崔芳華 徐學(xué)純 鄭常青 姚文貴 施璐

1. 山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，淄博 2550002. 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 1300613. 自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 1300614. 中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，沈陽 110034

華北克拉通位于中國東部(圖1)，有著近40億年演化歷史(Zhaietal., 2005; 吳福元等, 2005)，與其他古老穩(wěn)定克拉通不同的是華北克拉通中生代期間巖石圈物理化學(xué)性質(zhì)明顯改變(Zhengetal., 2007)，巖石圈發(fā)生減薄，大陸地殼遭受了強(qiáng)烈的改造與增生作用而重新活化，導(dǎo)致了大規(guī)模的巖漿-構(gòu)造-成礦活動(Davisetal., 2001; Meng, 2003; Yangetal., 2005)。前人對華北克拉通東部中生代伸展盆地和變質(zhì)核雜巖等構(gòu)造空間展布特征、巖漿巖時(shí)空遷移規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)研究和綜合解析，并結(jié)合區(qū)域地球物理資料，認(rèn)為華北克拉通巖石圈減薄與克拉通破壞的發(fā)生機(jī)制與過程受到古太平洋板塊俯沖作用的驅(qū)動與控制(Xu, 2001; Zhangetal., 2009; Li and Hilst, 2010; Zhuetal., 2012a; Niu, 2018; 吳福元等, 2014; Dongetal., 2015; 朱日祥等, 2015; 鄭永飛等, 2018; Wuetal., 2019)，因此華北克拉通東部中生代大規(guī)模的巖漿活動、構(gòu)造變形、成礦作用與古太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖作用密切相關(guān)(Koppersetal., 2001; Lietal., 2007, 2013; Sunetal., 2007; Wangetal., 2013; Chenetal., 2014; Niuetal., 2015)。華北克拉通巖石圈減薄與克拉通破壞作用在晚中生代達(dá)到峰期，并導(dǎo)致同時(shí)代大規(guī)模巖漿活動的發(fā)生。目前對于華北克拉通東部晚中生代巖漿巖的成因仍存在不同認(rèn)識：地幔柱成因(Pirajnoetal., 2009; Safonova, 2009)、加厚或拆沉下地殼的部分熔融(Zhangetal., 2010; Maetal., 2013, 2014; Wangetal., 2018)、含水俯沖板片脫水導(dǎo)致地殼熔融(Lietal., 2017, 2018)等。

圖1 華北克拉通大地構(gòu)造簡圖(據(jù)趙國春, 2009修改)及研究區(qū)位置

花崗質(zhì)巖石是大陸復(fù)雜動力學(xué)過程的產(chǎn)物，主要起源于中-下地殼及殼幔過渡帶地殼巖石的部分熔融(Brownetal., 1995; Thompson, 2001)，花崗質(zhì)巖漿形成過程中可能遭受殼幔巖漿混合、幔源巖漿同化混染等作用且在地球化學(xué)特征上留有相應(yīng)印記，對花崗質(zhì)巖石地球化學(xué)特征、巖石成因和地球動力學(xué)背景的綜合研究有助于深入了解深部殼幔相互作用以及巖漿起源與演化過程中可能的深部事件(Pitcher, 1997)。遼西興城地區(qū)位于華北克拉通東部，區(qū)內(nèi)晚中生代花崗質(zhì)巖漿巖發(fā)育，巖石類型多樣，是研究古太平洋板塊俯沖和華北克拉通破壞的理想?yún)^(qū)域。本文對遼西興城地區(qū)出露的晚中生代花崗質(zhì)巖石進(jìn)行巖相學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、巖石地球化學(xué)、鋯石Hf同位素組成等方面的綜合研究，厘清遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石的形成時(shí)代與時(shí)空分布規(guī)律，明確晚中生代花崗質(zhì)巖石的成因與構(gòu)造背景，探討反演晚中生代期間古太平洋板塊對華北克拉通東部俯沖與回撤作用時(shí)間與過程。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

以北票-平泉-赤城-尚義斷裂為界可將華北克拉通北部分為內(nèi)蒙古隆起和燕山褶皺帶兩部分。南部燕山褶皺帶以沉積蓋層發(fā)生復(fù)雜的沖斷與褶皺為主要特點(diǎn)，褶皺帶西部出露有太古代TTG雜巖和少量表殼巖系而東南部太古代綏中花崗巖發(fā)育(吳福元等, 2006)，均為古老結(jié)晶基底；中-新元古代期間經(jīng)歷了強(qiáng)烈大陸裂谷作用，形成了巨大古老隆起(山海關(guān)隆起)和裂陷槽(燕山裂陷槽)東西向相間展布的構(gòu)造格局，同時(shí)地臺邊緣裂陷槽和裂陷盆地內(nèi)發(fā)育富含微體化石、厚度可達(dá)萬米的地臺型海相碎屑沉積蓋層；古生代期間處于長期穩(wěn)定沉積階段，構(gòu)造巖漿活動微弱，沉積盆地廣泛形成，穩(wěn)定沉積建造發(fā)育；中生代期間經(jīng)歷了西伯利亞克拉通、揚(yáng)子克拉通、古太平洋等周圍板塊的俯沖/碰撞等構(gòu)造作用，導(dǎo)致巖漿-構(gòu)造活動和成礦作用的大規(guī)模爆發(fā)(Davisetal., 2001; Yangetal., 2003, 2005; Meng, 2003)，巖漿活動頻發(fā)、火山-碎屑沉積地層廣泛分布且多金屬礦床發(fā)育；同時(shí)強(qiáng)烈的區(qū)域性隆升、沉降、拉張與走滑等構(gòu)造作用，造成古老結(jié)晶基底和前中生代沉積蓋層的廣泛剝露，導(dǎo)致大量北東-北北東向斷裂構(gòu)造、變質(zhì)核雜巖、韌性剪切帶的出現(xiàn)及中小型斷陷盆地與基底隆起的相間產(chǎn)出，形成以強(qiáng)烈褶皺與沖斷為特點(diǎn)的燕山褶皺帶；中生代末期-新生代進(jìn)入裂谷發(fā)育階段，出現(xiàn)板內(nèi)非造山堿性花崗巖，同時(shí)經(jīng)歷了區(qū)域隆升和風(fēng)化剝蝕，局部發(fā)育大陸裂谷拗陷盆地與第四系沉積物及現(xiàn)代海岸帶沉積。

本文研究區(qū)——遼西興城地區(qū)位于華北克拉通北緣東段燕山褶皺帶東南部，中生代期間區(qū)內(nèi)印支期-燕山期構(gòu)造巖漿活動強(qiáng)烈，在早期形成的EW向構(gòu)造格架基礎(chǔ)上疊加了晚中生代NE向和NNE向褶皺和斷裂構(gòu)造，并出現(xiàn)一系列陸相火山沉積巖系發(fā)育的中小型斷陷盆地(圖2)，形成了廣泛分布三疊系紅垃子組、侏羅系海房溝組、髫髻山組、土城子組、白堊系義縣組等中生界火山-碎屑沉積地層。研究區(qū)內(nèi)出露的大面積中生代侵入巖以花崗質(zhì)巖石為主，現(xiàn)有同位素測年數(shù)據(jù)顯示其大多形成于侏羅紀(jì)、少量形成于晚三疊世和早白堊世(吳福元等, 2006; 代軍治, 2008; 趙玉妹, 2012; 李健等, 2014; Liangetal., 2015)，晚三疊世花崗質(zhì)巖石僅出露于研究區(qū)中部的松樹卯和西北部的白馬石等地(圖3)，出露面積很少；研究區(qū)內(nèi)侏羅紀(jì)花崗質(zhì)巖石大量出露且呈NE或NEE向展布，其中早-中侏羅世呈NE向分布于寬邦-藥王廟-楊家杖子-蘭家溝-虹螺山一帶，而晚侏羅世花崗質(zhì)巖石則呈NEE向分布于研究區(qū)略偏東部的堿廠、英昌口等地(圖3)；早白堊世花崗質(zhì)巖石零星分布于研究區(qū)東偏南部的紅崖子、唐王洞、笊籬頭子等地(圖3)。

