秦 亞，梁一鴻，胡兆初，劉雪松

（1.吉林大學(xué) a.地球科學(xué)學(xué)院；b.地質(zhì)博物館，長(zhǎng)春130061；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430074）

華北板塊東部吉南－遼南地區(qū)分布著大面積的中生代花崗巖，前人研究認(rèn)為其主體形成于三疊紀(jì)和侏羅紀(jì)。隨著年齡測(cè)定技術(shù)的進(jìn)步，高精度測(cè)試方法的出現(xiàn)，進(jìn)一步的研究工作又有了新的認(rèn)識(shí)，確認(rèn)這些花崗巖主體形成于白堊紀(jì)，而三疊紀(jì)和侏羅紀(jì)的巖體則相對(duì)較少[1，2]。吳福元確認(rèn)了遼南的小黑山巖體、韓家?guī)X巖體、丹東巖體等形成于侏羅紀(jì)[1]；而孫德有等運(yùn)用CHIME方法，在吉林南部荒溝山地區(qū)也確定了一套侏羅紀(jì)花崗巖的存在[2]。作者對(duì)荒溝山地區(qū)的老禿頂子巖體和草山巖體的巖石化學(xué)特征進(jìn)行了測(cè)試分析，目的是研究吉林南部侏羅紀(jì)花崗巖形成的地球構(gòu)造環(huán)境。同時(shí)，運(yùn)用LA－ICP－MS方法對(duì)老禿頂子和草山巖體進(jìn)行了鋯石U－Pb法年齡測(cè)定，進(jìn)一步確認(rèn)了巖體形成的年代。

1 地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于吉林省白山市東南部，大地構(gòu)造位置上處于華北板塊東北部遼吉古元古裂谷帶與龍崗隆起交界處附近。

龍崗隆起主要發(fā)育一套太古宙的TTG巖系，主要巖性為花崗閃長(zhǎng)巖、英云閃長(zhǎng)巖和奧長(zhǎng)花崗巖。

遼吉裂谷帶的吉林南部地區(qū)主要發(fā)育集安群和老嶺群。集安群是一套變質(zhì)中基性火山巖和變質(zhì)碎屑巖，是裂陷期火山沉積作用的產(chǎn)物；老嶺群為一套變質(zhì)的碎屑巖和碳酸鹽巖，是凹陷期沉積作用的產(chǎn)物。研究區(qū)內(nèi)只發(fā)育有裂谷帶上部的老嶺群。

新元古代－古生代該區(qū)接受蓋層沉積，中生代為斷陷盆地沉積。

在太古代變質(zhì)巖系和古元古代老嶺群變質(zhì)地層中侵入梨樹溝、草山、老禿頂子和遙林4個(gè)花崗巖體，巖體呈現(xiàn)不規(guī)則的圓形或橢圓形（圖1）。我們對(duì)其中的老禿頂子巖體和草山巖體進(jìn)行了巖石地球化學(xué)和年代學(xué)分析。草山巖體面積為41 km2，老禿頂子巖體面積為61km2，均為小型巖株[3]。

圖1 吉南荒溝山地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch of the Huanggoushan area in the south of Jilin

草山巖體與老禿頂子巖體的巖性均為似斑狀黑云母花崗巖，呈灰白色、淡紅色，似斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為粗粒自形結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為中－細(xì)粒半自形結(jié)構(gòu)。主要礦物為石英（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%±）、鉀長(zhǎng)石（20%±）、斜長(zhǎng)石（35%±）和黑云母（15%±），斑晶礦物主要為鉀長(zhǎng)石和條紋長(zhǎng)石；副礦物主要為磁鐵礦、鋯石及磷灰石。

2 巖石地球化學(xué)特征

巖體的主元素的測(cè)定由吉林大學(xué)測(cè)試科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心用原子吸收光譜（AAS）測(cè)試（表1），稀土和痕量元素采用等離子質(zhì)譜（ICP－MS）測(cè)定（表2）。

