內(nèi)蒙古集寧地區(qū)徐武家變質(zhì)輝長巖的形成背景及其地質(zhì)意義

王智，王惠初，施建榮，常青松，張家輝，任云偉，相振群

（1.中國礦業(yè)報(bào)社，北京100037；2.中國地質(zhì)調(diào)查局國際礦業(yè)研究中心，北京100037；3.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；4.中國地質(zhì)調(diào)查局前寒武紀(jì)地質(zhì)研究中心，天津300170）

華北克拉通（NCC）是世界上最古老的克拉通塊體之一，保存有自始太古代以來的地質(zhì)記錄，為研究地球早期的地殼演化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[1-2]。通常認(rèn)為華北克拉通是在晚新太古代到古元古代由幾個(gè)離散的微塊體拼合而成[2，3-10]。華北克拉通西部的孔茲巖帶是華北克拉通變質(zhì)基底的一個(gè)重要構(gòu)造單元，孔茲巖帶被認(rèn)為是北部的陰山地塊和南部的鄂爾多斯地塊之間的縫合帶，形成于1.95～1.90Ga之間被～1.85 Ga形成的中部造山帶截切[2，9]。

晉冀蒙交界地區(qū)是華北克拉通基底研究的熱點(diǎn)地區(qū)，出露有中國規(guī)模最大的麻粒巖地體。大致以大同-興和一線為界可以劃分出兩套高級(jí)變質(zhì)巖系，分別是南東部麻粒巖系和北西部孔茲巖系[11]（圖1b）?？灼潕r系主要分布在賀蘭山-千里山-烏拉山-大青山-集寧一線，近東西延伸600 km，南北寬100～200 km，為一套特殊的含石墨、夕線石和石榴石的麻粒巖相變質(zhì)的泥砂巖組合，并伴生大量同構(gòu)造S型花崗巖[12]。該套巖石在集寧-豐鎮(zhèn)-涼城一帶出露最為典型，被稱為集寧群[13]。長久以來，孔茲巖系被認(rèn)為是中太古代或新太古代變質(zhì)巖系[12，14-20]，但近年來對(duì)賀蘭山、大青山、集寧等地孔茲巖進(jìn)行的鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，碎屑鋯石年齡主要集中于2.0～2.3 Ga之間，并經(jīng)歷了1.95～1.85 Ga變質(zhì)作用[21-30]，孔茲巖系的形成時(shí)代為古元古代而非太古代。

在大青山-集寧地區(qū)的孔茲巖帶中分布有較多規(guī)模不等的1.95～1.92 Ga的變質(zhì)基性巖墻，以巖脈、巖床和小巖體的形式產(chǎn)在變質(zhì)沉積巖中，或是以大小不等的包裹體或殘留體殘存于石榴花崗巖（俗稱涼城花崗巖）中，這些巖墻在空間上與超高溫麻粒巖（UHT）關(guān)系密切[31-33]，對(duì)孔茲巖系的形成演化具有重要制約作用。Peng et al.曾將此類變質(zhì)基性巖統(tǒng)稱為徐武家期輝長蘇長巖，認(rèn)為其形成于1.95～1.92 Ga，與超高溫（UHT）變質(zhì)作用和涼城花崗巖有密切的成因聯(lián)系[31-32，34-35]。這些基性侵入體均遭受了麻粒巖相的變質(zhì)作用，規(guī)模較大的依然保存有巖漿結(jié)晶的粒度較粗的輝長結(jié)構(gòu)，規(guī)模較小的則均變?yōu)橹屑?xì)粒變晶結(jié)構(gòu)。徐武家變質(zhì)輝長巖是其中最典型代表，因其出露面積大且與含假藍(lán)寶石的超高溫變質(zhì)巖關(guān)系密切而倍受關(guān)注。

近幾年，作者等參加了集寧南部土貴烏拉地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，對(duì)徐武家變質(zhì)輝長巖進(jìn)行了較細(xì)致的地質(zhì)填圖，從野外地質(zhì)關(guān)系、巖石地球化學(xué)和同位素地質(zhì)年代學(xué)等方面對(duì)徐武家?guī)r體進(jìn)行了研究，有助于加深對(duì)該期基性巖漿事件的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)孔茲巖系形成演化的研究。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于晉冀蒙交界地區(qū)靠近內(nèi)蒙古自治區(qū)一側(cè)，大地構(gòu)造位置屬華北克拉通西部孔茲巖帶東段（集寧地體），臨近中部造山帶（TNCO）[9]。新近研究一般以大同-渾源窯斷裂為界將晉冀蒙相鄰地區(qū)高級(jí)變質(zhì)地體劃分為北西側(cè)的孔茲巖系和東南側(cè)的懷安雜巖（圖1b）。北西側(cè)的孔茲巖系主要由石墨夕線石榴黑云斜長片麻巖、石榴變粒巖/淺粒巖、長石石英巖以及大理巖等構(gòu)成，時(shí)代歸屬于古元古代[22，36]。東南側(cè)的懷安雜巖，主要由新太古代TTGG片麻巖-變質(zhì)表殼巖構(gòu)成，含有少量古元古代變質(zhì)碎屑巖、花崗巖及高壓麻粒巖[9，37-41]。兩部分構(gòu)成高溫型“雙變質(zhì)帶”[42]。

