王朝陽，孟 恩，李 壯，李艷廣，靳夢琪

1.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 1000372.中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 1022493.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054

0 引言

近幾十年來，國內(nèi)外有關(guān)早前寒武紀(jì)地質(zhì)的大量研究成果顯示，在當(dāng)前已知大陸地殼的物質(zhì)組成中，其總量的75%以上被早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底所占據(jù)[1-3]，而以英云閃長質(zhì)片麻巖、奧長花崗質(zhì)片麻巖和花崗閃長質(zhì)片麻巖(簡稱為TTG片麻巖)為主體的早前寒武紀(jì)花崗質(zhì)片麻巖類巖石更是占據(jù)變質(zhì)基底的80%以上[2,4]；并且研究認(rèn)為太古宙是地球早期大陸地殼生長的主要時(shí)期，其70%以上的大陸地殼在太古宙末期已經(jīng)形成，太古宙之后地殼再循環(huán)過程逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位[5]。此外，最近越來越多的證據(jù)表明，板塊構(gòu)造極有可能在太古宙就已經(jīng)啟動[6-13]。例如：Santosh等[9]在南印度的庫格陸塊(Coorg Block)中識別出與現(xiàn)代板塊構(gòu)造機(jī)制相類似的、與弧巖漿作用相關(guān)的中太古代巖石；Belousova等[5]通過研究也認(rèn)為新生大陸地殼的產(chǎn)生是一個(gè)持續(xù)的過程，并且其主體也應(yīng)形成于2.5 Ga之前；而且越來越多的具有島弧地球化學(xué)屬性的中—新太古代變質(zhì)火山巖組合在世界各大古老克拉通被發(fā)現(xiàn)[12,14-21]。由此可見，作為早期克拉通基底最主要組成部分的花崗質(zhì)片麻巖類必然保留了早期地殼特征的原始信息，這就成為深化理解地球早期大陸地殼形成演化過程和殼幔動力學(xué)機(jī)制的關(guān)鍵所在。

華北克拉通作為中國境內(nèi)規(guī)模最大的、早前寒武紀(jì)構(gòu)造-巖漿-變質(zhì)事件記錄最齊全的、發(fā)育有最老可達(dá)3.8 Ga左右?guī)r石或鋯石的古老克拉通[22-23]，成為解決上述關(guān)鍵科學(xué)問題的天然實(shí)驗(yàn)室[14-15,24-27]。最新研究結(jié)果顯示，華北克拉通是由東部和西部陸塊沿其間的中部造山帶[26，28](晉豫活動帶[29])于1.85 Ga左右碰撞拼貼形成[30-33]；而且總體上認(rèn)為西部陸塊是由北部的陰山地塊和南部的鄂爾多斯地塊沿其間的古元古代孔茲巖帶[34](或內(nèi)蒙縫合帶[35]或豐鎮(zhèn)活動帶[29])于1.95 Ga左右碰撞-拼貼而成[36-37]，東部陸塊則由龍崗地塊(或燕遼地塊[35])和狼林地塊沿中間的膠—遼—吉古元古代活動帶[34]或遼吉活動帶[27]碰撞拼貼而成。而對于華北克拉通基底構(gòu)造屬性及形成演化的大量研究結(jié)果表明，與世界其他古老克拉通對比，華北克拉通尤其是東部陸塊最顯著的特點(diǎn)就是以發(fā)育強(qiáng)烈的、多期次的新太古代構(gòu)造-熱事件為典型特征[12-13,15,27,34,38-39]，這也成為研究華北克拉通太古宙末期地殼生長和演化并探索地球動力學(xué)機(jī)制轉(zhuǎn)變的重要載體。

近年來，中外地質(zhì)學(xué)家對華北克拉通東部陸塊的太古宙結(jié)晶基底開展了大量野外地質(zhì)、巖石學(xué)、變質(zhì)地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)工作，并初步構(gòu)建了東部陸塊早前寒武紀(jì)地質(zhì)年代學(xué)格架[12,17-18,34,38,40]，但人們對東部陸塊太古宙末期的地殼生長階段和方式仍然存在較大的爭議，目前主要存在地幔柱[34,39,41-44]和巖漿弧[9,27,45]兩種觀點(diǎn)。最近，在東部陸塊一個(gè)大規(guī)模的新太古代晚期的洋內(nèi)弧體系被識別出來[12,14-16]，盡管前人已經(jīng)對該弧體系內(nèi)特定巖石單元開展了一些年代學(xué)和地球化學(xué)方面的研究工作，但這對東部陸塊地殼生長機(jī)制的確定還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；尤其是對作為東部陸塊最東北緣的吉林省南部地區(qū)的早前寒武紀(jì)研究更是薄弱，這主要是由于該區(qū)域受到了廣泛的植被覆蓋以及野外露頭風(fēng)化嚴(yán)重等因素的影響[46-49]?；诖?，本文通過對吉林省東南部通化地區(qū)基底花崗質(zhì)片麻巖類系統(tǒng)的巖石學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、元素和Lu-Hf同位素地球化學(xué)等相關(guān)研究，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料對這些花崗質(zhì)片麻巖類的時(shí)代、成因及形成環(huán)境進(jìn)行討論，并對區(qū)域早期地殼形成演化機(jī)制和動力學(xué)背景給出制約。

1 地質(zhì)背景與樣品描述

據(jù)文獻(xiàn)[25]修編。圖1 華北克拉通構(gòu)造劃分及研究區(qū)位置圖Fig.1 Tectonic subdivision of the North China craton

在大地構(gòu)造位置上，吉林省東南部位于華北克拉通東部陸塊的東北緣(圖1)，北部與西拉木倫河—長春—延吉一線與興—蒙造山帶相鄰，東接朝鮮半島，南部毗鄰遼東半島。東部陸塊主要由遼北—吉南太古宙雜巖(龍崗地塊)、遼南—狼林太古宙雜巖(狼林地塊)及其間的膠—遼—吉古元古代活動帶構(gòu)成。本文研究區(qū)通化市西部和西北部即處于膠—遼—吉古元古代活動帶北段的中部與龍崗地塊的復(fù)合交接部位[25-27,29,50-52](圖1)。研究區(qū)內(nèi)主要由太古宙雜巖和膠—遼—吉活動帶北段內(nèi)部的古元古代變質(zhì)表殼巖系和花崗質(zhì)巖石等組成，并零星出露少量古元古代變質(zhì)基性巖類，其上廣泛發(fā)育有顯生宙沉積巖，以及中—新生代巖漿巖[46]。其中，太古宙基底主要分布在通化、靖宇、寬甸、夾皮溝及和龍等地區(qū)，出露面積大于7 000 km2，巖石類型主要包括花崗質(zhì)片麻巖、弱片麻理化的鉀質(zhì)花崗巖及少量的紫蘇花崗巖和變質(zhì)表殼巖系[46,53-54]；并且這些表殼巖普遍遭受了綠片巖相-低角閃巖相變質(zhì)作用的改造[54-58]，多呈層狀或以透鏡體的形式賦存于花崗質(zhì)片麻巖中[56-59]。而出露于膠—遼—吉活動帶北段的古元古代變質(zhì)表殼巖系(如集安群和老嶺群[46,60-61])主要由變火山巖和變沉積巖序列組成，最新研究結(jié)果顯示其原巖沉積作用于2.03～1.90 Ga[62-64]，并且二者內(nèi)部均有花崗質(zhì)巖體的侵入。這些花崗質(zhì)巖石以及二長花崗質(zhì)片麻巖主要侵位于2.19～2.14 Ga，并且遭受了約1.91 Ga變質(zhì)作用的影響，此外一些斑狀二長花崗質(zhì)片麻巖和堿性正長巖侵位于1.88～1.84 Ga[65]。

