呂梁地區(qū)古元古代花崗片麻巖成因及變質(zhì)時(shí)代：鋯石和獨(dú)居石U-Pb年齡及鋯石Hf同位素證據(jù)*

胡國(guó)輝 周艷艷 張拴宏 王偉 趙太平 王世炎

1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 1000812. 自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000813. 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000294. 中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 5106405. 河南省地質(zhì)調(diào)查院，鄭州 4500011.

華北克拉通在古太古代已經(jīng)形成陸核，然后由多個(gè)獨(dú)立塊體拼貼形成規(guī)模較大的陸塊(沈其韓等, 1992; 趙宗溥, 1993; 白瑾等, 1993, 1996; 伍家善等, 1998; 翟明國(guó), 2004, 2019)，但是對(duì)于其拼合機(jī)制和拼合時(shí)間還存在很大的爭(zhēng)議。翟明國(guó)和卞愛(ài)國(guó)(2000)將華北克拉通基底劃分為六個(gè)微陸塊，在新太古代末期通過(guò)陸-陸或弧-陸碰撞拼合在一起，形成華北克拉通的基本輪廓，并在古元古代經(jīng)歷了裂谷、增生和碰撞過(guò)程后完成最終的克拉通化(1.95～1.82Ga)(沈其韓和錢(qián)祥麟, 1995; 伍家善等, 1998; Zhaietal., 2000, 2005; Zhai and Santosh, 2011; Zhai, 2011; 翟明國(guó), 2010, 2012)。趙國(guó)春等(2002)提出華北克拉通基底是由東部陸塊、西部陸塊和中部造山帶三個(gè)主要構(gòu)造單元組成(圖1a)，東部陸塊和西部陸塊在1.85Ga沿中部造山帶發(fā)生碰撞拼合，最終形成完整的克拉通。而有學(xué)者認(rèn)為東部陸塊和西部陸塊在2.5Ga發(fā)生碰撞拼合(Kusky and Li, 2003; Kuskyetal., 2007; Kusky, 2011)。華北克拉通中部造山帶古元古代演化過(guò)程對(duì)于不同構(gòu)造演化模式具有關(guān)鍵意義(Zhaoetal., 2003, 2007; Kuskyetal., 2007; 杜利林等, 2018)，關(guān)乎華北克拉通早前寒武紀(jì)地質(zhì)演化歷史的建立和哥倫比亞超大陸的重建模式。

大量年代學(xué)和同位素?cái)?shù)據(jù)表明華北克拉通最強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)和變質(zhì)作用發(fā)生在～2.50Ga和～1.85Ga(Zhao, 2001; Liuetal., 2004, 2010, 2011; Wildeetal., 2002; Kr?neretal., 2006; 趙國(guó)春, 2009; 耿元生等, 2010; Yangetal., 2008; Wanetal., 2011; Wangetal., 2011)，在2.45～2.35Ga之間存在一個(gè)短暫的靜寂期之后(翟明國(guó)和彭澎, 2007)，華北克拉通廣泛發(fā)育2.35～1.85Ga的火山-沉積建造和花崗質(zhì)-鎂鐵質(zhì)侵入體，目前對(duì)于2.35～1.85Ga長(zhǎng)達(dá)5億年的時(shí)間間隔里所發(fā)生的構(gòu)造-熱事件的期次、性質(zhì)、影響范圍一直缺乏詳細(xì)的了解(Zhaoetal., 2006, 2007)，對(duì)該時(shí)期所處的構(gòu)造演化機(jī)制，也一直存在與古元古代末哥倫比亞超大陸聚合相關(guān)聯(lián)的俯沖-碰撞(Zhaoetal., 2002, 2005, 2007; Kr?neretal., 2005, 2006)、陸內(nèi)裂谷的打開(kāi)和閉合(Luoetal., 2004; Zhaoetal., 2005; Li and Zhao, 2007)、陸-弧-陸碰撞事件(白瑾等, 1993; 賀高品和葉慧文, 1998; Faureetal., 2004)、活動(dòng)帶/裂陷帶的破裂和邊緣增生(翟明國(guó), 2004)以及島弧地體的匯聚和拼貼(Kusky and Li, 2003)等爭(zhēng)議。因此，對(duì)華北克拉通古元古代地質(zhì)事件的性質(zhì)進(jìn)行深入研究將有助于更好地揭示華北克拉通古元古代的構(gòu)造演化歷史。

