內(nèi)蒙古固陽(yáng)地區(qū)白云常合山A型花崗巖：年代學(xué)、地球化學(xué)、Hf同位素研究及其對(duì)Columbia超大陸裂解的響應(yīng)*

康健麗 王惠初 任云偉 肖志斌 相振群 曾樂

1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 3001702. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局前寒武紀(jì)地質(zhì)研究中心，天津 3001703. 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，巖石圈演化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

國(guó)際地層表中將古元古代與中元古代的界線置于1600Ma，而我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)仍將這一界線置于1800Ma(全國(guó)地層委員會(huì), 1981, 2002)。近幾年，隨著研究手段的進(jìn)步和認(rèn)識(shí)水平的提高，國(guó)際地層委員會(huì)開始倡議以類似于顯生宙地層研究所采用的“金釘子”方法，即以現(xiàn)存的巖石記錄(重大地質(zhì)事件)標(biāo)定前寒武紀(jì)地層界線(Gradsteinetal., 2004；蘇文博，2014)。從1800Ma至1600Ma，全球構(gòu)造格局、古地理環(huán)境和生物演化發(fā)生了巨大變革(趙太平等, 2015)，這一時(shí)期Columbia超大陸的匯聚和裂解事件尤為突出，因此，Columbia超大陸的匯聚與緊隨其后的裂解事件應(yīng)作為劃分古/中元古代界線的標(biāo)志(Gradsteinetal., 2004；耿元生等, 2019；趙太平等，2019)。目前學(xué)術(shù)界對(duì)Columbia超大陸是在2.0～1.85Ga全球規(guī)模的碰撞造山事件中拼合而成的認(rèn)識(shí)已經(jīng)基本達(dá)成一致(Condie, 2002；Rogers and Santosh, 2002；Zhaoetal., 2002b, 2004；陸松年等, 2002；李江海等, 2004)，而對(duì)其初始裂解的時(shí)限因地域差別有很大爭(zhēng)議，這也是造成國(guó)際上關(guān)于古/中元古代界線與中國(guó)相差200Myr的原因之一。Columbia超大陸的初始裂解被認(rèn)為始于1.6Ga，裂解的高潮發(fā)生在1.4～1.2Ga(Ernstetal., 2008)。作為Columbia超大陸的組成部分，華北克拉通經(jīng)歷了完整的匯聚與裂解過程，眾多學(xué)者認(rèn)為～1.78Ga的大規(guī)?；詭r墻群、熊耳群等火山巖及火山沉積巖和1.72～1.67Ga的AMCG組合(斜長(zhǎng)巖-紋長(zhǎng)二長(zhǎng)巖-紫蘇花崗巖-環(huán)斑花崗巖)等非造山巖漿活動(dòng)為華北克拉通化初始裂解的標(biāo)志(Luetal., 2002, 2008；陸松年等, 2002；翟明國(guó), 2004；Houetal., 2008)；侯貴廷(2012)根據(jù)華北地區(qū)基性巖墻群的研究認(rèn)為華北克拉通在～1.85Ga就已經(jīng)開始裂解；Pengetal.(2007, 2008)、Peng (2010)認(rèn)為這些巖墻群與熊耳群火山巖可能是大火成巖省的產(chǎn)物，進(jìn)而提出地幔柱演化模式。但是也有學(xué)者認(rèn)為熊耳群火山巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù)顯示鈣堿性特點(diǎn)，形成于大陸邊緣弧環(huán)境，并非板內(nèi)裂解的產(chǎn)物(Heetal., 2009；Zhaoetal., 2009a)。同時(shí)，針對(duì)華北克拉通北緣AMCG組合的構(gòu)造背景也存在不同的爭(zhēng)論，多數(shù)學(xué)者堅(jiān)持AMCG巖石組合為非造山巖漿作用的產(chǎn)物(Tapani R?m?etal., 1995；郁建華等, 1996；陸松年等, 2002, 2003；解廣轟, 2005；楊進(jìn)輝等, 2005；Luetal., 2008；Jiangetal., 2011)，但是也有學(xué)者認(rèn)為其可能為后碰撞或后造山期伸展環(huán)境下的產(chǎn)物(Zhangetal., 2007；Liuetal., 2011；Wangetal., 2013a)。由此看來(lái)，1.8～1.6Ga期間，華北克拉通不僅在對(duì)Columbia超大陸裂解事件的響應(yīng)時(shí)限上因地而異，而且對(duì)非造山巖漿活動(dòng)構(gòu)造背景的認(rèn)識(shí)也不盡相同。

