膠北地體古元古代中期花崗片麻巖的成因和構(gòu)造意義
—— SHRIMP鋯石U-Pb年齡和全巖地球化學(xué)約束

謝士穩(wěn)，王 舫，劉 倩

(1. 中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所， 北京 100037； 2. 山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院， 山東 濰坊 261021)

華北克拉通是全球早前寒武紀(jì)研究熱點(diǎn)地區(qū)之一， 其演化歷史可以追溯到3.8 Ga(Liuetal., 1992； Wanetal., 2012b)。與其他克拉通相比， 華北克拉通記錄了多期而復(fù)雜的構(gòu)造演化過程。鋯石U-Pb年代學(xué)結(jié)果表明， 華北克拉通與全球其他克拉通類似， 存在～2.7 Ga的巖漿作用(Wanetal., 2014及文中參考文獻(xiàn))， 而最強(qiáng)烈的巖漿事件發(fā)生在～2.5 Ga(例如， Yangetal., 2008； Liuetal., 2009； Wanetal., 2010， 2012a； Gengetal., 2012)。華北克拉通變質(zhì)作用主要可分為～2.5 Ga和1.95～1.80 Ga兩期。前人圍繞華北克拉通兩期主要的構(gòu)造熱事件進(jìn)行了大量有益的研究， 并對(duì)華北克拉通早前寒武紀(jì)演化進(jìn)行了深入的探討。但是， 目前對(duì)華北克拉通化的時(shí)代及拼合方式仍存在不同的認(rèn)識(shí)。對(duì)此主要存在兩種觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為華北克拉通主體在新太古代晚期(～2.5 Ga)已形成統(tǒng)一整體， 隨后又經(jīng)歷了板內(nèi)的拉伸-破壞事件(Zhai and Liu， 2003； 翟明國等， 2007； Zhai and Santosh， 2011)； 另一種觀點(diǎn)認(rèn)為華北克拉通直到古元古代晚期(～1.85 Ga)才完成最終的克拉通化(Zhaoetal., 1998， 1999a， 1999b， 2001， 2005； Kr?neretal., 2006)。確定華北克拉通新太古代晚期至古元古代晚期的演化過程， 對(duì)認(rèn)識(shí)華北克拉通化時(shí)代和拼合方式具有重要的指示意義。

膠-遼-吉帶是一條位于華北克拉通東南緣呈北東-南西向展布的古元古代活動(dòng)帶(圖1)。該活動(dòng)帶出露和保存了巨量的古元古代(2.2～2.0 Ga)變質(zhì)(火山)沉積巖系和巖漿巖， 為探討華北克拉通新太古代晚期到古元古代晚期之間的構(gòu)造演化過程提供了重要的研究對(duì)象。前人對(duì)膠-遼-吉帶北段遼吉地區(qū)的變沉積巖沉積時(shí)代、物源以及沉積環(huán)境， 巖漿巖的成因與形成構(gòu)造背景開展了大量的研究， 并提出多種構(gòu)造演化模式(例如， Luoetal., 2004， 2008； Li and Zhao， 2007； Wangetal., 2017； Xu and Liu， 2019)。例如， Luo 等(2004， 2008)發(fā)現(xiàn)南、北遼河變沉積巖中碎屑鋯石具有相似的年齡分布特征和Hf同位素組成， 指示南、北遼河群之下的基底很可能發(fā)育在是同一太古宙陸塊之上。南、北遼河群界限兩側(cè)古元古代中期遼吉花崗巖具有相似的Nd同位素組成， 也暗示南、北遼河群之下具有相似的太古宙基底(Li and Zhao， 2007)。這些結(jié)果均支持陸內(nèi)裂谷打開-閉合模式， 即膠-遼-吉帶由同一陸塊經(jīng)歷古元古代裂谷作用打開(可能打開至形成洋盆)和閉合形成(例如， 張秋生等， 1988； Luoetal., 2004， 2008； Lietal., 2005； Li and Zhao， 2007； Tametal., 2011， 2012； Wangetal., 2016)。一些研究人員(Faureetal., 2004； Li and Chen， 2014； Yuanetal., 2015)在遼吉地區(qū)發(fā)現(xiàn)具有弧地球化學(xué)特征的2.2～2.1 Ga巖漿巖， 支持膠-遼-吉帶的陸-弧-陸碰撞模式。最近， 一些研究人員(例如， 王惠初等， 2011； Mengetal., 2014； Xuetal., 2018； Xu and Liu， 2019)認(rèn)為遼吉地區(qū)2.2～2.1 Ga巖漿巖形成于弧后環(huán)境， 進(jìn)一步提出弧后盆地的打開和閉合模式。與遼吉地區(qū)相比， 活動(dòng)帶南段膠北地體在相關(guān)方面的研究十分薄弱， 古元古代巖漿巖的研究程度低， 這也制約了遼吉地區(qū)和膠北地體古元古代構(gòu)造演化的對(duì)比研究以及綜合認(rèn)識(shí)膠-遼-吉帶構(gòu)造演化過程的研究。與遼吉地區(qū)不同， 膠北地體已識(shí)別的2.2～2.0 Ga花崗片麻巖相對(duì)較少， 僅在昌邑、萊陽和郭城等地有少量報(bào)道， 且研究工作主要集中在鋯石U-Pb年齡和Hf同位素方面， 全巖地球化學(xué)、巖石類型以及巖石成因等方面的研究薄弱(劉建輝等， 2011； Liuetal., 2014； Lanetal., 2015； 王惠初等， 2015； Chengetal., 2017； 田瑞聰?shù)龋?2017； 肖志斌等， 2017)。本文新識(shí)別了幾處2.2～2.0 Ga的花崗片麻巖， 報(bào)道了它們的鋯石U-Pb年齡和全巖地球化學(xué)組成， 并補(bǔ)充了前人(劉建輝等， 2011)報(bào)道的顧家村花崗片麻巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù)。結(jié)合前人研究成果， 探討膠北地體古元古代花崗片麻巖的巖石類型、成因以及形成環(huán)境， 為深入認(rèn)識(shí)膠北地體古元古代構(gòu)造演化過程提供一些新的制約。

