膠北地體早前寒武紀(jì)重大巖漿事件、陸殼增生及演化*

劉建輝 劉福來(lái) 丁正江 劉平華 王舫

LIU JianHui1，LIU FuLai1，DING ZhengJiang2，LIU PingHua1 and WANG Fang1

1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

2. 山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，煙臺(tái) 264000

1. Institute of Geology，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China

2. Exploration Institute of Geology and Mineral Resources，Yantai 264000，China

2015-02-06 收稿，2015-05-13 改回.

1 引言

大陸地殼的起源及增生機(jī)制是早前寒武紀(jì)地質(zhì)研究的重要科學(xué)課題之一。位于華北克拉通東南緣的膠北地體(圖1a)，是華北克拉通早前寒武紀(jì)古老地體的典型代表，涉及到太古宙陸殼的增生機(jī)制及形成過(guò)程，以及古元古代膠-遼-吉帶的構(gòu)造演化等早前寒武紀(jì)重要科學(xué)問(wèn)題，成為華北克拉通早前寒武紀(jì)地學(xué)研究的熱點(diǎn)地區(qū)?；◢徺|(zhì)巖類(lèi)作為早前寒武紀(jì)地殼最主要的巖石組成，是記錄地殼增生及構(gòu)造演化最主要的物質(zhì)載體，通過(guò)對(duì)其形成時(shí)代、成因及其可能經(jīng)歷的構(gòu)造-變質(zhì)熱事件的研究，能為我們正確理解早期陸殼的增生機(jī)制及構(gòu)造演化提供重要的依據(jù)。研究顯示，大陸地殼的增生主要發(fā)生在太古宙(Taylor and McLennan，1995;Hawkesworth and Kemp，2006a，b;Rollinson，2007;Cawood et al.，2013)，而富鈉質(zhì)的TTGs(英云閃長(zhǎng)巖-奧長(zhǎng)花崗巖-花崗閃長(zhǎng)巖)組合是現(xiàn)今太古宙陸殼最主要的組成物質(zhì)(Barker，1979;Jahn et al.，1981;Martin et al.，2005)，代表著太古宙陸殼的增生，其成因研究是揭示和理解太古宙陸殼增生與演化的關(guān)鍵(Taylor and McLennan，1997;Condie，2005)。TTGs形成于含水玄武質(zhì)巖石在石榴角閃巖相或榴輝巖相的部分熔融已被地球化學(xué)及實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究所證實(shí)(Barker，1979;Condie，1986;Martin，1987，1999;Rapp et al.，1991，2003;Rapp and Watson，1995;Rollinson，1997;Foley et al.，2002;Xiong，2006);然而，有關(guān)TTGs 形成的構(gòu)造背景一直存在板塊和非板塊模式之爭(zhēng)，存在多種不同的構(gòu)造成因模式(Martin，1999;Smithies，2000;Smithies and Champion，2000;Foley et al.，2002;Martin et al.，2005;Condie，2005;Hawkesworth et al.，2010;Adam et al.，2012)。已有的調(diào)查研究顯示，膠北地體內(nèi)主要存在中太古宙～2.9Ga、新太古宙～2.7Ga 及～2.5Ga 多期TTGs，以及古元古代構(gòu)造前ca.2.2～2.0Ga 及構(gòu)造后～1.8Ga 等多期早前寒武紀(jì)花崗質(zhì)巖漿事件。最近的研究顯示，古元古代多期花崗質(zhì)巖石主要形成于板塊內(nèi)部太古宙陸殼的重熔(Liu et al.，2014a)。與全球其它主要太古宙陸殼一樣，TTGs 是膠北太古宙陸殼最主要的組成物質(zhì)，對(duì)于其成因模式，存在俯沖洋殼的部分熔融(Jahn et al.，2008)或加厚下地殼的部分熔融(Wu et al.，2014a;Xie et al.，2014)兩種解釋。因此，如何理解膠北不同期次TTGs 的形成過(guò)程，對(duì)于正確理解膠北太古宙陸殼的形成機(jī)制具有重要的意義。

最近幾年，針對(duì)膠北地體內(nèi)早前寒武紀(jì)重要巖漿事件的代表性巖石組合開(kāi)展了大量的同位素年代學(xué)、巖石地球化學(xué)、Nd 同位素及鋯石Hf 同位素特征的分析研究(Tang et al.，2007;Jahn et al.，2008;Zhou et al.，2008a;劉建輝等，2011，2012，2014;劉平華等，2013;Liu et al.，2013a，b，c，2014a，b;Wang et al.，2014;Wu et al.，2014a，b;Xie et al.，2014;Zhang et al.，2014;Shan et al.，2015)，厘定出膠北地體內(nèi)以TTGs 片麻巖為代表的多期早前寒武紀(jì)重大巖漿事件，晚太古代(～2.5Ga)及古元古代(～1.86Ga)的兩期變質(zhì)事件，以及太古宙地殼增生及再造過(guò)程，并可能存在古老(＞3.55Ga)陸殼物質(zhì)的再循環(huán)(Liu et al.，2014a)等重要研究進(jìn)展。本文擬通過(guò)總結(jié)前人的這些研究成果，旨在使該區(qū)早前寒武紀(jì)重大巖漿事件的性質(zhì)，陸殼增生機(jī)制及演化獲得更好的理解。

