連光輝 徐仲元, 2 任云偉 馮帆 薛吉祥

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130061 2.自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130061 3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170

華北克拉通是中國(guó)最古老的克拉通之一，存在～3.8Ga的TTG巖石及更古老的碎屑鋯石(萬(wàn)渝生等, 2021a, b)，是研究早前寒武紀(jì)地殼演化及地球動(dòng)力學(xué)的天然實(shí)驗(yàn)室，吸引了眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究(Kusky, 2011; Zhai and Santosh, 2011; Santoshetal., 2013; Zhao and Zhai, 2013; Wanetal., 2018)。孔茲巖帶是華北克拉通重要的古元古代碰撞造山帶(其他同期碰撞造山帶包括膠-遼-吉帶和華北中部造山帶)，存在高溫-超高溫麻粒巖和高壓麻粒巖(Santoshetal., 2007; Guoetal., 2012; Yinetal., 2015)，被認(rèn)為是陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊于～1.95Ga碰撞拼合形成(Zhaoetal., 2005)。前人針對(duì)孔茲巖帶古元古代晚期構(gòu)造演化及碰撞拼合過(guò)程進(jìn)行了大量的構(gòu)造、巖相學(xué)、變質(zhì)變形、地球化學(xué)及地質(zhì)年代學(xué)研究(Zhaoetal., 2005; Wanetal., 2006, 2009, 2018; Dongetal., 2007; Santoshetal., 2007, 2009; Pengetal., 2010; Zhaietal., 2010; Kusky, 2011; Guoetal., 2012; 徐仲元等, 2013; Liuetal., 2014; Yinetal., 2014, 2015; 蔡佳等, 2014; Peng, 2015; 王洛娟, 2016; Jiaoetal., 2017; Wangetal., 2017; Li and Wei, 2018; 石強(qiáng), 2020)，這些研究極大地提升了學(xué)者對(duì)孔茲巖帶形成及演化歷史的理解。然而孔茲巖帶碰撞拼合以前的構(gòu)造演化研究則相對(duì)薄弱，尤其是古元古代中期(2.2～2.0Ga)構(gòu)造背景目前仍存在爭(zhēng)議：一種觀點(diǎn)是孔茲巖帶在古元古代中期經(jīng)歷了伸展裂解事件，形成了早期洋盆，隨后發(fā)生了俯沖和碰撞造山作用，類(lèi)似于膠-遼-吉帶(翟明國(guó)和彭澎, 2007; Zhai and Santosh, 2011)；另一種觀點(diǎn)是孔茲巖帶在古元古代中期處于持續(xù)俯沖增生過(guò)程，形成了一系列與俯沖相關(guān)的弧巖漿作用和增生構(gòu)造(Santoshetal., 2013; Liuetal., 2014, 2017; Yang and Santosh, 2015)。近年來(lái)在華北中部造山帶和膠-遼-吉帶均報(bào)道了古元古代中期(2.2～2.0Ga)陸內(nèi)裂谷相關(guān)的雙峰式巖漿組合及A型花崗巖，指示兩條古元古代碰撞造山帶形成以前均經(jīng)歷過(guò)陸內(nèi)伸展裂解階段(Zhouetal., 2014; Peng, 2015; Duetal., 2016; Pengetal., 2017; 楊崇輝等, 2017; 杜利林等, 2018; Liuetal., 2021)，而孔茲巖帶同期巖漿巖出露較少，嚴(yán)重制約了對(duì)其構(gòu)造演化的認(rèn)識(shí)。

麻粒巖-紫蘇花崗巖雜巖是前寒武紀(jì)高級(jí)變質(zhì)地體中重要的巖石組合，對(duì)理解前寒武紀(jì)構(gòu)造體制和地殼形成演化具有重要意義(Rajesh and Santosh, 2012; Frost and Frost, 2008)?？灼潕r帶東部集寧-卓資-涼城一帶麻粒巖系分布較廣，Pengetal.(2010)報(bào)道了集寧-涼城地區(qū)～1.93Ga變質(zhì)輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖侵入體，并認(rèn)為其與洋脊俯沖有關(guān)。近年來(lái)作者在卓資地區(qū)發(fā)現(xiàn)了更古老的麻粒巖-紫蘇花崗巖雜巖，這些麻粒巖與紫蘇花崗巖空間上常緊密伴生，麻粒巖多呈透鏡體或規(guī)模不等的團(tuán)塊分布在紫蘇花崗巖中，此外還存在內(nèi)部沒(méi)有麻粒巖包體、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等相對(duì)均勻的紫蘇花崗巖。本文選取卓資地區(qū)大什字村相對(duì)均勻的紫蘇花崗巖作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的巖石地球化學(xué)和鋯石U-Pb年代學(xué)研究，旨在限定它們的形成時(shí)代，探討巖石成因及構(gòu)造背景，為該區(qū)乃至孔茲巖帶構(gòu)造演化及孔茲巖系沉積環(huán)境提供制約。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

華北克拉通由多個(gè)微陸塊拼合而成，被三條主要的古元古代碰撞造山帶分隔，即孔茲巖帶、華北中部造山帶和膠-遼-吉帶(Zhaoetal., 2005; Zhao and Zhai, 2013)。其中孔茲巖帶被認(rèn)為是北部的陰山陸塊與南部的鄂爾多斯陸塊于～1.95Ga碰撞形成的造山帶，由此形成了西部陸塊；膠-遼-吉帶是北部龍崗地塊與南部狼林地塊于～1.90Ga碰撞形成的造山帶，其結(jié)果是形成了東部陸塊；西部陸塊和東部陸塊于～1.85Ga沿華北中部造山帶碰撞拼合，形成了華北克拉通統(tǒng)一的基底(Zhaoetal., 2005)(圖1a)。