前人研究認(rèn)為，研究區(qū)基底花崗質(zhì)片麻巖類原巖應(yīng)形成于2.5 Ga左右，并具有2.8～2.7 Ga的Nd模式年齡[66-67]，但根據(jù)最新的年代學(xué)研究結(jié)果顯示，研究區(qū)外圍的夾皮溝、和龍及白山地區(qū)的基底巖石主要形成于2 654～2 688 Ma和2 524～2 588 Ma兩個(gè)階段，前者代表和龍地區(qū)變質(zhì)表殼巖系的形成時(shí)代，而后者則代表夾皮溝和白山地區(qū)變質(zhì)表殼巖主體以及區(qū)域內(nèi)花崗質(zhì)片麻巖的年齡，并且它們都記錄了2 490～2 510 Ma的變質(zhì)作用[47-49,68]。然而，對本文研究區(qū)通化市西部和西北部出露的花崗質(zhì)片麻巖類還缺乏巖石學(xué)、年代學(xué)和成因等方面的系統(tǒng)研究。因此，本文重點(diǎn)對研究區(qū)這些花崗質(zhì)片麻巖類進(jìn)行系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)研和代表性巖石樣品的室內(nèi)綜合研究。所采集的樣品主要為二長花崗質(zhì)片麻巖、奧長花崗質(zhì)片麻巖、英云閃長質(zhì)片麻巖、石英二長閃長質(zhì)片麻巖和花崗閃長質(zhì)片麻巖。具體的采樣位置如圖2所示，樣品野外及鏡下特征如圖3和圖4所示。

據(jù)文獻(xiàn)[46]修編。圖2 吉林省東南部通化地區(qū)地質(zhì)簡圖及采樣位置Fig.2 Geological sketch map of Tonghua area in southeast Jilin Province

a、b. 二長花崗質(zhì)片麻巖；c. 奧長花崗質(zhì)片麻巖；d. 英云閃長質(zhì)片麻巖；e. 石英二長閃長質(zhì)片麻巖；f、g. 花崗閃長質(zhì)片麻巖；h. 奧長花崗質(zhì)片麻巖樣品中的暗色微粒包體(MME)。圖3 吉林省東南部通化地區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類的野外產(chǎn)狀Fig.3 Field photographs of the representative samples for granitic gneiss from Tonghua area in southeast Jilin Province

二長花崗質(zhì)片麻巖巖石樣品新鮮面為淺灰色—肉紅色，中—細(xì)粒粒狀結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造(圖3a，b)。主要礦物組成為斜長石(30%～35%)、微斜長石(18%～22%)、鉀長石(8%～12%)、石英(30%～35%)、黑云母(<5%)；副礦物有鋯石、磷灰石、磁鐵礦。其中：斜長石粒度2～4 mm，發(fā)育聚片雙晶；微斜長石粒度為1～4 mm，可見格子雙晶；鉀長石粒度為2 mm；石英粒度為2～4 mm；黑云母粒度較小，呈細(xì)小的纖維狀充填在長石礦物之間(圖4a，b)。

奧長花崗質(zhì)片麻巖巖石樣品新鮮面為灰白色，中粒粒狀結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造(圖3c)。主要礦物組成為斜長石(62%～65%)、石英(28%～32%)、黑云母和角閃石(二者之和為5%～8%)；副礦物有鋯石、磷灰石、磁鐵礦和榍石。其中：斜長石粒度為3～4 mm，表面較為渾濁；石英的粒度為1～4 mm，呈淺灰色-淡黃色；黑云母和角閃石粒度較小，零星地充填于斜長石中(圖4c，d)。

英云閃長質(zhì)片麻巖巖石樣品新鮮面呈淺灰色，中—粗粒粒狀結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造(圖3d)。主要礦物組成為斜長石(55%～58%)、石英(26%～30%)、鉀長石(2%～4%)、黑云母(7%～12%)、角閃石(0～3%)；副礦物有鋯石和磷灰石。其中：斜長石粒度較大，最大可達(dá)6 mm，部分可見聚片雙晶；石英粒度為2～3 mm，表面較為干凈；鉀長石粒度為1～2 mm；黑云母呈片狀或簌狀，棕褐色，粒度為1 mm左右；角閃石粒度較小，為0.1 mm左右，與黑云母相伴生(圖4e)。

石英二長閃長質(zhì)片麻巖巖石樣品新鮮面為灰色—肉紅色，中—粗粒粒狀結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造(圖3e)。主要礦物組成為斜長石(38%～44%)、微斜長石(16%～24%)、石英(10%～12%)、黑云母(12%～18%)、角閃石(6%～8%)；副礦物可見磁鐵礦。其中：斜長石粒度為3～5 mm，表面較為渾濁；微斜長石粒度為3～4 mm，可見格子雙晶；石英粒度為1～3 mm，表面較為干凈；黑云母呈片狀，淺綠色—深褐色，部分發(fā)生綠泥石化和綠簾石化，粒度為0.5～2.0 mm；角閃石與黑云母相伴生，粒度為0.1～0.3 mm(圖4f)。

花崗閃長質(zhì)片麻巖巖石新鮮面為灰黑色—暗黑色，細(xì)粒到中—粗粒粒狀結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造(圖3f，g)。主要礦物組成為斜長石(46%～50%)、石英(23%～28%)、鉀長石(4%～8%)、黑云母(5%～10%)、角閃石(5%～10%)；副礦物可見鋯石、磷灰石、磁鐵礦和榍石(體積分?jǐn)?shù)小于5 %)。其中：斜長石粒度為1～5 mm，部分可見聚片雙晶；石英粒度為1～3 mm，半自形粒狀結(jié)構(gòu)；鉀長石粒度為1～3 mm；黑云母呈淺綠色—褐色，部分發(fā)生綠泥石化蝕變，粒度為1～2 mm；角閃石主要有兩種，一種呈粒狀，粒度為2～3 mm，另一種呈碎斑狀，與黑云母相伴生(圖4g，h)。

2 分析方法

2.1 鋯石U-Pb定年

本文所選樣品在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所進(jìn)行粉碎，并利用浮選以及電磁選方法進(jìn)行分選；在雙目鏡下將晶形完好且具有代表性的鋯石顆粒挑出并粘貼在環(huán)氧樹脂表面，打磨拋光后進(jìn)行透射光和反射光圖像采集。鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所北京離子探針中心采用GATAN公司Chroma陰極發(fā)光探頭的HTACHI S-3000N掃描電鏡上采集；之后在西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鋯石LA-ICP-MS U-Pb原位定年及微區(qū)微量、稀土元素成分分析。測試儀器為Agilent 7500a型激光等離子質(zhì)譜儀和 Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)過程中氦氣作為剝蝕物質(zhì)載氣，頻率為5 Hz，激光波長為193 μm，激光束斑直徑為30 μm，預(yù)剝蝕時(shí)間和剝蝕時(shí)間分別為5 s和45 s。計(jì)算年齡時(shí)以國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)進(jìn)行同位素比值校正，以標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMORA為監(jiān)控盲樣；元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)以國際標(biāo)樣NIST 612為外標(biāo)，29Si為內(nèi)標(biāo)。測試結(jié)果通過GLITTER 4.4.1軟件計(jì)算得出，實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)采用Andersen方法進(jìn)行同位素比值的校正[69]以扣除普通Pb的影響，諧和圖的繪制采用IOSPLOT 3.0完成[70]。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見文獻(xiàn)[71-72]。所給定的同位素比值和年齡的誤差均在1σ水平。鋯石U-Pb定年結(jié)果列于表1。

