吉林省中部地區(qū)早古生代英云閃長巖的成因：鋯石U-Pb年代學(xué)和地球化學(xué)證據(jù)*

裴福萍　王志偉　曹花花　許文良　王楓

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春　1300612.中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，青島　2660031.

華北板塊北緣東段是否存在早古生代陸緣增生帶是近年來地學(xué)界研究的熱點問題之一，一些學(xué)者曾認(rèn)為吉林省中東部地區(qū)出露的一些鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖為蛇綠巖殘片，并結(jié)合古生代地質(zhì)體的時空分布特征將吉林中東部地區(qū)劃分出早古生代陸緣增生帶和晚古生代陸緣增生帶，認(rèn)為華北板塊北緣東段古生代陸緣增生帶和佳木斯地塊西南緣古生代陸緣增生帶具有相向增生的特點(陳作文等,1982; 田昌烈和楊芳林,1983; 王東方等,1992; 趙春荊等,1996)。然而，近年來，華北板塊北緣東段的早古生代陸緣增生帶遭到部分學(xué)者的質(zhì)疑，這主要表現(xiàn)在蛇綠巖和火成巖研究方面。首先，華北板塊北緣東段是否存在蛇綠巖，是地學(xué)界一直爭論的焦點問題。由于植被的覆蓋和后期構(gòu)造破壞，那些前人曾確定為蛇綠巖的地質(zhì)體，多殘缺不全，不具備完整的蛇綠巖層序，推測多為造山作用的產(chǎn)物(張旗,1992; 彭玉鯨和王占福,1997; Wuetal.,2004)；另外，隨著鋯石U-Pb年代學(xué)測試方法的改進和應(yīng)用，許多作為增生帶存在重要證據(jù)的早古生代地層(如呼蘭群、下二臺群盤嶺組)和花崗質(zhì)侵入體(大玉山巖體和黃泥嶺巖體等)實際上是晚古生代或中生代的產(chǎn)物(張艷斌等,2002; 孫德有等,2004; 王志偉等,2013)。近年來，雖然華北板塊北緣東段晚古生代火成巖的研究已經(jīng)取得了部分成果(曹花花等,2012; Caoetal.,2013; 王志偉等,2013; 王子進等,2013)，但由于到目前為止在該地區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)早古生代火成巖，從而造成人們對華北板塊北緣東段早古生代構(gòu)造演化歷史的認(rèn)識一直處于空白。作者在吉林省中部地區(qū)進行野外地質(zhì)調(diào)查過程中，在張家屯組底部發(fā)現(xiàn)了與張家屯組呈沉積接觸關(guān)系的早古生代英云閃長巖，進一步通過巖相學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、地球化學(xué)以及鋯石Hf同位素的分析研究，對其源區(qū)性質(zhì)及構(gòu)造背景進行了探討，本文的研究對于華北板塊北緣東段早古生代構(gòu)造演化歷史的研究提供了重要資料。

圖1　研究區(qū)地質(zhì)略圖(a)和構(gòu)造分區(qū)圖(b)Fig.1　Geological sketch map of the study area (a) and tectonic division map (b)

1　地質(zhì)背景與樣品描述

研究區(qū)位于吉林省中部地區(qū)永吉縣的西北部。大地構(gòu)造上位于長春-吉林-蛟河對接帶以南(趙春荊等,1996)，松遼盆地以東，敦化-密山斷裂以西，華北板塊北部槽臺邊界斷裂——開原-山城鎮(zhèn)斷裂的北部，研究區(qū)屬于張廣才嶺帶的南部(彭玉鯨和陳躍軍,2007)。該區(qū)出露的最老地層——晚志留世-早泥盆世張家屯組主要分布于張家屯村附近(廖衛(wèi)華等,1995)，區(qū)內(nèi)還廣泛分布著二疊紀(jì)范家屯組、大河深組和楊家溝組、侏羅紀(jì)小蜂蜜頂子組、一拉溪組和南樓山組以及晚古生代-中生代的花崗質(zhì)侵入體(吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1988)。本文研究的花崗巖主要分布于張家屯村西山上，僅在山脊及南坡產(chǎn)出，出露面積約100m2(圖1)，巖體周圍被晚志留世-早泥盆世張家屯組地層覆蓋，與張家屯組呈沉積接觸關(guān)系。張家屯組由底部的礫巖、中部的含礫砂巖及上部的粉砂巖和紅色凝灰質(zhì)粉砂巖組成，底部礫巖中見有花崗質(zhì)礫石、火山巖礫石以及硅質(zhì)巖礫石等，其中含有珊瑚和腕足類化石，據(jù)生物化石研究結(jié)果認(rèn)為張家屯組形成于晚志留世-早泥盆世(廖衛(wèi)華等,1995)。張家屯英云閃長巖被后期的輝綠巖墻侵入，在接觸帶附近的輝綠巖中殘留有英云閃長巖中的粗粒長石和石英等礦物顆粒，同時在英云閃長巖的產(chǎn)出區(qū)域附近見有碳酸鹽巖，但與張家屯英云閃長巖的接觸關(guān)系不明。

