中亞造山帶東段晚三疊世伸展構(gòu)造及巖漿事件：來自40Ar/39Ar和鋯石U-Pb同位素年代學(xué)的制約*

王興安 李世超

1. 東北師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 1300242. 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130061

起始于陸內(nèi)裂谷并終結(jié)于陸-陸碰撞的威爾遜造山旋回有助于深入理解全球板塊構(gòu)造活動(dòng)的歷史(Boninetal., 1998)。作為造山作用最后的后碰撞階段，往往會(huì)形成與板塊邊緣平行分布的剪切帶，并伴隨著大量的高鉀鈣堿性和堿性巖漿活動(dòng)(Pearceetal., 1984; Black and Liégeois, 1993; Boninetal., 1998)。中亞造山帶(CAOB)是一個(gè)介于西伯利亞板塊、塔里木板塊和華北板塊之間的近東西向展布的巨型增生造山帶，具有多階段的演化過程、強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)、復(fù)雜的構(gòu)造變形和豐富的礦產(chǎn)資源等特征(Xiaoetal., 2003, 2009; Windleyetal., 2007; Jianetal., 2008; 李錦軼等, 2009; Xuetal., 2013; Lietal., 2014; Wangetal., 2016)。近年來的研究認(rèn)為西伯利亞板塊和華北板塊之間的古亞洲洋最終閉合發(fā)生在索倫縫合帶(Xiaoetal., 2003; Zhangetal., 2009, 2012; Xuetal., 2013; Eizenh?feretal., 2014; Wilde, 2015; Liuetal., 2017)。然而，對(duì)于古亞洲洋的閉合時(shí)間仍然存在不同的認(rèn)識(shí)：部分學(xué)者認(rèn)為古亞洲洋的閉合時(shí)間為晚泥盆世(Xuetal., 2013; Zhaoetal., 2013, 2017)；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為古亞洲洋的最終閉合發(fā)生于晚二疊世到早三疊世，并隨后發(fā)生了強(qiáng)烈的后碰撞/后造山伸展作用(Xiaoetal., 2003; 張拴宏等, 2010; Zhangetal., 2012; Eizenh?feretal., 2014)。

巖石圈減薄和克拉通破壞作為華北板塊演化過程中十分重要的地質(zhì)事件，其起始時(shí)間和形成機(jī)制仍然存在爭(zhēng)議(吳福元等, 2008; Xuetal., 2010; Zhangetal., 2012)。近年來，一些學(xué)者認(rèn)為華北板塊東部和北部邊緣由于后碰撞/后造山巖石圈增厚，在早中生代期間就已經(jīng)發(fā)生巖石圈的伸展減薄(韓寶福等, 2004; Yang and Wu, 2009; Zhangetal., 2009, 2012)。廣泛分布于中亞造山帶內(nèi)的早中生代巖漿巖被認(rèn)為是中亞造山帶與華北板塊最終碰撞增生的結(jié)果(張拴宏等, 2010; Zhangetal., 2012)。同時(shí)，華北板塊北部出露一套呈帶狀分布的中、晚三疊世堿性雜巖和鎂鐵質(zhì)巖石，巖石地球化學(xué)及同位素研究顯示其巖漿起源于虧損的巖石圈地幔，暗示了華北板塊北緣巖石圈的減薄和破壞(張拴宏等, 2010; Zhangetal., 2012, 2014b)。

形成于碰撞造山后伸展構(gòu)造環(huán)境下的韌性剪切帶可以為我們提供大量的構(gòu)造變形信息，有助于我們理解碰撞造山的動(dòng)力學(xué)過程與機(jī)制(Tapponnieretal., 1982; Webbetal., 2010)。Zhaoetal. (2015)在中亞造山帶東段西拉木倫河斷裂帶附近識(shí)別出兩期晚三疊世(227～209Ma)韌性變形事件：第一期變形以東西向展布褶皺為主，形成于早古生代期間華北板塊與松遼-渾善達(dá)克地塊的碰撞；第二期變形以陡傾面理和近水平的東西向拉伸線理為主，代表了一期右旋走滑剪切作用。古地磁證據(jù)顯示晚三疊世NNW-SSE向擠壓作用是形成了這二期韌性變形事件的動(dòng)力來源(Zhaoetal., 2013, 2015)。

