潘志龍，王 碩，張立國，張 歡，張金龍，侯德華

PAN Zhi-long, WANG Shuo, ZHANG Li-guo, ZHANG Huan, ZHANG Jin-long, Hou De-hua

河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，河北 廊坊 065000

Regional Geological Survey Institute of Hebei Province, Langfang 065000, China

1 引言

中亞造山帶是一條重要的顯生宙增生造山帶[1-6]，發(fā)育大量與新生陸殼密切相關(guān)的花崗巖類。北山造山帶位于中亞造山帶南緣，處于塔里木板塊、哈薩克斯坦和華北板塊的交匯部位，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，是以古大洋和微大陸并存為特征的“中亞褶皺帶”的重要構(gòu)造單元之一[7-16]，發(fā)育大量古生代花崗巖類侵入體。長期以來，對北山地區(qū)古生代構(gòu)造演化的認(rèn)識(shí)一直存在較大分歧，焦點(diǎn)集中于大洋演化時(shí)限以及最終閉合位置等[17-18]。區(qū)內(nèi)前人資料豐富，但北山地區(qū)廣泛分布的古生代侵入體尚缺乏精確的時(shí)代厘定和巖漿成因研究[14]。因此，本文選擇基東早志留世花崗閃長巖體為研究對象，在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過巖石地球化學(xué)、鋯石U-Pb 測年和鋯石Lu-Hf同位素研究，探討巖漿成因及其形成的構(gòu)造環(huán)境，為北山地區(qū)早古生代構(gòu)造演化提供新的依據(jù)和約束。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置屬北山造山帶東段，行政區(qū)劃位于甘肅省與內(nèi)蒙古自治區(qū)交界部位。自北向南，石板井—小黃山構(gòu)造帶和牛圈子—洗腸井蛇綠混雜巖帶分別從區(qū)內(nèi)穿過（圖1），前者主要表現(xiàn)為強(qiáng)烈的韌性剪切變形，受其影響的主要為早古生代末—晚古生代初期地質(zhì)體，后者具典型的縫合帶特征，其北側(cè)分布有大規(guī)模的晚奧陶—早志留世火山弧性質(zhì)的巖漿巖，南側(cè)則主要分布寒武紀(jì)海相沉積建造。古元古代變質(zhì)基底零星出露于石板井—小黃山構(gòu)造帶以北，中新元古代穩(wěn)定淺海沉積則分布于牛圈子—洗腸井蛇綠混雜巖帶以南。晚古生代時(shí)期，兩條構(gòu)造帶中間的塊體相對隆升，在其南北兩側(cè)沉積了厚度巨大的石炭—二疊系。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖（據(jù)文獻(xiàn)[17]修改）Fig.1 Geotectonic location map of the study area

3 巖體特征及巖相學(xué)特征

基東花崗閃長巖體沿石板井—小黃山構(gòu)造帶分布，由大小不等的12個(gè)侵入體組成，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，近橢圓—不規(guī)則狀，出露面積13.24 km2（圖2）。侵入古元古代北山巖群、晚奧陶世—早志留世公婆泉組、早志留世細(xì)粒閃長巖、中粒英云閃長巖，被早志留世中粒二長花崗巖、早泥盆世中粒二長花崗巖、中粒斑狀二長花崗巖、中粒正長花崗巖、中粒斑狀正長花崗巖侵入，局部被早侏羅世芨芨溝組不整合覆蓋。巖石發(fā)育似片麻狀構(gòu)造（圖3a），巖體中見較多的石英片巖等圍巖捕擄體。

圖2 北山基東一帶地質(zhì)簡圖Fig.2 Geological sketch of the east of Beishan

巖石呈深灰色，細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，似片麻狀構(gòu)造。巖石由鉀長石（15%）、斜長石（40%）、石英（20%）、黑云母（15%）、角閃石（10%）組成（圖3b）。鉀長石：主呈近半自形板狀，少它形粒狀，大小一般為0.25～2 mm，少部分2～4.7 mm，雜亂分布，具輕微高嶺土化，有時(shí)粒內(nèi)嵌布少量斜長石、角閃石、黑云母等，部分交代斜長石。斜長石：呈半自形板狀，大小為0.15～2.55 mm，雜亂分布，可見環(huán)帶構(gòu)造，有時(shí)嵌布于鉀長石粒內(nèi)，具絹云母化、高嶺土化、簾石化、少碳酸鹽化，少數(shù)被鉀長石蠕蟲狀、蠶蝕狀交代。石英：呈它形粒狀，大小一般為0.05～2 mm，部分2～3.9 mm，雜亂分布，粒內(nèi)波狀消光。黑云母：黃褐色，葉片狀，片徑一般0.05～2 mm，部分2～3.7 mm，雜亂分布，少葡萄石化、綠泥石化、綠簾石化。角閃石：顯深藍(lán)綠色，呈半自形柱狀，大小一般0.2～2 mm，部分2～3.6 mm，雜亂分布，少數(shù)粒內(nèi)嵌布黑云母等，個(gè)別綠簾石化、綠泥石化。