2 地質(zhì)背景

膠北地體是指位于郯廬斷裂以東，五蓮-煙臺(tái)斷裂以北的地區(qū)，在大地構(gòu)造上位于華北克拉通的東緣，膠-遼-吉構(gòu)造帶的西南端，緊鄰蘇魯超高壓帶(圖1a)。該地體主要由太古宙花崗質(zhì)(TTG)片麻巖、變質(zhì)基性-超基性巖及表殼巖，古元古代花崗巖類(lèi)及變質(zhì)基性巖，古元古代高級(jí)變質(zhì)的粉子山群及荊山群，低級(jí)變質(zhì)的芝罘群，以及新元古代低級(jí)變質(zhì)的蓬萊群等寒武紀(jì)變質(zhì)-變形基底，中生代花崗巖類(lèi)及中-新生代沉積地層組成(圖1b)(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991;盧良兆等，1996;唐俊等，2004;周喜文等，2004;Jahn et al.，2008;Zhou et al.，2008a，b;李旭平等，2001;Liu et al.，2013a，b，c)。

圖1 華北克拉通構(gòu)造單元?jiǎng)澐?a，據(jù)Zhao et al.，2005 修改)及膠北地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991;Zhou et al.，2008a，Liu et al.，2013a 修改)與鋯石U-Pb 年齡的樣品分布(b)YB-陰山地塊;KB-孔茲巖帶;WB-西部塊體;TNCO-中部造山帶;EB-東部塊體;JLJB-膠-遼-吉帶. 年齡據(jù)Tang et al. ，2007;Jahn et al. ，2008;Zhou et al. ，2008a;劉建輝等，2011;劉平華等，2013;Liu et al. ，2013a，2014a;Wang et al. ，2014;Wu et al. ，2014b;Xie et al. ，2014;Shan et al. ，2015，以及作者未發(fā)表數(shù)據(jù)Fig.1 Tectonic subdivisions of the North China Craton (a，modified after Zhao et al.，2005)，simplified geological map of the Jiaobei Terrane (modified after BGMRS，1991;Zhou et al.，2008a;Liu et al.，2013a)and distribution of the samples with zircon U-Pb ages (b)YB-Yinshan Block;KB-Khondalite Belt;WB-Western Block;TNCO-Trans-North China Orogen;EB-Eastern Block;JLJB-Jiao-Liao-Ji Belt. Ages after Tang et al.，2007;Jahn et al.，2008;Zhou et al.，2008a;Liu et al. ，2011;Liu et al. ，2013;Liu et al. ，2013a，2014a;Wang et al. ，2014;Wu et al. ，2014b;Xie et al. ，2014;Shan et al. ，2015，and unpublished data

太古宙花崗質(zhì)(TTG)片麻巖在棲霞附近呈穹窿狀大面積出露，主要包括～2.9Ga、～2.7Ga 及～2.5Ga 三期巖漿事件，它們主要源自3.4 ～2.7Ga 新生地殼的重熔或再造，并伴有少量老地殼的加入(Liu et al.，2013a;Wang et al.，2014;Wu et al.，2014b;Xie et al.，2014;Shan et al.，2015)，并經(jīng)歷了～1.86Ga 和～2.5Ga 兩期變質(zhì)熱事件(Jahn et al.，2008;Zhou et al.，2008a;劉建輝等，2011;Liu et al.，2013a);這些片麻巖普遍遭受強(qiáng)烈剪切變形作用，定向構(gòu)造發(fā)育，常形成條紋和條帶狀構(gòu)造，內(nèi)部流柔褶皺發(fā)育(劉建輝等，2011)。在TTG 片麻巖內(nèi)部，斜長(zhǎng)角閃片麻巖、黑云母變粒巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖及變質(zhì)基性-超基性巖呈大小不等的透鏡體或不規(guī)則脈狀體產(chǎn)出，同樣顯示遭受強(qiáng)烈剪切變形，深熔混合巖化作用強(qiáng)烈(劉建輝等，2011;劉平華等，2011a，b，2012)。古元古代花崗巖類(lèi)出露面積較小，呈零星分布，根據(jù)其侵位時(shí)間及變形作用，可劃分為構(gòu)造前變形花崗質(zhì)片麻巖類(lèi)及構(gòu)造后末變形的花崗巖類(lèi)，它們可與遼-吉地區(qū)的古元古代花崗巖類(lèi)對(duì)比，源自板內(nèi)陸殼物質(zhì)的重熔(Liu et al.，2014a)。膠北地體內(nèi)古元古代孔茲巖系(包括粉子山群、荊山群)不整合于TTG 片麻巖之上，其具有3.34 ～2.20Ga 的碎屑鋯石U-Pb 年齡(Wan et al.，2006)。這些組成膠北地體早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底的巖石，經(jīng)歷了高角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用，具有順時(shí)針P-T 演化路徑(劉文軍等，1998;周喜文等，2004;劉平華等，2010，2013;王舫等，2010;Tam et al.，2011，2012a，b，c;Liu et al.，2013c，2015)，并伴隨普遍的深熔作用(Liu et al.，2014b)。變質(zhì)鋯石U-Pb 年代學(xué)研究表明，其變質(zhì)作用的時(shí)間約為1.95 ～1.85Ga(Zhou et al.，2008b;Tam et al.，2011，2012a，b;劉福來(lái)等，2012;Liu et al.，2013c)，其中高壓麻粒巖相峰期變質(zhì)時(shí)間約在1.90 ～1.85Ga 之間(劉平華等，2011a，b;Liu et al.，2013c)。芝罘群主要分布在芝罘島，碎屑鋯石U-Pb 年代學(xué)分析結(jié)果顯示其沉積時(shí)代應(yīng)晚于約1.8Ga(Liu et al.，2013b)。新元古代蓬萊群是一套綠片巖相-低角閃巖相的淺變質(zhì)巖系(山東地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991;Zhou et al.，2008a)，目前，對(duì)于其形成的構(gòu)造背景、沉積時(shí)間及屬性仍有爭(zhēng)議(Li et al.，2007;Zhou et al.，2008a;初航等，2011)。