圖1 華北克拉通構(gòu)造劃分圖(a, 據(jù)Zhao et al., 2005修改)、孔茲巖帶東部巖石構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D(b, 據(jù)Peng et al., 2012; Li et al., 2019修改)及研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(c, 據(jù)曾慶榮等, 2013(1)曾慶榮, 銀海, 陳海東, 王占福, 何國(guó)強(qiáng), 張旭龍, 魯寧, 曹霞.2013.內(nèi)蒙古1:25萬(wàn)呼和浩特市幅區(qū)調(diào)報(bào)告修改; 年齡據(jù)石強(qiáng), 2020)

孔茲巖帶是華北克拉通西部陸塊內(nèi)的一條近東西向展布、長(zhǎng)達(dá)1000km的陸-陸碰撞構(gòu)造帶，帶內(nèi)早寒武紀(jì)基底主要出露于西部的賀蘭山-千里山地區(qū)、中部的大青山-烏拉山地區(qū)及東部的集寧-涼城-卓資地區(qū)，近年來(lái)在鄂爾多斯盆地下部獲得的鉆孔資料表明鄂爾多斯陸塊中同樣存在孔茲巖系變質(zhì)沉積巖，其巖石組合及變質(zhì)時(shí)代與孔茲巖帶類(lèi)似(Huetal., 2013; Wanetal., 2013; Gouetal., 2016; Heetal., 2016)，這表明孔茲巖帶分布范圍可能更廣?？灼潕r帶主要由麻粒巖相變質(zhì)沉積巖及與之密切相關(guān)的石榴花崗巖、TTG片麻巖、中基性麻粒巖及紫蘇花崗巖組成。其中麻粒巖相變質(zhì)沉積巖出露面積最大，主要由含石墨石榴夕線片麻巖、夕線石榴黑云二長(zhǎng)片麻巖、夕線石榴長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、石榴石英巖、鈣硅酸鹽巖及大理巖組成，統(tǒng)稱(chēng)為孔茲巖系(Condieetal., 1992; 盧良兆等, 1996; Zhaoetal., 1999; 徐仲元等, 2007)，此外在土貴烏拉和大青山地區(qū)還報(bào)道了含假藍(lán)寶石的超高溫麻粒巖(Santoshetal., 2007; Guoetal., 2012)。目前對(duì)于孔茲巖系沉積環(huán)境主要存在穩(wěn)定大陸邊緣(Condieetal., 1992; 郭敬輝等, 1999; 萬(wàn)渝生等, 2000)和活動(dòng)大陸邊緣(Danetal., 2012; Wanetal., 2009; 蔡佳等, 2016)兩種觀點(diǎn)。孔茲巖系碎屑鋯石年齡主要集中在2.2～2.0Ga，并含有～2.5Ga甚至更老的碎屑鋯石(Danetal., 2012; Wanetal., 2006, 2009; Xiaetal., 2006a, b; 石強(qiáng), 2020)，巖石記錄了古元古代晚期1.95～1.83Ga變質(zhì)-深熔作用(Dongetal., 2007; Wanetal., 2006, 2009; Santoshetal., 2007, 2009; Pengetal., 2010; Jiaoetal., 2013a, 2017; 徐仲元等, 2013; Liuetal., 2014; 蔡佳等, 2014; Yinetal., 2015; Wangetal., 2017; 石強(qiáng), 2020)，因此孔茲巖系沉積時(shí)代可能在2.0～1.95Ga之間。其中，～1.95Ga變質(zhì)巖石記錄了近等溫減壓的順時(shí)針P-T-t軌跡，指示了陸陸碰撞過(guò)程(金巍等, 1991; 盧良兆等, 1996; Zhaoetal., 1999; Wanetal., 2006; Wangetal., 2011; Jiaoetal., 2013b; Yinetal., 2015)；1.93～1.90Ga變質(zhì)深熔作用主要集中在集寧-涼城地區(qū)，包括土貴烏拉～1.92Ga超高溫麻粒巖、涼城地區(qū)～1.93Ga變質(zhì)輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖(Santoshetal., 2007; Pengetal., 2010)，以及孔茲巖系變質(zhì)深熔形成的1.93～1.90Ga原地-半原地石榴花崗巖(Pengetal., 2010; Wangetal., 2018; 石強(qiáng), 2020)。隨著大量年代學(xué)數(shù)據(jù)的積累，越來(lái)越多的1.89～1.83Ga變質(zhì)年齡被揭示出來(lái)，這期變質(zhì)作用可能與碰撞后伸展抬升過(guò)程有關(guān)(董春艷等, 2012; Jiaoetal., 2013a; Liuetal., 2013; Yinetal., 2014)。