解放營(yíng)子韌性剪切帶位于華北板塊北緣中段解放營(yíng)子地區(qū)，地理位置上位于西拉木倫河斷裂以南約70km，構(gòu)造屬性上屬于白乃廟島弧巖漿活動(dòng)帶，其運(yùn)動(dòng)學(xué)特征以及成因能夠?yàn)橹衼喸焐綆У臉?gòu)造演化歷史提供新的證據(jù)。此外，前人依據(jù)野外變形特征和接觸關(guān)系認(rèn)為該韌性剪切帶屬于伸展型韌性剪切帶，其變形時(shí)代為志留紀(jì)末期(遼寧省地質(zhì)調(diào)查局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)，1970(1)遼寧省地質(zhì)調(diào)查局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)(遼寧第二區(qū)調(diào)隊(duì)). 1970. 敖漢旗1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(K-50-XVIII))，但缺乏精確的年代學(xué)證據(jù)。本文通過顯微構(gòu)造分析和新的同位素年代學(xué)數(shù)據(jù)，確定該韌性剪切帶的變形特征和變形時(shí)代，并結(jié)合區(qū)域晚三疊世侵入巖的巖石地球化學(xué)特征，探討華北板塊北緣和中亞造山帶中晚三疊世伸展構(gòu)造巖漿作用的成因及構(gòu)造意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

中亞造山帶以蛇綠巖組合、微陸塊、島弧、洋島以及塊體碰撞增生為基本構(gòu)造格架(Khainetal., 2003; Windleyetal., 2007; Xiaoetal., 2009; Xuetal., 2013; Zhangetal., 2014a)。前人研究將中亞造山帶自北向南劃分為賀根山蛇綠混雜巖帶、寶力道弧增生雜巖帶、索倫縫合帶、溫都爾廟俯沖-增生雜巖帶以及白乃廟島弧帶多個(gè)構(gòu)造單元(Xiaoetal., 2003, 2009; Jianetal., 2008; Zhangetal., 2014a)。古生代期間古亞洲洋板塊的雙向俯沖導(dǎo)致了強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿活動(dòng)。

解放營(yíng)子地區(qū)位于赤峰市東北部約50km，構(gòu)造屬性上屬于中亞造山帶南緣白乃廟島弧帶(圖1)，以出露新太古代基底巖石和韌性剪切帶的發(fā)育為特征。解放營(yíng)子韌性剪切帶由于區(qū)域覆蓋較強(qiáng)，可識(shí)別的出露范圍有限，從西部哈拉道口鎮(zhèn)延伸至東部橋頭鎮(zhèn)附近，延伸約50km，南北向?qū)捈s20km。解放營(yíng)子新太古代雜巖體的主要巖石類型以石英閃長(zhǎng)巖和斜長(zhǎng)角閃巖為主，被認(rèn)為是華北板塊新太古代基底巖石的一部分(Wangetal., 2016, 2020a, b)。該新太古代雜巖體的走向受韌性剪切帶的控制(圖2)。區(qū)域內(nèi)發(fā)育的地層主要為下泥盆統(tǒng)巴當(dāng)山組火山巖，上石炭統(tǒng)曬勿蘇組、四道帳篷組變質(zhì)碎屑巖，以及上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組火山巖。下泥盆統(tǒng)巴當(dāng)山組為一套英安質(zhì)-流紋質(zhì)火山巖和火山碎屑巖，局部發(fā)育有灰?guī)r夾層，并受到韌性剪切帶強(qiáng)烈的變形改造。上石炭統(tǒng)曬勿蘇組巖石類型以灰?guī)r為主，同時(shí)發(fā)育有石英片巖和云母石英片巖，受剪切帶改造強(qiáng)烈，片理、線理構(gòu)造十分發(fā)育。上石炭統(tǒng)四道帳篷組為一套以礫巖、砂巖為主的碎屑巖，受剪切帶改造礫石具有明顯的拉長(zhǎng)變形，同時(shí)褶皺、線理等構(gòu)造形跡十分發(fā)育。上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組為一套中酸性火山巖和火山碎屑巖，無構(gòu)造變形形跡發(fā)育。研究區(qū)發(fā)育有泥盆紀(jì)和三疊紀(jì)兩個(gè)時(shí)期的花崗質(zhì)侵入巖，其中泥盆紀(jì)花崗質(zhì)巖石為一套具有伸展構(gòu)造背景的堿性巖石(Wangetal., 2020b)。研究區(qū)三疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖(愛林溝巖體)主體巖性為中細(xì)?；◢弾r、花崗閃長(zhǎng)巖，巖體邊部見有大小不等的閃長(zhǎng)巖捕擄體。區(qū)域上，華北板塊北緣和中亞造山帶內(nèi)晚三疊世侵入巖分布廣泛，近東-西向展布(圖1)，巖石類型包括中基性巖石(輝長(zhǎng)巖、輝綠巖、閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖)、堿性巖石(輝石正長(zhǎng)巖、霞石正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)巖)以及花崗質(zhì)巖石(花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)花崗巖)(表1)。

