周口店官地雜巖中斜長角閃巖的年代學(xué)、地球化學(xué)及其地質(zhì)意義

苑東洋，李德威，陳棋，曾平，徐其虎

(1.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074；2. 中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430074)

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周口店官地雜巖中斜長角閃巖的年代學(xué)、地球化學(xué)及其地質(zhì)意義

苑東洋1，2，李德威1，2，陳棋1，2，曾平1，2，徐其虎1，2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074；2. 中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430074)

摘要：周口店房山巖體南北兩側(cè)的官地雜巖主要由長英質(zhì)片麻巖、斜長角閃巖和混合巖組成。筆者首次對東嶺子官地雜巖中斜長角閃巖進(jìn)行研究，斜長角閃巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年上交點(diǎn)年齡為(2 551±37)Ma，代表巖漿結(jié)晶年齡。其地球化學(xué)顯示具有低TiO2，高M(jìn)gO的特點(diǎn)，Mg#平均值為70， LREE與HREE分異度高，具有Eu的負(fù)異常。地球化學(xué)特征和巖相學(xué)揭示其巖漿經(jīng)歷分離結(jié)晶作用，原巖礦物主要由輝石、斜長石組成。鋯石Hf同位素εHf(t)處于虧損地幔演化線和球粒隕石之間示蹤源區(qū)為巖石圈富集地幔，微量元素方面富集LILE(Rb， Ba， K)，虧損HFSE(Nb， Ta， Zr)的特點(diǎn)顯示島弧有關(guān)的富集地幔源區(qū)。初步認(rèn)為大洋板片向東俯沖于增生島弧和東部陸塊之下，鎂鐵質(zhì)成巖物質(zhì)來源于大洋板片重熔流體交代的巖石圈地幔楔，同時(shí)，對于華北地塊新太古宙末期大陸地殼生長的時(shí)間提供約束。

關(guān)鍵詞：官地雜巖；斜長角閃巖；U-Pb定年；地球化學(xué)；Hf同位素；地幔楔交代作用

華北地塊新太古宙—古元古代經(jīng)歷了復(fù)雜的演化歷程，該時(shí)間段是華北地塊形成演化的重要時(shí)期(KRONER et al.，2006)。對于華北地塊新太古宙—古元古代區(qū)域構(gòu)造劃分和構(gòu)造演化，多數(shù)學(xué)者提出了不同的模式(KRONER et al.，2005；KUSKY，2011；POLAT et al.，2006；ZHAI，2014； ZHAO et al.，2013)。其中，極具影響力的觀點(diǎn)就是華北地塊中部存在一條中部造山帶，東西陸塊最終沿著這條中部造山帶拼合成統(tǒng)一的華北地塊(KUSKY et al.，2003；ZHAO et al.，2005)。中部造山帶的大致界線達(dá)成共識(shí)，但中部造山帶的形成時(shí)代、機(jī)制仍存在較大的爭議。KUSKY et al.，(2003，2011)認(rèn)為～2.5 Ga向西俯沖作用形成的構(gòu)造巖漿熱事件是東西陸塊聚合開始的標(biāo)志，大洋島弧增生到東部陸塊后俯沖極性發(fā)生反轉(zhuǎn)，于2.4～2.3 Ga東西陸塊之間大洋最終消失而拼合。而另一部分學(xué)者也認(rèn)識(shí)到了東西陸塊之間俯沖、增生事件，但他們更趨向于將～1.8 Ga的巖漿熱事件和廣泛的區(qū)域變質(zhì)作用事件作為東西陸塊拼合的標(biāo)志，且與哥倫比亞超大陸的聚合有密切聯(lián)系(TRAP et al.，2012；WANG et al.，2009，2010；ZHAO et al.，2001，2005，2013)。

北京周口店官地雜巖處在中部造山帶內(nèi)(圖1)，曾有學(xué)者認(rèn)為元古宙和古生代的變沉積巖與房山侵入體巖漿同化混染形成的混雜巖(郭滬祺，1985； 劉國惠等，1987)。但近年的研究基本確定官地雜巖為新太古宙雜巖體(陳能松等，2006；劉兵等，2008；顏丹平等，2005；王方正等，1990)，其形成過程可能與新太古宙末期區(qū)域深熔作用、變質(zhì)作用有關(guān)(劉兵等，2008)。因此，新太古宙的官地雜巖在整個(gè)華北地塊新太古宙—古元古代地質(zhì)演化中的地位及作用有待進(jìn)一步研究和探討。筆者首次以東嶺子官地雜巖中斜長角閃巖為研究對象，通過鋯石U-Pb定年、鋯石Hf同位素、全巖地球化學(xué)等方法，擬對以下問題進(jìn)行探討：①官地雜巖中斜長角閃巖的形成時(shí)代、巖石成因。②官地雜巖形成的大地構(gòu)造背景及意義。③結(jié)合前人對古老大陸地殼生長的研究成果，探討對華北地塊地殼生長的響應(yīng)和約束。

