王大千，石紹山，尤洪喜，李佇民

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春130061；2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽110034

遼寧省本溪地區(qū)南孤山子巖體鋯石U-Pb年代學(xué)及其構(gòu)造意義

王大千1，2，石紹山2，尤洪喜2，李佇民2

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春130061；2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽110034

南孤山子巖體位于遼寧省本溪縣東南部，其巖性為中細粒堿長花崗巖.鋯石U-Pb同位素年齡測試顯示，該巖體形成于120～130 Ma的早白堊世，而不是前人認為的侏羅世.巖體的主量元素特征表明了它是高鉀鈣堿性系列.球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分配模式顯示LREE相對富集，HREE相對虧損，具有較強虧損的負Eu異常.微量元素顯示富集大離子親石元素（LILE）Rb、Th、K，貧高場強元素（HFSE）Ta、P、Ti.堿長花崗巖微量元素組成表明本區(qū)的花崗巖巖漿形成壓力小于0.8～1.0 GPa，源區(qū)物質(zhì)存在于30～40 km的地殼深處，屬于減薄型地殼，此時遼東陸塊處于陸內(nèi)伸展環(huán)境.上述研究充分地顯示，我國東部早白堊世巖漿活動發(fā)育在伸展構(gòu)造環(huán)境，并與巖石圈減薄存在密切的聯(lián)系.

鋯石U-Pb年齡；地球化學(xué)；構(gòu)造環(huán)境；早白堊世；本溪縣；遼寧省

0 前言

遼東半島發(fā)育大面積的中生代花崗質(zhì)巖石，前人認為這些花崗巖的產(chǎn)出時代為早中生代印支期.近年來，大量同位素年齡資料表明，它們主要發(fā)育在早白堊世［1-6］.這就為我們研究早白堊世構(gòu)造背景提供了基礎(chǔ).

近年來，我國地質(zhì)學(xué)家對中國東部中生代地質(zhì)研究取得了重要進展.主要表現(xiàn)在巖漿活動在早白堊世極其發(fā)育［7］.大規(guī)模的成礦作用與這期巖漿活動相伴［8-9］，但對其產(chǎn)出構(gòu)造環(huán)境缺乏相應(yīng)的研究.有的學(xué)者［7，10-13］認為這種現(xiàn)象與我國東部巖石圈減薄或構(gòu)造轉(zhuǎn)折有密切的關(guān)系，其形成于伸展構(gòu)造背景中；有的學(xué)者［1，14-16］提出中國東部中生代中酸性巖漿巖產(chǎn)于島弧環(huán)境，是太平洋板塊向西俯沖的產(chǎn)物；還有學(xué)者［17］認為是華北克拉通下地殼拆沉作用的產(chǎn)物.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

遼東半島位于華北克拉通東部、郯廬斷裂以東，以太古宙TTG巖系和古元古代遼河群淺變質(zhì)沉積巖、火山巖為基底.新元古界—震旦系沉積巖廣泛出露［18］.太古宙巖石為遼南變質(zhì)核雜巖的主要組成部分［19-20］，由于中生代巖漿活動的影響，其零星分布于南部的金州、亮甲店一帶.中生代由于大規(guī)模的巖漿活動，巖漿巖廣泛發(fā)育［19-20］.自中元古代開始，遼東半島經(jīng)歷了新元古代—古生代的沉積作用，形成一套沉積巖層.

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of the study area1—第四系（Quaternary）；2—早白堊世細粒堿長花崗巖（Early Cretaceous fine-grained alkali-feldspar granite）；3—早白堊世堿性雜巖（Early Cretaceous alkalic complex）；4—早白堊世正長花崗巖（Early Cretaceous syenogranite）；5—早白堊世火山巖（Early Cretaceous volcanic rock）；6—早白堊世中細粒堿長花崗巖（Early Cretaceous medium-fine grained alkali-feldspar granite）；7—早白堊世花崗斑巖（Early Cretaceous granite porphyry）；8—侏羅系沉積巖（Jurassic sedimentary rock）；9—中侏羅世閃長巖（Middle Jurassic diorite）；10—石炭－二疊系沉積巖（Carboniferous-Permian sedimentary rock）；11—寒武－奧陶系灰?guī)r（Cambrian-Ordovician limestone）；12—青白口系石英巖（Qingbaikouan quartzite）；13—元古宙片麻狀花崗巖（Proterozoic gneissic granite）；14—同位素采樣點（sampling site）

研究區(qū)位于遼寧省東部山區(qū)，行政區(qū)劃隸屬遼寧省本溪市本溪縣.南孤山子巖體位于本溪縣東南部（圖1），其巖性為中細粒堿長花崗巖，風(fēng)化面為紅灰色，新鮮面為肉紅色，中細粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造.主要礦物：石英，無色，他形粒狀，粒度1.0～3.5 mm，含量40%～50%；鉀長石，肉紅色，半自形，板柱狀，粒度1.5～3.0 mm，含量35%～45%；斜長石，白色，自形半自形粒狀，粒度1.3～3.5 mm，含量1%～3%.暗色礦物為黑云母，含量1%～2%.

