冀北哈叭沁超鎂鐵巖鋯石年代學(xué)及Hf同位素:對區(qū)域巖漿活動(dòng)期次及源區(qū)的指示意義*

李立興 李厚民 王德忠 楊秀清 劉明軍 陳靖 姚通

1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，國土資源部成礦作用與資源評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037 2.河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊(duì)，承德 067000

3.遼寧省冶金地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘查研究院，鞍山 114002

基性巖漿中由于SiO2不飽和，巖漿演化過程中很難形成鋯石(ZrSiO4)。但近年來，華北克拉通北緣的一些鎂鐵-超鎂鐵巖體中挑選出了巖漿鋯石，通過U-Pb定年都獲得了有效的巖體侵位年齡，如東灣子(Zhao et al.，2007)、紅石砬(Zhang et al.，2009a)、哈叭沁(Zhang et al.，2009a)、高寺臺(李立興等，2012a)等超鎂鐵巖體。這些巖體的共同特點(diǎn)是母巖漿具有富水的弧巖漿的特征，并受到地殼物質(zhì)的混染(馬旭等，2009;Chen et al.，2009;張拴宏等，2010;李立興等，2012a)，為巖體中形成巖漿鋯石提供了物質(zhì)條件。由于鋯石具有難熔性，在各種地質(zhì)過程中，即使原寄主巖石被破壞的情況下，仍然能夠以捕擄晶的形式保存下來，從而可以示蹤寄主巖石形成時(shí)代及源區(qū)特征。超鎂鐵巖漿起源深，上升侵位過程中能夠捕獲更豐富的繼承鋯石。因此，對時(shí)代較新超鎂鐵巖中鋯石進(jìn)行U-Pb測年和Hf同位素的研究，不僅能夠獲取超鎂鐵巖自身的形成時(shí)代及源區(qū)特征，對示蹤繼承鋯石寄主巖石的信息也有重要價(jià)值。

承德地區(qū)是我國北方最重要的巖漿型鐵礦礦集區(qū)，著名的“大廟式”鐵礦賦存在古-中元古代大廟斜長巖雜巖體中(翟裕生，1965;趙太平等，2010;Li et al.，2013;張招崇等，2014;Zhang et al.，2014)，約45億噸的超貧釩鈦磁鐵礦資源賦存在以古生代哈叭沁為代表的輝石巖-角閃石巖體中(李厚民等，2009)，表現(xiàn)出成礦元素在小尺度范圍內(nèi)長期聚集的特點(diǎn)。本文選擇承德地區(qū)時(shí)代最新的含鐵礦超鎂鐵巖體中體積最大、含鐵礦量最多的哈叭沁巖體為研究對象，選擇角閃石巖挑選鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石UPb測年和Hf同位素分析，探討承德地區(qū)巖漿活動(dòng)期次、源區(qū)特征，對比分析不同時(shí)代鐵礦在成礦物質(zhì)源區(qū)特征上的聯(lián)系。

1 地質(zhì)背景與巖體地質(zhì)特征

冀北承德地區(qū)在地理位置上位于河北北部，在構(gòu)造上地處華北克拉通北緣，是華北克拉通北緣中段早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底的主要出露地區(qū)之一(Jahn et al.，1987;Liu et al.，1992;Zhai et al.，1993;Zhao et al.，2005)。太古宇單塔子群形成于2.5Ga左右(劉樹文等，2007a，2011;孫會一等，2010;相鵬等，2012)，主要分布在承德、灤平、豐寧一帶，是華北地區(qū)太古宙的變質(zhì)基底，主要由TTG片麻巖組成。承德地區(qū)單塔子群變質(zhì)巖系中產(chǎn)出1個(gè)中型(周臺子)及37個(gè)小型沉積變質(zhì)型鐵礦床(李厚民和李立興，2013)。

承德地區(qū)最重要的斷裂為東西向延伸的紅石砬-大廟斷裂，該斷裂西起豐寧紅石砬以西，向東延入平泉縣北部境內(nèi)。該斷裂形成于古元古代，經(jīng)歷了多期次的韌性變形作用，自侏羅紀(jì)以后，該斷裂轉(zhuǎn)入長期的穩(wěn)定階段并延續(xù)至今(馬曹章，1989)。