2.2 地球化學(xué)分析方法

在詳細(xì)的巖相學(xué)研究基礎(chǔ)上，本文共選取18件代表性花崗質(zhì)片麻巖類樣品進(jìn)行全巖地球化學(xué)分析。相關(guān)測試工作均在北京國家地質(zhì)測試分析中心完成。其中，全巖主量元素是用X熒光光譜法(XRF)測定，所用儀器為日本理學(xué)3080，誤差<0.5%；微量元素Zr、Sr、Ba、Zn、Rb和Nb也是用X熒光光譜法完成，所用儀器為Rigaku-2100，Ba誤差=5.0%，其他元素誤差<3.0%；稀土元素及V、Cr、Ni、Co、Cu、Pb、U、Th、Ta和Hf用TJA-PQ-ExCell 等離子體光質(zhì)譜儀分析完成，誤差<5.0%。分析結(jié)果列于表2。

2.3 鋯石Lu-Hf同位素分析方法

鋯石Hf同位素分析利用中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室的激光剝蝕多接受等離子質(zhì)譜(LA-MC-ICP-MS)完成測試。其中，激光剝蝕型號為New Wave 公司生產(chǎn)的UP 213型固體激光剝蝕系統(tǒng)，MC-ICP-MS型號為Thermo Fisher 公司生產(chǎn)的Neptune Plus。實(shí)驗(yàn)過程中采用He作為剝蝕物質(zhì)載氣，將剝蝕物質(zhì)從激光探測傳送到MC-ICP-MS之前與Ar混合，形成混合氣。剝蝕直徑采用40 μm，激光脈沖頻率為8 Hz，信號采集次數(shù)200，采集時(shí)間1min左右。儀器的測試條件及詳細(xì)分析流程見參考文獻(xiàn)[73-74]。分析點(diǎn)與U-Pb定年分析點(diǎn)為同一位置或其附近或在其完整晶形對應(yīng)的另一側(cè)。在本次測試中，鋯石GJ1被用作參考標(biāo)準(zhǔn)，測試的176Hf/177Hf測試加權(quán)平均值為0.282 008±0.000 027(2σ，n=20)，這與Elhlou報(bào)道的176Hf/177Hf=0.282 013±0.000 019(2σ)在誤差范圍內(nèi)一致[75]。176Lu的衰變常數(shù)采用1.865×10-11a-1[76]，εHf(t)值的計(jì)算采用文獻(xiàn)[77]推薦的球粒隕石Hf同位素值：176Hf/177Hf=0.033 2，176Hf/177Hf=0.282 772。Hf模式年齡采用現(xiàn)代虧損地幔的比值：176Lu/177Hf=0.038 4，176Hf/177Hf=0.283 25[78]、平均地殼的176Lu/177Hf值為0.015[79]，分析結(jié)果列于表3。

3 分析結(jié)果

3.1 年代學(xué)

本文選取研究區(qū)內(nèi)具有代表性的6件基底花崗質(zhì)片麻巖類樣品進(jìn)行鋯石CL圖像采集和U-Pb年代學(xué)測試，并對部分樣品進(jìn)行了鋯石原位Lu-Hf同位素分析測試。樣品采集點(diǎn)以及部分鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像分別見圖2和圖5。此外，鋯石U-Pb定年結(jié)果及其原位Lu-Hf同位素分析結(jié)果分別見圖6、圖7、表1和表3。

二長花崗質(zhì)片麻巖(JL01-1) 樣品中鋯石多呈半自形—他形柱狀、粒狀或橢圓狀，粒徑為100～220m。CL圖像顯示，鋯石主要可以分為灰黑色無明顯內(nèi)部結(jié)構(gòu)、具有生長環(huán)帶和發(fā)育弱環(huán)帶核與亮白邊3種(圖5a)。痕量元素分析結(jié)果顯示，灰黑色均質(zhì)和第3種鋯石亮白邊(如測點(diǎn)01—02、04—06、08、17—20、22、25、27、29)的Th/U值變化較大(0.01～0.76，主體< 0.32)，而且后者與其核部邊界模糊呈不規(guī)則狀，暗示其可能具有變質(zhì)成因特征[80-81]；而發(fā)育環(huán)帶的單顆粒鋯石或核部(如測點(diǎn)03、07、09—16、21、23—24、26、28、30)則具有相對較高的Th/U值(0.25～2.78)，暗示其具有巖漿成因特點(diǎn)[82-83]。鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示，除部分異常點(diǎn)外(如測點(diǎn)01、14)，28個(gè)測點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡值為2 467～2 630 Ma(圖6a)。其中，位于諧和圖下部的13個(gè)變質(zhì)鋯石測點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡值為2 467～2 527 Ma，加權(quán)平均年齡為(2 499±11)Ma(MSWD = 0.87)；而其余所有巖漿鋯石中最年輕的3個(gè)測點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為(2 550±26)Ma (MSWD = 0.076)，暗示該二長花崗質(zhì)片麻巖原巖的巖漿侵位可能發(fā)生于2 550 Ma，并可能遭受2 499 Ma變質(zhì)作用的改造。此外，樣品中還存在加權(quán)平均年齡為(2 597±12)Ma(n=12，MSWD=0.28)的捕獲鋯石。

英云閃長質(zhì)片麻巖(JL01-2) 樣品中鋯石多呈半自形—自形紡錘狀或長柱狀，粒徑為100～220m(圖5b)。CL圖像顯示，鋯石類型復(fù)雜，大體可劃分為3類：第1類為灰黑色或淺灰色無明顯內(nèi)部結(jié)構(gòu)；第2類呈淺灰色均質(zhì)發(fā)育震蕩生長環(huán)帶；第3類鋯石可見亮白色核與淺灰色邊，其中大部分核部可見弱成分環(huán)帶(圖5b)。痕量元素分析結(jié)果顯示：第1類和第3類鋯石的邊部(如測點(diǎn)04、15、21、23—24、28)具有相對較低的Th/U值(0.00～0.50)，暗示其變質(zhì)成因特征[80-81]；而第2類鋯石和第3類鋯石的核部(如測點(diǎn)01—03、05—14、16—20、22、25—27、29—30)則具有相對較高的Th/U值(0.34～0.80)，暗示其巖漿成因特點(diǎn)[82-83]。定年結(jié)果顯示，30個(gè)測點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡值均位于諧和線上或附近，為2 480～2 639 Ma(圖6b)。其中：位于諧和圖下部的6個(gè)變質(zhì)鋯石測點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡值為2 480～2 508 Ma，其加權(quán)平均年齡為(2 499±18) Ma(MSWD = 0.17)(圖6b)；而其余所有巖漿鋯石中最年輕的5個(gè)測點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為(2 557±35)Ma(MSWD = 0.030)，暗示該英云閃長質(zhì)片麻巖原巖的巖漿侵位可能發(fā)生于2 557 Ma，并可能遭受2 499 Ma變質(zhì)作用的改造。此外，與JL01-1樣品相似，樣品中也存在加權(quán)平均年齡為(2 606±16) Ma(n=19，MSWD=0.23)的捕獲鋯石。