2.1 主元素

老禿頂子巖體和草山巖體的主元素富硅（SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72.04%～73.68%），具有低的鐵、鎂、鈣、鈦、磷含量（wTFe2O3＝1.83%～2.98%，wMgO＝0.54%～0.70%，wCaO＝1.44%～1.92%，wTiO2＝0.16%～0.32%，wP2O5＝0.08%～ 0.12%）。Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.20%～14.34%，A／CNK＝0.92～1.12，A／NK＝1.16～1.42，為準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)（圖2）。巖體具有較低的 Mg＃值（35.4～45.2）。全堿含量（AIK，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為7.31%～8.74%，TAS圖解中，落入亞堿性系列花崗巖中，在AFM圖解中，無富鐵的趨勢(shì)，為鈣堿性系列。其σ值介于1.83～2.62之間，亦為鈣堿性系列。wNa2O／wK2O比平均值為1.09，為鈉質(zhì)。在SiO2－K2O巖石系列判別圖解中，落入高鉀鈣堿性系列（圖3）。主元素顯示具有I型花崗巖的地球化學(xué)特征。

2.2 稀土元素

2個(gè)巖體稀土元素總量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為94.24×10－6～170.14×10－6，具有一致的右傾型球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素模式（圖4），輕稀土富集，重稀土虧損，wLREE／wHREE比值為9.05～15.43。重稀土呈平坦型，輕重稀土分餾明顯，老禿頂子巖體較草山巖體輕重稀土分異更明顯，其（wLa／wYb）N值為23.41～24.89；而草山巖體（wLa／wYb）N值為11.07～16.59。具有中等的負(fù)銪異常，δEu值為0.51～0.69。

圖2 鋁質(zhì)指數(shù)圖解Fig.2 Aluminous index diagram of granite

圖3 SiO2－K2O圖解Fig.3 SiO2－K2O diagram

?

?

圖4 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖Fig.4 Chondrite－normalized REE pattern of granite

2.3 痕量元素

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中，老禿頂子巖體和草山巖體具有基本一致的虧損富集曲線（圖5）。具有較低的Sr、Yb及Y含量（wSr＝177.8×10－6～261.8×10－6，wYb＝1.08×10－6～1.67×10－6，wY＝11.04×10－6～17.51×10－6），在張旗的Sr－Yb分類[4，5]中為喜馬拉雅型花崗巖。2個(gè)巖體均虧損Nb、Ta、P、Ti；不同程度地富集Th、K、U等元素。

3 鋯石U－Pb法年齡測(cè)定

運(yùn)用LA－ICP－MS對(duì)荒溝山地區(qū)黑云母花崗巖進(jìn)行了鋯石U－Pb法年齡測(cè)定。鋯石的陰極發(fā)光圖像在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，鋯石的剝蝕分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成（表3）。詳細(xì)流程見劉勇勝等[6]的文章。

圖5 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.5 Primitive mantle－normalized spider diagram of trace elements

所測(cè)鋯石多為長(zhǎng)柱狀，粒徑約為150～300 μm（圖6）。草山巖體花崗巖中鋯石Th和U的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為75.30×10－6～452.43×10－6和170.31×10－6～897.88×10－6，且 wTh／wU比值為0.24～0.65。大多數(shù)鋯石 wTh／wU＞0.4。陰極發(fā)光圖像中具有典型的巖漿振蕩環(huán)帶（圖6－A），其年齡可以代表巖體的形成年代。老禿頂子巖體中鋯石Th和U的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為87.73×10－6～1689.59×10－6和 136.85×10－6～1268.94×10－6，wTh／wU為0.31～1.48，絕大多數(shù)鋯石的wTh／wU＞0.4，且具有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶（圖6－B），為巖漿鋯石，其形成可以代表巖體形成的年代。

圖6 鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.6 CL images of zircon

表3 老禿頂子巖體和草山巖體LA－ICP－MS鋯石U－Pb年齡數(shù)據(jù)Table3 LA－ICP－MS U－Pb age data of zircon in the granite from Laotudingzi pluton and Caoshan pluton

