李增勝 張晨西 遲乃杰 單 偉 劉傳娥馬祥縣 解玉鳳 申 穎 王秀鳳
(1.山東省地質(zhì)科學研究院,自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室,山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與綜合利用重點實驗室 濟南 250013;2.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊 濟南 250014;3.濰坊市建筑設計研究院有限責任公司 山東濰坊 261041)
作為我國最重要的黃金產(chǎn)地,膠東金礦集區(qū)累計探明金資源量5 000 余噸,已成為世界上第三大金成礦區(qū),其中絕大多數(shù)大型、超大型金礦集中產(chǎn)于膠西北地區(qū)(陳玉民等,2019;于學峰,2019;宋明春等,2023)。區(qū)內(nèi)中生代巖漿活動頻繁,分布有大量花崗巖,主要由玲瓏型花崗巖(166~146 Ma)(苗來成等,1998;Jiang et al.,2012;Ma et al.,2013;侯建華等,2021)、郭家?guī)X型花崗巖(132~126 Ma)(關(guān)康等,1998;楊進輝等, 2003; Yang et al., 2012; Wang et al.,2014;遲乃杰等,2021)、偉德山型花崗巖(126~108 Ma)(Tang et al.,2009;Goss et al.,2010;董學等,2020;王斌等,2021)組成。對于膠東礦集區(qū),多數(shù)研究者認為巨量金的形成與中生代花崗巖之間存在密切時間或空間聯(lián)系,有學者認為金礦形成與郭家?guī)X型花崗巖密切相關(guān)(李士先等,2007;李洪奎等,2011;羅賢冬等,2014),但郭家?guī)X型花崗巖早于成礦峰值時間(120 Ma)5 Myr 以上,所以也有學者認為金礦形成與成礦同期的中基性脈巖(翟明國等,2004)或偉德山型花崗巖(宋明春等,2015)有直接關(guān)系,使得該期花崗巖的時空分布和巖石成因成為研究的熱點??梢?,進一步研究偉德山型花崗巖的成因,對深化理解膠東早白堊世巖漿活動與大規(guī)模金成礦的關(guān)系具有十分重要的意義。
偉德山型花崗巖在膠東地區(qū)分布廣泛,其中在膠西北地區(qū)出露的主要巖體有萊州周官巖體、萊州南宿巖體、平度大澤山巖體等(李秀章等,2021)。前人對大澤山巖體產(chǎn)生了許多學術(shù)爭議,主要表現(xiàn)在巖體的結(jié)晶年齡、演化過程等。葉通(2020)測得大澤山巖體鋯石U-Pb年齡為120±1 Ma~119.6±1.3 Ma;王斌等(2021)測得大澤山中粗粒二長花崗巖的鋯石U-Pb 年齡為125.0±2.5 Ma,認為大澤山巖體為嶗山型花崗巖;李秀章等(2021)得出大澤山中粒二長花崗巖的鋯石U-Pb 年齡為119.9±1.3 Ma(文中稱為秦姑庵巖體),認為大澤山巖體為偉德山型花崗巖。大澤山巖體形成于什么時代?巖漿演化過程是怎樣?產(chǎn)出于何種構(gòu)造背景?解決這些問題對于深化研究膠西北早白堊世晚期巖漿活動有重要意義。
本次在野外調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)大澤山附近的花崗巖巖性相近,巖石地球化學特征相似,本文統(tǒng)稱為大澤山巖體,通過對大澤山巖體巖相學、巖石地球化學、鋯石U-Pb 年代學和鋯石Lu-Hf 同位素等方面的系統(tǒng)研究,探討了花崗巖源區(qū)、構(gòu)造背景以及形成演化過程。
膠東地區(qū)位于華北克拉通東南緣與蘇魯造山帶構(gòu)造接合部位,包括膠北地塊、膠萊盆地和威海地塊等。膠北地塊是一個前寒武紀結(jié)晶基底隆起區(qū),主要由太古宙花崗巖—綠巖帶和古—新元古代變質(zhì)地層組成(Li et al.,2012),少量古元古代基性—超基性巖及花崗巖類。太古宙花崗綠巖帶主要由英云閃長巖—奧長花崗巖—花崗閃長巖質(zhì)片麻巖組成,少量表殼巖和鎂鐵質(zhì)麻粒巖和角閃巖透鏡體;古—新元古代變質(zhì)地層為一套富鋁的片巖、片麻巖、變粒巖、大理巖為主的孔茲巖系(李秀章等,2021)。該區(qū)中生代由于歷經(jīng)陸陸碰撞和洋殼俯沖等一系列事件使得巖漿活動頻繁,巖體呈現(xiàn)多期次的特征,發(fā)育較多中生代花崗巖類侵入體及脈巖帶,局部有小的中生代斷陷沉積盆地(宋明春等,2020)。