實(shí)線圈為LA-ICP-MS U-Pb 定年位置；虛線圓圈為Hf同位素測試位置。圖5 研究區(qū)中花崗質(zhì)片麻巖類樣品中部分鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.5 Representative cathodoluminescence(CL) images of selected zircons of the granitic gneiss in the study area

石英二長閃長質(zhì)片麻巖(JL06-1) 樣品中鋯石多呈半自形—自形紡錘狀或柱狀，粒徑為140～200m(圖5c)。CL圖像顯示，大多數(shù)鋯石發(fā)育震蕩環(huán)帶，具有深色或亮白色內(nèi)核(如測點(diǎn)01—04、06—21、24、26—32)以及發(fā)育淺灰色變質(zhì)邊(如測點(diǎn)05、22—23、25、33—35)(圖5c)。痕量元素分析結(jié)果顯示：前者具有相對較高的Th/U值(0.20～1.35)，暗示典型的巖漿成因特征[82-83]；而后者具有相對較低的Th/U值(0.16～0.22)，暗示其可能受到了變質(zhì)作用的影響[80-81]。定年結(jié)果顯示，35個(gè)測點(diǎn)中有34個(gè)測點(diǎn)的207Pb/206Pb值位于諧和線上(除測點(diǎn)20)，年齡值為2 485～2 598 Ma。其中，位于諧和線下端的6個(gè)變質(zhì)鋯石測點(diǎn)具有最低的207Pb/206Pb值，加權(quán)平均年齡為(2 502±20)Ma (MSWD=0.18)(圖6c)，而巖漿鋯石中最年輕的17個(gè)測點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為(2 552±12)Ma(MSWD=0.14)，暗示該石英二長閃長質(zhì)片麻巖原巖的巖漿侵位可能發(fā)生于2 552 Ma，并可能遭受2 502 Ma變質(zhì)作用的改造。該樣品中同樣存在捕獲鋯石，其加權(quán)平均年齡為(2 589±18)Ma(n=11，MSWD=0.047)。

花崗閃長質(zhì)片麻巖(JL13-1) 樣品中鋯石多呈半自形—他形短柱狀或渾圓狀，粒徑為40～100m(圖5d)。CL圖像顯示，鋯石主要可以分為灰白色均質(zhì)無明顯內(nèi)部結(jié)構(gòu)(測點(diǎn)02、05、07、14、30)和灰黑色發(fā)育震蕩生長環(huán)帶(測點(diǎn)01、03—04、06、08—13、15—29)2種(圖5d)。痕量元素分析結(jié)果顯示：前者的Th/U值變化較大(0.07～0.88)，暗示其可能具有變質(zhì)成因特征或遭受后期變質(zhì)事件影響[80-81]；而后者則具有相對較高的Th/U值(0.01～1.23，主體>0.58)，暗示其具有巖漿成因特點(diǎn)[82-83]。定年結(jié)果顯示，除1個(gè)異常點(diǎn)外(測點(diǎn)09)，29個(gè)測點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡值為2 497～2 627 Ma(圖6d)。其中：位于諧和圖下部的5個(gè)變質(zhì)鋯石測點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡值為2 496～2 526 Ma，其加權(quán)平均年齡為(2 514±25)Ma(MSWD=0.12)(圖6d)；而其余所有巖漿鋯石中最年輕的13個(gè)測點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為(2 545±13)Ma(MSWD=0.13)(圖6d)，暗示該花崗閃長質(zhì)片麻巖原巖的巖漿侵位可能發(fā)生于2 545 Ma，并可能遭受2 514 Ma變質(zhì)作用的改造。此外，與上述樣品相似，加權(quán)平均年齡為(2 594±14)Ma(n=11，MSWD=0.13)的鋯石也記錄在該樣品中(圖6d)。

圖6 研究區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類中LA-ICP-MS鋯石 U-Pb諧和圖及其加權(quán)平均年齡圖Fig.6 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic compositions and the weighted average ages for zircons of the granitic gneiss in the study area

花崗閃長質(zhì)片麻巖(JL19-1) 樣品中鋯石主要呈半自形—自形柱狀或紡錘狀，粒徑為100～180m(圖5e)。CL圖像顯示，大多數(shù)鋯石內(nèi)部具有明顯的生長條帶，結(jié)合其微區(qū)成分中較高的Th/U值(0.11～1.43，主體為0.43～0.78)，暗示其典型的巖漿成因特點(diǎn)[82-83]。定年結(jié)果顯示，25個(gè)測點(diǎn)中，有9個(gè)測點(diǎn)位于諧和線之上或附近，其207Pb/206Pb年齡為2 458～2 560 Ma，其加權(quán)平均年齡為(2 534±24)Ma(MSWD = 0.23)(圖6e)，這也與樣品中其余16個(gè)測點(diǎn)的207Pb/206Pb值共同構(gòu)筑的不一致線的上交點(diǎn)年齡(2 519±15)Ma(MSWD = 2.5)(圖6e)在誤差范圍內(nèi)一致。暗示該花崗閃長質(zhì)片麻巖原巖的巖漿侵位可能發(fā)生于2 534 Ma。

英云閃長質(zhì)片麻巖(JL20-1) 樣品中鋯石呈半自形—自形長柱狀，粒徑為80～180m(圖5f)。CL圖像顯示，鋯石普遍具有核邊結(jié)構(gòu)，邊部呈灰黑色均質(zhì)(測點(diǎn)06、08、12、14—17、19—20、26)，核部發(fā)育弱環(huán)帶(測點(diǎn)01—05、07、09—11、13、18、21—25)。痕量元素分析結(jié)果顯示：灰黑色邊部具有相對較低的Th/U值(0.06～0.96，主體<0.24)，暗示其變質(zhì)成因特點(diǎn)[80-81]；而核部具有明顯的震蕩生長環(huán)帶，結(jié)合其相對較高的Th/U值(0.03～1.10，主體>0.25)，暗示其巖漿成因特點(diǎn)[82-83](圖5f)。定年結(jié)果顯示，除2個(gè)異常點(diǎn)外(測點(diǎn)21—22)，24個(gè)測點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡為2 484～2 599 Ma(圖6f)。其中：位于諧和圖下部的10個(gè)變質(zhì)鋯石測點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡值變化于2 484～2 531 Ma，其加權(quán)平均年齡為(2 508±16)Ma (MSWD=0.29)；而其余所有巖漿鋯石中最年輕的12個(gè)測點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為(2 549±17)Ma(MSWD=0.081)，暗示該英云閃長質(zhì)片麻巖原巖的巖漿侵位可能發(fā)生于2 549 Ma，并可能遭受2 508 Ma變質(zhì)作用的改造。此外，樣品中還存在(2 588±38)Ma和(2 599±42)Ma的兩個(gè)捕獲鋯石年齡。

