張家輝 ，王惠初 ，郭敬輝 ，田輝 ，任云偉 ，常青松 ，施建榮 ，相振群

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；2.中國地質(zhì)調(diào)查局前寒武紀(jì)地質(zhì)研究中心，天津300170；3.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室，北京100029；4.中國地質(zhì)調(diào)查局華北科技創(chuàng)新中心，天津300170）

華北克拉通是全球范圍內(nèi)少數(shù)幾個保留有≥3.8 Ga巖石的古老克拉通之一，保留了太古宙完整的巖漿-構(gòu)造-變質(zhì)歷史，是研究我國早前寒武紀(jì)地質(zhì)演化的天然實驗室。華北克拉通是在＞3.0 Ga形成的多個古老陸核或微陸塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并在2.9～2.7 Ga經(jīng)歷了廣泛的陸殼增生事件，以基性火山巖的噴發(fā)和TTG巖系的形成為特點，新太古代末期（～2.5 Ga）大規(guī)模新生的TTG巖漿巖的就位，以及相關(guān)的構(gòu)造和變質(zhì)-巖漿事件是華北克拉通形成過程中最重要的地質(zhì)事件，標(biāo)志著華北微陸塊的拼合與早期克拉通化過程[1-6]。元古宙時期，華北克拉通經(jīng)歷的地質(zhì)演化可以分為古元古代碰撞造山事件和中-新元古代在裂解背景上發(fā)育的大規(guī)?；詭r墻群侵位、非造山巖漿活動以及裂陷槽的火山-沉積事件等，它們被認(rèn)為與全球Columbia超大陸的匯聚和裂解事件相對應(yīng)[7]。古元古代是華北克拉通重要的構(gòu)造演化階段，這一時期系列重大的構(gòu)造熱事件，尤其是古元古代末期（1.95～1.8 Ga）涉及HT-UHT麻粒巖相、HP-MP麻粒巖相變質(zhì)作用和區(qū)域性地殼重熔有關(guān)的造山事件，造就了早前寒武紀(jì)克拉通統(tǒng)一基底的形成[8-9]。內(nèi)蒙集寧地區(qū)孔茲巖系和晉冀蒙交界地區(qū)高壓鎂鐵質(zhì)麻粒巖記錄的順時針P-T軌跡記錄了清晰的碰撞造山演化過程[10]，而造山作用之前（2.30～2.0 Ga）的構(gòu)造演化過程仍存在爭議。近年來隨著研究程度的提高，在華北克拉通發(fā)現(xiàn)了大量的2.2～2.0 Ga基性巖墻和A型花崗巖巖漿活動，揭示該階段可能存在的陸內(nèi)裂谷活動[2，11-20]，這為理解華北克拉通古元古代中期構(gòu)造-巖漿演化過程提供了依據(jù)。

本文報道了天鎮(zhèn)-懷安地區(qū)董家溝～2.03 Ga變質(zhì)石榴花崗巖，通過詳細(xì)的巖石學(xué)、地球化學(xué)以及鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素分析，查明其具有A型花崗巖的成因?qū)傩?，來源于新太古代TTG巖石的部分熔融，結(jié)合華北克拉通廣泛分布的同期基性巖墻和A型花崗巖巖漿活動，為華北克拉通在2.2～2.0 Ga處于伸展背景提供了新的證據(jù)，且碰撞造山啟動時限應(yīng)該晚于2.0 Ga。

圖1 （a）華北克拉通構(gòu)造單元劃分圖（底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[24]）；（b）晉冀蒙交界地區(qū)早前寒武紀(jì)地質(zhì)簡圖；（c）董家溝村地質(zhì)簡圖Fig.1 （a）Tectonic subdivision of the North China Craton;(b)Precambrain geological sketch of the Shanxi-Hebei-Inner Mongolia border area;(c)Geological sketch of the Dongjiagou area