沿紅石砬-大廟斷裂帶分布有一系列鎂鐵-超鎂鐵侵入體，形成一條與斷裂帶近于平行的近東西向達(dá)上百千米長的巖漿巖帶，而且賦存有與巖漿巖相關(guān)的鐵、鉻、鉑族元素礦床(馬曹章，1989)。這些侵入體的形成時(shí)代最早為古-中元古代的大廟斜長巖雜巖體(1.74～1.68Ga)(趙太平等，2004;Zhang et al.，2007;Zhao et al.，2009)，最晚為高寺臺純橄巖-輝橄巖-輝石巖-角閃石巖超鎂鐵巖雜巖體(213Ma)(李立興等，2012a)，分布最為廣泛的是輝石巖-角閃石巖超鎂鐵巖雜巖體，典型的如紅石砬、哈叭沁巖體等，侵位于泥盆紀(jì)(倪志耀等，2004;Zhang et al.，2009a;李立興等，2012b)。

承德地區(qū)燕山期巖漿活動(dòng)也較為強(qiáng)烈，代表以火山噴溢活動(dòng)，形成了區(qū)內(nèi)大量的火山沉積地層，其中大廟斜長巖體中部就受到了厚層侏羅系火山-沉積地層的覆蓋，劉健等(2006)測得承德地區(qū)髫髻山組火山沉積地層的形成時(shí)代為156～153Ma。侵入體以花崗巖及花崗閃長巖為主，形成時(shí)代從海西期到燕山期。區(qū)內(nèi)中酸性巖漿活動(dòng)沒有形成具工業(yè)意義的礦化。

哈叭沁輝石巖-角閃石巖雜巖體位于河北省承德市西北部，華北克拉通北緣東段東西向紅石砬-大廟斷裂帶南側(cè)。巖體東西長6.7km，南北寬2.5km，南側(cè)侵入于太古宇單塔子群變質(zhì)巖系中，東側(cè)侵入于古元古代輝長巖中，西側(cè)被第四紀(jì)沉積物覆蓋，北側(cè)被侏羅-白堊紀(jì)火山巖覆蓋(圖1)。巖體在平面上自中心到邊緣可以分為兩個(gè)相帶:中心相為橄欖輝石巖和輝石巖，邊部相為角閃石巖，相鄰巖相之間為漸變過渡關(guān)系，角閃石巖即為巖漿型超貧鐵礦石。

2 樣品及分析技術(shù)

本文年齡測試樣品粗晶角閃石巖(HBQ-4)、中-細(xì)晶角閃石巖(hbq-5)和細(xì)晶角閃石巖(hbq-3)均采自哈叭沁超鎂鐵巖體中角閃石巖相中，采樣位置及樣品照片見圖1。粗晶角閃石巖呈脈或透鏡體產(chǎn)于細(xì)晶角閃石巖之中，其形成于角閃石巖相結(jié)晶作用的晚期，巖石主要由粒徑＞1cm粗粒自形角閃石(90%)及少量的鐵鈦氧化物(8%)和磷灰石(2%)組成。中-細(xì)晶角閃石巖和細(xì)晶角閃石巖產(chǎn)出和分布特征相似，為角閃石巖相的最主要巖石類型，巖石主要由粒徑不等但普遍＜1cm的角閃石(85% ～95%)及少量的鐵鈦氧化物(5% ～10%)和磷灰石(3% ～5%)組成。

圖1 哈叭沁輝石巖-角閃石巖雜巖體地質(zhì)簡圖(據(jù)河北地質(zhì)礦產(chǎn)局，1993① 河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.1993.大廟幅1∶50000區(qū)域地質(zhì)圖修改)及測年樣品野外照片F(xiàn)ig.1 Geological map of the Habaqin clinopyroxenite-hornblendite complex and photograph of the hornblendites used for zircon U-Pb dating

