華北克拉通中部造山帶南段早前寒武紀(jì)變質(zhì)雜巖的Hf-Nd同位素特征及其地殼演化意義

王　雪， 黃小龍 馬金龍 鐘軍偉， 楊啟軍

（1.中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所， 同位素地球化學(xué)國家重點實驗室， 廣東 廣州 510640； 2.中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049； 3.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院， 云南 昆明 650093； 4.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 廣西 桂林 541004）

華北克拉通中部造山帶南段早前寒武紀(jì)變質(zhì)雜巖的Hf-Nd同位素特征及其地殼演化意義

王雪1，2， 黃小龍1， 馬金龍1， 鐘軍偉3， 楊啟軍4

（1.中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所， 同位素地球化學(xué)國家重點實驗室， 廣東 廣州 510640； 2.中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049； 3.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院， 云南 昆明 650093； 4.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 廣西 桂林 541004）

太華群和登封群變質(zhì)雜巖的鋯石U-Pb定年結(jié)果統(tǒng)計表明， 華北克拉通中部造山帶南段地區(qū)在新太古代-古元古代期間存在至少四階段巖漿活動（2.85～2.72 Ga， 2.57～2.48 Ga， 2.34～2.30 Ga和2.20～2.07 Ga）。與中部造山帶中、北段地區(qū)相比， 南段地區(qū)的新太古代早期的巖漿活動略早， 并具有相對較強(qiáng)烈的古元古代早期（～2.3 Ga）巖漿活動。新太古代早期（2.85～2.72 Ga）的TTG質(zhì)巖石整體具有正的全巖εHf（t）和εNd（t）值， 并且有εHf（t）值偏高的Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象， 其源區(qū)形成與地幔交代作用相關(guān)。新太古代末期-古元古代初期（2.57～2.48 Ga）的TTG質(zhì)片麻巖主要為正的全巖εHf（t）和εNd（t）值， 部分樣品具有εHf（t）值偏低的Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象， 為鋯石效應(yīng)的結(jié)果， 其巖石成因以初生地殼物質(zhì)部分熔融為主， 存在少量古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)作用。古元古代早期（2.34～2.30 Ga）TTG質(zhì)巖石和古元古代中期（2.20～2.07 Ga）的富鉀巖及TTG質(zhì)巖石的全巖εHf（t）和εNd（t）值均為負(fù)值， 并具εHf（t）值明顯偏低的Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象， 均為鋯石效應(yīng)的結(jié)果， 其巖石成因以古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)作用為主。太華群和登封群片麻巖的全巖Hf-Nd同位素解耦主要與其源區(qū)形成過程存在地幔交代作用或者鋯石效應(yīng)有關(guān)， 而與石榴子石效應(yīng)關(guān)系不大， 表明各階段TTG質(zhì)巖石的高Sr/Y、（La/Yb）N比值和低重稀土含量等特征不是繼承自源區(qū)， 而確實反映了較大壓力深度的巖漿活動過程?？傮w上， 新太古代早期-古元古代初期為華北克拉通中部造山帶南段地區(qū)主要的地殼生長階段， 而古元古代早-中期主要為地殼再循環(huán)階段。

TTG； Hf-Nd同位素解耦； 太華群； 登封群； 中部造山帶南段； 華北克拉通

卷（Volume）39， 期（Number）6， 總（SUM）149

頁（Pages）1108～1118， 2015， 12（December， 2015）

0　引　言

華北克拉通作為我國最古老的克拉通地塊， 已有研究表明其在古太古代就已開始形成陸核（～3.8 Ga； Liu et al.， 1992； Wu et al.， 2008）， 之后微陸塊在不同時期進(jìn)行了不同規(guī)模的碰撞拼合而形成了較大的陸塊（Liu et al.， 1992； 孫大中和胡維興， 1993； 沈其韓等， 1995； 陸松年等， 1996； 耿元生等， 1997； 李江海等， 1997； 伍家善等， 1998； Guan et al.， 2002；Zhao et al.， 2002； Zhai and Liu， 2003； 翟明國， 2006，2008； Zhai et al.， 2010； Zhao and Cawood， 2012； Zhao and Zhai， 2013）。前人研究對于華北克拉通微陸塊之間在早前寒武紀(jì)期間的碰撞時間、碰撞機(jī)制及碰撞過程均存在較大分歧， 并提出了不同的構(gòu)造模型（Zhao， 2001； Kusky and Li， 2003； Zhai and Liu， 2003；Zhao et al.， 2008； Kusky and Santosh， 2009； Zhai et al.，2010； Zhao and Zhai， 2013）， 主要可以歸納為TNCO（Trans-North China Orogen）模式（Zhao et al.， 2005，2008， 2012； Zhao and Cawood， 2012； Zhao and Zhai，2013）和COB（Central Orogenic Belt）模式（Kusky and Li， 2003； Kusky， 2011）。兩種構(gòu)造模型都將華北克拉通劃分為東、西塊體和中間的中部造山帶（圖1）， 但對中部造山帶的性質(zhì)以及形成時間和構(gòu)造特征仍存在較大爭議。因此， 中部造山帶是探討華北克拉通早前寒武紀(jì)地質(zhì)演化的一個關(guān)鍵研究區(qū)域。