研究區(qū)位于孔茲巖帶東部集寧-卓資-涼城一帶(圖1b)，區(qū)內(nèi)早前寒武紀(jì)高級(jí)變質(zhì)巖石廣泛出露，主要有古元古代孔茲巖系、中基性麻粒巖(變質(zhì)輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖)、紫蘇花崗巖及變質(zhì)深成侵入巖(圖1c)?？灼潕r系主要由泥質(zhì)麻粒巖(夕線石榴長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖夾少量夕線石榴黑云二長(zhǎng)片麻巖、石榴石英巖)及厚層大理巖組成，泥質(zhì)麻粒巖普遍經(jīng)歷1.93～1.89Ga變質(zhì)深熔作用，局部形成原地-半原地石榴花崗巖(Wangetal., 2018; 石強(qiáng), 2020)，該期變質(zhì)深熔作用可能與幔源基性巖漿侵位有關(guān)(Pengetal., 2010)。中基性麻粒巖在集寧-卓資-涼城地區(qū)均有分布，多呈零散的巖基、巖株、巖床形式產(chǎn)出，形態(tài)不規(guī)則，少數(shù)呈脈狀侵入圍巖孔茲巖系或呈捕虜體殘留于深熔石榴花崗巖中，整體具有深成侵入體的產(chǎn)出特征，與碰撞后或洋脊俯沖相關(guān)的幔源巖漿底侵有關(guān)(趙國(guó)春, 2009; Pengetal., 2010; Guoetal., 2012)。其原巖侵位時(shí)代為ca.1.94～1.93Ga，變質(zhì)時(shí)代為1.91～1.89Ga(Pengetal., 2010; Wangetal., 2018; 徐仲元等, 未發(fā)表資料)。此外還有一些麻粒巖與紫蘇花崗巖構(gòu)成小型侵入體，這類(lèi)麻粒巖通常與紫蘇花崗巖密切接觸，或呈不規(guī)則團(tuán)塊分布在紫蘇花崗巖中。變質(zhì)深成侵入巖主要有古元古代角閃鉀長(zhǎng)片麻巖、石榴花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖及紫蘇花崗巖(圖1c)，其形成時(shí)代均為古元古代(2.2～1.8Ga)，前人研究表明這些古元古代變質(zhì)深成巖可能形成于碰撞-碰撞后環(huán)境。其中花崗閃長(zhǎng)巖與紫蘇花崗巖屬于I型花崗巖；角閃鉀長(zhǎng)片麻巖被認(rèn)為是孔茲巖系富鋁質(zhì)巖石深熔形成的深熔片麻巖；石榴花崗巖空間上與圍巖孔茲巖系密切伴生，為孔茲巖系深熔作用產(chǎn)物，其深熔時(shí)代為1.93～1.90Ga(Wangetal., 2018; 石強(qiáng), 2020)。區(qū)內(nèi)巖石整體上具有NEE向片麻理，在中生代經(jīng)歷了逆沖推覆構(gòu)造，造成泥質(zhì)麻粒巖、厚層大理巖、中基性麻粒巖-紫蘇花崗巖組合相互堆疊、交替產(chǎn)出，而侏羅系地層則以構(gòu)造窗的形式產(chǎn)出(圖1c)。

2 地質(zhì)特征與巖相學(xué)

研究區(qū)紫蘇花崗巖空間上呈NEE向帶狀展布，長(zhǎng)約30km，寬約6km，出露面積約130km2，其長(zhǎng)軸與區(qū)域構(gòu)造線一致(圖1c)。巖石片麻理發(fā)育，變形弱處組構(gòu)較均一，保留巖體巖貌特征。該地質(zhì)體與圍巖大理巖呈斷層接觸關(guān)系，并被古元古代晚期弱片麻狀石榴花崗巖侵入，其與角閃鉀長(zhǎng)片麻巖無(wú)明顯界限，呈漸變過(guò)渡關(guān)系。野外觀測(cè)到紫蘇花崗巖體有兩種產(chǎn)出狀態(tài)：一種紫蘇花崗巖體內(nèi)包體較多，常包裹麻粒巖等團(tuán)塊，且?guī)r體內(nèi)脈巖發(fā)育，順片麻理陡傾產(chǎn)出；另一種紫蘇花崗巖內(nèi)部不含麻粒巖團(tuán)塊，遠(yuǎn)離脈巖，結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等比較均勻，未見(jiàn)明顯重熔條帶。

本文選取大什字村無(wú)麻粒巖包體、巖性比較均一、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等相對(duì)均勻的紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖作為研究對(duì)象(以下稱(chēng)大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖)，采樣位置位于內(nèi)蒙古卓資縣大什字村村口(圖1c)(樣品編號(hào)：DSZ18-6；坐標(biāo)：40°54′03″N、112°19′01″E)。巖石風(fēng)化面呈黃褐色，新鮮面呈淺褐灰色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造比較均勻，線理比較發(fā)育(圖2a, b)。巖石主要由石英(～30%)、條紋長(zhǎng)石(～55%)、微斜長(zhǎng)石(～5%)、紫蘇輝石(～5%)、斜長(zhǎng)石(～3%)及少量黑云母組成，副礦物為鈦鐵礦、磁鐵礦、磷灰石和鋯石(圖2c-h)。石英粒徑0.2～2mm，彎曲鑲嵌粒狀變晶(圖2c-h)；紫蘇輝石粒徑0.2～1.5mm，粒狀變晶，形狀不規(guī)則，強(qiáng)烈退變?yōu)楹谠颇?、磁鐵礦、蠕石英(圖2f)；條紋長(zhǎng)石粒徑0.5～3mm，為彎曲鑲嵌等軸粒狀變晶，發(fā)育明顯條紋結(jié)構(gòu)(圖2c-h)；斜長(zhǎng)石粒徑0.5～1mm，等軸粒狀變晶，發(fā)育聚片雙晶，出現(xiàn)在條紋長(zhǎng)石和石英顆粒邊部(圖2g)；黑云母呈針簇狀或片狀分布于礦物裂隙或邊部，為晚期礦物(圖2d)；微斜長(zhǎng)石具有格子雙晶，其與條紋長(zhǎng)石接觸部位有石英出溶(圖2h)。

圖2 大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖野外照片(a、b)和顯微鏡下照片(c-h)

