膠東崮莊閃長巖鋯石U-Pb年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究

李杰，李世勇，宋英昕，姜夢瑤，畢明光，王珊珊，蔣雷，孫亮亮

(1.河北地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，河北 石家莊 050031；2.中國科學(xué)院海洋研究所深海研究中心，山東 青島 266071；3.山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013；4.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250013；5.山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 威海 264209)

膠東東部榮成市偉德山地區(qū)出露的花崗巖是中生代燕山晚期的一期重要巖漿活動(dòng)產(chǎn)物，地質(zhì)工作者把膠東地區(qū)與之時(shí)代和性質(zhì)相近的花崗巖類稱為偉德山序列花崗巖。偉德山序列花崗巖除在偉德山地區(qū)廣泛出露外，還在膠東三佛山、院格莊、牙山、艾山、招虎山、龍王山、南宿、大澤山等地區(qū)廣泛發(fā)育，出露總面積約1435km2，是膠東地區(qū)白堊紀(jì)最強(qiáng)烈的巖漿侵入活動(dòng)。偉德山序列花崗巖主要由一套中性—中酸性—酸性侵入巖類組成，從早到晚經(jīng)歷了閃長巖—二長閃長巖—二長巖—石英二長巖—花崗閃長巖—二長花崗巖的演化。前人對其分布、侵位機(jī)制及巖石成因等作了研究[1-4]，但前人測得的成巖年齡變化范圍較大(196.4～75.55Ma)[5]，加之其巖性復(fù)雜，地球化學(xué)性質(zhì)多樣，在一定程度上限制了對其成因及構(gòu)造意義等的進(jìn)一步研究。該文在前人研究的基礎(chǔ)上，選擇偉德山序列花崗巖之崮莊巖體開展年代學(xué)和地球化學(xué)研究，首次采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb法，精確測定了成巖時(shí)代，分析了巖石地球化學(xué)特征，討論了巖漿源區(qū)、巖石成因及構(gòu)造環(huán)境。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

崮莊巖體位于膠東東部榮成市偉德山地區(qū)，其大地構(gòu)造位置處在大別-蘇魯造山帶北東端的威海隆起區(qū)，該區(qū)域整體發(fā)育前寒武紀(jì)韌性變形，出露古元古代荊山群、中生代白堊紀(jì)青山群及新生代第四系，發(fā)育新元古代晉寧期和中生代燕山晚期巖漿巖，尤其是中生代以來構(gòu)造巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，是偉德山序列花崗巖的主要分布區(qū)。偉德山序列花崗巖自西向東依次發(fā)育崮莊、洛西頭、大水泊、不落耩、崖西、虎頭石等6個(gè)巖體，大致呈不對稱的同心環(huán)狀產(chǎn)出(圖1)[6-7]。崮莊巖體呈巖株?duì)畎l(fā)育，僅出露于偉德山巖體的北西部，規(guī)模相對較小，其巖性主要為黑云母閃長巖，是偉德山序列花崗巖巖漿演化早期階段的產(chǎn)物。

1—中生代青山群；2—古元古代荊山群；3—新元古代榮成序列泊于單元花崗閃長質(zhì)片麻巖；4—中生代早白堊紀(jì)埠柳序列崮莊單元細(xì)粒輝石角閃石英二長閃長巖；5—中生代早白堊紀(jì)埠柳序列洛西頭單元含斑中粒角閃黑云石英二長巖；6—中生代早白堊紀(jì)埠柳序列大水泊單元斑狀中細(xì)粒含黑云角閃石英二長巖；7—中生代早白堊紀(jì)埠柳序列不落耩單元巨斑狀中粗粒含角閃石英二長巖；8—中生代早白堊紀(jì)偉德山序列崖西單元斑狀中粒含角閃二長花崗巖；9—中生代早白堊紀(jì)偉德山序列虎頭石單元細(xì)粒二長花崗巖；10—取樣位置；11—銅/鉬/鉛/鋅/金/銀礦床(點(diǎn))圖1 膠東東部偉德山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)簡圖(據(jù)丁正江等，2013；張?jiān)銎娴龋?014修改)