A型花崗巖因其特殊的巖石成因、構(gòu)造背景和地球動(dòng)力學(xué)意義而受到廣泛關(guān)注(Eby，1990；賈小輝等, 2009)。目前報(bào)道的A型花崗巖幾乎都形成于伸展背景下(Frostetal., 2007；Zhao and Zhou, 2009；張旗等, 2012)，是響應(yīng)超大陸裂解事件的最重要的標(biāo)志之一。陰山東五分子地區(qū)白云常合山A型花崗巖巖體因其在空間上和成因上均與金礦成礦密切相關(guān)而受到關(guān)注。有學(xué)者認(rèn)為其屬于東五分子花崗-綠巖帶的組成部分，并測(cè)得其成巖年齡為1648±3Ma(吉林大學(xué)同位素室測(cè)試，1986，轉(zhuǎn)引自張洪濤，1992)。張洪濤(1992)通過K-Ar法測(cè)得巖體的侵位時(shí)代為240Ma，與金礦化年齡較為一致。筆者近來(lái)對(duì)該巖體進(jìn)行了詳細(xì)的年代學(xué)和地球化學(xué)研究，輔之以鋯石Hf同位素分析，初步確定其形成于非造山的伸展構(gòu)造環(huán)境，應(yīng)是Columbia超大陸裂解事件在華北克拉通的響應(yīng)。由此，對(duì)其巖石成因、巖漿源區(qū)和深部動(dòng)力學(xué)過程的探索，可以為華北克拉通1.8～1.6Ga非造山巖漿活動(dòng)的構(gòu)造背景提供重要信息，也同時(shí)為陰山地區(qū)中元古代的初始裂解提供重要約束。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古固陽(yáng)縣東五分子地區(qū)，大地構(gòu)造上處于兩個(gè)早前寒武紀(jì)大地構(gòu)造單元的結(jié)合帶附近，南側(cè)屬于大青山-烏拉山孔茲巖帶，北側(cè)屬于陰山地塊(Zhaoetal., 2005)(圖1a)。兩者之間以韌性剪切帶或斷裂構(gòu)造分隔，是區(qū)域上佘太-下濕壕-武川大型韌性剪切帶的一部分(王惠初等，1999)。南側(cè)孔茲巖帶巖石組成較復(fù)雜，主要由烏拉山巖群變質(zhì)表殼巖及再造雜巖構(gòu)成，其中烏拉山巖群上亞群具有孔茲巖系特征，由榴云片麻巖、石墨片麻巖、鈣硅酸鹽和鎂質(zhì)大理巖等組成；烏拉山巖群下亞群主要由斜長(zhǎng)角閃巖、黑云角閃片麻巖、黑云長(zhǎng)英片麻巖等組成，原巖主要為一套基性-中酸性火山巖建造。與之伴生的再造雜巖主要為深熔片麻巖，如石榴花崗片麻巖、眼球狀花崗片麻巖、紫蘇花崗巖質(zhì)-紫蘇花崗閃長(zhǎng)質(zhì)-紫蘇斜長(zhǎng)花崗質(zhì)-紫蘇石英閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖(徐仲元等，2007)。北側(cè)的陰山地塊主要由東五分子花崗巖-綠巖帶構(gòu)成，其中的綠巖帶為新太古代色爾騰山巖群含鐵建造，自下而上巖石組合為斜長(zhǎng)角閃巖夾類科馬提質(zhì)巖石與BIF建造、互層的變質(zhì)安山巖和流紋巖夾少量基性火山巖、變粒巖-石英巖夾大理巖。色爾騰山巖群原巖建造應(yīng)是基性火山巖-火山碎屑巖-含硅鐵質(zhì)沉積巖的組合，其變質(zhì)程度達(dá)角閃巖相?；◢徺|(zhì)巖石主要為新太古代TTG片麻巖(閃長(zhǎng)巖-石英閃長(zhǎng)巖-英云閃長(zhǎng)巖-奧長(zhǎng)花崗巖組合)和片麻狀二長(zhǎng)花崗巖，部分石英閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖具有贊岐巖特征(簡(jiǎn)平等，2005)。孔茲巖帶被認(rèn)為是陰山地塊與鄂爾多斯地塊在1.95～1.90Ga期間碰撞拼合的造山帶(Zhaoetal., 2005)。古元古代碰撞造山后，中元古代伊始，渣爾泰-白云鄂博裂陷槽逐漸打開，在本區(qū)沉積了渣爾泰群，從下到上劃分為書記溝組(Chs)、增隆昌組(Chz)和阿古魯溝組(Cha)。書記溝組是一套河流相沉積的石英砂巖-礫巖，以角度不整合形式覆蓋在早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底之上；其上被增隆昌組整合覆蓋，增隆昌組下部為碎屑巖建造，上部發(fā)育碳酸鹽巖，屬于濱海相沉積；阿古魯溝組以細(xì)碎屑沉積為主，中部出現(xiàn)碳酸鹽巖建造，顯示淺海相沉積的特點(diǎn)。顯示出裂谷帶逐漸打開，沉積物由河流相轉(zhuǎn)變?yōu)闇\海相的海進(jìn)過程。