圖3 基東早志留世細(xì)粒花崗閃長巖露頭特征（a）及顯微照片（b）Fig.3 Characteristics of outcrop of Early Silurian fine-grained granodiorite in Jidong(a)and micrograph(b)

4 測試方法及測試結(jié)果

4.1 測試方法

全巖的主量元素和微量元素分析在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素（SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、MnO、Na2O、K2O、CaO、P2O5）分析采用X射線熒光熔片法完成，分析精度為0.05%；FeO采用滴定分析完成；灼燒減量、H2O+和H2O-用重量法完成。微量元素分析采用HF+HClO3+HNO3溶解樣品，王水復(fù)溶，在線加入Rh內(nèi)標(biāo)溶液，用Thermofisher X Series Ⅱ 型ICP-MS完成測定，稀土元素分析精度為0.1×10-6，微量元素≤5×10-6，測試方法詳見高劍峰等（2003）[19]。

鋯石分選在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室完成。雙目鏡下挑選晶形好、無裂隙和包裹體的鋯石，用環(huán)氧樹脂制靶。將鋯石靶打磨、拋光后，進(jìn)行反射光、透射光和陰極發(fā)光（CL）顯微觀察照片。鋯石制靶及陰極發(fā)光照相在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年在天津地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成。激光剝蝕采樣采用單點(diǎn)剝蝕的方式，數(shù)據(jù)分析之前用美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM 610進(jìn)行儀器最佳化，采樣方式為單點(diǎn)剝蝕，數(shù)據(jù)采集選用1個(gè)質(zhì)量峰1個(gè)點(diǎn)的跳峰方式，每完成8個(gè)測點(diǎn)的樣品測定，加測標(biāo)樣1次，觀察儀器的狀態(tài)以保證測試的精度。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)測試過程參見袁洪林等（2003）[20]。鋯石年齡采用91500作為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，元素含量采用NIST SRM 610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)。測試結(jié)果應(yīng)用GLITTER（ver 4.2）軟件計(jì)算得出，并按照 Andersen的方法用LA-ICP-MS CommonLead Correction（ver 3.15）對其進(jìn)行了普通鉛校正，年齡計(jì)算和諧和圖繪制采用Isoplot（ver 3.0）完成。

鋯石Hf 同位素測試是在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所大陸構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成，所用儀器為Neptune Plus多接收等離子質(zhì)譜和Compex pro.193nm紫外激光剝蝕系統(tǒng)（LA-MC-ICP-MS），實(shí)驗(yàn)過程中采用He作為剝蝕物質(zhì)載氣，剝蝕直徑采用44 μm，測定時(shí)使用國際通用的鋯石標(biāo)樣GJ-1作為參考物質(zhì)，分析點(diǎn)與U-Pb定年分析點(diǎn)為同一位置。相關(guān)儀器運(yùn)行條件及詳細(xì)分析流程見侯可軍等（2007）[21]。分析過程中鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ-1的176Hf/177Hf 測試加權(quán)平均值為0.282 015±8（2σ，n=10）（Elhlou 等，2006；侯可軍等，2007）[21-22]。在進(jìn)行εHf（t）計(jì)算時(shí)，采用176Lu衰變常數(shù)為1.867×10-11yr-1，球粒隕石現(xiàn)今的176Hf /177Hf = 0.282 772 和176Lu /177Hf = 0.033 2（Blichert和 Albarède，1997）[23]。在進(jìn)行模式年齡計(jì)算時(shí)，采用現(xiàn)今的虧損地幔176Hf /177Hf =0.283 25和176Lu /177Hf= 0.038 4（Griffin 等，2000）[24]，現(xiàn)今平均大陸殼的176Lu /177Hf = 0.015（Griffin 等，2000）[24]。

4.2 測試結(jié)果

4.2.1 地球化學(xué)

基東早志留世細(xì)?；◢忛W長巖的全巖主量、微量元素分析結(jié)果及特征參數(shù)列于表1。

表1 基東早志留世細(xì)?；◢忛W長巖主量元素和微量元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)Table 1 Analysis of major elements and trace elements and related parameters of the Early Silurian fine-grained granodiorite in Jidong