1 區(qū)域地質(zhì)背景

晉冀蒙交界地區(qū)是華北克拉通典型的麻粒巖區(qū)（圖1a），其中的變質(zhì)基底記錄了2.5～1.8 Ga新太古代-古元古代不同成因類型的變質(zhì)巖系，主要包括新太古代英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗閃長巖-花崗巖巖系（TTG-G2）和含鐵建造（BIF）的變質(zhì)火山-沉積巖系以及古元古代孔茲巖系、高壓鎂鐵質(zhì)麻粒巖、變質(zhì)基性巖墻以及同期的地殼重熔型巖漿巖等巖石類型[21-23]（圖1b），整體為一套經(jīng)歷古元古代構(gòu)造變質(zhì)強(qiáng)烈改造的再造巖系。研究區(qū)位于天鎮(zhèn)-懷安地區(qū)的董家溝一帶，大地構(gòu)造位置屬華北克拉通中部造山帶北段[24]。該地區(qū)主體巖石是新太古代二輝石英閃長質(zhì)片麻巖、英云閃長質(zhì)片麻巖和二長花崗質(zhì)片麻巖，含少量的BIF建造，局部出露少量變質(zhì)基性巖墻，變質(zhì)石榴花崗巖則呈巖株狀產(chǎn)出于新太古代英云閃長質(zhì)片麻巖中（圖1c）。天鎮(zhèn)-懷安地區(qū)出露的古元古代變質(zhì)表殼巖（孔茲巖系）和含石榴子石的高壓鎂鐵質(zhì)麻粒巖均記錄了順時針P-T演化軌跡[10，25]，局部可能還疊加了超高溫變質(zhì)作用[26-27]。區(qū)內(nèi)變質(zhì)基底巖石均記錄了1.85～1.82 Ga麻粒巖相變質(zhì)和地殼深熔事件，與不同陸塊間碰撞造山有關(guān)[24]，或是對應(yīng)變質(zhì)地體從加厚地殼深部快速折返至中地殼之后的緩慢冷卻過程[28]。

2 野外產(chǎn)狀及巖石學(xué)特征

天鎮(zhèn)-懷安地區(qū)古元古代二長花崗巖較發(fā)育，一般呈巖株狀或巖脈狀侵入于新太古代變質(zhì)TTG巖系中。此期侵入巖普遍表現(xiàn)為均勻的典型巖體或巖脈地貌。巖石一般具弱片麻狀或塊狀構(gòu)造，并與圍巖具有協(xié)調(diào)的產(chǎn)狀關(guān)系，多為順片麻理侵入關(guān)系。最新的1/5萬天鎮(zhèn)、懷安鎮(zhèn)、東六馬坊幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，根據(jù)巖石學(xué)特征及鋯石U-Pb年齡，將區(qū)內(nèi)古元古代二長花崗巖類劃分為兩套，分別為（變質(zhì)）花崗巖脈和變質(zhì)石榴花崗巖。