圖1 中亞造山帶中-東段構(gòu)造單元簡(jiǎn)圖(據(jù)Xiao et al., 2003; Jian et al., 2008修編)

2 分析方法

2.1 鋯石U-Pb同位素年代學(xué)

鋯石樣品的挑選在河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所進(jìn)行。先將粉碎后的樣品進(jìn)行淘洗并用電磁方法進(jìn)行分離，在雙目鏡下將鋯石粘貼在樹脂表面并打磨拋光，隨后進(jìn)行透反射光以及陰極發(fā)光(CL)圖像的采集。鋯石的制靶以及U-Pb同位素年代學(xué)分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。采用Agilent7500型ICP-MS，以直徑30μm的激光束擊打鋯石顆粒，樣品剝蝕深度為20～40μm。鋯石年齡采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，元素含量采用NIST SRM610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)采用Andersen(2002)的方法進(jìn)行同位素比值的校正以去除普通Pb的影響，利用Isoplot3.0完成諧和圖的繪制(Ludwing, 2001)。

2.2 白云母40Ar/39Ar同位素年代學(xué)

挑選出韌性剪切帶中構(gòu)造片巖樣品中的同構(gòu)造白云母，利用40Ar/39Ar階段加熱技術(shù)對(duì)其進(jìn)行測(cè)年分析。樣品的測(cè)試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心實(shí)驗(yàn)室完成，具體流程如下：首先將白云母樣品送往中國(guó)原子能科學(xué)研究院進(jìn)行中子照射，中子流密度約為6×1012n·cm-2·s-1，照射時(shí)間在3000分鐘以上，標(biāo)準(zhǔn)樣品為ZHB-25黑云母，標(biāo)準(zhǔn)年齡132.7Ma，w(K)為7.6%(Huangetal., 2007)；其次利用MM-1200B型質(zhì)譜儀進(jìn)行K、Ar同位素分析。37Ar經(jīng)過放射性衰變校正，46K衰變常數(shù)為5.543×1010y-1，坪年齡誤差2σ(衛(wèi)曉峰等, 2019)。

2.3 全巖主量元素與痕量元素分析

樣品的全巖主量元素和痕量元素分析在自然資源部國(guó)家地質(zhì)測(cè)試中心完成。主量元素?cái)?shù)據(jù)采用X射線熒光光譜儀(PANalytical Axios Advanced PW4400 XRF)分析，分析誤差小于0.5%； 痕量元素?cái)?shù)據(jù)的獲取利用等離子質(zhì)譜儀 (ICP-MS; Thermo Fisher Scientific X-series)完成。豐度大于1×10-6的元素分析誤差為1%～5%；豐度小于1×10-6的元素分析誤差為5%～10%(席永清等，2005)。

表1 中亞造山帶和華北板塊晚三疊世侵入巖鋯石U-Pb年齡一覽表

圖2 解放營(yíng)子地區(qū)地質(zhì)概況簡(jiǎn)圖(據(jù)遼寧第二區(qū)調(diào)隊(duì)，1970修編)

圖3 解放營(yíng)子韌性剪切帶野外照片

3 解放營(yíng)子韌性剪切帶

3.1 變形特征

解放營(yíng)子韌性剪切帶呈北東-南西走向，長(zhǎng)約50km，寬約20km。剪切帶內(nèi)晚古生代地質(zhì)體構(gòu)造變形強(qiáng)烈，顯微構(gòu)造形跡十分發(fā)育。目前在該構(gòu)造帶能夠識(shí)別出兩期主要的變形事件：早期變形事件主要影響和改造了新太古代基底巖石和晚古生代地層；晚期變形疊加在早期變形之上，同時(shí)影響了早中生代侵入巖。