呂梁地區(qū)在華北克拉通早前寒武紀(jì)構(gòu)造演化格架中占據(jù)重要位置(劉樹(shù)文等, 2009)，“呂梁運(yùn)動(dòng)”在此命名，在前寒武紀(jì)研究中具有重要意義。該地區(qū)發(fā)育典型的早前寒武紀(jì)巖漿-沉積組合，主要為太古宙-古元古代變質(zhì)表殼巖和古元古代花崗巖類侵入體(耿元生等, 2000; 萬(wàn)渝生等, 2000)。一般而言，TTG巖石和變質(zhì)表殼巖記錄了早期陸殼的增生-活化過(guò)程，花崗質(zhì)巖石記錄了早期陸殼的再造-穩(wěn)定化過(guò)程，可以為早期陸殼演化的動(dòng)力學(xué)機(jī)制提供制約。近些年來(lái)，前人對(duì)于呂梁地區(qū)以及華北克拉通其它地區(qū)古元古代巖漿活動(dòng)作了大量年代學(xué)和同位素地球化學(xué)研究，但該時(shí)期巖漿事件的性質(zhì)和構(gòu)造背景仍存在較大爭(zhēng)議(Li and Zhao, 2007; Liuetal., 2011; 杜利林等, 2012, 2018; 楊崇輝等, 2011, 2017)，這一期巖漿活動(dòng)之后緊隨1.95～1.80Ga變質(zhì)熱事件，為Columbia超大陸聚合時(shí)的全球性碰撞造山事件的一部分。因此，研究該地區(qū)古元古代巖漿作用及其變質(zhì)改造歷史，有助于理解華北克拉通古元古代地質(zhì)演化過(guò)程及其與哥倫比亞超大陸的關(guān)系。本文通過(guò)對(duì)呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖進(jìn)行鋯石和獨(dú)居石U-Pb年代學(xué)以及鋯石Hf同位素分析，以確定花崗片麻巖的原巖成因、侵位時(shí)代以及后期變質(zhì)歷史，并對(duì)比獨(dú)居石和鋯石對(duì)華北克拉通古元古代變質(zhì)作用的不同響應(yīng)程度。結(jié)合已有的華北克拉通同時(shí)期的巖漿活動(dòng)和變質(zhì)作用記錄，綜合討論華北克拉通古元古代構(gòu)造演化歷史。

1 地質(zhì)背景

山西呂梁地區(qū)是我國(guó)前寒武紀(jì)地質(zhì)研究的重要地區(qū)，位于華北克拉通中部構(gòu)造帶的西側(cè)，出露廣泛的太古宙-古元古代變質(zhì)結(jié)晶基底，以呂梁雜巖為主。呂梁雜巖可分為花崗閃長(zhǎng)質(zhì)-花崗質(zhì)侵入體和變質(zhì)表殼巖兩大類(耿元生等, 2000; 萬(wàn)渝生等, 2000)。其中，大量的花崗巖類侵入體(2.5～1.8Ga)形成于古元古代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的不同階段， 耿元生等(2006)根據(jù)花崗巖巖石組合和年代學(xué)資料把呂梁地區(qū)古元古代的花崗質(zhì)巖漿事件分為早期拉張、拉張-擠壓轉(zhuǎn)化和中期擠壓以及晚期拉張四個(gè)階段。呂梁變質(zhì)表殼巖主要由太古宙-古元古代界河口群、古元古代呂梁群和野雞山群層狀變質(zhì)巖系組成(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989; 耿元生等, 2000; 萬(wàn)渝生等, 2000)。

圖1 華北克拉通呂梁地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)山西省地質(zhì)調(diào)查院,2010(1)山西省地質(zhì)調(diào)查院. 2010. 1:5萬(wàn)岔口幅(J49E013016)地質(zhì)圖及說(shuō)明書(shū)修改)

界河口群主要由一套變質(zhì)的泥砂質(zhì)巖石和大理巖以及少量的斜長(zhǎng)角閃巖類組成，主體呈近南北向分布于呂梁雜巖的西北部界河口-郝家岔一帶，被野雞山群不整合覆蓋(萬(wàn)渝生等, 2000; 耿元生等, 2000)。界河口群在呂梁地區(qū)出露面積最大，地層連續(xù)，自下而上分為奧家灘組、小蛇頭組、黑崖寨組、馬國(guó)寨組和燒炭溝組(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)。奧家灘組是一套由變質(zhì)程度較高的富鋁片巖夾變粒巖、大理巖組成的變質(zhì)沉積巖；小蛇頭組主要包括黑云斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖、變粒巖、綠泥片巖和少量的石英巖、大理巖等；黑崖寨組的巖石組合以淺粒巖、絹云黑云長(zhǎng)英片巖、混合巖化片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖為主，夾少量的石英巖和大理巖；馬國(guó)寨組主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、夕線片巖；燒炭溝組則由條帶狀混合巖化黑云斜長(zhǎng)片麻巖和斜長(zhǎng)角閃巖組成，夾少量淺粒巖和綠泥黑云片巖(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)。關(guān)于界河口群的形成時(shí)代，通常認(rèn)為形成于新太古代(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)或新太古代-古元古代早期(2.6～2.4Ga, 耿元生等, 2003)。萬(wàn)渝生等(2000)認(rèn)為界河口群具有孔茲巖系的性質(zhì)，在變泥砂質(zhì)巖石中獲得2.03±0.05Ga的碎屑鋯石年齡認(rèn)為其形成于古元古代。劉超輝等(2013)通過(guò)界河口群奧家灘組變質(zhì)沉積巖的碎屑鋯

