張永，辛后田，滕學(xué)建，王山亮

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；2.北京市地質(zhì)研究所，北京100120）

華北克拉通新太古代末-古元古代花崗巖和正片麻巖分布廣泛，表明華北從2 540 Ma到2 490 Ma期間發(fā)生了大規(guī)模的巖漿事件[1]。目前，國內(nèi)外學(xué)者對該期巖漿事件開展了廣泛研究，認為從2 560 Ma開始華北克拉通東、西陸塊間存在的大洋開始向東俯沖，在2 520 Ma左右形成五臺島弧，在2 480～2 440 Ma五臺島弧與東部陸塊拼貼在一起，直到1880～1850 Ma時，大洋完全閉合，東、西部陸塊拼合在一起[2]。然而，該俯沖模式無法解釋華北東部＞800 km寬的巖漿活動出現(xiàn)在很短的時間內(nèi)[3]。結(jié)合華北東部新太古代-古元古代巖漿巖的分布形態(tài)以及缺乏與裂谷有關(guān)的堿性侵入巖等資料，有人提出了一個地幔柱模式來解釋華北東部廣泛出現(xiàn)的2.6～2.5 Ga的TTG和花崗質(zhì)巖石以及記錄了逆時針P-T-t的區(qū)域變質(zhì)作用[3]。堿性花崗巖由于其產(chǎn)出的特殊構(gòu)造背景，一直受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[4-5，6]。近期，筆者在冀東昌黎地區(qū)開展地質(zhì)調(diào)查時，發(fā)現(xiàn)了一個新太古代末堿性花崗質(zhì)侵入體——昌黎巖體。堿性花崗巖由于其特殊的產(chǎn)出構(gòu)造背景，對于揭示華北克拉通東部新太古代末-古元古代的區(qū)域構(gòu)造背景和深部地球動力學(xué)機制具有重要的意義。本文基于高精度的鋯石U-Pb年代學(xué)，巖相學(xué)及巖石地球化學(xué)工作，并在與鄰區(qū)秦皇島花崗質(zhì)巖石廣泛對比的基礎(chǔ)上，論證了昌黎巖體是冀東地區(qū)晚太古代末堿性花崗巖，并探討了其形成的構(gòu)造背景。

1 地質(zhì)背景

華北克拉通由東部陸塊和西部陸塊組成，二者于1.85 Ga左右沿中部造山帶發(fā)生碰撞拼合而形成統(tǒng)一的結(jié)晶基底，進入克拉通演化階段[3]。冀東位于東部陸塊的北部，由早太古代-古元古代基底組成，部分地區(qū)為古元古代-新生代蓋層覆蓋。早太古代基底巖石出露極少，以3.8～3.4 Ga表殼巖石為代表，由于后期構(gòu)造事件的改造，早太古代基底巖石的成因尚不清楚[7]。中太古代基底巖石（3.2～2.8 Ga）以遷西群為代表，出露有限；而新太古代基底巖石（2.8～2.5 Ga）出露廣泛，占基底巖石的85%[7]。新太古代基底巖石由2.6～2.5 Ga TTG片麻巖及少量表殼巖石（2.8～2.5 Ga）組成。這些表殼巖石為一系列火成侵入巖侵入，侵入巖包括輝石巖、輝長巖、閃長巖、英云閃長巖、奧長花崗巖、花崗閃長巖和花崗巖，構(gòu)成華北TTG巖石。古元古代基底巖石（＞1.6 Ga）由雙峰式火山巖和沉積巖組成，并被I型和A型花崗巖侵入，暗示其形成于陸內(nèi)裂谷的環(huán)境[7]。冀東地區(qū)廣泛發(fā)育了2.5 Ga的輝長巖、閃長巖、花崗巖和片麻巖[1]，如秦皇島花崗巖、花崗閃長巖等[7]（圖1）。筆者在昌黎縣附近發(fā)現(xiàn)的新太古代堿性花崗巖，被白堊紀花崗巖侵入（圖1）。

2 堿性花崗巖巖相學(xué)特征

圖1 （a）華北克拉通深成體分布[7]和（b）冀東地區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 （a）Distribution of intrusive rocks;（b）Geological map of the Jidong area

該片麻狀含霓輝石堿性花崗巖巖體分布于昌黎縣幅五里營、十里鋪一帶，總面積約3.4 km2；遙感影像顯示其特征明顯，其北東側(cè)被早白堊世似斑狀黑云角閃二長花崗巖侵入，西南被晚更新世馬蘭組掩蓋。巖體中有三門店巖組黑云變粒巖和斜長角閃巖捕虜體，捕虜體被壓扁拉長（圖2a），捕虜體附近含霓輝石堿性花崗巖為片麻狀構(gòu)造，片麻理圍繞捕虜體分布，并發(fā)育有花崗巖脈體（圖2b）。

