息朝莊，杜高峰，戴雪靈，戴塔根，夏浩東

(1.湖南城市學(xué)院土木工程學(xué)院，湖南 益陽 413000；2.東華理工大學(xué)，數(shù)字國土江西省重點實驗室，南昌 330013；3.湖南黃金集團(tuán)有限責(zé)任公司，長沙 410083；4.有色金屬成礦預(yù)測教育部重點實驗室，長沙 410083；5.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083；6.國土資源實物地質(zhì)資料中心，河北 燕郊 065201)

0 引言

華北克拉通在中生代發(fā)生大規(guī)模構(gòu)造-巖漿作用，其成因和地質(zhì)意義一直是眾多科學(xué)家關(guān)注的重點[1-5]。其中，針對燕山期巖漿巖的分析是解釋華北克拉通巖石圈地幔性質(zhì)改變和破壞過程的一個重要方面[6]。但是對具有高w(Sr)/w(Y)值、低w(Y)值地球化學(xué)特征的燕山期巖漿巖成因的認(rèn)識，仍存在分歧。概括起來有如下6種認(rèn)識：①認(rèn)為是板塊俯沖的部分熔融交代上覆地幔的產(chǎn)物[7]；②認(rèn)為是大規(guī)模拆沉基性下地殼部分熔融的產(chǎn)物[8-9]；③認(rèn)為形成于加厚基性下地殼或拆沉下地殼的部分熔融作用[10]；④認(rèn)為是基性下地殼部分熔融殼源巖漿交代早先進(jìn)入下地殼的虧損地幔形成[6]；⑤認(rèn)為是起源于地幔或基性下地殼巖漿經(jīng)復(fù)雜的AFC過程的產(chǎn)物[11]；⑥認(rèn)為埃達(dá)克質(zhì)巖石可形成于“非加厚”地殼環(huán)境，其“埃達(dá)克巖”的地球化學(xué)特征繼承于母巖[12]。究其原因是缺少對中生代巖石圈地幔性質(zhì)的解釋[2]，及高w(Sr)/w(Y)巖石成因的多解性[11,13]。有鑒于此，筆者通過對太行山南段礦山雜巖體巖石學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)研究，結(jié)合太行山地區(qū)中生代前人已研究的成果，探討礦山雜巖體成因和地質(zhì)意義，為揭示華北克拉通破壞過程和機(jī)制提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

1.1 巖體地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)雜巖體由一系列超基性-基性、中基性、中偏堿性及堿性巖組成(圖1)。除了叩天井一帶的基性-超基性巖小巖體外，區(qū)內(nèi)主要雜巖體的巖性構(gòu)成具有相對明顯分帶性。西部巖帶以符山巖體為代表，巖性以偏基性的角閃閃長巖-閃長巖類為主；中部巖帶以礦山巖體為代表，巖性以閃長巖-二長巖類為主；東部巖帶以洪山巖體為代表，巖性以堿性-鈣堿性的輝石正長巖-正長巖類為主。邯邢式鐵礦成礦多與西部巖帶和中部巖帶存在密切關(guān)系。

圖1 太行山南段礦山雜巖體地質(zhì)簡圖[5]Fig.1 Geological sketch of Kuangshan Complex in South Taihangshan mountainWB.西部陸塊；CB.中央造山帶；EB.東部陸塊；DTGL.大興安嶺-太行山造山帶；TLFZ.郯廬斷裂

1.2 巖相學(xué)特征

本區(qū)雜巖體巖石多為閃長巖、石英閃長巖和二長閃長巖(圖2a—圖2b)。

閃長巖(圖2c—圖2d)。巖石中主要的礦物成分為角閃石、斜長石、方解石、石英、不透明礦物及少量榍石。角閃石主要呈自形—半自形晶，粒狀或柱狀，粒徑0.5～2.5 mm，粒狀晶體多見兩組菱形解理，部分晶體可見簡單雙晶，與斜長石緊密共生，含量45%。斜長石主要呈半自形晶，粒狀或板狀，粒徑0.4～1.75 mm，可見聚片雙晶，部分晶體可見環(huán)帶狀構(gòu)造，大部分晶體發(fā)生不同程度的絹云母化、碳酸鹽化，含量53%。石英主要呈它形晶，粒狀，粒徑0.07～0.12 mm，多分布于斜長石與角閃石顆粒之間，部分被包裹于斜長石顆粒之中，含量1%。不透明礦物主要呈半自形-它形晶，粒狀或粒狀集合體，粒徑0.05～0.25 mm，呈浸染狀分布于巖石中，多與角閃石共生，含量1%。