石年齡研究和斜長(zhǎng)角閃巖的變質(zhì)作用限定了界河口群形成時(shí)代為2.00～1.85Ga。

呂梁群出露于呂梁山區(qū)中部，近南北走向，巖石組合主要為下部的變質(zhì)碎屑巖和上部的變質(zhì)火山巖，自下而上分為袁家村組、裴家莊組、近周營(yíng)組和杜家溝組(于津海等, 1997a, b)。袁家村組主要由磁鐵石英巖、綠泥千枚巖、片巖和雜砂巖組成，是鐵礦床的主要賦存層位，該組巖石均受到不同程度的變質(zhì)作用，由北到南從低綠片巖相到角閃巖相遞增；裴家莊組是一套巨厚的淺變質(zhì)沉積巖系，以千枚巖為主，夾變質(zhì)砂巖和石英巖；近周營(yíng)組的巖石組合主要為上部的基性火山巖和下部的變質(zhì)碎屑巖，變質(zhì)碎屑巖自下而上為長(zhǎng)石石英巖夾變質(zhì)礫巖、長(zhǎng)石石英巖和變質(zhì)粉砂巖等，基性火山巖已變質(zhì)成斜長(zhǎng)角閃巖、角閃片巖等，在部分火山巖中能夠分辨出氣孔和杏仁構(gòu)造；杜家溝組主要由變流紋巖組成，流紋構(gòu)造和斑狀構(gòu)造保存良好(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989; 于津海等, 1997a)。呂梁群曾被認(rèn)為形成于太古宙(張其春等, 1988; 山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)，于津海等(1997b)根據(jù)呂梁群上部基性火山巖(2051±68Ma)和變質(zhì)流紋巖的鋯石年齡(2099±41Ma)認(rèn)為呂梁群形成于古元古代。耿元生等(2000)從呂梁群近周營(yíng)組的變質(zhì)流紋巖中獲得了2360±95Ma的鋯石U-Pb年齡，認(rèn)為近周營(yíng)組火山巖應(yīng)該形成于2360～2350Ma。

野雞山群變質(zhì)巖系分布在呂梁雜巖的中西部，呈北東-南西向分布，自下而上劃分為青楊樹(shù)灣組、白龍山組和程道溝組(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)。青楊樹(shù)灣組分布在野雞山群構(gòu)成的復(fù)向斜的東西兩翼，以長(zhǎng)石石英巖為主夾千枚巖和大理巖等，石英巖條帶狀構(gòu)造發(fā)育，局部見(jiàn)有交錯(cuò)層理，千枚巖以粉砂巖為主，記錄了濱海-淺海向的沉積環(huán)境(劉樹(shù)文等, 2009)；白龍山組分布在復(fù)向斜的核部，主要由基性火山巖組成，夾薄層千枚巖、長(zhǎng)石石英巖和大理巖等，火山巖經(jīng)變質(zhì)成為角閃變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖等，杏仁和氣孔構(gòu)造保存較好；程道溝組構(gòu)成復(fù)向斜的核部，巖性以千枚巖為主，條帶狀構(gòu)造發(fā)育，條帶由粉砂質(zhì)、泥質(zhì)或碳酸鹽巖小韻律組成，具有復(fù)理石建造特征。耿元生等(2000, 2003)獲得了野雞山群白龍山組變質(zhì)火山巖的鋯石U-Pb年齡為2124±38Ma，并通過(guò)沉積環(huán)境和火山巖的地球化學(xué)分析認(rèn)為呂梁群和野雞山群火山巖形成于陸內(nèi)或大陸邊緣裂谷環(huán)境。劉樹(shù)文等(2009)綜合地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)和地球化學(xué)研究結(jié)果認(rèn)為野雞山群變質(zhì)火山巖組合可能形成于大陸邊緣島弧的弧后靠近島弧一側(cè)的構(gòu)造環(huán)境。Liuetal. (2011)通過(guò)野雞山群變碎屑沉積巖最年輕的碎屑鋯石年齡～1843Ma，并結(jié)合呂梁雜巖中的花崗巖的侵入年齡，認(rèn)為野雞山群的沉積時(shí)代為1840～1800Ma。