張家屯英云閃長巖樣品的巖相學(xué)特征如下(圖2)：

灰白色不等粒英云閃長巖(12JL4-1，GPS坐標(biāo)：N126°17.674′；E43°41.345′)：風(fēng)化面肉紅色，新鮮面灰白色，不等粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物組成：石英，他形粒狀，粒度1～3mm，含量約25%；斜長石，自形-半自形板狀，可見聚片雙晶，粒度2～5mm，含量約66%，部分斜長石顯示綠簾石化蝕變，綠簾石呈粒狀，粒度1mm左右，暗色礦物均已綠泥石化，個別顆粒顯示出片狀的特點，含量約8%。副礦物(1%)包括鋯石、磷灰石、鐵鈦氧化物(鈦鐵礦和鈦磁鐵礦)等。

2　分析方法

鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室的Agilent 7500a ICP-MS儀器上采用標(biāo)準(zhǔn)測定程序進行，詳細(xì)的實驗原理和流程見(Liuetal.,2008; Liuetal.,2010a)。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500進行分餾校正，標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMORA 1作為未知樣品測定獲得的年齡為415±4Ma(MSWD=0.112，n=24)，該鋯石的ID-TIMS 年齡為416.75±0.24Ma (Blacketal.,2003)。激光束的束斑為32μm。實驗獲得的數(shù)據(jù)采用(Andersen,2002)的方法進行同位素比值的校正，以扣除普通Pb的影響，然后用ISOPLOT宏程序進行年齡協(xié)和圖的生成和處理(Ludwig,2003)。

圖2　張家屯英云閃長巖顯微照片(a、c)為單偏光下；(b、d)為正交偏光下.Q-石英；Pl-斜長石；Bi-黑云母Fig.2　Microphotographs showing mineral compositions and textures of the Zhangjiatun tonalites (a,c) under plane-polarized light; (b,d) under cross-polarized light.Q-quartz; Pl-plagioclase; Bi-biotite

鋯石Hf同位素測試在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室配有193nm激光取樣系統(tǒng)的Neptune多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)上進行，儀器的運行條件和詳細(xì)的分析流程見(Liuetal.,2010b)。測定時用鋯石國際標(biāo)樣91500作外標(biāo)，分析時激光束直徑為44μm，所用的激光脈沖速率為6～8Hz，激光束脈沖能量為100mJ。

主量和微量元素分析均在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成 (Liuetal.,2008,2010a)。主要元素采用X-熒光光譜法(XRF)分析；微量元素的分析則采用電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)分析方法。對國際標(biāo)樣BCR-2(玄武巖)、BHVO-1(玄武巖)和AGV-1(安山巖)的分析結(jié)果表明，主要元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%，微量元素的分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于10%。

3　分析結(jié)果

張家屯英云閃長巖的LA-ICP MS鋯石U-Pb定年結(jié)果見表1，鋯石CL圖像見圖3，英云閃長巖的主量和微量元素分析結(jié)果見表2，鋯石Hf同位素分析結(jié)果見表3。

圖3　張家屯英云閃長巖中部分鋯石的CL圖像圖中大圈和Hf(9,11,12)分別代表鋯石Hf同位素的分析位置及分析點號,小圈及內(nèi)部數(shù)字代表鋯石年齡的分析位置及點號Fig.3　CL images of selected zircons from the Zhangjiatun tonalites

