魯西地塊濟(jì)南輝長(zhǎng)巖巖石學(xué)、地球化學(xué)和Os－Nd－Sr同位素研究

高 林，陳 斌

（1.北京大學(xué) 造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871；2.北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871）

0 引 言

華北克拉通下伏巖石圈地幔的同位素性質(zhì)一直引起眾多研究者的興趣。這些同位素性質(zhì)的確定對(duì)理解巖石圈形成和演化以及殼幔的相互作用具有非常重要的科學(xué)意義。中生代時(shí)期，華北克拉通上形成了許多基性侵入巖[1－10]，這些基性侵入體已被很多學(xué)者廣泛用來研究華北克拉通中生代巖石圈地幔的成分和結(jié)構(gòu)，并確定華北克拉通下的中生代巖石圈在物理和化學(xué)性質(zhì)上發(fā)生了顯著的演化和轉(zhuǎn)變[11]。許多學(xué)者直接使用基性巖的Nd－Sr同位素代表地幔源區(qū)真實(shí)的同位素特征[1，4，7]，理由是這些基性巖漿在巖漿演化過程中所遭受的地殼混染程度低到可以忽略。然而，在基性巖漿由地幔上升到地殼位置的過程中，由于其本身所具有的高溫特性，會(huì)與陸殼物質(zhì)發(fā)生顯著混染。在此情況下，很難通過Nd和Sr同位素來區(qū)分富集地幔來源的巖漿和地殼混染物質(zhì)。為此，筆者借助于Re－Os同位素體系，更好地評(píng)估地殼混染在幔源巖漿演化過程中的作用，并進(jìn)一步理解殼幔相互作用的過程。

Re－Os同位素體系與傳統(tǒng)的親石元素同位素體系（如Sr－Nd－Pb）不同，Re是中等不相容元素，Os是相容元素。在地幔部分熔融過程中，Re優(yōu)先進(jìn)入熔體相，而Os則主要?dú)埩粼诘蒯r中[12]，最終導(dǎo)致殼幔中Re與Os含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后文同）之比w（Re）/w（Os）差異很大。隨著時(shí)間的流逝，地殼放射性成因的Os同位素含量增長(zhǎng)很快，尤其前寒武紀(jì)的古老基性地殼，其N（187Os）/N（188Os）值可超過50[13]），即使是英云閃長(zhǎng)巖、奧長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖（TTG）片麻巖，其N（187Os）/N（188Os）值也可達(dá)5～10[13]。而地幔的N（187Os）/N（188Os）值增長(zhǎng)很慢，通常不會(huì)超過0.129[14－15]。重要的是，由于地幔橄欖巖具有極高的Os含量（平均3.2×10－9[12]），其Os同位素組成幾乎不受后期交代作用的影響[16]，被交代地幔的N（187Os）/N（188Os）值很少超過0.15[17]。因此，地幔和大陸地殼儲(chǔ)庫在Os同位素上的巨大差異使得Re－Os同位素體系成為示蹤殼幔物質(zhì)來源的有力工具。

筆者選擇位于華北克拉通東部魯西地塊濟(jì)南輝長(zhǎng)巖（藥山和華山巖體）作為研究對(duì)象，通過對(duì)該基性巖體的巖石學(xué)、地球化學(xué)以及Rb－Sr、Sm－Nd和Re－Os同位素的詳細(xì)研究，探討巖漿的起源和演化、殼幔相互作用以及地殼混染物質(zhì)的性質(zhì)，從而對(duì)華北克拉通減薄過程提供進(jìn)一步的證據(jù)和限定。

1 地質(zhì)背景和巖相學(xué)觀察

1.1 地質(zhì)背景

作為地球上最為古老的克拉通之一，華北克拉通上保存有3 800Ma的古老陸殼殘余[18]。基于基底巖石的同位素年齡和巖石組合、構(gòu)造演化以及變質(zhì)PT－t軌跡的研究，華北克拉通可以化分為3部分：東部陸塊、西部陸塊和中央造山帶[19]。東部陸塊和西部陸塊在古元古代（1.85Ga）碰撞縫合，形成了中央造山帶。華北克拉通的基底主要由晚太古代到古元古代的TTG片麻巖和基性麻粒巖、角閃巖組成[19－20]。