中生代燕山期花崗巖類分布廣泛,主要有晚侏羅世玲瓏型、早白堊世早期郭家?guī)X型、早白堊世晚期偉德山型花崗巖。玲瓏型花崗巖主要巖性為含黑云二長花崗巖,鋯石U-Pb年齡為166~146 Ma,一般認為是加厚的下地殼熔融的產(chǎn)物(苗來成等,1998;Jiang et al.,2012;Ma et al.,2013)。郭家?guī)X型花崗巖其巖性主要由二長閃長巖、石英二長巖、花崗閃長巖和二長花崗巖等組成,鋯石U-Pb年齡為132~126 Ma(楊進輝等,2003;Yang et al.,2012;Wang et al.,2014;遲乃杰等,2021)。偉德山型花崗巖重要巖體有偉德山、院格莊、南宿、牙山、艾山、三佛山和海陽等巖體,主要巖石類型有閃長巖、石英二長巖、花崗閃長巖和二長花崗巖,巖石常具似斑狀結(jié)構(gòu),其內(nèi)有較多暗色閃長質(zhì)包體,鋯石U-Pb 年齡為126~108 Ma,是殼?;煸葱突◢弾r(Tang et al.,2009;Goss et al.,2010;董學等,2020;王斌等,2021)。
大澤山巖體分布于平度市秦姑庵—北寺、大澤山鎮(zhèn)—蔣家一帶(圖1),位于NNE 向的招風頂脈巖帶北延及NW 向斷裂構(gòu)造的交匯部位,巖體呈巖株狀侵入玲瓏型花崗巖和荊山群變質(zhì)地層,以NW向斷裂為界。大澤山巖體出露面積約54.2 km2,巖體長軸呈NE 向展布,大澤山巖體主要由細粒二長花崗巖和中粒二長花崗巖組成,少量似斑狀二長花崗巖。巖體內(nèi)部不同巖類之間為脈動侵入關(guān)系,多為巖相接觸。
圖1 大澤山巖體地質(zhì)略圖(據(jù)李秀章等,2021 修改)1.第四系;2.白堊系;3.古元古界;4.中新太古界;5.大澤山細粒二長花崗巖;6.大澤山似斑狀二長花崗巖;7.大澤山中粒二長花崗巖;8.玲瓏型花崗巖;9.古元古代斜長角閃巖;10.花崗斑巖脈;11.閃長玢巖脈;12.閃長巖脈;13.煌斑巖脈;14.地質(zhì)界線;15.斷層;16.金礦床(點);17.采樣點Fig.1 The simplified geological map of Dazeshan pluton(modified after Li et al.,2021)
本文樣品采集于平度市和萊州市交界處的大澤山巖體的二長花崗巖,主要巖石類型有細粒二長花崗巖、中粒二長花崗巖和細粒似斑狀二長花崗巖(圖2)。
圖2 大澤山巖體野外及正交偏光顯微鏡照片a,b.細粒二長花崗巖;c,d.含斑中粒二長花崗巖;e,f.細粒似斑狀二長花崗巖Qtz.石英;Kfs.鉀長石;Pl.斜長石;Bi.黑云母;Ap.磷灰石Fig.2 Petrological characteristics of Dazeshan pluton under field outcrop and crossed nicols
細粒二長花崗巖(圖2a、圖2b):其呈灰白、淺肉紅色,花崗結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由斜長石(35%~40%)、鉀長石(25%~30%)、石英(25%~30%)、黑云母(3%±)、榍石(1%±)、不透明礦物(<1%)等組成,主要造巖礦物粒徑大部分為0.4~2.0 mm。其中斜長石多呈半自形晶,可見聚片雙晶或環(huán)帶構(gòu)造,部分發(fā)生高嶺土化和絹云母化;鉀長石柱粒狀,可見條紋結(jié)構(gòu);石英多呈它形晶;黑云母呈片狀,部分發(fā)生綠泥石化。