基于研究區(qū)內(nèi)具有代表性的花崗質(zhì)片麻巖類樣品中鋯石顯微結(jié)構(gòu)、微區(qū)成分及U-Pb定年結(jié)果研究，本文認(rèn)為無論是在鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)、成分特征還是主體年齡譜特征上，本文所取的花崗質(zhì)片麻巖樣品均具有較高的可比性，因此可以將其作為一個(gè)整體來進(jìn)行討論。年代學(xué)分析結(jié)果顯示，所有位于諧和線上或附近的154個(gè)測點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡值為2 458～2 639 Ma，主體形成3個(gè)區(qū)間年齡：2 458～2 515、2 532～2 572 和2 582～2 639 Ma，峰值分別為2 500、2 549和2 596 Ma(圖7a)。

3.2 地球化學(xué)

基于野外樣品觀察以及部分鋯石的陰極發(fā)光圖像特征，可知樣品受到了明顯的變質(zhì)變形作用以及后期蝕變作用的影響。這會導(dǎo)致樣品中不同元素的活動性受到不同程度的影響，因此在使用化學(xué)元素進(jìn)行源區(qū)性質(zhì)及成因示蹤等地球化學(xué)討論之前，有必要限定其元素活動性。前人研究表明，輕稀土元素(LREE)與重稀土元素(HREE)相比更易受到后期熱擾動的影響；絕大多數(shù)高場強(qiáng)元素(HFSE)、稀土元素(REE)，以及Cr、Co、Ni、Sc和V等均可在蝕變、高角閃巖相以下的變質(zhì)作用中保持相對穩(wěn)定；而大離子親石元素(LILE)，如Cs、Na、K、Rb、Ba、Sr等，則相對容易在后期熱事件中發(fā)生活動[84-85]。此外，Polat等[86]通過對經(jīng)歷了中高級變質(zhì)作用的巖石的元素活動性進(jìn)行討論，認(rèn)為樣品的燒失量過大(燒失量>6%)及具有較為明顯的鈰異常時(shí)(δCe>1.1或δCe<0.9)，元素受后期蝕變及其他熱事件影響較大。

圖7 研究區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類的鋯石年代學(xué)統(tǒng)計(jì)(a)及Hf同位素特征(b)Fig.7 Age spectrat for zircons (a) and εHf (t) vs. t diagram (b) of the granitic gneiss in the study area

本文所選吉林省東南部通化地區(qū)基底花崗質(zhì)片麻巖類樣品都較為新鮮，且采集過程中避開了后期脈體。分析結(jié)果顯示，其燒失量主體都小于2%，且沒有鈰異常、碳酸巖化或硅化現(xiàn)象，而樣品主元素MgO和TiO2、高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Y、Zr和Hf等，以及稀土元素等和SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間也不存在明顯線性關(guān)系(圖略)?；诖?，本文認(rèn)為研究區(qū)基底花崗質(zhì)巖石所遭受的后期熱事件影響較小、變質(zhì)作用強(qiáng)度相對較弱且經(jīng)歷的是一個(gè)等化學(xué)過程，其大部分主、微量和稀土元素等特征可以被用來進(jìn)行源區(qū)性質(zhì)及成因示蹤[87](圖8、圖9、圖10和圖11)。本文所選18件樣品的主量、微量及稀土元素的分析結(jié)果見表2。

3.2.1 主量元素

在An-Ab-Or標(biāo)準(zhǔn)礦物圖解[90](圖8b)中，全部的18個(gè)樣品中有5個(gè)樣品落入奧長花崗巖區(qū)域，2個(gè)樣品落入英云閃長巖區(qū)域，9個(gè)樣品落入花崗閃長巖區(qū)域，此外，還有2個(gè)樣品落入花崗巖區(qū)域?；跇悠返腟iO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，我們將這些樣品劃分為高硅和低硅兩組(圖8a)。其中：高硅組的巖石類型為二長花崗質(zhì)片麻巖、奧長花崗質(zhì)片麻巖和英云閃長質(zhì)片麻巖，在An-Ab-Or圖解中，其樣品大部分投入奧長花崗巖以及花崗巖區(qū)域(圖8b)；而與之對應(yīng)的低硅組巖石類型為石英二長閃長質(zhì)片麻巖和花崗閃長質(zhì)片麻巖，樣品主要投在花崗閃長巖、英云閃長巖以及二長花崗巖區(qū)域(圖8b)。

藍(lán)色圓形代表低硅組樣品，紅色方形代表高硅組樣品。圖8 研究區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類TAS圖解(a)、An-Ab-Or標(biāo)準(zhǔn)礦物圖解(b)、A/NK-A/CNK圖解(c)和w(K2O)-w(SiO2)圖解(d)Fig.8 TAS diagram (a)，An-Ab-Or diagram (b), A/NK versus A/CNK diagram(c)and w(K2O) versus w(SiO2) diagram (d) of the granitic gneiss in the study area

藍(lán)色圓形代表低硅組樣品，紅色圓形代表高硅組樣品。微量元素球粒隕石及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值分別據(jù)文獻(xiàn)[88]和[89] 。圖9 研究區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a、b)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛圖(c、d)Fig.9 Chondrite-normalized REE patterns (a, b) and primitive-mantle-normalized trace element patterns(c, d) for samples of the granitic gneiss in the study area

主量元素分析結(jié)果顯示，低硅組樣品的w(SiO2)=62.77%～67.83%，平均值為65.16%；w(CaO)=2.23%～4.05%；w(MgO)=1.33%～3.33%，Mg#為42.6～54.3(平均值為47.8)；w(Al2O3)為14.76%～16.50%；樣品中K2O(1.03%～3.99%)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于Na2O(3.27%～4.94%)，具有變化較大的K2O/Na2O值(0.24～1.00，平均值為0.67)，屬于高鉀—中鉀鈣堿性系列(圖8d)。在w(K2O+Na2O)-w(SiO2)巖石類型分類圖解(圖8a)中，樣品大部分投在花崗閃長巖區(qū)域；在A/NK-A/CNK圖解(圖8c)中，樣品表現(xiàn)為從準(zhǔn)鋁質(zhì)向過鋁質(zhì)過渡的趨勢(A/CNK=0.94～1.18)；在w(MgO)-w(SiO2)圖解(圖10a)中，樣品全部投入高硅埃達(dá)克巖區(qū)域。

而高硅組樣品具有相對較高的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為69.92%～77.26%，平均值為73.31%；w(CaO)=0.61%～2.80%，w(MgO)=0.12%～1.37%，Mg#為24.8～55.3(平均值為41.1)；與低硅組相比，這些樣品具有較高的Na2O(3.90%～6.15%)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，相似的Al2O3(13.44%～16.19%)和K2O(1.38%～3.17%)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以及相對偏低的K2O/Na2O值(0.29～0.81，平均值為0.51)，屬于中鉀鈣堿性系列(圖8d)。在w(K2O+Na2O)-w(SiO2)巖石類型分類圖解(圖8a)中，樣品大部分投入到花崗巖區(qū)域內(nèi)；在A/NK-A/CNK圖解中，樣品總體上也表現(xiàn)為與低硅組相類似的從準(zhǔn)鋁質(zhì)向過鋁質(zhì)過渡的特征(A/CNK=0.96～1.16)(圖8c)；在w(MgO)-w(SiO2)圖解(圖10a)中，大部分樣品落入到實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下玄武巖部分熔融區(qū)域內(nèi)。