3 太古宙-古元古代重要巖漿事件

3.1 中太古宙巖漿事件

TTGs 片麻巖是膠北地體內(nèi)現(xiàn)今揭露的最主要的中太古宙巖石，代表膠北地體中太古宙重要的巖漿活動(dòng)及陸殼增生作用。這些TTGs 片麻巖主要呈灰色條帶狀或片麻狀構(gòu)造產(chǎn)出，變形作用及變質(zhì)深熔作用明顯(圖2a)，內(nèi)部常分布有透鏡體狀或不規(guī)則基性殘留體(圖2b)。它們?cè)谝巴猱a(chǎn)出特征及礦物成分上與晚太古宙侵入的TTG 片麻巖相似，在野外很難區(qū)分出不同期次形成的TTGs 片麻巖。最近，隨著鋯石SHRIMP 及LA-ICP-MS U-Pb 測(cè)年在膠北地體內(nèi)的不斷開(kāi)展，大量的中太古宙TTGs 片麻巖被揭露(圖1b)，它們的巖漿鋯石年齡較為統(tǒng)一，主要集在～2.9Ga(John et al.，2008;Liu et al.，2013a;Wang et al.，2014;Wu et al.，2014b;Xie et al.，2014 及未發(fā)表數(shù)據(jù)，表1)，指示膠北地體在中太古宙(～2.9Ga)顯著的巖漿活動(dòng)及陸殼增生作用。而且這些中太古宙TTGs 片麻巖普遍記錄了～2.5Ga 的變質(zhì)作用(表1)。

3.2 新太古宙巖漿事件

膠北地體內(nèi)除了出露有大量中太古宙TTGs 片麻巖外，還分布有大面積的以TTGs 片麻巖為代表的新太古宙花崗質(zhì)片麻巖。這些花崗質(zhì)片麻巖在侵位時(shí)代上可以劃分為新太古宙早期及新太古宙末兩期。其中新太古宙早期主要包括花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖(圖2c)、英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖及少量二長(zhǎng)(鉀長(zhǎng))花崗質(zhì)片麻巖，這些巖石變質(zhì)變形及深熔作用明顯，局部有后期鉀質(zhì)花崗巖的注入(圖2d)。鋯石U-Pb 測(cè)年顯示，它們的巖漿鋯石U-Pb 年齡較為統(tǒng)一，分布在2691 ～2745Ma 之間(Faure et al.，2003;Tang et al.，2007;Jahn et al.，2008;Liu et al.，2013a;Wu et al.，2014b;表1)，指示新太古宙早期約～2.7Ga 陸殼形成事件，同時(shí)伴有部分早期陸殼的重熔，形成少量的二長(zhǎng)花崗質(zhì)片麻巖。

新太古宙末除了TTGs 片麻巖以外(圖2e)，還包括花崗巖及條帶狀二長(zhǎng)花崗片麻巖(圖2f，g)。這些巖石同樣普遍遭受了強(qiáng)烈的變質(zhì)深熔作用及變形作用，常形成條紋和條帶狀構(gòu)造，內(nèi)部流柔褶皺發(fā)育(圖2e，g)。這些晚太古宙花崗質(zhì)片麻巖內(nèi)部常產(chǎn)出有與強(qiáng)變形方向平行、斷續(xù)分布的基性麻粒巖透鏡體、脈體或巖墻(圖2e，f)。這些基性麻粒巖的原巖時(shí)代約為～2.5Ga(Liu et al.，2013c)，與新太古宙末花崗質(zhì)片麻巖的侵位時(shí)代大致相當(dāng)。大量的鋯石U-Pb 測(cè)年結(jié)果顯示，它們的巖漿鋯石U-Pb 年齡統(tǒng)一分布在2500 ～2569Ma 之間(Faure et al.，2003;Jahn et al.，2008;Zhou et al.，2008a;Liu et al.，2013a;Wang et al.，2014;Wu et al.，2014b;Shan et al.，2015;表1)，指示新太古宙末約～2.5Ga的花崗質(zhì)巖漿事件，并伴隨有準(zhǔn)同期的變質(zhì)作用。