2 巖相學(xué)特征

崮莊巖體黑云母閃長巖呈灰白色，中—細(xì)粒柱粒狀結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為斜長石(75%±)、黑云母(5%～7%)和角閃石(10%～13%)，其次含少量鉀長石(2%±)、石英(1%～2%)和不透明礦物(4%±)。斜長石呈自形板狀，粒度約0.2～4mm，聚片雙晶和簡單雙晶發(fā)育，發(fā)生絹云母化和高嶺土化蝕變，表面較臟；黑云母顏色淺棕色到深棕色，多色性和吸收性明顯，呈片狀，粒度0.1～4mm，平行消光，干涉色被自身顏色掩蓋；角閃石顏色淡綠色到綠色，呈柱粒狀或柱狀，粒度0.1～2mm，解理發(fā)育，有的顆粒內(nèi)部發(fā)生纖閃石化和黑云母化蝕變，局部析出團(tuán)塊狀不透明礦物；鉀長石呈不規(guī)則狀，粒度約2mm，鑲嵌于斜長石之間的空隙中，鉀長石內(nèi)部包含粒度較小的自形板條狀斜長石；石英呈他形粒狀，粒度0.05～0.3mm，分布于長石顆粒之間或內(nèi)部；不透明礦物呈他形—自形立方體晶，粒度0.01～0.3mm，呈塵土狀或集合體狀聚集于暗色礦物中(圖2)。

3 樣品采集與分析方法

研究所用樣品采自崮莊村北地表采石坑，巖性為黑云母閃長巖，呈灰白色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為斜長石、黑云母、角閃石，其次為鉀長石、石英等。

樣品的主、微量元素測試由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心完成。主量元素采用ZetiumX射線熒光光譜儀測定，微量(包括稀土)元素采用ELEMENT XR等離子體質(zhì)譜儀測定。主量元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%，微量元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于10%。

鋯石挑選在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室利用標(biāo)準(zhǔn)重礦物分離技術(shù)分選完成。制靶時(shí)，先在雙目鏡下挑選出表面平整光潔且具不同長寬比例、不同柱錐面特征、不同顏色的鋯石顆粒，然后將這些鋯石粘在雙面膠上，用無色透明環(huán)氧樹脂固定，待環(huán)氧樹脂固化之后對其表面拋光至鋯石中心。利用雙目鏡和陰極發(fā)光圖像詳細(xì)研究鋯石的晶體形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，選擇同位素分析的最佳點(diǎn)。鋯石制靶、CL照相和鋯石U-Pb年齡測定均在天津地調(diào)中心進(jìn)行。測試采用的激光剝蝕束斑直徑為35μm；具體測試過程詳見丁正江等[7]；樣品的同位素比值及元素含量計(jì)算采用ICPMSDATECAL程序[8-9]，年齡計(jì)算及諧和圖的繪制采用Isoplot 3.0軟件[10]。

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

崮莊黑云母閃長巖主量元素分析結(jié)果見表1。閃長巖的SiO2含量為56.66%～58.21%，屬中性巖。Na2O+K2O含量為6.09%～6.73%，在TAS分類圖上，落于閃長巖-二長閃長巖-二長巖的過渡范圍(圖3a)。在K2O-SiO2圖上都落于高鉀鈣堿性系列內(nèi)(圖3b)。K2O/Na2O=0.63～0.71，在K2O-Na2O圖解(圖3c)中位于鉀玄巖系列。A/CNK=1.30～1.34，A/NK=2.48～2.70，在A/NK-A/CNK圖解(圖3d)中位于過鋁質(zhì)范圍。MgO含量較高，為4.04%～4.96%，Mg#=55～57。地幔橄欖巖部分熔融的熔體往往具有較高的Mg#，而由下地殼巖石部分熔融形成的熔體的Mg#小于50[11]，崮莊閃長巖的Mg#較高，指示成巖物質(zhì)與地幔部分熔融有關(guān)。巖石主量元素中CaO，MgO，F(xiàn)eOT，P2O5，TiO2與SiO2呈負(fù)相關(guān)，表明有輝石、磷灰石、鈦鐵礦等礦物的顯著分離結(jié)晶作用[12]，K2O，Na2O與SiO2基本呈正相關(guān)。

表1 崮莊黑云母閃長巖主量元素含量及特征參數(shù)