中粒二長花崗巖(圖2c、圖2d):其呈淺肉紅色,花崗結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由斜長石(30%~35%)、鉀長石(35%~40%)、石英(25%~30%)、黑云母(3%±)、磷灰石(1%±)、不透明礦物(<1%)等組成,主要造巖礦物粒徑大部分為2.0~5.0 mm。其中斜長石半自形板柱狀,可見聚片雙晶或環(huán)帶構(gòu)造,部分發(fā)生高嶺土化、絹云母化;鉀長石柱粒狀,可見條紋結(jié)構(gòu),部分發(fā)生高嶺土化;石英不規(guī)則粒狀,多呈它形填隙狀分布。
細粒似斑狀二長花崗巖(圖2e、圖2f):其呈淺肉紅色,花崗結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由斜長石(35%~40%)、鉀長石(25%~30%)、石英(20%~25%)、黑云母(4%±)、不透明礦物(1%±)等組成,主要造巖礦物粒徑大部分為0.2~1.5 mm。其中斜長石多呈半自形晶,可見聚片雙晶,部分發(fā)生高嶺土化、絹云母化;鉀長石柱粒狀,可見條紋結(jié)構(gòu)或格子雙晶;石英不規(guī)則粒狀,多呈它形填隙狀分布;黑云母,片狀,部分發(fā)生簾石化或絹云母化。
全巖主量元素和微量元素分析在山東省地質(zhì)科學研究院自然資源部濟南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。主量元素分析采用的是濕化學法,其中SiO2含量和燒失量采用重量法測定;CaO、MgO、TFe2O3的含量采用容量法測定;微量元素分析采用等離子發(fā)射光譜儀(IRISIntrepidⅡ)、原子吸收光譜儀(AAASPE400,PE600)、原子熒光光譜儀(AFS-820)、 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(XSERIES2)等完成。樣品測試依據(jù)國家標準GB/T14506-2010《硅酸鹽巖石化學分析方法》完成,主量元素的分析誤差小于1%,微量元素的分析誤差小于5%。
鋯石單礦物挑選、制靶、陰極發(fā)光(CL)照相委托廊坊誠信地質(zhì)服務公司完成。首先將樣品機械破碎至80 目,然后磁選、重液分選和雙目鏡下人工挑選,選出代表性的鋯石樣品制作樹脂靶。進行鋯石LA-ICP-MS U-Pb 分析前,進行了透反射光及陰極發(fā)光(CL)照相,以確定鋯石顆粒的晶體形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及標定測年點。
鋯石U-Pb 定年是在山東省地質(zhì)科學研究院自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室完成。實驗室使用的ICP-MS 為美國Thermo Fisher 公司Neptune Plus 型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀, 激光剝蝕系統(tǒng)采用美國Coherent 公司GeoLasPro 193nm 準分子激光器,另外,激光剝蝕系統(tǒng)配置了一個信號平滑裝置,即使激光脈沖頻率低達1 Hz,采用該裝置后也能獲得光滑的分析信號(Hu et al.,2012)。激光束斑直徑為24 μm,激光頻率為2 Hz,以標準鋯石樣品91500 為外標,GJ-1 作為監(jiān)控樣(李增勝等,2022),樣品的同位素比值計算采用ICPMSDataCal 程序(Liu et al.,2008),由于204Pb 的計數(shù)接近背景值,未對普通鉛進行校正,單個測試點的同位素比值誤差均為1σ,鋯石年齡加權(quán)平均值計算及諧和圖的繪制采用Isoplot 4.15 完成(Ludwig,2012)。