圖2 礦山雜巖體巖石顯微照片F(xiàn)ig.2 Microscopic photo of Kuangshan complexAmp.角閃石；Bi.黑云母；Pl.斜長石；Q.石英；Kfs.鉀長石；Ser.絹云母化；Ep.綠簾石；Pyr.輝石

石英閃長巖(圖2e)。巖石中主要的礦物成分為角閃石、斜長石、石英、不透明礦物及少量榍石。角閃石主要呈自形-半自形晶，粒狀或柱狀，粒徑0.4～2.0 mm，粒狀晶體多見兩組菱形解理，部分晶體可見簡單雙晶、聚片雙晶等特征，與斜長石緊密共生，含量37%。斜長石主要呈自形-半自形晶，粒狀或板狀，粒徑0.25～1.0 mm，可見聚片雙晶、環(huán)帶狀構(gòu)造等特征，種屬多為中長石，大部分晶體中心發(fā)生不同程度的絹云母化，含量60%。不透明礦物主要呈半自形-他形晶，粒狀或粒狀集合體，粒徑0.05～0.5 mm，呈浸染狀分布于巖石中，多與角閃石共生，含量2%。石英主要呈他形晶，粒狀，粒徑0.12～0.25 mm，主要分布于斜長石、角閃石顆粒之間，含量1%。榍石主要呈他形晶，不規(guī)則狀，粒徑0.12～0.4 mm，是巖石中主要的副礦物，含量1%。

二長閃長巖(圖2f—圖2h)。巖石中主要的礦物成分為角閃石、斜長石、鉀長石、不透明礦物、榍石。巖石具有半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。角閃石主要呈半自形-他形晶，粒狀或柱狀，粒徑0.2～1.0 mm，大部分已完全蝕變?yōu)樘妓猁}礦物、綠泥石等，僅保留角閃石假象，含量30%。斜長石主要呈自形-半自形晶，粒狀或板狀，粒徑0.3～0.9 mm，可見聚片雙晶，大部分晶體中心發(fā)生不同程度的泥化、絹云母化、綠簾石化，含量50%。鉀長石主要呈半自形-他形晶，粒狀或板狀，粒徑0.3～0.5 mm，多為條紋長石，多發(fā)生不同程度的泥化、綠簾石化，含量15%。榍石主要呈他形晶，不規(guī)則狀，粒徑0.2 mm±，是巖石中主要的副礦物，含量1%。不透明礦物主要呈半自形-他形晶，粒狀或粒狀集合體，粒徑0.1～0.4 mm，呈浸染狀分布于巖石中，多與角閃石共生，含量4%。

2 樣品采集和測試方法

分析測試的9件樣品均采自于雜巖體閃長巖露頭，樣品新鮮。主量元素和微量元素分析單位為中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院熒光實驗室，稀土元素分析單位為廣州奧實實驗室ICP-MS分析室。

用于LA-LCP-MS鋯石U-Pb測年的閃長巖樣品編號為DW-19和DK12，樣品取自于礦山雜巖體。鋯石單礦物分選工作由廊坊地質(zhì)服務(wù)有限公司完成。鋯石的激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)原位U-Pb定年和微量元素分析由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)殼幔物質(zhì)與環(huán)境重點實驗室分析測試。數(shù)據(jù)處理運用ICPMSDataCal軟件[14]完成，年齡計算使用ISOPLOT(3.00版)軟件完成[15]。