圖2 遼西興城地區(qū)構(gòu)造綱要圖

圖3 遼西興城地區(qū)地質(zhì)簡圖

2 樣品巖相學(xué)特征

遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石采樣位置見圖4，詳細(xì)的巖相學(xué)和礦物組合特征見圖5、圖6和表1。

圖4 遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖體地質(zhì)簡圖及采樣位置

圖5 遼西興城地區(qū)晚侏羅世花崗質(zhì)巖石野外露頭及顯微照片

圖6 遼西興城地區(qū)早白堊世花崗質(zhì)巖石野外露頭及顯微照片

圖7 遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石部分鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像

英昌口巖體呈北東向展布于遼西興城地區(qū)中偏東部，為不規(guī)則巖株?duì)?，局部與太古代結(jié)晶基底和元古界沉積地層呈侵入接觸關(guān)系或侵入到早-中侏羅世巖體中，局部被下白堊統(tǒng)義縣組火山-沉積地層或第四系沉積物覆蓋(圖4a)。主要巖石類型為二長花崗巖和石英閃長巖；二長花崗巖呈中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，礦物組合為石英+斜長石+堿性長石+少量角閃石、黑云母；石英閃長巖呈細(xì)粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，礦物組合為石英+斜長石+少量堿性長石、黑云母、輝石，其中石英閃長巖中見有少量細(xì)粒暗色包體團(tuán)塊，直徑在3～20cm(圖5c)。

紅崖子巖體位于研究區(qū)中略偏東南部，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，侵入到太古代結(jié)晶基底和大紅峪組沉積地層中(圖4b)，局部被第四系沉積物覆蓋。主要巖石類型為二長花崗巖，巖石呈細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，由石英、斜長石、堿性長石和少量黑云母、角閃石等礦物組成。

笊籬頭子巖體位于研究區(qū)東部，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，局部侵入到太古代結(jié)晶基底中(圖4c)，局部被第四系沉積物覆蓋。主要巖石類型為花崗斑巖，巖石具有斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，斑晶為石英和斜長石，基質(zhì)呈顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)且成分同斑晶。

唐王洞巖體位于研究區(qū)東南部的覺華島，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，局部侵入到太古代結(jié)晶基底中(圖4d)，局部被第四系沉積物覆蓋。主要巖石類型為石英正長巖，巖石具有中細(xì)粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，礦物組合為石英+斜長石+堿性長石+少量角閃石、黑云母，巖石中見有較多直徑在1～20cm不等的細(xì)粒暗色包體(圖6c)。

3 測試方法

3.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測試分析

本文樣品粉碎、鋯石挑選與制靶和陰極發(fā)光(CL)圖像采集工作在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所實(shí)驗(yàn)室完成，在吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院深部探測野外試驗(yàn)與示范基地實(shí)驗(yàn)室采集鋯石透反射光圖像。STTW.1、STTW.2、STTW.16等3件樣品在天津地質(zhì)礦產(chǎn)所同位素實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鋯石U-Pb同位素測試分析，所用儀器為Neptune型質(zhì)譜儀和UP193-FXArF準(zhǔn)分子激光器，激光剝蝕束斑直徑、剝蝕深度、頻率分別為35μm、20～40μm和8～10Hz，U-Pb同位素分餾校正采用TEMORA和GJ-1外部年齡標(biāo)準(zhǔn)并以NISTSRM610玻璃標(biāo)樣做外標(biāo)計(jì)算Pb、U、Th含量。普通鉛校正采用208Pb(Andersen, 2002)，數(shù)據(jù)處理和軟件繪制程序?yàn)镮CPMSDataCal和Isoplot(Ludwig, 2003)；STWH1017和STWH1077等2件樣品在吉林大學(xué)測試科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心完成鋯石U-Pb同位素測試分析，所用儀器為7500A型質(zhì)譜儀和德國193-ArF準(zhǔn)分子激光器，激光剝蝕束斑直徑和頻率分別為32μm、7Hz，U-Pb同位素分餾校正采用91500和GJ-1外部年齡標(biāo)準(zhǔn)并以NIST610玻璃標(biāo)樣做外標(biāo)計(jì)算Pb、U、Th含量，同樣采用208Pb進(jìn)行普通鉛校正，應(yīng)用Glitter和Isoplot程序處理數(shù)據(jù)并繪制圖件。

表1 遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石巖相學(xué)特征與礦物組合

3.2 全巖主、微量元素測試分析

STTW.1、STTW.2、STTW.16等3件樣品在自然資源部哈爾濱礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成巖石地球化學(xué)測試分析，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)并依據(jù)DZG20.01—2011方法進(jìn)行主量元素測試，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)并依據(jù)GB/T17417.1—2010方法完成微量元素測試分析；STWH1017、STWH1077、WH1019、WH1021等4件樣品在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)測試中心進(jìn)行巖石地球化學(xué)測試分析，分別利用X射線熒光光譜儀(XRF)、X SeriesⅡ離子體質(zhì)譜儀等完成主量、稀土、微量元素的測試分析，檢測依據(jù)為GHJZ 003—2009、GHJZ 002—2009和GB/T 14506—2010。

3.3 鋯石Hf同位素測試分析

在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)測試中心完成5件樣品的鋯石原位Hf同位素測試工作，所用儀器為Neptune型質(zhì)譜儀和UP193-FXArF準(zhǔn)分子激光器，激光器能量密度、剝蝕束斑直徑和頻率分別為10～11J/cm2、50μm、8～10Hz，Hf同位素測試分析的具體方法流程、標(biāo)樣及校正等詳見耿建珍等(2011)，Hf同位素相關(guān)計(jì)算方法、公式、參數(shù)等參照吳福元等(2007)。