本文測年樣品每件重約30kg。鋯石/斜鋯石的分選工作在河北省廊坊科大巖石礦物分選實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，挑選好的鋯石/斜鋯石單礦物被嵌入直徑為22mm的環(huán)氧樹脂靶中，并進(jìn)行拋光。經(jīng)電子探針分析鑒定，環(huán)氧樹脂靶中的單礦物全部為鋯石。鋯石陰極發(fā)光圖像分析在北京離子探針中心進(jìn)行，LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。鋯石測年分析所用儀器為Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及與之配套的Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)，激光剝蝕所用束斑直徑為25μm，頻率為10Hz，能量密度約為2.5J/cm2，以He為載氣。LA-MC-ICP-MS激光剝蝕采樣采用單點(diǎn)剝蝕的方式，測試過程中在每測定5～7個(gè)樣品前后重復(fù)測定兩個(gè)鋯石GJ1(206Pb/238U 年齡610±2Ma，Elhlou et al.，2006)對樣品進(jìn)行校正，并測量一個(gè)鋯石Plesovice，觀察儀器的狀態(tài)和測試的重現(xiàn)性，鋯石標(biāo)準(zhǔn)定年精度和準(zhǔn)確度均在1%(2σ)左右。樣品鋯石 U-Pb諧和圖用 Isoplot 3.0制作(Ludwig，2003)。詳細(xì)的儀器參數(shù)及實(shí)驗(yàn)流程見侯可軍(2009)。

原位鋯石Hf同位素測試是在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所Neptune多接收等離子質(zhì)譜(MC-ICP-MS)和Newwave UP213紫外激光剝蝕系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS)上進(jìn)行的，其測點(diǎn)與鋯石U-Pb測點(diǎn)位置及編號一致。實(shí)驗(yàn)過程中采用He作為剝蝕物質(zhì)載氣，剝蝕直徑采用55μm，測定時(shí)使用鋯石國際標(biāo)樣GJ1作為參考物質(zhì)。分析過程中鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ1的176Hf/177Hf測試加權(quán)平均值為0.282015±31(2SD，n=10)，與文獻(xiàn)報(bào)道值(Elhlou et al.，2006;侯可軍等，2007)在誤差范圍內(nèi)完全一致。相關(guān)儀器運(yùn)行條件及詳細(xì)分析流程見侯可軍等(2007)。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb定年結(jié)果

對粗晶角閃石巖HBQ-4中的20粒鋯石進(jìn)行了LA-ICPMS U-Pb測年，獲得了20個(gè)測點(diǎn)的分析數(shù)據(jù)，鋯石的陰極發(fā)光圖像見圖2，測試數(shù)據(jù)見表1，諧和圖見圖3a。除測點(diǎn)3外，

其他所有測點(diǎn)都落在諧和線上或附近，206Pb/238U年齡值介于510～399Ma之間，集中分布于422～399Ma之間。這些鋯石在形態(tài)上特征相似，都呈自形短柱狀碎塊，磨圓度差，鋯石粒徑160～350μm;在陰極發(fā)光圖像上，鋯石不發(fā)育核邊結(jié)構(gòu)，內(nèi)部無或具較弱的韻律環(huán)帶，部分顆粒呈斑塊狀或補(bǔ)丁狀，具有基性巖漿鋯石特征。測試數(shù)據(jù)中諧和性更高，年齡值分布更集中的12個(gè)測點(diǎn)得出206Pb/238U加權(quán)平均年齡為406±2Ma(MSWD=2.6)(圖3b)，對應(yīng)的Th/U介于0.55～2.90之間，平均1.14。更老的3個(gè)206Pb/238U年齡分別為510±19Ma(測點(diǎn)6)、461±20Ma(測點(diǎn)20)、478±3Ma(測點(diǎn)16)，前兩個(gè)測點(diǎn) U含量太低(分別為6.1×10－6和3.2×10－6)可能導(dǎo)致結(jié)果誤差大，而478±3Ma的測點(diǎn)雖然具高Th/U比及好的諧和性，但鋯石粒徑明顯小于樣品中的其它鋯石，且前人在承德地區(qū)的年代學(xué)研究及本文其它測點(diǎn)中未發(fā)現(xiàn)相似的年齡值，應(yīng)為鋯石挑選過程中的污染。