圖1 研究區(qū)位置(a，據(jù)Zhao et al., 2005)及內(nèi)蒙古固陽(yáng)東五分子地區(qū)地質(zhì)圖(b)

白云常合山花崗巖巖體位于東五分子村南3km處，東西長(zhǎng)約5km，南北寬約3km，面積約12km2，侵入新太古代色爾騰山巖群和片麻狀二長(zhǎng)花崗巖中，與中元古代渣爾泰山群呈斷層接觸關(guān)系(圖1b)。在東五分子-狼窩壕-金家窯子一帶，斷續(xù)出露有與之巖性相近的中元古代二長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖。本次工作從白云常合山巖體采集的巖石樣品主要為堿長(zhǎng)花崗巖和黑云母正長(zhǎng)花崗巖，其中，黑云母正長(zhǎng)花崗巖位于巖體靠中心位置，堿長(zhǎng)花崗巖位于巖體邊緣。

變質(zhì)堿長(zhǎng)花崗巖新鮮面為肉紅色中-粗粒似斑狀花崗巖，花崗變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要組成礦物為鉀長(zhǎng)石、石英、斜長(zhǎng)石、磁鐵礦(圖2a, b)。其中，鉀長(zhǎng)石含量～70%，呈近半自形板狀，大部分為2～5mm，少部分為5～10mm，雜亂狀分布，為微斜長(zhǎng)石，輕高嶺土化，交代斜長(zhǎng)石；石英呈他形粒狀，含量～20%，已重結(jié)晶，呈集合體狀填隙于長(zhǎng)石粒間，粒徑一般0.1～1.5mm，呈現(xiàn)波狀消光；斜長(zhǎng)石含量較少，～5%，呈近半自形板狀，粒徑<1.5mm，零散狀分布，為更長(zhǎng)石，表面較干凈，有的輕微破碎狀；磁鐵礦呈黑色粒狀，含量3～5%；見少量被褐鐵礦充填的晚期裂紋，少量碳酸鹽零散狀交代巖石。變質(zhì)黑云母正長(zhǎng)花崗巖呈灰白色，花崗變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、黑云母組成(圖2c, d)。其中，鉀長(zhǎng)石含量～60%，主要為微斜長(zhǎng)石，部分殘留近半自形板狀，大小多為2～5mm，少量為5～10mm，晶體內(nèi)顯微裂隙發(fā)育，嵌有少量斜長(zhǎng)石、石英，雜亂分布；石英含量～25%，多呈壓扁、拉長(zhǎng)集合體狀，粒度0.2～1.0mm，多具波狀、帶狀消光，粒間呈齒狀粒狀鑲嵌；斜長(zhǎng)石含量～10%，呈他形粒狀，多呈細(xì)粒集合體狀，大小多為0.1～0.3mm，0.3～1.0mm少見，可見聚片雙晶，具絹云母化、土化，多被鈉長(zhǎng)石、石英交代，雜亂分布；黑云母含量～5%，多細(xì)粒化且呈集合體狀，大小多為0.1～0.5mm，少量為0.5～1.0mm，綠褐色。

2 巖石地球化學(xué)特征

巖石主、微量元素的分析測(cè)試由天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測(cè)試室完成。主量元素分析采用X射線熒光光譜法(XRF)，分析精度優(yōu)于3%，其中FeO采用濕化學(xué)法分析。微量元素和稀土元素分析使用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)，分析精度和準(zhǔn)確度均高于5%。本次工作共采集巖石樣品12件，化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