華北克拉通發(fā)育有厚層的中晚元古代到晚元古代的石英巖和灰?guī)r，表明其自中晚元古代起一直保持很穩(wěn)定的狀態(tài)[2]。然而自早中生代以來，華北克拉通重新活化，發(fā)育了一系列的伸展盆地，并伴隨有巖石圈地幔減薄和化學(xué)性質(zhì)的巨大變化以及大規(guī)模的中生代巖漿活動(dòng)和成礦作用[2，21]。

魯西地塊位于華北克拉通東部板塊[1]，晚中生代時(shí)期在濟(jì)南、鄒平和萊蕪等地區(qū)發(fā)育有若干基性侵入體。與此同時(shí)，同期的粗安巖和高鉀煌斑巖與這些基性侵入巖相伴生[22－23]。本文所研究的華山和藥山巖體屬于濟(jì)南基性和超基性侵入體[24]（圖1），而后者屬于魯西地塊晚中生代最大的侵入體。濟(jì)南輝長(zhǎng)巖作為中國(guó)東部中生代基性侵入巖體的典型代表，前人已經(jīng)進(jìn)行了一定的研究，但對(duì)于巖漿的源區(qū)性質(zhì)還沒有達(dá)到較為統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。Guo等認(rèn)為魯西中基性巖來自于富集的巖石圈地幔，具有類似于EM1地幔端元的Sr－Nd同位素特征[1，25]。閆峻等根據(jù)濟(jì)南輝長(zhǎng)巖Sr－Nd同位素特征，認(rèn)為該源區(qū)可能由DMM、EM1和EM2三端元混合組成[26]。Zhang等認(rèn)為鄒平、濟(jì)南、萊蕪等地的輝長(zhǎng)巖表現(xiàn)出輕微的EM1特征，不及太行山輝長(zhǎng)巖EM1特征顯著[3]。筆者對(duì)華北克拉通東部陸塊魯西地塊濟(jì)南輝長(zhǎng)巖進(jìn)行了詳細(xì)的巖石學(xué)、地球化學(xué)和Os－Nd－Sr同位素研究，探討了該巖體的成巖過程、地幔源區(qū)特征以及地殼混染在幔源巖漿演化過程中的作用。楊承海等報(bào)道濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的LA－ICP－MS鋯石U－Pb年齡為（130.8±1.5）Ma和（127±2）Ma，指示濟(jì)南輝長(zhǎng)巖形成于早白堊紀(jì)[24]。為計(jì)算方便，本文取年齡為130Ma。

圖1 濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的地質(zhì)圖及采樣地點(diǎn)Fig.1 Geological Map of Jinan Gabbro and Sampling Sites

1.2 巖相學(xué)觀察

在華山和藥山巖體共采集5個(gè)樣品。其中，2個(gè)角閃輝長(zhǎng)巖（樣品HS－2和HS－4），3個(gè)輝長(zhǎng)巖（樣品YS－2，HS－1和HS－3）。角閃輝長(zhǎng)巖主要由單斜輝石（含量為40%～50%）、斜長(zhǎng)石（含量為20%）、角閃石（含量為15%～20%）以及少量的斜方輝石、黑云母和橄欖石組成[圖2（a）、（b）]。輝長(zhǎng)巖主要由斜長(zhǎng)石（含量為40%～50%）、單斜輝石（含量為25%～50%）以及少量的斜方輝石、黑云母、角閃石和橄欖石組成，都具有典型的輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。其中，樣品HS－2和HS－4明顯受到后期流體的交代，表現(xiàn)為發(fā)育有大量的單斜輝石向角閃石轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象[圖2（b）]。從巖相學(xué)的觀察來看（圖2），早期自形的橄欖石和單斜輝石被后期結(jié)晶的斜長(zhǎng)石所包裹，表現(xiàn)出典型的堆晶結(jié)構(gòu)。有時(shí)，可觀察到橄欖石被半自形的單斜輝石所包裹[圖2（a）、（c）]；含有磁鐵礦等副礦物，暗示富水的巖漿體系環(huán)境[圖2（d）]。