1 地質(zhì)背景

膠北地體西面與魯西地區(qū)以郯廬斷裂帶為界， 東面以五蓮-煙臺(tái)斷裂為界與蘇魯超高壓變質(zhì)帶相接(圖1a)。膠北地區(qū)出露巖石主要由太古宙基底巖石、古元古代粉子山群和荊山群、中-新元古代淺變質(zhì)的芝罘群、蓬萊群以及中生代侵入巖和沉積-火山蓋層組成。太古宙基底巖石主要分布在棲霞地區(qū)， 由中-新太古代花崗質(zhì)片麻巖和表殼巖組成。由于遭受后期變質(zhì)作用的影響， 這些巖石普遍發(fā)育變形作用， 局部發(fā)生強(qiáng)烈的深熔作用。鋯石年代學(xué)結(jié)果表明， 太古宙花崗質(zhì)片麻巖及表殼巖的原巖形成于～2.9 Ga、～2.7 Ga和～2.5 Ga(Tangetal., 2007； Jahnetal., 2008； 劉建輝等， 2011； Wangetal., 2014； Wuetal., 2014； Xieetal., 2014)。這些太古宙基底巖石普遍經(jīng)歷了～2.5 Ga的變質(zhì)作用， 少量新太古代花崗質(zhì)巖石和一些基性巖包體還記錄了古元古代晚期(1.90～1.80 Ga)的變質(zhì)年齡(Jahnetal., 2008； 劉建輝等， 2011； Wuetal., 2014； Xieetal., 2014)。古元古代表殼巖荊山群分布在萊陽-平度一帶， 粉子山群主要分布在棲霞廟后、萊州粉子山等地。二者原巖組合相似， 主要由富鋁的片巖-片麻巖、變粒巖、大理巖、長石石英巖和含石墨巖系組成， 其中荊山群經(jīng)歷高角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用， 局部可見高壓麻粒巖， 而粉子山群變質(zhì)級(jí)別較低， 為綠片巖相-角閃巖相。與廣泛出露的太古宙基底和古元古代表殼巖相比， 古元古代巖漿巖出露較少， 盡管在昌邑、萊陽等多地均有報(bào)道， 但出露規(guī)模均較小(圖1)。古元古代巖漿巖主要形成于2.19～2.05 Ga和1.87～1.80 Ga兩個(gè)時(shí)期(劉建輝等， 2011； Liuetal., 2014， 2017， 2018b； Lanetal., 2015； 王惠初等， 2015； Chengetal., 2017； Lietal., 2017； 田瑞聰?shù)龋?2017； 肖志斌等， 2017)。前一期花崗質(zhì)巖漿巖遭受古元古代晚期變質(zhì)作用改造， 均發(fā)生強(qiáng)烈的變形， 巖性主要為二長花崗巖和正長花崗巖； 后一期花崗巖未變形或弱變形， 部分具似斑狀結(jié)構(gòu)， 該期花崗巖主要由正長花崗巖、二長花崗巖和鈉長花崗巖組成。

2 野外產(chǎn)狀和樣品描述

對(duì)膠北郭城鎮(zhèn)東、牟平區(qū)遼上水庫、棲霞市北、萊西市南馬格莊村和顧家村5個(gè)地區(qū)古元古代中期的花崗片麻巖開展了樣品采集工作(圖1)， 包括6件鋯石U-Pb測年樣品和33件地球化學(xué)樣品。

2.1 郭城鎮(zhèn)東

該處露頭位于郭城鎮(zhèn)東約4 km的公路旁， 露頭沿公路呈北東-南西向延伸約200 m， 出露巖石新鮮， 為二長-正長花崗片麻巖。本次測年樣品JD1532為正長花崗片麻巖(圖2a)， 主要由鉀長石(40%～50%， 體積分?jǐn)?shù))和石英(40%～50%)組成(圖3a)， 斜長石和暗色礦物含量較低， 均為5%左右， 暗色礦物主要為黑云母。顯微鏡下， 斜長石可見聚片雙晶， 石英呈他形， 不等粒粒狀， 具波狀消光。

2.2 牟平區(qū)遼上水庫

露頭分布在遼上村東南的遼上水庫旁， 花崗片麻巖在東、西兩岸均有出露， 兩岸露頭均延伸近百米， 出露巖石新鮮， 變形強(qiáng)烈， 出露巖石主要為鈉長花崗片麻巖(圖2b)， 局部可見基性巖脈侵入。本次測年樣品JD1622采自水庫東岸， 主要由鈉長石(40%～50%)和石英(40%～50%)組成(圖3b)。此外， 樣品中還可見少量的白云母和黑云母(共約5%)。