3 分析方法

3.1 SHRIMP鋯石U-Pb測(cè)年

鋯石挑樣在河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所完成，鋯石制靶及圖像采集(包括透射光、反射光及陰極發(fā)光)在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所北京離子探針中心完成，具體的制靶流程見(jiàn)(宋彪等, 2002)。根據(jù)透射光、反射光及陰極發(fā)光(CL)圖像選擇合適的鋯石測(cè)年區(qū)域進(jìn)行高靈敏度二次離子探針SHRIMP Ⅱ定年，儀器一次流O2-強(qiáng)度為7.5nA，加速電壓為10kV，離子束斑直徑約為25～30μm，具體原理及實(shí)驗(yàn)流程參考(Williams, 1997; 宋彪等, 2002)。采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEM(年齡為417Ma，Blacketal., 2003)及M257(U含量為840×10-6，Nasdalaetal., 2008)分別用于校正206Pb/238U年齡及U、Th含量，標(biāo)準(zhǔn)鋯石(TEM)與待測(cè)樣之比為1:3～1:4，對(duì)每個(gè)測(cè)年數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行5組掃描，普通鉛校正使用實(shí)測(cè)204Pb進(jìn)行。采用ISOPLOT程序(Ludwig, 2003)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差為1σ，加權(quán)平均年齡置信度為95%，因?yàn)槟挲g大于1000Ma，因此數(shù)據(jù)處理過(guò)程中采用207Pb/206Pb年齡。

3.2 全巖主、微量元素

全巖主、微量元素分析在廣州澳實(shí)分析檢測(cè)有限公司完成。主量元素利用X-射線熒光光譜法(XRF)測(cè)定，同時(shí)選用等離子光譜與化學(xué)法測(cè)定以相互檢測(cè)，元素的檢測(cè)范圍為0.01%～100%，樣品分析精度及準(zhǔn)確度優(yōu)于5%。實(shí)驗(yàn)過(guò)程大致如下：首先稱(chēng)取0.7g左右樣品，然后加入適量硼酸鋰-硝酸鋰熔融成玻璃片，最后在XRF上用外標(biāo)法測(cè)定氧化物含量。微量元素分析采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)完成，實(shí)驗(yàn)流程大致如下：首先將待測(cè)樣品低溫(65℃左右)干燥24h，而后粉碎，手工分選出300g左右均勻樣品在振動(dòng)研磨機(jī)上研磨至200目以備分析測(cè)試，樣品分析精度及準(zhǔn)確度優(yōu)于10%。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

選取大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖樣品DSZ18-6用于SHRIMP鋯石U-Pb測(cè)年分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。該樣品鋯石形態(tài)呈半自形長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)軸粒徑在200～500μm之間，長(zhǎng)短軸之比為1～3，CL圖像顯示鋯石具有核-幔-邊結(jié)構(gòu)(圖3)。鋯石核部經(jīng)歷了不同程度的重結(jié)晶，其中重結(jié)晶程度較弱的鋯石域仍保留柱狀晶型和模糊的巖漿分帶(如數(shù)據(jù)點(diǎn)2.2C、5.2C、6.1C、8.1C)，表明其原始巖漿成因(Kr?neretal., 2017)。其余鋯石核部則經(jīng)歷了強(qiáng)烈重結(jié)晶，致使原有的巖漿環(huán)帶消失，內(nèi)部結(jié)構(gòu)雜亂不均勻(如數(shù)據(jù)點(diǎn)3.1C)。鋯石核部數(shù)據(jù)點(diǎn)U含量和Th/U比值為分別為176×10-6～790×10-6和0.42～0.55，207Pb/206Pb年齡為2186±12Ma～1970±13Ma，沿諧和線分散分布(圖4a)。鋯石幔部在CL圖中呈深灰色，無(wú)明顯巖漿環(huán)帶，強(qiáng)烈蠶食核部鋯石(如3.2M)，表現(xiàn)出變質(zhì)重結(jié)晶特征(萬(wàn)渝生等, 2011; Kr?neretal., 2014, 2015)。鋯石幔部數(shù)據(jù)點(diǎn)具有明顯偏高的U含量(671×10-6～1280×10-6)和低Th/U比值(0.05～0.44，平均0.29)，數(shù)據(jù)點(diǎn)沿諧和線分散分布，207Pb/206Pb年齡為2202±4.7Ma～1922±5.5Ma。鋯石邊部在CL圖中呈灰白色或亮白色，內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻無(wú)分帶特征，與變質(zhì)增生鋯石特征一致。鋯石邊部數(shù)據(jù)點(diǎn)具有低U含量(30×10-6～732×10-6)及高Th/U比值(0.27～0.85，平均0.64)，前人研究表明較高的Th/U比值(通常大于0.1)是高級(jí)變質(zhì)(特別是超高溫變質(zhì))鋯石中普遍存在的現(xiàn)象，一種可能是高級(jí)變質(zhì)作用條件下獨(dú)居石和簾石等富Th副礦物不穩(wěn)定而發(fā)生分解造成變質(zhì)鋯石中Th含量偏高(Rubatto, 2017)；另一可能是高級(jí)變質(zhì)作用使流體從巖石體系向外帶出，而U相對(duì)于Th更易進(jìn)入流體相(Santoshetal., 2009; Wanetal., 2009; 萬(wàn)渝生等, 2011)。除數(shù)據(jù)點(diǎn)4.3R與8.2R不同程度偏離諧和線外，其余鋯石邊部數(shù)據(jù)點(diǎn)獲得的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1893±14Ma(圖4b)。