2 試驗(yàn)方法

2.1 全巖主量和微量元素分析

樣品全巖化學(xué)成分分析由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）完成。主量元素采用玻璃熔餅法熔樣，以XRF儀器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試誤差小于5%。微量元素采用兩酸（HNO3＋HF）高壓反應(yīng)釜溶樣方法對(duì)樣品粉末進(jìn)行溶解。采用ICP－MS（Agilent 7500a）來測(cè)定元素含量。元素含量小于10×10－6的測(cè)試誤差為10%，元素含量大于10×10－6的測(cè)試誤差為5%左右。

圖2 濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的典型結(jié)構(gòu)顯微照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs Showing Typical Textures of Jinan Gabbro

2.2 全巖Sr－Nd同位素分析

Rb－Sr和Sm－Nd同位素分析在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成。粉末樣品在強(qiáng)酸（HF＋HClO4）中加熱溶解7d，之后用樹脂離子交換柱分離Rb、Sr和輕稀土元素（LREE）。Sm和Nd用離子交換柱進(jìn)行二次純化。同位素測(cè)試在熱電離質(zhì)譜儀Finnigan MAT 262上完成。Sm、Nd全流程本底小于100pg，Rb、Sr小于500pg。N（143Nd）/N（144Nd）和N（87Sr）/N（86Sr）的原始測(cè)量值分別對(duì)N（146Nd）/N（144Nd）＝0.7219和N（86Sr）/N（88Sr）＝0.1194進(jìn)行校正。在樣品測(cè)試過程中，所測(cè)定的ndi－1Nd標(biāo)樣和NBS－987Sr標(biāo)樣的Nd－Sr同位素比值分別為N（143Nd）/N（144Nd）＝0.512102±0.000011，N（87Sr）/N（86Sr）＝0.710257±0.000012。

2.3 全巖Re－Os同位素分析

Re－Os同位素分析在日本海洋研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAMSTEC）地球內(nèi)部變動(dòng)研究實(shí)驗(yàn)室（IFREE）完成。稱取全巖粉末樣1～3g，加入富集190Os和185Re的稀釋劑。在Carius管中[28]以逆王水約10mL（HNO3與HCl體積比為3∶1）在230℃加熱24h進(jìn)行溶樣。待冷卻后，小心打開Carius管，并將溶液轉(zhuǎn)移到30mL PFA容器中，加入4mL CCl4將Os從王水層中萃取出來[29]，萃取過程重復(fù)3次。隨后在含Os的CCl4萃取液中再加入4mL HBr，在燈下加熱1h。提取出含Os的HBr層溶液，進(jìn)行溫和的蒸發(fā)和純化。然后進(jìn)一步滴加鉻酸通過微蒸餾進(jìn)行純化[30]。殘余王水相中的Re則通過陰離子交換樹脂AG1－X8（孔徑為0.154～0.071mm）進(jìn)行2次過柱分離和純化。同位素組成以O(shè)sO3－和ReO4－形式通過負(fù)熱電離質(zhì)譜法（N－TIMS）在TRITON上進(jìn)行測(cè)定。隨后對(duì)原始測(cè)量值進(jìn)行氧化物干擾和儀器質(zhì)量分餾校正以及扣除稀釋劑和流程本底的貢獻(xiàn)。氧化物校正采用N（17O）/N（16O）＝0.0003708和N（18O）/N（16O）＝0.002045。Os測(cè)量中，通過將N（192Os）/N（188Os）測(cè)量值標(biāo)準(zhǔn)化至3.08271[31]。按指數(shù)法則進(jìn)行質(zhì)量分餾校正。Re的測(cè)定采用“全蒸發(fā)法”[32]，該方法相比于傳統(tǒng)的NTIMS方法，樣品用量更少，準(zhǔn)確度、精度更高，而且無需進(jìn)行質(zhì)量分餾校正。Re全流程本底為8～10pg，Os為2～3pg，N（187Os）/N（188Os）平均值為0.1643±0.0025。內(nèi)部JMC[33]Os標(biāo)樣溶液的N（187Os）/N（188Os）長(zhǎng)期測(cè)試精度優(yōu)于0.4%。