表2 遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試結(jié)果

續(xù)表2Continued Table 2測點(diǎn)號含量(×10-6)ThUTh/U同位素比值年齡(Ma)206Pb238U1σ207Pb235U1σ207Pb206Pb1σ206Pb238U1σ207Pb235U1σ207Pb206Pb1σ161361930.710.02420.00020.16480.00570.04940.001715411555168801747610.760.02460.00060.18410.02280.05430.006515741722138426918901040.870.02430.00050.19240.01640.05740.0051155317915507195191071340.800.02430.00030.16700.00840.04980.002515521578186118201702090.820.02390.00020.16450.00610.04990.001815211556190842146560.810.02390.00050.16840.01780.05120.005715231581725025622851230.690.02460.00030.16420.00830.04840.0024157215481191182359850.700.02460.00050.19480.02030.05740.0067157318119507258245723721.540.02430.00020.16670.00590.04970.00181552157618085STWH1017二長花崗巖13323011.110.02160.00060.14430.01540.04860.005313841371412823823272581.270.02180.00040.14730.00930.04910.00321393140815214732131791.190.02200.00050.14840.01350.04900.004614031411214820644182941.420.02170.00040.14840.00650.04960.00231392141617710452982561.160.02180.00060.14660.01600.04890.005513941391414424362432460.990.02200.00040.14980.00810.04950.00281403142717112771832340.780.02170.00050.14720.01200.04930.004113831401116218582282320.990.02190.00040.14680.00710.04870.00251402139613211692092330.900.02220.00040.14780.00910.04840.003114131408119144102982811.060.02180.00040.14860.00620.04940.002213921416169100111752040.860.02180.00040.14950.00870.04960.003013931428178135125213761.390.02170.00040.14590.00560.04870.00201392138513394132332201.060.02190.00040.14700.00880.04880.003013931398137139141811960.930.02170.00040.14610.00900.04880.003113931398137142151611700.950.02190.00050.14740.01040.04870.0035140314091341631666940.710.02350.00050.15870.01310.04900.0041150315012145187173172901.090.02210.00040.14660.00650.04820.002314121396108107181361261.080.02170.00060.14490.01770.04850.0061138413716124270191842120.870.02180.00040.14620.00880.04860.003013931398129140201972000.990.02340.00040.15870.00870.04910.002814931508153127214573171.440.02190.00050.14780.01080.04910.0037139314010150168222632371.110.02180.00040.14790.00860.04930.003013931408160136STWH1077花崗斑巖13722771.340.02010.00040.13430.00850.04850.00321283128812514822724510.600.02040.00040.13620.00530.04850.0020130213051229532994680.640.02030.00040.13660.00490.04870.0019130213041358841542480.620.02040.00040.13610.00580.04850.00221302130512410358835001.770.02030.00040.13630.00510.04860.0019130213051319162753180.860.02370.00040.15990.00660.04910.0021151315161509872272870.790.02030.00040.13520.00620.04840.00231292129612110982163530.610.02050.00040.13570.00570.04810.00211312129510310191732780.620.02050.00040.13680.00780.04840.00291313130711813510721490.480.02020.00040.13570.00900.04870.003412931298134154

續(xù)表2Continued Table 2測點(diǎn)號含量(×10-6)ThUTh/U同位素比值年齡(Ma)206Pb238U1σ207Pb235U1σ207Pb206Pb1σ206Pb238U1σ207Pb235U1σ207Pb206Pb1σ112602401.080.02370.00040.16110.00760.04920.002515131527159112122003010.660.02010.00040.13340.00650.04830.002512821276112117131552650.590.02040.00040.13470.00630.04790.00241302128693114142353070.760.02040.00040.13640.00520.04860.00201302130512693152123190.660.02050.00050.13610.01000.04830.003713131309112169161833060.600.02030.00040.13770.00900.04920.003313031318158151172483500.710.02030.00040.13710.00560.04890.00211302130514298182443780.650.02050.00040.13780.00450.04880.00171312131413681192563720.690.02020.00030.13610.00410.04880.00161292130414076201892950.640.02040.00040.13700.00560.04870.00211302130513498212092960.700.02200.00040.14870.00850.04900.002914031417149133223334010.830.02040.00030.13690.00440.04880.00171302130413780231622350.690.02300.00040.15500.00810.04900.002714631467146123242233230.690.02040.00040.13690.00510.04860.00191302130512891252193100.710.02040.00040.13670.00540.04850.00201302130512696262594030.640.02020.00040.13670.00510.04900.0019129213051469127571070.540.01980.00040.13310.01080.04860.0041127312710129185282543190.800.02070.00050.13920.01000.04880.003613231329139166STTW.16石英正長巖11773050.580.01930.00020.12730.00140.04800.00051231122113425259936710.160.01940.00020.12680.01520.04740.005912411211511829331061710.620.01970.00010.13190.00980.04850.00361261126912517341623050.530.01950.00020.12870.01070.04780.004012511231013819551282150.590.01950.00030.12750.01220.04730.00491252122121154796901280.700.01980.00010.13150.00630.04820.00231261125610811472664980.530.01990.00010.14170.01250.05170.004612711351215920681052970.350.02010.00010.13480.00150.04860.0005128112811282591321700.780.01990.00010.13320.00820.04860.003012711278129145101552710.570.01920.00020.12770.01220.04830.004812211221211544611751300.580.01950.00020.12780.01210.04760.0076124112212128376121031470.700.01950.00020.12310.00680.04580.00251241118611412913601170.510.01950.00030.13810.01270.05120.004712521311212463814741230.600.01990.00020.13300.01100.04850.004612711271112145815761610.470.01940.00040.13150.01200.04910.004712421251115274016961630.590.01960.00010.13040.00150.04830.0005125112412002617951650.570.01960.00030.13000.01270.04810.004712521241210453918801370.580.01980.00020.13290.00930.04860.00341271127912816519264140.060.02010.00030.14570.01360.05260.004912821381322351720701300.540.01950.00020.13050.01350.04850.0100124212513126484211222460.500.01960.00030.13630.01840.05050.0075125213018923542260990.600.01950.00030.13070.01840.04850.007512521251812560123601120.540.01990.00030.13240.01850.04830.0059127212618115619241051230.850.02010.00020.13120.01510.04720.00591292125146129825561020.550.01940.00020.14220.00200.05320.00071241135213232

表3 遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石主量元素(wt%)、微量元素(×10-6)測試分析結(jié)果

續(xù)表3

圖8 遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石鋯石U-Pb年齡諧和圖及加權(quán)平均年齡

圖9 遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石TAS圖解 (a, 據(jù)Irvine and Baragar, 1971) 和SiO2-K2O圖解 (b, 據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976)

圖10 遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton, 1984)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and Mcdonough, 1989)

4 測試分析結(jié)果

4.1 同位素年代學(xué)

本文對分別采自英昌口巖體(STTW.1、STTW.2)、紅崖子巖體(STWH1017)、笊籬頭子巖體(STWH1077)和唐王洞巖體(STTW.16)的5件花崗質(zhì)巖石樣品進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年，測試分析結(jié)果詳見表2，部分鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像見圖7。5件花崗質(zhì)巖石樣品中的鋯石均呈自形-半自形，部分顆粒邊部略有熔蝕，陰極發(fā)光(CL)圖像顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰且?guī)r漿振蕩環(huán)帶發(fā)育(圖7)，并具有較高的Th/U比值(大多介于0.32～1.77，表2)，暗示均為巖漿成因鋯石。

樣品STTW.1(二長花崗巖)25個測試分析點(diǎn)的206Pb/238U表面年齡介于163～152Ma，在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖中大多落于諧和線上或附近(圖8a)，剔除3個偏離點(diǎn)之后的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為156±1Ma(MSWD=1.50，n=22)。樣品STTW.2(石英閃長巖)24個測試分析點(diǎn)的206Pb/238U表面年齡介于160～151Ma，在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖中全部落于諧和線上或附近(圖8b)，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為156±1Ma(MSWD=1.15，n=24)。樣品STWH1017(二長花崗巖)的測試分析點(diǎn)在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖中落于諧和線上或附近(圖8c)，2顆捕獲鋯石的206Pb/238U表面年齡分別為149Ma和150Ma，其余20個測試分析點(diǎn)的206Pb/238U表面年齡介于141～138Ma，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為139±1Ma(MSWD=0.10，n=20)。樣品STWH1077(石英正長巖)的測試分析點(diǎn)在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖中落于諧和線上或附近(圖8d)，4顆早期捕獲鋯石的206Pb/238U年齡介于151～140Ma，其余24個測試分析點(diǎn)的206Pb/238U表面年齡介于132～127Ma，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為130±1Ma(MSWD=0.17，n=24)。樣品STTW.16(石英正長巖)中25個測試分析點(diǎn)的206Pb/238U表面年齡介于129～122Ma，在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖中均落于諧和線上或附近(圖8e)，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為125±1Ma(MSWD=1.30，n=25)(圖8f)。

4.2 巖石地球化學(xué)

本文對遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石7件樣品進(jìn)行了主量、微量測試分析，結(jié)果詳見表3。