2.1 主量元素

白云常合巖體具有高硅(70.68%～77.21%，平均值為73.99%)、富堿(Na2O+K2O=7.88%～9.21%，K2O/Na2O=0.72～1.61，僅有1個(gè)樣品低于1，平均值為1.28)，貧Al2O3(11.70%～13.23%，平均值12.43%)、MgO(0.06%～0.24%)和CaO(0.23%～1.20%)的特征，F(xiàn)e2O3T/MgO值較高，為12.60～90.38。通過巖漿巖系列硅堿圖判別，樣品均屬于高鉀鈣堿性系列的花崗巖(圖3)。鋁指數(shù)ASI(aluminium saturation index)=0.91～1.11，巖石為準(zhǔn)鋁質(zhì)至弱過鋁質(zhì)花崗巖(圖4)。在花崗巖R1-R2圖解中可見，樣品都落在堿性花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖的區(qū)域內(nèi)(圖5)。

2.2 微量元素

研究區(qū)白云常合花崗巖稀土元素特征顯示高REE含量(453×10-6～1093×10-6)，(La/Yb)N為8.95～27.4，輕稀土相對(duì)富集，(La/Sm)N為3.62～4.98，(Gd/Yb)N為1.70～3.79，輕、重稀土分餾明顯。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分曲線呈現(xiàn)典型的“海鷗型”樣式(圖6a)，顯示強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常(δEu=0.07～0.21)，表明源區(qū)殘留相有斜長(zhǎng)石，指示源區(qū)深度較淺(張旗等，2008)。

表1 固陽(yáng)地區(qū)白云常合山A型花崗巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

圖3 白云常合山A型花崗巖的SiO2-(Na2O+K2O-CaO)(a，據(jù)Frost et al., 2001)和SiO2-K2O(b，據(jù)Rollinson, 1993)圖解

圖4 白云常合山A型花崗巖A/CNK-A/NK圖解(底圖據(jù)Shand, 1950)

圖5 白云常合山A型花崗巖R1-R2分類圖解(據(jù)De la Roche et al., 1980)

圖6 白云常合山A型花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分模式圖(a)及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

圖7 白云常合山A型花崗巖代表性鋯石陰極發(fā)光圖像

微量元素普遍具有以下特點(diǎn)：Rb(41×10-6～147×10-6，平均值為103×10-6)、Th(13.3×10-6～31.6×10-6，平均值為25.2×10-6)、Ga(24.5×10-6～38.2×10-6，平均值為29.8×10-6)、Nb(46.2×10-6～160×10-6，平均值為99.4×10-6)、Zr(252×10-6～863×10-6，平均值為585×10-6)、Y(24.2×10-6～120×10-6，平均值為80.1×10-6)和Yb(2.64×10-6～13.5×10-6，平均值為8.91×10-6)等元素含量較高，Sr(24.0×10-6～133×10-6，平均值為66.2×10-6)、Eu(0.39×10-6～1.67×10-6，平均值為1.10×10-6)等元素含量較低，在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素配分圖上(圖6b)可見大離子親石元素Rb、Th、K等相對(duì)富集，Ba、Sr、Eu、Ti、P則明顯虧損。10000×Ga/Al值和Zr+Nb+Ce+Y含量較高，分別為3.63～6.17和576×10-6～1484×10-6。

3 鋯石U-Pb年齡及Hf同位素特征

測(cè)年樣品采集新鮮的整塊巖石，粉碎至60～80目，用浮選和電磁選進(jìn)行單礦物分選，在雙目鏡下對(duì)鋯石挑純，然后進(jìn)行制靶和陰極發(fā)光照相。鋯石挑選完成之后，制靶、陰極發(fā)光照相、U-Pb定年測(cè)試分析和Hf同位素分析均在天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室完成。參照陰極發(fā)光圖像對(duì)鋯石選取合適的分析位置，進(jìn)行U-Pb定年測(cè)試，分析所用的LA-MC-ICP-MS由New Wave 的193 nm激光剝蝕系統(tǒng)和Thermo Fisher 的Neptune多接收等離子體質(zhì)譜儀組成(肖志斌等, 2013, 2017)。本次分析的激光剝蝕斑徑為35μm，頻率為8Hz，能量為5mJ。分析時(shí)采用鋯石GJ-1作為年齡外標(biāo)，NIST610作為元素含量外標(biāo)。完成定年測(cè)試之后，使用同一儀器，在相同鋯石上進(jìn)行Hf同位素分析，激光剝蝕斑徑為50μm，鋯石GJ-1和91500作為數(shù)據(jù)監(jiān)控樣品。