原位微區(qū)鋯石Lu-Hf 同位素比值測試在山東省地質(zhì)科學研究院自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室完成。實驗室利用激光剝蝕多接收等離子體質(zhì)譜(LA-MC-ICP-MS)進行原位Lu-Hf同位素分析,為了提高Hf 同位素的分析靈敏度,本實驗采用氦氣作為載氣(Hu et al.,2008a),引入適量的氮氣(8 ml/min),并采用Neptune Plus 配備的高靈敏度Jet 采樣錐和X 截取錐組合(Hu et al.,2008b)。激光輸出能量可以調(diào)節(jié),實際輸出能量密度約為8 J/cm2,采用單點剝蝕模式,斑束固定為32 μm。詳細儀器操作條件和分析方法可參照Hu et al.(2012)。分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、同位素質(zhì)量分餾校正)采用軟件ICPMSDataCal(Liu et al.,2008)完成。εHf(t)值計算采用的176Lu 衰變常數(shù)為1.867×10-11a-1,球粒隕石現(xiàn)今的176Hf/177Hf = 0.282 785 和176Lu/177Hf =0.033 6(Bouvier et al.,2008),虧損地幔Hf 模式年齡(TDM1)計算采用的現(xiàn)今虧損地幔176Hf/177Hf =0.283 25 和176Lu/177Hf = 0.038 4(Griffin et al.,2000);二階段Hf 模式年齡(TDM2)采用平均大陸殼176Lu/177Hf= 0.015 進行計算(Griffin et al.,2002)。
由表1 所示,大澤山巖體二長花崗巖樣品的SiO2含量為72.87%~77.94%,平均75.29%;K2O含量3.69%~5.23%,巖石全堿(K2O+Na2O)含量為8.14%~8.72%,K2O/Na2O 值為0.83~1.54,平均1.20,表現(xiàn)為富鉀特征;在TAS 圖解(圖3a)中投入花崗巖區(qū)域,在K2O-SiO2圖解(圖3b)中投入高鉀鈣堿性系列。Al2O3含量為12.42%~15.32%,CaO 含量為0.30~1.61%,鋁飽和指數(shù)(A/CNK)=1.03~1.18,在A/NK-A/CNK 圖解(圖3c)中均投入過鋁質(zhì)區(qū)域。MgO 含量為0.24%~0.46%,TFe2O3含量介于0.67%~1.55%。TiO2和P2O5含量較低,含量分別為0.09%~0.20% 和0.03%~0.07%。據(jù)Harker 圖解大澤山巖體與偉德山型花崗巖特征相似(圖4)。
表1 大澤山巖體主量元素/%和微量元素/×10-6數(shù)據(jù)Table 1 Major element/% and trace element/×10-6 data of Dazeshan pluton
圖3 大澤山巖體花崗巖分類圖解a.TAS 圖解(據(jù)Middlemost,1994);b.K2O-SiO2圖解(據(jù)Rickwood,1989);c.A/NK-A/CNK 圖解(據(jù)Maniar and Piccoli,1989)大澤山巖體部分數(shù)據(jù)據(jù)王來明等,2023;偉德山型花崗巖數(shù)據(jù)據(jù)Zhao et al.,2018Fig.3 Geochemical classification diagrams of Dazeshan granites
圖4 大澤山巖體Harker 圖解(大澤山巖體部分數(shù)據(jù)據(jù)王來明等,2023;偉德山型花崗巖數(shù)據(jù)據(jù)Zhao et al.,2018)Fig.4 Harker diagram of Dazeshan pluton(data of Dazeshan pluton from Wang et al.,2023;data of Weideshan type granite from Zhao et al.,2018)
大澤山巖體微量元素特征見表1。稀土元素總含量(ΣREE)為66.04×10-6~154.06×10-6, 平均117.31×10-6, LREE 為 61.63×10-6~141.62×10-6,HREE 為4.41×10-6~16.28×10-6, LREE/HREE 為8.46~18.87。在稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(圖5a)上,表現(xiàn)出明顯的輕稀土元素(LREE)富集和重稀土元素(HREE)相對虧損。(La/Yb)N=8.52~24.08,指示輕、重稀土元素發(fā)生了分異,呈右傾型模式;δEu 為0.33~0.58,表現(xiàn)為較強的銪負異常。