4.2.1 主量元素

巖相學(xué)研究表明遼西地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石主要為二長花崗巖、石英閃長巖、花崗斑巖和石英正長巖，而在TAS分類圖解(圖9a)中樣品落在石英二長巖、花崗閃長巖和花崗巖過渡區(qū)域，樣品大多落入亞堿性區(qū)域而只有STTW.16(125Ma)落入堿性區(qū)域，巖相學(xué)和巖石化學(xué)成分分類結(jié)果基本一致。遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石SiO2含量介于60.56%～69.14%， FeOT含量介于2.67%～5.11%，CaO含量介于0.76%～3.84%；MgO含量介于1.11%～2.14%，Mg#=37.24～47.37；Al2O3含量介于15.43%～17.76%之間，A/NK=1.27～1.64且A/CNK=0.94～1.14，顯示準(zhǔn)鋁-過鋁特征；全堿含量(Na2O+K2O)介于7.43%～8.88%，SiO2-K2O圖解(圖9b)中大多落入高鉀鈣堿性系列范圍內(nèi)，僅唐王洞石英正長巖(STTW.16)1件樣品落入鉀玄巖系列；里特曼指數(shù)(σ)介于2.51～4.15，堿度率(AR)介于2.11～3.43，TAS圖解(圖9a)中大多數(shù)樣品落入亞堿性區(qū)域，僅唐王洞石英正長巖(STTW.16)1件樣品落入堿性區(qū)域；巖石樣品總體具有較高的分異指數(shù)(DI=69.78～87.88)。

4.2.2 微量元素

遼西興城地區(qū)晚侏羅世-早白堊世花崗質(zhì)巖石稀土元素總量大多中等略偏高(∑REE=91.44×10-6～180.2×10-6)，僅1件早白堊世樣品STTW.16(125Ma)稀土總量高達(dá)266.8×10-6。稀土元素配分模式整體右傾(圖10a)，具明顯的輕重稀土分餾特征(∑LREE/∑HREE=11.89～16.82，(La/Yb)N=16.21～26.75)，輕稀土較為富集而重稀土較為虧損。晚侏羅世花崗質(zhì)巖石δEu介于0.85～0.96，顯示具有弱的負(fù)銪異常；早白堊世花崗質(zhì)巖石δEu介于1.04～1.27，顯示具有弱的正銪異常。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中呈現(xiàn)多峰谷M型模式(圖10b)，相對富集Ba、K、Pb、Sr、Nd等大離子親石元素(LILE)而相對虧損高場強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Ta、La、Ce、Ti等和P元素，不同樣品中元素富集或虧損程度存在微弱差別，其中早白堊世樣品STTW.16(125Ma)元素富集或虧損程度明顯高于其他樣品。

表4 遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石鋯石Hf同位素測試分析結(jié)果

續(xù)表4Continued Table 4測點(diǎn)號年齡(Ma)176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177Hf2σεHf(t)2σtDM1 (Ma)tDM2 (Ma)fLu/HfSTWH1017二長花崗巖11390.0342560.0009440.2820570.000016-22.330.5516802605-0.9740.0267810.0007840.2820600.000017-22.210.6016682597-0.9850.0340880.0009420.2820270.000019-23.370.6617202670-0.9770.0532380.0013480.2819950.000017-24.560.6217852744-0.9680.0474210.0011930.2820270.000018-23.420.6217332673-0.96100.0361340.0009030.2819830.000020-24.920.7017792767-0.97110.0314870.0010940.2820060.000018-24.150.6417572719-0.97120.0435300.0013240.2820290.000019-23.360.6817362669-0.96130.0357930.0009840.2820140.000019-23.860.6817412701-0.97140.0370720.0011290.2820110.000020-23.980.6917522708-0.97150.0293760.0011790.2820050.000020-24.200.7017632722-0.96160.0181050.0006230.2820780.000020-21.330.6916362550-0.98170.0333590.0010620.2820670.000018-22.000.6216712584-0.97180.0213620.0007160.2820970.000016-20.880.5716142514-0.98190.0317750.0010560.2820130.000015-23.880.5417452702-0.97200.0305850.0009400.2820120.000016-23.910.5617412704-0.97210.0505940.0014430.2820520.000019-22.560.6617092619-0.96220.0370580.0010570.2820430.000021-22.830.7517042636-0.97STWH1077花崗斑巖21300.0177520.0005150.2828340.0000175.010.59585866-0.9830.0244040.0006620.2828180.0000154.420.55610904-0.9840.0214170.0005730.2825590.000021-4.720.769691487-0.9850.0250780.0006430.2828460.0000195.420.66570840-0.9860.0258960.0007040.2828250.0000164.650.57601889-0.9870.0257160.0007190.2828070.0000174.030.59626929-0.98120.0189020.0005840.2828480.0000185.480.64567836-0.98130.0122750.0004160.2827950.0000153.640.53637954-0.99140.0182770.0005950.2828460.0000195.430.66569839-0.98150.0252250.0006930.2828410.0000205.220.69578852-0.98160.0212920.0005790.2828690.0000206.220.70537789-0.98170.0275060.0006880.2828270.0000234.730.81598884-0.98200.0241440.0006160.2828410.0000225.230.76577852-0.98220.0283120.0007670.2828310.0000204.880.70593874-0.98240.0270330.0006120.2828350.0000225.040.78584864-0.98250.0238590.0005390.2828470.0000245.450.85567838-0.98260.0300060.0005700.2828460.0000255.420.88569839-0.98STTW.16石英正長巖11250.0316180.0007890.2822820.000021-14.640.7513612111-0.9820.0388890.0009640.2822510.000022-15.750.7914102181-0.9730.0355630.0008920.2822760.000024-14.870.8413732125-0.9740.0325930.0009210.2822930.000020-14.280.7213512088-0.97

續(xù)表4Continued Table 4測點(diǎn)號年齡(Ma)176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177Hf2σεHf(t)2σtDM1 (Ma)tDM2 (Ma)fLu/Hf51250.0363900.0009220.2822070.000021-17.300.7414702278-0.9760.0377030.0009390.2822700.000030-15.101.0613842140-0.9770.0407080.0009830.2822980.000025-14.090.8713462077-0.9780.0287240.0007900.2822810.000022-14.670.7713622113-0.9890.0464510.0012650.2823210.000021-13.310.7413242027-0.96110.0305730.0007770.2822630.000019-15.320.6713872154-0.98140.0371270.0009990.2823160.000021-13.460.7513212036-0.97150.0347180.0009770.2822730.000024-14.990.8613812133-0.97160.0416310.0011260.2823170.000021-13.440.7413242035-0.97170.0263180.0007550.2822990.000023-14.050.8213372074-0.98180.0279330.0008300.2822360.000024-16.290.8514272215-0.97200.0404990.0012870.2822530.000031-15.721.1014202179-0.96210.0480200.0013220.2822840.000030-14.631.0613782110-0.96220.0364580.0011100.2823700.000028-11.560.9912491917-0.97230.0284530.0008070.2823220.000027-13.240.9513072023-0.98240.0396380.0009940.2823360.000025-12.750.8712931992-0.97