2.3 萊西市南馬格莊村

花崗片麻巖出露在南馬格莊村北的兩處采坑內(nèi)。樣品JD1821采自距南馬格莊村約1.5 km的大型采坑內(nèi)(直徑約200 m)， 采坑內(nèi)出露巖石復(fù)雜， 主體為遭受不同程度變形改造的閃長-輝長巖， 后期的花崗巖脈穿插其中， 部分巖石破碎、風(fēng)化較強(qiáng)。在采坑北部變形較弱的閃長巖中可見長軸約4 m的二長花崗片麻巖包體(圖2c)， 二長花崗片麻巖中可見細(xì)小的花崗巖脈(脈寬1～2 cm)。JD1821采自該包體， 該露頭僅采集了測年樣品， 采樣過程中盡可能避開脈體。JD1821包含條紋長石(40%～50%)、石英(30%～40%)、黑云母(～10%)和少量角閃石(1%～5%)(圖3c)。條紋長石顆粒較大， 一般為0.3～0.5 cm。石英呈他形， 不等粒粒狀， 鋸齒狀邊緣， 具波狀消光。樣品JD1827和JD1830采自距南馬格莊村約500 m的采坑內(nèi)， 該采坑直徑約100 m， 出露巖石主要為中細(xì)粒正長花崗片麻巖， 從東向西， 粒度逐漸變粗。JD1827采自露頭東側(cè)， 新鮮(圖2d)。主要礦物為條紋長石(40%～50%)和石英(40%～50%)， 基本不含暗色礦物(圖3d)。條紋長石呈他形， 粒狀， 顆粒較大， 一般為0.5 ～ 1.0 cm。石英他形粒狀， 細(xì)粒， 一般小于0.1 cm。JD1830采自露頭中部， 暗色礦物含量相對(duì)較高， 中等風(fēng)化(圖2e)。主要礦物為長石(40%～50%)、石英(40%～50%)、黑云母(～10%)， 此外還含有少量角閃石(～5%)(圖3e)。長石以鉀長石和條紋長石為主。鉀長石可見格子雙晶。石英他形粒狀， 可見波狀消光。

2.4 棲霞市北

露頭位于棲霞市北約4 km的公路旁， 露頭呈東-西走向， 長約20 m， 出露巖石新鮮， 為正長花崗片麻巖(圖2f)。樣品JD18144采自該露頭， 主要礦物包括石英(45%～55%)、鉀長石(25%～35%)、白云母(10%～15%)和斜長石(5%～10%)(圖3f)。鉀長石可見格子雙晶。斜長石發(fā)生絹云母化。白云母呈鱗片狀， 定向排列。

2.5 顧家村

該地被農(nóng)田覆蓋嚴(yán)重， 花崗片麻巖出露在顧家村東南的小河溝和小采坑內(nèi)。出露巖石為二長花崗片麻巖， 主要礦物為石英(35%～45%)、鉀長石(25%～30%)、斜長石(20%～25%)以及少量角閃石和黑云母(～5%)。角閃石和黑云母呈定向排列， 石英明顯拉長。暗色礦物弱綠泥石化， 長石遭受不同程度的絹云母化。由于前人已對(duì)采坑內(nèi)的條帶狀二長花崗片麻巖進(jìn)行測年， 并獲得2 095 ± 12 Ma的原巖侵位年齡(劉建輝等， 2011)， 本次研究僅采集7件地球化學(xué)樣品。

3 分析方法

3.1 鋯石SHRIMP定年

鋯石U-Pb 定年在北京離子探針中心采用SHRIMP II完成。詳細(xì)分析方法見Williams(1998)。測試時(shí)一次流O-2強(qiáng)度為3～5 nA， 束斑直徑為25～30 μm。標(biāo)樣M257(U = 840 ×10-6， Nasdalaetal., 2008)和TEMORA 2(年齡為417 Ma， Blacketal., 2004)分別用于鋯石U含量測定和年齡校正。每分析3～4個(gè)未知樣品數(shù)據(jù)， 分析1次標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEM。每個(gè)分析點(diǎn)采用5組掃描。數(shù)據(jù)處理采用SQUID和ISOPLOT程序。根據(jù)實(shí)測204Pb含量進(jìn)行普通鉛校正， 采用206Pb/238U年齡為鋯石年齡， 同位素比值和單點(diǎn)年齡誤差均為1σ。加權(quán)平均年齡誤差為95%置信度。

3.2 全巖地球化學(xué)

全巖主、微量元素在中國地質(zhì)科學(xué)院國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心實(shí)驗(yàn)室和武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。挑選新鮮、均勻的樣品細(xì)碎至200目。國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心主量元素分析采用XRF玻璃熔片法完成， 儀器型號(hào)為帕納科PW4400， 分析精確度為2%～8%， FeO由濕化學(xué)法獲得， 換算后， 用XRF法獲得的TFe2O3減去FeO獲得Fe2O3。燒失量由將樣品在1 000℃加熱2 h， 復(fù)稱確定。微量元素采用ICP-MS溶液法分析， 儀器型號(hào)為PE300D。將粉末樣放入溶樣彈中， 用HF+HNO3消解， 然后將加好酸的溶樣彈放入鋼套， 放置在烘箱中， 190℃加熱48 h以上。大多數(shù)微量元素的精確度優(yōu)于5%。武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司與國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心分析方法相似， 主量元素分析利用XRF為日本理學(xué) PrimusⅡ， 微量元素分析利用ICP-MS為Agilent 7700e。主量元素分析精確度優(yōu)于5%， 微量元素分析精確度優(yōu)于5%～10%。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb定年結(jié)果

4.1.1 正長花崗片麻巖(JD1532)