中部造山帶的組成復(fù)雜， 從北往南， 包括了懷安、恒山、五臺、阜平、贊皇、呂梁、中條、登封、太華等變質(zhì)雜巖體。長期以來， 前人對中部造山帶的研究主要集中在中、北段的懷安、恒山、呂梁、阜平、五臺等地區(qū)（Liu et al.， 2004； Zhao et al.， 2008），而對南段地區(qū)的相關(guān)研究較少。近年來， 一些研究者在中部造山帶的南段地區(qū)開展了有關(guān)太華群和登封群變質(zhì)雜巖年代學(xué)和巖石地球化學(xué)特征的一系列工作（第五春榮等， 2007， 2008； Liu et al.， 2009； 周艷艷等， 2009a， 2009b； Huang et al.， 2010， 2012， 2013；Diwu et al.， 2011）。已有研究發(fā)現(xiàn)， 中部造山帶南段不同地區(qū)的變質(zhì)雜巖的原巖結(jié)晶年齡具有較大差異，在新太古代-古元古代期間至少存在四階段巖漿活動（Huang et al.， 2013）， 但對各階段巖漿活動之間的相互關(guān)系和出現(xiàn)巖石地球化學(xué)特征差異的原因還不甚清楚。詳細(xì)的地球化學(xué)研究是認(rèn)識相關(guān)巖石的性質(zhì)及其地質(zhì)意義的重要途徑， 有益于系統(tǒng)認(rèn)識華北克拉通南緣早前寒武紀(jì)的地質(zhì)構(gòu)造演化過程。

Lu-Hf與Sm-Nd元素體系有很大的相似性而使得Hf-Nd同位素之間常呈現(xiàn)正相關(guān)性（Vervoort and Blichert-Toft， 1999； Chauvel et al.， 2008）， 但一些巖漿作用和變質(zhì)作用過程造成了Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象，即εHf（t）和εNd（t）之間并不存在預(yù)想的相關(guān)性。造成體系Hf-Nd同位素解耦的原因主要包括了石榴子石效應(yīng)（Patchett et al.， 1981， 2004； Schmitz et al.， 2004）、鋯石效應(yīng)（Vervoort and Blichert-Toft， 1999； Patchett et al.，1984， 2004； Vervoort et al.， 2000）、地幔交代作用（Vervoort and Blichert-Toft， 1999； Bizimis et al.， 2003；Yu et al.， 2009）、地幔中的大洋沉積物組分再循環(huán)作用（Chauvel et al.， 2008）和地表的風(fēng)化作用（Vervoort et al.，2011）等。因此， Hf-Nd同位素體系的聯(lián)合運(yùn)用將為認(rèn)識殼-幔分異和地殼演化過程提供重要依據(jù)。

目前， 在我國乃至全球均已經(jīng)積累了大量的年代學(xué)和Hf-Nd同位素數(shù)據(jù)， 其中Nd同位素主要來自于全巖組成， 但Hf同位素主要為來自于鋯石的數(shù)據(jù)。由于鋯石的高穩(wěn)定性、強(qiáng)抗風(fēng)化能力， 在巖漿作用過程中再循環(huán)地殼物質(zhì)的參與將產(chǎn)生大量繼承鋯石， 因此鋯石的Hf同位素組成并不能完全反映全巖體系的Hf同位素特征， 也無法與全巖Nd同位素進(jìn)行匹配。本文嘗試對魯山、華山、小秦嶺、熊耳山地區(qū)的太華群變質(zhì)雜巖和嵩山地區(qū)的登封群變質(zhì)雜巖進(jìn)行初步的全巖Hf同位素特征的研究， 結(jié)合前期研究所獲得的鋯石Hf同位素、全巖Nd同位素和地球化學(xué)資料（Huang et al.， 2010， 2012， 2013）， 深入了解新太古代-古元古代期間華北克拉通南緣的巖漿活動機(jī)制， 為系統(tǒng)探討華北克拉通中部造山帶南段新太古代-古元古代的地殼演化歷史提供新約束。