表1（續(xù)）

SiO2含量59.58%～66.64%，平均63.91%；ALK含量5.07%～5.88%，K2O/Na2O為0.59～1.42；鋁指數(shù)A/CNK為0.93～1.05，MgO#為39.01～41.14。里特曼指數(shù)σ為1.34～1.60，分異指數(shù)DI 為55.98～71.03。在TAS圖解中，1個(gè)樣品落于花崗閃長巖區(qū)，2件落入花崗閃長巖與英云閃長巖界線附近，另外1件落入閃長巖區(qū)，造成這種結(jié)果的原因可能為樣品中暗色礦物含量偏高，結(jié)合野外宏觀地質(zhì)特征及薄片鑒定結(jié)果，將其定名為花崗閃長巖更為準(zhǔn)確，屬亞堿性巖系（圖4）；進(jìn)一步將其投入K2O-SiO2圖解中，樣品落入高鉀鈣堿性—鈣堿性系列區(qū)（圖5）。

圖4 基東早志留世細(xì)?；◢忛W長巖TAS圖解Fig.4 TAS diagram of the Early Silurian fine-grained granodiorite from Jidong

圖5 基東早志留世細(xì)?；◢忛W長巖K2O-SiO2圖解Fig.5 K2O-SiO2 diagram of the Early Silurian finegrained granodiorite in Jidong

早志留世細(xì)?；◢忛W長巖稀土總量∑REE（包括Y元素）介于188.51×10-6～250.62×10-6之間，平均為208.77×10-6；δEu值變化于0.67～0.79，負(fù)銪異常明顯；LREE/HREE介于4.39～5.87之間，(La/Yb)N變化于10.18～18.23，輕稀土富集。(La/Sm)N為3.48～5.75，(Gd/Lu)N為1.81～2.84，表明輕稀土較重稀土分異強(qiáng)烈。稀土配分曲線為LREE富集的右傾型（圖6）。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的蜘蛛網(wǎng)圖中，富集Rb、Th、K等強(qiáng)不相容元素，Nb、Ta、P、Ti等元素虧損（圖7）。

圖6 細(xì)?；◢忛W長巖稀土配分曲線Fig.6 REE partition curve of fine-grained granodiorite

圖7 細(xì)粒花崗閃長巖微量元素蜘蛛網(wǎng)圖Fig.7 Spider web pattern of trace elements in fine-grained granodiorite

4.2.2 鋯石U-Pb年齡

基東早志留世細(xì)?；◢忛W長巖鋯石多數(shù)呈長柱狀，半自形—自形，震蕩環(huán)帶發(fā)育，邊部具輕微熔蝕特征（圖8），為巖漿鋯石。對晶形較好的25顆鋯石共分析了25個(gè)測點(diǎn)（表2）。Th/U值除16號(hào)點(diǎn)偏小為0.06，其余在0.32～0.83之間，顯示巖漿鋯石特征。206Pb/238U年齡在434～440 Ma之間，數(shù)據(jù)和諧性好、集中度高，25個(gè)數(shù)據(jù)的加權(quán)平均年齡為436.65±0.94 Ma（N＝25，MSWD＝0.44）（圖9），能夠代表該樣品的結(jié)晶年齡。

圖8 基東早志留世細(xì)?；◢忛W長巖鋯石CL圖像及206Pb/238U年齡、測點(diǎn)位置及其編號(hào)Fig.8 Zircon CL image of the Early Silurian fine-grained granodiorite in Jidong and its 206Pb/238U age, location and serial number

圖9 基東早志留世細(xì)?；◢忛W長巖鋯石U-Pb諧和圖Fig.9 Zircon U-Pb harmonic map of the Early Silurian fine-grained granodiorite in Jidong

表2 基東早志留世細(xì)粒花崗閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the Early Silurian fine-grained granodiorite in Jidong

4.2.3 鋯石Hf同位素

基東早志留世細(xì)?；◢忛W長巖鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果見表3。21顆鋯石176Yb/177Hf的范圍在0.018 375～0.045 917，176Lu/177Hf的變化范圍在0.000 371～0.000 904，176Lu/177Hf比值均小于0.002，表明這些鋯石在形成以后僅有較少的放射性成因Hf的積累[25]。fLu/Hf變化在-0.97～-0.99，小于鎂鐵質(zhì)地殼的fLu/Hf（-0.34）和硅鋁質(zhì)地殼的fLu/Hf（-0.72）（Vervoort 和 Patchett，1996）。εHf(t)均為負(fù)值，變化于-9.37～-13.49。單階段Hf模式年齡（tDM1）變化于1 416～1 570 Ma，平均為1 486 Ma；兩階段Hf模式年齡（tDM2）介于2 015～2 274 Ma，平均為2 134 Ma。