3.3 古元古代巖漿事件

古元古代花崗質(zhì)巖石在膠北地體內(nèi)零星出露，分布面積不大(圖1b)。結(jié)合膠北約19.5 ～18.5Ga 古元古代碰撞構(gòu)造事件(Tam et al.，2011，2012a，b;Liu et al.，2013c)，以及這些花崗質(zhì)巖石野外地質(zhì)產(chǎn)出特征及巖相學(xué)特征，被劃分為碰撞構(gòu)造事件前形成的經(jīng)歷了變質(zhì)變形作用的構(gòu)造前花崗質(zhì)片麻巖及碰撞構(gòu)造事件后沒(méi)經(jīng)歷變質(zhì)變形的構(gòu)造后花崗巖(Liu et al.，2014a)。主要巖性包括變形的含角閃石/黑云母二長(zhǎng)花崗質(zhì)片麻巖(圖2h，i)及未變形的含黑云母正長(zhǎng)(二長(zhǎng))花崗巖(圖2j)，在巖性上具有A 型花崗巖的特征。變形的古元古代花崗質(zhì)片麻巖在TTGs 片麻巖中呈侵入巖體產(chǎn)出，內(nèi)部分布有古元古代超基性巖脈，與古元古代變質(zhì)地層粉子山群及荊山群呈不整合接觸(Liu et al.，2014a)。它們侵入的時(shí)間在ca.2.2 ～2.0Ga 之間，并記錄了古元古代～1.86Ga 變質(zhì)作用(劉建輝等，2011;Liu et al.，2014a)。代表膠北地體內(nèi)發(fā)生在古元古代ca.1.95 ～1.85Ga 碰撞構(gòu)造事件之前ca.2.2 ～2.0Ga 的陸內(nèi)花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)(Liu et al.，2014a)。未變形的古元古代黑云母正長(zhǎng)花崗巖與古元古代變質(zhì)地層荊山群及粉子山群呈侵入關(guān)系(Liu et al.，2014a)。最近的研究顯示，它們發(fā)生巖漿侵位的時(shí)間為～1.8Ga，代表膠北地體內(nèi)古元古代碰撞構(gòu)造事件后～1.8Ga 陸內(nèi)花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)(Liu et al.，2014a)。

4 太古宙花崗質(zhì)巖石地球化學(xué)特征

本文總結(jié)了膠北具有精確鋯石U-Pb 年齡的太古宙不同期次TTGs 片麻巖及花崗片麻巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，旨在查明膠北太古宙不同期次TTGs 片麻巖及花崗片麻巖的巖石地球化學(xué)、微量元素地球化學(xué)特征。本文討論的地球化學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)自Tang et al.，2007;Jahn et al.，2008;Wu et al.，2014a;Xie et al.，2014;以及作者未發(fā)表數(shù)據(jù)。

4.1 主量元素地球化學(xué)特征

圖2 膠北地體太古宙-古元古代花崗質(zhì)巖石野外照片F(xiàn)ig.2 Photographs of Archean-Paleoproterozoic granitoid rocks

膠北不同期次太古宙花崗質(zhì)巖石的主量元素如圖3 所示，SiO2含量在60.67% ～77.49% 之間，Al2O3含量在11.66% ～17.19%之間，F(xiàn)eOT含量在0.70% ～6.74%之間，MgO 在0.13% ～2.5%之間，CaO 在0.54% ～6.29%之間，Na2O 在1.68% ～6.95%之間，K2O 在0.49% ～5.15%之間，以及較低的TiO2和P2O5含量，分別在0.02% ～0.86%和0.01% ～0.19% 之間。除了Na2O 與SiO2無(wú)明顯相關(guān)性，K2O 與SiO2具有弱的正相關(guān)外，而其它主量元素含量與SiO2表現(xiàn)為明顯的負(fù)相關(guān)(圖3)。在A(yíng)n-Ab-Or 三角分類(lèi)圖解上(圖4a)，大部分樣品落在英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖及奧長(zhǎng)花崗巖區(qū)，它們絕大部分具有高的Al2O3含量(＞15%)，屬高鋁型TTG 巖石(Barker and Arth，1976;Martin et al.，2005)，在SiO2-K2O 協(xié)變圖解上(圖3，Rickwood，1989)，落在中鉀或低鉀區(qū)，Na2O/K2O 比值大于1(圖4b)。少量～2.5Ga樣品落在花崗巖區(qū)(圖4a)，具有較低的Al2O3含量(圖3)及

較高的K2O 含量，Na2O/K2O 比值小于1(圖4b)，落在高鉀鈣堿性系列區(qū)。此外，這些巖石的Mg#指數(shù)在13 ～52 之間，除了6 個(gè)～2.5Ga 花崗巖樣品及2 個(gè)～2.9Ga 高硅奧長(zhǎng)花崗巖樣品具有極低的Mg#指數(shù)外(圖4c)，其它樣品均與全球典型太古宙TTGs 樣品的Mg#指數(shù)一致(Condie，2005;Martin et al.，2005)。并與SiO2含量顯示出弱的負(fù)相關(guān)性(圖4c)。