圖5 大澤山巖體球粒隕石標準化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標準化值據(jù)Sun and McDonough,1989;大澤山巖體部分數(shù)據(jù)據(jù)王來明等,2023;偉德山型花崗巖數(shù)據(jù)據(jù)Zhao et al.,2018)Fig.5 REE chondrite-normalized patterns(a)and primitive mantle-normalized spider diagrams(b)of the granodiorite and pegmatite from Dazeshan pluton(normalization values after Sun and McDonough,1989;data of Dazeshan pluton from Wang et al.,2023;data of Weideshan type granite from Zhao et al.,2018)
在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖5b),微量元素顯示了富集Rb、Th、U、K 等大離子親石元素等(但Sr、Ba 虧損),虧損Nb、Ta、Ti、P等高場強元素。微量元素具有低Sr、Ba 的特點(Ba含量120×10-6~2 938×10-6,平均852×10-6;Sr 含量38×10-6~1 017×10-6,平均210×10-6)。蛛網(wǎng)圖整體曲線形態(tài)表現(xiàn)為右傾,與偉德山型花崗巖微量元素的配分模式一致。
從大澤山巖體中挑選出的鋯石表面光滑、晶形完整、顆粒粗大、大部分為長柱狀,長軸長度集中在50~180 μm,長寬比1.5∶1~3.5∶1。陰極發(fā)光照片顯示鋯石具有均勻的內(nèi)部構(gòu)造,振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育,環(huán)帶較窄,棱角鋒銳清晰,沒有出現(xiàn)溶蝕結(jié)構(gòu),具有顯著的巖漿成因特點(圖6)。
圖6 大澤山巖體鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.6 Zircon cathodoluminescence(CL)images of Dazeshan pluton
對細粒二長花崗巖兩個樣品DZS-1 和DZS-4 中的鋯石分別進行了LA-MC-ICP-MS U-Pb 測年,測點均選在邊部新生鋯石。其中樣品DZS-1 的16 個測點的206Pb/238U年齡值集中在111.8~107.3 Ma(表2),加權(quán)平均年齡為109.2±0.7 Ma(MSWD = 1.02)(圖7a);DZS-4 的15 個測點的206Pb/238U 年齡值集中在112.0~108.1 Ma(表2),加權(quán)平均年齡為109.9±0.7 Ma(MSWD = 0.78)(圖7b)。該年齡為細粒二長花崗巖的結(jié)晶年齡。
表2 大澤山巖體LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 測年結(jié)果Table 2 Zircon LA-ICP-MS U-Pb ages of Dazeshan pluton
圖7 大澤山二長花崗巖鋯石U-Pb 年齡諧和圖Fig.7 Zircon U-Pb concordant ages of Dazeshan monzogranite