3 結(jié)果分析

3.1 主量和微量元素

主量和微量元素分析結(jié)果見表1、2。從表1、2以及圖3、4可以看出，研究樣品的化學(xué)成分表現(xiàn)出較大的變化，SiO2含量為48.6%～52.3%，Al2O3為10.8%～13.5%，TiO2為0.37%～0.75%，TFe2O3為10.1%～13.3%，CaO為9.1%～11.9%，MgO為9.0%～14.5%，Cr為（420.6～1033.0）×10－6，Ni為（87.0～294.0）×10－6。這種化學(xué)成分較大的差異與不同樣品中橄欖石、輝石和角閃石的含量差異有關(guān)。此外，本文還引用前人已發(fā)表的濟(jì)南輝長(zhǎng)巖數(shù)據(jù)[1，34]。從圖3、4主量和微量元素與Mg＃值的圖解中可以看出，濟(jì)南輝長(zhǎng)巖與鄒平基性巖都表現(xiàn)出很明顯的巖漿分離結(jié)晶的演化趨勢(shì)。與鄒平基性巖相比，濟(jì)南輝長(zhǎng)巖化學(xué)成分更為原始，整體上表現(xiàn)為較低的SiO2、Al2O3、TiO2、Sr、La含量和較高的TFe2O3、CaO、Cr含量等。其中，伴隨Mg＃值的降低，SiO2含量急劇增加以及Mg＃值與TFe2O3含量正相關(guān)關(guān)系均表明橄欖石的分離結(jié)晶。此外，隨著Mg＃值的降低，CaO和Cr含量隨之降低，表明單斜輝石的分離結(jié)晶在該過程中起到了主要作用。另外，Al2O3和Sr含量與Mg＃值負(fù)相關(guān)，表明斜長(zhǎng)石不是主要的分離相。

表1 濟(jì)南輝長(zhǎng)巖主量元素組成Tab.1 Major Element Composition of Jinan Gabbro

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分圖解[35]上[圖5（a）]，濟(jì)南輝長(zhǎng)巖表現(xiàn)出富集LREE（w（La）N/w（Yb）N＝4.11～6.89）、虧損重稀土元素（HREE）以及微弱的Eu正異常（δ（Eu）＝0.83～1.23）的特征。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的蛛網(wǎng)圖解[36]中[圖5（b）]，所有樣品表現(xiàn)出大離子親石元素（LILE）富集（如Ba含量為（230～484）×10－6，Sr為（247～544）×10－6），而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE）（如Nb含量為（0.91～3.75）×10－6，Ta為（0.064～0.253）×10－6，Hf為（0.76～2.21）×10－6），與島弧玄武巖具有相似的變化特征。

3.2 Sr和Nd同位素

Sr和Nd同位素分析結(jié)果列于表3、4。濟(jì)南輝長(zhǎng)巖表現(xiàn)出類似陸殼的Sr－Nd同位素特征，εNd（t）＝－8.1～－10.3，初始Sr同位素比值（ISr）為0.7050～0.7064。華北克拉通其他地區(qū)同時(shí)代的基性巖漿（比如膠東基性巖脈[4]、方城玄武巖[37]）表現(xiàn)出類似EM2型富集地幔源區(qū)的特點(diǎn)（圖6）。而濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的ISr值要低于這些基性巖漿巖，與紫荊關(guān)、太行山以及鄒平的基性巖體相似，具有典型的EM1型Sr－Nd同位素特征。