3.2.2 痕量元素

藍(lán)色圓形代表低硅組樣品，紅色方形代表高硅組樣品。AFM=C(Al2O3)/C(MgO+TFeO);CFM=C(CaO)/C(MgO+TFeO)。圖10 研究區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類的w(MgO)-w(SiO2)圖解(a)、(La/Yb)N-YbN圖解(b)、Mg#-w(SiO2)圖解(c)和AFM-CFM圖解(d)Fig.10 MgO versus SiO2 diagram (a)，(La/Yb)N versus YbN diagram (b)， Mg# versus SiO2 diagram (c)and AFM versus CFM diagram (d) of the granitic gneiss in the study area

痕量元素分析結(jié)果顯示，低硅組樣品w(ΣREE)為(83.55～196.25)× 10-6，具有富集輕稀土元素和虧損重稀土元素的特征(圖9a)，其(La/Yb)N值和(La/Sm)N值分別為7.75～49.55和3.12～11.49，存在較弱的Eu的負(fù)異常或正異常(δEu= 0.56～1.26)(圖9a)；而在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖9c)中，低硅組樣品具有明顯的虧損HFSE(Ta，P和Ti等)的特征。此外，這些樣品具有較低的w(Y)((4.16～34.60)× 10-6)和w(Yb)((0.40～3.28)× 10-6)，結(jié)合其較高的w(Sr)((256.00～588.00)× 10-6)和Sr/Y值((22.46～117.31))，暗示其源區(qū)具有埃達(dá)克巖的性質(zhì)[91]。

而高硅組樣品的稀土元素總量w(ΣREE)為(8.48～154.11)× 10-6，具有更為明顯的富集輕稀土元素和虧損重稀土元素的特征(圖9b)，其(La/Yb)N值和(La/Sm)N值分別為7.46～74.16和2.91～28.41，存在Eu的弱負(fù)異常到弱正異常(圖9b)，δEu值為0.66～2.44(存在1個(gè)異常值9.51)；微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖9d)顯示，與低硅組相比，巖石具有明顯相近的Zr和Hf質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及更為虧損的Nb、Ta、Ti和P特征。這些樣品具有較低的w(Y)((0.90～9.99)× 10-6)和w(Yb)((0.07～0.95)× 10-6)，以及變化范圍較大的w(Sr)((60.90～580.00)× 10-6)和Sr/Y值(17.30～644.44)，暗示該樣品也具有埃達(dá)克巖的屬性。

3.2.3 Lu-Hf同位素

藍(lán)色圓形代表低硅組樣品，紅色方形代表高硅組樣品。ORG.造山帶花崗巖；Syn-COLG.同造山花崗巖；VAG.火山弧花崗巖；WPG.板內(nèi)花崗巖。圖11 研究區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類的Dy/Yb-w(SiO2)圖解(a)、Dy/Yb-w(TREE)圖解(b)、w(Rb)-w(Y+Nb)(c)和w(Nb)-w(Y)(d)構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.11 Dy/Yb versus w(SiO2) diagram(a)， Dy/Yb versus w(TREE) diagram (b)， tectonic discrimination diagrams of w(Rb) versus w(Y+Nb) (c) and w(Nb) versus w(Y) (d) of the granitic gneiss in the study area

前人對鋯石的研究表明，其具有較高的封閉溫度，且與Nd同位素相比，受后期巖漿熱事件以及變質(zhì)作用的影響較小[73,92-93]。因此，鋯石Lu-Hf同位素對于經(jīng)歷過復(fù)雜地質(zhì)歷史的巖石具有較好的指示作用。本文在對研究區(qū)內(nèi)所選具有代表性的花崗質(zhì)片麻巖類樣品進(jìn)行鋯石U-Pb定年的基礎(chǔ)上，對測試結(jié)果中所有不諧和度小于10%的測點(diǎn)進(jìn)行了原位Lu-Hf同位素分析(圖7a，b)。分析結(jié)果顯示，樣品中與2 465～2 515 Ma、2 532～2 572 Ma和2 582～2 630 Ma三個(gè)年齡區(qū)間對應(yīng)的εHf(t)值分別為1.11～6.98、2.72～7.95和5.07～7.83(圖7b)，介于虧損地幔與球粒隕石演化線之間，相應(yīng)的模式年齡分別為2.92～2.58、2.86～2.55和2.77～2.60 Ga。

對于低硅組巖石樣品，其中具有2 497～2 515 Ma年齡變質(zhì)鋯石的εHf(t)值為2.15～6.05，對應(yīng)的模式年齡為2.87～2.64 Ga；而具有2 532～2 561與2 586～2 598 Ma年齡巖漿鋯石的εHf(t)值和模式年齡分別為2.72～7.95、2.86～2.55 Ga和5.07～7.66、2.77～2.60 Ga。與之相比，在高硅組巖石樣品中，諧和年齡為2 480～2 514 Ma的變質(zhì)鋯石εHf(t)值為1.11～6.98，對應(yīng)的模式年齡為2.92～2.58 Ga，而年齡值為2 547～2 564和2 582～2 630 Ma的兩組巖漿鋯石εHf(t)值和模式年齡分別為3.82～7.95、2.81～2.55 Ga和5.31～7.83、2.75～2.60 Ga。

4 討論

4.1 年代學(xué)

研究區(qū)吉林省東南部通化地區(qū)太古宙基底巖石主要由英云閃長巖、奧長花崗巖和花崗閃長巖(TTG)、鉀質(zhì)花崗巖、輝石花崗閃長巖以及部分變質(zhì)表殼巖等組成[47,53-54]。盡管該地區(qū)研究歷史悠久，但受早期測試手段和方法以及植被覆蓋的影響，其時(shí)代和成因研究相比于鄰近的鞍本地區(qū)以及華北克拉通內(nèi)其他區(qū)域太古宙基底的研究明顯滯后[53,55,66,94-95]。近年來，盡管陸續(xù)有高精度鋯石U-Pb年代學(xué)數(shù)據(jù)被報(bào)道，如Guo等[47-49]通過對研究區(qū)東北部夾皮溝以及和龍花崗綠巖帶的研究，認(rèn)為區(qū)域新太古代晚期巖漿事件可以劃分為2 654～2 688和2 536～2 588 Ma兩期，前者主要由斜長角閃巖、角閃斜長片麻巖、黑云母斜長片麻巖等組成，后者主要由廣泛出露的英云閃長巖、奧長花崗巖、花崗閃長巖和石英閃長巖等花崗質(zhì)片麻巖和少量變質(zhì)表殼巖組成，并認(rèn)為其主體形成于2.6～2.5 Ga，與華北克拉通東部陸塊內(nèi)廣泛分布的新新太古代巖漿事件相對應(yīng)[38-39,42]。然而到目前為止，有關(guān)吉林省東南部通化地區(qū)花崗質(zhì)片麻巖的研究仍相對薄弱，這嚴(yán)重制約了對遼北—吉南地塊太古宙物質(zhì)組成、時(shí)代、成因及構(gòu)造演化的深化認(rèn)識。