圖11 燕山褶皺帶(據(jù)Zhang et al., 2014)和遼西興城地區(qū)中生代巖漿巖年齡直方圖

圖12 遼西興城地區(qū)中生代花崗質(zhì)巖石時(shí)空分布圖

4.3 Hf同位素組成

本文對5件鋯石U-Pb同位素定年樣品(STTW.1、STTW.2、STWH1017、STWH1077、STTW.16)進(jìn)行了鋯石原位Hf同位素測試分析，測試結(jié)果詳見表4。樣品STTW.1(t=156Ma)中20顆巖漿成因鋯石176Hf/177Hf比值為0.281978～0.282096，以其結(jié)晶年齡(156Ma)計(jì)算得到的εHf(t)值為-24.73～-20.57，二階段模式年齡(tDM2)介于2507～2767Ma。樣品STTW.2中20顆巖漿成因鋯石176Hf/177Hf比值為0.282036～0.282150，εHf(t)=-22.70～-18.66(t=156Ma)，tDM2=2387～2641Ma。樣品STWH1017(t=139Ma)中1顆捕獲巖漿鋯石(t=149Ma)的176Hf/177Hf比值為0.282078、εHf(t)=-21.33、tDM2=2550Ma；其余17顆代表巖石結(jié)晶時(shí)代的巖漿成因鋯石176Hf/177Hf比值為0.281983～0.282097，εHf(t)=-24.92～-20.88(t=139Ma)，tDM2=2514～2767Ma。樣品STWH1077(130Ma)中17顆巖漿成因鋯石176Hf/177Hf比值為0.282559～0.282869，εHf(t)值只有1個為-4.72，其余介于+3.64～+6.22(130Ma)，單階段模式年齡tDM1=537～969Ma。樣品STTW.16(t=125Ma)中20顆巖漿成因鋯石176Hf/177Hf比值為0.282207～0.282370，εHf(t)=-17.30～-11.56，tDM2=1917～2278Ma。

表5 燕山褶皺帶晚中生代花崗質(zhì)巖石部分成巖年齡匯總

5 討論

5.1 花崗質(zhì)巖石形成時(shí)代與時(shí)空分布

本文對5件遼西興城晚中生代花崗質(zhì)巖石進(jìn)行鋯石U-Pb同位素測試分析，樣品中的鋯石晶形均為自形-半自形，陰極發(fā)光圖像(圖7)顯示鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰、巖漿振蕩環(huán)帶發(fā)育，結(jié)合Th/U比值大多介于0.32～1.77(表2)，表明其為巖漿成因鋯石，經(jīng)原位U-Pb同位素測試分析得到的即為花崗質(zhì)巖石結(jié)晶年齡。鋯石U-Pb同位素年代學(xué)測試分析結(jié)果(表2、圖8)顯示英昌口二長花崗巖和石英閃長巖形成于156Ma、紅崖子二長花崗巖形成于139Ma、笊籬頭子花崗斑巖形成于130Ma、唐王洞石英正長巖形成于125Ma，表明遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石形成時(shí)代為晚侏羅世(～156Ma)和早白堊世(139～125Ma)，上述年代學(xué)結(jié)果與燕山褶皺帶晚中生代花崗質(zhì)巖石區(qū)域定年結(jié)果基本一致(表5、圖11)。遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石時(shí)空分布規(guī)律顯示自西北向東南巖石形成時(shí)代越來越年輕(圖12)：英昌口巖體(156Ma)+紅崖子巖體(139Ma)→笊籬頭子巖體(130Ma)→唐王洞巖體(125Ma)，與燕山-遼西地區(qū)晚中生代巖漿活動自西向東變年輕的趨勢相吻合(Wuetal., 2005)。

5.2 花崗質(zhì)巖石成因

遼西興城地區(qū)形成于156～139Ma的英昌口-紅崖子花崗質(zhì)巖石具有較高的二氧化硅含量和全堿含量，巖石A/CNK<1.1且A/NK>1.0，屬于準(zhǔn)鋁-弱過鋁質(zhì)巖石，在花崗巖成因類型判別圖解中樣品全部落入I型花崗巖區(qū)域(圖13)。稀土元素總量中等略高，相對富集K、Pb等大離子親石元素而相對虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素(圖10)，暗示巖漿地殼來源特征。巖漿成因鋯石具有負(fù)的εHf(t)值(-24.92～-18.66)和古老Hf同位素二階段模式年齡(tDM2=2514～2767Ma)，Hf同位素相關(guān)圖解中落入2.5～3.0Ga地殼演化線之間和下地殼、上地殼演化線之間(圖14)，表明巖石初始巖漿起源于古老中上地殼的部分熔融。巖石具有較高的分異指數(shù)(DI=69.78～80.12)、較富硅含量、Nb、Ta、P、Ti等元素相對虧損等特征表明在巖石形成過程中經(jīng)歷了一定程度的分離結(jié)晶作用。形成于130Ma的笊籬頭子花崗斑巖巖漿成因鋯石中僅有1個測試分析點(diǎn)εHf(t)值為負(fù)值(-4.72)，其余均為正值(εHf(t)=+3.64～+6.22)，同時(shí)具有新元古代Hf同位素單階段模式年齡(tDM1=537～969Ma)，在Hf同位素相關(guān)圖解中落入球粒隕石演化線以上(圖14)，雖然巖石同樣具有較高全堿含量、A/CNK<1.1、A/NK>1.0、準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)等巖石地球化學(xué)特征并在花崗巖成因類型判別圖解中國落入I型區(qū)域(圖13)，但正εHf(t)值和新元古代單階段模式年齡表明其初始巖漿可能起源于新元古代新生陸殼的部分熔融，結(jié)合巖石中存在少量細(xì)粒暗色包體(圖6a)，巖漿形成過程中可能混有少量幔源物質(zhì)組分。形成于125Ma的唐王洞石英正長巖巖石地球化學(xué)特征與研究區(qū)形成于156～130Ma的花崗質(zhì)巖石地球化學(xué)特征存在大離子親石元素(Ba、K、Pb、Sr、Nd)富集程度和高場強(qiáng)元素(Nb、Ta、La、Ce、Ti)虧損程度不同(圖10)且在TAS圖解和花崗巖成因類型判別圖解中落入堿性和A型花崗巖區(qū)域(圖14)；巖漿成因鋯石具有負(fù)的εHf(t)值(-17.30～-11.56)和較為古老的Hf同位素二階段模式年齡(tDM2=1917～2278Ma)，在Hf同位素相關(guān)圖解中落入1.8～2.5Ga地殼演化線之間和下地殼、上地殼演化線之間(圖14)，較為虧損的εHf(t)值、較為古老的二階段模式年齡和巖石中大量的暗色包體(圖6c)表明其初始巖漿起源于較為古老的中下地殼并有幔源物質(zhì)的加入，在巖漿演化和成因過程中同樣經(jīng)歷了礦物的分離結(jié)晶作用。因此遼西地區(qū)晚中生代期間(156～125Ma)花崗質(zhì)巖漿由高鉀鈣堿性系列、I型向鉀玄巖系列、A型演化(圖9b、圖13)，其初始巖漿依次起源于太古代古老地殼→新元古代新生地殼→古元古代古老地殼的部分熔融，且130～125Ma巖漿形成過程中不斷混入幔源物質(zhì)組分且混入比例呈現(xiàn)增長趨勢，表明華北克拉通東部晚中生代期間經(jīng)歷了復(fù)雜的巖漿演化歷程和殼幔相互作用。

圖13 遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石成因類型判別圖解(底圖據(jù)Whalen et al., 1987)

圖14 遼西興城地區(qū)中生代花崗質(zhì)巖石鋯石Hf同位素特征(a、b,據(jù)Yang et al., 2006；c、d,據(jù)吳福元等, 2007)

