夏應(yīng)冰，巫建華，姜 山，吳仁貴，劉 帥

1.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，南昌330013；2.核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗室培育基地（東華理工大學(xué)），南昌330013；3.核工業(yè)243地質(zhì)大隊，赤峰024006

冀北大灘盆地粗面巖的年代學(xué)、地球化學(xué)特征及成因研究

夏應(yīng)冰1，巫建華2*，姜 山3，吳仁貴1，劉 帥2

1.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，南昌330013；2.核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗室培育基地（東華理工大學(xué)），南昌330013；3.核工業(yè)243地質(zhì)大隊，赤峰024006

豐寧大灘盆地位于西拉木倫河斷裂帶以南的華北古板塊北緣，燕遼Mo-U-Ag-Pb-Zn多金屬成礦帶西段和沽源-紅山子鈾成礦帶西南段，空間上與賦存張麻井大型鈾鉬礦床的沽源盆地毗鄰。大灘盆地張家口組粗面巖-流紋巖組合構(gòu)成盆地的主體，是熱液型鈾礦的主要圍巖。粗面巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為140.3±1.4Ma（2σ,MSWD=1.09），地質(zhì)時代屬于早白堊世早期。具有較高的SiO2、K2O+Na2O含量，SiO2=61.6%～63.1%，K2O+Na2O=9.28%～10.2%，在K2O-SiO2圖解中投影點(diǎn)落在橄欖玄粗巖系列范圍，TAS圖解上都落在堿性系列粗面巖或粗面英安巖范圍，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)礦物Q含量為12.9%～18.4%（小于20%），屬典型的粗面巖。稀土元素含量高，富集輕稀土，銪負(fù)異常不明顯，ΣREE=（279～318）×10-6，δEu=0.77～0.88，稀土配分曲線圖表現(xiàn)為右傾的輕稀土富集型，具高壓型粗面巖的稀土元素特征；富集大離子親石元素K、Rb、Ba、Pb和高場強(qiáng)元素Zr、Y，虧損Nb、Ta、Sr、Ti元素。較低的Ti/Zr（8.40～14.72）、Nb/Ta（14.07～15.26）比值，較高的Rb/Sr（0.95～1.60），具有高Sr-Ba英安巖-流紋巖的微量元素的特征；具有較高的（87Sr/86Sr）i（0.7077～0.7096）、較低的εNd(t)（-12.09～-10.67），較大的TDM2（1911～1796Ma），較低的（206Pb/204Pb）t（16.92～17.04）、（207Pb/204Pb）t（15.39～15.42）和（208Pb/204Pb）t（37.58～37.67），在（87Sr/86Sr）i-t/Ga和（208Pb/204Pb）t-（206Pb/204Pb）t圖解上投影點(diǎn)位于下地殼和地幔之間，并靠近EMⅠ富集地幔，在εNd(t)-（87Sr/86Sr）i圖解上投影點(diǎn)位于EMⅠ富集地幔演化線上，與漢諾壩二輝麻粒巖包體的區(qū)域一致?？梢姡鬄┡璧卮置鎺r的成因可用兩階段模式進(jìn)行解釋：古元古代源于EMⅠ富集地幔的巖漿與少量古老下地殼物質(zhì)部分熔融產(chǎn)物混合形成年輕下地殼，早白堊世早期在加厚地殼背景下年輕下地殼部分熔融形成的巖漿噴出地表形成粗面巖。

粗面巖；成因；Sr-Nd-Pb同位素；年輕下地殼；早白堊世早期；大灘盆地

粗面巖（正長巖）巖漿的起源較為復(fù)雜，大致可歸結(jié)為五類：（1）直接起源于地幔（Lauri and Mǎnttǎri,2002;任康緒等,2006;Kumar et a1.,2007;李洪英等,2009）；（2）幔源巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物（李伍平等，2001;Yang et a1., 2005;Upadhyay eta1.,2006；馮光英等,2011;鄧晉福等,2011;李可等,2012；陳斌等，2013）；（3）由幔源玄武質(zhì)巖漿和殼源的花崗質(zhì)巖漿混合產(chǎn)生（Zhaoetal.,1995;Mingram eta1.,2000;包志偉等, 2003;文霞和馬昌前,2013;劉源等,2015）；（4）由下地殼部分熔融產(chǎn)生（李伍平等,2000;李曉勇等,2004）；（5）由加厚的新生下地殼部分熔融產(chǎn)生（孫德有等,2011;項媛馨和巫建華,2011;鐘志菲和巫建華,2015）。