3 分析測試結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb同位素測年

礦山雜巖體中兩個閃長巖樣品DW-19和DK-12中鋯石為透明無色或淺黃色，以自行-半自形為主，多數(shù)呈柱狀、短柱狀或不規(guī)則狀，長80～180 μm，長寬比1∶2～1∶3。CL圖像顯示鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)類型差異較大(圖3)，部分鋯石振蕩環(huán)帶發(fā)育明顯、核邊結(jié)構(gòu)特征清晰，部分則為核幔邊結(jié)構(gòu)。上述兩個樣品的LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測試和年齡計算結(jié)果見表1。

表1 礦山雜巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS dated zircon U-Pb ages of Kuangshan complex

圖3 礦山雜巖體巖石中鋯石陰極發(fā)光照片F(xiàn)ig.3 CL image of zircon from Kuangshan complex

分析結(jié)果顯示測點w(Pb)、w(Th)、w(U)值變化范圍大，w(Pb)=9.3×10-6～502.3×10-6、w(Th)=7.5×10-6～4763.1×10-6、w(U)=22.0×10-6～3624.4×10-6；w(Th)/w(U)值為0.09～1.50，除1個測點低于0.1，其余均大于0.1，屬巖漿成因鋯石[16]。樣品DW-19中20個測點的206Pb/238U年齡123 Ma±3 Ma—2832 Ma±24 Ma，諧和年齡為126.9 Ma±1.3 Ma(n=12, MSWD=0.60)(圖4)。樣品DK-12中20個測點的206Pb/238U年齡為121 Ma±2 Ma—2788 Ma±23 Ma，諧和年齡為125.2 Ma±1.4 Ma(n=12, MSWD=0.94)(圖5)。

續(xù)表1：

圖4 研究區(qū)DW-19鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 zircon U-Pb age concordia diagram for zircon DW19

圖5 研究區(qū)DK-12 鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 Zircon U-Pb age Concordia diagram for zircon DK12

上述2件樣品中鋯石U-Pb年齡暗示本區(qū)巖體形成時期約在早白堊世，諧和年齡值為125.2 Ma±1.4 Ma—126.9 Ma±1.3 Ma。另外，由于2件樣品中的孤立鋯石年齡均可在彼此年齡范圍內(nèi)找到相近年齡的鋯石，因此可對該樣品中的繼承鋯石年齡進(jìn)行分析；合并后，樣品中繼承年齡可劃分為4組，1766 Ma±20 Ma—1818 Ma±25 Ma、2098 Ma±17 Ma—2116 Ma±20 Ma、2305 Ma±27 Ma—2483 Ma±19 Ma及2658 Ma±21 Ma—2832 Ma±24 Ma。

3.2 主微量元素和稀土元素分析

9件樣品的主量、微量元素和稀土元素分析結(jié)果如表2所述。

表2 礦山雜巖體地球化學(xué)數(shù)據(jù)Table 2 Geochemical data of Kuangshan complex

礦山雜巖體巖樣化學(xué)組分變化較大，w(SiO2)=52.53%～60.76%，w(Na2O)=3.37%～7.53%、w(K2O)=0.51%～3.49%、w(Na2O+K2O)=3.88%～11.02%，w(Na2O)/w(K2O)=1.40～13.61，大部分巖石樣品屬于為富鈉型系列；將主量元素樣品投影在TAS分類圖(圖6)上(其中部分引用了前人成果[17-20])，結(jié)果顯示區(qū)內(nèi)雜巖體樣品數(shù)據(jù)多投影在輝長巖、輝長閃長巖、二長閃長巖、閃長巖、二長巖及花崗閃長巖等范圍內(nèi)。w(Al2O3)=14.35%～17.32%，鋁飽和指數(shù)A/CNK=0.61～1.38，在A/CNK—A/NK圖解上樣品均落入準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)(圖7)。巖樣w(Ca2O)=3.50%～8.32%，w(MgO)=2.42%～6.56%，Mg#值=0.44～0.59，有學(xué)者提出當(dāng)閃長巖中SiO2含量范圍為53%～60%時，若其MgO含量大于4%并且Mg#大于0.45，可將其劃歸高M(jìn)g閃長巖范疇，有鑒于此，礦山雜巖體為高M(jìn)g閃長巖。