表1 哈叭沁超鎂鐵巖體角閃石巖中鋯石U-Pb同位素測年數(shù)據(jù)Table 1 U-Pb isotopic results of zircons from the hornblendites in the Habaqin ultramafic complex

續(xù)表1Continued Table 1

對細(xì)晶角閃石巖hbq-3中的40粒鋯石進(jìn)行了LA-ICPMS U-Pb測年，獲得了42個(gè)測點(diǎn)的分析數(shù)據(jù)，鋯石的陰極發(fā)光圖像見圖2，測試數(shù)據(jù)見表1，諧和圖見圖3c。測試獲得的年齡值可分為兩組:(1)表面年齡值較年輕的14個(gè)測點(diǎn)投影都落在諧和線上或附近，206Pb/238U年齡值在428～376Ma之間均勻分布(圖3d)，其中諧和性好的6個(gè)測點(diǎn)206Pb/238U年齡值在406～385Ma之間，對應(yīng)Th/U介于0.08～2.09之間，平均0.76，對應(yīng)鋯石大部分在形態(tài)和結(jié)構(gòu)上都與與粗晶角閃石巖HBQ-4中的鋯石相似，但鋯石粒徑更小，介于70～180μm之間。(2)表面年齡值較老28個(gè)測點(diǎn)大都顯示出不同程度的Pb丟失，投影點(diǎn)落在諧和線下方，207Pb/206Pb年齡值介于2824～1811Ma之間。這些鋯石形態(tài)不一，磨圓度較高，粒徑普遍較小，介于30～200μm之間，鋯石在陰極發(fā)光圖像上普遍發(fā)育核邊結(jié)構(gòu)，核部呈深黑色，邊部呈淺灰色。因?yàn)殇喪狡毡檩^小，且邊部窄，本次測試多選擇了鋯石的核部進(jìn)行測試，對應(yīng)U含量介于206×10－6～1398×10－6之間，Th含量介于115×10－6～1992×10－6之間，對應(yīng) Th/U 介于0.17～2.49之間。淺灰色鋯石邊的年齡值僅有測點(diǎn)18，其207Pb/206Pb年齡值為2195±12Ma，投影落在諧和線上，說明淺灰色鋯石邊并不都是角閃石巖成巖期形成。上述28個(gè)分析數(shù)據(jù)在206Pb/238U-207Pb/235U圖解上(圖3c)構(gòu)成2條不一致線，其上交點(diǎn)的年齡分別為 2200±14Ma和 2602±67Ma。

對中-細(xì)晶角閃石巖hbq-5中的20粒鋯石進(jìn)行了 LAICP-MS U-Pb測年，獲得了42個(gè)測點(diǎn)的分析數(shù)據(jù)，鋯石的陰極發(fā)光圖像見圖2，測試數(shù)據(jù)見表1，諧和圖見圖3e。測試獲得的年齡值可分為兩組:(1)表面年齡值較年輕的5個(gè)投影都落在諧和線上或附近，206Pb/238U年齡值在433～371Ma之間。測點(diǎn)14的206Pb/238U年齡值最小為371±2Ma，U含量高，鋯石在陰極發(fā)光圖像上呈深黑色，Th/U=0.03，該鋯石應(yīng)該經(jīng)歷了后期熱事件的改造。剩余4個(gè)點(diǎn)206Pb/238U年齡值分別為394±3Ma、425±3Ma、425 ±5Ma、433 ±6Ma(圖 3f)，鋯石形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征與HBQ-4和hbq-3樣品中相似年齡值的特征相似，其中更年輕的年齡值394Ma代表了成巖時(shí)代。較老的3個(gè)年齡值因?yàn)闇y點(diǎn)少，Zhang et al.(2009a)及本文其它樣品鋯石定年中也沒有相似年齡值的測點(diǎn)，因此不能推測成一期巖漿活動(dòng)。(2)表面年齡值較老15個(gè)測點(diǎn)大都顯示出不同程度的Pb丟失，投影點(diǎn)落在諧和線下方，207Pb/206Pb年齡值介于2483～1847Ma之間。這些鋯石形態(tài)不一，磨圓度較高，粒徑變化范圍大，部分鋯石在陰極發(fā)光圖像上發(fā)育核邊結(jié)構(gòu)，核部呈深黑色，邊部呈淺灰色，但邊部較窄。上述15個(gè)分析數(shù)據(jù)在206Pb/238U-207Pb/235U圖解上(圖3e)構(gòu)成3條不一致線，其上交點(diǎn)的年齡分別為1836±80Ma、1916±26Ma和2535±68Ma。