徐武家變質(zhì)輝長巖出露于集寧南部的土貴烏拉地區(qū)（圖1a），侵入古元古代孔茲巖系中，并遭受了變質(zhì)變形作用的改造。孔茲巖系總體呈北東東向展布，產(chǎn)狀以陡傾為主?？灼潕r系可以劃分為三套變質(zhì)巖石組合：變粒巖-淺粒巖組合（Pt1bi）、夕線榴云片麻巖組合（Pt1sg）和尖晶夕線石榴片麻巖組合（Pt1pg）。超高溫變質(zhì)巖主要產(chǎn)于尖晶夕線石榴片麻巖組合中。區(qū)內(nèi)S型花崗巖發(fā)育，與孔茲巖系呈侵入接觸關(guān)系或深熔過渡關(guān)系（混合巖化）。

在察右前旗的土貴山公園也可見變質(zhì)輝長巖侵入到尖晶夕線石榴片麻巖（麻粒巖）中，在變質(zhì)輝長巖的邊部，普遍發(fā)育石榴石巖，寬度10～50 cm不等。石榴石巖中石榴石含量占50%～80%，同時(shí)含有夕線石、紫蘇輝石、堇青石、尖晶石、金紅石和斜長石等，推測是超高溫條件下泥質(zhì)組分與基性組分反應(yīng)的產(chǎn)物[32]。

石榴花崗巖中也?？梢娨恍┎煌?guī)模的變質(zhì)輝長巖或基性麻粒巖殘塊。區(qū)域上最大的變質(zhì)輝長巖殘塊出露于九龍灣水庫邊，產(chǎn)于斑狀石榴花崗巖中，面積達(dá)4～5 km2，內(nèi)部保存有變余輝長結(jié)構(gòu)，并被未變質(zhì)的中元古代輝綠巖墻切割。

2 巖體地質(zhì)特征

2.1 產(chǎn)出特征

徐武家變質(zhì)輝長巖出露于土貴烏拉南的紅砂壩-徐家村一帶（溝口子溝內(nèi)徐家村與武家村相鄰，故亦稱徐武家村），平面上巖體呈“鞋底”狀形態(tài)（圖1a），北東東向展布。巖體寬約1.3～2.1 km，長約9.2 km，出露面積約為14.4 km2。因變形變質(zhì)作用，輝長巖的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造均發(fā)生了較大變化，但主體仍可識(shí)別原巖的輝長巖特征。

沿徐家村-武家村一帶實(shí)測了一條地質(zhì)剖面（圖2），控制了巖體兩側(cè)的接觸邊界以及內(nèi)部的超高溫麻粒巖塊體、石榴花崗巖脈和輝綠巖脈。

巖體北側(cè)自北向南發(fā)育榴云（二長）片麻巖、石榴淺粒巖、斑狀石榴二長花崗巖及尖晶夕線石榴二長片麻巖；局部分布有晚石炭世拴馬樁組砂礫巖。野外露頭上可見變質(zhì)輝長巖與混合質(zhì)含尖晶夕線石榴（二長）片麻巖呈侵入接觸關(guān)系，接觸帶附近可見多條細(xì)粒的變質(zhì)輝長質(zhì)脈穿切其中（圖3a、b），在陡立斷面上似乎是平行狀產(chǎn)出，但在近水平斷面上則可見明顯的斜切混合質(zhì)尖晶夕線石榴（二長）片麻巖的成分條帶。含尖晶夕線石榴片麻巖出露不足30 m，其北側(cè)出露肉紅色斑狀石榴黑云二長花崗巖，兩者之間為侵入或漸變過渡關(guān)系。此處斑狀石榴黑云二長花崗巖未見直接與輝長巖接觸，但輝長巖中可見少量石榴二長花崗巖脈體，區(qū)域上也可見輝長巖呈殘塊狀包裹在斑狀石榴花崗巖中（如九龍灣變質(zhì)輝長巖），因此徐武家輝長巖是在斑狀石榴花崗巖形成之前侵位。

巖體南側(cè)自北向南發(fā)育尖晶夕線石榴黑云片麻巖、石榴黑云（二長）片麻巖、石榴淺粒巖和斑狀石榴二長花崗巖。變質(zhì)輝長巖與尖晶夕線石榴黑云片麻巖呈平行片麻理接觸，變質(zhì)輝長巖呈條帶狀構(gòu)造，屬于深部構(gòu)造層次的麻粒巖相韌性剪切帶[43]。在韌性剪切帶的長英質(zhì)糜棱巖中可見一組向南西陡傾的拉伸線理。

圖1 內(nèi)蒙古集寧察右前旗地區(qū)地質(zhì)圖（a）和晉冀蒙相鄰地區(qū)地質(zhì)簡圖（b）及所處大地構(gòu)造位置（c）（據(jù)參考文獻(xiàn)[9]）Fig.1 Geological map of Chahar Right Front Banner area,Jining,Inner Mongolia(a)and geological sketch map of adjacent area of Shanxi,Hebeiand Inner Mongolia(b)and their geotectonic location(c)

巖體邊部粒度較細(xì)，片麻理構(gòu)造較發(fā)育（圖3c、d），向巖體內(nèi)部粒度變粗，片麻理微弱或無片麻理，局部可見粒度大于1 cm的長石斑晶。北側(cè)總體產(chǎn)狀150～159°∠65～75°，南 側(cè) 總 體 產(chǎn) 狀 300～323°∠75～85°。

巖體中可見少量超高溫泥質(zhì)麻粒巖殘塊，其中徐家村北山坡上超高溫麻粒巖露頭最為特征，規(guī)模達(dá)7×30 m，產(chǎn)狀近直立。巖石薄片鑒定見有假藍(lán)寶石。