變質(zhì)石榴花崗巖主要出露于天鎮(zhèn)縣董家溝村一帶，出露總面積約3.19 km2。野外形態(tài)為不規(guī)則狀，呈多個分散的小巖株侵入到新太古代英云閃長質(zhì)片麻巖中（圖1c），在二者接觸處多發(fā)育有巖枝狀脈體侵入圍巖中。在董家溝村公路兩旁可見新鮮的石榴花崗巖露頭（圖2a），外貌呈現(xiàn)明顯的淺肉紅色和肉紅色，并以普遍含石榴子石和磁鐵礦為特征，與區(qū)內(nèi)其它二長花崗巖類相區(qū)別。巖體的主要巖性為變質(zhì)石榴二長花崗巖或變質(zhì)石榴石英二長巖，石英含量介于15%～25%間，為方便定名本文統(tǒng)稱為變質(zhì)石榴花崗巖。巖體內(nèi)部巖性整體相對均勻，成分變化較小，但巖石構(gòu)造存在塊狀-片麻狀變化：弱變形域多表現(xiàn)為塊狀構(gòu)造，并呈現(xiàn)典型的球形風(fēng)化巖貌特征（圖2b）；強(qiáng)變形域則發(fā)育片麻理，礦物定向明顯（圖2c、d）。此外，野外可觀察到巖體中產(chǎn)出少量二輝麻粒巖，與圍巖石榴花崗巖遭受了相同的變質(zhì)-變形作用，并可見石榴花崗巖深熔形成的淺色脈體反向侵入二輝麻粒巖中（圖2f）。通過野外調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，二輝麻粒巖局部呈巖墻狀產(chǎn)出（圖2e），與圍巖石榴花崗巖界線清楚，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料，筆者認(rèn)為二輝麻粒巖原巖為變質(zhì)基性巖墻，晚于石榴花崗巖侵位。同時，石榴花崗巖遭受了變質(zhì)深熔作用和變形作用改造，這說明石榴花崗巖并不是同變質(zhì)-深熔期形成的巖漿巖，其形成時代應(yīng)早于該期變質(zhì)-變形時限。

圖2 董家溝變質(zhì)石榴花崗巖野外產(chǎn)狀及顯微照片F(xiàn)ig.2 Field and microphotographs of the Dongjiagou meta-garnet granite

變質(zhì)石榴花崗巖：巖石呈淺肉紅色，中細(xì)?；◢徸兙ЫY(jié)構(gòu)，塊狀-弱片麻狀構(gòu)造（圖2g）；主要由鉀長石（35%～40%）、斜長石（30%～35%）、石英（15%～25%）、石榴子石（～5%）以及少量角閃石、黑云母和磁鐵礦組成；其中鉀長石為條紋長石，部分與石英呈文象結(jié)構(gòu)；石榴子石呈粒狀或不規(guī)則狀，分布不均勻，表面干凈，無礦物包裹體（圖2h）。

3 測試分析方法

本文樣品粉碎及鋯石分選均在河北省廊坊市宇能巖礦公司完成。鋯石分選首先用常規(guī)方法進(jìn)行粉碎，并用浮選和電磁選方法進(jìn)行分選，最后在雙目鏡下選出鋯石。鋯石制靶、陰極發(fā)光（CL）以及透、反射照相均在北京鋯年領(lǐng)航有限公司完成。在觀察鋯石CL圖像基礎(chǔ)上，結(jié)合反射光和透射光照片，避開鋯石中的裂隙、包裹體和雜質(zhì)，選擇鋯石測年點位。鋯石U-Pb定年測試分析在天津地質(zhì)調(diào)查中心同位素實驗室完成。分析所用的LA-MC-ICPMS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。分析時采用GJ-1作為外部標(biāo)準(zhǔn)校正鋯石中U、Th和Pb同位素分餾；同時采用NIST610玻璃作為標(biāo)樣計算鋯石中U、Th、Pb含量。最后利用ICPMSDataCal程序和Isoplot3.0程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

巖石地化樣品粉碎（200目）在河北省廊坊市宇能巖礦公司加工完成。主量元素和微量元素測試分析均在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗室完成。主量元素采用X射線熒光光譜儀（XRF）測定，F(xiàn)eO采用氫氟酸、硫酸溶樣、重鉻酸鉀滴定容量法，分析精度優(yōu)于2%。稀土元素和微量元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（TJA-PQ-ExCell ICP-MS）測定，分析精度優(yōu)于5%。