1區(qū)域地質(zhì)

周口店地區(qū)位于NNE向的太行山脈、近EW向的燕山山脈和華北平原的接壤地帶，在前寒武紀(jì)地質(zhì)背景上，周口店官地雜巖構(gòu)造單位劃分位于東部地塊與西部陸塊之間的中部造山帶(KUSKY， 2011；ZHAO et al.， 2005)，是研究早前寒武紀(jì)時(shí)期華北地塊基底形成與演化的重要窗口。

周口店地區(qū)為典型的變質(zhì)核雜巖構(gòu)造，符合核部-滑脫系-蓋層組成的變質(zhì)核雜巖三層結(jié)構(gòu)模式(宋鴻林，1996；李德威等，2003；劉德民，2003；李建放等，2012)。核部為早白堊世房山巖體及其南北兩緣的太古宙官地雜巖，房山巖體與官地雜巖呈侵入接觸關(guān)系，且對官地雜巖有一定的改造作用 (王方正等，1990；顏丹平等，2005；何斌等，2005)；中部為由具有韌性流變的拆離斷層和后期脆性斷層組成的滑脫系(宋鴻林，1996；姚麗景等，2007；顏丹平等，2005；張金陽等，2013)；上覆蓋層系統(tǒng)為受拆離斷層影響發(fā)生不同程度缺失或者減薄的元古宇—上古生界(圖2)。區(qū)域上，類似的變質(zhì)核雜巖構(gòu)造在云蒙山、松遼、贊皇等地廣泛分布，它們可能都是晚中生代華北地塊伸展構(gòu)造的重要產(chǎn)物(劉俊來等，2008)。

TH. 太華雜巖；DF. 登封雜巖；ZT. 中條雜巖；ZH. 贊皇雜巖；LL. 呂梁雜巖；HS. 衡山雜巖；WT. 五臺(tái)雜巖；FP. 阜平雜巖；HA. 懷安雜巖；XH. 宣化雜巖；CD. 承德雜巖圖1　華北地塊出露基底分布與構(gòu)造單元?jiǎng)澐值刭|(zhì)圖(據(jù)DENG et al.，2014；KUSKY，2011；ZHAO et al.，2013)Fig. 1　Geological map of the North china Block showing the distributions of exposed basement and tectonic subdivision

2宏觀露頭與巖相學(xué)特征

筆者研究對象為房山巖體北側(cè)東嶺子地區(qū)官地雜巖(圖2)，出露寬度160～500m。巖石組合主要為長英質(zhì)片麻巖和斜長角閃巖，局部可見混合巖。官地雜巖整體經(jīng)歷了角閃巖相-綠片巖相的區(qū)域變質(zhì)作用(也可能經(jīng)歷更高的變質(zhì)作用，現(xiàn)退變質(zhì)為角閃巖相-綠片巖相)，拆離斷層中，局部可見深部韌性左行剪切的構(gòu)造形跡(圖3e， 圖3f)，官地雜巖經(jīng)歷了從韌性-韌脆性-脆性的伸展抬升過程。官地雜巖的原生構(gòu)造被多期構(gòu)造事件改造而置換，使其形成NEE傾向的高角度片麻理，同時(shí)也保留了糜棱巖化特征。

房山巖體邊緣相石英閃長巖直接侵入到官地雜巖淺色角閃斜長片麻巖(圖3a)，且石英閃長巖中發(fā)育斜長角閃巖包體(圖3b)，與房山巖體接觸的角閃斜長片麻巖中發(fā)育S-L組構(gòu)(圖3c)，其長英質(zhì)礦物拔絲構(gòu)造明顯。官地雜巖中斜長角閃主要呈巖墻、巖脈狀產(chǎn)出，巖脈狀斜長角閃巖經(jīng)歷強(qiáng)烈改造形成石香腸和透鏡體。在強(qiáng)烈擠壓作用下，石香腸平行于圍巖的片麻理(圖3d)；透鏡狀的斜長角閃巖主要分布于韌性剪切帶中，深綠色斜長角閃巖呈帶拖尾的旋轉(zhuǎn)透鏡狀產(chǎn)出(圖3e， 圖3f)；在官地雜巖的頂部，可見變形較弱的斜長角閃巖巖墻(圖3g)，其寬度為2～3m，延伸較遠(yuǎn)，斜長角閃巖與圍巖呈侵入接觸關(guān)系。