呂梁地區(qū)中元古代火山-沉積巖系出露范圍較小(圖1b)，主要為漢高山群火山-沉積巖系和小兩嶺組火山巖(徐勇航等, 2007)，但同期的基性巖墻群較為發(fā)育(侯貴廷等, 2001; 彭澎等, 2004)。漢高山群角度不整合于界河口群之上，其上被寒武系砂巖角度不整合覆蓋。漢高山群為一套陸源碎屑巖-火山巖為主，未發(fā)生變質(zhì)作用，自下而上可劃分為三個(gè)組：第一組巖性主要為礫巖、砂巖和(砂質(zhì))頁(yè)巖；第二組不整合于第一組砂巖之上，主要為灰白色、淺紅色中粗粒含礫石英砂巖夾薄層灰綠色頁(yè)巖；第三組底部發(fā)育礫巖，中部為安山巖，發(fā)育杏仁構(gòu)造，上部為礫巖和頁(yè)巖互層。小兩嶺組火山巖角度不整合覆蓋于花崗片麻巖之上，其上被寒武系砂巖角度不整合覆蓋，小兩嶺組火山巖主要由玄武-安山巖和英安-流紋巖組成，上部夾少量紫紅色頁(yè)巖。小兩嶺組火山巖的鋯石U-Pb年齡為1779±20Ma(徐勇航等, 2007)和1776±6Ma(Yangetal., 2019)，相當(dāng)于漢高山群第三組火山巖(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)，與豫西地區(qū)熊耳群火山巖(1.80～1.75Ga, 趙太平等, 2002, 2004; Wangetal., 2010a)相當(dāng)，可能是同期巖漿活動(dòng)在不同空間的產(chǎn)物(徐勇航等, 2007)。

2 樣品及其巖相學(xué)特征

本文用于鋯石和獨(dú)居石U-Pb年齡分析的2個(gè)樣品采自山西省呂梁市白家灘村公路附近(圖1b，經(jīng)緯度： 37°56′3.89″N、111°57′37.42″E)，采樣位置相距約20m，巖性為二云母花崗片麻巖，具有片麻狀構(gòu)造，發(fā)生角閃巖相變質(zhì)作用(圖2a, b)，山西省地質(zhì)調(diào)查院(2010)填圖認(rèn)為其形成于新太古代。該地區(qū)二云母花崗片麻巖被小兩嶺組火山巖角度不整合覆蓋(圖2c)，小兩嶺組火山巖主要由玄武-安山巖和英安-流紋巖組成，上部夾有薄層紫紅色頁(yè)巖，火山巖氣孔發(fā)育(圖2d)。

圖2 呂梁地區(qū)古元古代花崗片麻巖和小兩嶺組火山巖野外照片F(xiàn)ig.2 Representative field photographs of the Paleoproterozoic granitic gneiss and the volcanic rocks of the Xiaoliangling Formation in Lüliang area

圖3 呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖正交偏光(a、c)和單偏光(b、d)顯微照片 Q-石英；Kfs-鉀長(zhǎng)石；Pl-斜長(zhǎng)石；Ms-白云母；Bi-黑云母；Chl-綠泥石Fig.3 The cross-polarized light (a, c) and plane-polarized light (b, d) micrographs of the Baijiatan granitic gneiss in Lüliang area Q-quartz; Kfs-K-feldspar; Pl-plagioclase; Ms-muscovite; Bi-biotite; Chl-chlorite

二云母花崗片麻巖樣品(17J101)具有鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要礦物包括鉀長(zhǎng)石(～35%)、斜長(zhǎng)石(～30%)、石英(～25%)、白云母(～3%)和黑云母(～5%)。鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石粒徑多在0.3～1mm之間，多已發(fā)生不同程度蝕變，少數(shù)斜長(zhǎng)石可見(jiàn)聚片雙晶。石英多呈他形粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑變化較大(0.2～2mm)，部分石英沿片麻理拉長(zhǎng)，長(zhǎng)寬比為2:1～3:1。黑云母呈半自形-他形鱗片狀，多數(shù)已經(jīng)發(fā)生明顯退變，形成綠泥石。少量白云母與黑云母一起構(gòu)成片麻理(圖3a, b)。

圖4 呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖鋯石CL圖像 (a、c)樣品17J101; (b、d)樣品17J102.紅色數(shù)字為測(cè)點(diǎn)號(hào)，圖6同F(xiàn)ig.4 Representative CL images for zircons from the Baijiatan granitic gneiss in Lüliang area Red circles indicate the in-situ analytical spots and the numbers refer to the LA-ICP-MS U-Pb analyses spot numbers, also in Fig.6

二云母花崗片麻巖樣品(17J102)具有鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要礦物包括鉀長(zhǎng)石(～25%)、斜長(zhǎng)石(～35%)、石英(～25%)、白云母(～10%)和黑云母(～5%)，巖石蝕變程度較弱。鉀長(zhǎng)石為微斜長(zhǎng)石，具有明顯格子雙晶。斜長(zhǎng)石顆粒較大，可達(dá)～1mm，可見(jiàn)聚片雙晶，發(fā)生一定程度蝕變。石英多呈他形粒狀，粒徑0.2～1.5mm，定向排列，部分石英含有輕微蝕變的長(zhǎng)石包裹體。白云母含量較多，保存較好，單偏光下無(wú)色長(zhǎng)片狀，正交偏光下具有鮮亮的二級(jí)藍(lán)-綠干涉色。黑云母呈短片狀或細(xì)長(zhǎng)片狀，部分黑云母已蝕變?yōu)榫G泥石(圖3c, d)。