圖4 解放營(yíng)子韌性剪切帶顯微照片(I)

圖5 解放營(yíng)子韌性剪切帶顯微構(gòu)造照片(II)

圖6 韌性剪切帶內(nèi)變形巖石動(dòng)態(tài)重結(jié)晶顆粒粒徑(D值)統(tǒng)計(jì)直方圖(a)及應(yīng)變橢球形態(tài)弗林圖解(b)

圖7 同構(gòu)造花崗閃長(zhǎng)巖中代表鋯石CL圖像和U-Pb諧和圖(a)及加權(quán)平均年齡圖(b)

在早期構(gòu)造變形作用下，新太古代雜巖體和晚古生代地層中發(fā)育低角度片理和糜棱面理，但大部分構(gòu)造形跡被晚期構(gòu)造變形所改造或置換，僅在一些軟弱巖層和接觸界面有所殘留。順層劈理大多數(shù)發(fā)育在厚層大理巖或變質(zhì)砂礫巖中的薄層泥灰?guī)r、板巖、千枚巖和片巖夾層中(圖3a)，這些密集發(fā)育的透入性面理徹底置換了層理構(gòu)造。此外，在上石炭統(tǒng)四道帳篷組地層中見有沿著白云母石英片巖和大理巖界面發(fā)育的順層滑脫斷層(圖3b)，寬2～10m，傾向310°～335°，巖層中白云母和石英具有明顯的定向性。晚期構(gòu)造變形是該研究區(qū)韌性剪切帶中最主要的變形作用，發(fā)育有多種構(gòu)造形跡：A型褶皺、礦物拉伸線理以及同構(gòu)造花崗質(zhì)巖墻等。晚期變形基本上徹底置換和改造了早期變形，顯微尺度上碎屑顆粒和新生礦物沿S1定向排列，具有塑性流動(dòng)的特征和重結(jié)晶現(xiàn)象，反映了晚期變形是基于早期變形的再活化現(xiàn)象。非能干層中沿著層理S0發(fā)育不對(duì)稱流動(dòng)褶皺，其轉(zhuǎn)折端S0與S1直交或高角度斜交，翼部S0被S1徹底置換，樞紐產(chǎn)狀穩(wěn)定并與拉伸線理平行，具有典型的A型褶皺特征(圖3c, d)。剪切帶內(nèi)礫巖中礫石拉伸線理十分發(fā)育，傾伏向一般在230°～260°之間，部分為50°～70°；傾伏角較緩，一般為5°～15°，局部可達(dá)30°～40°(圖2)。L構(gòu)造巖和L>S構(gòu)造巖在剪切帶內(nèi)分布廣泛，原巖類型為碎屑沉積巖、火山巖和花崗質(zhì)巖石，原巖中礫石、碎屑顆粒和斑晶具有明顯的定向拉長(zhǎng)(圖3e, f)。此外，晚期構(gòu)造變形作用還伴隨著強(qiáng)烈的熱液和巖漿活動(dòng)，在晚古生代地層中發(fā)育有一系列與韌性剪切帶走向一致的同構(gòu)造花崗質(zhì)巖墻(圖2、圖3g)。同時(shí)，晚三疊世花崗質(zhì)侵入巖(愛林溝巖體)巖體中普遍發(fā)育有不同程度的巖漿流動(dòng)線理，表現(xiàn)為角閃石和斜長(zhǎng)石的定向排列，傾伏向?yàn)?25°～240°，傾伏角10°～20°，與韌性剪切帶作用方向一致，在巖體邊部尤為發(fā)育且特征明顯。此外，該巖體中發(fā)育有大量的閃長(zhǎng)巖捕擄體，彼此平行定向排列，方向與韌性剪切帶一致，表現(xiàn)出面狀流動(dòng)構(gòu)造特征(圖3h, i)。因此我們認(rèn)為該期侵入巖是一期同構(gòu)造侵入巖，巖漿侵位過程中同時(shí)受到韌性剪切帶的作用。