徐武家輝長巖中見鄉(xiāng)民開采鐵礦痕跡，但并非巖漿熔離型磁鐵礦，而是與后期的正長花崗巖脈有關(guān)，正長花崗巖脈不規(guī)則狀產(chǎn)出，磁鐵礦呈窩狀存在于正長巖花崗巖脈邊緣。

從徐武家?guī)r體的磁異常看（圖4），徐武家輝長巖顯示強(qiáng)烈的正磁異常，磁異常的北東端收斂迅速，西南端向下擴(kuò)展，顯示巖體向西南端傾伏，與野外觀察到的向西南陡傾的線理構(gòu)造一致；徐武家磁異常的南側(cè)也有正磁異常分布，有可能預(yù)示隱伏的基性巖體存在。

圖2 內(nèi)蒙古徐武家變質(zhì)輝長巖（Pt1ν）剖面圖Fig.2 Profile of Xuwujia metagabbro（Pt1ν）,Inner Mongolia

圖3 徐武家變質(zhì)輝長巖野外照片F(xiàn)ig.3 Field photos of Xuwujia metagabbro

2.2 巖石特征

野外路線和實(shí)測剖面觀察顯示，徐武家變質(zhì)輝長巖內(nèi)部巖性不均勻，從邊緣到中心，巖性及變形程度、結(jié)構(gòu)均有較大變化。變質(zhì)輝長巖新鮮面呈灰黑色，風(fēng)化面呈灰黃色，中細(xì)粒柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，總體為塊狀構(gòu)造，局部地段暗色礦物略顯定向排列呈條紋或條痕狀構(gòu)造，黑云母增多時(shí)呈片麻狀構(gòu)造。主要巖石類型有（角閃）二輝斜長麻粒巖、角閃紫蘇斜長麻粒巖、黑云角閃紫蘇斜長麻粒巖（片麻巖）、角閃紫蘇二長麻粒巖等。巖石淺色礦物主要為斜長石、條紋長石、反條紋長石、石英等，暗色礦物主要為紫蘇輝石、透輝石、角閃石、黑云母等；暗色礦物含量一般在40%左右，石英含量一般不超過5%。不同巖性之間無明顯界線而表現(xiàn)為一種漸變過渡關(guān)系。

圖4 徐武家變質(zhì)輝長巖的磁異常圖[43]Fig.4 Magnetic anomaly map of Xuwujia metagabbro

鏡下觀察顯示，巖石組構(gòu)不均勻，不具備麻粒巖的近等粒結(jié)構(gòu)特征，礦物可以明顯分為兩種粒級(jí)，一組為斑狀礦物，以紫蘇輝石和斜長石為主，少量透輝石和條紋長石，一般占巖石組成的50%以上；礦物呈它形粒狀或板條狀，邊緣殘缺，呈殘晶（殘斑）狀產(chǎn)出，粒度一般為0.5～2 mm，大者可達(dá)4 mm；斜長石可見明顯的波狀消光和雙晶彎曲；條紋長石，多見蠕英及補(bǔ)塊等交代結(jié)構(gòu)。另一組為基質(zhì)礦物，主要由長石、輝石、石英，角閃石、黑云母等組成，粒度一般在0.1～0.3 mm，往往環(huán)繞在斑晶礦物周邊，呈糜棱巖化的核幔結(jié)構(gòu)（圖5）。

電子探針分析結(jié)果也指示細(xì)粒重結(jié)晶相中黑云母和角閃石高鈦等成分特征形成于麻粒巖相變質(zhì)條件，而且紫蘇輝石和透輝石的斑晶和細(xì)粒重結(jié)晶相沒有明顯的成分差別[44]。和斑晶相比，斜長石細(xì)粒重結(jié)晶相的鈣長石含量略有增加。

3 巖石地球化學(xué)特征

本次工作沿徐武家溝剖面（圖2）系統(tǒng)采集了巖石分析樣品，其中樣品18X01采自侵入圍巖的輝長巖脈，18X05配套采集了同位素年齡樣品，18X06附近北側(cè)山坡有鉀長花崗巖侵入并有開采鐵礦的采坑。樣品的測試分析由中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室完成。

3.1 主量元素特征

圖5 徐武家變質(zhì)輝長巖鏡下照片（+）Fig.5 Microscope photographs of Xuwujiametagabbro(+)a.二輝斜長麻粒巖；b.角閃紫蘇斜長片麻巖（Pl.斜長石；Opx.斜方輝石；Cpx.單斜輝石；Hbl.角閃石）

變質(zhì)輝長巖化學(xué)成分（表1）SiO2含量為48.58%～55.25%，平均為51.69%，屬基性-中性巖。Al2O3含量較高，介于15.79%～18.80%之間。堿質(zhì)含量較高，Na2O為1.83%～3.44%，平均為2.98%；K2O為1.12%～3.44%，平均為2.51%；全堿Na2O+K2O為4.56%～6.72%，平均為5.49%，K2O/Na2O為0.33～1.68，變化范圍較大，9個(gè)樣品中4個(gè)K2O/Na2O＞1，5個(gè)K2O/Na2O＜1。從野外觀察和樣品鏡下特征看，鉀質(zhì)含量高可能與圍巖混染、鉀質(zhì)交代作用相關(guān)，樣品18X01為侵入圍巖中的巖脈，受圍巖影響較大，樣品18X04-18X06之間有多條石榴花崗巖脈貫入，尤其是樣品18X06附近有規(guī)模較大鉀質(zhì)花崗巖侵入，并形成熱液型的鐵礦點(diǎn)。K2O與SiO2呈正相關(guān)關(guān)系，K2O與P2O5、Al2O3與SiO2含量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，但Na2O與SiO2無相關(guān)性，也說明存在鉀質(zhì)交代。巖石中MgO含量介于3.01%～5.47%之間，平均為4.16%；全鐵（FeOT=FeO+0.899×Fe2O3）為9.29%～11.38%；Mg#（Mg#=Mg/（Mg+Fe2+）（原子數(shù)比）為37.5～52.1，鎂指數(shù)相對(duì)較低，表明非原生巖漿，隨SiO2增高M(jìn)g#有降低趨勢。Ti、P 含量較高，TiO2為1.71%～2.37%，平均為2.04%，明顯高于高鉀鈣堿性和鉀玄質(zhì)系列巖石；P2O5為0.76%～1.32%，顯示幔源成因特點(diǎn)。