對(duì)草山巖體進(jìn)行了25粒鋯石U－Pb年齡測(cè)定，同位素分析數(shù)據(jù)均落在諧和線上及其附近，其加權(quán)平均年齡為（180.64±0.81）Ma，MSWD＝0.86（圖7－A）。對(duì)老禿頂子巖體進(jìn)行了23粒鋯石U－Pb同位素測(cè)試，同位素分析數(shù)據(jù)均落在諧和線上及其附近，其加權(quán)平均年齡為（178.74±0.90）Ma，MSWD＝0.82（圖7－B）。年齡測(cè)定結(jié)果揭示2巖體均為早侏羅世侵入體。

華北板塊東部廣泛發(fā)育著一期侏羅紀(jì)花崗巖體，如遼南地區(qū)的小黑山巖體（170～177Ma）[7]，韓家?guī)X巖體（163～180Ma）[1]，丹東花崗巖（156～173Ma）[8]；但對(duì)于吉南地區(qū)是否存在侏羅紀(jì)花崗巖體，認(rèn)識(shí)上有很大的變遷。吉林南部荒溝山地區(qū)花崗巖體的侵位時(shí)代，前人根據(jù)地質(zhì)接觸關(guān)系和地質(zhì)對(duì)比，以及老禿頂子巖體的1個(gè)黑云母K－Ar年齡，將老禿頂子、草山和梨樹溝3個(gè)巖體確定為侏羅紀(jì)巖體[3]。后根據(jù)梨樹溝和老禿頂子2個(gè)巖體的全巖Rb－Sr等時(shí)線年齡，確定其為印支期巖漿活動(dòng)產(chǎn)物[9]。孫德有等運(yùn)用CHIME方法，將其重新厘定為侏羅紀(jì)產(chǎn)物[2]。筆者采用LA－ICP－MS測(cè)齡結(jié)果為178～181Ma，說明華北板塊東部侏羅紀(jì)巖漿活動(dòng)廣泛存在，在吉南地區(qū)也有體現(xiàn)。

4 形成構(gòu)造環(huán)境探討

荒溝山地區(qū)侏羅紀(jì)花崗巖主要巖石類型為黑云母花崗巖；巖石富硅，中等的鋁含量，較低的Mg＃值；屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)鈉質(zhì)花崗巖，高鉀鈣堿性系列；在QAP巖石成因類型圖解中（圖8）落入I型花崗巖區(qū)，因而草山巖體和老禿頂子巖體為高鉀鈣堿性I型花崗巖。富集LREE、K、Th、U；虧損 HREE、Nb、Ta、Ti、P；具有中等的負(fù)銪異常，具有活動(dòng)大陸邊緣巖漿弧花崗巖的特點(diǎn)[10－12]。

2個(gè)巖體均具有較低的Sr和Yb含量（wSr＝177.8×10－6～261.8×10－6，wYb＝1.08×10－6～1.67×10－6），在張旗的Sr－Yb花崗巖分類中，屬于低Sr低Yb喜馬拉雅型花崗巖[4]，表明巖體可能形成于較大的壓力之下。低的Sr含量及中等的負(fù)銪異常，說明源區(qū)有斜長(zhǎng)石的殘留；而低的Yb含量，說明殘留相中含有石榴石；平坦型的HREE分布形式，暗示角閃石可能是重要的殘留相。李承東等在研究冀北中生代花崗巖時(shí)，推測(cè)這種低Sr低Yb型花崗巖可能是斜長(zhǎng)石＋角閃石＋石榴石＋輝石的高壓麻粒巖在較高的壓力下部分熔融形成的[13]。

LA－ICP－MS測(cè)齡表明，荒溝山地區(qū)花崗巖形成于178～181Ma B.P.，為侏羅紀(jì)產(chǎn)物，屬華北板塊東部侏羅紀(jì)花崗巖的一部分。有關(guān)華北板塊東部侏羅紀(jì)巖漿活動(dòng)的構(gòu)造背景主要有以下2種觀點(diǎn)：其一是古太平洋向華北板塊的俯沖有關(guān)；其二是華南板塊與華北板塊的陸－陸碰撞地殼加厚、伸展作用有關(guān)。