樣品中鋯石多呈棱柱狀-橢球狀， 長軸為100～200 μm。CL圖像顯示， 這些鋯石發(fā)育復(fù)雜的核-幔-邊結(jié)構(gòu)(圖4a)。鋯石核部呈灰白色， 具有弱的振蕩環(huán)帶或均勻無分帶結(jié)構(gòu)， 鋯石幔部發(fā)光較強(qiáng)呈亮色， 邊部發(fā)光較弱呈灰黑色-黑色(圖4a)。鋯石的幔部和邊部通常較窄(小于20 μm)， 少量大于30 μm。對(duì)樣品中19顆鋯石進(jìn)行了23次U-Pb年齡測試。17個(gè)分析在鋯石核部測試點(diǎn)的U含量為143×10-6～595×10-6， Th/U值為0.45～0.77， 除2個(gè)測試點(diǎn)落在諧和線以下外， 剩余15個(gè)測試點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡分布在2 129～2 105 Ma之間， 它們的加權(quán)平均年齡為2 116 ± 4 Ma(MSWD = 0.94， 圖5a， 表1)， 代表花崗片麻巖原巖的侵入年齡。2個(gè)測試點(diǎn)分析在鋯石幔部， 其中一個(gè)測試點(diǎn)落在諧和線以下(點(diǎn)6.1)， 另一個(gè)測試點(diǎn)落在諧和線附近， 它的U含量為379×10-6， Th/U值為0.10，207Pb/206Pb年齡為1 935 ± 8 Ma， 可能代表早期的變質(zhì)年齡。分析在灰黑色-黑色邊部的4個(gè)測試點(diǎn)具有高的U含量(1 332×10-6～2 406×10-6)和低的Th/U值(0.03～0.05)， 它們的207Pb/206Pb年齡為1 856～1 868 Ma， 加權(quán)平均年齡為1 859 ± 4 Ma (MSWD = 1.00， 圖5a)， 代表晚期的變質(zhì)年齡。

表1 膠北古元古代中期花崗片麻巖鋯石SHRIMP U-Pb 定年結(jié)果

續(xù)表1-1 Continued Table 1-1

續(xù)表1-2 Continued Table 1-2

4.1.2 鈉長花崗片麻巖(JD1622)

樣品中鋯石大多為柱狀， 顆粒加大， 長軸150～250 μm。與JD1532相似， 該樣品中鋯石具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖4b)。鋯石核部呈灰白色， 發(fā)育弱的振蕩環(huán)帶或具有均勻無分帶結(jié)構(gòu)。鋯石幔部發(fā)光較強(qiáng)， 呈亮色， 均勻結(jié)構(gòu)。鋯石最外層為發(fā)光較弱， 呈灰黑-黑色， 帶狀分帶或無分帶結(jié)構(gòu)的邊部(圖4b)。對(duì)樣品中15顆鋯石進(jìn)行了21次U-Pb年齡測試。分析在核部的12個(gè)測試點(diǎn)的U含量為422×10-6～761×10-6， Th/U值為0.27～0.67， 其中11個(gè)測試點(diǎn)分布在諧和線附近， 它們的207Pb/206Pb年齡為2 122～2 100 Ma， 加權(quán)平均年齡為2 112 ± 6 Ma(MSWD = 0.48， 圖5b)， 代表花崗片麻巖原巖的侵入年齡。一個(gè)測試點(diǎn)(點(diǎn)15.3， 圖4b)分析在亮色的幔部， 它的U含量為78×10-6， Th/U值為0.46，207Pb/206Pb年齡為2 114 ± 30 Ma， 該年齡誤差相對(duì)較大， 且發(fā)生Pb丟失， 可能是后期改造的結(jié)果(圖5b)。8個(gè)測試點(diǎn)分析在灰黑-黑色的鋯石邊部， 它們的U含量為461×10-6～1 014×10-6， Th/U值為0.13～0.50， 除一個(gè)測試點(diǎn)(點(diǎn)8.1)發(fā)生強(qiáng)烈Pb丟失外， 其他測試點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡為1 850～1 841 Ma， 加權(quán)平均年齡為1 845 ± 6 Ma(MSWD = 0.16， 圖5b)， 代表變質(zhì)作用的時(shí)代。

在醫(yī)學(xué)生的本科學(xué)習(xí)過程中，對(duì)胃鏡知識(shí)涉及的章節(jié)有限，且不作為常規(guī)教學(xué)內(nèi)容，因此，研究生階段學(xué)習(xí)胃鏡的知識(shí)及操作可以幫助消化內(nèi)科專業(yè)的研究生加深對(duì)消化系統(tǒng)疾病的認(rèn)識(shí)并提高診治能力。就目前我科室內(nèi)鏡室對(duì)研究生胃鏡教學(xué)的現(xiàn)狀，有以下幾點(diǎn)思考。

4.1.3 二長花崗片麻巖(JD1821)

樣品中鋯石大多為橢球狀或短柱狀， 長軸為100～200 μm。樣品中鋯石發(fā)育核-幔-邊結(jié)構(gòu)， 鋯石核部大多發(fā)育清晰的振蕩環(huán)帶(圖4c)。鋯石幔部呈亮色， 邊部呈灰白色-灰色， 二者均為無分帶結(jié)構(gòu)， 且通常較窄(小于10 μm)， 少量鋯石核部呈港灣狀的區(qū)域發(fā)育較寬的幔和邊(例如顆粒3， 圖4c)。對(duì)樣品中13顆鋯石進(jìn)行了13次U-Pb年齡測試。12個(gè)測試點(diǎn)分析在鋯石核部， 它們的U含量為143×10-6～561×10-6， Th/U值為0.48～0.63，207Pb/206Pb年齡為2 129～2 115 Ma， 加權(quán)平均年齡為2 121 ± 7 Ma(MSWD = 0.18， 圖5c)， 代表花崗片麻巖原巖的侵入年齡。一個(gè)測試點(diǎn)分析在灰色的邊部(點(diǎn)3.1， 圖4c)， 它的U含量為269×10-6， Th/U值為0.01，207Pb/206Pb年齡為1 855 ± 14 Ma(圖5c)， 代表遭受的變質(zhì)作用的年齡。