對中粒二長花崗巖兩個樣品ZJ-1 和ZJ-6 中的鋯石分別進行了LA-MC-ICP-MS U-Pb 測年,測點均選在邊部新生鋯石。其中樣品ZJ-1 的17 個測點的206Pb/238U 年齡值集中在121.9~118.0 Ma(表1),加權(quán)平均年齡為119.8±0.8 Ma(MSWD = 0.71)(圖7c);ZJ-6 的12 個測點的206Pb/238U 年齡值集中在123.9~117.8 Ma(表2),加權(quán)平均年齡為119.3±0.9 Ma(MSWD = 1.10)(圖7d)。該年齡為中粒二長花崗巖的結(jié)晶年齡。以上測點數(shù)據(jù)均位于年齡諧和曲線上或者附近。
在鋯石U-Pb 測年的基礎上,對細粒二長花崗巖DZS-4 樣品和中粒二長花崗巖ZJ-1 樣品分別進行了鋯石Lu-Hf 同位素分析,測點均選擇在原年齡測定位置進行(DZS-4 樣品測點3 由于鋯石太小,故未進行Lu-Hf 測試),結(jié)果如表3 所示。
表3 大澤山巖體Lu-Hf 分析結(jié)果表Table 3 Zircon Lu-Hf analysis results of Dazeshan pluton
大澤山細粒二長花崗巖(DZS-4)鋯石176Hf/177Hf值為0.281 972~0.282 260,平均為0.282 082;εHf(t)值為-26.4~-16.2,平均為-22.5;虧損地幔二階段模式年齡(TDM2)為2 812~2 173 Ma,平均值為2 568 Ma。 大澤山中粒二長花崗巖(ZJ-1)鋯石176Hf/177Hf 值為0.282 110~0.282 175,平均為0.282 143;εHf(t)值為-21.2~-18.9,平均為-20.0;虧損地幔二階段模式年齡(TDM2)為2 492~2 349 Ma,平均值為2 421 Ma。所有測試點的fLu/Hf值在0.94~0.98 之間,明顯小于鎂鐵質(zhì)地殼的fLu/Hf值(-0.34;Amelin et al.,2000)和硅鋁質(zhì)地殼的fLu/Hf值(-0.72;Vervoort et al.,1996),故二階段模式年齡(TDM2)更能反應其源區(qū)物質(zhì)從虧損地幔被抽取的時間或其源區(qū)物質(zhì)在地殼的平均存留年齡(劉躍等,2014)。
前人對膠西北中生代花崗巖做了大量年代學的研究。膠西北主要有3 期巖漿活動,對應的花崗巖分別是166~146 Ma 的玲瓏型花崗巖,132~126 Ma 的郭家?guī)X型花崗巖,126~108 Ma 的偉德山型花崗巖。偉德山型花崗巖出露的巖體主要有南宿(118.7±0.9 Ma)、艾山(118.0±0.7 Ma)、牙山(117.7±2.9 Ma)、三佛山(115.7±1.7 Ma)、澤頭(115.6±1.1 Ma)和偉德山(114.0±1.1 Ma)等巖體(董學等,2020)。大澤山巖體位于膠西北南緣,侵入到玲瓏型花崗巖中,一些學者對該巖體的年代學進行了研究,主要年齡數(shù)據(jù)有~120 Ma(葉通,2020;李秀章等,2021)和~125 Ma(王斌等,2021)。
本次工作測得大澤山中粒二長花崗巖中鋯石206Pb/238U年齡分別為119.8±0.8 Ma 和119.3±0.9 Ma,測得細粒二長花崗巖中鋯石206Pb/238U 年齡分別為109.2±0.7 Ma 和109.9±0.7 Ma,年齡數(shù)據(jù)具有較好的諧和性,代表了巖體的侵入時間。大澤山巖體主要存在~119 Ma 和~109 Ma 兩期巖漿活動,兩種巖性主微量元素特征和Hf 同位素組成相似,指示了同源巖漿階段性演化特征,其中~119 Ma 是主成巖期。
大澤山巖體廣泛發(fā)育暗色閃長質(zhì)包體(圖2c),暗色包體具有巖漿結(jié)構(gòu),與寄主花崗巖接觸邊界平直清楚,指示巖漿形成過程中存在幔源和殼源巖漿的機械和化學混合作用(宋明春等,2018)。暗色包體沒有見到固態(tài)條件下的熱變質(zhì)或接觸變質(zhì)成分分帶,說明包體不是圍巖捕虜體或“析離體”。葉通(2020)對中粒二長花崗巖中的暗色包體進行定年以及地球化學分析,得出鋯石U-Pb 加權(quán)年齡為119±2 Ma,認為是同一個期次的巖漿活動所造成的,地球化學性質(zhì)反映暗色包體與寄主體具有不同巖漿來源,包體符合幔源特征。此外,前人報道大澤山暗色包體中有磷灰石的針狀晶體,以包裹體的形式產(chǎn)出在斜長石中(葉通,2020)。針狀磷灰石與寄主花崗巖中正常結(jié)晶的長—短柱狀磷灰石明顯不同,被認為是巖漿混合作用的一種常見結(jié)構(gòu),由于高溫鎂鐵質(zhì)巖漿注入低溫長英質(zhì)巖漿時快速冷卻結(jié)晶形成(Sha,1995)。