測年樣品N-TW15采自南孤山子附近（東經(jīng)124° 24′59″，北緯41°07′39″）；PM305TW采自黃家堡子南（東經(jīng)124°18′59″，北緯41°10′19″）（圖1）.

2 實驗方法

單顆粒鋯石分選工作在由國土資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成.首先將樣品用純水洗凈、烘干；經(jīng)機械破碎后，手工淘洗分離出重礦物；經(jīng)磁選和電選后，在雙目鏡下逐粒挑選.鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像和鋯石SHRIMP U-Pb定年在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所北京離子探針中心完成.在測年之前，將分選的單顆粒鋯石粘在環(huán)氧樹脂澆注的樣品靶上，經(jīng)打磨拋光后，在光學(xué)顯微鏡下進行反射光、透射光以及陰極發(fā)光圖像采集.陰極發(fā)光（CL）圖像采用GATAN公司Chroma陰極發(fā)光探頭的HTACHIS-3000N掃描電鏡完成；鋯石SHRIMP U-Pb定年采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEM和M257用來進行206Pb/238U年齡和U、Th含量校正.根據(jù)實測204Pb校正普通Pb.測試點均采取5組掃描，單點誤差為1σ，樣品加權(quán)平均年齡誤差為2σ，置信度95%.數(shù)據(jù)處理使用SQUID1.02和ISOPLOT2.49程序［21］，詳細的分析原理及流程參見相關(guān)文獻［22］.

全巖樣品元素組成分析在國土資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心室驗室完成.主量元素用X熒光光譜法（XRF）測定，誤差小于0.5%；微量元素Zr、Sr、Ba、Zn、Rb和Nb用X熒光光譜法完成，Ba元素誤差為5%，其他元素小于3%；稀土元素及Ni、Co、Th、Ta和Hf用等離子體光質(zhì)譜儀分析完成，誤差小于5%.

3 南孤山子巖體形成時代

本研究對兩個樣品N-TW15和PM305TW鋯石進行U-Pb同位素測試.結(jié)果見表1和圖2.樣品中鋯石顆粒大都在100 μm左右，呈長柱狀，長寬比為1∶2～1∶3，發(fā)育明顯的振蕩環(huán)帶，是典型的巖漿鋯石.

表1 南孤山子巖體鋯石SHRIMP U-Pb年齡表Table 1 The SHRIMP U-Pb age of zircons from Nangushanzi intrusive rock

圖2 南孤山子巖體鋯石SHRIMP U-Pb諧和圖Fig.2 The SHRIMP U-Pb concordia diagram of zircons from Nangushanzi intrusive rock

對N-TW15樣品10顆鋯石的10個數(shù)據(jù)點進行分析.U、Th含量和Th/U比值分別為168×10-6～1288× 10-6、169×10-6～2646×10-6、0.5～2.12（表1）.數(shù)據(jù)都落在諧和線上（圖2a）.其中8個數(shù)據(jù)207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為（124±4）Ma（MSWD=2.1），代表巖體的形成年齡.

對樣品PM305TW的15個鋯石數(shù)據(jù)進行分析.U、Th含量和Th/U比值分別為59×10-6～719×10-6、63×10-6～714×10-6、0.47～2.02（表1）.數(shù)據(jù)集中分布諧和線上（圖2b）.其中 14個數(shù)據(jù)的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為（121.9±1.8）Ma（MSWD=1.7），代表巖體的形成時代.

4 巖石地球化學(xué)特征

南孤山子巖體主量元素、微量元素和稀土元素特征見表2.

4.1 主量元素

南孤山子巖體主量元素中SiO2含量為68.73%～76.80%（平均72.46%），Na2O含量為3.90%～5.02%（平均4.45%），K2O含量為4.02%～5.17%（平均4.58%），里特曼指數(shù)σ＝1.94～3.52（平均2.81），Na2O-2

圖3 南孤山子巖體K2O-SiO2圖解（據(jù)文獻［23］）Fig.3 The K2O-SiO2diagram for Nangushanzi intrusive rock（After Reference［23］）

4.2 微量元素

南孤山子巖體微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（圖4）整體呈右傾型，傾角較小，富集大離子親石元素（LILE）Rb、Th、K，貧高場強元素（HFSE）Ta、P、Ti.Nb/ Ta比值為18.13～46.51，高于上地殼Nb/Ta（12）（Taylor, 1985）.Sr含量為126×10-6～319×10-6（平均含量178× 10-6）.