3.1　年代學(xué)

表1張家屯英云閃長巖LA-ICP MS鋯石U-Pb分析結(jié)果
Table 1LA-ICP MS zircon U-Pb isotope data for the Zhangjiatun tonalities in the central Jilin Province

分析號含量(×10-6)ThUTh/U同位素比值表面年齡(Ma)207Pb/206Pb±(1σ)207Pb/235U±(1σ)206Pb/238U±(1σ)208Pb/232Th±(1σ)207Pb/206Pb±(1σ)207Pb/235U±(1σ)206Pb/238U±(1σ)137820 450 076600 008560 751960 081080 071200 002100 021390 0005111112335694744313220620 320 080850 019450 798160 184550 071600 004760 021380 001361218530596104446293701400 500 060070 004290 596320 041000 070980 001450 022650 001416061144752644294621320 470 074370 005370 733840 052230 072030 001920 023870 0018510521005593144812522660 330 076580 011330 733540 105870 069470 002260 020870 0005311103155596243314619320 590 096160 042201 108810 474810 083630 008010 024520 0031115511029758229518487631220 520 069620 005030 692410 049980 071730 001570 022410 0016291711353430447981862290 810 053930 003990 532140 037780 071040 001360 021060 00118368126433254428921540 380 070870 012970 700750 124740 071710 003040 021730 000779544075397444618102043000 680 060230 004370 588820 040590 070930 001450 021280 00101612114470264429114292831 520 064030 005520 624050 049390 071670 001920 014950 0008474312249231446121259720 820 090820 008700 831740 074310 071240 002280 023430 002161443122615414441413180011101 620 054080 002270 477990 019560 063220 000910 015520 0005837466397133956141121350 830 066990 005410 707370 054340 080300 001940 023720 001578381205433249812156784241 600 055650 003540 551700 033970 070980 001520 013160 0005543899446224429161011410 720 056960 004750 635720 049100 080770 002200 021270 0012649012350030501131732710 440 091540 010751 038540 102620 088390 004290 030730 00328145811572351546251810400 260 078870 028390 706770 248130 064990 005150 019460 00347116977254314840631191191250 950 089380 006360 491090 034930 039590 001290 011970 0007814128640624250820661120 590 057780 005100 638270 051480 081010 002340 022650 001595211265013250214214043751 080 053400 002410 612910 028620 081110 001490 023770 0009634672485185039222172360 920 057100 003720 566340 036510 071010 001540 017320 0008549510445624442923781350 580 067420 005170 656700 047300 071140 001580 022400 001408511135132944392428970 280 067450 008220 657120 077810 070650 002020 021530 000488522665134844012

圖4　張家屯英云閃長巖鋯石U-Pb諧和圖(a)和頻數(shù)圖(b)Fig.4　Concordia diagram (a) and frequency diagram (b) showing LA-ICP-MS zircon U-Pb dating result for the Zhangjiatun tonalites

圖5　張家屯英云閃長巖主量元素判別圖解(a)-硅堿圖；(b)-硅鉀圖；(c)-A/CNK-A/NK圖解Fig.5　Discrimination diagrams of major elements for the Zhangjiatun tonalities(a)-SiO2 vs.Na2O+K2O diagram; (b)-SiO2 vs.K2O diagram; (c)-A/CNK vs.A/NK diagram