1　地質(zhì)背景和研究樣品

華北克拉通總體上由東部陸塊、西部陸塊和介于其間的中部造山帶組成。其中， 西部陸塊又細(xì)分為陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊， 兩者在～1.95 Ga沿東西展布的孔茲巖帶拼合（Zhao et al.， 2005； Xia et al.，2006a， 2006b， 2008； Yin et al.， 2009， 2011； Li et al.，2011； Wang et al.， 2011）。太華群和登封群變質(zhì)雜巖是華北克拉通中部造山帶南段大規(guī)模出露的最古老巖石。太華群從西至東主要出露在華山、小秦嶺、崤山、熊耳山、魯山和舞陽等地區(qū)（圖1）， 其中以河南魯山地區(qū)出露最為典型； 登封群則出露于河南登封、臨汝境內(nèi)的嵩山和箕山地區(qū)。

前人根據(jù)構(gòu)造特征和巖石類型將太華群劃分為上太華群和下太華群（Zhang et al.， 1985； 齊進(jìn)英，1992； 沈福農(nóng)， 1994； 關(guān)保德， 1996； 涂紹雄， 1996）。在魯山地區(qū)， 下太華群以TTG質(zhì)片麻巖為主， 廣泛發(fā)育混合巖化， 斜長角閃巖常常以包體的形式存在于片麻巖中（Zhang et al.， 1985； 沈福農(nóng)， 1994； 涂紹雄， 1996）； 上太華群以表殼巖系為主， 巖石類型復(fù)雜， 有富鋁質(zhì)副片麻巖、斜長角閃巖、大理巖、石英巖等（Diwu et al.， 2010）。在熊耳山地區(qū)， 下太華群主要為變酸性巖漿巖和變基性-中性巖漿巖（如黑云斜長片麻巖、含角閃石片麻巖和角閃巖等）， 上太華群主要為變酸性火山巖和沉積巖（勞子強(qiáng)， 1989a；Huang et al.， 2012）。在華山-小秦嶺地區(qū)， 下太華群主要有變基性火山巖和中性到酸性片麻巖（黑云角閃片麻巖和斜長角閃片麻巖）以及少量的麻粒巖， 且混合巖化發(fā)育廣泛， 角閃巖常以包體的形式存在于片麻巖中； 上太華群則主要為石英巖、變泥質(zhì)片麻巖、片巖、大理巖等（Huang et al.， 2013）。

圖1　華北克拉通構(gòu)造框架圖Fig.1　Tectonic framework of the North China Craton

2　分析方法

樣品全巖地球化學(xué)分析前處理在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所完成。樣品用巖石切片機(jī)切除表層部分， 再手工將這些樣品砸成粒徑約0.5～1 cm的小塊體， 用去離子水反復(fù)沖洗樣品， 并放入超聲振蕩器超聲振蕩清洗三次， 將洗凈的樣品在100 ℃電爐上烘干， 選取約100 g的烘干樣品在剛玉碾磨機(jī)上機(jī)械碾碎至200目粉末。將約100 mg樣品粉末和200 mg的Li2B4O7混合均勻后， 放置在珀金坩堝中，用Rigaku高頻全自動熔樣機(jī)在1200 ℃條件下熔融并快速冷卻成玻璃片， 然后用2 mol/L的HCl將樣品玻璃片溶解， 采用HCl-單柱Ln-Spec提取色譜方法將Hf和基體元素及干擾元素分離。分離后的Hf同位素測試在廈門大學(xué)高分辨率多接收等離子體質(zhì)譜儀上進(jìn)行， 使用179Hf/177Hf=0.7325和標(biāo)樣IMC-475（176Hf/177Hf=0.282160）進(jìn)行質(zhì)量分餾和外部校正， 與本文樣品同時分析的國際標(biāo)樣BHVO-2的176Hf/177Hf比值為0.283095±18（2σ， n=4）。