官地雜巖頂部巖墻狀斜長角閃巖的主要礦物為角閃石(80%～95%)、斜長石(5%～10%)，次要礦物為白云母、綠簾石，副礦物為磁鐵礦(圖4a， 圖4b)，變晶糜棱結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。角閃石主要由粗大的變形殘斑和亞顆粒組成，角閃石沿c軸延伸，呈柱狀、針狀，{110}解理完全，多平行c軸，正中突起，斜消光，多色性較強(qiáng)，角閃石的最高干涉色為二級藍(lán)、其中紫紅、橙、亮黃較多見，且最高干涉色Ng∧c=19°～23°，屬于普通角閃石，角閃石沿c組解理面析出定向性的針狀磁鐵礦。斜長石顆粒較小，分布在角閃石間隙中，極少斜長石具有聚片雙晶，多發(fā)育綠簾石化和白云母化。角閃石發(fā)育強(qiáng)烈

圖2　周口店地區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)文獻(xiàn)修改宋鴻林，1996)Fig.2　Geological map of Zhoukoudian area

的形態(tài)優(yōu)選方位，可見沿角閃石解理和裂隙方向滑移形成的書斜式構(gòu)造(圖4a)和S-C組構(gòu)(圖4b)。

在韌性剪切帶中透鏡狀的斜長角閃巖主要礦物為角閃石(85%)、輝石(5%)、斜長石(5%)，角閃石具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖4d)，核部具有輝石假象，其內(nèi)部較臟，環(huán)帶邊部純凈。輝石殘斑為正高突起，斜消光，最高干涉色為二級藍(lán)，一級橙較多見，其中Ng∧c=44°，屬于單斜輝石(圖4c)。該斜長角閃巖發(fā)育晶質(zhì)塑性變形，角閃石因不均勻滑移而形成波狀消光，同時(shí)可見動(dòng)態(tài)重結(jié)晶作用形成的角閃石亞顆粒(圖4e)，張曉麗等(2014)對官地雜巖中角閃石礦物變形機(jī)制研究結(jié)果顯示為彭凸動(dòng)態(tài)重結(jié)晶，其溫度為614.1～679.0℃，壓力范圍為0.11～0.31GPa。圍巖角閃斜長片麻巖主要礦物為斜長石(40%)、石英(30%)、角閃石(20%)、和黑云母(5%)，副礦物為磷灰石、榍石、鋯石和綠簾石(圖4f)。

a. 官地雜巖與房山巖體的侵入接觸關(guān)系；b. 房山巖體的石英閃長巖中斜長角閃巖包體；c. 角閃斜長片麻巖；d. 石香腸狀斜長角閃巖；e. 韌性剪切帶中透鏡狀斜長角閃巖；f. 透鏡狀斜長角閃巖；g. 巖墻狀斜長角閃巖圖3　官地雜巖與區(qū)域地質(zhì)關(guān)系和斜長角閃巖野外產(chǎn)出特征圖Fig.3　Field photographs for Guandi complex relation with regional geology and the amphibolite outcrop characteristics

3分析方法

鋯石測年、鋯石Hf同位素分析、全巖地球化學(xué)樣品均取自東嶺子地區(qū)官地雜巖中斜長角閃巖。鋯石單礦物分離在河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成。鋯石制靶、透反射圖像、陰極發(fā)光圖像、LA-ICP-MS法U-Pb測年和鋯石Hf同位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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。U-Pb定年使用Geolas2005深紫外(DUV)193nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)，ICP-MS測試儀器為Agilent 7500a，詳細(xì)實(shí)驗(yàn)條件和分析過程見LIU et al.，(2010)發(fā)表文獻(xiàn)，鋯石年齡諧和圖采用Isoplot3.0程序繪制(LUDWING，2003)。鋯石Hf同位素分析運(yùn)用LA-MC-ICP-MS法完成，詳細(xì)儀器操作條件和分析方法參考HU et al.，(2012)發(fā)表文獻(xiàn)。全巖主、微量元素分析在武漢巖礦綜合測試中心分析，主量元素測定方法為X-射線熒光容片法(XRF)，微量元素分析儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。樣品主量、微量元素分析在武漢巖礦綜合測試中心分析，主量元素測定方法為X-射線熒光容片法(XRF)，微量元素分析儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。

4分析結(jié)果

4.1鋯石U-Pb測年

樣品鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像顯示外部形態(tài)為半自形-他形，多為渾圓狀，鋯石的粒徑大小為60～160 um，背散射圖像(BSE)多見包裹體和孔洞，CL圖像顯示復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可見明顯的核幔結(jié)構(gòu)(圖5a， 圖5c， 圖5d， 圖5i， 圖5j)和斑雜狀環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖5f， 圖5g， 圖5j， 圖5k)，且裂紋發(fā)育(圖5h， 圖5i， 圖5j)；另一些鋯石結(jié)構(gòu)簡單，陰極發(fā)光均勻，為灰白色(圖5m， 圖5n， 圖5o， 圖5p)。其Th/U值介于0.47～3.39，部分鋯石仍然保存了原始巖漿鋯石的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖5f， 圖5j， 圖5k)。因此，斜長角閃巖中的鋯石是后期變質(zhì)作用改造原巖鋯石的產(chǎn)物。