4 測試結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

本次工作中對變質(zhì)石榴花崗巖樣品17DJG-1進(jìn)行了LA-MC-ICPMS鋯石U-Pb測年。樣品中鋯石呈長柱狀，自形程度相對較好，長軸約100～200μm，長寬比一般在3/1～2/1之間。在CL圖像中（圖3），多數(shù)鋯石具核-邊結(jié)構(gòu)，其中核部鋯石保留較好的結(jié)晶環(huán)帶，具有巖漿鋯石特征；邊部鋯石應(yīng)為變質(zhì)邊。該樣品共分析40個數(shù)據(jù)點（表1），分析點位于核部和邊部位置，整體數(shù)據(jù)點具有較高的諧和度，均位于諧和線上，分別集中于兩個不同的位置（圖4a）。其中，落在諧和線上端的12個數(shù)據(jù)點分析位置為核部鋯石，具有較高的Th/U比值（0.22～1.41）（圖4b），207Pb/206Pb表面年齡多在1 974～2 085 Ma之間，12個數(shù)據(jù)加權(quán)平均207Pb/206Pb年齡為2 031±21 Ma（MSWD=1.3），代表原巖結(jié)晶年齡。位于諧和線下端的28個數(shù)據(jù)點的Th/U較低，大部分小于0.1，部分介于0.11～0.97，但所有測試點Pb207/Pb206表面年齡較集中，介于1 771～1 901 Ma，28個年齡數(shù)據(jù)加權(quán)平均207Pb/206Pb年齡為1 837±12 Ma（MSWD=1.13），該年齡與區(qū)內(nèi)主期記錄的變質(zhì)年齡一致，應(yīng)代表石榴花崗巖的變質(zhì)年齡。

4.2 主量、微量元素

圖3 變質(zhì)石榴花崗巖（17DJG-1）代表性鋯石陰極發(fā)光圖像、鋯石U-Pb和Lu-Hf同位素分析點位Fig.3 CL images of zircon grains from the Dongjiagou meta-garnet granite(17DJG-1),positions of Zricon U-Pb dating and Lu-Hf isotopic analysis

表1 董家溝變質(zhì)石榴花崗巖（17DJG-1）LA-MC-ICPMS鋯石U-Pb同位素測試結(jié)果Tab.1 LA-MC-ICPMS U-Pb isotopic results of zircons from the Dongjiagou meta-garnet granite(17DJG-1)

圖4 變質(zhì)石榴花崗巖（17DJG-1）的鋯石U-Pb年齡諧和圖（a）和207Pb/206Pb age-Th/U圖解（b）Fig.4 Zircon U-Pb ages concordia diagram(a)and 207Pb/206Pb age-Th/U diagram(b)of the Dongjiagou meta-garnet granite(17DJG-1)

表2 董家溝變質(zhì)石榴花崗巖主量元素（wt%）和微量元素（×10-6）分析結(jié)果Tab.2 Major elements(wt%)and trace elements(×10-6)compositions of the Dongjiagou meta-garnet granite

本次工作采集了變質(zhì)石榴花崗巖三個樣品（17DJG-1、YQ7571-1和YQ7572-1）進(jìn)行地球化學(xué)分析，其主量元素、微量元素分析結(jié)果見表2。三個變質(zhì)石榴花崗巖巖石樣品顯示出富Si、K、Al和相對貧 Na、Ca、Ti、Mg 的地球化學(xué)特征。SiO2含量在68.58wt%～73.32 wt%，Al2O3含量介于13.40 wt%～14.78 wt%之間，Na2O含量在3.09 wt%～3.24 wt%之間，K2O含量在5.2 wt%～5.7 wt%之間，K2O＞Na2O，K2O/Na2O=1.60～1.82。CaO含量較低，介于1.01 wt%～1.74 wt%之間。MgO和TiO2含量較低，分別為0.17 wt%～0.19 wt%和0.17 wt%～0.35 wt%。分異指數(shù)（DI）為84.29～90.01，分異程度高；里特曼指數(shù)σ為2.34～3.02，為鈣堿性巖。在侵入巖TAS圖解中（圖5a），樣品點主要落于花崗巖區(qū)和石英二長巖鄰近區(qū)域，屬亞堿性系列為主，少量為堿性系列。在SiO2-K2O圖解中（圖5b），樣品主要落在鉀玄系列區(qū)域。標(biāo)準(zhǔn)礦物計算（CIPW）表明，巖石樣品的剛玉分子小于1，為0.28～0.66。樣品的A/CNK介于1.02～1.05之間，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)巖石（圖6）。