中國(guó)東部從東北大興安嶺東北部[14]到張廣才嶺[15]，延至遼東[7，8]、膠東[16]分布著一期 NE向的侏羅紀(jì)花崗巖體，其巖性相似，均為I型花崗巖；同時(shí)不存在代表伸展構(gòu)造環(huán)境的A型花崗巖或堿性巖，且年齡有從東到西逐漸變新的趨勢(shì)[14－18]。華北東部與東北地區(qū)侏羅紀(jì)花崗巖體的這種宏觀趨勢(shì)，說明它們的形成可能與古太平洋板塊的俯沖有關(guān)。

圖7 U－Pb年齡諧和圖Fig.7 U－Pb age concordia diagrams of zircon

圖8 QAP成因類型圖解Fig.8 The QAP genetic type diagram

荒溝山地區(qū)花崗巖在lg[CaO／（Na2O＋K2O）]－SiO2圖解中（圖9），落入擠壓型構(gòu)造環(huán)境內(nèi)，不同于路孝平等[19]在通化地區(qū)發(fā)現(xiàn)的板內(nèi)非造山伸展構(gòu)造環(huán)境的印支期花崗巖，應(yīng)形成于侏羅紀(jì)擠壓構(gòu)造背景。在利用Pearce微量元素構(gòu)造環(huán)境圖解對(duì)構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行判別時(shí)（圖10、圖11），老禿頂子巖體和草山巖體投點(diǎn)主要落在VAG（火山弧花崗巖）區(qū)，說明其形成于火山弧環(huán)境，與前述的巖體具有活動(dòng)大陸邊緣巖漿弧的特點(diǎn)一致。在R1－R2判別圖解中，老禿頂子和草山巖體落入6區(qū)，為同碰撞花崗巖；結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，認(rèn)為其形成與古太平洋板塊的俯沖有關(guān)。另外荒溝山地區(qū)侏羅紀(jì)花崗巖與遼南小黑山花崗巖、丹東花崗巖具有一致的巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)及年代學(xué)特征，表明其形成于相似的地球動(dòng)力學(xué)背景。楊進(jìn)輝[7]、李三忠[8]等對(duì)遼南侏羅紀(jì)花崗巖的研究也得出和本文一致的結(jié)論。

圖9 lg[w（CaO）／w（Na2O＋K2O）]－w（SiO2）圖解Fig.9 lg[w（CaO）／w（Na2O＋K2O）]－w（SiO2）diagram

圖10 花崗巖Rb－（Yb＋Ta）判別圖解Fig.10 Rb－（Yb＋Ta）discrimination diagram of granites

圖11 花崗巖Rb－（Yb＋Nb）判別圖解Fig.11 Rb－（Yb＋Nb）discrimination diagram of granites

5 結(jié)論

a.LA－ICP－MS鋯石 U－Pb年齡測(cè)定結(jié)果顯示：草山巖體形成于（180.64±0.81）Ma B.P.，老禿頂子巖體形成于（178.74±0.90）Ma B.P.，為早侏羅世巖漿活動(dòng)產(chǎn)物，表明華北板塊東部早侏羅世巖漿活動(dòng)廣泛存在。

b.吉南荒溝山地區(qū)的老禿頂子和草山巖體具有富Si、低Fe、Mg、Ca、Ti等特點(diǎn)，為高鉀鈣堿性I型花崗巖；富集Th、K及LREE元素，虧損Eu、Nb、Ta、P和Ti等元素：具有活動(dòng)大陸邊緣巖漿弧的特征。

c.巖體屬于低Sr低Y型花崗巖，形成于擠壓環(huán)境；構(gòu)造判別圖解顯示為VAG花崗巖，其形成可能與古太平洋板塊的俯沖有關(guān)。

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