A型花崗巖測(cè)年樣品(13NM22-1)采自東五分子村南3km處(堿長(zhǎng)花崗巖，坐標(biāo)：41°01′54″N、109°35′58″E)。選擇測(cè)年的鋯石呈自形-半自形長(zhǎng)柱狀或板狀，粒徑100～200μm，陰極發(fā)光圖像(圖7)顯示所有的鋯石都具有規(guī)則生長(zhǎng)的振蕩環(huán)帶，同時(shí)從測(cè)試數(shù)據(jù)可知，鋯石的Th/U值為0.44～1.71，均大于0.1 (表2)，為典型的巖漿鋯石的特征。部分鋯石表面可見溶蝕凹坑和裂紋，還有少量鋯石中間存在先存鋯石核心，可能為巖漿上升過程中捕擄的鋯石，但粒徑非常小，與成巖過程中形成的鋯石有明顯的區(qū)別。

3.1 鋯石U-Pb年齡

依據(jù)CL圖像，選擇自形程度較好、環(huán)帶清晰的32顆鋯石進(jìn)行LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素測(cè)試。測(cè)點(diǎn)中13NM22-1.19因信號(hào)太低，沒有采集到數(shù)據(jù)被剔除，另有6個(gè)點(diǎn)因諧和度太低，且離群，因此在作圖時(shí)沒有采用。剩余25個(gè)點(diǎn)構(gòu)成不一致線和諧和線的交點(diǎn)年齡為1720±11Ma(MSWD=1.9, n=25)(圖8)，加權(quán)平均年齡為1720±12Ma(MSWD=1.7, n=25)，二者是一致的，可以代表A型花崗巖的結(jié)晶年齡，即白云常合山A型花崗巖的成巖年齡為～1720Ma。

3.2 鋯石Lu-Hf同位素特征

在鋯石U-Pb測(cè)年的基礎(chǔ)上，對(duì)部分顆粒形態(tài)較好、環(huán)帶清晰且已獲得年齡數(shù)據(jù)的鋯石進(jìn)行微區(qū)原位Hf同位素測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見表3。鋯石176Hf/177Hf變化范圍較小(0.281676～0.281901)，表明Hf同位素分布均一，來(lái)自單一源區(qū)，εHf(t)=-1.84～+6.08，以正值為主。單階段模式年齡為1.9～2.2Ga，平均值為2.1Ga；二階段模式年齡(tHf2)為2.5～3.2Ga，平均值2.76Ga。在εHf(t)-t圖解上(圖9)，白云常合山花崗巖的測(cè)點(diǎn)大都落在2.5～2.2Ga地殼演化線的區(qū)域內(nèi)。

表2 固陽(yáng)地區(qū)白云常合山A型花崗巖(樣品13NM22-1)鋯石U-Pb定年結(jié)果

4 討論

4.1 巖石類型與成因

花崗巖因不同的分類依據(jù)有多種分類方法，其中最廣泛使用的是S-I-M-A型分類法。但對(duì)S-I-M-A的分類標(biāo)志意見并不一致：I、M、S型依據(jù)源區(qū)不同而分開，I型的源巖主要為基性巖，S型來(lái)自沉積巖，M型來(lái)自幔源，而A型花崗巖的分類依據(jù)則是伸展的構(gòu)造背景(張旗和李承東, 2012)。白云常合山花崗巖主要礦物為鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石和石英，部分樣品含有黑云母和磁鐵礦，未出現(xiàn)富鋁硅酸鹽巖礦物，且K2O/Na2O值較高，A/CNK<1.1，同時(shí)，區(qū)域上未出現(xiàn)與其相伴生的島弧火山巖，由此可以判定其不屬于M型和S型花崗巖。A型花崗巖和高分異I型花崗巖在化學(xué)成分上極其相似，其根本的區(qū)別在于A型花崗巖更富鐵而貧鎂(Whalenetal., 1987；Frostetal., 2001)，白云常合山花崗巖Fe2O3T/MgO值為12.60～90.38，遠(yuǎn)高于高分異I型花崗巖(～2.27)和S型花崗巖(～2.38)(Whalenetal., 1987；Frostetal., 2001)。典型的A型花崗巖富Si、Na和K，貧Ca、Mg、和Al，Ga/Al(10000×Ga/Al>2.6)值高，微量元素富集Rb、Th、Nb、Ta、Zr、Hf、Ga、Y，虧損Sr、Ti、P、Ba、Cr、Co、Ni、V等，稀土元素配分曲線常呈海鷗式分布，具有明顯的Eu負(fù)異常(Collinsetal., 1982；Whalenetal., 1987)。研究區(qū)花崗巖SiO2含量為70.68%～77.21%，平均值為73.99%，(Na2O+K2O)含量為7.88%～9.21%，且大部分樣品的K2O含量都高于Na2O含量， Al2O3、MgO 、CaO含量均較低，分別為11.70%～13.23%、0.06%～0.24%、0.23%～1.20%，10000×Ga/Al值為3.63～6.17。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式顯示強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常(δEu=0.07～0.21)，輕稀土相對(duì)富集，重稀土虧損，呈現(xiàn)典型的“海鷗型”樣式(圖6a)。微量元素普遍具有以下特點(diǎn)：Rb、Th、Ga、Nb、Zr、Y和Yb等元素含量較高，Sr、Eu等元素含量較低，在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素圖解上(圖6b)可見大離子親石元素Rb、Th、K等相對(duì)富集，Ba、Sr、Eu、Ti、P則明顯虧損，與張旗等(2006, 2010)定義的南嶺型花崗巖相似。Zr+Nb+Ce+Y含量為576×10-6～1484×10-6含量大于A型花崗巖的下限值(350×10-6)，在對(duì)應(yīng)圖解上也都落在A型花崗巖的區(qū)域內(nèi)(圖10)。另外A型花崗巖具有較高的鋯石飽和溫度，依據(jù)的鋯石飽和溫度公式(Watsonetal., 2006)，計(jì)算得到白云常合山花崗巖的結(jié)晶溫度為824～957℃，平均值為903℃。因此，根據(jù)白云常合山花崗巖的礦物組合、地球化學(xué)和結(jié)晶溫度等特征，判定其屬于A型花崗巖。