解放營(yíng)子韌性剪切帶中巖石表現(xiàn)出多種顯微構(gòu)造形跡。L構(gòu)造巖中XZ方向薄片顯示出石英礦物沿著線理方向具有強(qiáng)烈的定向(圖4a)。顯微鏡下剪切帶內(nèi)巖石中的S-C組構(gòu)以及角閃石σ型殘斑表現(xiàn)出右旋剪切變形的特征(圖4b, c)。在上石炭統(tǒng)變質(zhì)碎屑巖中發(fā)育有兩種不同類型的壓力影組構(gòu)：一種以斜長(zhǎng)石為核心，黑云母組成壓力影(圖4d)；另一種為黃鐵礦構(gòu)成核心，石英和黑云母組成壓力影(圖4e)。二者都表現(xiàn)出了右旋剪切變形的特征。此外，斜長(zhǎng)石書斜構(gòu)造以及云母魚組構(gòu)也揭示了該韌性剪切帶具有右旋剪切變形的特征(圖4f、圖5a, b)。在剪切帶內(nèi)變質(zhì)石英砂巖薄片中，發(fā)育有由黑云母和綠泥石組成的壓溶葉理以及石英的壓溶組構(gòu)(圖5c)，反映了受到一定的擠壓變形作用。石英閃長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖中的核幔結(jié)構(gòu)顯示出膨凸重結(jié)晶作用的發(fā)生：核部角閃石顆粒內(nèi)部發(fā)育有島狀石英顆粒及顯微裂隙，幔部重結(jié)晶角閃石顆粒表現(xiàn)出強(qiáng)烈的與線理方向平行的定向排列(圖5d)。石英的顯微構(gòu)造變形行為能夠在一定程度上指示構(gòu)造變形過程中的溫度條件。在解放營(yíng)子韌性剪切帶中觀測(cè)到多種石英的顯微組構(gòu)，例如波狀消光、顆粒邊界遷移重結(jié)晶、多晶石英條帶(圖5e, f)，反映出一個(gè)中等溫度的變形條件。此外，韌性變形帶內(nèi)巖石薄片中動(dòng)態(tài)重結(jié)晶顆粒的粒徑統(tǒng)計(jì)顯示，動(dòng)態(tài)重結(jié)晶顆粒的粒徑峰值約為6mm，平均值為8.96mm(圖6a)。金屬和礦物的變形實(shí)驗(yàn)表明，差異應(yīng)力與重結(jié)晶顆粒大小呈反比，即σ1-σ3=AD-m。本文采用Twiss(1977)給出的參數(shù)A=6.1，m=0.68，對(duì)其古應(yīng)力差值進(jìn)行估算，D取平均值得出其古應(yīng)力差值為31.45MPa，D取峰值得出其古應(yīng)力差值為41.32MPa。利用長(zhǎng)短軸法對(duì)巖石有限應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量，分別統(tǒng)計(jì)XZ方向和YZ方向切片中變形顆粒的長(zhǎng)短軸，測(cè)得其應(yīng)變橢球三軸比為X:Y:Z= 1:0.694:0.551，算得K值約為1.8(圖6b)，表明應(yīng)變類型為拉長(zhǎng)型應(yīng)變。綜上所述，我們認(rèn)為該韌性剪切帶形成于一個(gè)中淺層次、中等溫度(300～500℃)的伸展變形環(huán)境。

3.2 變形時(shí)代

為了確定該韌性剪切帶的構(gòu)造變形時(shí)代，選取1個(gè)同構(gòu)造花崗質(zhì)侵入巖樣品進(jìn)行鋯石U-Pb同位素定年，樣品巖性為中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖(樣品C11-3，42°31′58″N、119°03′22″E)；同時(shí)選取上石炭統(tǒng)曬勿蘇組下段2個(gè)糜棱巖中白云母樣品進(jìn)行40Ar/39Ar熱年代學(xué)測(cè)試(CFX-1，42°38′32″N、119°16′44″E; CFX-2，42°38′03″N、119°17′37″)。