3　全巖Hf同位素分析結(jié)果

太華群和登封群變質(zhì)雜巖記錄了新太古代-古元古代至少四階段巖漿活動（2.85～2.72 Ga， 2.57～2.48 Ga， 2.34～2.30 Ga和2.20～2.07 Ga； Huang et al.， 2013； 圖2a）， 從早階段至晚階段具有變化的全巖Hf同位素組成（表1、圖2）， 本文結(jié)合前期研究結(jié)果將各階段巖石的全巖Hf、Nd同位素特征描述如下。

圖2　華北克拉通中部造山帶南段早前寒武紀(jì)變質(zhì)雜巖年齡分布及其地球化學(xué)特征變化Fig.2　Age distribution and geochemical variations of the Early Precambrian metamorphic complexes in the southern segment of the Trans-North China Orogen

表1　中部造山帶南段早前寒武紀(jì)變質(zhì)雜巖全巖Hf-Nd同位素組成Table 1　Whole-rock Hf and Nd isotope results for the Early Precambrian metamorphic complexes in the southern segment of Trans-North China Orogen （TNCO）

第一階段（2.85～2.72 Ga）片麻巖樣品具有變化的全巖Hf、Nd同位素組成， 其εHf（t）值（-3.19～+5.18）的變化范圍明顯高于εNd（t）值（-1.98～+0.63）。除了樣品THL05-15具有負(fù)的εHf（t）值（-3.19； 表1）外， 其他樣品的εHf（t）值均為正值（表1）。第二階段（2.57～2.48 Ga）片麻巖除了登封的兩個樣品（DF05-8， DF05-9）具有負(fù)的εHf（t）值外， 其他樣品的εHf（t）值和εNd（t）值均為正值（分別為+1.71～+3.82和+0.23～+2.85； 表1）。第三階段（2.34～2.30 Ga）的片麻巖本文研究僅分析了兩個樣品的Hf同位素， 兩個樣品的εHf（t）值和εNd（t）值均為負(fù)值， 但它們的εNd（t）值相近（-4.89～ -3.24；表1）而εHf（t）值變化很大（-18.57～ -8.80； 表1）。第四階段（2.20～2.07 Ga）片麻巖也具有較低的Hf、Nd同位素組成， εHf（t）值和εNd（t）值均表現(xiàn)為負(fù)值， 其中εHf（t）值也具有很大的變化范圍（-17.57～ -3.76； 表1）。

4　討　論

4.1Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象及其機(jī)制

Lu-Hf和Sm-Nd同位素體系行為類似， 因此Hf同位素和Nd同位素在一些巖石中存在強(qiáng)烈的正相關(guān)性（εHf=1.55εNd+1.21； Vervoort et al.， 2011）。由于176Lu的半衰期（36 Ga）差不多是147Sm半衰期（108 Ga）的三分之一， 所以在相同的時間內(nèi)Hf同位素比值的變化大于Nd同位素比值的變化， 將更有益于巖漿作用過程的表征。另一方面， 由于Sm和Nd為相鄰的稀土元素， 具有非常相似的地球化學(xué)性質(zhì)， 而Lu、Hf的地球化學(xué)性質(zhì)存在差異（Lu為重稀土元素，Hf不是稀土元素）， 這就有可能使得εHf和εNd之間缺少良好的線性關(guān)系， 即發(fā)生Hf-Nd同位素解耦。