吉林省東南部通化地區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類主要由二長花崗質(zhì)片麻巖、奧長花崗質(zhì)片麻巖、英云閃長質(zhì)片麻巖、石英二長閃長質(zhì)片麻巖以及花崗閃長質(zhì)片麻巖等組成。鋯石顯微結(jié)構(gòu)、微區(qū)成分及U-Pb年代學(xué)等綜合研究結(jié)果表明，研究區(qū)以石英二長閃長質(zhì)片麻巖和花崗閃長質(zhì)片麻巖等為代表的低硅組樣品的原巖侵位于2 534～2 552 Ma；而由二長花崗質(zhì)片麻巖、奧長花崗質(zhì)片麻巖以及英云閃長質(zhì)片麻巖等組成的高硅組樣品的原巖形成于2 549～2 557 Ma；兩者形成時(shí)代在誤差范圍內(nèi)完全一致，暗示區(qū)域內(nèi)約2.55 Ga新太古代晚期巖漿事件的存在，這也與近年來前人有關(guān)遼北--吉南地塊同時(shí)代地質(zhì)體的年代學(xué)研究結(jié)果一致[11,13,48-49]。此外，兩組樣品中均含有約2.60 Ga的捕獲鋯石，這類鋯石多發(fā)育核邊結(jié)構(gòu)，核部呈亮白色或深灰色，部分可見震蕩生長環(huán)帶，具有典型巖漿成因特點(diǎn)[82-83](圖5)；其時(shí)代與研究區(qū)西側(cè)湯圖—馬圈子—大蘇河地區(qū)的奧長花崗質(zhì)片麻巖及其角閃巖包體的年齡和出露于研究區(qū)北側(cè)夾皮溝地區(qū)的英云閃長巖-奧長花崗巖巖套的年齡(2 570～2 600 Ma)相一致[13,49]，表明區(qū)域內(nèi)也存在約2.60 Ga的巖漿事件。值得注意的是，在研究區(qū)還發(fā)育有約2.70 Ga的英云閃長質(zhì)片麻巖[96]，盡管出露面積有限，但與區(qū)域同時(shí)代吉林和龍、夾皮溝、通化市北部以及遼寧北部三道關(guān)地區(qū)的變質(zhì)表殼巖和花崗質(zhì)片麻巖[47-49]中約2.7 Ga的捕獲鋯石年齡相一致[13,47-49,68]，暗示區(qū)域同時(shí)代巖漿事件的存在。

此外，兩組巖石樣品中均存在約2.50 Ga的變質(zhì)鋯石，這類鋯石具有較低的Th/U值，在CL圖像上多呈黑色均質(zhì)或存在于具有核邊結(jié)構(gòu)的鋯石邊部，暗示其變質(zhì)鋯石的成因特點(diǎn)[80-81]。因此我們認(rèn)為這些樣品同時(shí)記錄了約2.5 Ga的變質(zhì)事件。這也與區(qū)域上變質(zhì)表殼巖以及TTG片麻巖中所記錄的2 480～2 510 Ma的變質(zhì)作用時(shí)代相一致[11-12,21,97-98]。綜上所述，本文認(rèn)為研究區(qū)吉林省東南部通化地區(qū)太古宙基底花崗質(zhì)片麻巖類主要形成于新太古代晚期(約2.55 Ga)，區(qū)域內(nèi)至少還存在峰期約2.70和2.60 Ga兩期巖漿事件，它們共同遭受了約2.5 Ga變質(zhì)作用的改造。

4.2 巖石成因

吉林省東南部通化地區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類按照SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以劃分為高硅和低硅兩組。分析結(jié)果顯示：前者主要包括二長花崗質(zhì)片麻巖、奧長花崗質(zhì)片麻巖和英云閃長質(zhì)片麻巖，以高硅、富鉀、低鎂、富集LREEs和LILEs等為特征；與之相比，后者主要由石英二長閃長質(zhì)片麻巖和花崗閃長質(zhì)片麻巖組成，除含有相對稍高的MgO、CaO、Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)以外，總體特征基本一致。前人研究結(jié)果表明，角閃石具有較高的重稀土元素分配系數(shù)，其分離結(jié)晶作用會導(dǎo)致巖漿Dy/Yb值隨著SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增高而降低[99-101]。在Dy/Yb -w(SiO2)圖解(圖11a)中，本文高硅組樣品Dy/Yb值隨SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高呈下降趨勢，暗示了巖漿演化過程中角閃石分離結(jié)晶作用的存在，這也與樣品中TREE與Dy/Yb[102](圖11b)以及SiO2與Sc分別具有正、負(fù)相關(guān)性，和奧長花崗質(zhì)片麻巖中存在閃長質(zhì)微粒包體(MME)等特征相一致(圖3h)；而低硅組樣品輕重稀土元素明顯分異，富集LREE和LILE，虧損HREE和Nb、Ta、P、Ti等元素，同樣暗示其母巖漿后期演化過程中分離結(jié)晶作用的存在。同位素分析結(jié)果顯示：高硅組樣品原巖主要形成于2 549～2 557 Ma，εHf(t)值為3.82～7.95，模式年齡為2.81～2.55 Ga，主體靠近于同時(shí)期虧損地幔演化線；而低硅組樣品同樣顯示其具有相近的原巖形成時(shí)代(2 534～2 552 Ma)、εHf(t)值(2.72～7.95)和模式年齡(2.86～2.55 Ga)?；诖?，本文認(rèn)為研究區(qū)高硅和低硅花崗質(zhì)片麻巖類可能具有同一巖漿源區(qū)，其母巖漿主體可能都應(yīng)起源于新太古代晚期新生地殼物質(zhì)的部分熔融。

此外，這些花崗質(zhì)片麻巖類樣品都顯示較高的(La/Yb)N值、Sr/Y值(表2)，其特征與典型的顯生宙埃達(dá)克質(zhì)巖石相類似[103-104]，這也與其在w(MgO)-w(SiO2)、(La/Yb)N-(Yb)N和Mg#-w(SiO2)圖解中，大部分樣品落入埃達(dá)克巖區(qū)域內(nèi)的特征相一致[105-106](圖10a，b，c)；并且樣品Mg#值主體大于43，明顯高于下地殼平均值[107](通常小于43)，在AFM-CFM巖石成因鑒別圖(圖10d)中[108]，也多數(shù)落入變質(zhì)玄武巖-變質(zhì)英云閃長巖部分熔融區(qū)域，結(jié)合樣品變化較大的K2O/Na2O值(0.24～1.00)，暗示研究區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類原巖形成演化過程中俯沖作用的存在[106,109-110]。結(jié)合前人有關(guān)區(qū)域同時(shí)代巖漿-熱事件的最新研究成果[48-49,68]，本文認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)以石英二長閃長質(zhì)片麻巖和花崗閃長質(zhì)片麻巖為代表的低硅組和以二長花崗質(zhì)片麻巖、奧長花崗質(zhì)片麻巖以及英云閃長質(zhì)片麻巖為代表的高硅組巖石應(yīng)來源于同一巖漿源區(qū)，其形成可能與大洋板片俯沖、巖漿底侵引起的地殼部分熔融作用有關(guān)。

4.3 吉林省東南部新太古代晚期的地殼形成與演化

新太古代是全球地殼形成的最主要階段。一些學(xué)者基于Sm-Nd同位素和鋯石Lu-Hf同位素研究認(rèn)為，與世界上其他地區(qū)主要的克拉通一樣，約2.7 Ga代表了華北克拉通東部陸塊最主要的生長階段，其生長機(jī)制可能與地幔柱的構(gòu)造模式相關(guān)，而在華北克拉通東部陸塊大面積出露的約2.5 Ga的巖漿事件主要受地殼再造作用的影響[38-40]。然而，另一些學(xué)者通過對華北克拉通東部陸塊西北緣的遼西、冀東、遼北和五臺等地區(qū)開展的系統(tǒng)的野外地質(zhì)、巖石學(xué)、年代學(xué)和地球化學(xué)研究，依據(jù)對不同巖石組合進(jìn)行系統(tǒng)的巖石成因及殼幔作用分析，提出2.6～2.5 Ga同樣是華北克拉通東部陸塊最重要的地殼生長階段，其生長機(jī)制可能與俯沖作用有關(guān)的弧-陸側(cè)向增生過程相聯(lián)系[4,12-15,17-18,47-49]。