中國東部、俄羅斯東部和蒙古東部的歐亞板塊東緣廣泛發(fā)育了中生代火山巖和與火山巖有關(guān)的熱液型鈾礦，其中早白堊世早期高鉀鈣堿性流紋巖-堿性粗面巖組合不僅構(gòu)成了火山巖帶的主體，也是與火山巖有關(guān)的熱液型鈾礦的主要圍巖，特別是大興安嶺、冀北-遼西、武夷火山巖帶的高鉀鈣堿性流紋巖-堿性粗面巖組合是已探明的絕大多數(shù)與火山巖有關(guān)的熱液型鈾礦的賦礦圍巖（巫建華等，2014）。橫跨冀北-遼西火山巖帶和大興安嶺火山巖帶的沽源-紅山子鈾成礦帶是我國重要的與火山巖有關(guān)的熱液型鈾成礦帶，該成礦帶西南段的沽源盆地張家口組高鉀鈣堿性流紋巖-堿性粗面巖組合中已發(fā)現(xiàn)了張麻井大型鈾鉬礦床、大官廠小型鈾鉬礦床和眾多的鈾礦點(diǎn)、鈾礦化異常點(diǎn)。其中張麻井大型鈾鉬礦床賦存在張家口組第三段流紋巖與流紋斑巖接觸帶附近，主要礦體位于內(nèi)接觸帶，少量礦體位于外接觸帶；大官廠小型鈾鉬礦床賦存在張家口組第二段粗面巖中（巫建華等，2015）。與沽源盆地毗鄰的豐寧大灘盆地發(fā)現(xiàn)高鉀鈣堿性流紋巖-堿性粗面巖組合發(fā)育，而且鈾礦點(diǎn)、鈾礦化異常點(diǎn)眾多，近年來核工業(yè)243大隊在開展沽源-紅山子鈾成礦帶鈾礦勘查（姜山等，2011；祝洪濤等，2014）的過程中加大了對大灘盆地高鉀鈣堿性流紋巖-堿性粗面巖組合分布區(qū)的勘查力度，并取得了較好的成果。雖然鈾礦地質(zhì)工作者認(rèn)知了高鉀鈣堿性流紋巖-堿性粗面巖組合與熱液型鈾礦存在密切的時空關(guān)系，但賦存鈾礦的高鉀鈣堿性流紋巖-堿性粗面巖組合的特征和成因尚缺乏系統(tǒng)地研究。張雅菲等（2016）對大灘盆地高鉀鈣堿性流紋巖進(jìn)行了年代學(xué)和地球化學(xué)特征研究，提出流紋巖是下地殼中-上部在一定的溫壓條件下發(fā)生部分熔融形成的。本文在此基礎(chǔ)上，選擇大灘盆地張家口組第二段的粗面巖為研究對象，通過SHRIMP鋯石U-Pb年齡的測定確定粗面巖的地質(zhì)時代，通過主量元素、微量元素、Sr-Nd-Pb同位素的系統(tǒng)研究來分析粗面巖的物質(zhì)來源、形成的構(gòu)造環(huán)境。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

大灘火山巖盆地位于河北省承德市豐寧滿族自治縣北部，向北和向西分別與多倫縣和沽源縣接壤。從大地構(gòu)造位置來看，它位于西拉木倫河斷裂帶以南的華北古板塊北緣，燕遼多金屬（Mo-U-Ag-Pb-Zn）成礦帶西段和沽源-紅山子鈾成礦亞帶西南段，空間上與賦存張麻井大型鈾鉬礦床的沽源盆地同處蔡家營-御道口斷裂西南部的NEE向斷陷帶內(nèi)（張雅菲等，2016）。盆地的火山巖系是由土城子組和張家口組組成，不整合于新太古界紅旗營子群變質(zhì)巖系和海西期花崗巖上，不整合于下白堊統(tǒng)熱河群火山-沉積巖系之下（圖1）。紅旗營子群為大理巖、石英巖、淺粒巖和黑云母變粒巖。土城子組是以紫紅色為主的雜色砂礫巖、砂巖、粉砂巖、頁巖。張家口組厚度巨大，構(gòu)成火山盆地的主體，可劃分為三個巖性段，下段為流紋質(zhì)熔結(jié)角礫巖、角礫凝灰?guī)r和熔結(jié)凝灰?guī)r夾流紋巖；中段為粗面巖和石英粗面巖夾少量流紋巖，厚度較大，且分布廣泛；上段以酸性熔巖和火山碎屑巖為主夾火山碎屑沉積巖。熱河群為一套雜色火山-沉積巖系，在森吉圖一帶出露完整，自下而上分為大北溝組、義縣組、下店組和青石砬組。這次研究的粗面巖樣品取自核工業(yè)243大隊鈾礦勘查實(shí)施的鉆孔，巖石較為新鮮，具有粗面結(jié)構(gòu)或含斑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶為鉀長石和少量斜長石，基質(zhì)主要為隱晶質(zhì)堿性長石、石英、暗色礦物組成。

圖1 冀北大灘盆地地理位置（a，據(jù)孟凡超等，2013）及地質(zhì)簡圖（b，據(jù)張雅菲等，2016）Fig.1 Geographical(a)and geological(b)sketchmapsof the Datan volcanic basin in the northern HebeiProvince