張家屯英云閃長巖的鋯石CL圖像顯示(圖3)，鋯石分為兩大類，一類鋯石具有明顯的核邊結(jié)構(gòu)，核部顯示后期水熱變質(zhì)特征，邊部具有巖漿成因振蕩生長環(huán)帶，鋯石的Th和U的含量較高(表1)；另一類鋯石沒有核邊結(jié)構(gòu)，從核部到邊部色調(diào)均勻，并具有巖漿成因的生長環(huán)帶，鋯石的Th和U的含量較低。張家屯英云閃長巖中鋯石的Th和U的含量分別介于10×10-6～1800×10-6和32×10-6～1110×10-6，Th/U比值介于0.26～1.62(表1)，上述特征顯示所分析的鋯石均為巖漿成因。位于諧和線及其附近的測點的206Pb/238U年齡可分為兩組(圖4)：較老的一組206Pb/238U年齡介于498±12Ma和503±9Ma，4個測點的加權(quán)平均年齡為501±11Ma(MSWD=0.038)，該年齡代表了研究區(qū)早期巖漿作用的時代；較年輕的一組206Pb/238U年齡介于440±12Ma和448±12Ma，14個測點的加權(quán)平均年齡為443±5Ma(MSWD=0.085)，該年齡代表了張家屯英云閃長巖的形成時代，即晚奧陶世-早志留世。諧和線最下部395±6Ma的年齡的打點位置打到了變質(zhì)增生邊上，給出的是混合年齡，該年齡明顯比巖漿結(jié)晶年齡年輕(圖4)。

3.2　地球化學(xué)

3.2.1主量元素

張家屯英云閃長巖的SiO2含量介于71.5%～72.9%，全堿(Na2O+K2O)含量介于4.38%～5.25%(圖5a)，Na2O/K2O比值(5.62～18.91)變化較大，并且Na2O含量遠(yuǎn)大于K2O含量，Al2O3含量介于13.2%～14.1%，具有低K2O(0.22%～0.76%)、TiO2(0.30%～0.42%)和P2O5含量(0.051%～0.180%)以及低的FeOT/MgO(2.53～3.62)比值(表2)，該英云閃長巖落入低鉀拉斑系列(圖5b)。其A/CNK值介于0.95～1.25，A/NK值介于1.71～1.94，主體屬于I型花崗巖(圖5c)。與島弧英云閃長巖的Al2O3含量相比，張家屯英云閃長巖偏低(<15%)。其高鈉低鉀的特征也不同于同時代高鉀鈣堿性系列的張廣才嶺花崗巖 (圖5，Wangetal.,2012)。

3.2.2稀土及微量元素

張家屯英云閃長巖稀土總量介于15.3×10-6～23.4×10-6，具有輕稀土呈右傾型[(La/Sm)N=3.65～4.90]和平坦的重稀土分配型式[(Gd/Yb)N=0.94～1.03]，并顯示明顯的正銪異常(Eu/Eu*=1.85～2.59，圖6a)。微量元素蛛網(wǎng)圖顯示，具有明顯的大離子親石元素Rb、Ba、Th和Sr的富集以及高場強元素Nb和Ta的虧損(圖6b)。張家屯英云閃長巖以較低的稀土和微量元素豐度與張廣才嶺同時代的花崗巖相區(qū)別(Wangetal.,2012)。

表2吉林中部地區(qū)張家屯英云閃長巖主量(wt%)及微量元素(×10-6)分析數(shù)據(jù)
Table 2Major (wt%) and trace (×10-6) element data for the Zhangjiatun tonalite in the central Jilin Province

樣品號12JL4?112JL4?212JL11?112JL11?312JL11?5巖性英云閃長巖SiO272 3072 9071 5071 6072 20TiO20 300 420 340 360 30Al2O314 1013 2013 8013 5013 60Fe2O3T3 153 833 663 483 44MnO0 050 060 080 070 07MgO1 091 360 910 930 90CaO2 101 913 963 733 55Na2O4 493 824 164 334 31K2O0 760 680 220 250 23P2O50 060 080 060 180 05LOI1 741 921 481 541 50Total100 10100 10100 10100 00100 20Mg#2626202121K2O+Na2O5 254 504 384 584 54A/CNK1 171 250 960 950 99A/NK1 711 871 941 831 86La3 583 784 995 105 38Ce5 896 817 858 107 92Pr0 650 760 940 980 98Nd2 412 893 783 873 83Sm0 460 610 860 850 80Eu0 400 410 550 530 60Gd0 480 570 900 890 91Tb0 0790 0930 150 160 16Dy0 490 610 991 051 01Ho0 110 130 210 220 21Er0 300 430 630 670 63Tm0 0550 0670 0930 110 11Yb0 390 490 640 730 71Lu0 0630 0820 110 100 12∑REE15 317 722 723 323 4Eu/Eu?2 592 101 901 852 15(La/Yb)N6 595 545 65 015 44Li9 8511 47 397 258 29Be0 470 420 410 400 44Sc3 244 296 197 016 27V40 948 662 562 962 6Cr2 213 162 015 094 95Co5 26 494 935 335 3Ni1 211 531 181 471 56Cu10 310 73 913 733 55Zn27 633 220 422 123 6Ga10 610 413 813 414 3Rb17 616 44 695 165 26Cs1 591 541 171 101 30Sr292250347340367Ba19517174 183 785 2Zr33 146 139 443 434 8Hf0 761 090 991 040 90U0 270 300 310 330 34Th1 001 081 061 151 21Pb2 643 005 405 075 55Nb0 500 680 770 830 72Ta0 0430 0530 0550 060 057Y4 045 017 557 386 58