4.1.4 正長花崗片麻巖(JD1827)

樣品中鋯石大多為長柱狀， 少量為短柱狀， 長軸大多在150～250 μm之間。這些鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 從核到邊依次發(fā)育灰色均勻或具有弱振蕩環(huán)帶的核部， 灰白色均勻的幔部， 黑色均勻的幔部和灰色帶狀、面狀或冷衫葉狀分帶的邊部(圖4d)。對(duì)15顆鋯石進(jìn)行了16次U-Pb年齡分析， 其中9個(gè)測試點(diǎn)分析在鋯石核部， 7個(gè)測試點(diǎn)分析在邊部。核部測試點(diǎn)的U含量為277×10-6～470×10-6， Th/U值為0.53～0.63，207Pb/206Pb年齡為2 127～2 107 Ma， 加權(quán)平均年齡為2 118 ± 7 Ma(MSWD = 0.53， 圖5d)， 代表原巖巖漿侵位的年齡。邊部測試點(diǎn)的U含量為209×10-6～685×10-6， Th/U值為0.03～0.62，207Pb/206Pb年齡為1 854～1 834 Ma， 加權(quán)平均年齡為1 848 ± 10 Ma(MSWD = 0.52， 圖5d)， 代表該樣品遭受變質(zhì)作用的年齡。

4.1.5 正長花崗片麻巖(JD1830)

樣品中鋯石為柱狀、橢球狀或等軸狀，粒徑變化較大， 主要為100～250 μm。與JD1827相似， 該樣品中鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 由核到邊依次發(fā)育灰白-灰色均勻或具有弱振蕩環(huán)帶的核部， 白色均勻的幔部， 黑色均勻的幔部以及灰色帶狀或面狀分帶的邊部(例如顆粒15， 圖4e)。部分鋯石改造較強(qiáng)， 核部已完全被白色或黑色的幔部取代， 少量鋯石改造較弱， 發(fā)育較窄的或缺失幔部和邊部(例如顆粒9， 圖4e)。本次共對(duì)18顆鋯石顆粒進(jìn)行了20次分析， 其中13個(gè)測試點(diǎn)分析在鋯石核部， 7個(gè)測試點(diǎn)分析在灰色的邊部。鋯石核部的U含量為101×10-6～671×10-6， Th/U值為0.56～0.68，207Pb/206Pb年齡為2 133～2 116 Ma， 加權(quán)平均年齡為2 125 ± 5 Ma(MSWD = 0.24， 圖5e)， 代表原巖巖漿侵位的年齡。鋯石邊部的U含量為160×10-6～326×10-6， Th/U值為0.47～0.57，207Pb/206Pb年齡為1 863～1 847 Ma， 加權(quán)平均年齡為1 853 ± 11 Ma (MSWD=0.13， 圖5e)， 解釋為變質(zhì)作用的年齡。

4.1.6 正長花崗片麻巖(JD18144)

樣品中鋯石大多為短柱狀， 粒徑為～100 μm， 鋯石顆粒內(nèi)部裂隙發(fā)育。這些鋯石發(fā)育弱的振蕩環(huán)帶， 挑選無裂隙、環(huán)帶發(fā)育的顆粒進(jìn)行鋯石U-Pb分析(圖4f)。分析在15顆鋯石上的15個(gè)測試點(diǎn)的U含量為127×10-6～354×10-6， Th/U值為0.37～0.67，207Pb/206Pb年齡為2 191～2 169 Ma。除3個(gè)測試點(diǎn)發(fā)生Pb丟失外， 其他12個(gè)相對(duì)集中且落在諧和線上的測試點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為2 184 ± 8 Ma(MSWD = 0.36， 圖5f)， 代表花崗片麻巖原巖的侵入年齡。

4.2 地球化學(xué)組成

表2 膠北古元古代中期花崗片麻巖主量(wB/%)、微量元素(wB/10-6)組成

續(xù)表2-1 Continued Table 2-1

續(xù)表2-2 Continued Table 2-2

郭城鎮(zhèn)正長-二長花崗片麻巖的地球化學(xué)組成變化較大， SiO2含量71.35%～78.36%、Al2O3含量9.97%～13.62%，TFeO含量0.88%～3.00%， MgO含量0.16%～1.10%， CaO含量0.12%～0.87%， Na2O含量0.96%～5.25%， K2O含量1.76%～8.89%(圖6)。它們具有高的Na2O + K2O含量(6.19%～9.93%)， K2O/Na2O變化較大(0.35～9.26)， A/CNK為1.01～1.13， 屬過鋁質(zhì)巖石(圖7a)。這些花崗片麻巖的微量元素和稀土元素組成也變化較大， ΣREE含量 58.00×10-6～1 074.00×10-6， Rb含量35.90×10-6～202.00×10-6， Ba含量258.00×10-6～4 220.00×10-6， Th含量11.10×10-6～207.00×10-6。這些樣品具有平坦至右傾的稀土元素配分型式， (La/Yb)N值為1.0～29.0， 明顯負(fù)的至無銪異常(Eu/Eu*=0.35～1.02)。盡管郭城花崗片麻巖的微量元素組成變化較大， 但在微量元素蛛網(wǎng)圖中均表現(xiàn)出明顯的Nb、Ta虧損和強(qiáng)烈的Sr的負(fù)異常(圖8c， 8d)。