3.2.1 同構(gòu)造花崗閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb定年

同構(gòu)造花崗閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb同位素定年數(shù)據(jù)見表2。樣品中鋯石顆粒大小在200～400μm之間，自形柱狀，長(zhǎng)寬比為2:1～4:1，CL圖像顯示出清晰的巖漿振蕩生長(zhǎng)環(huán)帶(圖7)?？傆?jì)24顆鋯石進(jìn)行了U-Pb同位素測(cè)試，諧和度在91%至98%之間。鋯石樣品中Th含量為39×10-6～278×10-6，U含量248×10-6～716×10-6，Th/U比值為0.06～0.42(平均0.33)，為巖漿成因鋯石(Corfuetal., 2003)。測(cè)試獲得的鋯石206Pb/238U年齡范圍在227±2Ma至231±2Ma之間，諧和年齡為227±1Ma(MSWD=6.6)(圖7a)，加權(quán)平均年齡為229.7±0.8Ma(MSWD=0.32)(圖7b)，表明其巖漿結(jié)晶時(shí)代為晚三疊世。

3.2.2 白云母 40Ar/39Ar定年

韌性剪切帶中2個(gè)白云母樣品(CFX-1、CFX-2)的40Ar/39Ar定年結(jié)果見表3。對(duì)樣品CFX-1進(jìn)行階段加熱，得到了170Ma的最小表現(xiàn)年齡和219.1±1.4Ma的坪年齡(圖8a)。樣品CFX-2進(jìn)行階段加熱，得到了157Ma的最小表現(xiàn)年齡和219.9±1.3Ma的坪年齡(圖8b)。因此，該韌性剪切帶變形時(shí)代的上限為晚三疊世。結(jié)合同構(gòu)造侵入體的結(jié)晶年齡，可以確定解放營(yíng)子韌性剪切帶活躍于晚三疊世期間，至少經(jīng)歷了約8Myr的活動(dòng)時(shí)間。

表2 解放營(yíng)子地區(qū)同構(gòu)造侵入體LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測(cè)年結(jié)果

圖8 同構(gòu)造白云母40Ar/39Ar 同位素坪年齡諧和圖

表3 同構(gòu)造白云母樣品40Ar/39Ar年齡數(shù)據(jù)

4 晚三疊世伸展巖漿事件

4.1 巖石地球化學(xué)特征

華北板塊北緣和中亞造山帶中晚三疊世侵入巖分布廣泛(圖1)，巖石類型包括花崗巖、正長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖等(表1)。鋯石U-Pb同位素年代學(xué)研究表明這些巖石的結(jié)晶年齡為221Ma至233Ma(Wangetal., 2004; 石玉若等, 2007; Liuetal., 2012; Zhangetal., 2012, 2014b; 張萬益等, 2012; 楊俊泉等, 2016)。解放營(yíng)子地區(qū)晚三疊世侵入巖巖石類型主要為花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖，巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)(表4)顯示其SiO2含量為65.89%～69.29%，K2O含量為3.39%～3.71%，明顯富集輕稀土元素((La/Sm)N=3.17～4.57)，表現(xiàn)出一定程度的負(fù)Eu異常(δEu=0.49～0.56)。通過與區(qū)域上晚三疊世侵入巖的巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可將華北板塊北緣和中亞造山帶晚三疊世侵入巖劃分為高硅和低硅兩種類型，解放營(yíng)子地區(qū)發(fā)育的晚三疊世侵入巖屬于低硅型巖石。低硅型巖石的SiO2含量在52%～69%之間，K2O含量為3.1%～9.1%。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖顯示(圖9a)，低硅型巖石表現(xiàn)出明顯的富集輕稀土元素((La/Sm)N為2.5～17.5，平均5.3)，虧損重稀土元素((Gd/Yb)N為1.6～7.7，平均2.8)，大部分具有輕微的負(fù)銪異常(δEu=0.5～1.2，平均0.8)。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖顯示(圖9b)，低硅型巖石表現(xiàn)出強(qiáng)烈的Nb、Ti負(fù)異常。高硅型巖石具有較高的SiO2(>70%)和K2O(3.9%～5.6%)含量，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖顯示(圖9c)，高硅型巖石明顯的富集輕稀土元素((La/Sm)N=2～22，平均8)，重稀土元素?zé)o分異((Gd/Yb)N為0.8～1.8，平均1.1)或明顯的富集重稀土元素((Gd/Yb)N為0.1～0.7，平均0.3)。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖顯示出較強(qiáng)的Ba、Sr、Ti負(fù)異常(圖9d)。