表1 膠北早前寒武紀(jì)主要巖漿事件代表性巖石樣品的鋯石U-Pb 年齡統(tǒng)計(jì)表Table 1 Summary of zircon U-Pb ages of representative samples of the Early precambrian major magmatic events in the Jiaobei terrane

圖3 膠北地體太古宙花崗質(zhì)巖類(lèi)選擇的主量元素Harker 變量圖解Fig.3 Harker compositional variation diagrams showing selected major elements variations for Archean granitoid gneisses from the Jiaobei terrane

圖4 膠北地體太古宙花崗質(zhì)巖類(lèi)的An-Ab-Or 三角分類(lèi)圖解(a，底圖據(jù)Barker，1979)、SiO2-Na2O/K2O 圖(b)和SiO2-Mg#圖(c)Fig.4 Feldspar An-Ab-Or classification diagram (a，after Barker，1979)，SiO2-Na2O/K2O diagram (b)and SiO2-Mg# diagram(c)

圖5 膠北太古宙花崗質(zhì)巖石地球化學(xué)分類(lèi)圖(底圖據(jù)Frost et al.，2001)Fig.5 Geochemical classification diagrams of Archean granitoid rocks from the Jiaobei terrane (after Frost et al.，2001)

在SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)分類(lèi)圖上，除幾個(gè)～2.5Ga花崗質(zhì)巖石樣品外，均分布在鎂質(zhì)系列區(qū)域(圖5a)。在SiO2-(K2O +Na2O-CaO)分類(lèi)圖上，所有樣品均落在鈣性到鈣-堿性系列區(qū)域(圖5b)。在A(yíng)/CNK-A/NK 圖解上，膠北太古宙花崗質(zhì)巖石的鋁飽和指數(shù)A/CNK 主要集中在0.9 ～1.1之間，主要分布在偏鋁質(zhì)至弱過(guò)鋁質(zhì)區(qū)域(圖5c)。

4.2 微量元素地球化學(xué)特征

膠北地體太古宙不同期次的花崗質(zhì)巖石的稀土及微量元素配分曲線(xiàn)如圖6 所示。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(xiàn)圖上(圖6a，c，e)，所有樣品輕重稀土元素分餾明顯，配分曲線(xiàn)均表現(xiàn)為明顯的右傾型模式，輕稀土富集，重稀土虧損。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，(La/Yb)N比值變化大，在3.42 ～108.4 范圍內(nèi)變化。太古宙～2.9Ga、～2.7Ga 及～2.5Ga TTG 片麻巖無(wú)明顯銪異常(圖6a);但晚太古宙～2.5Ga 花崗片麻巖顯示出明顯的弱負(fù)銪異常(圖6c，e)。

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖6b，d，f)，大部分TTG 片麻巖富集Ba、K、Rb 及Sr 等大離子親石元素，虧隕Nb、Ta 及Ti 等高場(chǎng)強(qiáng)元素(圖6b，d，f)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，除了2 個(gè)～2.9Ga 高硅奧長(zhǎng)花崗巖樣品具有較低的Sr 含量外，其它大部分太古宙TTG 片麻巖具有較高的Sr 含量，在209 ×10-6～604 ×10-6之間(圖7a)，此外，～2.5Ga 花崗片麻巖具有較低的Sr 含量(圖7a)，在微量元素蛛網(wǎng)圖上顯示明顯的Sr 虧隕(圖6f)。Y 含量在0.56 ×10-6～45.9 ×10-6之間，其中太古宙TTG 片麻巖Y 含量相對(duì)較低，～2.5Ga 花崗片麻巖Y 含量相對(duì)較高(圖7b)，Sr/Y 比值變化范圍大，在2.20 ～511 之間。太古宙TTG 片麻巖及花崗片麻巖均具有較低的Cr 及Ni 含量，分別在1.93×10-6～83.8×10-6及0.72×10-6～45×10-6之間(圖7c，d)。太古宙TTG 片麻巖的Sr、Y、Cr 及Ni 含量與SiO2含量顯示弱的負(fù)相關(guān)性(圖7)。

圖6 膠北地體太古宙不同期次花崗質(zhì)巖石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土模式圖(a、c、e)及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b、d、f)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a，c，e)and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b，d，f)for Archean granitoid rocks from Jiaobei terrane (normalization values after Sun and McDonough，1989)

5 鋯石Hf 同位素特征

鋯石Hf 同位素被證明是一種示蹤巖漿源區(qū)、巖石成因及約束地殼演化極佳的方法(Kinny and Maas，2003;吳福元等，2007)。為了能夠更好的理解膠北早前寒武紀(jì)重要巖漿事件的性質(zhì)、地殼增生及演化過(guò)程，本文對(duì)膠北地體早前寒武紀(jì)不同期次的TTG 片麻巖及花崗質(zhì)片麻巖的鋯石Hf 同位素開(kāi)展了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要來(lái)自L(fǎng)iu et al.，2013a，2014a;Wang et al.，2014;Wu et al.，2014b;Xie et al.，2014;Zhang et al.，2014 及作者未發(fā)表數(shù)據(jù)。