遼上水庫鈉長花崗片麻巖具有高的SiO2(76.22%～79.97%)， 低的TFeO(0.37%～0.92%)， MgO(0.05%～0.19%)含量。這些樣品以富Na2O(4.99%～6.61%)和貧K2O(0.84%～3.17%)為特征(圖6)， 相應(yīng)的K2O/Na2O為0.13～0.60。它們的A/CNK為0.87～1.03， 屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)巖石(圖7a)。這些樣品的ΣREE為121.00×10-6～223.00×10-6， 輕稀土元素含量較低且分異不明顯， (La/Yb)N值為1.11～1.52， 它們具有明顯的負(fù)銪異常(Eu/Eu*=0.44～0.73)(圖8c)。遼上水庫花崗片麻巖的Th較高， 虧損Rb、Ba、Sr(圖8d)。由于輕稀土元素含量較低， 在蛛網(wǎng)圖中未表現(xiàn)出明顯的Nb、Ta虧損(圖8d)。

南馬格莊正長花崗片麻巖以高SiO2(71.89%～78.40%)和K2O(5.82%～6.44%)， 低Al2O3(10.38%～12.64%)、TFeO(2.24%～2.84%)和Na2O(1.90%～2.51%)含量為特征(圖6)。它們具有高的Na2O + K2O(8.27%～8.38%)和K2O/Na2O值(2.31～3.39)。這些樣品的A/CNK 為1.00～1.07， 屬弱過鋁質(zhì)巖石(圖7a)。在微量元素和稀土元素方面， 這些花崗片麻巖具有低的稀土含量， ΣREE為30.00×10-6～45.20×10-6， 富集輕稀土元素， (La/Yb)N值為5.6～11.0， 具有明顯的正銪異常(Eu/Eu*= 1.78～2.60)， 富集Rb、Ba， 虧損Nb、Ta(圖8a， 8b)。

棲霞北正長花崗片麻巖以高SiO2(81.51%～83.53%)為特征， 具有高的K2O(4.41%～5.53%)， 低的Al2O3(9.23%～10.55%)，TFeO(0.42%～0.81%)， MgO(0.18%～0.30%)， CaO(0.03%～0.04%)， Na2O(0.13%～0.18%)含量(圖6)。這些樣品具有低的Na2O + K2O(4.55%～5.70%)和異常高的K2O/Na2O值(30.55～35.26)。它們的A/CNK為1.50～1.92， 屬過鋁質(zhì)巖石(圖7a)。棲霞北花崗片麻巖ΣREE為171.00×10-6～276.00×10-6， 輕重稀土元素分異顯著， (La/Yb)N值為6.1～11.1， 具有明顯的負(fù)銪異常(Eu/Eu*= 0.40～0.44)， 富集Rb、Ba、Th和U， 虧損Nb、Ta和Sr(圖8e， 8f)。

顧家村二長花崗片麻巖具有相對(duì)均勻的地球化學(xué)組成， 它們的SiO2含量69.10%～71.40%、Al2O3含量12.00%～12.87%，TFeO含量3.74%～4.47%， MgO含量0.41%～0.91%， CaO含量1.00%～2.30%， Na2O含量3.02%～3.31%， K2O含量3.77%～4.45%(圖6)。這些樣品的Na2O + K2O為7.05%～7.71%， K2O/Na2O為1.15～1.43， A/CNK為0.88～1.12， 屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)巖石(圖7a)。

顧家二長花崗片麻巖的稀土元素總量為247.00×10-6～315.00×10-6， 富集輕稀土元素， (La/Yb)N值為8.0～9.9， 具有明顯的負(fù)銪異常(Eu/Eu*= 0.57～0.64)(圖8a)， 富集Rb、Ba、Th、Pb， 虧損Nb、Ta、Sr(圖8b)。

5 討論

5.1 膠北古元古代中期巖漿作用

近年來， 研究人員在膠北地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)少量古元古代中期的花崗片麻巖(圖1， 表3)， 包括顧家村2 095±12 Ma的條帶狀黑云角閃二長花崗片麻巖(劉建輝等， 2011)， 黑石村2 181±12 Ma的黑云二長花崗片麻巖(Liuetal., 2014)， 昌邑地區(qū)2 193～2 045 Ma的花崗片麻巖(Lanetal., 2015； 王惠初等， 2015； 田瑞聰?shù)龋?2017； 肖志斌等， 2017)以及郭城鎮(zhèn)牧牛山2 110～2 105 Ma的二長花崗片麻巖(Chengetal., 2017)。結(jié)合本次在萊西、郭城鎮(zhèn)、棲霞等地獲得的年代學(xué)結(jié)果， 可以發(fā)現(xiàn)膠北地體古元古代中期的花崗片麻巖分布較廣， 主要形成于2.13～2.10 Ga和2.19～2.17 Ga兩個(gè)階段(圖9)。粉子山群和荊山群變沉積巖中含有大量2.2～2.0 Ga的碎屑鋯石， 也暗示膠北地體經(jīng)歷了強(qiáng)烈的2.2～2.0 Ga巖漿活動(dòng)(Wanetal., 2006； 謝士穩(wěn)， 2012； 謝士穩(wěn)等， 2014； 劉福來等， 2015； Liuetal., 2018b)。