圖6 變質(zhì)石榴花崗巖A/CNK-A/NK圖解（據(jù)參考文獻(xiàn)[31]）Fig.6 A/CNK(Al2O 3/(Na2O+K2O))vs.A/NK(molar ratio Al2O3/(Na2O+K 2O+CaO))for the Dongjiagou meta-garnet granite

圖5 董家溝變質(zhì)石榴花崗巖TAS圖解（底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[29]）和SiO2-K2O圖解（底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[30]）Fig.5 Plots of(a)Na2O+K2O vs.SiO2(after Middlemost.[29])and(b)K2O vs.SiO2(after Peccerillo and Taylor.[30])for the Dongjiagou meta-garnet granite

三個巖石樣品稀土總量較高（ΣREE=733.29×10-6～909.0×10-6），在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖中（圖7a），呈輕稀土元素相對富集、重稀土元素虧損的右傾分布形式，LREE/HREE為15.85～23.55，（La/Yb）N為23.45～34.91。樣品具明顯的負(fù)銪異常，δEu介于0.25～0.44之間。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中（圖7b），樣品整體顯示富集Rb、Ba、K等大離子親石元素和Zr、Hf，虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素。樣品中Sr、Y含量較低，Sr含量在59.7×10-6～164×10-6之間；Y含量在36.5×10-6～57.2×10-6之間。另外，過渡元素Cr、Ni含量低，分別為1.99×10-6～3.97×10-6和1.72×10-6～3.94×10-6。

4.3 鋯石Hf同位素

圖7 董家溝石榴花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式圖（a）和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（b）（標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)據(jù)參考文獻(xiàn)[32]）Fig.7(a)Chondrite-normalized REEs patterns and(b)PM-normalized trace elements patterns for the Dongjiagou meta-garnet granite

表3 董家溝變質(zhì)石榴花崗巖（17DJG-1）鋯石Hf同位素測試結(jié)果Tab.3 Zircon Hf data of the Dongjiagou meta-garnet granite(17DJG-1)

本次工作對變質(zhì)石榴花崗巖樣品（17DJG-1）進(jìn)行了鋯石Hf同位素測試，分析點位選擇已獲得年齡的鋯石點位，共獲得27組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)見表3。其中的核部鋯石176Hf/177Hf值為0.281525～0.281732（圖8a），按照鋯石表面年齡計算εHf（t）值為-0.47～+5.51，大部分為正值（圖8b），對應(yīng)的TDM1=2 228～2 452 Ma、TDM2=2 317～2 658 Ma（ 圖 8c）；邊 部 鋯石176Hf/177Hf值相對較低，為0.281 465～0.281 604（圖8a），按照鋯石表面年齡計算εHf（t）值為-5.47～-0.09，均為負(fù)值（圖8b），對應(yīng)的TDM1=2 250～2 450 Ma、TDM2=2 506～2 828 Ma（圖8c）。

5 討論

5.1 石榴花崗巖形成時代

通過LA-MC-ICPMS定年，在董家溝變質(zhì)石榴花崗巖樣品17DJG-1中獲得兩組年齡，其中1 837±12 Ma年齡測試點位主要為鋯石變質(zhì)邊，且Th/U比值大多小于0.1，該年齡應(yīng)代表巖石的變質(zhì)年齡；2 031±21 Ma年齡主要記錄核部具有巖漿震蕩環(huán)帶鋯石年齡，且Th/U比值大多大于0.1，應(yīng)為原巖結(jié)晶年齡。前人已報道了董家溝石榴花崗巖的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)，獲得巖石的形成年齡為2 036±16 Ma[33]、2 003±24 Ma[34]、2 052±9 Ma和2 047±13 Ma[35]，變質(zhì)年齡為 1 839±46 Ma[33]、1 818±27 Ma[34]、1 844±4 Ma[35]?？梢姡@得的董家溝石榴花崗巖的年齡數(shù)據(jù)非常接近，由此限定其形成年齡為2 003～2 052 Ma，遭受后期變質(zhì)作用年齡為1 818～1 844 Ma，該年齡與晉冀蒙交界地區(qū)廣泛存在的區(qū)域性麻粒巖相變質(zhì)年齡一致。