表4 解放營(yíng)子晚三疊世侵入巖主量元素(wt%)和痕量元素(×10-6)組成

4.2 巖石成因

華北板塊北緣和中亞造山帶中晚三疊世花崗質(zhì)巖石普遍具有高鉀和堿性的巖石地球化學(xué)特征，可能為下地殼部分熔融的產(chǎn)物(Smithetal., 1988; Tchamenietal., 2001; Zhangetal., 2012)。然而，在華北板塊北緣發(fā)育的低硅型巖石普遍伴生有鎂鐵質(zhì)侵入巖(如輝石巖)，表明巖石圈地幔部分熔融的巖漿源區(qū)特征(Folandetal., 1993; Bonin, 1998; 牟保磊等, 2001; Zhangetal., 2005; 田偉等, 2007; Heetal., 2010)。這些鎂鐵質(zhì)巖石的地球化學(xué)和同位素特征表明其母巖巖漿起源于交代的富集型巖石圈地幔，同時(shí)這些低硅型巖石形成于該期鎂鐵質(zhì)巖漿的分離結(jié)晶作用(Zhangetal., 2012)。高硅型巖石具有較高的Ga含量，強(qiáng)烈的負(fù)Eu異常和Ba、Sr負(fù)異常(圖9c, d)，表現(xiàn)出堿性的A型花崗巖的巖石成因特征(Whalenetal., 1987; Anderson and Bender, 1989; Eby, 1992; 蘇玉平和唐紅峰, 2005; 周宇章, 2011)。相比于低硅型巖石，高硅型巖石較低的Ba、Sr含量，可能代表了鉀長(zhǎng)石與斜長(zhǎng)石的源區(qū)殘留，而較高的Rb含量和Rb/Sr比值暗示其經(jīng)歷了更強(qiáng)的分離結(jié)晶作用(圖10)。同時(shí)，年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示中亞造山帶內(nèi)高硅型巖石與低硅型巖石的年齡在誤差范圍內(nèi)相近或略年輕，因此，我們推測(cè)中亞造山帶內(nèi)的高硅型巖石很可能起源于低硅型巖漿的分離結(jié)晶作用。前人Nd-Hf同位素?cái)?shù)據(jù)顯示(Wangetal., 2004; 韓寶福等, 2004; Liuetal., 2012; Zhangetal., 2012; 張萬益等, 2012)，對(duì)比分布于華北板塊北緣的低硅型巖石，分布于中亞造山帶中的低硅型巖石具有更高的εNd(t)和εHf(t)值(圖11)。較高的εNd(t)和正的εHf(t)值暗示了中亞造山帶中的低硅型巖石起源于虧損的地幔。而分布于華北板塊北緣的低硅型巖石表現(xiàn)出更低的εNd(t)和負(fù)的εHf(t)值，表明其巖漿源區(qū)可能為虧損的巖石圈地幔受到地殼物質(zhì)的混入，或者為富集的巖石圈地幔與虧損軟流圈地幔物質(zhì)的混合(田偉等, 2007; Zhangetal., 2012)。Zhangetal.(2012)對(duì)華北板塊北緣晚三疊世侵入巖的研究顯示，其εNd(t)值隨著SiO2的增加和MgO的降低并無明顯的變化，表明其形成過程中未受到明顯的地殼同化作用，而是形成于富集的巖石圈地幔并混入了一定量的虧損的軟流圈物質(zhì)。

圖9 中亞造山帶和華北板塊中晚三疊世侵入巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a、c)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b、d)