3.3 Re－Os同位素

Re－Os同位素列于表5。本文取得的5個(gè)濟(jì)南輝長(zhǎng)巖樣品都具有很高的放射性成因初始N（187Os）/N（188Os）值（0.174～0.557），與太行山基性巖體（如紫荊關(guān)巖體）的同位素特征相似（0.187～0.586）[6]。這樣的Os同位素組成既明顯不同于華北克拉通下大陸巖石圈地幔包體的非放射性成因Os同位素特征（N（187Os）/N（188Os）＝0.1～0.128）[5，38－39]，也與地球上其他任何地幔橄欖巖Os同位素特征（＜0.13）有很大差異[12－13]。除了樣品HSH－2之外（失敗），其他4個(gè)樣品的Os含量為（5～186）×10－6，Os同位素初始值為0.174～0.557。

4 討 論

4.1 巖石成因

濟(jì)南輝長(zhǎng)巖具有典型的堆晶結(jié)構(gòu)[圖2（a）]，早期自形的橄欖石和單斜輝石被后期具間粒特征的斜長(zhǎng)石所包圍。巖體在形成過程中曾明顯受到后期富水流體交代，表現(xiàn)為發(fā)育有大量單斜輝石向角閃石轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象[圖2（b）]。從巖相學(xué)來看[圖2（a）]，早期自形的橄欖石和單斜輝石被后期結(jié)晶的斜長(zhǎng)石所包裹；有時(shí)，可觀察到橄欖石被半自形單斜輝石所包裹[圖2（c）]。以上均表明濟(jì)南輝長(zhǎng)巖中的礦物分離結(jié)晶先后順序依次為橄欖石、輝石，最后為間隙的斜長(zhǎng)石。在鏡下可觀察到少量原生的黑云母和角閃石，這可能是殘余巖漿水含量增加所導(dǎo)致。此外，鏡下大量發(fā)育磁鐵礦等副礦物[圖2（d）]，也表明在巖漿演化過程中水也起到了重要作用。在全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)上，隨著Mg＃值降低，輝長(zhǎng)巖中的SiO2、Al2O3、TiO2、K2O＋Na2O、Sr、Ba、Zr含量都隨之上升，而CaO、TFe2O3、Cr則相應(yīng)的隨之下降（圖3、4），這種變化反映了巖漿分離結(jié)晶中礦物的演化順序，即橄欖石、輝石減少以及斜長(zhǎng)石、角閃石、黑云母增加。因?yàn)閱涡陛x石比較富集CaO和Cr等，而斜長(zhǎng)石則是堿金屬、Sr元素的載體。橄欖石和輝石的分離結(jié)晶導(dǎo)致Mg、TFe2O3含量降低。這些地球化學(xué)數(shù)據(jù)上的變化也支持了以上解釋。

圖3 濟(jì)南輝長(zhǎng)巖主量元素與Mg＃值的關(guān)系Fig.3 Relationships Between Major Elements and Values of Mg＃for Jinan Gabbro

表3 濟(jì)南輝長(zhǎng)巖Rb－Sr同位素組成Tab.3 Rb－Sr Isotopic Composition of Jinan Gabbro

圖4 濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的微量元素與Mg＃值的關(guān)系Fig.4 Relationships Between Trace Elements and Values of Mg＃for Jinan Gabbro

表4 濟(jì)南輝長(zhǎng)巖Sm－Nd同位素組成Tab.4 Sm－Nd Isotopic Composition of Jinan Gabbro

圖5 濟(jì)南輝長(zhǎng)巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE圖解和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖解Fig.5 Chondrite－normalized REE Pattern and Primitive Mantle－normalized Spider Diagram for Jinan Gabbro