在自然界中花崗巖化學成分基本上是由源區(qū)成分控制的(吳福元等,2007a),不同源區(qū)主微量元素和同位素組成的差異性和繼承性是示蹤物質(zhì)來源的基礎。大澤山巖體二長花崗巖樣品的SiO2含量為72.87%~77.94%,平均75.29%,而地幔巖部分熔融不可能形成SiO2含量70%左右的花崗巖(張旗等,2008)。
晚侏羅世玲瓏型花崗巖和早白堊世早期郭家?guī)X型花崗閃長巖侵入體均表現(xiàn)出高Sr/Y 比值,微弱負銪異常到弱的正銪異常的特征,具有明顯的埃達克質(zhì)巖石的屬性。這種地球化學特征結(jié)合大量的巖相學研究表明,其巖漿源區(qū)的石榴石和角閃石往往以殘留相的形式存在,且在這些殘留相中基本不含斜長石(Zhao et al.,2018)。而早白堊世晚期的大澤山巖體明顯區(qū)別于玲瓏型花崗巖和郭家?guī)X型花崗巖,而與偉德山型花崗巖特征相似(圖3,圖4,圖5);從Harker 圖解(圖4)可以看出,SiO2含量與K2O、Na2O 含量相關(guān)性不明顯,Al2O3、CaO、SiO2含量以及微量元素Sr、Ba 含量呈明顯負相關(guān),δEu 負異常,低Sr/Y 比值,均指示了可能存在斜長石的源區(qū)殘留或者分離結(jié)晶。TFe2O3、MgO、TiO2、P2O5含量和SiO2含量負相關(guān),可能與富鐵鎂礦物(黑云母)、鐵鈦氧化物和磷灰石的分離結(jié)晶有關(guān)。晚侏羅—早白堊早期,增厚地殼開始減薄和下地殼拆沉的過程中,形成的中酸性巖石普遍表現(xiàn)出高Sr/Y 比值的特點,具有埃達克巖的屬性;然而到了120 Ma 以后的偉德山型花崗巖Sr/Y 比值大大降低,可能是因為巖石圈大規(guī)模減薄,深部下地殼拆沉,幔源物質(zhì)大規(guī)模迅速上升導致了源區(qū)性質(zhì)的改變。
主量和微量元素測試結(jié)果表明(圖3,圖4,圖5),大澤山巖體中粒二長花崗巖和細粒二長花崗巖主微量元素特征相似,指示其為高硅(72.87%~77.94%)、高鉀鈣堿性、過鋁質(zhì)花崗巖,顯示同源巖漿的特性。
從表3 可以看出所有測試點的176Lu/177Hf 比值介于0.000 616~0.001 991 之間,小于0.002,表明鋯石在巖體形成之后漫長的演化歷程中具有較低的放射成因Hf 積累,鋯石的176Hf/177Hf 比值可以代表該鋯石形成時的176Hf/177Hf 的比值,從而為討論巖石成因提供重要信息(吳福元等,2007b)。大澤山巖體鋯石的εHf(t)值變化范圍為-26.4~-16.2,平均-21.3,范圍不大,明顯負值,虧損地幔二階段模式年齡(TDM2)為2 812~2 173 Ma,平均2 495 Ma。細粒二長花崗巖的εHf(t)更低,二階段模式年齡更老(圖8b),暗示中粒二長花崗巖地幔物質(zhì)混入程度更高。鋯石εHf(t)-t圖上(圖8),大澤山巖體數(shù)據(jù)點在下地殼區(qū)域內(nèi)相對集中,鋯石Hf 模式年齡(TDM2)與晚于~2.13 Ga 的花崗片麻巖和~2.5 Ga 的TTG 相似,均暗示大澤山巖體物源主要為古元古代地殼的部分熔融,少部分為新太古代基底巖石。如果僅僅是上述幔源物質(zhì)與占優(yōu)勢的殼源物質(zhì)混合形成的母巖漿直接結(jié)晶,難以解釋現(xiàn)今觀察到的全巖主量元素和微量元素地球化學特征,大澤山巖體富硅,明顯虧損Ba、Nb、Ta、Sr、P、Ti 和Eu 等地球化學特征,指示其母巖漿經(jīng)歷了顯著的分離結(jié)晶作用(朱弟成等,2009)。大澤山巖體很可能是幔源巖漿誘發(fā)古老陸殼物質(zhì)熔融并與殼源熔體混合形成母巖漿,再經(jīng)歷一定程度的分離結(jié)晶作用形成的。