圖10 中亞造山帶和華北板塊中晚三疊世侵入巖Ba、Sr、Rb/Sr、Rb對(duì)SiO2圖解

圖11 中亞造山帶和華北板塊中晚三疊世低硅型巖石的εNd(t) (a) and εHf(t) (b)對(duì)U-Pb年齡圖解

5 構(gòu)造意義

華北板塊北緣和中亞造山帶中發(fā)育的晚三疊世侵入巖包括堿性雜巖(低硅型巖石和鎂鐵質(zhì)巖石)和A型花崗巖(高硅型巖石)，暗示了一期明顯的伸展構(gòu)造事件。這些不同類型的巖石都表現(xiàn)出一個(gè)普遍的巖漿源區(qū)，即后碰撞或板內(nèi)伸展的構(gòu)造環(huán)境下巖石圈地幔的部分熔融(Whalenetal., 1987; Sylvester, 1989; Nédélecetal., 1995; Mushkinetal., 2003)。值得注意的是高硅型巖石僅分布于中亞造山帶中，在華北板塊北緣未見報(bào)道。而低硅型巖石在中亞造山帶和華北板塊北緣皆有分布，但是原始巖漿組分卻有所差異，暗示了不同的構(gòu)造屬性。晚三疊世期間，強(qiáng)烈的伸展作用形成了軟流圈地幔的大規(guī)模上涌，在巖漿侵位過程中，鎂鐵質(zhì)巖漿的一系列分離結(jié)晶作用形成了低硅型巖漿，并在中亞造山帶中進(jìn)一步演化成高硅型巖漿；在華北板塊北緣，由于早期古亞洲洋板塊的俯沖，地殼物質(zhì)再循環(huán)進(jìn)入地幔之中，伸展作用下的軟流圈上涌導(dǎo)致富集型巖石圈部分熔融，形成了具有較低εNd(t)和εHf(t)值的低硅型巖漿。晚三疊世伸展事件對(duì)中亞造山帶和華北板塊北緣產(chǎn)生了顯著的影響，形成了廣泛分布于中亞造山帶和華北板塊北緣具有伸展構(gòu)造背景的巖漿活動(dòng)，同時(shí)在中亞造山帶發(fā)育的晚三疊世伸展型韌性剪切帶為該期伸展作用在地殼中部層位的表現(xiàn)。古亞洲洋板塊長(zhǎng)期以來不斷的俯沖于華北板塊和西伯利亞板塊之下，導(dǎo)致了華北板塊地殼和巖石圈的顯著增厚現(xiàn)象(Xiaoetal., 2003, 2009; Jianetal., 2008; Zhangetal., 2012; Lietal., 2017)。在晚三疊世期間，華北板塊北緣發(fā)生了強(qiáng)烈的巖石圈伸展減薄，而中亞造山帶在經(jīng)歷了古亞洲洋消減后與華北板塊的碰撞增生后，也遭受到強(qiáng)烈的伸展構(gòu)造影響，形成了大規(guī)模伸展構(gòu)造背景的巖漿活動(dòng)以及伸展型韌性剪切帶。

6 結(jié)論

(1)解放營(yíng)子伸展型韌性剪切帶呈北東-南西走向，寬約20km，長(zhǎng)50km，發(fā)育在新太古代基底巖石、古生代地層與侵入巖中。剪切帶內(nèi)糜棱巖、構(gòu)造片巖、L和L-S構(gòu)造巖十分發(fā)育。顯微構(gòu)造組構(gòu)顯示，該韌性剪切帶為一伸展型韌性剪切帶，具有右旋剪切特征和中低溫的變形條件。

(2)同構(gòu)造花崗閃長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb同位素以及白云母40Ar/39Ar同位素測(cè)年結(jié)果顯示，該伸展型韌性剪切帶形成于晚三疊世。

(3)晚三疊世期間軟流圈地幔大規(guī)模上涌，形成了低硅型和高硅型兩類巖石：中亞造山帶中低硅型巖石起源于虧損地幔，且?guī)r漿進(jìn)一步演化形成高硅型巖石；華北板塊北緣低硅型巖石的巖漿源區(qū)為富集型巖石圈地幔，并有一定量的虧損型軟流圈地幔物質(zhì)混入。

(4)古生代期間古亞洲洋板塊的俯沖消減導(dǎo)致了華北板塊北緣顯著的地殼增厚，在晚三疊世期間發(fā)生了強(qiáng)烈的巖石圈伸展減薄作用，形成了近東西向展布的堿性雜巖體；同時(shí)中亞造山帶受到伸展事件的影響，形成了具有伸展構(gòu)造背景的巖漿活動(dòng)和伸展型韌性剪切帶。

致謝感謝蔣孝君碩士、朱凱博士在野外工作和鋯石U-Pb同位素測(cè)試工作中的幫助；感謝徐仲元教授在顯微構(gòu)造方面的指導(dǎo)。同時(shí)感謝Chad Deering副教授在論文撰寫過程中提出的寶貴建議；特別感謝審稿人和本刊主編提出的寶貴意見，對(duì)本文的提升起到了十分重要的作用。