地質(zhì)作用過程中， 石榴子石效應(yīng)（Patchett et al.，1981， 2004； Schmitz et al.， 2004）和鋯石效應(yīng)（Patchett et al.， 1984， 2004； Vervoort and Blichert-Toft， 1999；Vervoort et al.， 2000）是造成體系Hf-Nd同位素解耦的重要原因。由于稀土元素在石榴子石中的相容性隨著元素序數(shù)增大而增大， 因此重稀土元素Lu在石榴子石中的分配系數(shù)遠(yuǎn)大于輕稀土元素Sm和Nd，也明顯高于高場強(qiáng)元素Hf； 在部分熔融過程中， 如果源區(qū)殘留石榴子石， 所形成熔體將具有較低的Lu/Hf和Sm/Nd比值， 經(jīng)時間積累后的εHf和εNd值均將朝負(fù)值方向演化， 但εHf的變化更明顯， 整體將位于Hf-Nd地球演化線的下方。因此， 石榴子石常常被作為造成Hf-Nd解耦的主要礦物相， 即石榴子石效應(yīng)（Patchett et al.， 1981， 2004； Schmitz et al.，2004）。另外， Hf4+與Zr4+具相似的離子半徑， 常發(fā)生類質(zhì)同像置換使得鋯石富集Hf并具有很低的Lu/Hf比值和放射成因Hf； 地殼物質(zhì)再循環(huán)過程中的殘留老鋯石將導(dǎo)致體系的放射成因Hf偏低， 即具有較低的εHf值； 但鋯石對體系的εNd值并沒有明顯影響。因此， 再循環(huán)的殘留老鋯石也將造成體系的Hf-Nd解耦， 即鋯石效應(yīng)（Patchett et al.， 1984， 2004；Vervoort and Blichert-Toft， 1999； Vervoort et al.，2000）。存在鋯石效應(yīng)時， 巖石樣品也將處于Hf-Nd地球演化線下方， 即具有偏低的εHf值， 但其趨勢線主要沿εHf值降低方向變化， 明顯不同于石榴子石效應(yīng)所產(chǎn)生的同時沿εHf和εNd值降低方向變化的趨勢（圖3）。

圖 3　中部造山帶早前寒武紀(jì)片麻巖的全巖εHf（t）-εNd（t）協(xié)變圖（地球演化線及各組成范圍參照Vervoort et al.， 2011）Fig.3　Whole rock εHf（t） vs. εNd（t） for the Early Precambrian metamorphic complexes in the southern segment of TNCO

源區(qū)殘留石榴子石或地殼物質(zhì)再循環(huán)過程都是造成巖石樣品出現(xiàn)偏低εHf值的Hf-Nd同位素解耦，并不能解釋偏高εHf值的Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象， 后者與地幔交代作用（Vervoort and Blichert-Toft， 1999；Bizimis et al.， 2003； Yu et al.， 2009）、大洋沉積物再循環(huán)作用（Chauvel et al.， 2008）或風(fēng)化作用過程（Vervoort et al.， 2011）密切相關(guān)。在風(fēng)化作用過程中，低Lu/Hf的鋯石為抗風(fēng)化礦物相， 而一些相對較易被風(fēng)化的礦物如磷灰石等具有相對較高的Lu/Hf比值， 被分解后進(jìn)入大洋， 因此大洋沉積物往往產(chǎn)生較高的放射成因Hf， 具有較高的εHf值。所以當(dāng)大洋沉積物循環(huán)進(jìn)入地幔后， 使得巖石源區(qū)具有較高的εHf值。此外， 由于Hf和Nd相對Lu和Sm更加不相容， 因此Lu/Hf和Sm/Nd比值在殘余相中高于熔體中， 長期虧損的地幔將具有較高的εHf和εNd值，受到虧損地幔組分交代的源區(qū)也將有較高的εHf和εNd值， 并且由于Nd在地幔流體中的活動性更強(qiáng)一些， εNd變化更為顯著。

4.2華北克拉通中部造山帶南段早前寒武紀(jì)變質(zhì)雜巖Hf-Nd同位素解耦及其成因意義

根據(jù)鋯石U-Pb年齡結(jié)果， 華北克拉通中部造山帶早前寒武紀(jì)主要存在四期巖漿活動（～2.1 Ga， ～2.3 Ga， ～2.5 Ga， ～2.7 Ga； 圖2a）， 其中以～2.5 Ga的巖漿活動最為強(qiáng)烈， 而更具全球特征的～2.7 Ga的巖漿活動記錄相對較少。另外， 中部造山帶不同地區(qū)的巖漿活動亦有所差別， 南段地區(qū)（太華群和登封群）顯示出相對較強(qiáng)烈的古元古代早期（～2.3 Ga）巖漿活動，其新太古代早期的巖漿活動也略早于中、北段地區(qū)（圖2a）。