3.2 鋯石Hf同位素

本文對粒徑較大的鋯石進(jìn)行了原位Hf同位素測試。由表2可見，所有鋯石測點(diǎn)的176Lu/177Hf值除幾個(gè)略大外，其他值均明顯小于0.002，說明鋯石形成后具有較低的放射性成因Hf積累，所測176Hf/177Hf可以代表鋯石從巖漿結(jié)晶時(shí)的Hf同位素組成。21個(gè)206Pb/238U年齡值介于433～399Ma之間鋯石的176Hf/177Hf值變化于0.281828～0.282770之間，εHf(t)值中除樣品hbq-5中2個(gè)測點(diǎn)為正(7.2和8.4)外，其它均為負(fù)值，介于－24.2～－16.6之間，平均－21.3;εHf(t)值為正的2個(gè)測點(diǎn)的對應(yīng)的鋯石Hf同位素單階段模式年齡(tDM1)分別為676Ma和712Ma，二階段模式年齡(tDM2)分別為849Ma和909Ma;其余測點(diǎn)tDM1介于2003～1731Ma之間，tDM2介于2938～2448Ma之間，平均2737Ma。8個(gè)207Pb/206Pb年齡值介于2009～1847Ma之間鋯石176Hf/177Hf值變化于0.281300～0.281547之間，εHf(t)值介于 －8.9～ －0.8之間，平均－4.7;對應(yīng)的tDM1介于2689～2342Ma之間，tDM2介于3121～2646Ma之間，平均2845Ma。6個(gè)207Pb/206Pb年齡值介于2483～2339Ma之間鋯石176Hf/177Hf值變化于0.281305～0.281393之間，εHf(t)值介于0.7～4.6之間，平均2.5;對應(yīng)的tDM1介于2679～2609Ma之間，tDM2介于2858～2744Ma之間，平均2778Ma。

4 討論

4.1 成巖成礦時(shí)代

前人對哈叭沁巖體進(jìn)行了年代學(xué)研究，Zhang et al.(2009a)測得異剝鈣榴巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡397±6Ma和392±5Ma，李立興等(2012b)獲得角閃石巖中角閃石的40Ar-39Ar坪年齡為401±8Ma和379±4Ma，最大值和最小值相差超過20Ma。本文哈叭沁超鎂鐵巖體中角閃石巖LA-

年齡在誤差范圍內(nèi)一致，說明哈叭沁巖體形成于泥盆紀(jì)。志留紀(jì)末期，白乃廟島弧與華北克拉通北緣發(fā)生弧-陸碰撞，對應(yīng)島弧巖帶結(jié)束于～420Ma左右(李錦軼等，2009;趙越等，2010)，哈叭沁巖體的成巖年齡說明該巖體形成于該弧-陸碰撞后的伸展階段(Zhang et al.，2009a;李立興等，2012b)。

表2 哈叭沁超鎂鐵巖體角閃石巖中鋯石Hf同位素分析結(jié)果Table 2 Hf isotopic data of zircons from the hornblendites in the Habaqin ultramafic complex

圖3 哈叭沁超鎂鐵巖體鋯石U-Pb諧和圖Fig.3 U-Pb age concordia diagrams of zircons from the hornblendites in the Habaqin ultramafic complex

圖4 哈叭沁超鎂鐵巖體角閃石巖中鋯石年齡頻率和概率圖(a)以及鋯石測點(diǎn)Th/U-年齡圖(b)Fig.4 Age histogram and relative probability plots(a)and Th/U versus ages of zircons of the hornblendites in the Habaqin ultramafic complex(b)

本文還獲得了371Ma的后期變質(zhì)改造年齡(Th/U=0.03)，說明哈叭沁巖體在侵位之后不久便遭受了變質(zhì)和熱液蝕變作用，這與Zhang et al.(2009a)的地質(zhì)依據(jù)相符。