注：Mg#=100×Mg2+/(Mg2++TFe2+); A/CNK=Al2O3/[CaO+K2O+Na2O]摩爾比; A/NK= Al2O3/[K2O+Na2O]摩爾比; Eu/Eu*=EuN/(SmN×GdN)1/2球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化

3.3　鋯石Hf同位素

張家屯英云閃長巖的Hf同位素分析結(jié)果見表3，樣品的176Lu/177Hf值變化較大(0.001061～0.005838)，176Hf/177Hf值介于0.282815～0.282856，εHf(t)值介于9.92～13.6，從501Ma到443Ma，其εHf(t)值逐漸降低，顯示早期巖漿事件的源區(qū)虧損較強(圖7)。其單階段虧損地幔模式年齡介于567～674Ma，兩階段虧損地幔模式年齡介于648～911Ma。其εHf(t)值明顯高于同時代的張廣才嶺花崗巖 (圖7,Wangetal.,2012)。

4　討論

4.1　張家屯英云閃長巖的形成時代

對于張家屯英云閃長巖的形成時代，目前為止沒有同位素定年資料，前人僅根據(jù)與其呈沉積接觸關(guān)系的張家屯組地層中化石的時代(晚志留世-早泥盆世)，將其時代確定為加里東期(李東津,1997)。本文中鋯石具有巖漿成因的生長環(huán)帶，它們的Th/U比值介于0.26～1.62，暗示這些鋯石為巖漿成因，其定年結(jié)果應(yīng)代表了巖漿事件的時代，因此，張家屯英云閃長巖(443±5Ma)的產(chǎn)出表明吉林中部地區(qū)存在晚奧陶世-早志留世巖漿事件。這與張廣才嶺地區(qū)早古生代花崗巖的形成時代(443～451Ma)相對應(yīng)(Wangetal.,2012)。同時501Ma的捕獲鋯石的年齡暗示該地區(qū)可能還存在寒武紀(jì)晚期的巖漿事件。