區(qū)域研究資料顯示古太平洋板塊對華北克拉通東部的俯沖作用最晚開始于早侏羅世(Wuetal., 2011; Yuetal., 2012; Xuetal., 2013; Zhou and Wilde, 2013; Guoetal., 2015; Wilde, 2015)，地震臺探測和地震成像相關(guān)研究顯示晚中生代期間古太平洋俯沖板片與上覆巖石圈地幔、周圍軟流圈地幔等發(fā)生相互作用導(dǎo)致巖石圈及地幔各向狀態(tài)異性(Zhuetal., 2012b)，而遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖漿起源于古老或新生地殼的部分熔融，表明晚中生代期間古太平洋俯沖板片、軟流圈、巖石圈地幔、古老/新生地殼之間發(fā)生了相互作用，此種相互作用的發(fā)生首要因素為俯沖大洋板片脫水產(chǎn)生流體(吳福元等, 2014)。Xiaetal. (2013)計(jì)算得到的魯中費(fèi)縣玄武巖(～120Ma)巖漿源區(qū)含水量>1000×10-6，遠(yuǎn)高于MORB巖漿源區(qū)(50×10-6～200×10-6)和南非克拉通(～120×10-6)；Gengetal. (2019)對遼西義縣-四合屯的早白堊世玄武巖進(jìn)行巖石地球化學(xué)、橄欖石等礦物化學(xué)和Sr-Nd-Pb同位素地球化學(xué)等綜合研究，認(rèn)為華北克拉通東部早白堊世存在～25km的太古代巖石圈地幔殘留體，且華北克拉通早白堊世伸展減薄期間巖石圈地幔發(fā)生廣泛再水化作用，其原因可能與約200～125Ma期間古太平洋持續(xù)俯沖并導(dǎo)致含水地幔過渡帶上涌脫水有關(guān)，因此晚中生代期間古太平洋強(qiáng)烈俯沖作用造成俯沖板片持續(xù)發(fā)生脫水作用并交代巖石圈地幔并形成幔源巖漿，幔源巖漿不斷底侵作用于古老/新生地殼使其發(fā)生部分熔融，為包括遼西興城地區(qū)在內(nèi)的華北克拉通東部晚中生代花崗質(zhì)巖石提供巖漿來源。此外在華北克拉通東部廣泛發(fā)育<140Ma的I型-A型花崗巖及伴生堿性巖，其巖漿源區(qū)多元且復(fù)雜(古老/新生地殼、幔源物質(zhì)混入)(孫金鳳和楊進(jìn)輝, 2009, 2013)，結(jié)合本文遼西興城地區(qū)130～125Ma花崗質(zhì)巖石不均一的Hf同位素組成和巖石中大量細(xì)粒暗色包體的出現(xiàn)，表明華北克拉通東部早白堊世花崗質(zhì)巖漿的形成可能存在殼源巖漿與幔源巖漿不同程度的混合作用。

5.3 華北克拉通東部晚中生代古太平洋板塊俯沖與回撤

已有的區(qū)域研究表明古太平洋板塊晚侏羅世俯沖作用造成包括科洛、新開嶺、醫(yī)巫閭山在內(nèi)的華北克拉通東部中下地殼尺度構(gòu)造變形并形成了廣泛分布于燕山-遼西、膠東半島、遼東半島等地區(qū)的同時(shí)代巖漿巖(李剛, 2013; 孫金鳳和楊進(jìn)輝, 2013)：馬強(qiáng)(2013)認(rèn)為在古太平洋板塊晚侏羅世對華北東部快速斜向俯沖構(gòu)造背景下形成了遼西凌源藍(lán)旗組火山巖(166～153Ma)；醫(yī)巫閭山地區(qū)形成于156～153Ma的上侏羅統(tǒng)髫髻山組屬于高鉀鈣堿性火山巖(李伍平，2012)，該地區(qū)發(fā)育同時(shí)期鐵鎂質(zhì)-花崗質(zhì)雙峰式巖漿巖巖脈和伸展變形核雜巖，部分學(xué)者認(rèn)為上述巖漿巖和變形構(gòu)造的形成與晚侏羅世古太平洋板塊的俯沖作用有關(guān)(李剛, 2013)；遼西東南地區(qū)發(fā)育晚侏羅世NE-NNE向構(gòu)造形跡和ENE向花崗質(zhì)糜棱巖帶的形成是古太平洋板塊俯沖作用的結(jié)果(趙玉妹, 2012; Liangetal., 2015)，因此華北克拉通東部晚侏羅世整體處于古太平洋俯沖作用構(gòu)造背景下。華北東部侏羅紀(jì)花崗質(zhì)巖石沿近平行于古太平洋俯沖帶方向分布(Wuetal., 2005)，而遼西興城地區(qū)晚侏羅世花崗質(zhì)巖石呈現(xiàn)相一致的NE向展布方向(圖12)，同時(shí)晚侏羅世-早白堊世早期(156～139Ma)花崗質(zhì)巖石具有與活動大陸邊緣花崗巖相類似的巖石組合和巖石地球化學(xué)特征：主要巖石類型為二長花崗巖和石英閃長巖、巖石成因類型為I型、具有準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)和高鉀鈣堿性特點(diǎn)；在相關(guān)構(gòu)造判別圖解中樣品分別落入島弧花崗巖區(qū)域和活動大陸邊緣區(qū)域(圖15)；同時(shí)巖石虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素暗示可能與俯沖有關(guān)(Kelemenetal., 1990; Stolzetal., 1996)，因此遼西興城地區(qū)156～139Ma巖漿侵位活動發(fā)生在與俯沖密切有關(guān)的活動大陸邊緣構(gòu)造背景。結(jié)合區(qū)域研究資料表明遼西地區(qū)所在的華北克拉通東部156～139Ma處于古太平洋板塊俯沖作用下的活動陸緣構(gòu)造背景下。

圖15 遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石(Y+Nb)-Rb判別圖解(a,據(jù)Pearce et al., 1984)和Ta-Th判別圖解(b,據(jù)Schandl and Gorton, 2002)

大量年代學(xué)結(jié)果顯示華北克拉通東部早白堊世構(gòu)造-巖漿活動強(qiáng)烈：燕山-遼西地區(qū)早白堊世侵入巖(140～110Ma)和火山巖(135～122Ma)廣泛出露(吳福元等, 2006; Yangetal., 2008)、膠東地區(qū)發(fā)育130～110Ma的巖漿巖(胡芳芳等, 2007; Liuetal., 2009; Zhao and Zheng, 2009; Zhangetal., 2010)、魯西濟(jì)南一帶高鎂閃長巖(～130Ma)和方城-費(fèi)縣玄武質(zhì)巖漿活動(123～119Ma)(Guoetal., 2001; Zhangetal., 2002; Xuetal., 2004; 楊承海, 2007)、遼東半島古道嶺、飲馬灣山巖體和A型花崗巖巖體(130～120Ma)、遼南-吉南地區(qū)早白堊世雙峰式(花崗質(zhì)-鎂鐵質(zhì))巖漿活動(Yangetal., 2007a, b; 裴福萍, 2008; 孫金鳳和楊進(jìn)輝, 2009)，上述巖漿活動形成了華北克拉通東部廣泛分的早白堊世A型-I型花崗巖、伴生堿性巖-火山巖、雙峰式酸性-基性侵入巖(裴福萍, 2008; 孫金鳳和楊進(jìn)輝, 2013)；同時(shí)廣泛分布同時(shí)期韌性剪切帶和變質(zhì)核雜巖：遼西臺里左旋走滑韌性剪切帶、遼西醫(yī)巫閭山-大城子變質(zhì)核雜巖、遼南變質(zhì)核雜巖、云蒙山-承德變質(zhì)核雜巖等(Davisetal., 2001; 姬廣義等, 2004; Liuetal., 2005; Yangetal., 2008; Wangetal., 2012; Linetal., 2013; 李剛, 2013; Liangetal., 2015)，均表明早白堊世期間(140～110Ma)華北克拉通東部發(fā)生了強(qiáng)烈區(qū)域伸展作用。本文早白堊世中期花崗質(zhì)巖石組合為花崗斑巖和石英正長巖，巖石具有高鉀鈣堿性、準(zhǔn)鋁-過鋁質(zhì)、高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti等相對虧損等巖石地球化學(xué)特征和復(fù)雜的巖漿源區(qū)性質(zhì)，同時(shí)在相關(guān)構(gòu)造判別圖解中落入島弧花崗巖區(qū)域和活動大陸邊緣區(qū)域(圖15)，均表明遼西興城地區(qū)130～125Ma花崗質(zhì)巖漿活動構(gòu)造背景可能為與俯沖有關(guān)的活動大陸邊緣，本文堿性A型花崗巖(STTW.16、125Ma)結(jié)合區(qū)域同時(shí)期發(fā)育的A型-I型花崗巖帶、堿性巖帶、雙峰式巖漿巖帶和代表伸展作用的韌性剪切帶、變質(zhì)核雜巖、拉張斷陷盆地等均呈現(xiàn)與古太平洋俯沖帶一致的NNE或NE展布方向(Meng, 2003; Lietal., 2012)，表明遼西地區(qū)所在的華北克拉通東部早白堊世中期處于與古太平洋板塊俯沖作用有關(guān)的強(qiáng)烈區(qū)域伸展構(gòu)造背景下。