2 分析方法

2.1 SHRIMP鋯石U-Pb定年

取大約10 kg的樣品（FN106），將其破碎至80～120目，利用重砂方法分選出鋯石，然后在雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石晶體，將挑選好的鋯石和數(shù)粒標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEM（年齡為417Ma）固定于環(huán)氧樹脂中，制成樣品靶。干燥后，打磨、拋光使鋯石露出約一半。隨后，進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光顯微照相，以輔助隨后進(jìn)行的U-Pb測試選點(diǎn)。鋯石的透射光、反射光和陰極發(fā)光圖像分析在中國地質(zhì)科學(xué)研究院電子探針實(shí)驗室完成，SHRIMP鋯石U-Pb同位素分析在北京離子探針中心SHRIMP II上完成。做實(shí)驗時，盡量選擇晶體完整、無裂紋、無包裹體以及具有明顯環(huán)帶結(jié)構(gòu)的鋯石，有助于得到較準(zhǔn)確的火山巖成巖年齡。儀器測試時，使用跳峰掃描，一次離子約為4.5 nA、10 kV的O2-,離子束的直徑大約為20～30μm，每個測試點(diǎn)都需掃描5次，以5次掃描的加權(quán)平均值（誤差為1σ）作為單個測試點(diǎn)年齡數(shù)據(jù)。樣品年齡是采用206Pb/238U年齡，是測試點(diǎn)的206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值。詳細(xì)的分析流程和原理參見宋彪等（2002）。數(shù)據(jù)處理、年齡計算采用Ludwig博士編寫的SQUID 1.0及ISOPLOT程序。大灘盆地粗面巖SHRIMP鋯石U-Th-Pb同位素分析結(jié)果列于表1。

2.2 主量元素和微量元素分析

將鉆孔中取得的新鮮粗面巖進(jìn)行破碎、磨碎至200目，稱取30 g樣品粉末放置干凈的自封袋內(nèi)保存。主量元素數(shù)據(jù)測試是在南京大學(xué)地球科學(xué)系中心實(shí)驗室完成，采用濕化學(xué)方法（精度優(yōu)于1%）和ICP-AES（型號JY38S）方法測定。微量元素（包括稀土元素）數(shù)據(jù)在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗室采用ICP-MS（型號為Finnigan ElementⅡ）方法測定。詳細(xì)的樣品制備、分析流程及對國際標(biāo)準(zhǔn)樣品的測定結(jié)果見高劍峰等（2003）。大灘盆地粗面巖主、微量元素分析結(jié)果列于表2。

2.3 Sr-Nd-Pb同位素分析

Sr-Nd-Pb的化學(xué)分離和同位素比值測量在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所固體同位素地球化學(xué)實(shí)驗室完成。稱取適量全巖粉末樣品，加人適量的87Rb-84Sr和149Sm-150Nd混合稀釋劑和純化的HF-HClO4混合試劑后，在高溫下充分溶解，Pb同位素采用HF-HNO3混合酸在高溫高壓條件下將粉末樣品完全溶解，利用離子交換樹脂分離后在德國Finnigna公司MAT-262熱電離質(zhì)譜計上測試。Sr和Nd同位素比值測定分別采用87Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，Rb-Sr和Sm-Nd的全流程實(shí)驗本底分別小于100Pg和50Pg，Pb同位素測量采用硅膠發(fā)射劑和Re金屬帶，測試溫度在1300℃左右，Pb的全流程本底小于200Pg。具體化學(xué)流程和同位素比值測試參見Chen等（2000；2002）。實(shí)驗過程中國際標(biāo)樣分析結(jié)果分別為，NBS987:87Sr/86Sr=0.710243±31 (2σn,n=5)；BCR-1：143Nd/144Nd=0.512656±10(2σn,n= 1)；NBS981:207Pb/206Pb=0.91348±9(2σn,n=6)。大灘盆地粗面巖Sr-Nd-Pb同位素分析結(jié)果列于表3、圖2。

表1 大灘粗面巖SHRIMP鋯石U-Th-Pb分析結(jié)果Table1 SHRIMPZirconsU-Th-Pb results from the Datan trachyte

3 SHRIMP鋯石U-Pb年齡

粗面巖（樣號：FN106）的鋯石為無色透明，多成短柱狀，鋯石的大小多在100～150μm之間，陰極發(fā)光圖像顯示鋯石多具有清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)（圖3），U、Th含量分別是21×10-6～206×10-6，8×10-6～167×10-6，Th/U（0.53～0.81）比值高，表明這些鋯石屬于巖漿成因鋯石。分析的14顆鋯石的U-Th-Pb數(shù)據(jù)（如表1），206Pb/238U的年齡在134.4～147.3Ma之間，在諧和線（圖2）上有2個分析點(diǎn)（點(diǎn)5.1和點(diǎn)11.1）的數(shù)據(jù)偏離數(shù)據(jù)組，若剔除這兩個數(shù)據(jù)，其余12個分析點(diǎn)數(shù)據(jù)的加權(quán)平均年齡為140.3±1.4Ma（2σ，MSWD=1.09）。根據(jù)國際地層表（Gradstein etal.,2004；章森桂等，2009），晚侏羅世與早白堊世的界線劃在145.5±4Ma，指示粗面巖的地質(zhì)時代屬早白堊世早期，與沽源盆地賦礦流紋巖、流紋斑巖（SHRIMP鋯石U-Pb年齡分別為138.6±1.4Ma，MSWD=2.4和140.2±1.6Ma，MSWD=2.2，巫建華等，2015）和大灘盆地流紋巖、花崗斑巖（SHRIMP鋯石U-Pb年齡分別為140.2±1.9Ma，MSWD=1.7和131.7±1.1Ma，MSWD= 0.8，張雅菲等，2016）屬同期火山活動的產(chǎn)物。