中部造山帶南段第一階段（新太古代早期）的巖石出露在魯山地區(qū)， 主要為TTG片麻巖和斜長角閃巖。該階段早期（2.77Ga）樣品的全巖εHf（t）值和鋯石εHf（t）值總體上較高（圖2c， d）， 并且具有較高的MgO/SiO2比值和Cr、Ni含量， 而K2O/Na2O比值較低（圖2e， f， g， h）， 表明其源區(qū)以初生物質(zhì)為主， 可能由俯沖洋殼部分熔融形成（Huang et al.， 2010）； 該階段晚期（2.73 Ga）樣品具有相對較高的SiO2含量和相對較低的MgO、Cr、Ni含量和εNd（t）值， 被認(rèn)為是加厚大陸下地殼部分熔融成因（Huang et al.， 2010）。除了樣品THL05-15外， 該階段樣品的Hf-Nd同位素高于地球演化線（圖3）， 存在一定程度的Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象。發(fā)生εHf（t）值偏高的Hf-Nd同位素解耦不是石榴子石效應(yīng)或鋯石效應(yīng)的結(jié)果， 而很可能反映了其源區(qū)有虧損地幔組分的參與， 或者是源區(qū)受到了再循環(huán)大洋沉積物組分的影響。在板塊俯沖、碰撞造山的作用過程中， 大洋沉積物隨著板塊俯沖再循環(huán)至地幔， 地幔源區(qū)部分熔融產(chǎn)物作為新生地殼物質(zhì)在碰撞造山作用過程中保留下來， 之后與先存古老地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融而產(chǎn)生了Hf-Nd同位素解耦（Chauvel et al.， 2008）。樣品THL05-15明顯地偏離地球演化線， 則很可能是局部存在鋯石效應(yīng)即古老地殼物質(zhì)組分參與的體現(xiàn)， 與其較高的Hf同位素含量結(jié)果一致。以上分析表明， 該階段TTG質(zhì)片麻巖具有高Sr/Y、（La/Yb）N比值和低重稀土含量等特征不是繼承自源區(qū)， 而是巖漿形成于較大壓力深度的結(jié)果。

第二階段（新太古代末期-古元古代初期； 2.57～2.48 Ga）的巖石主要有嵩山地區(qū)的登封群和華山-小秦嶺地區(qū)的太華群， 巖石類型包括了花崗質(zhì)片麻巖、英云閃長質(zhì)片麻巖、變閃長巖、角閃巖和片巖等（Diwu et al.， 2011； Huang et al.， 2013）。該階段片麻巖的大部分全巖εHf（t）、εNd（t）值和鋯石εHf（t）值為正值， 少部分為負(fù)值（圖2b， c， d， 表1）， 表明其原巖主要由初生物質(zhì)的部分熔融形成。該階段有兩個樣品（DF05-4， THH05-97）位于地球演化線上， 但其他樣品不同程度地偏離地球演化線（圖3）， 指示其全巖Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象， 這種εHf（t）值偏低的Hf-Nd同位素解耦可能是石榴子石效應(yīng)或鋯石效應(yīng)的結(jié)果。但發(fā)生解耦的樣品與未發(fā)生解耦的樣品相比，其εNd（t）值并沒有明顯偏低， 部分樣品甚至高于未發(fā)生解耦的樣品， 表明鋯石效應(yīng)是造成部分樣品發(fā)生Hf-Nd同位素解耦的主因。因此， 這些TTG質(zhì)片麻巖的原巖具有高Sr/Y、（La/Yb）N比值和低重稀土含量等特征也不是繼承自源區(qū)， 而是巖漿形成于較大壓力深度的結(jié)果； 由于該階段的TTG質(zhì)片麻巖均具有相對低MgO、Cr和Ni的特征， 應(yīng)來源于加厚下地殼的部分熔融作用。

第三階段（古元古代早期； 2.34～2.30 Ga）的巖石主要有熊耳山、華山-小秦嶺地區(qū)的太華群和嵩山地區(qū)的登封群， 以英云閃長質(zhì)片麻巖為主（第五春榮等，2007； Huang et al.， 2012， 2013）。該階段的全巖εNd（t）值和鋯石εHf（t）值均變化較大（圖2b， d）， 顯示出其原巖形成過程中存在古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)和初生物質(zhì)組成的加入（Huang et al.， 2012， 2013）。但分析全巖Hf同位素的兩個樣品具有明顯較低的εHf（t）值， 與地球演化線和BSE比較， 其εHf（t）值和εNd（t）值都明顯低， 以εHf（t）值最為顯著， εNd（t）值變化不大（圖2c， 3），因此其Hf-Nd同位素解耦也不是其原巖源區(qū)存在石榴子石效應(yīng)的結(jié)果， 而主要反映了源區(qū)存在明顯的鋯石效應(yīng)； 結(jié)合該階段的TTG質(zhì)片麻巖均具有低MgO、Cr和Ni的特征（圖2e， f， g； 第五春榮等， 2007；Huang et al.， 2012， 2013）， 表明研究區(qū)在古元古代早期確實存在碰撞造山作用， 形成了以古老地殼物質(zhì)組成為主的加厚下地殼。