本研究的巖體在工作區(qū)1/20萬秦皇島幅地質(zhì)圖中稱為霓石鈉長質(zhì)混合巖，而在1/25萬秦皇島幅地質(zhì)圖中被劃歸潘莊花崗巖（變質(zhì)二長花崗巖）。巖相學(xué)特征顯示，該巖體呈灰白色，細粒結(jié)構(gòu)，一般為塊狀構(gòu)造，局部為片麻狀構(gòu)造。巖石主要由斜長石組成，含少量石英、霓輝石、角閃石（圖2c、2d）。斜長石為近半自形板狀，部分他形粒狀，大小一般0.2～2 mm，部分2～4.4 mm，雜亂分布，局部土化，含量75%左右。石英呈他形粒狀，大小一般為0.1～2 mm，部分2～4.3 mm，零散填隙狀分布，粒內(nèi)輕波狀消光，含量20%左右。霓輝石呈近半自形柱狀，大小一般為0.2～2.5mm，零散分布，含量＞5%。角閃石為近半自形柱狀，大小一般0.15 mm左右，少見。因而巖性為含霓輝石的堿性花崗巖，且?guī)r石新鮮，蝕變較弱。

3 采樣與分析

3.1 鋯石LA-ICPMS U-Pb同位素定年

鋯石分選由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所地質(zhì)實驗室完成，鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像照射以及LA-ICPMS鋯石U-Pb同位素測定在天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗室完成。樣品采用常規(guī)方法進行粉碎，將巖石粉末淘洗，保留重砂礦物，再用電磁選方法分選鋯石，在雙目鏡下選出晶形較好的鋯石。將鋯石粘貼在環(huán)氧樹脂表面，打磨拋光后露出鋯石的表面，制備鋯石樣品靶。拍攝樣品靶鋯石的透射光、反射光和CL圖像，在此基礎(chǔ)上，選取擬分析的鋯石顆粒。LAICPMS鋯石U-Pb同位素測試在天津地質(zhì)調(diào)查中心同位素實驗室完成。利用193 nm激光器對鋯石進行剝蝕，激光束斑直徑為35 μm；采用標準鋯石GJ-1作為外標校正U-Pb同位素分餾；利用NIST610玻璃標樣作為外標計算鋯石樣品的Pb、U、Th含量，詳細的實驗原理和流程見參考文獻[8，9]。采用ICP-MS Data Cal程序和Isoplot（v 3.0）程序進行數(shù)據(jù)處理。

根據(jù)鋯石CL圖像和透反射光圖像進行標點選樣，排除裂隙發(fā)育和含較多包裹體的鋯石顆粒。CL圖像顯示，鋯石呈現(xiàn)了各種不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，例如部分鋯石具有明顯的巖漿生長振蕩環(huán)帶和韻律結(jié)構(gòu)，表明其為巖漿鋯石；而部分鋯石發(fā)育核邊結(jié)構(gòu)以及增生邊結(jié)構(gòu)，顯示出受到了后期變質(zhì)事件的影響（圖3a）。

圖2 昌黎堿性花崗巖巖相學(xué)特征Fig.2 Lithological Characteristics of the Changli Alkaline Granite

本次研究對昌黎巖體兩個含霓輝石堿性花崗巖樣品（14HB0101和14HB0102）進行了年代學(xué)研究，采樣位置如圖1所示。14HB0101的42顆鋯石選取45個點和樣品14HB0102的39顆鋯石選取42個點進行U-Pb定年，獲得的鋯石年齡見表1。樣品14HB0101鋯石顆粒的U含量變化范圍為195×10-6～2 286×10-6，測試點數(shù)據(jù)落在不諧和線上，其上交點為2518 ± 19 Ma（MSWD=6.0）（圖3b），207Pb/206Pb權(quán)重平均年齡為2 504± 18 Ma（MSWD=6.8）。樣品14HB0102鋯石顆粒的U含量變化范圍為294×10-6～2 726×10-6，測試點數(shù)據(jù)落在不諧和線上，其上交點為2 518 ± 20 Ma（MSWD=3.3）（圖3c），與樣品14HB0101的年齡值一致。堿性巖具有較高的鉀鈉含量，一般為高分異巖漿作用產(chǎn)物。形成堿性巖的巖漿鋯石往往因其含有較高不相容元素（如U、Th等）從而影響鋯石定年的協(xié)和度，使得測年數(shù)據(jù)值不能投點于207Pb/235U—206Pb/238U協(xié)和曲線上。本次測年工作中，因此采取了CL圖像巖漿震蕩環(huán)帶的鋯石展開定年，且測年點數(shù)均超過40（通常巖漿巖測年點數(shù)只需20測年點）等來降低影響。實驗結(jié)果表明，本次測年的兩個花崗巖樣品所測鋯石也均一致落在其上、下交點的直線上（圖3），且兩個樣品的上交點年齡幾乎一致，指示本次鋯石測年代表成巖年齡。這表明昌黎巖體的結(jié)晶年齡為約2 500 Ma。因此，該巖體的形成時代與Yang J H[7]報道的秦皇島巖體的結(jié)晶時代接近。