a. 斜長角閃巖中的書斜式構(gòu)造(+)；b. 斜長角閃巖的S -C組構(gòu)(+)；c. 斜長角閃巖中單斜輝石殘斑(+)； d. 斜長角閃巖中角閃石的環(huán)帶結(jié)構(gòu)(+)；e. 角閃石具有波狀消光和角閃石亞顆粒(+)；f. 角閃斜長片麻巖(+)；Amp. 角閃石；Cpx. 單斜輝石；Ep. 綠簾石；Pl. 長石；Qtz. 石英圖4　斜長角閃巖礦物組合與顯微構(gòu)造圖Fig. 4　Photomicrographs for amphibolite mineral assemblages and microstructure

實(shí)線、虛線圓圈分別代表U-Pb測年和Hf同位素分析點(diǎn)位置；非括號、括號內(nèi)分別代表207Pb/206Pb年齡(Ma)和εHf(t)值；短線長度為100μm圖5　斜長角閃巖樣品部分鋯石陰極發(fā)光圖Fig.5　Selected cathode luminescence images for analyzed zircons from samples of amphibolite

LA-ICP-MS法鋯石U-Pb測年結(jié)果見表1，鋯石分析點(diǎn)主要處于諧和線之下，具有良好的線性關(guān)系，上交點(diǎn)年齡為(2 551±37) Ma(圖6a)，代表原巖巖漿結(jié)晶年齡，下交點(diǎn)年齡誤差較大，可能經(jīng)歷多期變質(zhì)作用，無地質(zhì)意義(吳元保等，2004)。

4.2鋯石Hf同位素

選取20顆LA-ICP-MS法U-Pb測年的鋯石進(jìn)行原位Hf同位素分析，其結(jié)果見表2，176Hf/177Hf值為0.281256～0.281395，鋯石t(207Pb/206Pb)-εHf(t)的關(guān)系圖解中εHf(t)值為-9.0～4.7，其分布的主峰值為3.2(圖6b)。

圖6　斜長角閃巖的U-Pb年齡諧和圖和Hf同位素特征圖Fig.6　Zircon U-Pb concordia diagram and Hf isotopic compositions from the amphibolite

分析點(diǎn)ThUTh/U同 位 素 比 值年 齡(Ma)(10-6)(10-6)207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ1695.92255.932.720.1110.00124.89940.05190.31820.0018181719.61802917818.62130.4751.762.520.1590.00199.38430.11140.42640.0032245620.4237611229014.53212.87201.931.050.15290.00148.6210.08560.40630.0024238916.122999.2219810.9454.92102.240.540.14620.00177.57330.11250.37290.0038230219218213.4204317.75157.42189.780.830.15620.001610.08290.10890.46480.0029241516.8244210.12461136174.04175.160.990.16140.001710.33470.11680.46110.0032247017.1246510.6244414.17525.05276.161.90.15590.00169.48970.10490.43780.0027241318.7238710.32341128144.8252.982.730.15880.00298.91690.16720.40550.005244229.8233017.2219422.8987.74145.70.60.15720.00199.87470.11850.45230.0028242620.7242311.2240612.610144.3755.682.590.16090.0029.74210.12040.43640.0031246615.7241111.5233413.811315.5238.651.320.15020.00159.30910.09790.44560.0028235016.723699.8237512.512147.6856.992.590.15860.00189.80610.11510.44590.0032244020.2241710.9237714.2