表2 大灘盆地粗面巖主元素（×10-2）、微量元素（×10-6）分析結(jié)果及有關(guān)參數(shù)Table2 Major(×10-2)and traceelements(×10-6)of the trachyte from Datan Basin

表3 大灘盆地盆地粗面巖Sr-Nd-Pb同位素分析結(jié)果及有關(guān)參數(shù)Table3 Sr-Nd-Pb isotopic compositionsof the trachyte from Datan Basin

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

巖石具有高鉀、高堿的特征，SiO2=61.6%～63.1%(平均62.4%)，K2O=5.30%～7.76%（平均6.40%），Na2O=2.41%～3.98%（平均3.35%），K2O+ Na2O=9.28%～10.2%（平9.73%），K2O/Na2O=1.33～3.22（平均2.03），在K2O-SiO2圖解（圖4a）中投影點(diǎn)落在橄欖玄粗巖系列范圍，TAS圖解（圖4b）中樣品落在堿性系列粗面巖或粗面英安巖區(qū)，結(jié)合CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物Q=12.9%～18.4%（平均16.6%），含量小于20%，屬于堿性粗面巖。

4.2 微量元素

粗面巖的ΣREE值高，ΣREE=279×10-6～318× 10-6（平均302×10-6）。輕重稀土元素分餾明顯，ΣLREE=254×10-6～287×10-6（平均274×10-6），ΣHREE=24.9×10-6～36.5×10-6（平均28.5×10-6），（La/Sm）N=3.54～3.92（平均3.72），（La/Yb）N= 7.58～14.9（平均11.56），（Gd/Yb）N=1.41～2.09（平均1.96），在稀土配分曲線（圖5a）上呈明顯的右傾輕稀土富集，δEu=0.77～0.88（平均0.80），無明顯的負(fù)銪異常特征，具高壓型粗面巖的稀土元素特征。

富集高場強(qiáng)元素Zr、Y和大離子親石元素K、 Rb、Ba、Pb，在微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖5b），Nb、Ta、Sr、Ti出現(xiàn)低谷，U、Th含量較低，Zr=436× 10-6～574×10-6（平均510×10-6），Rb=189×10-6～334×10-6（平均243×10-6），Ba=1116×10-6～1267×10-6（平均1202×10-6），Nb=17.8×10-6～19.5×10-6（平均18.5×10-6），Ta=1.18×10-6～1.32×10-6（平均1.26×10-6），Sr=172×10-6～210×10-6（平均193× 10-6），U=2.44×10-6～3.75×10-6（平均3.02×10-6），Th= 11.4×10-6～13.4×10-6（平均12.7），在Zr-Sr-Ba圖解（圖6）上樣品都落在高Sr-Ba英安巖區(qū)域。

圖2 大灘粗面巖鋯石206Pb/238U年齡和SHRIMP鋯石U-Pb諧和圖Fig.2206Pb/238U agesand SHRIMPU-Pb concordia diagram ofzircons from the Datan trachyte

圖3 大灘粗面巖鋯石陰極發(fā)光圖像、測定點(diǎn)和206Pb/238U年齡值及其誤差Fig.3 Cathodoluminescence images,detecting point,206Pb/238U agesand uncertainties from the Datan trachyte

4.3 Sr-Nd-Pb同位素特征

4.3.1 Sr同位素

粗面巖的（87Sr/86Sr）i=0.707703～0.709601（平均0.708350），明顯低于華北上地殼（0.712～0.720, Jahn etal.,1999），且明顯高于虧損地幔（0.7022～0.7035，Saunders etal.，1988）的（87Sr/86Sr）i值，略高于華北古板塊北緣后石湖山早白堊世早期張家口組粗面巖（0.7057～0.7073，文霞和馬昌前，2013）、承德早白堊世中期甲山正長巖（0.7059～0.7069，劉源等，2015）、北京西山早白堊世早期東嶺臺組粗面巖（0.7064～0.7067，李曉勇等，2004）、張家口水泉溝晚古生代正長巖（0.7040～0.7060，包志偉等，2003）、遼寧蓋縣梁屯-礦洞溝古元古代堿性正長巖（0.7045～0.7053，任康緒等，2006）的(87Sr/86Sr)i值。

圖4 大灘粗面巖K2O-SiO2（a）和TAS（b）圖解Fig.4 Diagramsof K2O-SiO2(a)and TAS(b)from the Datan trachyte

圖5 大灘粗面巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解（a）與微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)（球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989）Fig.5 Chondritenormalized REEpatterns(a)and primitive mantlenormalized spiderdiagrams(b)of theDatan trachyte

圖6 大灘粗面巖Zr-Ba-Sr圖解（底圖據(jù)Zhangetal.,2010）Fig.6 Diagram of Zr-Ba-Sr from the Datan trachyte