第四階段（古元古代中期； 2.20～2.07 Ga）的巖石主要有出露在華山-小秦嶺和熊耳山的太華群， 巖石類型主要有英云閃長質(zhì)片麻巖、富鉀花崗質(zhì)片麻巖和石英巖等。華山-小秦嶺灞源地區(qū)的英云閃長質(zhì)片麻巖具有低SiO2、高M(jìn)gO、Cr和Ni的特征（Huang et al.， 2013）， 但全巖εHf（t）值和εNd（t）值均為負(fù)值（圖2b， c）， 表明其原巖主要為古老地殼物質(zhì)的再造， 但存在少量地幔物質(zhì)的加入。熊耳山干樹溝富鉀花崗質(zhì)片麻巖的全巖εHf（t）值和εNd（t）值均為負(fù)值， 表明其原巖以古老的地殼物質(zhì)再循環(huán)為主。該階段巖石也具有明顯的Hf-Nd同位素解耦， 所有樣品均具有明顯偏低的εHf（t）值而位于地球演化線的下方（圖3）；部分樣品遠(yuǎn)離了地球演化線， 但與其他樣品具有相類似的εNd（t）值， 表明其Hf-Nd同位素解耦主要?dú)w因于其原巖源區(qū)存在明顯的鋯石效應(yīng)， 與鋯石年代學(xué)研究過程中發(fā)現(xiàn)大量繼承鋯石（Huang et al.， 2012，2013）的現(xiàn)象一致。另外， 該階段出現(xiàn)鉀質(zhì)巖漿活動（Huang et al.， 2012）或低SiO2、高M(jìn)gO、Cr和Ni的TTG質(zhì)巖漿活動（Huang et al.， 2013）， 其Hf-Nd同位素解耦特征表明這些巖漿活動也以古老地殼物質(zhì)再循環(huán)作用為主。

總體上， 華北克拉通中部造山帶南段早前寒武紀(jì)片麻巖的全巖εHf（t）和εNd（t）總體上表現(xiàn)出一定的正相關(guān)性， 但不同階段的樣品不同程度地存在Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象（圖3）。在新太古代早期具有εHf（t）值和εNd（t）值偏高的Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象， 這與虧損地幔的交代作用有關(guān)。在新太古代末期-古元古代的三階段巖漿活動中均具有εHf（t）值和εNd（t）值偏低的Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象， 主要由鋯石效應(yīng)造成， 但不同階段的鋯石效應(yīng)強(qiáng)度不同。新太古代末期-古元古代初期（第二階段）的樣品不存在Hf-Nd同位素解耦或者Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象較弱， 反映其源區(qū)仍主要以新生地殼物質(zhì)為主， 少部分為老地殼物質(zhì)組分的再循環(huán)。古元古代早中期（第三、第四階段）樣品的Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象較強(qiáng)， 具有較為明顯的鋯石效應(yīng)， 反映其源區(qū)以再循環(huán)的古老地殼物質(zhì)組分為主。

華北克拉通中部造山帶南段地區(qū)在早前寒武紀(jì)期間（新太古代早期-古元古代早期）經(jīng)歷了板塊俯沖、碰撞造山作用（程素華和汪洋， 2011； Huang et al.，2013）； 由太華群和登封群變質(zhì)雜巖的全巖Hf-Nd同位素變化表明， 新太古代早期-古元古代初期為該地區(qū)主要的陸殼生長階段， 而古元古代早期主要為地殼再循環(huán)階段。

5　結(jié)　論

華北克拉通中部造山帶南段地區(qū)與中、北段地區(qū)相比， 其新太古代早期的巖漿活動略早， 并具有相對較強(qiáng)烈的古元古代早期（～2.3 Ga）巖漿活動。根據(jù)太華群與登封群片麻巖的全巖Hf-Nd同位素組成特征進(jìn)一步獲得如下認(rèn)識：