圖8 大澤山巖體鋯石εHf(t)-t 圖(底圖據(jù)吳福元等,2007b;前寒武紀基底數(shù)據(jù)據(jù)謝士穩(wěn)等,2022)Fig.8 εHf(t)-t diagram of Dazeshan pluton(after Wu et al.,2007b;data for Precambrian basement from Xie et al.,2022)
綜上所述,大澤山巖體主要為古元古代和新太古代陸殼部分熔融,有少量幔源物質(zhì)加入的殼幔混合成因。
元素Rb、Yb、Ta、Nb、Y 等活動性較弱,在漫長的構(gòu)造演化過程中變化較小,能有效區(qū)分不同構(gòu)造環(huán)境下形成的花崗巖類。在(Yb+Ta)-Rb 圖解中(圖9a),花崗巖樣品均投入火山弧花崗巖、同碰撞花崗巖區(qū)域;在Y-Nb 圖解中(圖9b),花崗巖樣品落入火山弧+同碰撞花崗巖區(qū)域。構(gòu)造環(huán)境明顯區(qū)別于板內(nèi)和洋中脊花崗巖類,具有活動大陸邊緣火成巖特點,暗示與古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖密切相關(guān)。
圖9 大澤山巖體大地構(gòu)造環(huán)境判別圖解(底圖據(jù)Pearce et al.,1984;大澤山巖體部分數(shù)據(jù)據(jù)王來明等,2023;偉德山型花崗巖數(shù)據(jù)據(jù)Zhao et al.,2018)Fig.9 Tectonic discriminant diagrams of Dazeshan pluton(after Pearce et al.,1984;data of Dazeshan pluton from Wang et al.,2023;data of Weideshan type granite from Zhao et al.,2018)
研究表明,膠東地區(qū)在中三疊世受華北克拉通與揚子克拉通強烈碰撞的影響,陸殼強烈加厚。在晚侏羅世時(~160 Ma),地幔隆起導致增厚地殼局部發(fā)生減薄,造山帶根部垮塌,由造山帶物質(zhì)或揚子和華北克拉通基底物質(zhì)混合組成的新生下地殼活化,引發(fā)大范圍陸殼重熔,巖漿上侵形成了玲瓏型花崗巖(宋明春等,2015)??死|部的破壞與巖石圈減薄峰期出現(xiàn)在早白堊世(毛景文等,2005;嵇少丞等,2008;朱日祥等,2012;Kiminami and Imaoka,2013)。早白堊世早期(~130 Ma),古太平洋板塊的西向俯沖導致了地幔物質(zhì)的對流,形成了上升幔流柱,引起巖石圈的拆沉、垮塌,軟流圈上涌,下地殼與地?;烊蹘r漿底侵,陸續(xù)發(fā)育了一套中—中酸性侵入巖類——郭家?guī)X型花崗巖(王來明等,2023)。早白堊世晚期(~120 Ma),隨著俯沖太平洋板塊的回撤,軟流圈地幔物質(zhì)大規(guī)模上侵,殼幔重熔巖漿與幔源物質(zhì)大規(guī)模迅速上升,形成了殼?;旌铣梢虻膫サ律叫突◢弾r和嶗山型花崗巖(宋明春等,2015;王來明等,2023)。此外,幔源基性巖漿上侵分異出煌斑巖及其它閃長質(zhì)暗色脈巖。
(1)大澤山巖體具有高的全堿、Al2O3和輕稀土含量,較強的Eu 負異常,是一套過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性花崗巖。
(2)大澤山巖體中粒二長花崗巖中鋯石U-Pb年齡分別為119.8±0.8 Ma 和119.3±0.9 Ma,細粒二長花崗巖中鋯石U-Pb 年齡分別為109.2±0.7 Ma 和109.9±0.7 Ma,為膠東中生代早白堊世晚期偉德山型花崗巖。
(3)大澤山巖體中粒二長花崗巖和細粒二長花崗巖雖然成巖時代不同,但是有相似的巖相學特征、主微量元素特征和Hf 同位素組成,呈典型的同源巖漿演化特征。
(4)大澤山巖體很可能是幔源物質(zhì)誘發(fā)古元古代和新太古代陸殼的部分熔融,又與該殼源熔體混合形成母巖漿,再經(jīng)歷分離結(jié)晶作用形成的。中粒二長花崗巖和暗色脈巖同期生成,相比細粒二長花崗巖有更多的地幔物質(zhì)加入,導致εHf(t)值升高。