圖3 大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像

圖4 大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

表1 大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖(樣品DSZ18-6)SHRIMP鋯石U-Pb分析結(jié)果

4.2 地球化學(xué)特征

本文對(duì)大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖樣品開(kāi)展了全巖主量元素及微量元素地球化學(xué)分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。分析結(jié)果顯示樣品具有高SiO2(73.21%～74.5%)、K2O(5.68%～5.85%，Na2O/K2O=0.51～0.54)、K2O+Na2O(8.71%～9.02%)、Fe2O3T(2.54%～3.24%)及FeOT/MgO比值(16～78)，低CaO(0.6%～0.97%)、MgO(0.06%～0.26%)和Mg#(5.12～16.75)。樣品過(guò)堿指數(shù)((Na2O+K2O)/Al2O3)為0.69～0.7(<1)，里特曼指數(shù)(σ)為2.45～2.67，在硅堿圖中樣品落入亞堿性區(qū)域(圖5a)，在K-Na-Ca圖解中表現(xiàn)出鈣堿性分異趨勢(shì)(圖5b)?？紤]到樣品具有高硅特征(SiO2>70%)，采用SiO2-AR(堿度率)圖解加以區(qū)分巖石系列，其在SiO2-AR圖解中位于鈣堿性與堿性過(guò)渡區(qū)域(圖5d)。樣品鋁飽和指數(shù)(ASI)為1.05～1.09，在A/NK-A/CNK圖解中樣品落入準(zhǔn)鋁質(zhì)至弱過(guò)鋁質(zhì)區(qū)域(A/CNK=0.98～1.03，圖5c)；在FeOT/(FeOT+MgO)-SiO2圖解中，樣品分布在鐵質(zhì)系列(圖5e)；在(Na2O+K2O-CaO)-SiO2圖解中樣品位于堿鈣性區(qū)域(圖5f)。綜合來(lái)看，大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖具有鐵質(zhì)、鈣堿性至堿鈣性、準(zhǔn)鋁質(zhì)至弱過(guò)鋁質(zhì)特征。

表2 大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖主量元素(wt%)、稀土和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

圖5 大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖巖石系列判別圖解

樣品稀土元素總量相對(duì)較低，∑REE為101.9×10-6～151.9×10-6，低于地殼平均值210.1×10-6(Rudnick and Gao, 2003)。樣品輕稀土元素(LREE)富集, 重稀土元素(HREE)相對(duì)虧損，稀土元素配分曲線型式表現(xiàn)為相對(duì)平坦的右傾型，且顯示弱的負(fù)銪異常(Eu/Eu*=0.63～0.88)(圖6a)，輕重稀土元素分餾較弱((La/Yb)N=9.5～15)，重稀土元素之間分餾較弱((Gd/Yb)N=1.84～2.58)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中，巖石富集K、Rb、Ba及高場(chǎng)強(qiáng)元素Zr、Hf，虧損放射性生熱元素Th、U及Sr、Nb、Ta、P、Ti，與大陸地殼微量元素配分模式相似(圖6b)。樣品具有低Sr(44×10-6～59×10-6)及高Y(8.6×10-6～18×10-6)、Rb(154×10-6～243×10-6)、Ba(547×10-6～728×10-6)、Zr(284×10-6～450×10-6)含量(表2)，此外它們具有低Sr/Y(2.8～6)及高Rb/Sr(2.6～5.5)比值。

圖6 大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989; 大陸地殼據(jù)Rudnick and Gao, 2003)

5 討論

5.1 年齡解釋

高級(jí)變質(zhì)巖中的鋯石通常具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為古老的巖漿鋯石核部經(jīng)歷了不同程度變質(zhì)重結(jié)晶疊加改造，并常具有更晚期變質(zhì)增生邊(Corfu, 2013; Glebovitskiietal., 2012; Rajesh and Santosh, 2012; Satoetal., 2012; Kr?neretal., 2014, 2015; Gaoetal., 2021)。大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有(不完全重結(jié)晶)巖漿鋯石核部、變質(zhì)重結(jié)晶鋯石幔部以及變質(zhì)增生邊(圖3)，這與世界上典型紫蘇花崗巖中鋯石特征相似(Glebovitskiietal., 2012; Kr?neretal., 2014, 2015; Gaoetal., 2021)。盡管大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖鋯石核部經(jīng)歷了不同程度重結(jié)晶，部分鋯石域仍保留長(zhǎng)柱狀外形和模糊的巖漿環(huán)帶，表明其原始巖漿成因。其中兩個(gè)保留模糊巖漿環(huán)帶且位于諧和線上的核部數(shù)據(jù)點(diǎn)(5.2C、8.1C)207Pb/206Pb年齡分別為2083±16Ma和2056±7.9Ma，考慮到重結(jié)晶疊加改造的影響，核部巖漿鋯石真實(shí)年齡可能更老。其余核部數(shù)據(jù)點(diǎn)受重結(jié)晶影響不同程度偏離諧和線，數(shù)據(jù)可靠性低。鋯石幔部在CL圖中呈深灰色無(wú)分帶特征，具有高的U含量，強(qiáng)烈蠶食核部結(jié)構(gòu)，前人認(rèn)為這種鋯石域可能與富U流體相導(dǎo)致的變質(zhì)重結(jié)晶或變質(zhì)增生有關(guān)(Corfu, 2013; Hoskin and Schaltegger, 2003; Kr?neretal., 2014, 2015, 2017)。幔部鋯石數(shù)據(jù)點(diǎn)207Pb/206Pb表面年齡跨度較大，沿諧和線分散分布(圖4a)，這些分散的年齡可能與變質(zhì)重結(jié)晶過(guò)程中鋯石同位素體系部分重置有關(guān)，代表混合年齡。其中最老的兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(6.2M、4.2M)偏離諧和線，數(shù)據(jù)可靠性低，除此之外12.2M是位于諧和線上年齡最古老的幔部數(shù)據(jù)點(diǎn)(207Pb/206Pb為2149±6Ma)，據(jù)此推斷核部巖漿鋯石時(shí)代應(yīng)當(dāng)早于2149±6Ma。鋯石變質(zhì)增生邊獲得的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1893±14Ma(圖4c)，與孔茲巖帶報(bào)道的～1.89Ga變質(zhì)作用一致，代表更晚期的變質(zhì)作用，這期變質(zhì)作用可能與孔茲巖帶區(qū)域性伸展抬升過(guò)程有關(guān)(Jiaoetal., 2013a; Liuetal., 2013; Yinetal., 2014)。