圖7 膠北太古宙花崗質(zhì)巖石選擇性微量元素Harker 成分變化圖解Fig.7 Harker compositional variation diagrams showing selected trace elements Sr，Y，Cr and Ni variations for the Archean granitoids from the Jiaobei terrane

膠北太古宙不同期次花崗質(zhì)巖石及古元古代不同期次花崗質(zhì)巖石的鋯石Hf 同位素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖8 所示。來(lái)自165 個(gè)～2.9GaTTG 片麻巖鋯石Hf 同位素分析數(shù)據(jù)顯示，除了兩個(gè)分析鋯石的εHf(t)為負(fù)值外，其余所有鋯石具有正的εHf(t)值(圖8a)，兩階段Hf 模式年齡主要分布在ca.3.3～2.9Ga 之間(圖8b)。247 個(gè)～2.7Ga TTG 片麻巖或花崗片麻巖鋯石Hf 同位素分析數(shù)據(jù)顯示，絕大部分具有正的εHf(t)值(圖8c)，兩階段Hf 模式年齡跟～2.9Ga TTG 片麻巖類(lèi)似，主要分布3.3 ～2.9Ga 之間，少量具有弱的負(fù)εHf(t)值和更老的模式年齡(圖8c，d)。326 個(gè)～2.5Ga TTG 片麻巖或花崗片麻巖鋯石Hf 同位素分析數(shù)據(jù)顯示，大部分鋯石具有正的εHf(t)值，兩階段Hf 模式年齡主要分布在ca.2.9～2.7Ga 之間，少部分鋯石具有負(fù)的εHf(t)值，以及更老的兩階段Hf 模式年齡(圖8e，f)。而相對(duì)有限數(shù)量的古元古代花崗質(zhì)巖石的鋯石Hf 同位素分析數(shù)據(jù)顯示，它們大部分具有負(fù)的εHf(t)值，少量具有正的εHf(t)值，兩階段Hf 模式年齡分布較廣，主要分布在ca.3.2 ～2.3Ga 之間(圖8g，h)。

6 討論及結(jié)論

6.1 巖石成因

6.1.1 太古宙TTG 片麻巖及花崗片麻巖

實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)及地球化學(xué)研究表明，TTGs 形成于含水玄武質(zhì)巖石在石榴角閃巖相或榴輝巖相的部分熔融(Barker，1979;Condie，1986;Martin，1987，1999;Rapp et al.，1991，2003;Rapp and Watson，1995;Rollinson，1997;Foley et al.，2002;Xiong，2006)。但對(duì)于TTGs 形成的構(gòu)造環(huán)境卻存在多種不同的模式，主要存在三種構(gòu)造模式:(1)加厚下地殼或大洋高原地殼的部分熔融(Smithies，2000;Smithies and Champion，2002;Condie，2005);(2)俯沖洋殼(板片)的部分熔融(Martin，1999;Martin et al.，2005;Foley et al.，2002;Rapp et al.，2003);(3)加厚大洋弧地殼的部分熔融(Hawkesworth et al.，2010;Adam et al.，2012;Polat，2012)。

圖8 膠北地體太古宙及古元古代花崗質(zhì)巖石鋯石Hf 同位素成分(a、c、e、g)鋯石U-Pb 年齡對(duì)εHf(t)值及變化;(b、d、f、h)鋯石Hf 模式年齡直方柱狀圖Fig.8 Zircon Hf isotopic composition of the Archean and Paleoproterozoic granitoid rocks from the Jiaobei terrane(a，c，e，g)zircon U-Pb ages-εHf(t)variations;(b，d，f，h)histograms of the zircon Hf model ages

圖9 膠北太古宙花崗質(zhì)巖石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化YbN-(La/Yb)N 圖解(據(jù)Drummond and Defant，1990)Fig.9 Chondrite-normalized YbN-(La/Yb)N diagram of Archean granitoid rocks from the Jiaobei terrane (after Drummond and Defant，1990)