表5 濟(jì)南輝長(zhǎng)巖Re－Os同位素組成Tab.5 Re－Os Isotopic Composition of Jinan Gabbro

4.2 地幔源區(qū)特征

從所采集樣品的鏡下觀察中可看出，造巖礦物中普遍出現(xiàn)富水礦物黑云母和角閃石，暗示其原始的母巖漿是含水的濕巖漿體系[圖2（b）、（d）]。前人對(duì)玄武質(zhì)巖漿的試驗(yàn)巖石學(xué)研究結(jié)果表明，在含水的濕巖漿體系下，斜長(zhǎng)石的結(jié)晶穩(wěn)定域會(huì)縮小，橄欖石、單斜輝石和角閃石的首晶區(qū)將會(huì)擴(kuò)大，因此，橄欖石和單斜輝石會(huì)先于斜長(zhǎng)石達(dá)到飽和、結(jié)出晶體之前結(jié)晶[40]。巖相學(xué)上觀察到的橄欖石和輝石自形、半自形產(chǎn)出以及斜長(zhǎng)石在間隙中的結(jié)晶順序[圖2（a）、（c）]進(jìn)一步支持了這一論斷。

濟(jì)南輝長(zhǎng)巖所具有的類似地殼的微量元素和Sr－Nd同位素特征暗示了大陸地殼在其成巖過程中起到了至關(guān)重要的作用。它們具有初始的N（87Sr）/N（88Sr）值（0.7050～0.7064）和負(fù)的εNd（t）值（－8.1～－10.3，表4），富集LREE（La與Yb含量球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的比值w（La）N/w（Yb）N＝4.11～6.89）和LILE（如Ba含量為（230.2～483.8）×10－6，Sr為（247.6～544.0）×10－6），虧損HREE以及HFSE（如Nb含量為（0.910～3.754）×10－6，Ta為（0.064～0.253）×10－6，Hf為（0.760～2.210）×10－6，圖5）。因此，濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的地幔源區(qū)應(yīng)該是華北克拉通下富集的巖石圈地幔。這種富集地?？赡茉谇昂浼o(jì)時(shí)期通過俯沖相關(guān)的交代作用而形成[2]，并致使幔源富集LILE和LREE。

圖6 濟(jì)南輝長(zhǎng)巖Sr－Nd同位素與華北克拉通其他地區(qū)中生代基性巖漿的對(duì)比Fig.6 Comparisons of Sr－Nd Isotopes of Jinan Gabbro with Other Mesozoic Mafic Rocks from North China Craton

4.3 地殼混染

由于基性侵入體形成于大陸環(huán)境下，所以該基性巖體很容易受到大陸地殼的混染。從圖7可以看出，樣品分布在遠(yuǎn)離大陸上地殼與任何地幔儲(chǔ)庫的混合趨勢(shì)之上，因此該巖體沒有明顯的大陸上地殼的混染。此外，蛛網(wǎng)圖[圖5（b）]中放射性元素U和Th的明顯虧損，也排除了大陸上地殼明顯參與的可能性。濟(jì)南輝長(zhǎng)巖體的Sr－Nd同位素?cái)?shù)據(jù)為地殼混染提供了有力依據(jù)。從圖8可以看出，濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的初始Nd同位素成分與Mg＃值呈現(xiàn)正相關(guān)的變化趨勢(shì)，初始的Sr同位素比值與Mg＃值呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，這都表明華北大陸下地殼巖石（具有很負(fù)的εNd值和高的N（87Sr）/N（86Sr）值[18，41]）對(duì)濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的混染是很明顯的。

圖7 濟(jì)南輝長(zhǎng)巖w（Ba）/w（Nb）－w（La）/w（Nb）圖解Fig.7 Plot of w（Ba）/w（Nb）－w（La）/w（Nb）of Jinan Gabbro