4.2 微量元素

崮莊巖體閃長巖稀土元素含量及特征參數(shù)見表2。稀土總量介于(215.66～239.22)×10-6之間，平均值為226.54×10-6，LREE/HREE值介于13.82～14.59之間，輕、重稀土元素具有較大的分餾，(La/Yb)N值介于20.73～22.87之間，變化范圍較小，表明后期巖漿分異不強(qiáng)烈。輕稀土(LREE)的含量與ΣREE呈同消長，而重稀土(HREE)含量變化小，表明巖體ΣREE的差別主要是由LREE引起的。δEu為0.79～0.91，呈弱的負(fù)異常，表明巖體經(jīng)歷了一定的斜長石分離結(jié)晶作用，或源區(qū)有一定量的斜長石殘留。δCe為0.89～0.93，無明顯異常。采用C1球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)[13]對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(圖4a)，稀土配分曲線呈右傾型，富集LREE，輕、重稀土元素內(nèi)部均無明顯分異。各稀土配分曲線幾近一致，顯示同源巖漿演化特點(diǎn)。

a—SiO2-Na2O+K2O圖解；b—SiO2-K2O圖解；c—Na2O-K2O圖解；d—A/CNK-A/NK圖解圖3 崮莊黑云母閃長巖巖石地球化學(xué)圖解

樣號(hào)GZ-1GZ-2GZ-3GZ-4GZ-5GZ-6La52.351.552.357.35555.2Ce94.792.290.199.994.8100Pr1110.510.411.710.711.4Nd42.339.741464445.5Sm6.396.196.176.96.937.32Eu1.61.751.641.681.81.99Gd5.585.285.295.775.596.05Tb0.7930.7670.7670.8480.8170.868Dy3.513.323.413.953.693.88Ho0.6190.5750.5930.680.640.681Er1.921.791.852.051.962.12Tm0.2720.2520.2650.2810.2630.307Yb1.811.621.641.91.751.83Lu0.2590.2330.2390.2620.2610.283Y18.116.61718.417.919.3ΣREE223.05215.68215.66239.22228.20237.43LREE208.29201.84201.61223.48213.23221.41HREE14.7613.8414.0515.7414.9716.02LREE/HREE14.1114.5914.3514.2014.2413.82LaN/YbN20.7322.8022.8721.6322.5421.64δEu0.800.910.860.790.860.89δCe0.920.920.890.890.900.93Rb67.270.374.567.860.370Ba195521001978202620601729Th7.136.396.217.095.936.76U1.41.411.471.71.081.55Ta0.4960.4470.4110.4650.370.425Nb9.288.288.068.5877.9Sr998105397599610931142Zr25.714.717.918.513.121.9Hf0.9240.6970.720.820.6210.873Rb/Sr0.0670.0670.0760.0680.0550.061Nb/Ta18.7118.5219.6118.4518.9218.59

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖4b)顯示，閃長巖微量元素配分模式較為一致[14]。相對于原始地幔，巖石富集大離子親石元素(如K，Ba，Rb)和活潑的不相容元素(如Th，U)，相對虧損高場強(qiáng)元素(如Nb，Ta，Ti，P)，顯示島弧或活動(dòng)大陸邊緣弧巖漿特點(diǎn)。Ta，Nb和Ti具負(fù)異常，P和Ti的虧損可能受到了磷灰石和鈦鐵礦分離結(jié)晶作用的影響。Rb/Sr比值為0.055～0.076，Nb/Ta比值為18.45～19.61。

5 鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年

鋯石呈無色或淺黃褐色，以長柱或等軸狀半自形—自形晶為主，粒徑60～120μm，長短軸之比為1∶1～2∶1。鋯石陰極發(fā)光圖像顯示大部分鋯石具有典型巖漿鋯石的韻律環(huán)帶[15-16]，少數(shù)鋯石具有極窄的增生邊及云霧狀分帶，總體顯示為典型巖漿鋯石特征(圖5)。根據(jù)鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選取31顆鋯石開展微區(qū)U-Pb測年分析，分析結(jié)果見表3。

6 討論

6.1 巖漿源區(qū)和巖石成因

圖4 崮莊閃長巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(a.標(biāo)準(zhǔn)化值，據(jù)Boynton,1984)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b.標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989)