續(xù)表1

分析點(diǎn)ThUTh/U同 位 素 比 值年 齡(Ma)(10-6)(10-6)207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ13615.43224.422.740.15720.00169.36580.09860.42870.002924261723749.8230013.214130.01191.070.680.16170.001910.00110.14980.44170.0037247420.2243513.9235816.715133.62282.620.470.14770.00177.7640.09190.3780.0027231918.7220410.8206712.61677.85148.290.520.14150.00177.67160.09210.39020.0028225620.4219310.92124131755.83103.20.540.15720.00189.76530.12040.44720.0033242624.8241311.5238314.818272.1110.62.460.15840.00179.85330.10990.44740.003243918.4242110.4238413.519431.12139.563.090.15510.00169.38480.09820.43580.0031240316.523769.72332142095.5738.872.460.16240.00210.4510.1340.46490.0039248120.2247612246117.221171.5971.272.410.15910.00199.82140.12260.44480.0036244620.7241811.6237215.922415.04185.462.240.15590.00239.45060.10940.42780.0031241324.7238310.8229614.323160.0567.392.370.12460.00186.06770.08320.35160.0027203325.81986121942132460.1427.252.210.14270.00227.86910.130.3980.0042226125.8221615216019.525119.09205.60.580.16170.001610.42080.12080.46360.0036247316.2247310.9245515.82660.69108.290.560.15120.00169.17250.10740.43640.003235918.5235510.8233513.527170.1169.892.430.160.00189.98920.11440.44970.0031245719.9243410.7239413.92885.8742.8520.11620.00165.35570.07460.33290.0029189824.1187812185213.929159.3461.772.580.16510.00210.43110.12210.45550.0032250920.1247411242014.53075.9627.182.790.16370.002410.4310.15630.46030.0042249424.4247414244118.731109.96124.390.880.160.00199.73850.12470.43780.0036245720.1241011.9234116.132267.6110.812.410.15050.00199.21650.12550.44030.0037235120.2236012.6235216.733356.77117.343.040.1580.00189.81630.11610.44760.0033243519.8241811238514.73487.07120.940.720.15580.00169.14310.09720.42280.0028241016.523529.9227312.935457.81145.873.140.15650.00159.6460.0940.44450.0028241816.824029.1237112.536197.21218.890.90.15330.00158.40430.08490.39490.0025238415.622769.3214611.837124.21184.380.670.15560.00159.32580.10720.43160.0033240916.7237110.7231314.938184.3273.52.510.15790.00189.30.10860.42490.003243519.6236810.8228313.539222.11363.040.610.14390.00158.08960.10230.40490.0033227618.5224111.5219115.440243.2171.733.390.11720.00165.37730.07460.33160.0026191519.4188111.9184612.84171.09120.730.590.16310.001710.72780.11470.47460.0029248816.2250010.1250412.64289.25138.260.650.15770.00179.47530.12540.43170.0032243118.7238512.3231414.343328.53539.520.610.16130.00159.39290.10.41940.0028246915.623779.9225812.944159.27186.370.850.13770.00146.83630.07420.35740.002219817.920909.719709.745215.0780.872.660.15990.00179.68620.11350.43640.0028245518.5240510.9233512.84671.71123.70.580.16550.001810.67890.12020.46530.003251318.2249610.6246313.44769.1125.160.550.16070.001910.06460.12310.45120.0031246519.8244111.4240113.8

續(xù)表1

分析點(diǎn)ThUTh/U同 位 素 比 值年 齡(Ma)(10-6)(10-6)207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ207Pb/206Pb±1σ207Pb/235U±1σ206Pb/238U±1σ48134.9253.482.520.16170.00210.2240.13250.45660.0037247420.5245512.1242516.44989.87153.260.590.14870.00198.45090.14540.40660.0034233222.2228115.7219915.75074.0880.020.930.11810.00165.15390.06850.31470.0023192824.1184511.4176411.35175.99113.080.670.15490.00168.82780.09070.41070.0029280017.5923209.5221813.352527.39244.322.160.16060.001810.04050.10920.45090.0032246118.5243910.2239914.2

表2　斜長角閃巖鋯石Hf同位素組成表

4.3地球化學(xué)

周口店官地雜巖中斜長角閃巖全巖主、微量元素?cái)?shù)據(jù)見表3，斜長角閃巖的SiO2含量為49.73%～51.30%，屬于基性巖范疇。TiO2含量為0.38%～0.88%，P2O5含量為0.08%～0.19%，富MgO(11.91%～15.10%)和CaO(11.09%～13.69%)，Mg#平均值為70。

總稀土元素含量(ΣREE)為133.71×10-6～226.04×10-6，其ΣLREE/ΣHREE=3.49～5.36，(La/Yb)N=8.63～16.05，輕、重稀土分異度高，整體表現(xiàn)右傾的配分模式(圖7a)，且δEu為0.36～0.47，具有一定程度的負(fù)Eu異常，反應(yīng)了巖漿演化早期可能經(jīng)歷了斜長石分離結(jié)晶。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中，富集大離子親石元素(LILE)Rb， Ba， K，虧損高場強(qiáng)元素(HFSE)U， Ta， Nb， Zr， Ti。

圖7　(a)斜長角閃巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖與(b)原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)SUN et al.，1989，引文數(shù)據(jù)來源于DENG et al.，2013)Fig.7　(a) Chondrite-normalized REE patterns and (b)primitive mantle-normalized trace elementsspidergram for the amphibolite