圖8 董家溝變質(zhì)石榴花崗巖（17DJG-1）鋯石176Lu/177Hf-176Hf/177Hf（a）、207Pb/206Pb-εHf（t）（b）和207Pb/206Pb-TDM2（c）圖解Fig.8 Zircon 176Lu/177Hf-176Hf/177Hf（a）、207Pb/206Pb-εHf（t）（b）和207Pb/206Pb-TCDM（c）plots for the Dongjiagou metagarnet granite(17DJG-1)

5.2 花崗巖成因類型

前人已有研究報道了董家溝變質(zhì)石榴花崗巖[34-35]，因此本文在研究巖石成因時利用前人數(shù)據(jù)一并討論。董家溝變質(zhì)石榴花崗巖的SiO2含量較高（63.18～74.16 wt%）、高K2O+Na2O含量（8.05～9.57 wt%），相對貧MgO、TiO2，在A/NCK-A/NK圖解中，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)或弱過鋁質(zhì)巖石（圖6）。標(biāo)準(zhǔn)礦物計算（CIPW）結(jié)果顯示剛玉分子為0.11～1.03，平均值為0.39，遠(yuǎn)小于1，與S型花崗巖明顯不同。稀土元素配分模式圖具有典型的右傾樣式和明顯的負(fù)Eu異常，在微量元素上虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素，同時樣品的Zr+Nb+Ce+Y含量（422.7×10-6～1 945.8×10-6，平均值為1 051.2×10-6）和10 000*Ga/Al比值（2.75～5.65），均高于A型花崗巖的下限值350×10-6和2.6[36]，在花崗巖成因類型判別圖解中，樣品點均落在A型花崗巖范圍（圖9）。通過全巖Zr飽和溫度計計算[37]，TZr=812～934℃，平均值為891℃，表明石榴花崗巖形成溫度較高，遠(yuǎn)高于具有類似SiO2含量的I型花崗巖。此外，實驗巖石學(xué)研究表明，花崗巖FeO*+MgO+TiO2含量與形成的溫度密切相關(guān)，石榴花崗巖具有較高的FeO*+MgO+TiO2含量（3.11～8.61 wt%，平均值為4.78 wt%），進(jìn)一步指示其形成于高溫環(huán)境[38]。Zhang et al.[34]和曲敏[35]對董家溝花崗巖進(jìn)行了詳細(xì)的地球化學(xué)研究，揭示其具有A型花崗巖特征。綜合以上研究，董家溝變質(zhì)石榴花崗巖具有A型花崗巖成因?qū)傩浴?/p>

圖9 董家溝變質(zhì)石榴二長花崗巖（Zr+Nb+Ce+Y）-NK/C和10 000＊Ga/Al-Zr圖解（底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[36]）Fig.9（Zr+Nb+Ce+Y）-NK/C and 10 000＊Ga/Al-Zr plots for the Dongjiagou meta-garnet granite