表3 固陽(yáng)地區(qū)白云常合山A型花崗巖(樣品13NM22-1)鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)

圖8 白云常合山A型花崗巖的鋯石U-Pb年齡諧和圖

圖9 白云常合山A型花崗巖的鋯石εHf(t)與年齡相關(guān)圖(底圖據(jù)吳福元等，2007)

圖10 白云常合山A型花崗巖判別圖(據(jù)Whalen et al., 1987)

圖11 白云常合山A型花崗巖(La/Yb)N-δEu圖解(轉(zhuǎn)引自王玉璽等，2017)

圖12 白云常合山A型花崗巖Nb-Y-Ce (a)和Nb-Y-3×Ga (b)圖解(據(jù)Eby, 1990)

圖13 白云常合山A型花崗巖Rb/10-Hf-3×Ta(a, 據(jù)Harris et al., 1986)和Rb-(Y+Nb)圖解(b, 據(jù)Pearce et al., 1984)

目前，對(duì)于A型花崗巖的成因模式主流的觀點(diǎn)有：(1)幔源巖漿的分異或低程度部分熔融(Eby, 1990, 1992；Frost and Ronald Frost, 1997；Frostetal., 1999)；(2)幔源巖漿與地殼物質(zhì)的相互作用(Dickin, 1994; Litvinovskyetal., 2000, 2002; 邱檢生等, 2000; 劉昌實(shí)等, 2003; Yangetal., 2006)；(3)下地殼巖石的部分熔融(Whalenetal., 1987；Creaseretal., 1991；Frost and Ronald Frost, 1997；張旗等, 2012)。眾所周知，地幔物質(zhì)部分熔融不能直接產(chǎn)生花崗質(zhì)巖漿，只能產(chǎn)生鎂鐵質(zhì)及中性巖漿，再繼續(xù)演化才能形成花崗質(zhì)巖漿。研究區(qū)未發(fā)現(xiàn)與A型花崗巖相伴生的基性或中性侵入巖類，也未見基性包體或巖漿混合的現(xiàn)象。因此，白云常合山A型花崗巖應(yīng)該不是來(lái)自幔源或殼幔物質(zhì)混合的產(chǎn)物。在(La/Yb)N-δEu圖解(圖11)中，所有樣品都落在殼源的區(qū)域內(nèi)，表明白云常合山A型花崗巖屬于殼源花崗巖類。張旗等(2012)認(rèn)為A型花崗巖的形成與源巖無(wú)關(guān)，只與壓力有關(guān)，而A型花崗巖無(wú)水和高溫的特征限制其形成部位只能是下地殼。由此可見，白云常合山A型花崗巖應(yīng)該來(lái)源于下地殼物質(zhì)的部分熔融。鋯石εHf(t)以正值為主，偶有絕對(duì)值較小的負(fù)值，單階段模式年齡為1.9～2.2Ga，平均值為2.1Ga；二階段模式年齡(tHf2)為2.5～3.2Ga，平均值2.76Ga；在εHf(t)-t圖解上(圖9)，白云常合山花崗巖的測(cè)點(diǎn)大都落在2.5～2.2Ga地殼演化線的區(qū)域內(nèi)。同時(shí)，在測(cè)年時(shí)挑選出的鋯石中存在捕擄的鋯石。故巖漿源區(qū)主要是新太古代新生地殼，在上升過程中可能受到古老地殼物質(zhì)的混染，地幔物質(zhì)只提供熱量，并未參與巖漿的形成。因此，白云常合山A型花崗巖可能是地殼減薄背景下，軟流圈地幔上涌導(dǎo)致下地殼部分熔融的產(chǎn)物。