表3 基東早志留世細(xì)?；◢忛W長巖Lu-Hf同位素組成Table 3 Lu-Hf isotopic compositions of the Early Silurian fine-grained granodiorite in Jidong

5 討論

5.1 巖石成因及構(gòu)造環(huán)境

基東早志留世細(xì)粒花崗閃長巖Mg#值平均為40.1，接近玄武質(zhì)下地殼[26-27]；Rb/Sr比值0.197～0.277，平均0.238，接近大陸地殼平均值（0.24）；Nb/Ta比值12.11～18.48，平均14.03，略高于陸殼巖石（11±）；Zr/Hf比值16.14～45.43，平均30.23，略低于殼源巖石（33±）[28-29]。以上表明巖體成巖物質(zhì)主要來自地殼。在εHf(t)-t圖解（圖10）上，來自花崗閃長巖中的鋯石Hf 同位素全部落于元古宙地殼演化范圍內(nèi)，推測為古老下地殼物質(zhì)再熔融的產(chǎn)物。

圖10 基東早志留世細(xì)?；◢忛W長巖εHf(t)-t圖解Fig.10 εHf(t)-t diagram of the Early Silurian fine-grained granodiorite in Jidong

研究區(qū)東北石板井地區(qū)形成于島弧環(huán)境的高鎂閃長巖體指示本區(qū)晚奧陶世早期已經(jīng)處于俯沖階段[30]，南部三道明水地區(qū)埃達(dá)克巖的發(fā)現(xiàn)則暗示晚志留世本區(qū)進(jìn)入了強(qiáng)烈快速俯沖狀態(tài)，并且于晚志留世末至早泥盆世出進(jìn)入碰撞造山階段[31]。從巖體宏觀特征來看，基東早志留世細(xì)粒花崗閃長巖具有明顯的透入性構(gòu)造（似片麻狀構(gòu)造）與后期巖體相區(qū)別，顯示就位過程中的壓性環(huán)境。在微量元素蜘蛛網(wǎng)圖上具強(qiáng)烈Nb、Ta虧損特征；在微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解（圖11）中樣品均落入火山弧花崗巖區(qū)。綜合區(qū)域地質(zhì)背景、宏觀地質(zhì)特征及巖石地球化學(xué)特征，基東早志留世細(xì)?；◢忛W長巖形成于板塊俯沖環(huán)境。

圖11 構(gòu)造環(huán)境判別Nb-Y圖解（a）和Rb-Y+Nb圖解（b）Fig.11 Nb-Y diagram of tectonic environment discrimination (a) and Diagram of Rb-Y+Nb (b)

5.2 地質(zhì)時(shí)代及構(gòu)造意義

雖然不同學(xué)者對于該區(qū)早古生代大洋的演化過程存在較多爭議[4,12,17,18]，但志留紀(jì)處于俯沖階段的事實(shí)已被越來越多的同位素資料證實(shí)[30,32]。本次工作在基東細(xì)?；◢忛W長巖體中獲得了436.65±0.94 Ma的LAICP-MS鋯石U-Pb年齡，該年齡一致性好，能夠代表該巖體的結(jié)晶年齡，地質(zhì)時(shí)代為早志留世，其再一次佐證了本區(qū)在早志留世洋盆已經(jīng)開始萎縮但仍未閉合的事實(shí)。

基東早志留世細(xì)粒花崗閃長巖兩階段模式年齡為2 015～2 274 Ma，平均2 134 Ma，表明其為古元古代地殼物質(zhì)部分熔融作用的產(chǎn)物，該時(shí)期為本區(qū)重要的地殼增生期。

6 結(jié)論

（1）基東花崗閃長巖體的LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年表明其形成結(jié)晶年齡為436.65±0.94 Ma，時(shí)代為早志留世。

（2）基東花崗閃長巖體εHf(t)均為負(fù)值，兩階段Hf模式年齡（tDM2）介于2 015～2 274 Ma，說明其可能為古元古代下地殼物質(zhì)再熔融的產(chǎn)物。

（3）基東花崗閃長巖體形成與俯沖環(huán)境，表明本區(qū)在早志留世洋盆已經(jīng)開始萎縮但仍未閉合。