測點(diǎn)號(hào)含量(×10-6)PbUTh/U同位素比值年齡(Ma)207Pb/206Pblσ207Pb/235Ulσ206Pb/238Ulσ207Pb/206Pblσ207Pb/235Ulσ206Pb/238Ulσ12620.91370.07060.01110.19650.03310.02020.000394632218231129221490.84350.15390.00910.44730.02570.02110.0003239010037522134232540.80220.19620.01360.61320.04850.02270.0005279511448638144342970.80280.04800.00680.11570.01640.01750.00039933711116112252920.85510.04670.00610.11340.01470.01760.00023231610914113161560.99810.04830.00790.11530.01820.01730.000211438811118111271301.01740.04780.00910.11340.01800.01720.000389453109171102841760.88440.04790.00240.11420.00590.01730.0001931191106111191401.08100.04800.01870.12600.03370.01900.00051019211203212131021230.75420.04950.00370.11800.00880.01730.000217217211381101111541.34180.04790.01030.11440.02190.01730.000295509110211112122681.04790.04660.00920.11270.01940.01750.000229472108191122131461.31980.04910.01090.12680.02350.01870.0003153519121221202142720.94450.04650.00490.11270.01190.01760.000226253108111121152760.95920.04720.01080.11470.02500.01760.000362545110241122162730.96430.04870.00650.11840.01470.01760.0002133316114141131171370.93110.04910.01310.12700.02740.01870.0003155624121261202181340.81240.24000.02260.77150.06340.02330.00053120150581481493191690.06280.07260.01330.11960.04910.01990.000510043721854512732031060.66240.08210.00600.22800.01800.02010.00021248143209171291211470.84240.06950.01740.18370.04540.01920.00059145161714212232231350.67630.07400.00570.19940.01540.01950.00021042155185141251232750.77340.04790.00350.11580.00870.01750.00029417411181121241590.93520.04880.00950.11860.02270.01760.00031394591142211322521190.64560.04720.00410.11500.01000.01770.000261208111101131262920.91960.04560.00270.11170.00660.01770.0002-21143107611312731041.05490.04800.01130.11430.03480.01730.0006975581103311142831290.79130.04670.00410.11300.00980.01750.00023521010991121294630.82500.36390.01001.48470.05220.02960.00053766429243318833021200.65680.04910.00530.11710.01280.01730.00021542521121211013131780.74770.04880.00610.11710.01490.01740.0002138295112141111

圖5 鋯石陰極發(fā)光圖像

偉德山序列花崗巖巖石組合主體包括閃長巖至二長花崗巖的演化序列，在區(qū)域上侵入到前寒武紀(jì)變質(zhì)基底中。崮莊閃長巖巖石化學(xué)組成顯示其為高鉀鈣堿性巖系巖石，巖石中出現(xiàn)晶體較大的斜長石斑晶，針狀發(fā)育的磷灰石顯示了巖漿的快速冷卻，表明巖漿具混合作用特點(diǎn)。這與前人對榮成、膠南等地偉德山序列花崗巖及暗色閃長質(zhì)微粒包體的研究結(jié)論一致[3-4]。

崮莊閃長巖的主量元素CaO，MgO，F(xiàn)eOT，P2O5，TiO2與SiO2呈負(fù)相關(guān)，K2O，Na2O與SiO2基本呈正相關(guān)，巖漿具有一致的演化趨勢，表明它們?yōu)橥磶r漿演化的產(chǎn)物。巖石富集大離子親石元素(如K，Ba，Rb)、LREE和活潑的不相容元素(如Th，U)，相對虧損高場強(qiáng)元素(如Nb，Ta，Ti，P)，顯示島弧或活動(dòng)大陸邊緣弧巖漿特點(diǎn)。

Ta，Nb和Ti具“TNT”負(fù)異常，主要顯示俯沖帶幔源巖石的成分特點(diǎn)[13]。P和Ti的虧損可能受到了磷灰石和鈦鐵礦分離結(jié)晶作用的影響。Rb/Sr=0.055～0.076，介于上地幔值(0.034)與地殼值(0.35)之間[17]，反映出殼?；旌显吹奶攸c(diǎn)。Nb/Ta為18.45～19.61，高于地幔平均值17.5[13]，亦顯示殼?；旌系奶攸c(diǎn)。