表1 徐武家變質(zhì)輝長巖巖石化學(xué)分析Tab.1 Petrochemical analysis of Xuwujia metagabbro

在TAS分類圖解中投點(diǎn)落在輝長巖和二長閃長巖區(qū)（圖6），且位于堿性橄欖玄武巖系列與亞堿性系列分界線附近，靠近堿性橄欖玄武巖系列一側(cè)。由于K、Na為活動(dòng)性元素，在變質(zhì)和蝕變過程中容易活化，TAS圖可能難以真實(shí)反映巖石性質(zhì)。應(yīng)用微量元素圖解判別，在Zr/Ti-Nb/Y圖解中，樣品投點(diǎn)主要落在堿性玄武巖和粗面安山巖區(qū)域，少部分落在亞堿性玄武巖-玄武安山巖區(qū)（圖7），整體反映為偏堿性中基性巖特點(diǎn)。

圖6 徐武家變質(zhì)輝長巖TAS分類圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[45]）Fig.6 TAS classification of Xuwujia metagabbro

圖7 徐武家變質(zhì)輝長巖Zr/Ti-Nb/Y圖解（據(jù)參考文獻(xiàn)[46]）Fig.7 Zr/Ti-Nb/Y diagram of Xuwujia metagabbro

3.2 微量元素特征

從變質(zhì)輝長巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式曲線圖可看出（圖8），變質(zhì)輝長巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式曲線右傾明顯，稀土總量較高，ΣREE在234.05×10-6～509.99×10-6，平均為406.38×10-6，高于OIB的稀土總量（199×10-6）。LREE/HREE比值為12.83～21.57，(La/Yb)N比值為14.13～48.84，輕、重稀土分餾強(qiáng)烈，屬輕稀土富集型，輕重稀土分餾程度略大于OIB（圖8）。δEu值為0.58～0.98，除18X02樣品基本無銪異常外，其它樣品具有較明顯的銪負(fù)異常。(Ce/Yb)N=11.2～45.8，平均20.7，與太古宙下地殼平均值23相近[47]。

圖8 徐武家變質(zhì)輝長巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖Fig.8 Normalized distribution pattern of rare earth elements chondrite of Xuwujia metagabbro

徐武家變質(zhì)輝長巖微量元素大離子親石元素Rb、Ba、K、Sr、Pb富集，高場強(qiáng)元素Th、U、Nb、Ta、Ti虧損明顯，說明與陸殼物質(zhì)有密切關(guān)系，Pb的輕微富集也反映有不同程度的陸殼混染。樣品中Zr、Hf含量出現(xiàn)了分化，部分樣品富集顯正異常，部分樣品虧損顯負(fù)異常，樣品18X01則無異常；Zr、Hf的負(fù)異?？赡芘c輝長巖的巖漿分異堆晶作用有關(guān)，而Zr、Hf正異常的樣品則是巖石鉀質(zhì)交代較強(qiáng)烈的樣品，可能與熱液交代作用相關(guān)，Zr、Hf負(fù)異常的樣品更能反映巖石的成因性質(zhì)。

微量元素蛛網(wǎng)圖的分布型式則與OIB明顯不同（圖9），雖然大多數(shù)元素的標(biāo)準(zhǔn)化值與OIB可比，但Th、U、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti等高場強(qiáng)元素含量卻有較大差異。這種微量元素含量特征（蛛網(wǎng)圖型式）與太古宙下地殼平均成分較為相似[47]。樣品的Rb/Sr=0.007～0.073，平均0.032，大于太古宙下地殼的0.019，與 E-MORB 相當(dāng)；K/Rb=404～719，平均為601.7，略小于太古宙下地殼的755。變質(zhì)輝長巖Th、U含量平均值分別為1.03和0.22，與E-MORB的0.6和0.18較為接近，略大于太古宙下地殼平均值的0.42和0.05，但在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上顯示出與太古宙下地殼平均值相似的Th、U負(fù)異常。

圖9 徐武家變質(zhì)輝長巖微量元素初始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.9 Primitive mantle standardization spider web of trace elements of Xuwujia metagabbro

地殼混染可以導(dǎo)致La/Sm值迅速增高，一般在5.0以上[48]。本次工作所采樣品La/Sm值界于4.4～5.6之間，平均值為5.0，說明在巖漿演化過程中經(jīng)歷了不同程度的地殼混染作用。

典型島弧玄武巖具有虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti、Zr、Hf和重稀土元素Yb、Y，富集大離子親石元素Rb、Cs、Ba、Sr、Pb、K和輕稀土La、Ce的特點(diǎn)，徐武家輝長巖似乎部分符合這些特征，但Th、U虧損與島弧玄武巖不同；Nb含量雖達(dá)到13.7～31.1×10-6，但并非富鈮輝長巖。

