何佳佳，張喬，靳夢(mèng)琪，周俊林，李玉宏，陳高潮

(1.西安城市發(fā)展(集團(tuán))有限公司，陜西 西安 710004；2.自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054；3.西北地質(zhì)調(diào)查科技創(chuàng)新中心，陜西 西安 710054)

華北克拉通在晚中生代遭受破壞，伴隨的巖漿活動(dòng)集中分布于華北東部(Guo et al.，2001，2003；Zhang et al.，2002；Wu et al.，2005；Xu et al.，2008)。而近年來(lái)越來(lái)越多的研究表明，華北克拉通中部也發(fā)育有同時(shí)期的巖漿事件(Chen et al.，2004；Wang et al.，2006；Ying et al.，2007；許文良等，2009)。華北克拉通中部從北往南出露有一系列晚中生代堿性雜巖，主要分布在紫金山、狐偃山、塔爾山—二峰山。針對(duì)這些雜巖體的年代學(xué)研究有利于展示華北克拉通中部晚中生代巖漿事件的時(shí)代格架。

前人對(duì)狐偃山雜巖體已經(jīng)進(jìn)行過(guò)大量巖石學(xué)、年代學(xué)及地球化學(xué)等方面的研究。雜巖體主要由二長(zhǎng)巖類組成，對(duì)其最新的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究顯示，其侵位于早白堊世 (127～130 Ma)(Ying et al.，2011；常澤光等，2017；霍騰飛等，2016)。但前人年代學(xué)研究區(qū)域局限于孤山地區(qū)，對(duì)雜巖體其他二長(zhǎng)質(zhì)侵入體缺乏精確的年代學(xué)約束，限制了對(duì)雜巖體年代學(xué)的定年。同時(shí)，在前人定年數(shù)據(jù)中出現(xiàn)大量繼承或捕獲鋯石，巖漿鋯石相對(duì)較少(霍騰飛等，2016；常澤光等，2017)。因此，筆者對(duì)研究薄弱的狐偃山雜巖體2個(gè)二長(zhǎng)巖體進(jìn)行榍石LA-ICP-MS U-Pb定年，并與鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年方法對(duì)比研究，結(jié)合已有的研究資料，精確限定狐偃山地區(qū)二長(zhǎng)巖的年齡，確定狐偃山堿性雜巖體的形成時(shí)代。

1 區(qū)域地質(zhì)背景和巖體地質(zhì)

晚中生代以來(lái)，華北克拉通遭到破壞，伴隨有沉積盆地、巨量巖漿作用的發(fā)育，這些巖漿作用主要分布在大興安嶺-太行山重力梯度帶以東的東部陸塊上(Griffin et al.，1998)，以大量中酸性侵入體和廣泛的中酸性火山作用為特征，還包括少量基性巖漿巖(Guo et al.，2001；Wu et al.，2005；Xu et al.，2008；Ma et al.，2021)。相比華北克拉通東部，華北克拉通中部晚中生代巖漿活動(dòng)較弱，主要分布在紫金山、狐偃山、塔爾山—二峰山三大堿性雜巖帶(圖1a)。其中狐偃山堿性雜巖體分布在太原以西50 km，出露面積約200 km2，雜巖體主要侵入到中奧陶系灰?guī)r中(圖1b)。雜巖體巖性多樣，呈多次侵入，根據(jù)侵入接觸關(guān)系，雜巖體從早到晚可以劃分為3期：①二長(zhǎng)巖、似斑狀二長(zhǎng)巖。②霓輝二長(zhǎng)巖、霓輝正長(zhǎng)巖、石英正長(zhǎng)巖。③正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)斑巖(圖1b)。前人通過(guò)鋯石LA-ICP-MS U-Pb法獲得狐偃山雜巖體中孤山地區(qū)二長(zhǎng)巖的年齡為127～130 Ma；科頭和龍莊溝正長(zhǎng)巖形成于111～114 Ma(霍騰飛等，2016；常澤光等，2017；張喬等，2020)，表明雜巖體的侵位時(shí)間可能為早白堊世。

筆者在狐偃山地區(qū)進(jìn)行了二長(zhǎng)質(zhì)巖體的野外地質(zhì)調(diào)查，并結(jié)合前人調(diào)查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)二長(zhǎng)質(zhì)巖體露頭主要分布在南部的礦泉、孤山、古洞道一帶，而在北部的東、西高塔茆-松塔茆巖體雖呈規(guī)模大的巖株，但植被覆蓋嚴(yán)重，目前所見露頭很少。本次采樣的位置分布在礦泉、狼窩溝2個(gè)侵入體上。礦泉和狼窩溝巖體均分布在礦泉村東側(cè)。礦泉巖體巖性為二長(zhǎng)巖，具有斑狀或似斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶成分為鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石；基質(zhì)由斜長(zhǎng)石和少量石英組成。狼窩溝巖體巖性為石英二長(zhǎng)巖，具有斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶成分為鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石、石英；基質(zhì)由斜長(zhǎng)石和少量石英組成。2個(gè)巖石樣品副礦物中均含有大量榍石，形態(tài)呈菱形(圖2)。