綜上所述，崮莊黑云母閃長巖是由交代地幔部分熔融形成的基性巖漿與地殼物質(zhì)熔融形成的酸性巖漿混合形成的，是該巖漿演化序列早期階段的產(chǎn)物。

6.2 成巖年齡

崮莊巖體黑云母閃長巖中鋯石的U含量為(30～178)×10-6，主要集中在(70～120)×10-6之間，Th/U比值除了19號(hào)點(diǎn)的值極低(0.0628)外，其余均分布在0.6456～1.3418之間，大于0.6，小于4，具有明顯的巖漿鋯石特點(diǎn)[18-19]。206Pb/238U年齡大部分集中在110～113Ma之間，其加權(quán)平均年齡為(111.7±0.6)Ma(MSWD=0.64，n=19)(圖6)，與前人用全巖K-Ar法測得的年齡(113Ma)在誤差范圍內(nèi)一致*山東省地礦局第六地質(zhì)隊(duì)，1∶5萬威海九幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，1995年。。，因此，該年齡能更為精確地代表崮莊巖體的成巖年齡。

圖6 崮莊巖體鋯石U-Pb年齡諧和曲線

前人對膠東地區(qū)中生代花崗巖年代學(xué)作了大量研究[20-25]。近些年來，許多學(xué)者用鋯石U-Pb法得到了更加精確的年齡數(shù)據(jù)，如玲瓏花崗巖的鋯石U-Pb年齡為160～140Ma[26]，郭家?guī)X巖體SHRIMP鋯石U-Pb年齡為130～126Ma[21,27]，金礦成礦年齡主要集中于123～110Ma[28-33]。其余點(diǎn)的206Pb/238U年齡大致可分為3組：149～144Ma，134～127Ma和125～120Ma，分別記錄了該區(qū)域與之相對應(yīng)的3期地質(zhì)事件，即玲瓏花崗巖成巖、郭家?guī)X花崗巖成巖和膠東金礦成礦事件。

6.3 成巖構(gòu)造環(huán)境判別

元素Nb，Y和Ta，Yb能有效地區(qū)分不同大地構(gòu)造環(huán)境的花崗巖[34]，因而被用來區(qū)分火山弧花崗巖(VAG)、同碰撞花崗巖(Syn-COLG)、板內(nèi)花崗巖(WPG)和洋脊花崗巖(ORG)。在花崗巖Nb-Y和Ta-Yb構(gòu)造環(huán)境判別圖解上(圖7)，崮莊閃長巖投點(diǎn)落在火山弧花崗巖范圍，暗示中生代早白堊世偉德山序列花崗巖與古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖密切相關(guān)。與前人研究的郭家?guī)X花崗巖之郭家?guī)X巖體和上莊巖體的成巖構(gòu)造環(huán)境一致[35]。

圖7 崮莊閃長巖及郭家?guī)X花崗巖Nb-Y(a)和Ta-Yb(b)構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)Pearce et al.,1984和羅賢冬等，2014修改)

7 結(jié)論

(1)崮莊巖體黑云母閃長巖屬過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性系列巖石，具有低SiO2、高Al2O3、高Na2O/K2O、高M(jìn)g#的地球化學(xué)特征。巖石中CaO，MgO，F(xiàn)eOT，P2O5，TiO2與SiO2呈負(fù)相關(guān)，K2O和Na2O與SiO2基本呈正相關(guān)，巖漿具有一致的演化趨勢，為同源巖漿演化的產(chǎn)物。

(2)巖石富集大離子親石元素(如K，Ba，Rb)、LREE和活潑的不相容元素(如Th、U)，相對虧損

高場強(qiáng)元素(如Nb，Ta，Ti，P)，Rb/Sr，Nb/Ta等特征顯示巖漿具殼幔混合特點(diǎn)。

(3)崮莊閃長巖的成巖構(gòu)造環(huán)境顯示為火山弧花崗巖，暗示偉德山序列花崗巖與古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖密切相關(guān)。

(4)崮莊巖體黑云母閃長巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為(111.7±0.6)Ma，屬早白堊世。

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