4 鋯石U-Pb年齡及Hf同位素特征

本次工作在徐武家變質(zhì)輝長巖中采集了2件同位素測年樣品（18X05和1614-1）。樣品的鋯石分選由河北宇能公司完成，鋯石制靶和陰極發(fā)光照相委托北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb定年和Hf同位素分析測試分析均在天津地質(zhì)調(diào)查中心同位素實(shí)驗(yàn)室完成。

4.1 鋯石U-Pb年齡

樣品18X05采自徐家村東南約600 m，巖性為中粗粒二輝斜長麻粒巖，具微弱片麻理。從中分選出的鋯石顆粒直徑大小多數(shù)集中在150～300μm，以長條狀居多，部分渾圓狀，長條狀鋯石長寬比在2/1左右。從陰極發(fā)光圖像看（圖10），該樣品中的鋯石晶形不完整，形態(tài)不規(guī)則；以巖漿結(jié)晶鋯石為主，幾乎所有鋯石都不同程度地有變質(zhì)生長邊，變質(zhì)生長邊殘缺不全，顏色較淺，以灰色-灰白色為主，內(nèi)部無明顯生長條紋。部分淺色的變質(zhì)生長邊外側(cè)出現(xiàn)顏色較深的鑲邊。鋯石核部一般顏色較深，多數(shù)具有寬窄不均的板條狀晶紋，具有較典型的輝長巖中結(jié)晶鋯石特征。鋯石的變質(zhì)生長邊截切了核部鋯石的晶紋條帶。

圖10 樣品18X05和1614-1的鋯石陰極發(fā)光圖像及測點(diǎn)位置Fig.10 Zircon CL images and dating sits of sample 18X05 and 1614-1

對(duì)樣品18X05的39顆鋯石測試了40個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（表2），其中25、26測點(diǎn)分別為同一顆鋯石的邊部和核部。所有測點(diǎn)數(shù)據(jù)均位于諧和線上或其附近（圖11a）。Th/U比值總體分布于0.33～1.49，從鋯石陰極發(fā)光圖像判斷為變質(zhì)鋯石的測點(diǎn)Th/U比值為0.38～0.71，無法從鋯石的Th/U比值判別鋯石的性質(zhì)。測試數(shù)據(jù)顯示鋯石的207Pb/206Pb年齡界于1 883～1 943 Ma之間，40個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的207Pb/206Pb的加權(quán)平均年齡為1 912±7 Ma（MSWD=0.45，n=40）。其中鋯石陰極發(fā)光圖像具有輝長巖巖漿結(jié)晶鋯石特征的4、5、13～15、17、23、30、35～38、40等13個(gè)測點(diǎn)的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為 1 917±12 Ma（MSWD=0.26，n=13）（圖11b），可代表輝長巖的結(jié)晶年齡。4個(gè)（6、19、25、29）變質(zhì)鋯石特征較明顯的測點(diǎn)207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1 910±26 Ma（MSWD=0.25），可以代表輝長巖的變質(zhì)年齡。雖然兩個(gè)年齡數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)相近，但總體上仍可判斷巖漿結(jié)晶年齡稍大。

區(qū)調(diào)工作中還在徐家村附近采集了一個(gè)年齡樣品（1614-1），巖性為弱片麻狀角閃二輝斜長麻粒巖，從中分選出的鋯石以渾圓狀為主，粒徑多在100～200μm之間，鋯石的陰極發(fā)光圖像顯示多為變質(zhì)鋯石（圖10），少量鋯石核部保留有巖漿結(jié)晶鋯石的殘留，但與樣品18X05有所不同，具輝長巖中鋯石結(jié)晶習(xí)性的極少，個(gè)別鋯石具有不清晰的中酸性火成巖中結(jié)晶鋯石的震蕩環(huán)帶。

表2 徐武家變質(zhì)輝長巖樣品（18X05）鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果Tab.2 Zircon LA-ICP-MS U-Pb analysis results of Xuwujia metagabbro(18X05)

續(xù)表2

圖11 樣品18X05和1614-1的U-Pb同位素年齡諧和圖和207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡Fig.11 U-Pb zircon concordia diagrams and 207Pb/206Pb weighted average age for sample 18X05 and 1614-1

該樣品共測試了32個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（表2），有兩個(gè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)鉛丟失較嚴(yán)重，其它均落在諧和線上或附近。鋯石的Th/U比值除一個(gè)數(shù)據(jù)為0.099外，其它均大于0.15，無法從Th/U比值上判別是巖漿結(jié)晶鋯石還是和變質(zhì)鋯石。32個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的不一致線上交點(diǎn)年齡為1 913±11 Ma（圖11c）；剔除鉛丟失嚴(yán)重的2個(gè)點(diǎn)和誤差較大的6個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，24個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1 915±9 Ma（圖11d）；兩個(gè)年齡值基本一致，可代表輝長巖遭受變質(zhì)作用的時(shí)代。