圖16 遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石εHf(t)值與年齡協(xié)變圖

圖17 埃達(dá)克質(zhì)巖石判別圖解(底圖據(jù)Martin, 1999)

圖18 華北克拉通東部所在的東亞陸緣中生代巖漿作用時(shí)空遷移規(guī)律(據(jù)Niu, 2018; 鄭建平和戴宏坤, 2018; 朱日祥和徐義剛, 2019)

眾學(xué)者通過對東北亞陸緣、華北東部、華南等不同地區(qū)晚中生代巖漿巖由內(nèi)陸向沿海呈現(xiàn)的時(shí)空遷移規(guī)律研究，認(rèn)為中國東部晚中生代構(gòu)造體制的重大轉(zhuǎn)變及其引發(fā)的構(gòu)造-巖漿-成礦活動主要?dú)w因于古太平洋俯沖板塊的回撤作用(Zhangetal., 2003; Mercieretal., 2007; Zhuetal., 2012a; 劉磊, 2015; Guetal., 2017; 李三忠等, 2017; 唐杰等, 2018; 鄭建平和戴宏坤, 2018; 鄭永飛等, 2018; 朱日祥和徐義剛, 2019)，但回撤作用的起始時(shí)間仍存在～145Ma(鄭永飛等, 2018; 朱日祥和徐義剛, 2019)、～135Ma(Zhangetal., 2003; Mercieretal., 2007; Zhuetal., 2012a; Guetal., 2017)、～100Ma等不同認(rèn)識，同時(shí)判斷回撤作用發(fā)生的主要依據(jù)是巖漿巖時(shí)空分布和遷移規(guī)律而缺乏來自巖石成因方面的證據(jù)(鄭建平和戴宏坤, 2018)。前文述及華北克拉通東部晚侏羅世-早白堊世早期處于古太平洋板塊俯沖作用下的活動大陸邊緣構(gòu)造背景，而早白堊世中期構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)烈的區(qū)域伸展。形成于160～139Ma的冀北-遼西-遼東花崗質(zhì)巖石大多為I型花崗巖且具有類似的巖石地球化學(xué)特征，而形成于130～120Ma的花崗質(zhì)巖石更為富集大離子親石元素、更虧損高場強(qiáng)元素(圖10)同時(shí)更多落入A型花崗巖區(qū)域(圖13)，據(jù)此可以將晚中生代古太平洋俯沖活動陸緣構(gòu)造背景向區(qū)域伸展構(gòu)造背景的轉(zhuǎn)換時(shí)間具體限定在139～130Ma，這與華北克拉通東部代表區(qū)域伸展作用的大規(guī)模A型花崗質(zhì)、堿性、雙峰式巖漿活動和拉張斷陷盆地、韌性剪切帶、變質(zhì)核雜巖等構(gòu)造活動發(fā)生于130Ma之后(130～110Ma)相吻合(Liuetal., 2005; 吳福元等, 2006; 胡芳芳等, 2007; 裴福萍, 2008; Yangetal., 2008; 孫金鳳和楊進(jìn)輝, 2009, 2013; Liuetal., 2009; Zhao and Zheng, 2009; Zhangetal., 2010; Linetal., 2013)。