4.3.2 Nd同位素

粗面巖的εNd(t)=-12.09～-10.67（平均-11.50），與張家口水泉溝正長巖（-13.7～-3.41，包志偉等，2003）的εNd(t)值一致，但高于后石湖山張家口組粗面巖（-14.4～-13.0，文霞和馬昌前，2013）、北京西山東嶺臺組粗面巖（-16.3～-15.7，李曉勇等，2004）的εNd(t)值；低于承德甲山正長巖（-5.0～-0.9，劉源等，2015）、遼寧蓋縣梁屯-礦洞溝堿性正長巖（-4.1～-3.8，任康緒等，2006）的εNd(t)值。?Sm/Nd為-0.430～-0.399,在-0.6～-0.2之間，可得有明確地質(zhì)意義的TDM2值變化于1911～1796Ma（平均1864Ma），與張家口水泉溝正長巖（2290～1380Ma，包志偉等，2003）的TDM2值一致，但大于承德甲山正長巖（1310～980Ma，劉源等，2015）的TDM2值；小于北京西山東嶺臺組粗面巖（2231～2186Ma，李曉勇等，2004）、后石湖山張家口組粗面巖（2090～1970Ma，文霞和馬昌前，2013）、遼寧蓋縣梁屯-礦洞溝堿性正長巖（2606～2484 Ma，任康緒等，2006）的TDM2值。

4.3.3 Pb同位素

粗面巖的（206Pb/204Pb）t、（207Pb/204Pb）t和（208Pb/204Pb）t分別為16.92～17.04（平均16.98）、15.39～15.42（平均15.40）和37.58～37.67（平均37.62），與張家口水泉溝正長巖、承德甲山正長巖（206Pb/204Pb）t（分別為16.46～17.72、16.63～17.10）、（207Pb/204Pb）t（分別為15.27～15.67、15.24～15.30）、（208Pb/204Pb）t（分別是36.54～37.76、36.54～37.20）的Pb同位素值基本一致（包志偉等，2003；劉源等，2015）。稍低于遼寧蓋縣梁屯-礦洞溝堿性正長巖（17.20～18.89、15.41～15.75、36.63～38.79，任康緒等，2006）的Pb同位素值。

5 成因探討

5.1 物質(zhì)來源

5.1.1 主、微量元素制約

對于主量元素特征可知該粗面巖為堿性粗面巖，地殼巖石的熔融實(shí)驗表明，堿性巖漿通常不能由正常的地殼巖石熔融作用直接形成，但可以在加厚地殼背景下下地殼底部熔融形成（Montel and Vielzeuf，1997；鄧晉福等，2004）。

大灘盆地粗面巖具有Eu負(fù)異常不明顯的右傾輕稀土富集特征（圖5a），屬于高壓型粗面巖，暗示巖漿的形成是在加厚地殼背景下形成的（鄧晉福等，2004）。富含陸殼中豐度較高的Rb，Zr，Ba，Pb等不相容元素，U、Th含量較低等特征，與華北克拉通下地殼強(qiáng)烈富集Pb和明顯虧損U、Th的特征（鄢明才和遲清華，1997；Gao etal.,1998）相吻合，暗示著粗面巖形成與下地殼物質(zhì)密切相關(guān)（汪洋等，2009；彭艷東等，2012）。在微量元素蛛網(wǎng)圖中Nb、Ta、Ti呈現(xiàn)谷，出現(xiàn)這些元素的虧損可能是起源于陸殼（李伍平等，2000）。Rb/Sr、Ti/Zr的比值分別為0.95～1.60（平均1.26）、8.40～14.72（平均11.54），位于殼源巖漿（Rb/Sr＞0.5，Ti/Zr＜20，Tischendorfand Paelchen，1985；Wilson，1989）范圍內(nèi)，表明巖漿來自地殼。在高場強(qiáng)元素Rb/Y-Nb/Y圖解（圖7）上投影點(diǎn)投在總地殼的范圍內(nèi)，在Zr-Sr-Ba圖解（圖6）上投影點(diǎn)位于高Sr-Ba英安巖區(qū)域，反映其來源于深部地殼（張吉衡，2009；彭艷東等，2012）。Sr的含量為172×10-6～210× 10-6，遠(yuǎn)小于富集地幔Sr的含量（1100×10-6，Chen and Zhai，2003），介于虧損地幔Sr的含量（20× 10-6，Wangetal.，2006）和下地殼Sr的含量（290× 10-6，Wang et al.，2006）之間；Nb/Ta（14.07～15.26）的比值較低，介于下地殼的Nb/Ta值（8.30）與球粒隕石和原始地幔的Nb/Ta（17.50）之間，表明其物質(zhì)來源與下地殼和地幔有關(guān)。

圖7 大灘粗面巖Rb/Y-Nb/Y圖解（據(jù)Pearce et al.,1990）Fig.7 Diagram ofRb/Y-Nb/Y from the Datan trachyte