4.2　張家屯英云閃長巖的源區(qū)特征

張家屯英云閃長巖雖具有輕稀土元素略富集的特征，但其K2O和不相容元素含量偏低，暗示來源于強烈虧損的源區(qū)，這也被較高的εHf(t)值所證實。盡管張家屯英云閃長巖的Na2O的含量較高，Yb的含量較低，但其較低的Sr含量和Sr/Y比值以及Al2O3含量不同于洋殼部分熔融形成的埃達克巖(Defant and Drummond,1990) 。張家屯英云閃長巖極低的K2O和TiO2含量、微量元素豐度以及低的(La/Yb)N值也明顯不同于加厚陸殼環(huán)境或俯沖帶環(huán)境源區(qū)殘留石榴石和角閃石條件下(≥8kbar)變玄武質(zhì)巖石部分熔融的熔體成份(Rappetal.,1991; Rapp and Watson,1995)。巖相學(xué)上，張家屯英云閃長巖礦物組成與大洋斜長花崗巖相似(Le Maitreetal.,1989)，同時張家屯英云閃長巖也與大洋斜長花崗巖具有相似的地球化學(xué)特征(圖8,Barkeretal.,1985; Rappetal.,1991; Koepkeetal.,2004,2007)。關(guān)于大洋斜長花崗巖的成因，主要有以下四種觀點：(1)大洋中脊拉斑玄武質(zhì)巖漿(MORB型)結(jié)晶分異成因 (Coleman and Donato,1979; Aldiss,1981; Floydetal.,1998)；(2)含水流體存在條件下，堆晶輝長巖高溫(>900℃) 低壓下部分熔融成因(Koepkeetal.,2004,2007)；(3)與大洋拉斑玄武質(zhì)熔體有關(guān)的不混熔成因(Dixon and Rutherford,1979)；(4)變玄武質(zhì)巖石部分熔融成因(Gerlachetal.,1981; Pedersen and Malpas,1984; Kimuraetal.,2002)。首先，張家屯英云閃長巖具有輕稀土和大離子親石元素富集，高場強元素及重稀土虧損的特征，這明顯不同于傳統(tǒng)意義上的大洋斜長花崗巖(大洋拉斑玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異成因)。其次，張家屯英云閃長巖的具有低TiO2(小于1%)、K2O、P2O5含量以及FeOT/MgO比值(圖8)，排除了其它玄武質(zhì)巖石(或變玄武質(zhì)巖石)部分熔融形成的長英質(zhì)巖石或不混熔成因的高硅侵入巖的成因模式。張家屯英云閃長巖的地球化學(xué)特征與大洋巖石圈中堆晶輝長巖富水條件和高溫低壓條件下部分熔融形成的斜長花崗巖的地球化學(xué)特征相似(Koepkeetal.,2004,2007)，具有MORB型虧損的Hf同位素特征也說明了這一點。其大離子親石元素富集和高場強元素虧損的特征可能與俯沖流體的加入有關(guān)。基于上述分析認(rèn)為，張家屯英云閃長巖的原始熔體可能來源于有俯沖流體參與的高溫低壓條件下大洋堆晶輝長巖的部分熔融。

表3吉林中部地區(qū)張家屯英云閃長巖鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果
Table 3Lu-Hf isotopic analyzed data of zircons from the Zhangjiatun tonalite in the central Jilin Province

SpotNo t(Ma)176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177Hf1σεHf(t)1σtDM1(Ma)tDM2(Ma)fLu/Hf12JL4?1?014430 0577490 0020590 2828550 00000812 10 62579741-0 9412JL4?1?024430 0273390 0010610 2828150 00001111 00 68621845-0 9712JL4?1?034430 0676530 0025200 2828430 00001211 60 72603791-0 9212JL4?1?044430 1422480 0048450 2828250 00001110 20 71674911-0 8512JL4?1?054430 0526140 0018530 2828180 00000710 80 60630855-0 9412JL4?1?064430 0442190 0017390 2828520 00000912 10 64579744-0 9512JL4?1?073950 1619040 0058380 2828500 0000119 920 68654905-0 8212JL4?1?084430 0639880 0023920 2828350 00000911 30 64613814-0 9312JL4?1?095010 0386920 0013960 2828560 00000613 60 59567648-0 9612JL4?1?105010 0521470 0019790 2828380 00000912 70 64602723-0 9412JL4?1?114430 0560000 0019780 2828340 00000611 40 59608807-0 9412JL4?1?124430 0360770 0013640 2828160 00000910 90 64625849-0 96

圖6　張家屯英云閃長巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a，標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Henderson,1984)和正常大洋中脊標(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)Fig.6　Chondrite-normalized REE patterns (a,normalization values after Henderson,1984) and N-MORB-normalized trace element spider diagrams (b normalization values after Sun and McDonough,1989) for the Zhangjiatun tonalities

圖7　張家屯英云閃長巖鋯石Hf同位素特征Fig.7　Zircon Hf isotopic compositions for the Zhangjiatun tonalites

圖8　張家屯英云閃長巖TiO2、FeOT/MgO、K2O和P2O5與SiO2相關(guān)圖圖中斜長花崗巖主量元素數(shù)據(jù)來自Koepke et al.(2007)中相關(guān)文獻Fig.8　Plots of SiO2 vs.TiO2,FeOT/MgO,K2O and P2O5 for the Zhangjiatun tonalitiesMajor element data of plagiogranites from the relative references in Koepke et al.(2007)