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解（圖5）上，巖體總體呈右傾分布.稀土總量較低（ΣREE=162.42× 10-6～285.08×10-6，平均219.84×10-6）；輕稀土（LREE）＝140.89×10-6～262.59×10-6（平均198.08×10-6）；巖石的輕重稀土比（LREE/HREE）=13.42～32.23（平均21.76），巖

石的（La/Yb）N=4.37～12.14（平均8.39），輕重稀土分異程度較強烈；具有輕虧損Eu負異常，δEu=0.07～0.71（平均0.35），巖漿的分異程度強.

表2 南孤山子巖體主量、微量元素和稀土元素分析結(jié)果表Table 2 Major,trace and rare earth element analysis results of the Nangushanzi intrusive rock

圖4 南孤山子巖體微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Wood,1979）Fig.4 Primitive mantle-normalized trace element spiderdiagram for Nangushanzi intrusive rock（Normalize value after Wood,1979）

圖5 南孤山子巖體稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式圖（標(biāo)準(zhǔn)化來自Taylor and McLennan,1985）Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns for Nangushanzi intrusive rock（After Taylor and McLennan,1985）

5 討論

5.1 巖石成因

南孤山子巖體具有高硅（SiO2平均含量為72.46%）、貧鋁（Al2O3平均含量為13.56%）、低Sr（平均85.45× 10-6）、高Yb（平均3.74×10-6）、貧Ta、P、Ti高場強元素（HFSE），標(biāo)準(zhǔn)稀土元素具強負Eu異常（δEu平均0.35）.

Eu異常主要受控于長石且斜長石是主要的Sr富集礦物.斜長石在巖漿源區(qū)殘留或分離結(jié)晶會使熔體Sr含量降低，Eu負異常增強.南孤山子巖體的低Sr含量和中等的Eu負異常特征暗示斜長石在巖漿源區(qū)主要作為殘留相存在.

據(jù)Sr-Yb含量按照壓力分類［24］，南孤山子巖體屬于在低壓下形成，在低壓下斜長石穩(wěn)定存在，無石榴子石，殘留相為角閃巖相（斜長石+角閃石+輝石）的巖石.綜上所述，可以推斷源區(qū)的主要殘留物為斜長石.依據(jù)熔體與殘留相平衡理論，巖漿平衡的殘留相主要是斜長石，其形成時壓力應(yīng)小于0.8～1.0 GPa［25］.

5.2 構(gòu)造環(huán)境

南孤山子巖體中細粒堿長花崗巖，其時代歸屬在1∶20萬區(qū)域地質(zhì)測量報告寬甸幅??遼寧省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量隊二分隊.地質(zhì)圖說明書K-51-ⅩⅪⅩ（寬甸幅）.1976.中將其劃歸入晚侏羅世.此次兩個鋯石樣品SHRIMP鋯石U-Pb年齡為（124±4）Ma和（121.9±1.8）Ma將其形成時代歸入早白堊世.

用花崗巖來判斷地殼的厚度，主要考察Na2O/K2O的比值，如果該比值接近1，為高鉀鈣堿性系列或鉀玄巖系，可以用來判斷地殼厚度［25］.本溪縣地區(qū)南孤山子中細粒堿長花崗巖Na2O/K2O平均值等于0.97，為高鉀鈣堿性系列.其形成的壓力在0.8～1.0 GPa，推測本區(qū)的花崗巖巖漿形成時源區(qū)物質(zhì)存在于30～40 km的地殼深處［25］，地殼較薄.在Rb-（Y+Nb）圖解（圖6）上落入板塊內(nèi)環(huán)境中，反映遼東陸塊當(dāng)時處在造山后期，陸內(nèi)伸展環(huán)境中.