圖6 礦山雜巖體TAS圖解[21]Fig.6 TAS plot of Kuangshan complex1.橄欖輝長巖；2.輝長巖；3.輝長閃長巖；4.閃長巖；5.花崗閃長巖；6.花崗巖；7.副長石輝長巖；8.二長輝長巖；9.二長閃長巖；10.二長巖；11.石英二長巖；12.副長石巖；13.副長石二長閃長巖；14.副長石二長正長巖；15.正長巖；16.副長石正長巖

圖7 礦山雜巖體A/CNK—A/NK圖解[22]Fig.7 A/CNK-A/NJ diagram of Kuangshan complexⅠ.過堿性質(zhì)；Ⅱ.準(zhǔn)鋁質(zhì)；Ⅲ.過鋁質(zhì)

微量元素顯示其具有高w(Sr)值(557×10-6～985×10-6)，低w(Y)值(11.52×10-6～22.10×10-6)和低w(Yb)值(1.30×10-6～2.00×10-6)，高w(Sr)/w(Y)值(30.9～61.8)的特征，這與埃達(dá)克巖地球化學(xué)指標(biāo)相似。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖8)上，雜巖體標(biāo)準(zhǔn)化曲線較為相似，Th、U和大離子親石元素(Rb、Ba、K)富集，且w(Th)/w(U)=2.78～4.79，高場強元素(Nb、Ta、Zr、Hf)虧損。

圖8 礦山雜巖體微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(原始地幔數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[23])Fig.8 primitive mantle-normalized trace element spider diagram of the complex

稀土元素總量w(ΣREE)=91.58×10-6～158.26×10-6；w(LREE)/w(HREE)=8.99～10.94，w(La)N/w(Yb)N=13.80～18.51，比值較高。δEu=0.92～1.19，無銪異常或微弱正銪異常。各樣品稀土元素配分曲線近乎一致，均顯示為輕稀土富集、弱正銪異常的右傾型的特點(表2，圖9)。

圖9 礦山雜巖體稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分圖Fig.9 Chondrite-normalized REE pattern of Kuangshan complex巖樣XS-3、XS-8、XS-11、XS-12、XS-20、XS-24引自文獻(xiàn)[17]

4 討論

(1)礦山雜巖體成巖時代

有關(guān)礦山雜巖體年代學(xué)研究報道較少。太行山南段近年來已有一些精確的年齡值，其中符山雜巖體和東冶角閃閃長巖體的SHRIMP鋯石U-Pb年齡值為126.7 Ma±1.1 Ma、125.9 Ma±0.9 Ma[18]；洪山巖體鋯石年齡值為135 Ma±2.7 Ma—128.6 Ma±1.0 Ma[24]；西安里巖體角閃輝長巖鋯石U-Pb年齡值為131 Ma±1Ma[25]；平順雜巖體橄欖角閃輝長巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡值為123.4 Ma±1.7 Ma—125.3 Ma±2.3 Ma[5]。本次獲得礦山雜巖體閃長巖鋯石U-Pb年齡為125.2 Ma±1.4 Ma—126.9 Ma±1.3 Ma，這與前人獲得的高精度年齡值在同一范圍內(nèi)，表明閃長巖與輝長巖形成時代接近，晚于正長巖體。

同時，本次獲得的鋯石年齡范圍為2800 Ma—1800 Ma，在此期間，太行山南段發(fā)生強烈構(gòu)造運動，生成裂谷與斷陷盆地，并在其中沉積，但變質(zhì)程度低，1800 Ma左右褶皺封閉，結(jié)晶基底初步形成。這表明本區(qū)巖漿在上侵過程中，將變質(zhì)基底物質(zhì)進(jìn)行同化或者巖漿自身就是變質(zhì)基底部分熔融的產(chǎn)物，這些鋯石的年齡應(yīng)為繼承原變質(zhì)巖的鋯石年齡。