紫蘇花崗巖在很多情況下是高級(jí)變質(zhì)過(guò)程中深熔作用形成的，因此需要確定核部巖漿鋯石年齡代表大什字紫蘇花崗巖形成時(shí)代，還是晚期變質(zhì)深熔作用形成了紫蘇花崗巖，諸多證據(jù)傾向于前者：(1)前人研究表明孔茲巖帶東部集寧-卓資-涼城一帶古元古代孔茲巖系大規(guī)模變質(zhì)深熔作用發(fā)生在1.93～1.89Ga，伴隨著1.93～1.90Ga原地、半原地深熔石榴花崗巖(Pengetal., 2010; Wangetal., 2018; 石強(qiáng), 2020)。野外觀察到石榴花崗巖侵入紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖中，因此紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖形成時(shí)代應(yīng)當(dāng)早于這期變質(zhì)深熔作用；(2)研究區(qū)紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖露頭均勻，體量較大(出露面積約129.43km2)，未見(jiàn)明顯重熔條帶和混合巖化特征，整體具有變質(zhì)深成侵入巖特征，巖貌特征與深熔花崗巖及變質(zhì)脫水帶中的“初始紫蘇花崗巖(Incipient charnockite)”不同(Rajesh and Santosh, 2012)；(3)變質(zhì)疊加在很多前寒武紀(jì)紫蘇花崗巖中非常常見(jiàn)(Rajesh and Santosh, 2012; Kr?neretal., 2014)，大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖鋯石特征與印度南部紫蘇花崗質(zhì)片麻巖類(lèi)似(Kr?neretal., 2014, 2015; Gaoetal., 2021)，均具有(部分重結(jié)晶)殘留巖漿鋯石核部與多期變質(zhì)重結(jié)晶或變質(zhì)增生邊，這種情況下核部巖漿鋯石年齡通常代表巖漿結(jié)晶時(shí)代，而鋯石邊部與后期構(gòu)造熱事件疊加改造有關(guān)；此外鋯石幔部和邊部無(wú)明顯巖漿環(huán)帶，不同于典型深熔鋯石特征(Dongetal., 2017)。綜合來(lái)看，大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖形成時(shí)代可能為古元古代中期(早于2149±6Ma，可能為～2.2Ga)，并經(jīng)歷了古元古代晚期構(gòu)造熱事件及～1.89Ga變質(zhì)作用疊加改造。

孔茲巖帶東部集寧-卓資-涼城一帶古元古代中期(2.3～2.0Ga)巖漿事件報(bào)道較少，前人僅在孔茲巖帶與中部造山帶交界地區(qū)(興和地區(qū)、大同孤山地區(qū))(圖1b)報(bào)道了～2.15Ga、～2.17Ga弧性質(zhì)紫蘇花崗巖和～2.2Ga、～2.13Ga變質(zhì)基性巖(Santoshetal., 2013; Wangetal., 2015; Yang and Santosh, 2015)，王洛娟(2016)提到了卓資地區(qū)存在～2.08Ga A型花崗巖，但未對(duì)其做詳細(xì)報(bào)道。本文研究表明卓資地區(qū)可能存在更古老的(～2.2Ga)巖漿巖，這有效補(bǔ)充了區(qū)域上古元古代中期巖漿事件，同時(shí)該套巖漿巖可能為孔茲巖系中2.2～2.0Ga碎屑鋯石提供了部分物源。

5.2 巖石成因

紫蘇花崗巖有火成和變質(zhì)兩種來(lái)源，火成紫蘇花崗巖是紫蘇輝石直接從巖漿中結(jié)晶，而變質(zhì)紫蘇花崗巖通常是圍巖變質(zhì)脫水形成的厘米級(jí)到米級(jí)的變質(zhì)脫水帶(Frost and Frost, 2008; Rajesh and Santosh, 2012)。大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖巖性相對(duì)均勻，巖體規(guī)模較大，與圍巖接觸界面截然，具有深成侵入巖體特征，為火成紫蘇花崗巖。巖石具有低CaO、Sr含量以及低Sr/Y比值，同時(shí)顯示負(fù)Eu異常和相對(duì)平坦的HREE配分曲線，指示斜長(zhǎng)石是比石榴石更重要的殘留相，巖石形成時(shí)的壓力相對(duì)較低(Rollinson, 1993)。需要指出的是，負(fù)Eu異常不明顯可能與巖石中含有較高含量的鉀長(zhǎng)石(微斜長(zhǎng)石和條紋長(zhǎng)石)有關(guān)，鉀長(zhǎng)石通常富含Eu和Ba元素，其存在往往造成巖石中Eu和Ba的含量偏高(Rollinson, 1993; Wuetal., 2002)，一定程度上“緩沖”了斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶造成的負(fù)Eu異常。