圖19 華北克拉通東部晚中生代古太平洋俯沖與回撤作用模式圖

區(qū)域研究資料顯示中國東部晚中生代期間構(gòu)造體制的重大轉(zhuǎn)變及相應(yīng)構(gòu)造-巖漿活動的發(fā)生與古太平洋俯沖板塊回撤作用密切相關(guān)：唐杰等(2018)在總結(jié)廣泛分布于東北亞陸緣的白堊紀(jì)巖漿巖形成時(shí)代和時(shí)空分布規(guī)律基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)晚白堊世-古近紀(jì)巖漿巖由內(nèi)陸向沿海發(fā)生遷移且向東分布范圍明顯縮小，認(rèn)為古太平洋俯沖板塊于晚白堊世開始逐漸回撤；鄭建平和戴宏坤(2018)認(rèn)為華北東部晚中生代巖石圈地幔增生置換、陸內(nèi)淺部地殼褶皺-逆沖-斷陷-成盆的動力來源為古太平洋板塊的俯沖與后撤，并根據(jù)巖漿活動時(shí)空分布規(guī)律與遷移趨勢推斷俯沖板塊的回撤導(dǎo)致巖漿活動于140Ma之后向東南方向遷移；部分學(xué)者認(rèn)為古太平洋板塊俯沖后撤作用導(dǎo)致的弧后拉張?jiān)斐扇A北克拉通東部破壞峰期的出現(xiàn)和郯廬斷裂早白堊世期間(～135Ma)由左行平移活動轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)烈伸展活動(Zhangetal., 2003; Mercieretal., 2007; Zhuetal., 2012a; Guetal., 2017)；另有部分學(xué)者認(rèn)為180～145Ma期間古太平洋板塊向歐亞大陸邊緣不斷俯沖前進(jìn)造成了巖漿活動從沿海向內(nèi)陸遷移，而145Ma之后古太平洋俯沖板片的回撤造成巖漿活動由內(nèi)陸向沿海遷移(鄭永飛等, 2018; 朱日祥和徐義剛, 2019)，并于130～120Ma期間俯沖板片回撤了880km(朱日祥等, 2015)；綜合福建160～127Ma下火山巖系向洋年輕化及幔源年輕物質(zhì)比例增加(Liuetal., 2016)、湖南晚中生代花崗巖Hf同位素組成和巖石地球化學(xué)特征顯示的古太平洋板塊于151～146Ma由拆沉轉(zhuǎn)換為俯沖后撤并產(chǎn)生俯沖后撤巖漿作用(132～117Ma)(Jietal., 2017)、華南陸內(nèi)存在早侏羅世(175Ma)埃達(dá)克質(zhì)巖漿作用和晚白堊世(130Ma)雙峰式巖漿作用(Xiaetal., 2016)，李三忠等(2017)認(rèn)為華南地區(qū)于中侏羅世發(fā)生了古太平洋板塊俯沖后撤作用；長江中下游地區(qū)中生代(176～130Ma)成礦相關(guān)巖漿巖自西南向東北呈現(xiàn)成巖年齡遞減的趨勢可能與古太平洋板塊俯沖回撤相對應(yīng)；中國東南部白堊紀(jì)(145～118Ma)自內(nèi)陸向沿海沿南東向巖漿巖年輕化遷移規(guī)律、殼幔相互作用增強(qiáng)等表明俯沖板片發(fā)生了南東向后撤，并表現(xiàn)出不同緯度南早北晚的非同步后撤(劉磊, 2015)。遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石和鐵鎂質(zhì)巖石均具有自內(nèi)陸向沿海成巖時(shí)代逐漸變年輕即向洋年輕化的時(shí)空分布規(guī)律(圖12)(Wanetal., 2019)，同時(shí)鋯石Hf同位素組成顯示：形成于156～139Ma的巖漿成因鋯石具有一致的負(fù)εHf(t)值(-22.70～-18.66)和古老的Hf同位素二階段模式年齡(tDM2=2387～2767Ma)，而形成于130Ma的巖漿成因鋯石具有正的εHf(t)值(+3.64～+6.22)和較為年輕的Hf同位素單階段模式年齡(tDM1=537～969Ma)，即139～130Ma期間εHf(t)值突然由負(fù)值變?yōu)檎?圖16)，鋯石Hf同位素表現(xiàn)出隨時(shí)間由富集突變?yōu)樘潛p趨勢表明139～130Ma期間有大量虧損地幔物質(zhì)加入并指示經(jīng)歷了強(qiáng)烈殼幔相互作用。在埃達(dá)克巖相關(guān)判別圖解中，冀北-遼西-遼東地區(qū)形成于160～139Ma的花崗質(zhì)巖石大多落入埃達(dá)克巖區(qū)域(圖17)，其類似于埃達(dá)克質(zhì)巖石的高Sr/Y值、低Y含量及富集的Hf同位素組成表明古太平洋的俯沖作用導(dǎo)致了地殼一定程度的加厚，而形成于130～120Ma的花崗質(zhì)巖石大多落入典型島弧巖漿巖區(qū)域(圖17)，與該時(shí)期強(qiáng)烈的區(qū)域伸展作用相吻合，同時(shí)暗示139～130Ma期間古太平洋可能發(fā)生了俯沖回撤作用并導(dǎo)致了構(gòu)造環(huán)境的改變。區(qū)域研究資料顯示145～135Ma期間古太平洋板塊俯沖方向?yàn)镹WW、俯沖速度為5.3cm/y，而135～119Ma期間俯沖方向?yàn)镹NW、俯沖速度增大至21.1～30.0cm/y(Engebretsonetal., 1985; Maruyama and Send, 1986)，同時(shí)古太平洋俯沖板塊發(fā)生回撤導(dǎo)致由低角度斜向俯沖變?yōu)楦呓嵌日桓_(馬強(qiáng), 2013; Zhangetal., 2014; Liangetal., 2015)，上述古太平洋板塊于～135Ma發(fā)生俯沖回撤和俯沖角度、方向、速度的變化引發(fā)軟流圈大規(guī)模上涌并不斷改造巖石圈地幔，造成早白堊世巖石圈地幔流變性失穩(wěn)(Zhuetal., 2011; 吳福元等, 2014)，進(jìn)而大量幔源物質(zhì)得以參與到巖石成巖過程中，最終造成了139～130Ma期間遼西地區(qū)花崗質(zhì)巖石Hf同位素組合和微量元素含量的突變，同時(shí)也導(dǎo)致了華北克拉通大規(guī)模的巖石圈減薄和克拉通破壞(崔芳華, 2015)。根據(jù)本文遼西地區(qū)分別形成于156～139Ma和130～125Ma的花崗質(zhì)巖石Hf同位素組合和微量元素含量的突變規(guī)律，并結(jié)合區(qū)域研究資料可以將華北克拉通東部晚中生代期間古太平洋俯沖板塊的回撤作用起始時(shí)間限定于139～130Ma之間，該認(rèn)識與反映古太平洋俯沖板塊于～140Ma開始回撤的遼東-遼西-冀北中生代巖漿活動遷移規(guī)律(圖18)在誤差范圍內(nèi)相一致，即180～140Ma期間巖漿活動向內(nèi)陸遷移并代表古太平洋板塊的持續(xù)前進(jìn)俯沖，而～140Ma之后俯沖板片持續(xù)后撤作用導(dǎo)致古太平洋俯沖帶向東南沿海方向遷移(鄭建平和戴宏坤, 2018; Niu, 2018; 朱日祥和徐義剛, 2019)。

基于上述研究與認(rèn)識，本文認(rèn)為華北克拉通東部晚中生代期間經(jīng)歷了如下古太平洋俯沖與回撤作用過程：

(1)156～139Ma期間古太平洋板塊對華北克拉通東部進(jìn)行持續(xù)俯沖(圖19a)，與俯沖作用有關(guān)的活動陸緣構(gòu)造背景下形成了遼西興城地區(qū)高鉀鈣堿性I型花崗質(zhì)巖石和區(qū)域內(nèi)平行于俯沖帶方向分布的巖漿巖帶和構(gòu)造行跡；

(2)139～130Ma期間古太平洋俯沖板塊發(fā)生回撤(圖19b)，導(dǎo)致軟流圈大規(guī)模上涌、局部伸展和巖石圈地幔失穩(wěn)，造成遼西興城地區(qū)花崗質(zhì)巖石中～130Ma的巖漿成因鋯石Hf同位素組成由富集向虧損發(fā)生突變；

(3)130Ma之后古太平洋俯沖板塊的持續(xù)回撤造成軟流圈持續(xù)上涌和強(qiáng)烈區(qū)域伸展作用(圖19c)，形成了包括遼西興城地區(qū)A型花崗巖(125Ma)在內(nèi)的大規(guī)模A型-I型花崗質(zhì)、堿性、雙峰式巖漿活動和拉張盆地、韌性剪切帶和變質(zhì)核雜巖等構(gòu)造活動，并導(dǎo)致華北克拉通發(fā)生大規(guī)模的巖石圈減薄和克拉通破壞。

6 結(jié)論

(1)遼西興城地區(qū)晚中生代花崗質(zhì)巖石由二長花崗巖、石英閃長巖、花崗斑巖和石英正長巖組成，形成時(shí)代介于156～125Ma，具有向洋年輕化的時(shí)空分布規(guī)律。

(2)晚侏羅世-早白堊世早期(156～139Ma)花崗質(zhì)巖石具有與I型花崗巖類似的巖石地球化學(xué)特征和古老富集的Hf同位素組成，初始巖漿來源于古老地殼，形成于古太平洋持續(xù)俯沖作用下的活動陸緣構(gòu)造背景；早白堊世中期(130～125Ma)花崗質(zhì)巖石Hf同位素組成不均一、巖漿源區(qū)復(fù)雜、殼幔相互作用印記明顯，形成于與古太平洋板塊俯沖回撤作用有關(guān)的區(qū)域伸展構(gòu)造背景下。

(3)華北克拉通晚中生代期間古太平洋俯沖板片脫水交代巖石圈地幔并形成幔源巖漿，幔源巖漿不斷底侵作用于古老/新生地殼使其發(fā)生部分熔融為花崗質(zhì)巖石提供巖漿來源。

(4)華北克拉通東部156～139Ma期間受到太平洋板塊的持續(xù)俯沖作用，139～130Ma期間古太平洋俯沖板塊發(fā)生回撤作用，并于130Ma后進(jìn)入持續(xù)回撤作用造成的強(qiáng)烈區(qū)域伸展作用階段。

致謝感謝審稿專家和編輯部對本文提出的寶貴修改意見。

謹(jǐn)以此文祝賀楊振升先生九十華誕。