5.1.2 Sr-Nd-Pb同位素制約

大灘粗面巖的（87Sr/86Sr）i=0.707703～0.709601，在（87Sr/86Sr）i-t/Ga圖解（圖8）上落在地殼演化線與地幔演化線之間的區(qū)域，暗示其物質(zhì)來源可能與地幔和地殼有關(guān)。εNd（t）=-12.09～-10.67，明顯高于華北克拉通古老下地殼（-44～-32，Jahn et al.,1999，圖9）等的εNd（t）值，與漢諾壩二輝麻粒巖包體（-18～-8，張國輝等，1998）、富集地幔（-13～-8.0,Yang et,al.,2004;Zhang etal.,2005）等的εNd（t）值一致，表明該巖漿不可能直接來自華北克拉通古老下地殼，但與富集地幔以及年輕下地殼有關(guān)。圖10，11顯示，大灘粗面巖的（206Pb/204Pb）t=16.92～17.04、（207Pb/204Pb）t=15.39～15.42和（208Pb/204Pb）t=37.58～37.67。在（87Sr/86Sr）i-（206Pb/204Pb）t（圖10a）和（143Nd/144Nd）i-（206Pb/204Pb）t（圖10b）圖解上投影點(diǎn)都落在EMⅠ富集地幔端元附近，表明與EMⅠ富集地幔有關(guān)。在（208Pb/204Pb）t-（206Pb/204Pb）t圖解（圖11b）上投影點(diǎn)落在地幔演化線與下地殼演化線之間，并靠近Ⅰ型富集地幔（EMⅠ），但在（207Pb/204Pb）t-（206Pb/204Pb）t圖解（圖11a）上投影點(diǎn)落在地幔演化線與上地殼演化線之間。由于Th元素的地球化學(xué)性質(zhì)一般比鈾元素要穩(wěn)定，其衰變年齡也比U長得多，而208Pb是釷放射性衰變系列的最終產(chǎn)物，因此利用208Pb/204Pb可以更有效地闡明成巖物質(zhì)的來源，說明大灘盆地粗面巖的物質(zhì)來源與EMⅠ富集地幔和下地殼有關(guān)。在（87Sr/86Sr）i-εNd(t)圖解（圖9）上落在EMⅠ方向演化趨勢線上，且大多數(shù)都投在了漢諾壩二輝麻粒巖包體區(qū)域內(nèi)，表明物質(zhì)來源既與EMⅠ富集地幔有關(guān)也與幔源基性巖漿底侵到下地殼底部形成年輕的下地殼有關(guān)（樊祺誠和劉若新,1996；樊祺誠等，1998,2001;張國輝等,1998;蔡劍輝等,2005）。TDM2=1911～1796Ma，暗示巖漿是來源于古元古代從地幔分異的巖漿巖。研究表明，在華北古板塊北緣遼寧蓋縣梁屯-礦洞溝發(fā)現(xiàn)最古老的堿性正長巖，該正長巖的SIMS鋯石U-Pb年齡為1857Ma，屬于古元古代；（87Sr/86Sr）i=0.7045～0.7053，εNd(t)=-4.1～-3.8，（206Pb/204Pb）t=17.20～18.89，（207Pb/204Pb）t=15.41～15.75，（208Pb/204Pb）t=36.63～38.79，物質(zhì)來源主要與EMⅠ富集地幔有關(guān)，并在形成過程中遭受了少量古老下地殼物質(zhì)的混染（任康緒等，2006）?？梢姡旁糯c梁屯-礦洞溝堿性正長巖成分類似的幔源巖漿底侵于下地殼底部，且遭受到更多的古老下地殼物質(zhì)混染形成的年輕下地殼，可以作為大灘盆地粗面巖的源巖。

圖8 大灘粗面巖(87Sr/86Sr)i-t/Ga圖解（據(jù)張敏等,2009）Fig.8 Diagram of(87Sr/86Sr)i-t/Ga from the Datan trachyte

圖9 大灘粗面巖εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解Fig.9 Diagram ofεNd(t)-(87Sr/86Sr)ifrom the Datan trachyte

對大灘盆地粗面巖的主微量以及Sr-Nd-Pb同位素特征分析，表明該巖漿是在加厚地殼背景下形成且同時帶有富集地幔和下地殼物質(zhì)的印記，筆者認(rèn)為可以采用兩階段模式來解釋：（1）古元古代源于EMⅠ富集地幔的巖漿與少量古老下地殼部分熔融的巖漿混合后底侵到古老下地殼底部形成年輕下地殼；（2）早白堊世早期在加厚地殼背景下這種年輕下地殼部分熔融形成的巖漿上升到地表形成粗面巖。

5.1.3 中生代粗面巖（正長巖）Sr-Nd-Pb同位素制約

與承德早白堊世中期甲山正長巖（87Sr/86Sr）i（0.7059～0.7069）,εNd(t)（-5.0～-0.9）,TDM2（1310～980Ma），（206Pb/204Pb）t（16.63～17.10），（207Pb/204Pb)t（15.24～15.30），（208Pb/204Pb)t（36.54～37.20）（劉源等，2015）；北京西山早白堊世早期東嶺臺組粗面巖(87Sr/86Sr)i（0.7064～0.7067），εNd(t)（-16.3～-15.7），TDM2（2231～2186Ma）（李曉勇等，2004）；后石湖山早白堊世早期張家口組粗面巖（87Sr/86Sr）i（0.7057～0.7073），εNd(t)（-14.4～-13.0），TDM2（2090～1970Ma）（文霞和馬昌前，2013）進(jìn)行對比。大灘粗面巖的（87Sr/86Sr）i值高于甲山正長巖、東嶺臺組粗面巖、后石湖山粗面巖；εNd(t)高于東嶺臺組粗面巖、后石湖山粗面巖，低于甲山正長巖；TDM2值大于甲山正長巖，小于東嶺臺組粗面巖、后石湖山粗面巖；（206Pb/204Pb）t、（207Pb/204Pb）t、（208Pb/204Pb）t值基本與甲山正長巖Pb同位素一致。劉源等（2015）認(rèn)為甲山正長巖可能是虧損地幔與下地殼混合而成，李曉勇等（2004）認(rèn)為東嶺臺組粗面巖可能是玄武質(zhì)巖漿底侵到下地殼發(fā)生混染而成，文霞和馬昌前（2013）認(rèn)為后石湖山粗面巖可能是EMⅠ富集地幔物質(zhì)與古老下地殼混合而成。筆者認(rèn)為，大灘粗面巖及甲山正長巖、東嶺臺組粗面巖、后石湖山粗面巖的Sr-Nd-Pb同位素特征均可以用兩階段模式解釋，即：古元古代、中元古代不同時期源于巖石圈地幔部分熔融形成的巖漿與不同比例的古老下地殼部分熔融的巖漿混合形成年輕下地殼，在早白堊世早期、早白堊世中期這種年輕下地殼部分熔融形成大灘盆地張家口組、北京西山東嶺臺組與后石湖山張家口組粗面巖、甲山正長巖。