3 分析方法

本次研究選取2個(gè)花崗片麻巖樣品進(jìn)行鋯石和獨(dú)居石U-Pb定年以及鋯石原位Hf同位素分析。將樣品破碎到40～60目，然后用常規(guī)方法分選鋯石，并在雙目鏡下挑純。將鋯石顆粒置于環(huán)氧樹(shù)脂中，拋光使鋯石露出核部，用于陰極發(fā)光照相及LA-ICP-MS分析。測(cè)試前用體積百分比為3%的HNO3清洗樣品表面，以除去樣品表面的污染。鋯石陰極發(fā)光和獨(dú)居石背散射照相在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。

鋯石的U-Pb同位素分析是在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司通過(guò)Agilent 7700e型ICP-MS加載COMPexPro 102 ArF 193nm準(zhǔn)分子激光器完成的。采用的激光束斑直徑和剝蝕頻率分別為32μm(鋯石增生邊采用24μm的激光束斑直徑)和5Hz，能量密度為8J/cm2，每個(gè)樣品的測(cè)試包括大約20s的背景值的采集和50s的樣品數(shù)據(jù)采集。詳細(xì)的儀器參數(shù)和分析流程見(jiàn)Zongetal. (2017)。U-Pb同位素分析采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500和NIST 610作外標(biāo)進(jìn)行校正，數(shù)據(jù)處理采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal., 2008, 2010)完成。鋯石年齡計(jì)算和諧和圖繪制使用Isoplot軟件(ver 3.0)完成(Ludwig, 2003)。

獨(dú)居石U-Pb同位素定年在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司利用LA-ICP-MS分析完成。實(shí)驗(yàn)中使用的激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193nm準(zhǔn)分子激光器和MicroLas光學(xué)系統(tǒng)組成，ICP-MS型號(hào)為Agilent 7700e。本次分析的激光束斑和頻率分別為16μm和2Hz，激光能量為80mJ。U-Pb同位素定年處理中采用獨(dú)居石標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)44069和玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NIST610作外標(biāo)分別進(jìn)行同位素和微量元素分餾校正。對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計(jì)算)采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal., 2008, 2010)完成。獨(dú)居石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均計(jì)算采用Isoplot軟件(ver 3.0)(Ludwig, 2003)完成。

鋯石原位Hf同位素分析是通過(guò)武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司的Neptune Plus(Thermo Fisher Scientific，德國(guó))MC-ICP-MS加載Geolas HD(Coherent，德國(guó))193nm激光剝蝕系統(tǒng)完成的。鋯石Hf同位素分析點(diǎn)位與具有振蕩環(huán)帶的巖漿鋯石的剝蝕位置相同。分析過(guò)程同時(shí)配備了信號(hào)平滑裝置以提高信號(hào)穩(wěn)定性和同位素比值測(cè)試精密度(Huetal., 2012a)。激光實(shí)際輸出能量密度為5.3J/cm2，束斑直徑為44μm。詳細(xì)儀器操作條件和分析方法參照Huetal. (2012b)。實(shí)驗(yàn)中使用176Yb/173Yb=0.79639(Fisheretal., 2014)來(lái)扣除176Yb對(duì)176Hf的同量異位干擾。使用176Lu/175Lu=0.02656(Blichert-Toftetal., 1997)來(lái)扣除干擾程度相對(duì)較小的176Lu對(duì)176Hf的同量異位干擾。數(shù)據(jù)處理采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal., 2010)完成。91500和GJ-1兩個(gè)國(guó)際鋯石標(biāo)準(zhǔn)與樣品同時(shí)分析，91500進(jìn)行外標(biāo)校正，GJ-1作為第二標(biāo)樣監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)校正質(zhì)量。2個(gè)標(biāo)樣的外部精密度(2SD)優(yōu)于0.000020。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年齡

呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖的巖漿鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析結(jié)果見(jiàn)表1。樣品17J101和17J102的鋯石大多數(shù)為自形，呈長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)軸粒徑在100～200μm之間，長(zhǎng)寬比在1:1到2:1之間，CL圖像顯示大部分鋯石具有明顯的振蕩環(huán)帶(圖4a, b)，部分鋯石具有寬約5～40μm的變質(zhì)增生邊(圖4c, d)。對(duì)2個(gè)樣品均選擇30顆具有較好振蕩環(huán)帶的鋯石進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明樣品17J101的鋯石Th、U含量分別為71.8×10-6～722×10-6、130×10-6～1031×10-6，Th/U比值為0.30～2.41；樣品17J102的鋯石Th、U含量分別為116×10-6～897×10-6、272×10-6～1418×10-6，其Th/U比值為0.36～2.13；為典型的巖漿成因鋯石。2個(gè)樣品的30個(gè)分析點(diǎn)給出的上交點(diǎn)年齡分別為2182±16Ma(MSWD=1.2)(圖5a)和2185±24Ma(MSWD=3.0)(圖5b)，二者在誤差范圍內(nèi)一致，可代表白家灘花崗片麻巖的原巖形成時(shí)代。