另外，濟(jì)南輝長(zhǎng)巖基性巖體具有很高且變化范圍很大的放射性成因的初始N（187Os）/N（188Os）值（0.174～0.557）（表3），這樣的N（187Os）/N（188Os）值要顯著高于任何地幔儲(chǔ)庫的比值（＜0.15）[17]。由于地幔巖石Os含量比任何交代介質(zhì)的都要高出很多[17，42]，所以地幔巖石Os同位素對(duì)交代作用并不敏感，即使被交代的地幔巖，其Os同位素比值也在0.15以下，這得到全球地幔橄欖巖Os同位素?cái)?shù)據(jù)的支持。首先，在華北克拉通內(nèi)部，由古生代金伯利巖和新生代玄武巖所攜帶上來的、受過交代的巖石圈地幔橄欖巖包體的N（187Os）/N（188Os）值幾乎沒有高于0.13的[5，11，39，43]；其次，地幔來源原始巖漿的N（187Os）/N（188Os）值表現(xiàn)出非放射性成因的特點(diǎn)[44]（N（187Os）/N（188Os）＝0.1230～0.1322）。此外，無論是大洋還是大陸來源的地幔橄欖巖都表現(xiàn)出非放射性成因的N（187Os）/N（188Os）值（0.1089～0.1287）[9，13]。與此同時(shí)，地殼儲(chǔ)庫N（187Os）/N（188Os）值總是十分富集，通常它比地幔巖石以及幔源原始巖漿的Os同位素比值要高出2個(gè)數(shù)量級(jí)[13，45]。綜上所述，濟(jì)南輝長(zhǎng)巖基性巖體所具有的高放射性成因Os同位素比值特征應(yīng)該與基性巖漿在陸殼位置侵位過程中發(fā)生的地殼混染有關(guān)。

圖8 Nd－Sr同位素成分與Mg＃值的關(guān)系Fig.8 Relationships of Nd－Sr Isotopic Ratios to Values of Mg＃

4.4 地殼混染物質(zhì)的性質(zhì)

華北克拉通主要基底巖石為前寒武紀(jì)TTG片麻巖和基性斜長(zhǎng)角閃巖或麻粒巖[20，47]，因此它們是可能的地殼混染物質(zhì)。要將濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的初始Os同位素比值從最初幔源的球粒隕石比值（＜0.13）[38]升高到0.174～0.557（表3），地殼混染物質(zhì)應(yīng)當(dāng)具有非常高的放射性成因的Os同位素比值。與古老的TTG片麻巖相比，基性斜長(zhǎng)角閃巖或麻粒巖具有更高的Os含量和Os同位素比值[13，48]。因此，筆者所研究巖體的Os同位素組成變化很有可能與這些前寒武紀(jì)基性下地殼巖石（斜長(zhǎng)角閃巖或麻粒巖）的混染相關(guān)。

SCLM熔體N（187Os）/N（188Os）＝0.1261，Os含量為250×10－12；基性下地殼N（187Os）/N（188Os）＝20～40，Os含量為50×10－12；TTG片麻巖N（187Os）/N（188Os）＝5，Os含量為7×10－12[46，49]；濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的Os同位素組成如圖9陰影區(qū)所示[6]。