圖10 大灘粗面巖(87Sr/86Sr)i–(206Pb/204Pb)t(a)和(143Nd/144Nd)i-(206Pb/204Pb)t(b)圖解Fig.10 Diagramsof(87Sr/86Sr)i-206Pb/204Pb(a)and(143Nd/144Nd)i-206Pb/204Pb(b)from the Datan trachyte

圖11 大灘粗面巖207Pb/204Pb-206Pb/204Pb(a)和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb(b)圖解Fig.11 Diagram of207Pb/204Pb-206Pb/204Pb(a)and208Pb/204Pb-206Pb/204Pb(b)from the Datan trachyte

5.1.4 大灘盆地流紋巖Sr-Nd同位素制約

與大灘盆地流紋巖的（87Sr/86Sr）i（0.70521～0.71354）、（143Nd/144Nd）i（0.511926～0.512023）、εNd(t)（-16.4～-15.5）、TDM2（2260Ma～2190Ma）值相比，大灘盆地張家口組粗面巖的（87Sr/86Sr）i值更穩(wěn)定、εNd(t)值略高、TDM2值略低。張雅菲等（2016）認(rèn)為，大灘盆地張家口組流紋巖可能來源于古元古代火成地殼物質(zhì)在中-上地殼一定溫壓條件下部分熔融。Deng等（1998）提出，在加厚地殼背景下，下地殼底部部分熔融形成的是粗面巖，而下地殼中上部部分熔融形成的是流紋巖。因此，筆者認(rèn)為，大灘盆地粗面巖和流紋巖可能均來自源于巖石圈地幔部分熔融形成的巖漿與古老下地殼部分熔融形成的巖漿混合而成的年輕下地殼，不同的是前者為加厚下地殼底部部分熔融的產(chǎn)物、后者為加厚下地殼中-上部部分熔融的產(chǎn)物，且前者源巖所含古老下地殼物質(zhì)比例更低。

5.2 構(gòu)造環(huán)境

燕山構(gòu)造階段，華北古板塊北緣發(fā)生了多期次多旋回的拉張-擠壓構(gòu)造事件（馬寅生等，2002；毛德寶等，2005；渠洪杰和張英利，2005；王蕊等，2007；汪洋和程素華，2010；巫建華等，2013，2014）。

張家口組火山巖噴發(fā)之前形成的昌平十三陵影壁山-哈蟆石、宣化盆地雞鳴山的逆沖推覆構(gòu)造及建昌-喀左盆地公營子等處的逆掩斷層（馬寅生等，2002）以及土城子組沉積中期形成了凌源-東官營子逆沖斷裂、佛爺洞-北票逆沖斷裂、建昌-朝陽逆沖斷裂（王根厚等，2001），指示張家口組火山巖形成之前發(fā)生了擠壓構(gòu)造事件，并導(dǎo)致地殼加厚。大灘盆地張家口組粗面巖在Zr/ Al2O3-TiO2/Al2O3和Y-Zr判別圖（圖12）上均落在板內(nèi)玄武巖范圍，指示粗面巖形成于板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境。而堿性巖系列火山巖形成于巖石圈拉張構(gòu)造環(huán)境已被認(rèn)知，因此本區(qū)堿性粗面巖形成于板內(nèi)張性構(gòu)造環(huán)境，與該盆地張家口組流紋巖指示的構(gòu)造環(huán)境（張雅菲等，2016）一致，說明該盆地的粗面巖-流紋巖組合是加厚地殼在拉張構(gòu)造背景下形成的。

圖12 大灘粗面巖Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3(a)和Y-Zr(b)圖解Fig.12 Diagramsof Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3(a)and Y-Zr(b)from the Datan trachyte

6 結(jié)論

綜上所述，可得出以下結(jié)論：

（1）SHRIMP鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)顯示，大灘盆地粗面巖的206Pb/238U年齡為140.3±1.4Ma，地質(zhì)時代屬早白堊世早期。