表1 呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖巖漿鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析結(jié)果

續(xù)表1

圖5 呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖鋯石U-Pb年齡諧和圖 (a、b)具有明顯振蕩環(huán)帶的鋯石；(c、d)鋯石增生邊Fig.5 U-Pb concordia diagrams for zircons from the Baijiatan granitic gneiss in Lüliang area (a, b) represent zircons with good zoning structures; (c, d) zircon rims

表2 呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖的鋯石增生邊LA-ICP-MS U-Pb年齡分析結(jié)果

圖6 呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖獨(dú)居石BSE圖像Fig.6 Representative BSE images for monazites from the Baijiatan granitic gneiss in Lüliang area

圖7 呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖獨(dú)居石U-Pb年齡諧和圖Fig.7 U-Pb concordia diagrams for monazites from the Baijiatan granitic gneiss in Lüliang area

本次研究選擇2個(gè)花崗片麻巖的鋯石增生邊進(jìn)行LA-ICP-MS U-Pb年齡分析，結(jié)果見(jiàn)表2。對(duì)2個(gè)樣品分別測(cè)試了16個(gè)點(diǎn)，部分鋯石Pb丟失明顯，約一半測(cè)試點(diǎn)的諧和度優(yōu)于90%。樣品17J101的鋯石增生邊的Th、U含量分別為48.1×10-6～308×10-6、118×10-6～1422×10-6，Th/U比值為0.18～0.92，Th含量和Th/U比值整體上比巖漿鋯石低。樣品17J101所有測(cè)點(diǎn)的諧和線上交點(diǎn)年齡為2093±23Ma(MSWD=0.89)(圖5c)，其中10顆諧和鋯石的207Pb/206Pb年齡范圍為2032～2118Ma，明顯小于核部具有振蕩環(huán)帶的鋯石年齡(2182±16Ma)。樣品17J102的部分測(cè)試點(diǎn)在諧和圖中分布較為分散，剔除普通Pb含量較高(12.2×10-6)的點(diǎn)06R，其余15個(gè)測(cè)試點(diǎn)的Th、U含量分別為30.4×10-6～248×10-6、74.6×10-6～932×10-6，其Th/U比值為0.16～0.65，小于巖漿鋯石的Th、U含量和Th/U比值，該15個(gè)分析點(diǎn)得到的不一致線的交點(diǎn)年齡(2185±53Ma，MSWD=9.1)較差，其中10顆諧和鋯石的207Pb/206Pb年齡范圍為2106～2180Ma，其加權(quán)平均年齡為2144±29Ma(MSWD=0.18)(圖5d)，比花崗片麻巖的巖漿鋯石年齡(2185±24Ma)略小。

4.2 獨(dú)居石U-Pb年齡

2個(gè)花崗片麻巖的獨(dú)居石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析結(jié)果見(jiàn)表3。樣品17J101的獨(dú)居石顆粒為半自形-他形，粒徑約50～150μm，BSE圖像顯示獨(dú)居石為均勻的灰白色，沒(méi)有分帶現(xiàn)象(圖6a)。對(duì)該樣品選擇24顆獨(dú)居石進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明獨(dú)居石的Th和U含量均較高，分別為4437×10-6～68615×10-6、626×10-6～4740×10-6，Th/U比值為1.17～72.85，24個(gè)分析點(diǎn)的諧和度較好，207Pb/206Pb年齡集中于1832～1951Ma，其加權(quán)平均年齡為1898±7Ma(MSWD=1.6)(圖7a)。樣品17J102的獨(dú)居石顆粒較小，呈次圓狀-圓狀，粒徑約20～70μm，BSE圖像顯示均為灰白色，沒(méi)有環(huán)帶(圖6b)。對(duì)該樣品共分析18個(gè)點(diǎn)，其中2個(gè)點(diǎn)(17J102-2和17J102-5)不是獨(dú)居石(P2O5含量分別為0.28%和0.38%)，還有3個(gè)點(diǎn)(17J102-3、17J102-8和17J102-13)的206Pb/238U年齡和207Pb/235U年齡較大，其余13個(gè)測(cè)試點(diǎn)在諧和圖中分布較為集中，Th(484×10-6～93720×10-6)和U(2850×10-6～11043×10-6)含量變化較大，Th/U比值為0.06～9.93，該13個(gè)點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為1899±14Ma(MSWD=1.4)(圖7b)，與樣品17J101的獨(dú)居石年齡結(jié)果一致，代表了花崗片麻巖的變質(zhì)作用時(shí)間。