4.2 構(gòu)造背景及意義

A型花崗巖因其特殊的形成背景而受到廣泛關(guān)注，通常形成于地殼減薄的環(huán)境，推測(cè)地殼的厚度一般不超過30km(張旗等, 2008)。Eby(1990, 1992)根據(jù)構(gòu)造環(huán)境的不同將A型花崗巖分成A1型和A2型兩個(gè)亞類，認(rèn)為A1型侵位于大陸裂谷或者板內(nèi)的非造山環(huán)境，A2型則主要形成于碰撞后的拉張環(huán)境。在Nb-Y-Ce和Nb-Y-3×Ga圖解上(圖12)，白云常合山花崗巖的樣品基本都落在A1型及其過渡區(qū)域附近；同時(shí)，在Rb/10-Hf-3×Ta和Rb-(Y+Nb)圖解上(圖13)，研究區(qū)樣品均落在板內(nèi)花崗巖的區(qū)域內(nèi)，表明白云常合山A型花崗巖形成于相對(duì)穩(wěn)定的板內(nèi)環(huán)境。

在華北克拉通，廣泛發(fā)育與Columbia超大陸相關(guān)的俯沖、拼合和裂解的地質(zhì)記錄。Zhaoetal.(2002a)首次將華北克拉通納入Columbia超大陸重建方案中，提出2.1～1.8Ga全球規(guī)模的造山事件使得Columbia超大陸聚合形成。Columbia超大陸的最初裂解被認(rèn)為始于1.6Ga(Ernstetal., 2008)，但在華北克拉通，裂解事件起始于～1.78Ga(Zhaoetal., 2002b，2004)，以華北克拉通南緣的熊耳群(Zhaoetal., 2002b)和廣泛分布的基性巖墻群為標(biāo)志(Pengetal., 2008，2012；侯貴廷等, 2009)，甚至更早至～1.85Ga(Houetal., 2008)?？傮w來(lái)說，華北克拉通的伸展裂解主要集中于古元古代晚期-中元古代，1.8～1.6Ga的裂解事件記錄在華北克拉通南緣和北緣廣泛分布，其中基性巖墻群和非造山巖漿巖帶是指示裂解事件的重要標(biāo)志。

基性巖墻群主要包括～1.78Ga的太行-呂梁地區(qū)巖墻群(Peng, 2010; Pengetal., 2015)和稍晚一些的1.76～1.73Ga密云-北臺(tái)巖墻群(翟明國(guó)等, 2014)。巖墻巖石組合為輝綠巖和輝長(zhǎng)輝綠巖，主要呈NNW走向產(chǎn)出，少部分為EW、NE走向，不同走向的巖墻群圍繞豫陜裂陷槽呈放射狀的形態(tài)產(chǎn)出(Pengetal., 2006)，巖石學(xué)和地球化學(xué)特征顯示巖墻群基本都屬于板內(nèi)玄武巖系列，具有大陸裂谷玄武巖的特征(侯貴廷, 2012)，被認(rèn)為是與地幔柱相關(guān)的大火成巖省的產(chǎn)物(彭澎等, 2004；侯貴廷, 2012；Pengetal., 2012)。