5.3 源區(qū)特征

變質(zhì)石榴花崗巖Rb、Th、K等大離子親石元素富集，Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素虧損，指示其與大陸地殼物質(zhì)具有明顯的親緣性[39]。其中，樣品中Th含量較高（16.3×10-6～35.36×10-6），明顯高于中上地殼Th 含量（6.5×10-6～10.5×10-6）[39]；Rb/Sr比值在0.95～4.62之間，也遠(yuǎn)高于地殼平均值0.35[40]；樣品的Mg#值為3～21，平均值為8，遠(yuǎn)低于40，并具有低TiO2（0.11～0.77 wt%）、Cr（1.14×10-6～10.73×10-6）和Ni（1.72×10-6～16.00×10-6）的特點，可排除幔源巖漿的分異演化，其物質(zhì)應(yīng)來源于地殼巖區(qū)。此外，石榴花崗巖虧損Sr，且Sr/Y比值較低（0.63～3.67），具有明顯的負(fù)Eu異常，說明源區(qū)殘留斜長石和石榴子石。鋯石Hf同位素結(jié)果顯示，代表變質(zhì)石榴花崗巖結(jié)晶時代的鋯石核部（巖漿鋯石）具有較高的176Hf/177Hf值（0.281 525～0.281 732），按照鋯石表面年齡計算εHf（t）值為-0.47～+5.51，絕大部分為正值，且二階段模式年齡TDM2主要介于2 505～2 658 Ma，表明其來源于新太古代新生地殼物質(zhì)的部分熔融。Zhang et al.[34]通過對董家溝巖體進(jìn)行了全巖Nd同位素分析，獲得εNd（t）值介于-2.5～-2.9，單階段和二階段模式年齡分別為2.46～2.50 Ga和2.66～2.69 Ga，認(rèn)為其可能得源區(qū)為新生的新太古代地殼。曲敏（2012）[35]的研究同樣揭示新太古代地殼物質(zhì)是董家溝花崗巖體形成的主要源區(qū)。晉冀蒙交界地區(qū)的結(jié)晶基底主體為新太古代TTG-G2巖系，其形成年齡與石榴花崗巖的鋯石Hf同位素二階段模式年齡相近，且均具有正的鋯石εHf（t）值，它們來源于虧損地幔部分熔融的新生地殼[41-43]。因此，本文認(rèn)為，董家溝石榴花崗巖應(yīng)來源于區(qū)內(nèi)廣泛分布的新太古代TTG巖石的部分熔融。

5.4 構(gòu)造背景及地質(zhì)意義

自Loiselle and Wones[44]定義以來，A型花崗巖常產(chǎn)出于裂谷帶和穩(wěn)定的大陸板塊內(nèi)部。A型花崗巖可根據(jù)其地球化學(xué)性質(zhì)劃分為A1和A2兩個亞型，A1亞型的形成與地幔柱和熱點有關(guān)，常出現(xiàn)于裂谷帶；A2亞型形成于造山后或碰撞后的伸展背景[45]。雖然兩類A型花崗巖在巖石學(xué)和地球化學(xué)上各具特色，但其形成均與伸展作用有關(guān)，常作為陸殼伸展構(gòu)造環(huán)境的巖石學(xué)判據(jù)。在Y/Nb-Ce/Nb和Nb-Y-3Ga圖解中，董家溝石榴花崗巖樣品主要位于A1亞型區(qū)域（圖10），同時在Yb-Ta和（Nb+Y）-Rb圖解中（圖11），均位于板內(nèi)花崗巖（WPG）區(qū)域內(nèi)。綜合上述認(rèn)識，本文報道的變質(zhì)石榴花崗巖應(yīng)形成于大陸板內(nèi)裂谷環(huán)境。

圖10 董家溝變質(zhì)石榴花崗巖Y/Nb-Ce/Nb和Nb-Y-3Ga圖解（底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[45]）Fig.10 Y/Nb-Ce/Nb and Nb-Y-3Ga plots for the Dongjiagou meta-garnet granite

圖11 董家溝變質(zhì)石榴花崗巖構(gòu)造判別圖解（底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[46]）Fig.11 Tectonic discrimination of Yb-Ta and和Nb+Y-Rb for the Dongjiagou meta-garnet granite VAG.火山弧花崗巖；ORG.洋脊花崗巖；syn-COLG.同碰撞花崗巖；WPG.板內(nèi)花崗巖