4.2 鋯石Hf同位素特征

變質(zhì)輝長巖樣品（18X05）鋯石Hf同位素分析結(jié)果如表3所示。由于鋯石中具有較高的Hf含量，Lu的含量極低，從而導(dǎo)致其176Lu/177Hf有非常低的比值，由Lu衰變形成的176Hf很少，因此鋯石在形成后基本沒有明顯的放射性成因的積累，所測定樣品中的176Hf/177Hf基本可以代表其形成時(shí)體系的Hf同位素組成。根據(jù)測試結(jié)果，樣品中鋯石的176Hf/177Hf初始值較低（0.281 429～0.281 594），加權(quán)平均值為（0.281 511±0.000 020）。εHf(t)值除一個(gè)點(diǎn)為正的1.05外，其余均為負(fù)值（-5.37～-0.83）（圖12）。Hf模式年齡（TDM）為2 273～2 501 Ma。對(duì)于地幔來源的玄武質(zhì)巖石而言，如果εHf(t)值多為正值，且Hf模式年齡（TDM）與其形成年齡相近，則表明該玄武質(zhì)巖石來源于虧損地幔；如果Hf模式年齡大于其形成年齡，則表明其巖漿源區(qū)受到過地殼物質(zhì)的混染或來自于富集型地幔[49]。徐武家變質(zhì)輝長巖的Hf模式年齡均大于其形成年齡，但基本處于古元古代的年齡范圍，指示巖漿可能來源于富集地幔或遭受了地殼物質(zhì)的混染。

表3 徐武家變質(zhì)輝長巖樣品（18X05）鋯石Hf同位素分析結(jié)果Tab.3 Zircon Hf isotope analysis of Xuwujia metagabbro samples(18X05)

圖12 徐武家變質(zhì)輝長巖εHf(t)-207Pb/206 Pb年齡圖Fig.12εHf(t)-207Pb/206 Pb age diagram of Xuwujia metagabbro

5 討論

5.1 徐武家變質(zhì)輝長巖的形成時(shí)代

前人對(duì)徐武家變質(zhì)輝長巖及區(qū)域上同期輝長質(zhì)巖體開展過同位素年代學(xué)工作。

1/25萬大同市幅[50]對(duì)徐武家變質(zhì)輝長巖（稱為林場麻粒巖）進(jìn)行了同位素測年，所采樣品（03RZ3，對(duì)應(yīng)的巖石化學(xué)分析號(hào)為03Gs7）獲得三組鋯石U-Pb年齡（LA-ICP-MS），其中鋯石核部測點(diǎn)構(gòu)成的不一致線上交點(diǎn)年齡為1 977±9 Ma，認(rèn)為可代表巖漿結(jié)晶年齡；鋯石變質(zhì)邊獲得加權(quán)平均年齡1 933±13 Ma（MSWD=0.17，n=16），代表麻粒巖相變質(zhì)作用的時(shí)代；另有三顆鋯石的加權(quán)平均年齡為1 885±23 Ma，認(rèn)為是晚期退變質(zhì)作用階段的反映[50]。

Peng et al.對(duì)徐武家蘇長輝長巖體（樣品號(hào)02SX021）進(jìn)行了SHRIMP鋯石U-Pb測年，獲得一組1 929±8 Ma的年齡，解釋為變質(zhì)年齡[51]。Peng et al.對(duì)該樣品的鋯石核部數(shù)據(jù)進(jìn)行了重新計(jì)算，得到207Pb/206Pb加權(quán)平均為 1 931±8 Ma（MSWD=0.71，n=14），這些鋯石有較高的Th/U比值，解釋為輝長巖的鋯石結(jié)晶年齡[31]。

區(qū)域上，Guo et al.曾報(bào)道涼城鞍子山變質(zhì)閃長巖墻1 921±1 Ma的TIMS鋯石年齡，解釋為巖漿結(jié)晶年齡[52]。Peng et al.對(duì)涼城紅廟子變質(zhì)輝長巖（樣品號(hào)06LC17）中的鋯石分別進(jìn)行了SHRIMP和SIMS（CAMECA）測試，所得結(jié)果基本一致，鋯石核部年齡為1 954±6 Ma（MSWD=2.3，n=27），邊部年齡為1 925±8 Ma（MSWD=0.38，n=13），認(rèn)為分別代表巖漿結(jié)晶和變質(zhì)作用的時(shí)代[31]。Wang et al.對(duì)涼城三蘇木元子溝變質(zhì)輝長巖（蘇長巖）進(jìn)行了SIMS鋯石U-Pb測年，核部巖漿結(jié)晶鋯石獲得一組1 917±6 Ma（MSWD=2.2，n=14）的年齡，而變質(zhì)邊的年齡則稍大為1 924±11 Ma（MSWD=0.84，n=6）[53]。

由上可知，前人從徐武家期變質(zhì)基性巖（墻）中獲得的年齡數(shù)據(jù)仍有較大差異，其中被認(rèn)為是巖漿結(jié)晶年齡的數(shù)據(jù)有1 977±9 Ma、1 954±6 Ma、1 931±8 Ma、1 921±1 Ma和1 917±6 Ma。本次工作所采樣品18X05中部分鋯石具有輝長巖中巖漿結(jié)晶鋯石較典型的板條狀晶紋，獲得207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1 917±12 Ma（MSWD=0.26，n=13），可代表輝長巖的結(jié)晶年齡，這一年齡數(shù)據(jù)與前人獲得的1 931±8 Ma、1 921±1 Ma和1 917±6 Ma等數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)一致，因此我們認(rèn)為徐武家輝長巖的結(jié)晶年齡在1 920 Ma左右。從樣品18X05中獲得的變質(zhì)年齡為1 910±26 Ma；樣品1614-1的變質(zhì)年齡為1 913±11 Ma（不一致線上交點(diǎn)年齡）和1 915±11 Ma（207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡），故推測徐武家輝長巖遭受麻粒巖相變質(zhì)作用的時(shí)代為1 910～1 920 Ma。這一年齡數(shù)據(jù)與孔茲巖系中超高溫變質(zhì)作用的時(shí)代十分接近[54-56]。