樣品號SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5H2O+CO2LOITotalMg#TFeONa2O+K2OZ23-151.300.888.873.627.000.2411.9111.091.490.710.192.000.081.6799.3867.4210.262.20Z23-250.520.409.463.786.100.2812.6911.701.810.700.101.650.161.5799.3670.429.502.51Z23-350.450.475.653.627.500.2714.4913.690.880.430.141.560.211.3599.3570.6010.761.30Z23-449.730.386.884.216.900.3015.1012.201.020.670.081.700.211.6799.3971.5710.691.69樣品號ScVCrNiCuZnRbSrZrNbBaHfTaPbThULaCeZ23-141.41192.30410.10145.969.25111.1014.35319.8199.27.91452.211.70.403.113.460.2738.9082.65Z23-244.94163.701192247.3513.90119.708.34222.6136.93.932177.30.252.140.860.0825.5053.58Z23-348.24165.30713.40301.4113.32112.004.2275.074.03.8296.86.20.220.970.940.0327.7363.80Z23-445.11168.301294.00251.9412.63146.507.1660.2440.302.34104.902.430.160.891.040.0519.8245.65樣品號PrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuY∑REE(La/Yb)NδEuδCeNb*Z23-111.6646.218.952.156.250.894.250.751.920.281.740.2419.20104.4916.050.470.940.23Z23-27.8230.726.251.444.950.774.060.741.990.311.960.2719.0480.319.330.470.920.23Z23-39.3636.957.371.345.440.793.840.681.730.261.560.2117.5587.0912.770.360.970.21Z23-46.5025.665.331.004.140.653.470.651.740.271.650.2416.9568.248.630.380.980.16

5討論

5.1巖石成因

周口店官地雜巖整體經(jīng)歷了角閃巖相的變質(zhì)作用，其原巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造被改造(張曉麗等，2014)。對于經(jīng)歷變質(zhì)作用的太古宙巖石，其主、微量元素會(huì)受到影響，要對其影響程度評價(jià)。在變質(zhì)變形作用過程中相對穩(wěn)定的不活動(dòng)性元素Zr與其他元素的線性關(guān)系可以作為元素是否發(fā)生遷移程度的標(biāo)志(DENG et al.，2013)。筆者研究的斜長角閃巖REE， HFSE(Th， Nb， Ta， Ti)和過渡金屬元素(Sc， Cr， Ni)與Zr元素具有良好線性關(guān)系，而LILE(K， Ba)與Zr元素線性關(guān)系較差(圖略)。且Ce/Ce*值為0.93～0.99，表明其REE未發(fā)生顯著元素遷移(POLAT et al.，2003)。HREE和HFSE(Nb、Ti)和過度金屬元素在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中，同類型的元素保持大致相同的特征(圖7)，這些元素在后期的地質(zhì)演化過程中元素遷移的程度有限(POLAT，2009)。

首先對斜長角閃巖的原巖性質(zhì)判別，Simonen圖解對于區(qū)分原巖為火成巖系還是變沉積巖系比較有效，所有分析投影點(diǎn)均分布在火山巖區(qū)域(圖8a)，在CaO-MgO-TFeO 圖解中顯示官地雜巖中的斜長角閃巖為正基性變質(zhì)巖(圖8b)。主量元素(SiO2， Ti2O， Al2O3)與MgO呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，相容元素(Co， Ni， Cr)與MgO呈正相關(guān)，微量元素(Nb， La， Y)與穩(wěn)定元素Zr具有正相關(guān)(圖9)，揭示了巖石形成經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用(DENG et al.，2013)。相容元素Ni， Co易進(jìn)入橄欖石中，且二者與MgO呈正相關(guān)，顯示橄欖石的分離結(jié)晶作用(圖9)。另外，Eu的負(fù)異常(δEu=0.36～0.47)揭示斜長石分離結(jié)晶，結(jié)合巖相學(xué)中殘余輝石和斜長石，其原巖主要礦物可能為輝石和斜長石，且斜長角閃巖野外主要呈巖墻狀產(chǎn)出，其可能為輝綠-輝長巖形成的基性巖，后期經(jīng)歷較為復(fù)雜的變質(zhì)作用。

圖8　Simonen圖解(SIMONEN，1953)和CaO-MgO-TFeO圖解(WALKER et al.，1960)Fig.8　Simonen diagram and CaO-MgO-TFeO diagram