4.3 鋯石Lu-Hf同位素

2個(gè)樣品的鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果見(jiàn)表4。其中，鋯石顆粒17J102-30被打穿，信號(hào)極差，去除該數(shù)據(jù)。樣品17J101和17J102的鋯石的176Lu/177Hf比值分別為0.000759～0.001735和0.000514～0.002056，除17J102-06的鋯石176Lu/177Hf比值(0.002056)大于0.002，其他58個(gè)點(diǎn)的176Lu/177Hf比值均小于0.002，表明鋯石結(jié)晶后，放射性成因Hf的積累基本沒(méi)有或較少，測(cè)得的176Hf/177Hf比值基本代表了其形成時(shí)體系中的Hf同位素組成(Patchettetal., 1981)。2個(gè)樣品的鋯石176Hf/177Hf比值為0.281403～0.281483和0.281408～0.281493，εHf(t)值變化范圍較小，分別為-1.2～+1.8和-1.3～+1.4，集中分布于-0.2～1.2之間，遠(yuǎn)低于同時(shí)代的虧損地幔εHf(t)值(圖8)。2個(gè)樣品的Hf同位素單階段虧損地幔模式年齡(tDM)分別為2473～2587Ma和2490～2598Ma，兩階段虧損地幔模式年齡(tDMC)分布于2646～2828Ma和2674～2839Ma之間，明顯大于花崗片麻巖的原巖形成年齡 (～2180Ma)， 表明花崗片麻巖的原巖是較老的地殼物質(zhì)再循環(huán)的產(chǎn)物。

表3 呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖獨(dú)居石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析結(jié)果

表4 呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖巖漿鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果

圖8 呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖鋯石Hf同位素特征 平均地殼的176Lu/177Hf比值取0.015 (Griffn et al., 2002)Fig.8 Zircon Hf isotopic characteristics from the Baijiatan granitic gneiss in Lüliang area The 176Lu/177Hf ratio of the average crust is characterized by 0.015 (Griffn et al., 2002)

5 討論

5.1 華北克拉通2.2～2.1Ga巖漿作用

呂梁地區(qū)出露的古元古代變質(zhì)表殼巖主要包括界河口群、呂梁群和野雞山群，并在呂梁雜巖中識(shí)別出大量古元古代花崗巖。界河口群由變質(zhì)碎屑巖和少量的斜長(zhǎng)角閃巖組成，總體上發(fā)生了角閃巖相變質(zhì)作用(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)，變質(zhì)沉積巖的碎屑鋯石年齡和呂梁雜巖的主變質(zhì)作用的時(shí)代限定了界河口群形成于2.00～1.85Ga(萬(wàn)渝生等, 2000; Zhaoetal., 2000, 2007; Xiaetal., 2009; 劉超輝等, 2013)。呂梁群上部近周營(yíng)組和杜家溝組發(fā)育變基性火山巖和變質(zhì)流紋巖，其單顆粒鋯石U-Pb年齡分別為2051±68Ma和2099±41Ma(于津海等, 1997b)，Liuetal. (2014a)在近周營(yíng)組基性火山巖中也獲得了2209±20Ma、2178±6Ma和2196±8Ma的巖漿年齡。野雞山群中部白龍山組以淺變質(zhì)玄武巖為主，其鋯石U-Pb年齡為2188±48Ma(Liuetal., 2014b)和2124±38Ma(耿元生等, 2000)。以上研究結(jié)果表明呂梁地區(qū)變質(zhì)火山巖的整體噴發(fā)時(shí)間介于2.2～2.1Ga之間。本次研究獲得的白家灘花崗片麻巖的原巖年齡為2182±16Ma和2185±24Ma，已有年齡資料表明呂梁地區(qū)赤堅(jiān)嶺英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖(劉超輝等, 2013)、杜家溝長(zhǎng)石斑巖和惡虎灘閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖(杜利林等, 2012)、赤堅(jiān)嶺-關(guān)帝山花崗片麻巖(Zhaoetal., 2008)均形成于～2180Ma，耿元生等(2000, 2006)測(cè)得的赤堅(jiān)嶺條紋狀角閃斜長(zhǎng)片麻巖形成于2151±12Ma，表明呂梁地區(qū)發(fā)育較多的2.2～2.1Ga的花崗質(zhì)侵入體。

圖9 華北克拉通2.2～2.1Ga巖漿巖分布圖(據(jù)Zhao et al., 2005修改)Fig.9 The distribution of 2.2～2.1Ga magmatic rocks in the North China Craton (modified after Zhao et al., 2005)