3.2 花崗巖地球化學(xué)特征

野外采集的新鮮無蝕變的巖石樣品主微量元素分析測試工作在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗室完成，具體的分析流程參見文獻[10]。樣品測試結(jié)果見表2。昌黎巖體的SiO2含量為71.4%～72.3%，A12O3含量為14.5%～14.96%，TiO2含量為0.9%～0.10%，MgO含量為0.19%～0.20%，CaO含量為0.54%～0.62%，K2O含量為5.02%～5.22%，（K2O+Na2O）含量為10.62%～10.99%，屬堿性花崗質(zhì)巖體，而明顯不同于秦皇島巖體的特征（圖4a）。昌黎堿性花崗巖具有低的A/CNK和A/NK值（A/CNK=0.92～0.93；A/NK=0.99），整體介于準鋁質(zhì)與過堿質(zhì)之間（圖4b），具有過堿質(zhì)花崗巖性質(zhì)。哈克圖解顯示，昌黎巖 體 的 SiO2、MgO、Al2O3、TiO2、CaO、Fe2O3T、P2O5含量偏離秦皇島花崗巖演化趨勢線上（圖5），暗示了二者可能沒有直接的成因聯(lián)系。

圖3 昌黎堿性花崗巖樣品14HB0101和14HB0102鋯石CL圖像及LA-ICPMS U-Pb諧和圖Fig.3 CL images and LA-ICPMS U-Pb concordia diagrams of zircons from sample 14HB0101 and 14HB0102 of the Changli Alkaline Granite

在REE配分模式圖上（圖6a），昌黎堿性花崗巖稀土元素含量較低，ΣREE=72.0～75.6 ，（La/Yb）N=22～35，曲線呈明顯的右傾型，輕稀土較富集，重稀土虧損；存在明顯的Eu正異常[Eu/Eu*=1.38～1.49；Eu/Eu*=EuN/（SmN*NdN）0.5]。原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖6b）顯示，昌黎堿性花崗巖富集Rb、Ba和Pb，虧損Th、U以及高場強元素（Nb、Ta、Zr和Hf等），明顯不同于秦皇島花崗巖[7]。

4 討論

新的高精度鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，昌黎堿性花崗巖形成于約2 509±13 Ma，與冀東較基性的界嶺口閃長巖和秦皇島鉀質(zhì)花崗巖的形成時代一致[7]（2 526～2 515 Ma）。統(tǒng)計分析[1]表明，新太古代末-古元古代初期（2 540～2 490 Ma）的巖漿事件的火成巖記錄廣泛分布在華北克拉通，在各陸塊的太古代基底中均有發(fā)育，尤其是在東部陸塊和中部造山帶。這一時期中基性巖漿事件和中酸性巖漿事件、TTG巖漿事件和鉀質(zhì)花崗巖事件在時間上相互交叉，同時該巖漿事件與區(qū)域變質(zhì)時間和空間上密切相關(guān)[1]。這表明，昌黎堿性花崗巖的

形成與華北克拉通晚太古代末-早古元古代初期的大規(guī)模巖漿事件在時間上吻合。昌黎堿性花崗巖的形成機制對于理解華北克拉通晚太古代末-早古元古代初期巖漿事件的深部地球動力學(xué)過程具有重要的意義。

表1 昌黎堿性花崗巖鋯石LA-ICPMS年齡測定結(jié)果Tab.1 LA-ICPMS dating results of the zircon in Changli Alkaline Granite

續(xù)表1

表2 昌黎和秦皇島花崗巖主量元素（wt%）和微量元素（×10-6）分析結(jié)果Tab.2 Analytical results of major(wt%)and trace elements(×10-6)for the Granite from Changli and Qinhuangdao

續(xù)表2

圖4 昌黎堿性花崗巖的巖性判別圖解Fig.4 Discriminative diagrams of the Changli alkaline granite

圖5 昌黎堿性花崗巖體Harker圖解Fig.5 Harker diagrams of the alkaline granite from Changli

圖6 昌黎堿性花崗巖稀土元素配分圖和微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.6 Chondrite-normalized REE and primitive mantle normalized trace elements spider diagrams of the alkaline granite in Changli area