本文通過對吉林省東南部通化地區(qū)新太古代晚期花崗質(zhì)片麻巖類的年代學(xué)以及Lu-Hf同位素分析顯示，其巖體主要形成于2 534～2 557 Ma，對應(yīng)的εHf(t)值為2.72～7.95，落入虧損地幔和球粒隕石演化線范圍內(nèi)，主體靠近虧損地幔演化線，模式年齡為2.86～2.55 Ga，暗示其母巖漿應(yīng)來自于新生地殼物質(zhì)的部分熔融；此外巖體中年齡值約為2.60 Ga的捕獲鋯石也具有相似的εHf(t)值，為5.07～7.83，對應(yīng)的模式年齡為2.77～2.60 Ga(圖7)，可能指示同一期地殼增生事件。因此我們認(rèn)為2.60～2.55 Ga是吉林省東南部地殼生長的最主要階段，這一階段可能是一個(gè)持續(xù)的過程。此外，我們對研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的年齡值約為2.7 Ga的英云閃長質(zhì)片麻巖的研究結(jié)果顯示[96]，這些巖石具有5.28～7.96的εHf(t)值，暗示了區(qū)域內(nèi)還存在約2.7 Ga的地殼生長。最近，Guo等[47]對位于研究區(qū)東北部的和龍花崗-綠巖帶中變質(zhì)火山巖的研究結(jié)果顯示，其原巖形成于2 654～2 683 Ma，結(jié)合其正的εHf(t)值，暗示吉林南部約2.7 Ga地殼生長事件的存在，但與本文不同的是，該區(qū)域以記錄大規(guī)模約2.7 Ga地殼生長和約2.5 Ga再造為主要特征。此外，研究區(qū)北側(cè)夾皮溝以及靖宇地區(qū)大面積出露的變質(zhì)火山巖和石英閃長巖-花崗質(zhì)片麻巖巖套的研究結(jié)果顯示，其形成時(shí)代為2.59～2.52 Ga[48-49]，εHf(t)值主體靠近虧損地幔演化線，并認(rèn)為晚新太古代(2.6～2.5 Ga)是該區(qū)域地殼生長的最主要階段，而約2.7 Ga的地殼生長僅記錄在少量的變質(zhì)沉積巖中。綜上所述，我們認(rèn)為研究區(qū)吉林省東南部通化地區(qū)的地殼生長特征與夾皮溝地區(qū)具有一定的相似性，他們都以2.6～2.5 Ga的地殼生長為主，僅有少量約2.7 Ga地殼生長的記錄，而明顯區(qū)別于和龍地區(qū)，后者以記錄約2.7 Ga的地殼生長和2.55～2.53 Ga地殼再循環(huán)為主要特征[47]。

4.4 吉林省東南部新太古代晚期的構(gòu)造背景

有關(guān)TTG巖石形成的動力學(xué)背景一直是國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家研究的熱點(diǎn)，目前主要存在地幔柱、俯沖和地幔柱-島弧復(fù)合作用3種觀點(diǎn)[99,101,111]。近年來，隨著一系列巖石學(xué)、地球化學(xué)、年代學(xué)以及數(shù)值模擬等方面新成果的出現(xiàn)，一些學(xué)者認(rèn)為板塊構(gòu)造機(jī)制啟動于太古宙末期[7,10]；而另一些學(xué)者則認(rèn)為，與板塊構(gòu)造機(jī)制相關(guān)的線性構(gòu)造熱事件在新太古代很難形成如華北克拉通東部陸塊般大規(guī)模的新生地殼物質(zhì)，并認(rèn)為其地殼生長與地幔柱底侵和分異有關(guān)[38-39,42]。最新年代學(xué)和地球化學(xué)分析結(jié)果顯示，吉林省南部新太古代晚期火山事件(2.6～2.5 Ga)，總體表現(xiàn)出從基性到酸性連續(xù)演化的趨勢，且無論是酸性火山巖還是花崗質(zhì)片麻巖都具有鈣堿性巖石組合特征[48-49,68]；并且截至目前，吉林南部尚未發(fā)現(xiàn)2.6～2.5 Ga的科馬提巖。這均表明區(qū)域內(nèi)變質(zhì)表殼巖和花崗質(zhì)片麻巖的形成更可能與俯沖作用相關(guān)。

前人研究結(jié)果表明，埃達(dá)克質(zhì)巖石的形成主要與俯沖作用相關(guān)[112-114]。如前所述，本文研究區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類主體屬于高鉀—中鉀鈣堿性系列，顯示與埃達(dá)克巖相類似的地球化學(xué)特征(圖10a，b，c)。在w(Rb)-w(Y+Nb)和w(Nb)-w(Y)圖解(圖11c，d)中，這些樣品也都投在火山弧區(qū)域內(nèi)，與其原巖形成演化過程中區(qū)域存在俯沖作用的研究結(jié)果相吻合[106,109-110]，也與研究區(qū)西部板石溝地區(qū)同時(shí)代變質(zhì)火山巖的研究成果相一致[68]。此外，Guo等[47]通過對吉林省東部夾皮溝地區(qū)2.59～2.54 Ga變質(zhì)火山巖的研究認(rèn)為，其具有與安第斯型活動陸緣鈣堿性火山巖相近的地球化學(xué)屬性。因此，本文認(rèn)為研究區(qū)所選花崗質(zhì)片麻巖類的形成應(yīng)與俯沖作用相聯(lián)系，吉林省東南部通化地區(qū)新太古代末期應(yīng)處于活動大陸邊緣的構(gòu)造環(huán)境。

5 結(jié)論

本文通過對吉林省東南部通化地區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類的巖石學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、元素和Lu-Hf同位素地球化學(xué)的系統(tǒng)研究，初步得出如下幾點(diǎn)結(jié)論：

1)吉林省東南部通化地區(qū)花崗質(zhì)片麻巖可以分為高硅和低硅兩組，前者由二長花崗質(zhì)片麻巖、奧長花崗質(zhì)片麻巖和英云閃長巖質(zhì)片麻巖組成，形成于2 549～2 557 Ma；后者主要由石英二長閃長質(zhì)片麻巖和花崗閃長巖組成，形成于2 534～2 552 Ma；二者都發(fā)育約2 600 Ma捕獲鋯石，且遭受約2 500 Ma變質(zhì)作用的改造。

2)吉林省東南部通化地區(qū)的花崗質(zhì)片麻巖中低硅組與高硅組巖石具有相似的地球化學(xué)性質(zhì)和εHf(t)值與模式年齡，暗示其同一巖漿源區(qū)性質(zhì)，母巖漿應(yīng)起源于新生地殼物質(zhì)的部分熔融。

3)吉林省東南部通化地區(qū)花崗質(zhì)片麻巖類形成可能與俯沖作用相關(guān)，結(jié)合區(qū)域內(nèi)變質(zhì)火山巖以及花崗質(zhì)片麻巖的研究成果，本文認(rèn)為研究區(qū)新太古代晚期應(yīng)處于活動大陸邊緣的構(gòu)造環(huán)境。

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