2 采樣與分析方法

本次研究共采集2件巖石樣品，具體位置見圖1b。對(duì)礦泉、狼窩溝2個(gè)巖體的二長(zhǎng)巖樣品(18KQ-1、18LWG-1)進(jìn)行了榍石U-Pb年代學(xué)研究，為對(duì)比榍石定年結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)這2個(gè)樣品也進(jìn)行了鋯石U-Pb定年。

圖1 (a)華北板塊構(gòu)造分區(qū)圖(據(jù)Zhao et al.，2005修改，DTGL代表大興安嶺-太行重力梯度帶)、(b)狐偃山雜巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 (a)Tectonic subdivision map of the North China Block (modified after Zhao et al.，2005;DTGL represents Daxing’anling-Taihang gravity lineament)and(b)Simplified geological map of Huyanshan complex

榍石是普遍發(fā)育于各類火成巖中的一種副礦物。因榍石具有較高的U含量(10×10-6～100×10-6)和相對(duì)較高的封閉溫度(650～700℃)，使其成為一種理想的U-Pb同位素定年的副礦物(Frost et al.，2000；Storey et al.，2006)。相比于應(yīng)用更廣泛的鋯石U-Pb年代學(xué)，在火成巖研究中，榍石定年的優(yōu)勢(shì)在于：①繼承或捕獲的榍石較少出現(xiàn)于火成巖中(Corfu et al.，1996)，避免了客觀因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，更加直觀體現(xiàn)巖漿的形成時(shí)代。②在某些火成巖中不發(fā)育鋯石或發(fā)育少量結(jié)晶鋯石，如堿性巖(Ji et al.，2016)，但含有大量榍石，榍石U-Pb定年結(jié)果更具可靠性和說(shuō)服力。近年來(lái)，隨著分析技術(shù)的不斷發(fā)展，LA-ICP-MS法逐漸成為優(yōu)先選擇的測(cè)試方法。相比于鋯石，榍石LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)方法未能普及，主要原因在于榍石中含有較高的普通Pb含量，而且該方法缺乏榍石標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，分析的基體不同，會(huì)產(chǎn)生基體效應(yīng)(Sun et al.，2012)。袁繼海等(2016)利用基體匹配的榍石標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)BLR-1和非基體匹配的鋯石U-Pb定年標(biāo)準(zhǔn)(91500、GJ-1)對(duì)榍石校準(zhǔn)物質(zhì)OLT1和TCR進(jìn)行LA-ICP-MS榍石U-Pb定年，校正后結(jié)果顯示，基體匹配的榍石標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為標(biāo)樣時(shí)測(cè)得的OLT1和TCR榍石年齡與校準(zhǔn)年齡在誤差范圍內(nèi)，而非基體匹配的鋯石U-Pb定年標(biāo)準(zhǔn)(91500，GJ-1)下測(cè)得的年齡有10%的偏低。該研究表明，以榍石U-Pb定年標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)BCR-1為外標(biāo)時(shí)，LA-ICP-MS榍石定年可以滿足微區(qū)U-Pb定年的需要。

巖石樣品經(jīng)過(guò)破碎、浮選、電磁選后，再淘洗、提純出單顆粒鋯石。手工挑選出晶形完好、透明度和色澤度好的鋯石和榍石分別用環(huán)氧樹脂固定在樣靶上。樣靶經(jīng)研磨拋光，直至露出新鮮截面，具體的制靶方法參考北京離子探針中心實(shí)驗(yàn)室提供的方法(Song et al.，2002)。在顯微鏡下對(duì)靶上的榍石進(jìn)行透反射光照相，榍石的背散射(BSE)照相在北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司完成。

LA-ICP-MS榍石U-Pb定年測(cè)試分析在北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司完成，榍石定年分析所用儀器為AnalytikJena PQMS Elite型 ICP-MS及與之配套的RESOlution 193 nm 準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕所用斑束直徑為30 μm，頻率為6 Hz，能量密度約為6 J/cm2，以He為載氣。LA-ICP-MS激光剝蝕采樣采用單點(diǎn)剝蝕的方式，測(cè)試前先用NIST 610進(jìn)行儀器調(diào)試，使之達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。測(cè)試過(guò)程中首先遮擋激光束進(jìn)行空白背景采集20 s，然后進(jìn)行樣品連續(xù)剝蝕采集45 s，停止剝蝕后繼續(xù)吹掃20 s清洗進(jìn)樣系統(tǒng)，單點(diǎn)測(cè)試分析時(shí)間85 s。榍石U-Pb定年以標(biāo)樣BLR-1為外標(biāo)，測(cè)試過(guò)程中在每測(cè)定10個(gè)樣品前后重復(fù)測(cè)定2個(gè)榍石標(biāo)樣BLR-1對(duì)樣品進(jìn)行校正。榍石的普通Pb校正采用207Pb校正與Tera-Wasserburg圖解相結(jié)合的方法(Storey et al.，2006)。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序(Liu Yongsheng et al.，2010)，榍石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得(圖2)。