5.2 徐武家變質(zhì)輝長巖的形成構(gòu)造背景

Peng et al.曾將集寧-涼城一帶的變質(zhì)輝長巖及基性麻粒巖團(tuán)塊統(tǒng)稱為徐武家期輝長蘇長巖，并從化學(xué)成分上將其劃分為兩組：高鎂組（6.2～22.9 wt.%MgO）和相對(duì)低鎂組（2.2～5.7 wt.%MgO）[31]。高鎂組顯示負(fù)Eu異常（Eu/Eu*=0.53～0.72）、輕稀土元素富集（La/YbN=0.56～1.53）和高場強(qiáng)元素弱負(fù)異常，εNd(t)值在+0.3到+2.4之間變化。低鎂組顯示不同程度的Eu異常（Eu/Eu*=0.48～1.05），富含輕稀土元素（La/YbN=1.51～11.98）。大多數(shù)高場強(qiáng)元素（如Th、Nb、Zr和Ti）出現(xiàn)負(fù)異常，低鎂輝長巖的εNd(t)值從-5.0到0不等。認(rèn)為徐武家期變質(zhì)輝長巖具有弧親緣性且?guī)r體具有小規(guī)模帶狀分布的特征，推測形成于洋脊俯沖環(huán)境[31-32]。本文所述徐武家輝長巖是其低鎂組中的典型代表。

徐武家輝長巖主體屬于堿性系列中基性巖，具有堿性系列與亞堿性系列的過渡性質(zhì)（圖6、圖7），在TiO2-MnO-P2O5圖解上落在OIA（洋島堿性玄武巖）區(qū)域（圖13）[57]，P的富集暗示起源于富集型地幔。輝長巖稀土富集，ΣREE總量為234～510×10-6，高于OIB的稀土含量（199×10-6）。常量元素和稀土元素總體特征指示板內(nèi)構(gòu)造背景。

圖13 徐武家輝長巖TiO 2-MnO-P2O 5圖解[57]Fig.13 TiO2-MnO-P2O5 diagram of Xuwujia gabbro CAB.鈣堿性玄武巖；IAT.島弧拉斑玄武巖；MORB.洋脊玄武巖；OIT.洋島拉斑玄武巖；OIA.洋島堿性玄武巖

在微量元素蛛網(wǎng)圖上Rb、Th、U、Nb、Ta均顯負(fù)異常（圖8），Nb、Ta與Rb、Th負(fù)異常共存被認(rèn)為是受下地殼麻粒巖相巖石混染的標(biāo)志，而非島弧火成巖特點(diǎn)。Th、U貧化是麻粒巖相變質(zhì)巖的一個(gè)典型特征[48，58-62],一般認(rèn)為這種虧損是因麻粒巖相變質(zhì)作用中流體（或熔體）流出造成了U丟失。輝長巖作為堆晶巖，巖漿結(jié)晶分異及堆晶作用也可能是Th-U貧化的一個(gè)影響因素。

樣品中Zr、Hf含量出現(xiàn)了分化，18X04-06號(hào)樣品Zr-Hf富集，說明地殼物質(zhì)的混染（富硅鉀質(zhì)熱液交代），18X02-03和18X07號(hào)樣品Zr-Hf顯負(fù)異常，指示上地幔起源。在Zr/Y-Zr圖解上（圖14）總體上落在板內(nèi)區(qū)域；在Ti/100-Zr-3Y和2Nb-Zr/4-Y圖解上均顯示出與板內(nèi)堿性玄武巖的產(chǎn)出環(huán)境更接近（圖略）。

圖14 徐武家輝長巖Zr/Y-Zr圖解[63]Fig.14 Zr/Y-Zr diagram of Xuwujia gabbro

應(yīng)用Th/Hf-Ta/Hf圖解判別（圖略）[63]，樣品投點(diǎn)主要與張性構(gòu)造背景相關(guān)，包括板塊發(fā)散邊緣NMORB區(qū)（Ⅰ區(qū)）、大洋板內(nèi)洋島、海山玄武巖區(qū)及T-MORB、E-MORB區(qū)（Ⅲ區(qū)）和地幔熱柱玄武巖區(qū)（Ⅴ區(qū)）。

輝長巖鋯石Hf同位素測試結(jié)果顯示，εHf(t)除一個(gè)點(diǎn)為正的1.05外，其余均為負(fù)值（-5.37～-0.83）；TDM=2 273～2 501 Ma，平均為2 395 Ma，TDM明顯大于輝長巖的形成時(shí)代（～1.92 Ga），指示徐武家輝長巖可能來源于富集地幔。

綜上所述，徐武家輝長巖屬于堿性-亞堿性過渡類型（剔除陸殼混染和后期鉀質(zhì)交代影響），微量元素特征沒有明顯的島弧印記，其形成與島弧構(gòu)造背景無關(guān)，在構(gòu)造環(huán)境判別圖上主要落在張性構(gòu)造背景區(qū)域。結(jié)合輝長巖侵入到孔茲巖系中，而孔茲巖系表殼巖因深俯沖作用已進(jìn)入麻粒巖相變質(zhì)條件的地殼深部，因此推測輝長巖形成于陸-陸碰撞后由擠壓向伸展背景的轉(zhuǎn)換階段，因俯沖板片斷離、地幔上涌導(dǎo)致鎂鐵質(zhì)巖漿侵位的產(chǎn)物。而輝長巖的源區(qū)可能具有富集地幔性質(zhì)，在侵位過程中遭受了地殼物質(zhì)的混染。