華北克拉通上三大裂陷槽(豫陜裂陷槽、渣爾泰-白云鄂博裂陷槽、燕遼裂陷槽)在中元古代早期相繼打開(陸松年和李惠民, 1991；趙太平等, 2004；Luetal., 2008)。南部的豫陜裂陷槽形成了覆蓋于變質(zhì)基底上1.80～1.75Ga的熊耳群火山巖(Zhaoetal., 2001；趙太平等, 2004)以及其后的沉積地層(洛峪口組～1611Ma，蘇文博等, 2012)。中部的燕遼裂陷槽的裂解略顯滯后，一直到1670Ma后才出現(xiàn)常州溝組的碎屑沉積(李懷坤等, 2011)，之后陸續(xù)發(fā)育大套的碳酸鹽巖、白云巖和石英砂巖，局部夾火山巖，團(tuán)山子組火山巖成巖年齡～1637Ma (張拴宏等, 2013)，大紅峪組火山巖的成巖年齡為1622～1625Ma(陸松年和李惠民, 1991；Luetal., 2008)。

陰山地區(qū)的渣爾泰-白云鄂博裂陷槽呈東西向展布，南部產(chǎn)出渣爾泰群，北部為白云鄂博群和化德群，均產(chǎn)于早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底之上，厚度近8000m，以沉積巖占主導(dǎo)位置，雖然其中也產(chǎn)出一些火山巖，但未得到準(zhǔn)確的年齡來(lái)限定沉積物的沉積時(shí)限。Lietal.(2007)獲得渣爾泰群底部火山巖的鋯石U-Pb年齡為1743Ma，但因僅有一顆鋯石顯示該年齡，因此數(shù)據(jù)上的證據(jù)稍顯薄弱。Luetal. (2002)在白云鄂博群下部層位的玄武巖樣品中，獲得單顆粒鋯石U-Pb年齡為～1728Ma，以此為依據(jù)初步推斷1.8Ga為該群的底部年齡。胡波等(2009)通過對(duì)化德群中的變質(zhì)砂巖碎屑鋯石的研究顯示，其主峰為1.86Ga和1.72Ga、次峰2.50Ga，最小年齡1646Ma，而Liuetal. (2014)在該群石英砂巖中則得到了最小年齡為1337Ma的結(jié)果，表明該群沉積下限要比1337Ma更新。雖然前人在這套沉積物中做了大量的年代學(xué)工作，但至今未能有確切的數(shù)據(jù)來(lái)限定其沉積底界，各組碎屑鋯石的最小年齡值基本都小于1720Ma(胡波等, 2009；彭潤(rùn)民等, 2010；劉超輝和劉福來(lái), 2015)。白云常合山A型花崗巖形成于～1720Ma，對(duì)應(yīng)于Columbia超大陸的裂解時(shí)期，雖然在野外調(diào)查中見到白云常合山A型花崗巖與渣爾泰群呈斷層接觸關(guān)系，無(wú)法依據(jù)該年齡直接確定渣爾泰群的沉積下限，但是可以肯定的是白云常合山A型花崗巖是陰山地區(qū)與Columbia超大陸的裂解相關(guān)的最早的有精確結(jié)晶年齡的巖石記錄，而在陰山地區(qū)還未見代表更早裂解時(shí)間的非造山巖漿的報(bào)道。因此，白云常合山A型花崗巖可能代表Columbia超大陸在陰山地區(qū)的最初裂解產(chǎn)物。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)內(nèi)蒙古固陽(yáng)東五分子地區(qū)白云常合山花崗巖的巖石學(xué)、地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素綜合研究，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)白云常合山花崗巖具有高硅，富堿，高Fe2O3T/MgO和Ga/Al值，低Al2O3、MgO、CaO的特征；微量元素富集Rb、Th、K等，虧損Ba、Sr、Eu、Ti、P等；稀土元素配分曲線呈海鷗式分布，具有明顯的Eu負(fù)異常；結(jié)晶溫度為824～957℃，平均值為903℃；屬于A型花崗巖。

(2)鋯石年代學(xué)結(jié)果顯示，白云常合山花崗巖形成于～1720Ma，與Columbia超大陸裂解的時(shí)間相一致。鋯石εHf(t)以正值為主，表明巖漿源區(qū)主要是新太古代新生地殼，在上升過程中可能受到古老地殼物質(zhì)的混染。

(3)地球化學(xué)特征和構(gòu)造環(huán)境圖解顯示白云常合山花崗巖為A1型花崗巖，且有板內(nèi)巖漿的特點(diǎn)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料和前人的工作成果，初步推測(cè)白云常合山花崗巖應(yīng)該是陰山地區(qū)最早響應(yīng)Columbia超大陸裂解的巖石記錄。

致謝實(shí)驗(yàn)測(cè)試過程中得到天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測(cè)試室的大力支持，在此深表謝意！感謝兩位評(píng)審專家提出的寶貴意見，受益匪淺。

謹(jǐn)以此文祝賀楊振升先生九十華誕！