Tit.榍石圖2 礦泉和狼窩溝巖體野外與顯微照片(單偏光下)Fig.2 Field pictures and photomicrographs of Kuangquan and Langwogou pluton

在顯微鏡下對(duì)靶上的鋯石進(jìn)行透反射光照相，鋯石的陰極發(fā)光(CL)照相和U-Pb 同位素定年在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。采用的ICP-MS型號(hào)為 Agilent 7700x，激光剝蝕系統(tǒng)為 Geolas Pro 型 ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)，激光剝蝕直徑為 32 μm，激光取樣過(guò)程采用20 s的背景采集時(shí)間、40 s的剝蝕取樣時(shí)間和 10 s的樣品池沖洗時(shí)間。實(shí)驗(yàn)中采用He作為載氣，鋯石年齡采用91500作為標(biāo)樣，成分測(cè)定采用NIST 610作為標(biāo)樣，保證每5個(gè)樣品點(diǎn)至少插一組標(biāo)。數(shù)據(jù)的離線處理在軟件Glitter4.4上調(diào)試，普通Pb校正使用Anderson(2002)的方法進(jìn)行，年齡諧和圖采用Isoplot 4.15軟件完成。

3 討論

3.1 榍石U-Pb定年結(jié)果

筆者選取二長(zhǎng)巖樣品(18KQ-1、18LWG-1)進(jìn)行了榍石U-Pb年代學(xué)研究，分析結(jié)果見表1。測(cè)年的榍石晶體呈半自形四邊形-自形菱形，大小在100～200 um(圖2)，不具有變質(zhì)榍石特有的孔洞特征，Th/U值大部分>1.5，且具有一致的右傾型稀土配分曲線，表明其為巖漿成因，其年齡能代表巖漿結(jié)晶時(shí)間。

礦泉巖體二長(zhǎng)巖樣品(18KQ-1)共獲得24個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)。諧和圖上數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性擬合性較好，下交點(diǎn)年齡為(128±15)Ma(圖3)。初始Pb同位素經(jīng)207Pb法校正后，獲得該樣品的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為(129.0±2.6)Ma(n=24，MSWD=1.01)(圖3)，與下交點(diǎn)年齡在誤差范圍內(nèi)一致，代表了該巖體的形成時(shí)代。

狼窩溝巖體二長(zhǎng)巖樣品(18LWG-1)共獲得27個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)。諧和圖上數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性擬合性也較好，下交點(diǎn)年齡為(127±13 )Ma(圖3)。初始Pb同位素經(jīng)207Pb法校正后，獲得該樣品的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為(129.5±2.5)Ma(n=27，MSWD=1.17)(圖3)，與下交點(diǎn)年齡在誤差范圍內(nèi)一致，代表了該巖體的形成時(shí)代。

圖3 礦泉和狼窩溝二長(zhǎng)巖體榍石背散射照片和榍石U-Pb年齡諧和圖Fig.3 Titanite BSE images and titanite U-Pb concordia diagrams for the two plutons

3.2 鋯石U-Pb同位素定年結(jié)果

為與榍石U-Pb同位素定年結(jié)果對(duì)比，檢驗(yàn)其準(zhǔn)確性，對(duì)上述相同的2個(gè)巖石樣品也同時(shí)進(jìn)行了鋯石U-Pb定年(表2)。2個(gè)巖體樣品中鋯石分為2類：絕大多數(shù)鋯石為他形圓狀，具有核邊結(jié)構(gòu)，大小在50～100 um，為捕獲的繼承鋯石；還有少部分鋯石為半自形-自形棱柱狀，具有振蕩環(huán)帶，大小在100 um左右(圖2)，具有高Th/U值(0.9～2.3)，暗示這些少數(shù)鋯石為巖漿鋯石成因。礦泉巖體樣品中3顆巖漿鋯石測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(127.3±2.7)Ma(n=3，MSWD=0.18)。而狼窩溝巖體樣品中11顆巖漿鋯石測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(126.2±1.6)Ma(n=5，MSWD=1.5)(圖4)。2個(gè)樣品榍石和鋯石U-Pb同位素定年結(jié)果均在誤差范圍內(nèi)一致。由于樣品中結(jié)晶鋯石數(shù)量少，且遠(yuǎn)低于同一樣品中榍石的數(shù)量，因此，對(duì)狐偃山礦泉和狼窩溝2個(gè)二長(zhǎng)巖體榍石U-Pb定年結(jié)果更能反映它們的形成時(shí)代。