圖9 Os同位素二元模擬Fig.9 Os Isotopic Binary Mixing Model

為驗(yàn)證上述觀點(diǎn)，筆者基于簡(jiǎn)單的二元混合模型[50]對(duì)Os同位素進(jìn)行了模擬計(jì)算。地幔起源的母巖漿被2%～11%前寒武紀(jì)斜長(zhǎng)角閃巖或麻粒巖的混染可以很好地解釋濟(jì)南輝長(zhǎng)巖高放射性成因的初始Os同位素組成（圖9）。而TTG片麻巖的混染比例高達(dá)31%～78%，如此高的混染比例是不大可能的，因?yàn)檫@樣會(huì)顯著改變母巖漿的主量和微量元素成分組成，并大幅降低巖漿的Mg＃值，這與濟(jì)南輝長(zhǎng)巖低硅、高M(jìn)g＃值（表1）的特征相違背，且與鏡下出現(xiàn)的橄欖石斑晶不相符合。因此，筆者認(rèn)為由于TTG片麻巖極低的Os含量[49]，濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的初始Os同位素變化不太可能是由TTG片麻巖的混染所致。此外，筆者認(rèn)為混染物質(zhì)主要來源于下地殼，而不可能有上地殼的參與，因?yàn)樯系貧s同位素比值相對(duì)較低（N（187Os）/N（188Os）＝1.32，Os含量為31×10－12），模擬計(jì)算的混染比例將高達(dá)32%～79%（與圖9計(jì)算方法相同）。因此，濟(jì)南輝長(zhǎng)巖中Os同位素變化應(yīng)該是由古老的下地殼中基性斜長(zhǎng)角閃巖或麻粒巖小部分混染所致。假定這些基性下地殼混染物的n（187Re）/n（188Os）＝750[49]，那么可以計(jì)算出其年齡為1.7～3.3Ga。這個(gè)年齡范圍與華北克拉通太古代地體上的基性麻粒巖和斜長(zhǎng)角閃巖的鋯石年齡相一致[19]；同時(shí)也與古代金伯利巖和新生代玄武巖中基性麻粒巖和斜長(zhǎng)角閃巖包體中的古老鋯石年齡相一致（1.9～2.6Ga）[51]。

混染物質(zhì)的性質(zhì)還可以從濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的Nd－Sr同位素?cái)?shù)據(jù)上進(jìn)一步進(jìn)行限制。前人研究表明，華北克拉通太古代地體中的基性麻粒巖或斜長(zhǎng)角閃巖具有較高且變化范圍很大的εNd值（－2～－20），Sr同位素比值為0.7055～0.7150；然而地體中的TTG片麻巖則具有異常低的εNd值（－25～－44）和異常高的Sr同位素比值（0.710～0.780）[18，51－53]。根據(jù)晚古生代金伯利巖[54]和中生代煌斑巖[2]研究結(jié)果，已報(bào)道的太行山下“原始”幔源巖漿的Sr－Nd同位素特征為εNd＝－8～－10和ISr＝0.7055，接近濟(jì)南輝長(zhǎng)巖母巖漿的Sr－Nd同位素組成。濟(jì)南輝長(zhǎng)巖具有較低的、相對(duì)穩(wěn)定的初始εNd值（－8～－10），這樣的組成不大可能由前寒武紀(jì)酸性TTG片麻巖混染所致，因?yàn)楹笳叩摩臢d值（－25～－44）要遠(yuǎn)低于濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的值（－8.1～－10.3）（表4）。因此，濟(jì)南輝長(zhǎng)巖Sr－Nd同位素的微弱變化也指示其由少量的前寒武紀(jì)基性麻粒巖或斜長(zhǎng)角閃巖的混染所致。

5 結(jié) 語

（1）在濟(jì)南輝長(zhǎng)巖形成過程中，橄欖石＋輝石＋斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶起到了重要作用。較為豐富的角閃石、零星分布的黑云母、單斜輝石早于斜長(zhǎng)石結(jié)晶的巖石學(xué)特征以及全巖所具有的類似地殼的地球化學(xué)和Sr－Nd同位素特征，暗示了濟(jì)南輝長(zhǎng)巖的母巖漿應(yīng)當(dāng)為含水的濕巖漿體系，并起源于一個(gè)受過古俯沖流體或熔體交代（晚太古代到早元古代）的富集巖石圈地幔。

（2）濟(jì)南輝長(zhǎng)巖高放射性成因的初始Os同位素組成表明，巖漿在侵位過程中受到古老陸殼物質(zhì)的混染。Os－Nd同位素模擬計(jì)算表明，巖體Os－Nd－Sr同位素的變化主要由晚太古代到早元古代的基性下地殼混染所致。濟(jì)南輝長(zhǎng)巖由于受到下地殼物質(zhì)的混染，其Nd－Sr同位素成分不能直接反映其地幔源區(qū)的同位素特征。

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