4.3　張家屯早古生代英云閃長巖的構(gòu)造背景

斜長花崗巖可以產(chǎn)出于多種構(gòu)造環(huán)境中(如大洋中脊附近以及超俯沖帶的弧前、弧內(nèi)裂谷和弧后環(huán)境)。張家屯英云閃長巖具有Nb和Ta虧損以及輕稀土富集的特征，暗示與俯沖帶環(huán)境的親緣性，張家屯英云閃長巖中鋯石的Th、U含量變化較大(表1)，鋯石核部顯示退變質(zhì)現(xiàn)象，表明源區(qū)可能經(jīng)歷了強烈的高溫流體作用，暗示張家屯英云閃長巖可能形成于構(gòu)造活動帶，其正銪異常和平坦的重稀土分配型式暗示為低壓條件下的部分熔融，源區(qū)不存在石榴石的殘留，說明張家屯英云閃長巖可能形成于俯沖帶的弧前環(huán)境(Shervais,2001)。其年輕的Hf模式年齡表明源巖——堆晶輝長巖的時代略早于張家屯英云閃長巖。上述特征說明晚奧陶世-早志留世研究區(qū)可能存在大洋板塊的俯沖作用，同時也說明至少在早志留世之前，研究區(qū)存在古大洋。那么，到底是洋陸俯沖背景下的大陸邊緣環(huán)境還是洋洋俯沖背景下的島弧環(huán)境？首先，張家屯英云閃長巖較低K2O和微量元素含量以及強烈虧損的Hf同位素組成(最高為12.7)，暗示源區(qū)主要由虧損地幔來源的、新增生的物質(zhì)組成。其次，區(qū)域上同時代的桃山組筆石頁巖具有弧間盆地的沉積特征，另外，其地球化學(xué)特征也與弧前環(huán)境相似，這些特點都明顯不同于同時代的張廣才嶺早古生代花崗巖，暗示張家屯英云閃長巖形成于島弧環(huán)境(Floydetal.,1998; Shervais,2001; Stern,2002; Dilek and Flower,2003; Dilek and Furnes,2011)。前人研究表明，與張家屯英云閃長巖呈沉積接觸關(guān)系的晚志留世-早泥盆世張家屯組具有磨拉石建造的沉積特征，吉中地區(qū)晚志留世-早泥盆世張家屯組、二道溝組和小綏河組的沉積建造特征以及古生物特征可與內(nèi)蒙古中部的西別河組(Upper Ludlovian)進行對比(王友勤等,1997; Johnsonetal.,2001; 張允平等,2010)，而且，張家屯組、二道溝組和小綏河組中的珊瑚和腕足動物化石顯示為華北北緣型(廖衛(wèi)華等,1995; 趙春荊等,1996)，上述事實證明華北板塊北緣東段早古生代陸緣增生帶是存在的，晚奧陶世-早志留世研究區(qū)處于島弧環(huán)境，晚志留世-早泥盆世可能發(fā)生了弧陸或陸陸碰撞，形成了具磨拉石建造特點的西別河組沉積，西別河組與下伏加里東期花崗巖之間區(qū)域性的角度不整合的接觸關(guān)系是加里東運動在華北板塊北緣的體現(xiàn)(張允平等,2010)。

5　結(jié)論

根據(jù)張家屯英云閃長巖的鋯石U-Pb定年結(jié)果、全巖主量和微量元素以及鋯石Hf同位素特征，同時結(jié)合前人的研究成果，得出如下結(jié)論：

(1) LA-ICP MS 鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示，張家屯英云閃長巖形成于443±5Ma，即晚奧陶世-早志留世。

(2)張家屯英云閃長巖的礦物組成和地球化學(xué)特征與超俯沖帶環(huán)境下的大洋斜長花崗巖相似，來源于俯沖流體參與下大洋堆晶輝長巖在低壓高溫條件下的部分熔融。

(3)張家屯英云閃長巖形成于洋殼俯沖背景下的島弧環(huán)境，暗示華北板塊北緣東段早古生代陸緣增生帶的存在。

致謝衷心感謝中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室在鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡測定和鋯石Hf同位素分析，以及全巖主量和微量元素測試過程中給予的幫助。

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