表3 膠北古元古代中期花崗片麻巖結(jié)晶年齡統(tǒng)計(jì)表

5.2 巖漿演化與巖石成因

盡管膠北不同時(shí)代、地區(qū)的古元古代花崗片麻巖的地球化學(xué)組成存在很大的差異(表2， 圖6～圖8)， 但是這些花崗片麻巖普遍具有高的SiO2、Na2O+K2O、Zr含量， 顯著低的Sr含量和負(fù)的Eu異常(南馬格莊樣品除外)。絕大多數(shù)花崗片麻巖具有高的Zr+Nb+Ce+Y(大于350×10-6)和10 000 Ga/Al值(除昌邑2.19～2.17 Ga的花崗片麻巖較低外， 其他樣品普遍大于2.6)。在Whalen等(1987)花崗巖分類圖解中， 均落在A型花崗巖區(qū)域(圖10)。由于分離結(jié)晶作用， 導(dǎo)致高分異的I和S型花崗巖與A型花崗巖具有相似的地球化學(xué)特征。例如， 很多高分異的花崗巖同樣具有高的10 000 Ga/Al值， 以致它們在巖石分類判別圖中落在A型花崗巖區(qū)域(Pérez-Soba and Villaseca， 2010； Breiteretal., 2013； 吳福元等， 2017)。同樣， A型花崗巖經(jīng)歷強(qiáng)烈的結(jié)晶分異作用， 也會(huì)表現(xiàn)出高分異花崗巖的特征(Kingetal., 2001； 吳福元等， 2017)。通過對(duì)比， 吳福元等(2017)提出A型花崗巖經(jīng)歷結(jié)晶分異作用， 表現(xiàn)為從A型花崗巖向高分異花崗巖演化的趨勢。而I和S型花崗巖在結(jié)晶分異過程中， 10 000 Ga/Al值逐漸升高， 顯示與A型花崗巖分異相反的趨勢(圖10a)。膠北古元古代中期的花崗片麻巖大多具有高硅的特征， 但在圖中表現(xiàn)出A型花崗巖演化的趨勢(圖10a)。此外， 高分異的I或S型花崗巖的Rb/Ba和Zr+Ce+Y值具有明顯的負(fù)相關(guān)性， 而A型花崗巖相應(yīng)的值之間沒有明顯的相互關(guān)系(Whalenetal., 1987)。膠北不同地區(qū)的花崗片麻巖的Rb/Ba值和Zr+Ce+Y含量均無明顯的相關(guān)性， 呈分散狀分布(圖7b)。另一方面， A型花崗巖的一大特點(diǎn)是高溫， 膠北古元古代中期的花崗片麻巖大多具有高的Zr含量(>200×10-6)， 應(yīng)用鋯石飽和溫度計(jì)估算(Watson and Harrison， 1983)， 除昌邑一件2 045 Ma的花崗片麻巖樣品給出原巖巖漿溫度tZr為781℃外， 其他樣品原巖的巖漿溫度均大于820℃(圖11)， 明顯高于分異和未分異的I型花崗巖(Kingetal., 1997)。以上結(jié)果均支持膠北古元古代中期的花崗片麻巖原巖為A型花崗巖。

關(guān)于A型花崗巖的成因有多種模式， 其巖漿源區(qū)物質(zhì)來自幔源巖漿(Eby， 1990， 1992； Turneretal., 1992； Frostetal., 1999； Mushkinetal., 2003)、地殼物質(zhì)重熔(Collinsetal.,1982； Whalenetal., 1987； Creaseretal., 1991； Kingetal., 2001)還是殼源與幔源巖漿的混合(Kerr and Fryer， 1993； Wickhametal., 1996； Mingrametal., 2000； Yangetal., 2006)一直是研究的焦點(diǎn)。膠北2.19～2.17 Ga的花崗片麻巖的SiO2含量大多高于76%， 且具有低的鋯石εHf(t)值(-7.4～-2.9)(Liuetal., 2014； Lanetal., 2015； 田瑞聰?shù)龋?2017)， 這些結(jié)果不支持該期花崗片麻巖原巖來自幔源巖漿的分異。此外， 該期花崗片麻巖的野外露頭中未見基性巖包體， 全巖的εHf(t)值不隨SiO2含量的變化而變化， 不支持巖漿混合的成因(Lanetal., 2015)。晚于～2.13 Ga的花崗片麻巖的SiO2含量變化較大(69.10%～79.97%)，εHf(t)值偏高(-2.9～+4.1)(Liuetal., 2014； Chengetal., 2017； 田瑞聰?shù)龋?2017； 肖志斌等， 2017)。盡管該期花崗片麻巖的鋯石εHf(t)值大多大于0， 但均遠(yuǎn)低于同時(shí)期的虧損地幔演化值， 落在膠北～2.5 Ga TTG鋯石Hf同位素大陸地殼演化值范圍內(nèi)(圖12)。此外， 該期花崗片麻巖的野外露頭中也未見基性巖包體， 不同地區(qū)、不同類型花崗片麻巖之間具有一致的鋯石εHf(t)值(圖12)， 這些結(jié)果表明， 晚于～2.13 Ga的花崗片麻巖原巖可能也不是來自幔源巖漿的分異或殼源和幔源巖漿的混合。Creaser等(1991)認(rèn)為英云閃長質(zhì)和花崗閃長質(zhì)巖石作為源巖可以熔融形成A型花崗巖。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究也證實(shí)， 在低壓、高溫的條件下， 英云閃長巖和花崗閃長巖通過脫水熔融可以產(chǎn)生A型花崗質(zhì)熔體(Skjerlie and Johnston， 1992； Patio Douce， 1997)。膠北地區(qū)廣泛出露～2.9 Ga、～2.7 Ga和～2.5 Ga的TTG片麻巖(例如， Jahnetal., 2008； 劉建輝等， 2011； Wuetal., 2014； Xieetal., 2014； 謝士穩(wěn)等， 2015)。對(duì)比鋯石Hf同位素組成， 可以發(fā)現(xiàn)2.19～2.17 Ga花崗片麻巖與～2.9 Ga和～2.7 Ga TTG片麻巖的鋯石Hf模式年齡(tDM2)相當(dāng)， 而晚于～2.13 Ga的花崗片麻巖的鋯石tDM2值偏年輕， 與～2.5 Ga的TTG相似。在圖12中， 2.19～2.17 Ga的花崗片麻巖的鋯石εHf(t)值位于～2.9 Ga和～2.7 Ga TTG片麻巖Hf同位素組成的平均地殼演化線上， 而晚于～2.13 Ga的花崗片麻巖的鋯石εHf(t)值落在～2.5 Ga TTG片麻巖Hf同位素組成的平均地殼演化線上(圖12)。這些結(jié)果支持膠北古元古代中期的花崗片麻巖原巖由太古宙TTG在高溫條件下部分熔融而成， 2.19～2.17 Ga的花崗片麻巖原巖可能由～2.9 Ga和～2.7 Ga TTG片麻巖重熔而成， 而晚于～2.13 Ga的花崗片麻巖原巖由～2.5 Ga的TTG巖石部分熔融而成。值得注意的是， 2.19～2.17 Ga花崗片麻巖的Zr含量和鋯石飽和溫度低于～2.13 Ga之后的花崗片麻巖(圖11)， 指示相對(duì)于2.19～2.17 Ga花崗片麻巖， 2.13 Ga之后的花崗片麻巖原巖可能形成于更高的溫度。