5.3 對(duì)孔茲巖系形成時(shí)代和造山峰期時(shí)限的制約

（1）對(duì)于孔茲巖系形成時(shí)代的限定

徐武家輝長巖侵入超高溫變質(zhì)的孔茲巖系，野外露頭上巖體邊部可見輝長巖脈切割尖晶矽線石榴二長片麻巖的巖性條帶，表明～1.92 Ga之前孔茲巖系已經(jīng)進(jìn)入了20～30 km的地殼深部，孔茲巖系的沉積時(shí)限應(yīng)大于1.92 Ga，結(jié)合集寧地區(qū)“S”型花崗巖的同位素年齡[65]，孔茲巖系的沉積時(shí)限應(yīng)大于1.95 Ga，這也得到了區(qū)域上高溫-超高溫麻粒巖相變質(zhì)作用的年代學(xué)記錄（1.95～1.92 Ga）的印證。區(qū)域上，近年來針對(duì)孔茲巖帶變質(zhì)沉積巖的碎屑鋯石進(jìn)行了大量微區(qū)原位U-Pb年代學(xué)研究，碎屑鋯石年齡峰值介于2.2～2.0 Ga之間，結(jié)合變質(zhì)鋯石年齡，限定孔茲巖系沉積時(shí)間在 2.0～1.95 Ga[22，24，28，30，66-71]。徐武家輝長巖的侵入關(guān)系與孔茲巖系碎屑鋯石年齡譜可以相互印證。但是以最小一組碎屑鋯石年齡來限定造山帶的變質(zhì)巖原巖的沉積下限并不十分妥當(dāng)，造山帶中的變質(zhì)地層不同于克拉通上的沉積蓋層，是不同時(shí)代沉積地層的堆疊體，即孔茲巖系的原巖應(yīng)該是2.2～1.95 Ga之間不同時(shí)代的沉積地層的堆疊體（類似于增生雜巖），由于高溫-超高溫變質(zhì)作用和大規(guī)模的深熔作用破壞了構(gòu)造巖片的堆疊形式。

（2）對(duì)古元古代造山峰期時(shí)限的制約

碰撞造山帶都經(jīng)歷俯沖、碰撞到伸展抬升的過程，在碰撞造山過程中有強(qiáng)烈的巖漿作用和變形變質(zhì)作用。麻粒巖相變質(zhì)的孔茲巖帶作為造山帶的根部帶被抬升到地表，使許多俯沖階段在中部地殼中形成的巖漿巖被剝蝕，這也造成了孔茲巖系碎屑來源的困惑。從構(gòu)造過程上看，碰撞造山帶先俯沖碰撞地殼加厚然后才有升溫變質(zhì)過程，因此造山作用的壓力峰期要早于溫度峰期，造山變質(zhì)作用的P-T-t軌跡正是這一過程的描述。懷安地塊高壓麻粒巖相變質(zhì)可代表壓力峰期的變質(zhì)，而集寧地區(qū)超高溫變質(zhì)則是溫度峰期的記錄。故而可以推斷高壓麻粒巖相變質(zhì)作用的時(shí)限應(yīng)大于～1.92 Ga（甚至大于～1.93 Ga），這與懷安地塊上～1.95 Ga高壓麻粒巖相變質(zhì)年齡一致[41，72-75]。前文已述，徐武家輝長巖是板片斷離、軟流圈上涌、地幔巖漿侵位的產(chǎn)物，形成于擠壓背景向伸展背景轉(zhuǎn)換的階段，記錄了壓力峰期的上限和溫度峰期的下限。結(jié)合同位素年齡證據(jù)，可以推斷造山帶的高壓麻粒巖相變質(zhì)時(shí)限為1.95～1.92 Ga，超高溫變質(zhì)作用的時(shí)限是1.92～1.90 Ga。

6 結(jié)論

（1）徐武家輝長巖屬偏堿性輝長巖，侵入孔茲巖系，并遭受了麻粒巖相變質(zhì)作用。巖漿源區(qū)可能為富集地幔，在上升過程中遭受了地殼物質(zhì)的混染，并在侵位后遭受了富鉀質(zhì)流體的交代作用。其內(nèi)部含有超高溫變質(zhì)巖包體，超高溫變質(zhì)作用與輝長巖的侵位可能存在成生聯(lián)系。

（2）從徐武家變質(zhì)輝長巖中獲得了1 917±12 Ma的巖漿結(jié)晶鋯石LA-ICP-MSU-Pb年齡，可代表輝長巖侵位的時(shí)限。而1 910±26 Ma和1 915±11 Ma的年齡數(shù)據(jù)代表輝長巖變質(zhì)作用的時(shí)限。集寧地區(qū)孔茲巖系在輝長巖侵位前已進(jìn)入了地殼深部，結(jié)合懷安地塊上高壓麻粒巖的形成年齡，推斷集寧孔茲巖系原巖沉積時(shí)代應(yīng)早于1.95 Ga?？紤]到造山帶巖石-構(gòu)造的復(fù)雜性，區(qū)域上孔茲巖系原巖的沉積時(shí)限應(yīng)在2.2～1.95 Ga之間，孔茲巖系是2.2～1.95 Ga之間不同時(shí)代沉積物在造山過程中變形變質(zhì)的堆疊體。

（3）徐武家變質(zhì)輝長巖形成于古元古代陸-陸碰撞造山峰期由擠壓背景向伸展背景轉(zhuǎn)換階段，對(duì)造山峰期的時(shí)限有重要制約作用。推測輝長巖是碰撞造山峰期后俯沖板片斷離、巖石圈拆沉、幔源巖漿侵位的產(chǎn)物。

致謝：謹(jǐn)以此文祝賀陸松年先生八十華誕！