4.2 繼承鋯石的成因

哈叭沁巖體中的44個(gè)繼承鋯石測點(diǎn)207Pb/206Pb年齡值介于2824～1811Ma之間，全部形成于早前寒武紀(jì)(圖4a)。絕大部分繼承鋯石都有Pb丟失，測點(diǎn)投影落在諧和線的下方，測點(diǎn)Th/U值介于0.17～2.49之間(圖4b)。偉晶狀角閃石巖形成于巖體演化的最晚期，樣品HBQ-4中不發(fā)育繼承鋯石。分析數(shù)據(jù)在兩個(gè)樣品hbq-3和hbq-5的206Pb/238U-207Pb/235U圖解上共構(gòu)成5條不一致線，擬合出的上交點(diǎn)年齡從老到新依次為:2602 ±67Ma、2535±68Ma、2200 ±14Ma、1916 ±26Ma、1836 ±80Ma。

2.6～2.5Ga:年齡值2602±67Ma與2535±68Ma在誤差范圍內(nèi)一致。這一年齡段繼承鋯石形態(tài)多為短柱狀，磨圓度高，在陰極發(fā)光圖像上部分鋯石測點(diǎn)為核邊結(jié)構(gòu)的核，具有弱的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，鋯石特征與承德地區(qū)基底新太古代單塔子群TTG片麻巖中的鋯石特征相似(劉樹文等，2007a，b;孫會一等，2010;相鵬等，2012)，年齡值也一致。因此，本次年齡測試樣品中2.6～2.5Ga的繼承鋯石可能為巖漿上升過程中捕獲自基底地層。

2200Ma:細(xì)晶角閃石巖(hbq-3)中測點(diǎn)18諧和性高，對應(yīng)207Pb/206Pb年齡為2195±12Ma。該鋯石形態(tài)為渾圓狀，陰極發(fā)光圖像上具有弱的寬振蕩環(huán)帶，測點(diǎn)Th/U高為1.54，為巖漿鋯石。劉樹文等(2007a)測得冀北石榴子石黑云母二長花崗質(zhì)片麻巖成巖年齡為2180±42Ma，認(rèn)為其形成于殼源深熔巖漿作用，本文的年齡值與之相似。

1916Ma:中-細(xì)晶角閃石巖(hbq-5)中這一組共4顆鋯石形態(tài)為渾圓狀，陰極發(fā)光圖像上呈灰白色，環(huán)帶結(jié)構(gòu)不明顯，測點(diǎn)Th/U介于0.23～0.96之間，應(yīng)為巖漿鋯石。冀北地區(qū)測得相似的年齡值也均為捕獲鋯石，劉樹文等(2007a，b)認(rèn)為其與變質(zhì)改造事件有關(guān)。

1836Ma:中-細(xì)晶角閃石巖(hbq-5)中這一組共4顆鋯石形態(tài)為半自形短柱狀，陰極發(fā)光圖像上無環(huán)帶或弱的寬振蕩環(huán)帶，測點(diǎn)Th/U介于0.30～1.01，應(yīng)為巖漿鋯石。冀北地區(qū)具有相似成巖年齡的樣品較多，有黑云母二長花崗巖、石榴子石英云閃長質(zhì)片麻巖、鉀長花崗質(zhì)糜棱片麻巖、石榴石二輝麻粒巖等，與混合巖化與變質(zhì)改造事件有關(guān)(劉樹文等，2007a，b)。

馬曹章(1989)認(rèn)為河北承德紅石砬-大廟斷裂帶的構(gòu)造演化始于古元古代，早期構(gòu)造活動(dòng)為韌性變形作用，與多期區(qū)域變質(zhì)作用和混合巖化作用有關(guān)(馬曹章，1989)，本文繼承鋯石年齡2200Ma、1916Ma和1836Ma記錄了該斷裂帶早期韌性變形作用的3期地質(zhì)事件。