膠北太古宙不同期次的TTG 片麻巖主要為鎂質(zhì)(圖5a)，準(zhǔn)鋁質(zhì)至弱過(guò)鋁質(zhì)(圖5c)，低鉀-中鉀鈣堿性系列(圖3、圖5b)，具有高的Na2O 及Al2O3含量(圖3)，屬高鋁TTGs。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(xiàn)上，它們富集輕稀土，虧損重稀土，配分曲線(xiàn)均表現(xiàn)為明顯的右傾型模式，顯示強(qiáng)烈的輕重稀土分異，無(wú)明顯的Eu 異常(圖6a，c，e)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)模式圖上表現(xiàn)為富集Ba、K、Rb 及Sr等大離子親石元素，虧損Nb，Ta 及Ti 等高場(chǎng)強(qiáng)元素(圖6b，d，f)。這些地球化學(xué)特征指示源區(qū)無(wú)斜長(zhǎng)石的殘留，石榴石及角閃石是主要的殘留相。膠北TTG 巖石在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的YbN-(La/Yb)N部分熔融圖解上，主要分布在石榴石-斜長(zhǎng)角閃巖及榴輝巖為殘留相的太古宙高鋁TTGs 區(qū)域內(nèi)(圖9)。結(jié)合TTGs 成因的實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)及地球化學(xué)研究，表明膠北地體太古宙TTGs 起源于基性玄武質(zhì)巖石在石榴石和角閃石為主要?dú)埩粝嗟牟糠秩廴?。盡管太古宙TTGs 與高硅埃達(dá)克質(zhì)巖石在地球化學(xué)具有很大的相似性，具有弧型巖漿巖的特征(Martin，1999;Martin et al.，2005)，但同時(shí)太古宙高硅TTG 巖石具有較低的Mg#指數(shù)，相對(duì)較低Sr、Cr 及Ni 含量，與埃達(dá)質(zhì)巖石在地球化學(xué)上并不完全可以對(duì)比(Smithies，2000;Kamber et al.，2002;Condie，2005)。而且只要有合適的源區(qū)巖石，在合適的條件下，可以在不同的構(gòu)造背景下形成具有類(lèi)似地球化學(xué)特征的巖石。膠北TTG 片麻巖具有較低的Mg#指數(shù)，相對(duì)較低的Sr、Cr 及Ni 含量，這可能難以用俯沖板片交代橄欖質(zhì)地幔的部分熔融的成因模式來(lái)理解(Condie，2005)。加上，膠北不同期次TTG 片麻巖相互重疊分布，并沒(méi)有呈帶狀分布，因此，加厚地殼的部分熔融應(yīng)更適合于膠北TTG 片麻巖的成因模式。

巖漿鋯石的U-Pb 年齡代表巖石形成的時(shí)間，而鋯石的Hf 模式年齡主要代表地殼物質(zhì)從地幔出來(lái)的時(shí)間。根據(jù)膠北太古宙不同期次TTG 片麻巖的鋯石Hf 同位素?cái)?shù)據(jù)結(jié)果(圖8a-f)，～2.9Ga TTG 片麻巖主要源自ca.3.3 ～2.9Ga 新生地殼的重熔(再造);～2.7Ga TTG 片麻巖同～2.9Ga TTG片麻巖具有類(lèi)似的源區(qū)，同樣主要源自3.3 ～2.9Ga 新生地殼的重熔(再造);～2.5Ga TTG 片麻巖則具有更年輕的源區(qū)，主要源自ca.2.9 ～2.7Ga 新生地殼的重熔。結(jié)合膠北太古宙不同期次TTG 片麻巖的地球化學(xué)特征及空間分布，膠北TTG 片麻巖可能形成于加厚新生地殼的部分熔融。

膠北太古宙分布的少量花崗片麻巖，它們相對(duì)于TTG 片麻巖，具有高的K2O 含量，K2O/Na2O 大于1，屬高鉀系列。并具有明顯的負(fù)Eu 異常，低的Sr 含量，負(fù)的εHf(t)值，以及比準(zhǔn)同期TTG 片麻巖更老的鋯石Hf 模式年齡，而且它們主要呈小巖體或巖脈產(chǎn)出。這些表明，它們可能是在準(zhǔn)同期TTG 巖漿形成侵位過(guò)程導(dǎo)致先期存在的老陸殼的重熔而成。

6.1.2 古元古代花崗質(zhì)巖石

膠北古元古代花崗質(zhì)巖石主要包括變形的角閃黑云二長(zhǎng)花崗質(zhì)片麻巖和黑云二長(zhǎng)花崗質(zhì)片麻巖及未變形的黑云母正長(zhǎng)(二長(zhǎng))花崗巖，前者大約形成于2.0 ～2.2Ga，后者大約形成于1.8Ga，它們?cè)诘V物成分上主要包括石英、鉀長(zhǎng)石及斜長(zhǎng)石，以及少量的黑云母或角閃石，顯示出富鉀，具有A型花崗巖的特征(Liu et al.，2014a)。鋯石Hf 同位素分析顯示，它們大部分具有負(fù)的εHf(t)值，以及老的Hf 模式年齡，顯示與膠北TTG 巖石具有相同的地殼演化趨勢(shì)(Liu et al.，2014a，圖8b，c)，暗示它們主要源自太古宙陸殼的重熔。此外，伴隨古元古代2.2 ～2.0Ga 花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)，存在大量的鎂鐵質(zhì)巖體或巖墻的侵位(劉平華等，2013)，在遼-吉地區(qū)分布有大量類(lèi)似的2.2 ～2.0Ga 花崗質(zhì)巖，這些花崗質(zhì)巖石可能代表膠-遼-吉帶在2.2 ～2.0Ga 時(shí)期伸展構(gòu)造背景下陸殼的重熔。而1.8Ga 花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)則可能代表膠-遼-吉帶在1.95 ～1.85Ga 碰撞造山作用后的伸展構(gòu)造背景下的陸殼重熔。