（1） 新太古代-古元古代期間四階段巖漿活動都具有Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象。新太古代早期的巖漿活動具有εHf（t）值偏高的Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象， 其源區(qū)形成與交代地幔部分熔融過程相關(guān)。新太古代末期-古元古代的三階段巖漿活動均具有εHf（t）值偏低的Hf-Nd同位素解耦現(xiàn)象， 主要由鋯石效應(yīng)造成。

（2） 華北克拉通中部造山帶南段地區(qū)各階段TTG質(zhì)巖漿活動均形成于較大壓力深度。

（3） 新太古代早期-古元古代初期為華北克拉通中部造山帶南段地區(qū)主要的陸殼生長階段， 而古元古代早期主要為地殼再循環(huán)階段。

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WANG Xue1，2， HUANG Xiaolong1， MA Jinlong1， ZHONG Junwei3and YANG Qijun4
（1. State Key Laboratory of Isotope Geochemistry， Guangzhou Institute of Geochemistry， Chinese Academy of Sciences， Guangzhou 510640， Guangdong， China； 2. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049，China； 3. Faculty of Land Resource Engineering， Kunming University of Science and Technology， Kunming 650093， Yunnan， China； 4. College of Earth Sciences， Guilin University of Technology， Guilin 541004， Guangxi，China）

There are at least four episodes of magmatism in the southern segment of the Trans-North China Orogen （TNCO） in the Late Archean and early Paleoproterozoic （2.85- 2.72 Ga， 2.57- 2.48 Ga， 2.34-2.30 Ga， 2.20- 2.07 Ga） based on the zircon U-Pb geochronology of the Taihua and Dengfeng Complexes. The early Neoarchean magmatism in the Southern Segment of the TNCO predates that in the Central and Northern Segments of the TNCO. Additionally， the early Paleoproterozoic magmatism in the Southern Segment （2.34-2.30 Ga） is much stronger than that in the Central and North Segments. TTG rocks of the first episode （2.85- 2.72 Ga） have overall positive εHf（t） and εNd（t） values， and show weak Hf-Nd isotope decoupling above the Terrestrial Hf-Nd Array， indicative of a genetic relationship with metasomatism mantle. TTG rocks at the end of Neoarchean and the beginning of Paleoproterozoic （2.57- 2.48 Ga） have mostly positive εHf（t） and εNd（t） values. Some samples show weak Hf-Nd isotope decoupling under the Terrestrial Hf-Nd Array， which is attributed to zircon effect. So the protolith of the gneisses is proposed to be the result of partial melting of dominantly juvenile crust with minor ancient continental crust. TTG rocks or the potassium-rich igneous in the early and middle Paleoproterozoic （2.34- 2.30 Ga and 2.20- 2.07 Ga， respectively）have all negative εHf（t） and εNd（t） values， and show notable Hf-Nd isotope decoupling under the Terrestrial Hf-Nd Array due to zircon effect. The last two episodes of magmatism were derived from partial melting of dominantly ancient continental crustal materials. Therefore， the Hf-Nd isotope decoupling of the gneisses in the Taihua and Dengfeng Complexes might have been inherited from their source related to the mantle metamorphism or zircon effect rather than produced by garnet effect. This suggests that the geochemical characteristics， such as high Sr/Y and （La/Yb）Nratios and low concentrations of heavy REE in the TTG rocks， could not have been inherited from their sources， but are attributed to magmatism under high-pressure condition. In conclusion， the earlier two episodes of magmatism （early Neoarchean and the end of Neoarchean to beginning of Paleoproterozoic， respectively） recorded two main episodic crustal growth， while the later two episodes of magmatism （early and middle early Paleoproterozoic， respectively） were attributed to crustal reworking.

TTG； Hf-Nd isotope decoupling； Taihua complex； Dengfeng complex； the southern segment of the Trans-North China Orogen； North China craton

P597

A

1001-1552（2015）06-1108-011

10.16539/j.ddgzyckx.2015.06.012

2014-02-24； 改回日期： 2014-05-06

項目資助： 國家自然科學(xué)基金項目（41373032， 41130314， 91214202）聯(lián)合資助。

王雪（1988-）， 女， 博士研究生， 從事巖石地球化學(xué)方向研究。Email： wangxue@gig.ac.cn

黃小龍（1972-）， 研究員， 博士生導(dǎo)師， 從事巖石地球化學(xué)方向研究。Email： xlhuang@gig.ac.cn