表4 華北克拉通古元古代中部造山帶2.2～2.0Ga巖石年齡統(tǒng)計表Tab.4 The age of 2.2～2.0 Ga magmatic rocks in the Paleoproterozoic Trans-North China Orogen

華北克拉通新太古代陸殼基底經(jīng)歷了2.5（2.45）～2.35（2.3）Ga長達(dá)1.5億年的構(gòu)造寂靜期后，在古元古代中后期進(jìn)入了裂解-俯沖-增生-碰撞等連續(xù)的造山演化旋回過程（2.25～1.8 Ga），這與太古代后第一次全球規(guī)模裂解-造山事件相對應(yīng)[2]。近年來，在華北克拉通中部造山帶懷安、恒山、五臺、阜平、呂梁和贊皇等地識別出大量古元古代中期（2.2～2.0 Ga）A型花崗巖（表4，圖12），且同時期存在大量幔源基性巖墻侵位，指示該期巖漿活動形成于伸展的構(gòu)造體制下，可能與華北克拉通內(nèi)部（晉冀地塊）裂谷活動有關(guān)。本文報道的～2.04 Ga董家溝石榴花崗巖也是該期巖漿事件的代表。華北克拉通古元古代中期處于陸內(nèi)裂谷演化階段，可能開始于2.2 Ga左右，持續(xù)至2.0 Ga，這一階段是在新太古代克拉通基底基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。新近在天鎮(zhèn)縣西趙家窯發(fā)現(xiàn)的具有MORB性質(zhì)高壓基性麻粒巖-大理巖組合，可能代表該期構(gòu)造殘留的洋殼物質(zhì)[47]。隨后，華北克拉通進(jìn)行俯沖碰撞造山演化階段（2.0～1.8 Ga），在晉冀蒙三省地區(qū)，發(fā)育區(qū)域性高級變質(zhì)-深熔-巖漿作用，形成極具代表性的高壓麻粒巖和S型花崗巖等構(gòu)造巖石單元。

6 結(jié)論

本文對懷安雜巖中董家溝變質(zhì)石榴花崗巖巖體進(jìn)行了詳細(xì)的巖石學(xué)、地球化學(xué)以及鋯石U-Pb定年和Hf同位素分析，結(jié)合區(qū)域資料，獲得如下結(jié)論：

（1）變質(zhì)石榴花崗巖高SiO2、富K2O+Na2O，低CaO、MgO和TiO2，輕、重稀土分異強(qiáng)烈，具有明顯的負(fù)銪異常，同時虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素，高Zr+Nb+Ce+Y含量和10 000*Ga/Al比值，整體具有A型花崗巖特征。

（2）通過鋯石LA-MC-ICPMSU-Pb定年，獲得巖石形成年齡為2 031±21 Ma，變質(zhì)年齡為1 837±12 Ma，后者與研究區(qū)內(nèi)主期麻粒巖相變質(zhì)事件一致，同時巖石中核部巖漿鋯石εHf（t）值為-0.47～+5.51，且二階段模式年齡TDM2主要介于2 505～2 658 Ma，與圍巖TTG片麻巖年齡相近，表明石榴花崗巖可能來源于新太古代TTG巖石的部分熔融。

（3）華北克拉通廣泛分布古元古代中期（2.2～2.0 Ga）A型花崗巖，且同時期存在大量幔源基性巖墻侵位，該期巖漿活動應(yīng)形成于伸展的構(gòu)造體制下，可能與華北克拉通內(nèi)部（晉冀地塊）裂谷活動有關(guān)。

致謝：本文是"1/5萬天鎮(zhèn)、懷安鎮(zhèn)、東六馬坊幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查"子項目成果。謹(jǐn)以此文恭賀陸松年研究員80壽辰。

圖12 華北克拉通古元古代中部造山帶2.2～2.0Ga巖漿巖分布簡圖（底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[48-49]）Fig.12 The distribution of the 2.2～2.0 Ga magmatic rocks in the Paleoproterozoic Trans-North China Orogen