昌黎花崗巖形成于約2.5Ga，受到區(qū)域變質(zhì)作用的影響，其中部分鋯石發(fā)育核邊結(jié)構(gòu)以及增生邊結(jié)構(gòu)，顯示了受到后期變質(zhì)事件影響的特點。然而，根據(jù)巖相學(xué)和全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)，該花崗巖較為新鮮，其燒失量（LOI）在0.14～0.59 wt.%之間，指示蝕變?nèi)?，區(qū)域變質(zhì)作用對巖漿巖的主微量稀土元素影響較小，因此全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)可以用來探討其成因演化。昌黎花崗巖的SiO2＞71%，Al2O3=14.5%～14.96%，Na2O+K2O=10.6%～11.0%（表2），表明其為富硅、富堿、富鈉，相對低鋁的堿性花崗巖[15]。這與巖相學(xué)特征一致，即昌黎花崗巖以堿性長石（如鈉長石）和石英為特征，含有霓輝石、角閃石等堿性暗色礦物，具有堿性花崗巖的典型特征。昌黎堿性花崗巖高的SiO2，低的MgO、Fe2O3T、Ni和Cr含量，表明其來源于地殼源區(qū)。昌黎堿性花崗巖明顯虧損重稀土元素（HREE），具有Eu正異常，相對高的Sr、Ba和Sr/Y比值，以及低的Y和Yb含量（表2和圖6），暗示了昌黎堿性花崗巖的母巖漿來源于下地殼源區(qū)的部分熔融，發(fā)生熔融壓力較大（＞15 kbar），源區(qū)殘留礦物為石榴子石，從而導(dǎo)致部分熔融產(chǎn)生的巖漿Y和Yb高場強元素含量較低[7，16]。

堿性花崗巖常被認為是拉張構(gòu)造背景的產(chǎn)物，例如裂谷環(huán)境下的非造山堿性花崗巖和后造山堿性花崗巖[14]。一種形成方式是，在拉張背景下發(fā)育的深斷裂深達巖石圈底部，導(dǎo)致上地幔物質(zhì)減壓、部分熔融、上侵，在淺部地殼生成沿斷裂分布的熱侵位的堿性花崗巖以及基性-超基性巖石。另一種情形是，在造山作用晚期，隨著擠壓匯聚作用的中止，地應(yīng)力轉(zhuǎn)為伸展，形成后造山堿性花崗巖，因此后造山堿性花崗巖是緊隨區(qū)域造山運動的結(jié)束而發(fā)生，標志著造山運動的結(jié)束。前人通過對華北晚太古代末-古元古代花崗質(zhì)巖石和片麻巖的研究認為，區(qū)內(nèi)缺乏常見的與裂谷有關(guān)的堿性侵入巖，因此提出不能用裂谷模式來解釋華北晚太古代-古元古代花崗巖的形成[1，3，7]。華北晚太古代-古元古代花崗巖的廣泛分布以及花崗巖普遍具有正的εNd（t）和鋯石εHf（t）值的特征，使得學(xué)者們提出華北晚太古代末花崗巖來源于新生下地殼的部分熔融，這可能與晚太古代末華北克拉通下地殼基性巖漿的底侵作用有關(guān)，造成大規(guī)模巖漿底侵的驅(qū)動機制是地幔柱活動[1，3，7]。然而，本次工作報道的昌黎堿性花崗巖的出現(xiàn)暗示了華北晚太古代-古元古代大規(guī)模巖漿活動可能也受到區(qū)域性的伸展構(gòu)造的影響，深斷裂的形成導(dǎo)致上地幔物質(zhì)減壓、部分熔融并上侵到淺部地殼，形成新生地殼，侵位于不同地殼深部的新生地殼的部分熔融，形成了起源于不同熔融深度和壓力的秦皇島、昌黎堿性花崗巖和界嶺口花崗閃長巖[7]。至于本文所研究的巖體變質(zhì)程度較低問題，有待于進一步研究。

5 結(jié)論

（1）昌黎花崗巖的形成時間為約2 518 Ma，與冀東界嶺口閃長巖和秦皇島鉀質(zhì)花崗巖的形成時代一致，為華北晚太古代-古元古代大規(guī)模巖漿活動的記錄。

（2）昌黎花崗巖具有富硅、富堿、富鈉，相對低鋁的特征，而且以堿性長石和石英為特征，含有霓輝石、角閃石，為堿性花崗巖。全巖地球化學(xué)特征表明，昌黎堿性花崗巖的母巖漿來源于下地殼源區(qū)的部分熔融，熔融壓力＞15 kbar，源區(qū)殘留礦物為石榴子石。

（3）昌黎堿性花崗巖的形成可能與區(qū)域性伸展構(gòu)造有關(guān)，為深部地幔物質(zhì)底侵形成的新生地殼物質(zhì)的部分熔融產(chǎn)物。

致謝:成文過程中得到了桂林理工大學(xué)龐崇進博士、合肥工業(yè)大學(xué)張達玉博士、南京大學(xué)章榮清博士的有益討論，論文評審過程中審稿人對本文提出了非常中肯的修改意見，在此一并致以誠摯的感謝!

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