紫蘇花崗巖通常有以下幾種成因類(lèi)型：(1)幔源拉斑玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異伴隨少量殼源物質(zhì)加入，通常與裂谷相關(guān)，形成的巖漿具有鐵質(zhì)、堿鈣性至堿性、準(zhǔn)鋁質(zhì)特征；(2)深蝕的Cordilleran型深成巖體，通常形成于俯沖相關(guān)的弧環(huán)境，具有鎂質(zhì)、鈣至鈣堿性、準(zhǔn)鋁質(zhì)特征；(3)Caledonian型深成巖體，通常與造山后加厚地殼拆沉相關(guān)，具有鎂質(zhì)、堿鈣性至堿性特征；(4)麻粒巖相變質(zhì)作用或熱的鐵質(zhì)巖漿侵位相關(guān)的地殼熔融作用，這類(lèi)熔體通常具有中等程度的FeO/(FeO+MgO)比值和過(guò)鋁質(zhì)特征(Frost and Frost, 2008)。大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖具有低CaO、TiO2、P2O5、Sr含量，同時(shí)顯示負(fù)Eu異常特征，在微量元素蛛網(wǎng)圖中強(qiáng)烈虧損Sr、P、Ti元素，指示巖漿演化過(guò)程中可能經(jīng)歷了富Ca斜長(zhǎng)石、含鈦礦物相及磷灰石的分離結(jié)晶作用。然而幔源巖漿結(jié)晶分異作用顯然不能解釋大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖成因，首先，幔源基性巖漿結(jié)晶分異形成的花崗巖通常伴隨大規(guī)模的同期基性-超基性巖的出露(Turneretal., 1992; Frostetal., 2002; Huangetal., 2008)，研究區(qū)未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模同期基性巖；其次，幔源基性巖漿分異和同化混染作用通常會(huì)產(chǎn)生由基性向中性、酸性連續(xù)變化的一系列巖石(Sylvester, 1989; Turneretal., 1992; Peccerilloetal., 2003; Shellnuttetal., 2009)，而研究區(qū)內(nèi)缺乏同期中-基性巖漿巖；巖石具有高SiO2和低MgO、Cr含量，微量元素特征與大陸地殼相似而不同于幔源巖漿(圖6b)，因此排除幔源巖漿結(jié)晶分異成因。研究區(qū)孔茲巖系變質(zhì)沉積巖分布規(guī)模大，然而變質(zhì)沉積巖深熔熔體通常表現(xiàn)為強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)特征，且常含有石榴石等富鋁礦物，與大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖特征不符。另外，巖石具有鐵質(zhì)、鈣堿性至堿鈣性、準(zhǔn)鋁質(zhì)至弱過(guò)鋁質(zhì)特征(圖5e, f)，也不同于典型Cordilleran型和Caledonian型深成巖體。

Frost and Frost(2011)在總結(jié)前人實(shí)驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上提出鐵質(zhì)紫蘇花崗巖有兩種成因，一種是幔源玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異形成，上述討論已經(jīng)排除這種可能；另一種是英云閃長(zhǎng)質(zhì)、花崗閃長(zhǎng)質(zhì)地殼巖石在較低壓力(～0.4GPa)下部分熔融產(chǎn)生的鐵質(zhì)花崗巖(Creaseretal., 1991; Patio Douce, 1997)，這一模型常用來(lái)解釋高硅準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖成因，形成的熔體具有鐵質(zhì)、堿鈣性至鈣堿性、準(zhǔn)鋁質(zhì)特征(Frost and Frost, 2011)，這與大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖地球化學(xué)特征一致。紫蘇花崗巖通常形成于高溫、無(wú)水(或低水活度)環(huán)境(Santosh, 1986; Frost and Frost, 2008; Rajesh and Santosh, 2012)，這與大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖高的全巖鋯石飽和溫度(835～887℃，平均值860℃)相符。然而，正常的地溫梯度很難通過(guò)地殼熔融產(chǎn)生高溫鐵質(zhì)花崗巖，因此來(lái)自地幔的外來(lái)熱源是一個(gè)先決條件，伸展背景下幔源巖漿底侵造成地殼巖石部分熔融是高溫鐵質(zhì)紫蘇花崗巖最可能的成巖機(jī)制(Creaseretal., 1991)。

綜合來(lái)看，伸展背景下巖石圈減薄、軟流圈上涌伴隨幔源巖漿底侵造成英云閃長(zhǎng)質(zhì)、花崗閃長(zhǎng)質(zhì)地殼巖石熔融，殼源熔體經(jīng)過(guò)結(jié)晶分異作用形成大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖。如果這一解釋成立，則孔茲巖帶內(nèi)可能存在更古老的TTG(英云閃長(zhǎng)巖、奧長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖)類(lèi)地殼物質(zhì)，這為揭示孔茲巖帶基底性質(zhì)提供了新思路。

