860℃。尽管限定的峰期压力范围较宽但最高压力应不小于6kbar，可能达到8.5kbar或更高。与拉斯曼丘陵东部地区的岩石类似，西部的斯图尔内斯半岛及邻区副片麻岩经历了高温麻粒岩相变质作用，之后经历了以降温为主的降温降压退变过程。然而所研究的片麻岩中并没有很好保存进变矿物组合，具体进变轨迹难以限定。高温阶段发生降压以及只有少量晚期堇青石发育等特征暗示岩石具有顺时针演化轨迹。

6.2 变质时代

研究显示东南极普里兹构造带受到新元古代格林威尔期构造热事件和晚新元古代-早古生代泛非期构造热事件的影响(Zhaoetal.,1995;仝来喜等,1998,2012;Tongetal.,2002;Wangetal.,2008;Grewetal.,2012)。但不同地区对两期变质事件的记录差异极大。格林威尔期高级变质事件的主要证据包括：来自于拉斯曼丘陵之西的姐妹岛(Søstrene Island)的石榴二辉麻粒岩，石榴石-全岩Sm-Nd等时线定年揭示该麻粒岩的主期矿物组合形成于～990Ma(Hensen and Zhou,1995)；埃默里冰架东缘在赖因博尔特丘陵(Reinbolt Hills)长英质正片麻岩中锆石记录了925±24Ma的变质事件，蒙罗克尔山(Munro Kerr Mountains)等地的长英质正片麻岩中发育900～930Ma的变质锆石(Liuetal.,2009a)；拉斯曼丘陵之东的西福尔丘陵(Vestfold Hills)中元古代基性岩墙在938±9Ma至957±7Ma之间发生中压麻粒岩相变质作用(Liuetal.,2014)；Wangetal.(2008)在拉斯曼丘陵南部斯图尔内斯半岛获得长英质正片麻岩，在格林威尔期的变质年龄为～997±13Ma和～981±13Ma。这一时期还发育花岗质或紫苏花岗质岩体(Wangetal.,2008;Liuetal.,2009a;Grewetal.,2012)。尽管这些年龄存在很大差异，所代表地质事件的具体性质也不甚清晰，但的确表明格林威尔期变质事件在普里兹造山带的基底中广泛存在。拉斯曼丘陵地区副片麻岩中该期事件的确切记录相对较少。Kelseyetal.(2007)在拉斯曼丘陵以东的赖于尔(茹尔)群岛和以西的伯灵恩群岛的部分副片麻岩石榴石中识别出780～1030Ma的独居石包裹体。副片麻岩中的锆石暗色边部常常给出很宽的年龄范围(ca.500～1100Ma)，局部集中的一些较老的年龄被解释成格林威尔期变质事件的影响(Wangetal.,2008)。样品LSM178-2锆石暗色边年龄具有类似的分散分布特征(543±5.7Ma～970±9.0Ma)，较老的970Ma左右的年龄可能反映了格林威尔期变质事件的影响。然而，由于有些锆石变质边可能代表了不彻底的重结晶或遭受一定程度的Pb丢失(Halpinetal.,2012,2020)，相应的年龄不一定代表具体的地质事件，该地区格林威尔期变质事件的确切时间和影响范围还需进一步厘清。锆石变质边获取的最低年龄543±5.7Ma应反映了泛非期构造热事件的影响。样品LSM302-10中锆石变质边主要记录泛非期变质年龄，但其暗色边和浅色边具有不同年龄(531±5.7Ma和509±5.9Ma)。这些泛非期变质年龄可能反映了持续较长时间的构造事件(ca.540～510Ma)。样品中的矿物组合反映了连续的演化过程，年龄结果支持这些矿物组合主要在泛非期发育，对应的P-T轨迹反映了泛非期的演化过程。

6.3 构造意义

对拉斯曼丘陵及其所在的普里兹湾地区的泛非期构造属性有不同认识。一种观点认为泛非期经历了碰撞造山作用(Dirks and Wilson,1995;Hensen and Zhou,1997;Fitzsimons,2000,2003;Bogeretal.,2001;刘小汉等,2002;Zhaoetal.,2003;Liuetal.,2007,2009b;Kelseyetal.,2008b)，另一种观点认为泛非期经历了陆内造山作用，是东非碰撞造山作用在东冈瓦纳陆块内部的响应(Yoshida,1995,2007;Wilsonetal.,2007;Tongetal.,2002,2019)。在拉斯曼丘陵西南侧格罗夫山地区高压基性麻粒岩中具有较高的峰期温压条件(770～840℃、11.8～14.0kbar)，峰期变质年龄为～545Ma(Liuetal.,2009b)。最近报道的同地区泥质麻粒岩峰期温压条件为817～834℃、11.6～13.6kbar，峰期变质年龄为540～545Ma(Chenetal.,2018)。这些高压基性岩和泥质麻粒岩的发现暗示包括格罗夫山和拉斯曼丘陵在内的普里兹湾地区在泛非期可能经历了碰撞造山作用。综合拉斯曼丘陵及邻近地区泛非期变质作用温压条件与年龄结果(图9)，拉斯曼丘陵西部斯图尔内斯半岛及邻区片麻岩记录了中低压高温麻粒岩相变质作用，变质作用发生时间(ca.540～510Ma)略晚于格罗夫山地区的高压麻粒岩，可能主要反映了造山作用后期的抬升与伸展。

图9 拉斯曼丘陵及邻近地区泛非期变质作用的P-T轨迹(据刘晓春,2018;Chen et al.,2018等补充)Fig.9 P-T paths of Pan-African metamorphism of the Larsemann Hills and its adjacent regions (modified after Liu,2018;Chen et al.,2018)

7 结论

通过对拉斯曼丘陵西部斯图尔内斯半岛及邻区片麻岩进行综合研究得到如下认识：

(1)斯图尔内斯半岛及邻区片麻岩经历了中低压高温麻粒岩相变质作用。峰期温度应大于860℃，压力应不低于6kbar，可能达到8.5kbar或更高。之后经历以降温为主的降温降压退变过程。

(2)片麻岩目前的矿物组合主要记录了泛非期的构造热事件，这一事件可能持续了较长的时间(ca.540～510Ma)。

(3)片麻岩的温压条件及变质P-T轨迹可能反映了造山作用后期的抬升与伸展。

致谢感谢中国极地考察办公室、中国极地研究中心以及南极科学考察队队员对南极野外地质考察提供的帮助。感谢审稿人提出的宝贵修改意见。