4.3 鎂鐵-超鎂鐵巖漿活動(dòng)期次

綜合前人及本文鋯石年代學(xué)研究結(jié)果，沿紅石砬大廟斷裂帶分布的鎂鐵-超鎂鐵巖體形成時(shí)代主要有古-中元古代、泥盆紀(jì)、晚石炭世-早二疊世、晚三疊世4個(gè)時(shí)期，每期大的深斷裂作用都伴有鎂鐵-超鎂鐵巖漿活動(dòng)，而且上述4個(gè)時(shí)期的巖漿活動(dòng)都與伸展構(gòu)造背景緊密關(guān)聯(lián)。

大廟斜長巖體于1.74～1.68Ga期間侵位，與非造山背景下元古宙伸展體制下華北克拉通東西部陸塊碰撞造山及全球Columbia超大陸形成后大陸裂解有關(guān)(Windley，1993;Zhai et al.，2000;楊進(jìn)輝等，2005)。泥盆紀(jì)沿著紅石砬-大廟斷裂帶侵位一系列規(guī)模較小的鎂鐵-超鎂鐵巖體，典型的如紅石砬和哈叭沁輝石巖-角閃石巖雜巖體(Zhang et al.，2009a，張拴宏等，2010;趙越等，2010)，形成于白乃廟島弧巖帶與華北克拉通弧陸碰撞后的伸展階段。晚石炭世-早二疊世時(shí)期，承德地區(qū)巖漿巖以波羅諾巖體中的石英閃長巖、角閃輝長巖為代表(Zhang et al.，2009a)，該時(shí)期的巖漿活動(dòng)的形成與古亞洲洋向華北克拉通的俯沖作用有關(guān)(趙越等，2010;張拴宏等，2010)。晚三疊世時(shí)期，華北克拉通北緣進(jìn)入華北克拉通與西伯利亞南緣蒙古增生褶皺帶拼合后的伸展階段(趙越等，2010;張拴宏等，2010)，沿紅石砬大廟斷裂帶侵位了高寺臺純橄巖-輝橄巖-輝石巖-角閃石巖雜巖體(李立興等，2012a)。

4.4 鎂鐵-超鎂鐵巖漿及成礦物質(zhì)鐵的源區(qū)特征

鋯石極強(qiáng)的穩(wěn)定性使其Hf同位素組成較少受后期地質(zhì)事件的影響，而極低的Lu含量可獲得準(zhǔn)確Hf同位素組成(Griffin et al.，2002)。承德地區(qū)鐵的成礦作用主要有3期，分別為新太古代單塔子群變質(zhì)巖系中的沉積變質(zhì)型鐵礦、古-中元古代大廟斜長巖體中的“大廟式”巖漿型鐵礦、古生代哈叭沁超鎂鐵巖體中的巖漿型超貧鐵礦。本文選擇形成于不同時(shí)代的鐵礦賦礦圍巖的原生巖漿鋯石的Hf同位素進(jìn)行對比研究，以期揭示承德地區(qū)成礦元素鐵在構(gòu)造演化歷史中的行為。

哈叭沁超鎂鐵巖體巖漿鋯石的εHf(t)值變化范圍很大，Zhang et al.(2009a)異剝鈣榴巖中鋯石εHf(t)值為較小的負(fù)值，而本文角閃石巖中鋯石的εHf(t)值除大部分為較大的負(fù)值外，還有兩個(gè)測點(diǎn)顯示正值，說明泥盆紀(jì)超鎂鐵巖體除來源于受地殼物質(zhì)混染的富集巖石圈地幔外，還可能有一定比例的虧損地幔物質(zhì)。因此，哈叭沁巖體的 tDM2變化隨著εHf(t)的增大，介于 2938～2448Ma(平均 2755Ma)、2119～1804Ma、909～849Ma三個(gè)范圍之間(圖5a)。古-中元古代大廟斜長巖體中斜長巖、蘇長巖、紋長二長巖中鋯石tDM2介于2897～2537Ma之間(圖5b)，平均2775Ma。新太古代單塔子群周臺子鐵礦床斜長角閃巖中鋯石tDM1介于2836～2693Ma之間(圖5c)，平均2745Ma，與本文測點(diǎn)中同時(shí)代的繼承鋯石tDM1值近乎一致，表明其是2.9～2.7Ga期間地幔分異而成(相鵬等，2012)。新太古代、古元古代、晚古生代賦存鐵礦床地質(zhì)體中鋯石模式年齡都介于2.9～2.7Ga之間，在εHf(t)-U-Pb年齡圖上可看出它們都位于該年齡段地殼演化線上，表明它們成礦物質(zhì)來源的一致性(圖6):新太古代地質(zhì)體起源于2.8～2.7Ga期間地幔物質(zhì)的分異;古-中元古代基性巖和泥盆紀(jì)超鎂鐵巖母巖漿中除幔源物質(zhì)的貢獻(xiàn)外，還有部分物質(zhì)起源于2.9～2.7Ga期間形成的基性下地殼物質(zhì)的部分熔融。這些礦床最重要的特征是成礦元素鐵初始來源均為幔源物質(zhì)。