5.2構(gòu)造環(huán)境

鎂鐵質(zhì)巖的成巖物質(zhì)一般來自巖石圈地幔或者軟流圈，地球化學(xué)數(shù)據(jù)可以限定地幔源區(qū)的具體特征(ZOU et al.，2000)。巖石圈地幔的巖石富集LILE和HFSE(Nb， Ta) (ZOU et al.，2000)。而地幔楔源區(qū)的巖石富集LREE和LILE、虧損HFSE(Nb， Ta)的特征，與島弧地球化學(xué)特征具有一定類似性(ZHAO et al.，2010)。官地雜巖中斜長角閃巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖中富集LREE，虧損重稀土元素HREE(圖7a)，在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中富集LILE，虧損HFSE(Nb， Ta， Zr， Ti)，這些特征與俯沖環(huán)境下受到俯沖板片混染的富集地幔具有類似性(圖7b)。強(qiáng)烈的Nb負(fù)異常(Nb*= 0.2)通常被認(rèn)為是繼承了地幔源區(qū)的特征(POLAT et al.，2011)，其鋯石Hf同位素εHf(t)主要處于虧損地幔演化線和球粒隕石之間揭示成巖物質(zhì)來源于富集地幔(圖6b)。具有高La/Ta值(La/Ta=30)，表明熔體通常來源于被俯沖大洋板片流體富集的地幔源區(qū)(ZHAO et al.，2010)，周口店官地雜巖中斜長角閃巖具有較高的La/Ta(98～127)、La/Nb(4.9～8.4)、Ba/Nb(25～57)，進(jìn)一步顯示其熔體來源于俯沖大洋板片重熔交代地幔楔。同時(shí)，與周口店南部贊皇雜巖中出露的斜長角閃巖作對比，二者具有相似的野外產(chǎn)出形式，且配分模式圖和蛛網(wǎng)圖中曲線擬合性較好(圖7)，(DENG et al.，2013)認(rèn)為其源區(qū)仍為俯沖大洋板片流體交代的地幔楔。

華北地塊的中部造山帶從南到北出露了較多與俯沖環(huán)境相關(guān)基性巖(KUSKY et al.，2003)。北部遵化雜巖中的斜長角閃巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)特征富集LILE，虧損HFSE(Nb， Ta， Zr， Ti)，具有俯沖環(huán)境特征，同時(shí)繼承了地幔楔熔體的特征(POLAT et al.，2006)。五臺(tái)山綠片巖帶中出現(xiàn)了2.55～2.50Ga基性巖體，其地球化學(xué)特征具有俯沖環(huán)境下的富集地幔性質(zhì)，于2.5Ga，這些基性巖體與TGG巖體一起增生到東部陸塊的西部邊緣(KUSKY et al.，2003；POLAT et al.，2006；POLAT et al.，2005)。河北東部的曹莊雜巖中出露了少量的橄欖輝長巖巖墻(2 526±26)Ma，根據(jù)巖石組構(gòu)與地球化學(xué)特征判斷形成于大陸地殼下部俯沖環(huán)境造成的巖石圈富集地幔(LI et al.，2010)。南部嵩山出露的新太古宙斜長角閃巖形成于主動(dòng)大陸邊緣的弧后盆地環(huán)境，熔體來源于地幔楔的部分熔融(周艷艷等，2009)。同時(shí)，在中部造山帶，出露了大量新太古宙的TTG片麻巖、斜長花崗片麻巖等中酸性巖，這些中酸性巖具有島弧成因，且隨著俯沖作用增生到東部陸塊(KUSKY，2011； POLAT et al.，2006；WANG，2009)。根據(jù)地幔楔、島弧、俯沖板片的相對位置，于2.5Ga大洋板片向東俯沖于東部陸塊之下，東部陸塊與中部造山帶邊界形成廣泛的俯沖環(huán)境下的中酸性侵入巖，同時(shí)，在弧后盆地的伸展環(huán)境下，形成了來自富集地幔的基性-超基性侵入巖。

圖9　斜長角閃巖的MgO和Zr與主、微量元素分異圖解Fig.9　Variation diagrams of MgO/Zr versus major and trace elements for the amphibolite

5.3華北地塊～2.5Ga大陸地殼生長

大陸地殼的形成與演化經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)演化過程，大陸地殼來源于地幔的分異作用和后期陸殼物質(zhì)的再造(CONDIE，1998)。CONDIE et al.(2011)對全球河流碎屑物樣品進(jìn)行鋯石U-Pb和Hf同位素分析，大陸地殼具有幕式增長的特征，～2.5Ga是全球早期大陸地殼增生的重要時(shí)期。第五春榮等(2012)對華北地塊的河流碎屑物用同樣的方法研究，揭示華北地塊地殼生長具有類似的特點(diǎn)。ZHAO et al.(2013)認(rèn)為華北地塊晚新太古宙形成的基底占前寒武紀(jì)形成基底的80%，指示晚新太古宙是華北地塊地殼增生的最主要的時(shí)期。

晚新太古宙，華北地塊的中部造山帶中發(fā)育了2.6～2.5Ga基底巖石，其北部的懷安雜巖主體由TTG片麻巖、閃長質(zhì)片麻巖和少量的麻粒巖組成，大部分巖漿鋯石結(jié)晶年齡顯示～2.5Ga，其εHf(t)主要分布于虧損地幔演化線與球粒隕石之間，其鋯石Hf模式年齡為2.8～2.7Ga，反映了2.5Ga的構(gòu)造熱事件主要來源于新生地殼的重新熔融(劉富等，2009；魏穎等，2013)。在中部造山帶的中部，五臺(tái)、阜平區(qū)域出露了TTG、花崗片麻巖和變質(zhì)表殼巖(滹沱群)，其年齡分為2.6～2.50Ga(KRONER et al.，2005；WANG，2009；WILDE et al.，2005)，部分花崗閃長質(zhì)巖漿可以持續(xù)活動(dòng)到2.48Ga(耿元生等，2010)。在南部的涑水雜巖、登封雜巖和太華雜巖等晚新太古宙基底年齡主要分為2.6～2.50Ga，Hf兩階段模式年齡為2.8～2.7Ga(HUANG et al.，2010； ZHANG et al.，2013； 郭麗爽等，2008)。