5.3 構(gòu)造背景

大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖富集輕稀土元素和大離子親石元素(除Sr)，虧損多數(shù)高場(chǎng)強(qiáng)元素(如Nb、Ta、Ti等)，與弧型花崗巖特征相似(Pearceetal., 1984)。樣品具有低Sr/Y和(La/Yb)N比值，其在Sr/Y-Y與(La/Yb)N-YbN圖解中基本落入島弧巖石區(qū)域(圖7a, b)，在Pearceetal.(1984)構(gòu)造環(huán)境判別圖解中位于火山弧花崗巖區(qū)域(圖7c, d)，指示俯沖相關(guān)的巖漿弧環(huán)境。巖石具有高SiO2、K2O、(Na2O+K2O)、Ga、Zr含量及FeOT/(FeOT+MgO)比值，低Al2O3、CaO、MgO、Cr、Sr含量，淺色礦物以堿性長(zhǎng)石和石英為主，斜長(zhǎng)石含量很少，這些指標(biāo)與A型花崗巖相似，尤其是高的全巖鋯石飽和溫度(835～887℃，平均值860℃)有別于典型I型花崗巖(Collinsetal., 1982; Whalenetal., 1987; Eby, 1990, 1992; Creaseretal., 1991; Kingetal., 1997)，指示大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖可能形成于伸展相關(guān)的構(gòu)造背景。另外，巖石具有低Sr含量及Sr/Y比值，同時(shí)顯示負(fù)Eu異常和相對(duì)平坦的HREE配分曲線，指示巖石形成時(shí)的壓力相對(duì)較低(Rollinson, 1993)，進(jìn)一步支持其可能形成于伸展相關(guān)的構(gòu)造環(huán)境。大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖為鐵質(zhì)紫蘇花崗巖(圖5e)，前人研究表明鐵質(zhì)紫蘇花崗巖通常形成于裂谷相關(guān)的伸展背景及高溫?zé)o水環(huán)境(Frost and Frost, 2008; Rajesh, 2007)，因此伸展背景下巖石圈減薄、軟流圈上涌伴隨幔源巖漿底侵可能為其提供了高溫條件?？灼潕r帶東部古元古代中期(2.2～2.0Ga)巖漿事件報(bào)道較少，包括興和地區(qū)～2.15Ga紫蘇花崗巖，大同孤山地區(qū)～2.17Ga紫蘇二長(zhǎng)片麻巖，以及2.2～2.12Ga變質(zhì)基性巖，這些古元古代中期巖漿作用被認(rèn)為形成于俯沖相關(guān)的巖漿弧環(huán)境(Santoshetal., 2013; Wangetal., 2015; Yang and Santosh, 2015)?？紤]到區(qū)域上存在古元古代中期弧巖漿作用，大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖很可能形成于弧后伸展背景，并可能為后期孔茲巖系原巖沉積提供了條件。

圖7 大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解

孔茲巖帶作為華北克拉通古元古代重要的構(gòu)造活動(dòng)帶，其碰撞拼合以前的構(gòu)造演化研究相對(duì)薄弱，尤其是古元古代中期構(gòu)造背景依然存在爭(zhēng)議，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是孔茲巖帶自新太古代晚期到古元古代一直處于持續(xù)的俯沖-增生過(guò)程(Santoshetal., 2013; Yang and Santosh, 2015; Liuetal., 2017)，還是于2.3～2.0Ga先后經(jīng)歷了裂谷-俯沖-增生-碰撞過(guò)程(翟明國(guó)和彭澎, 2007; Zhai and Santosh, 2011)，換言之，孔茲巖帶在古元古代中期是否經(jīng)歷了陸內(nèi)伸展裂解過(guò)程。華北克拉通內(nèi)其他兩條古元古代碰撞造山帶(膠-遼-吉帶及中部造山帶)普遍存在古元古代中期(2.3～2.0Ga)陸內(nèi)裂解事件，以雙峰式巖漿組合及A型花崗巖出露為主要特征，代表初始克拉通化后的陸內(nèi)裂谷事件(Zhai and Santosh, 2011; Zhouetal., 2014; Peng, 2015; Duetal., 2016; Pengetal., 2017; 楊崇輝等, 2017; 杜利林等, 2018; Liuetal., 2018, 2021)。然而，孔茲巖帶并未發(fā)現(xiàn)同期陸內(nèi)裂解相關(guān)的直接巖石記錄，缺乏同期雙峰式巖漿活動(dòng)及A型花崗巖。本次工作報(bào)道了卓資地區(qū)～2.2Ga高溫鐵質(zhì)紫蘇花崗質(zhì)巖漿，地球化學(xué)研究表明該套巖漿巖很可能形成于俯沖相關(guān)的弧后伸展背景，暗示孔茲巖帶東部在古元古代中期可能處于弧后伸展背景，而孔茲巖帶是否存在同期陸內(nèi)裂谷事件仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。

6 結(jié)論

(1)大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖形成于古元古代中期(～2.2Ga)，并經(jīng)歷了古元古代晚期構(gòu)造熱事件及～1.89Ga變質(zhì)作用疊加改造。

(2)大什字紫蘇堿長(zhǎng)花崗巖是在弧后伸展背景下巖石圈減薄、幔源巖漿底侵導(dǎo)致英云閃長(zhǎng)質(zhì)、花崗閃長(zhǎng)質(zhì)地殼巖石部分熔融的產(chǎn)物，巖漿可能經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石、磷灰石及含鈦礦物相的分離結(jié)晶作用。

(3)孔茲巖帶東部在古元古代中期(～2.2Ga)可能處于俯沖相關(guān)的弧后伸展背景，孔茲巖帶是否存在古元古代中期陸內(nèi)裂解事件有待進(jìn)一步研究。

致謝真誠(chéng)感謝兩位審稿專(zhuān)家和主編提出的建設(shè)性意見(jiàn)，使得文章結(jié)構(gòu)和內(nèi)容進(jìn)一步完善。感謝中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所北京離子探針中心實(shí)驗(yàn)室工作人員在鋯石SHRIMP測(cè)年過(guò)程中提供的幫助。