5.3 膠北地體古元古代中期構(gòu)造演化過程

盡管A型花崗巖的形成環(huán)境多種多樣， 但是A型花崗巖形成需要在淺部地殼高溫部分熔融而成， 這種環(huán)境大多只會(huì)在拉張情況下出現(xiàn)， 因此A型花崗巖是判斷伸展背景的重要巖石學(xué)標(biāo)志(吳福元等， 2007)。膠北古元古代中期花崗片麻巖原巖為A型花崗巖， 反映當(dāng)時(shí)處于伸展環(huán)境。由圖9可見， 膠北花崗片麻巖原巖主要形成于2.19～2.17 Ga和2.13～2.10 Ga兩個(gè)階段， 且兩期花崗片麻巖原巖的形成溫度和源區(qū)存在明顯的差異(圖11， 圖12)， 暗示著膠北可能先后經(jīng)歷了兩期不同的拉張作用， 而不是持續(xù)的拉張。Eby(1992)將A型花崗巖劃分為A1和A2兩種類型。A1型被認(rèn)為代表一種熱點(diǎn)、地幔柱或大陸裂谷背景下的非造山環(huán)境， 而A2型可形成于多種構(gòu)造環(huán)境， 包括后碰撞環(huán)境。根據(jù)Eby(1992)的分類， 膠北古元古代中期的花崗片麻巖絕大多數(shù)落在A2型花崗巖區(qū)域， 其原巖應(yīng)屬于A2型花崗巖(圖13)， 暗示它們可能不是形成于非造山的拉張環(huán)境(例如， 板內(nèi)裂谷環(huán)境)， 可能與后碰撞環(huán)境有關(guān)。但是值得注意的是， 膠北地區(qū)古元古代中-早期未發(fā)現(xiàn)板塊碰撞的記錄， 被認(rèn)為與板塊俯沖碰撞作用有關(guān)的高壓麻粒巖形成于古元古代晚期(1.93～1.80 Ga； 例如， Zhouetal., 2008； Tametal., 2011； Liuetal., 2013b， 2017)。因此， 膠北古元古代中期的花崗片麻巖原巖不可能形成于后碰撞環(huán)境。綜上所述， 膠北古元古代中期處于的伸展背景很可能與板內(nèi)裂谷和后碰撞背景無關(guān)?？紤]到膠-遼-吉帶內(nèi)發(fā)育～2.17 Ga與大洋板塊俯沖有關(guān)的鈣堿性長英質(zhì)弧火山巖(Xuetal., 2019)和～2.13 Ga具有島弧地球化學(xué)特征的拉斑-鈣堿性變鎂鐵質(zhì)巖石(Liuetal., 2018a)， 推測古元古代中期的拉張環(huán)境很可能與洋殼的俯沖過程有關(guān)(例如， 弧后拉伸)。

6 結(jié)論

(1) 膠北古元古代中期的花崗片麻巖原巖形成時(shí)代跨度較大(2 193～2 045 Ma)， 主要形成于2.19～2.17 Ga和2.13～2.10 Ga兩個(gè)階段。

(2) 這些花崗片麻巖具有高的Zr+Nb+Ce+Y含量和10 000Ga/Al值， 原巖屬A型花崗巖。

(3) 兩期花崗片麻巖原巖在源巖和形成溫度方面存在顯著差異， 2.19～2.17 Ga的A型花崗片麻巖原巖的源巖可能為膠北～2.9 Ga和～2.7 Ga的TTG， 而2.10～2.13 Ga的A型花崗片麻巖的原巖可能由膠北～2.5 Ga的TTG在更高的溫度下部分熔融而成。

(4) 膠北古元古代中期處于伸展背景， 可能先后經(jīng)歷了兩期不同的拉張作用。

致謝感謝邱嘯飛研究員提出的寶貴修改意見； 感謝北京離子探針中心劉建輝等在鋯石U-Pb年齡測試中給予的幫助。恰逢著名地質(zhì)學(xué)家沈其韓院士百歲壽誕， 謹(jǐn)以此文向先生致以崇高的敬意、獻(xiàn)上最美好的祝福。