圖4 礦泉和狼窩溝二長(zhǎng)巖體鋯石CL照片和鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 Zircon CL images and zircon U-Pb concordia diagrams of the two plutons

4 討論

4.1 狐偃山雜巖體形成時(shí)代

狐偃山雜巖體位于華北克拉通中部，其主要以似斑狀和斑狀二長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖、霓輝二長(zhǎng)巖為主，還包括霓輝正長(zhǎng)巖、石英正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)斑巖等不同巖性類型。前人對(duì)它們的野外產(chǎn)狀及接觸關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，結(jié)果顯示，二長(zhǎng)巖與似斑狀二長(zhǎng)巖為漸變過(guò)渡關(guān)系，后被霓輝二長(zhǎng)巖侵入，多呈巖株產(chǎn)出；而正長(zhǎng)斑巖和霓輝正長(zhǎng)巖呈脈狀侵入到斑狀二長(zhǎng)巖中，呈巖墻產(chǎn)出(楊浩，2016)。上述侵入關(guān)系也得到了年代學(xué)研究的進(jìn)一步證實(shí)。常澤光等(2017)和霍騰飛等(2016)已對(duì)孤山地區(qū)二長(zhǎng)巖體進(jìn)行了精確的年代學(xué)研究，結(jié)果顯示它們形成于127～130 Ma。本次研究對(duì)礦泉地區(qū)二長(zhǎng)巖類的定年結(jié)果表明，它們侵位于129～130 Ma。同時(shí)，古洞道附近的二長(zhǎng)巖類的年齡為131 Ma(未發(fā)表數(shù)據(jù))。而對(duì)雜巖體中正長(zhǎng)巖的已有研究表明，它們形成晚于二長(zhǎng)巖，結(jié)晶于111～114 Ma(常澤光等，2017；張喬等，2020)。綜上所述，狐偃山雜巖體主體二長(zhǎng)巖類侵位于早白堊世早期(127～131 Ma)，在早白堊世晚期(111～114 Ma)有少量正長(zhǎng)巖形成，從而形成了狐偃山雜巖體。張喬等(2020)對(duì)華北中部晚中生代巖漿巖資料整理時(shí)，歸納出華北克拉通中部晚中生代巖漿事件分為早白堊世中期(～131 Ma)、早白堊世晚期(～114 Ma)。因此，狐偃山雜巖體的形成過(guò)程可能是華北中部晚中生代巖漿作用過(guò)程的縮影。對(duì)雜巖體形成過(guò)程的深入刻畫，將對(duì)探討華北中部晚中生代巖漿演化及深部地球動(dòng)力學(xué)作用提供良好的啟示。

4.2 繼承鋯石的地質(zhì)意義

在礦泉、狼窩溝二長(zhǎng)巖體中發(fā)育大量繼承鋯石，它們的年齡為前寒武紀(jì)，諧和年齡峰值在2.44～2.55 Ga、2.0～2.18 Ga、1.80～1.88 Ga。這3組繼承鋯石普遍存在于華北克拉通中部晚中生代巖漿巖中(許文良等，2009；Ying et al.，2011；霍騰飛等，2016；常澤光等，2017)。它們分別對(duì)應(yīng)華北克拉通中部～2.5 Ga、～1.8 Ga巖漿-變質(zhì)事件和2.0～2.2 Ga巖漿作用(Kr?ner et al.，2005；Faure et al.，2007；Zhao et al.，2008；趙瑞福等，2011)。已有的研究表明，華北克拉通中部晚中生代巖漿巖是殼幔相互作用的產(chǎn)物(許文良等，2009；Chen et al.，2009；Ying et al.，2011；霍騰飛等，2016；Xue et al.，2019)。而這些繼承鋯石的出現(xiàn)也進(jìn)一步證實(shí)白堊紀(jì)時(shí)期在華北克拉通中部，地殼物質(zhì)明顯參與了該時(shí)期巖漿巖的形成。

5 結(jié)論

(1)對(duì)狐偃山雜巖體中2個(gè)二長(zhǎng)巖體的榍石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果表明，兩者形成于129～130 Ma。

(2)同一樣品中榍石和鋯石的LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果誤差范圍一致，均可以揭示巖石的形成年齡。

(3)結(jié)合前人資料認(rèn)為，狐偃山雜巖體由早、晚2期巖漿侵入事件形成，主體二長(zhǎng)巖類侵位于早白堊世早期(127～131 Ma)，在早白堊世晚期(111～114 Ma)有少量正長(zhǎng)巖形成。