圖6 南孤山子巖體Rb-（Y+Nb）圖（據(jù)Pearce等,1984）Fig.6 Rb-（Y+Nb）diagram for Nangushanzi intrusive rock（After Pearce et al.,1984）WPG—板內(nèi)花崗巖（within plate granite）；Syn-COLG—同碰撞花崗巖（syn-collisional granite）；VAG—火山弧花崗巖（volcanic arc granite）；ORG—洋脊花崗巖（oceanic ridge granite）

對于中國東部中生代中酸性巖漿巖產(chǎn)于島弧環(huán)境，是太平洋板塊的向西俯沖的產(chǎn)物的觀點，目前沒有發(fā)現(xiàn)中生代早期古太平洋板塊向歐亞板塊東緣發(fā)生俯沖的直接證據(jù)［26］，且當(dāng)時中國東部構(gòu)造是北向或北北東向［27］，而此時該區(qū)域巖石圈已處于強烈的北西-南東向的伸展及北北東向的左行走滑活動.因而認為中生代大規(guī)模的巖漿活動與太平洋消減事件不存在直接的時空與成因聯(lián)系.

早白堊世，中國東部伸展作用異常強烈，遼東地塊受到強烈的構(gòu)造-巖漿活動的改造，是華北克拉通巖石圈減薄和克拉通破壞的結(jié)果，主要表現(xiàn)在遼南變質(zhì)核雜巖構(gòu)造的發(fā)育［28］.A型花崗巖的研究為其提供了有利的證據(jù).遼東半島的千山花崗巖和四平街巖體，通遼地區(qū)崗山巖體等近10個A型花崗巖巖體，以及在燕遼帶中的A型花崗巖，大都是在120~130 Ma形成的［24］.雖然對華北克拉通東部早白堊世巖石圈減薄和克拉通破壞作用的地球動力學(xué)過程是否存在著拆沉［29-31］與熱侵蝕作用［32］存在著爭議，但是，可以肯定遼東半島乃至整個華北克拉通在早白堊世的巖漿活動是東部巖石圈強烈減薄的結(jié)果.

6 結(jié)論

（1）南孤山子中細粒堿長花崗巖年齡為124 Ma左右，形成時代為早白堊世，而不是前人認為的晚侏羅世.

（2）南孤山子巖體是高鉀高鈣系列巖石，其形成壓力在0.8～1.0 GPa，源區(qū)物質(zhì)存在于30～40 km的地殼深處，反映遼東陸塊當(dāng)時處在造山后期陸內(nèi)伸展環(huán)境中.

（3）結(jié)合前人的研究，遼東地區(qū)早白堊世存在巖漿活動事件是華北克拉通破壞、東部巖石圈強烈減薄的結(jié)果.

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ZIRCON U-Pb DATING OF THE NANGUSHANZI INTRUSIVE ROCK IN BENXI COUNTY,LIAONING PROVINCE：Tectonic implication

WANG Da-qian1,2,SHI Shao-shan2,YOU Hong-xi2,LI Zhu-min2

1.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China;
2.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China

The Nangushanzi intrusive rock,located in the southeastern Benxi County of Liaoning Province,is lithologically medium-fine grained alkali-feldspar granite.The zircon U-Pb isotopic dating result shows that the rock was formed in the Early Cretaceous Epoch of 120-130 Ma,but not the Jurassic Epoch as previously thought.The major element features indicate that the rock belongs to high-K calc-alkaline series.The chondrite-normalized REE patterns show enrichment of LREEs,depletion of HREEs,and strongly negative Eu anomalies.The trace elements are characterized by enriched largeion lithophile elements（LILE,such as Rb,Th and K）and depleted high field strength elements（HFSE,such as Ta,P and Ti）.The trace element compositions of alkali-feldspar granite suggest that the magma pressure be less than 0.8-1.0 GPa, derived from the depth of 30-40 km in the crust,belonging to thinning crust,when the Liaodong massif is under intracontinental extension environment.The study fully proves that the Early Cretaceous magmatism in eastern China developed in an extensional tectonic environment which was induced by thinning lithosphere.

zircon U-Pb age;geochemistry;tectonic environment;Early Cretaceous Epoch;Benxi County of Liaoning Province

1671-1947（2015）05-0453-08

P597；P544

A

2015－01－13；

2015-03-06.編輯：張哲．

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“遼寧1∶5萬本溪縣（K51E017017）、草河掌（K51E018017）、田師傅（K51E017018）、南孤山子（K51E018018）幅區(qū)調(diào)”（編號1212011120731）.

王大千（1983—），男，吉林大學(xué)在職碩士,地質(zhì)工程專業(yè),從事礦床成礦規(guī)律和成礦預(yù)測研究工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)黃河北大街280號，E-mal//27393081@qq.com

石紹山（1977—），男，碩士，從事礦產(chǎn)地質(zhì)普查及地球化學(xué)專業(yè)工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)黃河北大街280號，E-mal// shishaoshan321@163.com