中部造山帶～2.5Ga的TTG片麻巖、花崗片麻巖和閃長質(zhì)片麻巖等中酸性侵入巖來自新生地殼的重新熔融。筆者研究的斜長角閃巖記錄了(2 551±37)Ma的巖漿事件，鋯石Hf同位素和地球化學(xué)特征揭示寄主巖漿來源于地幔楔，為直接地幔抽取的陸殼增生形式。它們可能為同一期次的構(gòu)造熱事件，且具有統(tǒng)一的早期大洋俯沖的構(gòu)造環(huán)境，共同揭示了新太古宙末期華北地塊的地殼增生事件。

6結(jié)論

(1)根據(jù)野外產(chǎn)出狀況、巖相學(xué)和地球化學(xué)特征，官地雜巖中斜長角閃巖的原巖主要組成礦物為輝石和斜長石，可能為輝綠-輝長巖形成的基性巖墻。

(2)LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年顯示斜長角閃巖的時(shí)代為(2 551±37)Ma，鋯石Hf同位素εHf(t)主要處于虧損地幔演化線和球粒隕石之間與地球化學(xué)結(jié)果共同揭示其熔體來源于俯沖大洋板片重熔交代地幔楔，斜長角閃巖形成于早期大洋俯沖環(huán)境的大地構(gòu)造背景，侵位于伸展環(huán)境下的弧后盆地。

(3)晚新太古代是華北地塊地殼生長的重要的時(shí)期，筆者為華北地塊～2.5Ga的大陸地殼生長提供了時(shí)代證據(jù)。

致謝：衷心感謝中國地質(zhì)大學(xué)王仁鏡老師、駱必繼老師和湖北地質(zhì)調(diào)查院陳超給予的指導(dǎo)和幫助，感謝審稿老師提出的寶貴意見，同時(shí)感謝野外作業(yè)中幫助的同學(xué)。

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收稿日期：2015-12-29；修回日期： 2016-01-27

基金項(xiàng)目：中國地質(zhì)調(diào)查局“云南1∶5萬龍朋等六幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”(1212011220400)

作者簡介：苑東洋(1990-)，男，河南周口人，中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)碩士研究生，主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)及其資源方面的應(yīng)用研究。E-mail： 286988073@qq.com

中圖分類號：P597

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-6248(2016)02-0149-16

Geochronology and Geochemical Characteristics of Amphibolite in Guandi Complex，Zhoukoudian Area and Its Geological Significance

YUAN Dongyang1，2， LI Dewei1，2， CHEN Qi1，2， ZENG Ping1，2， XU Qihu1，2

(1. School of Earth Science， China University of Geosciences， Wuhan 430074， Hubei， China;2.Institute of Geological Survey， China University ofGeosciences， Wuhan 430074， Hubei， China)

Abstract：The Guandi complex outcrops on both the north and south sides of the Fangshan pluton，being composed offelsic gneiss， plagioclase amphibolite and migmatite. The amphibolites are dispersed throughout the gneiss in Guandi complex. Metamorphic zircons from the amphibolite dike yield a LA-ICP-MS U-Pb upper intercept age of (2 551±37)Ma， which have been interpreted as the crystallization age. According to the geochemical results， these amphibolites are characterized by low TiO2 and high MgO contents， with Mg-number of 70. These amphibolites display the enriched LREE， depleted HREE pattern with pronounced negative Eu anomaly. Element variation diagrams and petrography characteristics indicate that the protolith consists of clinopyroxene and plagioclase. Hf isotopic compositions indicate that they are sourced from an enriched lithospheric mantle. Data of trace elements illustrates that these amphibolitic dikes are characterized by enriched LILE (Rb， Ba， K)， and have depleted HFSE patterns with pronounced negative Nb， Ta and Zr anomalies， which are consistent withan arc-related enriched mantle source region. Therefore， it’s proposed that the amphiboliticdikes were formed during the east-dipping subduction. The enriched mantle signatures are consistent with the metasomatization of melts and fluids derived from the subducted slab. Combining previous research results， these results help elucidate important components about the crustal growth of the North China Block during the Neoarchean.

Keywords：Guandi complex; amphibolite; U-Pb dating; geochemistry; Hf isotope; mantle wedge metaso matism