承德地區(qū)雖然廣泛發(fā)育花崗巖、花崗閃長巖、石英閃長巖等中酸性侵入體，且發(fā)育有少量元古宇與古生界碳酸鹽巖，但在區(qū)內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)夕卡巖型鐵礦床。Zhang et al.(2009b)和王芳等(2009)總結(jié)了冀北地區(qū)侵入巖的時(shí)代及地球化學(xué)特征，其中承德地區(qū)的中酸性侵入體從石炭紀(jì)到晚二疊世均有發(fā)育。另外，酸性侵入體在早白堊世還有發(fā)育，如承德甲山正長花崗巖體(Yang et al.，2007)。但這些巖體大部分有著更低的εHf(t)值和更低的雙階段模式年齡，說明這些巖體更可能起源于地殼沉積物質(zhì)的部分熔融。該特征表明，承德地區(qū)與成礦元素鐵相關(guān)的地質(zhì)體的初始源區(qū)為地幔物質(zhì)，亦即鐵成礦作用的物質(zhì)來源于幔源巖漿不斷作用或由幔源巖漿形成的古老下地殼物質(zhì)的重熔，而之后的地殼沉積物質(zhì)部分熔融形成的地質(zhì)體缺乏鐵的成礦潛力。

圖5 承德地區(qū)不同時(shí)代鐵礦化地質(zhì)體原生巖漿鋯石模式年齡頻率和概率圖部分?jǐn)?shù)據(jù)引自Zhang et al.(2007)和Zhao et al.(2009)和相鵬等(2012)Fig.5 Model age histogram and relative probability plots of zircons from the iron deposit-bearing formation and intrusion that formed at different eras in the Chengde areaPart of the data is from Zhang et al.(2007)，Zhao et al.(2009)and Xiang et al.(2012)

5 結(jié)論

鐵馬哈叭沁超鎂鐵巖體中3件角閃石巖樣品的LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡為406±2Ma，表明承德地區(qū)古生代超鎂鐵巖巖漿活動(dòng)發(fā)生于泥盆紀(jì)。繼承鋯石的成因分析表明，承德地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵巖漿活動(dòng)期次主要有古-中元古代、泥盆紀(jì)、晚石炭世-早二疊世、晚三疊世共4期，且都與伸展構(gòu)造背景緊密關(guān)聯(lián)。承德地區(qū)不同時(shí)代的巖漿鋯石Hf同位素對比分析表明，承德地區(qū)鐵成礦作用的物質(zhì)來源于幔源巖漿不斷作用或由幔源巖漿形成的古老下地殼物質(zhì)的重熔。

圖6 承德地區(qū)不同時(shí)代鐵礦化地質(zhì)體原生巖漿鋯石εHf(t)-年齡圖部分 Hf同位素?cái)?shù)據(jù)引自 Zhang et al.(2007)和 Zhao et al.(2009)和相鵬等(2012)Fig.6 Plots of εHf(t)versus ages of zircons from the iron deposit-bearing formation and intrusion thatformed at different eras in the Chengde areaPart of the data is from Zhang et al.(2007)，Zhao et al.(2009)and Xiang et al.(2012)

致謝 本文在LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年和Hf同位素測試過程中得到了侯可軍和郭春麗博士的大力幫助;審稿專家提出的修改意見，使得本文的質(zhì)量得到了明顯提高;在此一并表示感謝。

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