（2）粗面巖具有較高的SiO2、K2O、K2O+ Na2O，稀土配分曲線圖表現(xiàn)為右傾的輕稀土富集型，無明顯的負(fù)銪異常，具有高壓型粗面巖的特征。富集高場強(qiáng)元素Zr、Y和大離子親石元素K、Rb、Ba、Pb，虧損Nb、Ta、Sr、Ti等元素，具有高Sr-Ba英安巖-流紋巖的微量元素的特征。具有較低的Ti/Zr，較高的Rb/Sr、（87Sr/86Sr）i、低的εNd(t)、較大的TDM2、低的（206Pb/204Pb）t、（207Pb/204Pb）t、（208Pb/204Pb）t的特征。表明大灘盆地粗面巖的物質(zhì)來源主要是來源于新生下地殼，但受到古老下地殼物質(zhì)的混染。

（3）大灘盆地粗面巖由兩階段模式形成，古元古代源于EMⅠ型富集地幔的鐵鎂質(zhì)巖漿（類似梁屯-礦洞溝堿性正長巖成分）與少量古老下地殼物質(zhì)部分熔融產(chǎn)物混合形成年輕下地殼；早白堊世早期在拉張構(gòu)造環(huán)境下加厚地殼的年輕下地殼底部部分熔融形成的巖漿噴出地表形成粗面巖。

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Geochronology,Geochem icalCharacteristics,and Genesisof Trachyte in Datan Basin,Northern Hebei

XIA Yingbing1，WU Jianhua2*，JIANG Shan3，WU Rengui1，LIU Shuai2
1.Collageof Earth Science,EastChina Instituteof Technology,Nanchang330013，China；2.State Key Laboratory Breeding BaseofNuclear Resourcesand Environment，EastChina Instituteof Technology，Nanchang330013，China；3.NO.243Geological Party,CNNC,Chifeng024006,China

Datan volcanic basin in Fengning is located in the zone of the northern North China Block,south of Xar Moron river fault zone,westof the Yan-Liao polymetallic(Mo-U-Ag-Pb-Zn),and southwestof the Gu(yuan)-Hong(shanzi)uranium belts.It isadjacentto the Guyuan basin where there is a large Zhangmajing U-Mo deposit.The rhyolite-trachyte rock assemblage of Zhangjiakou was formed in the Datan volcanic basin and is themain wall rock of hydrothermal-type uranium deposit.The zircon SHRIMPU-Pb dating of trachyte yields an age of140.3±1.4Ma(2σ,MSWD=1.09),which represents the emplacementageof the trachyte,and suggests that itwas formed in the early Early Cretaceous.Trachyte contains high content of SiO2,K2O+Na2O ratio,SiO2=61.6%～63.1%,K2O+ Na2O=9.28%～10.2%,and falls in shoshonite series range of the K2O-SiO2diagram and in alkaline series trachyte or dacite range of the TASdiagram.With the resultof the CIPW and the contentofQ=12.9%～18.4%(less than 20%),itbelongs to the typical trachyte. Trachyte has high content of rare earth elements,enriched in light rare earth and the non-obvious negative Eu anomaly,ΣREE=(279～318)×10-6,δEu=0.77～0.88.The results show the right-leaning enrichment in light rare earth type with a high pressure type trachyte characteristics of rare earth elements,enrichment in large ion lithophile element(K,Rb,Ba,Pb)and high field strength elements(Zr、Y),and loss of these elements(Nb,Ta,Zr,Ti).The Ti/Zr(8.40～14.72),Nb/Ta(14.07～15.26)ratio is low and Rb/Sr(0.95～1.60)ratio is highwith high Sr-Ba dacite-rhyolite the characteristicsof trace elements;High(87Sr/86Sr)i(0.7077～0.7096),lowerεNd(t)(-12.09～-10.67), the larger TDM2(1796～1911Ma),lower(206Pb/204Pb)t(16.92～17.04),(207Pb/204Pb)t(15.39～15.42),（208Pb/204Pb)t(37.58～37.67).In the(87Sr/86Sr)i-t/Ga and(208Pb/204Pb)t-(206Pb/204Pb)tdiagram,it is located between the lower crust and the mantle,and is close to the EMⅠenrichedmantle.In theεNd(t)-(87Sr/86Sr)idiagram,it is located within EMⅠenrichedmantle evolution lineand Hannuoba two-pyroxenne grain xenoliths area.So the trachyte in the Datan basin can be explained by a two-stagemodel:In the paleoproterozoic,EMⅠenriched mantlemagma and a small part of the partialmelting of ancient crustmaterialweremixed and formed the young crust.In the early Early Cretaceous,themagma from partialmeltingof the youngand thickened lower crusterupted and formed trachyte.

trachytes；petrogenesis；Sr-Nd-Pb isotopes；young lower crust；early Early Cretaceous；Datan basin

WU Jianhua,Professor;E-mail:jhwu@ecit.cn

P597；588.1

A文獻(xiàn)標(biāo)識碼：1006-7493（2016）04-0608-13

10.16108/j.issn1006-7493.2016059

2016-04-24；

2016-08-16

國家自然科學(xué)基金項目（41372071）；中國核工業(yè)集團(tuán)公司項目（中核地計［2008］74號）聯(lián)合資助

夏應(yīng)冰，男，1991年生，碩士研究生，巖石地球化學(xué)專業(yè)；E-mail：13026211650@163.com

*通訊作者：巫建華，男，1960年生，博士，教授，火山地質(zhì)學(xué)與鈾礦地質(zhì)學(xué)研究方向；E-mail：jhwu@ecit.cn