(2)礦山雜巖體巖石成因

太行山南段閃長質(zhì)巖體主要有4種巖石成因模式，第1種觀點認(rèn)為巖漿來源于富集地幔，但有部分來源于下地殼部分熔融形成的花崗質(zhì)巖漿的混合[26]；第2種觀點認(rèn)為下地殼部分熔融模式[17]；第3種觀點認(rèn)為是由兩種不同性質(zhì)的巖漿混合的產(chǎn)物，這2種巖漿分別來源于深部陸殼與地幔部分熔融[27]；第4種觀點認(rèn)為捕擄有虧損地幔包體的中基性巖體是拆沉下地殼部分熔融交代上覆地幔的產(chǎn)物[5]中基性巖體是拆沉。

礦山雜巖體主要為閃長巖、石英閃長巖具有高M(jìn)g#值(0.44～0.59)、高w(Sr)值(557×10-6～985×10-6)、高w(Sr)/w(Y)值(30.9～61.8)、富集Th、U和大離子親石元素(Rb、Ba、K)、虧損高場強元素(Nb、Ta、Zr、Hf)的特征；輕稀土富集、重稀土虧損(w(LREE)/w(HREE)=8.99～10.94)，無銪異?；蛭⑷跽B異常、低w(Y)值(11.52×10-6～22.10×10-6)和低w(Yb)值(1.30×10-6～2.00×10-6)，稀土元素配分曲線為輕稀土富集、弱正銪異常的右傾型的特點，這些地球化學(xué)特征與富集地幔起源的巖漿特征相似[24]。高w(Sr)、w(Ba)與無銪異?；蛭⑷跽B異常特征，揭示斜長石沒發(fā)生明顯的結(jié)晶分異作用[5]；而低w(Y)與w(HREE)的特征，揭示巖漿部分熔融是在石榴子石穩(wěn)定域內(nèi)發(fā)生的，這與埃達(dá)克巖和TTG巖石相似，這說明下地殼榴輝巖部分熔融并對巖漿形成具有重要的貢獻(xiàn)[5]。本次所獲得繼承鋯石年齡為2800 Ma—1800 Ma，表明在礦山雜巖體形成過程中具有來自古老地殼物質(zhì)的參與，而這一時期恰恰是華北克拉通最為重要的一個地殼增生階段，經(jīng)歷了大規(guī)模的地殼形成與區(qū)域變質(zhì)事件[28]，因此可判斷華北克拉通古老地殼物質(zhì)參與了礦山雜巖體的形成演化過程。另外，張海東等[5]對太行山南段高M(jìn)g#值閃長巖年代學(xué)、地球化學(xué)特征研究表明，在早白堊世，古太平洋板塊向西的歐亞板塊發(fā)生俯沖，太行山南段形成伸展環(huán)境[5]，將溫度低的、厚的剛性下地殼部分拆沉進(jìn)入軟流圈內(nèi)；在連續(xù)俯沖的影響下，拆沉下來的部分物質(zhì)進(jìn)一步誘發(fā)軟流圈上涌且發(fā)生部分熔融，并交代上覆虧損地幔巖體使其發(fā)生部分重熔形成高M(jìn)g的類似埃達(dá)克巖漿及其侵入巖體。

5 結(jié)論

礦山雜巖體閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為125.2 Ma±1.4 Ma—126.9 Ma±1.3 Ma，表明該雜巖體形成于早白堊世，與華北克拉通東部大規(guī)模構(gòu)造-巖漿活動時代接近。礦山雜巖體高M(jìn)g#值、高w(Sr)、高w(Sr)/w(Y)值(30.9～61.8)，Th、U和大離子親石元素(Rb、Ba、K)富集、高場強元素(Nb、Ta、Zr、Hf)虧損；輕稀土富集、重稀土虧損，無銪異常或微弱正銪異常、低w(Y)、w(Yb)，這些特征均與埃達(dá)克巖和TTG巖石相似。結(jié)合太行山南段高M(jìn)g#值閃長巖年代學(xué)、地球化學(xué)特征研究，認(rèn)為礦山雜巖體是在下地殼大規(guī)模拆沉基礎(chǔ)上，經(jīng)過連續(xù)俯沖的影響，拆沉下來的部分物質(zhì)誘發(fā)軟流圈上涌且部分熔融，并交代上覆虧損地幔巖體使其發(fā)生部分重熔為高M(jìn)g的類似埃達(dá)克巖漿而形成的。