6.2 陸殼增生及演化

顯生宙大陸地殼主要通過(guò)沿俯沖帶構(gòu)造加積作用及新生巖漿巖的侵位而增生(Sengor et al.，1993)。然而，目前對(duì)于太古宙陸殼的增生機(jī)制仍沒(méi)獲得統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)(Foley et al.，2002;Rapp et al.，2003;Hawkesworth et al.，2010)。研究顯示，太古宙是全球陸殼形成的主要時(shí)期(Taylor and McLennan， 1995; Hawkesworth and Kemp， 2006a， b;Rollinson，2007;Cawood et al.，2013)，而TTGs 是現(xiàn)今保留的太古宙陸殼最主要的組成物質(zhì)，因此，TTG 巖石的形成過(guò)程代表著陸殼的形成過(guò)程。

膠北地體主要存在～2.9Ga、2.7Ga 及2.5Ga 三期TTG片麻巖，代表膠北地體太古宙三期重要的陸殼增生事件，它們的鋯石Hf 模式主要分布在ca.3.4 ～2.7Ga 之間，代表膠北新生基性地殼的主要形成階段。此外，需要注意的是，盡管沒(méi)發(fā)現(xiàn)更老的陸殼，但并不代表曾經(jīng)不存在更老的陸殼，而是可能被剝蝕掉而不復(fù)存在，并且大量的研究已經(jīng)證實(shí)，膠北或華北克拉通存在太古宙早期古老陸殼物質(zhì)及其再循環(huán)(Liu et al.，1992，2008;Song et al.，1996;Wang et al.，1998;靳克等，2003;Zheng et al.，2004;簡(jiǎn)平等;2005;Wu et al.，2005，2008;Gao et al.，2006;Wang et al.，2007;Zhou et al.，2007;Diwu et al.，2013;劉建輝等，2014)。膠北古元古代花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)主要代表在伸展環(huán)境陸殼物質(zhì)的重熔作用。因此，通過(guò)對(duì)膠北地體內(nèi)早前寒武紀(jì)重大巖漿事件的性質(zhì)及成因研究，總結(jié)出膠北地體早前寒武紀(jì)＞2.9Ga、～2.9Ga、～2.7Ga，～2.5Ga、ca.2.2 ～2.0Ga、1.95 ～1.85Ga及～1.8Ga 等多個(gè)陸殼增生及演化階段(圖10)。

圖10 膠北早前寒武紀(jì)陸殼增生及演化示意圖Fig.10 Schematic diagram showing various stages in growth and evolution of the Early Precambrian continental crust in the Jiaobei terrane

(1)＞2.9Ga:主要為基性地殼(洋殼)的增生，同時(shí)可能存在一些早期的規(guī)模有限的花崗質(zhì)陸殼，由于相對(duì)于基性地殼較小的密度，使早期形成的花崗質(zhì)巖漿通過(guò)底辟作用快速上升，剝露地表，遭受快速剝蝕，導(dǎo)致太古宙早期的花崗質(zhì)陸殼難以保留下來(lái)(圖10a)。

(2)～2.9Ga:在加厚的下地殼，主要為ca.3.3 ～2.9Ga新生的基性地殼，由于地幔(熱)柱上涌，發(fā)生部分熔融，形成～2.9Ga TTGs，代表膠北～2.9Ga 陸殼增生(圖10b)。

(3)～2.7Ga:在加厚的下地殼，主要為ca.3.3 ～2.9Ga新生的基性地殼，由于地幔(熱)柱上涌，發(fā)生部分熔融，形成～2.7Ga TTGs，代表膠北～2.7Ga 陸殼增生，～2.7GaTTGs 巖漿作用過(guò)程中，同時(shí)伴隨有老陸殼的熔融，形成小規(guī)模的陸殼重熔型(高鉀)花崗巖(圖10c)。

(4)～2.5Ga:在加厚的下地殼，主要為ca.2.9 ～2.7Ga新生的基性地殼，由于地幔(熱)柱上涌，發(fā)生部分熔融，形成～2.5Ga TTGs，代表膠北～2.5Ga 陸殼增生，～2.5Ga TTGs巖漿作用過(guò)程中，同時(shí)伴隨有老陸殼的熔融，形成小規(guī)模的陸殼重熔型(高鉀)花崗巖(圖10d)。

(5)～2.2 ～2.0Ga:由于地幔物質(zhì)的上涌，使太古宙形成的陸殼發(fā)生伸展減薄，形成裂谷，太古宙陸殼發(fā)生重熔，形成古元古代ca.2.2 ～2.0Ga 花崗質(zhì)巖石，同時(shí)存在大量鐵鎂質(zhì)巖墻/脈的侵位，以及雙峰式火山活動(dòng)(圖10e)。

(6)～1.95 ～1.85Ga:在該時(shí)期，膠北經(jīng)歷了強(qiáng)烈的擠壓碰撞構(gòu)造作用，古元古代早期(ca.2.2 ～2.0Ga)形成的裂谷發(fā)生擠壓閉合，并導(dǎo)致卷入擠壓作用的早前寒武紀(jì)物質(zhì)發(fā)生高壓麻粒巖相變質(zhì)(圖10f)。

(7)～1.8Ga:地幔物質(zhì)上涌，陸殼伸展減薄，陸殼物質(zhì)重熔，形成～1.8Ga 花崗巖(圖10f)。

致謝 感謝兩位論文評(píng)審人審閱全文，并提出寶貴的修改意見(jiàn)。

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