近年來(lái)，隨著鋯石U-Pb定年技術(shù)的廣泛應(yīng)用，華北克拉通范圍內(nèi)古元古代(2.2～2.1Ga)巖漿活動(dòng)得到較多的識(shí)別，尤其是華北克拉通中部帶和東部膠-遼-吉帶的2.2～2.1Ga的巖漿活動(dòng)被廣泛發(fā)現(xiàn)，如中條地區(qū)絳縣群變流紋質(zhì)凝灰?guī)r(孫大中等, 1991; 孫大中和胡維興, 1993)、銅礦峪組變火山巖(孫大中等, 1991)、石英斑巖(楊崇輝等, 2015; 李寧波等, 2013)、變質(zhì)酸性火山巖(楊崇輝等, 2015)；豫西地區(qū)侵入到太華群的片麻狀花崗巖(Wanetal., 2006a)、花崗片麻巖(楊長(zhǎng)秀, 2008)、石英二長(zhǎng)巖(Zhouetal., 2015)，以及魯山地區(qū)鉀質(zhì)花崗巖(Zhouetal., 2014)；五臺(tái)地區(qū)滹沱群玄武安山巖(Duetal., 2010)和長(zhǎng)英質(zhì)凝灰?guī)r(Wildeetal., 2004)，與五臺(tái)地區(qū)大洼梁花崗巖(王凱怡和Wilde, 2002)、王家會(huì)花崗巖(王凱怡等, 2000)、黃金山花崗斑巖(Duetal., 2013)和基性巖墻(Pengetal., 2005)年齡相當(dāng)；贊皇地區(qū)甘陶河群玄武安山巖(Xieetal., 2012)、流紋巖(Liuetal., 2012a; Duetal., 2016)以及華北克拉通北部恒山地區(qū)深熔花崗巖(Kr?neretal., 2005)和輝長(zhǎng)巖(Wangetal., 2010b)也都形成于2.2～2.1Ga。此外，華北克拉通東部膠-遼-吉帶的遼河群火山巖(Wanetal., 2006b; Liuetal., 2012b; Li and Chen, 2014; Huetal., 2015; 陳斌等, 2016)、～2.18Ga的遼吉花崗巖(路孝平等, 2004; Wanetal., 2006b; Luetal., 2006; Li and Zhao, 2007; 楊明春等, 2015; 陳斌等, 2016; 王欣平, 2017)和同時(shí)期的基性巖床等(董春艷等, 2012; Mengetal., 2014; Yuanetal., 2015; 王欣平, 2017)也廣泛發(fā)育。同時(shí)，在鄂爾多斯盆地基底(鉆孔)中也發(fā)現(xiàn)2.2～2.0Ga的花崗質(zhì)巖石和碎屑鋯石年齡記錄(Wanetal., 2013; Zhangetal., 2015; 張成立等, 2018; Wangetal., 2019)。本文通過(guò)對(duì)呂梁地區(qū)白家灘二云母花崗片麻巖的年齡研究(原巖年齡2182±16Ma和2185±24Ma)以及華北克拉通不同地區(qū)古元古代巖漿活動(dòng)的總結(jié)分析，認(rèn)為2.2～2.1Ga的巖漿作用在華北克拉通豫西、中條山、呂梁山、五臺(tái)山、和遼東等地區(qū)廣泛發(fā)育(圖9)，呈面狀分布，并且基性-酸性火山巖、花崗質(zhì)侵入體和基性巖床共生，大多發(fā)生了角閃巖相變質(zhì)作用。

5.2 華北克拉通～1.90Ga的變質(zhì)作用

呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖樣品的鋯石具有兩種類型，一種具有明顯振蕩環(huán)帶的巖漿鋯石(圖4a, b)，另一種具有變質(zhì)增生邊的變質(zhì)鋯石(圖4c, d)，分別代表了原巖巖漿事件和后期變質(zhì)改造事件。2個(gè)樣品中鋯石增生邊的207Pb/206Pb年齡介于2180～2032Ma之間，樣品17J101得到的不一致線的交點(diǎn)年齡約為2093±23Ma，樣品17J102的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為2144±29Ma，均小于花崗巖的結(jié)晶年齡(～2185Ma)，可能由于鋯石具有極高的穩(wěn)定性和較高的U-Pb同位素體系封閉溫度(>800℃, Cherniak and Watson, 2001; Cherniak, 2010)，在變質(zhì)作用過(guò)程中不完全重結(jié)晶而不能較好的記錄變質(zhì)作用的時(shí)間(Hawkesworth and Kemp, 2006; Moecher and Samson, 2006; Hawkesworthetal., 2013)，因此，鋯石邊部2180～2032Ma的207Pb/206Pb年齡和2093±23Ma的交點(diǎn)年齡可能是混合年齡，不能準(zhǔn)確代表花崗片麻巖的變質(zhì)作用時(shí)間。而獨(dú)居石往往產(chǎn)于過(guò)鋁質(zhì)的火成巖和變質(zhì)巖中(Spear and Pyle, 2002; Foster and Parrish, 2003; Williamsetal., 2007)，具有非常高的Th和U含量以及很低的普通Pb含量，可以作為理想的U-Th-Pb年齡測(cè)定對(duì)象(Williamsetal., 2007)。同時(shí)，獨(dú)居石在變質(zhì)作用和流體作用過(guò)程中，對(duì)環(huán)境條件的變化更加敏感，比鋯石更容易記錄不同時(shí)期的改造歷史(Gasseretal., 2015; Shaziaetal., 2015; Wangetal., 2017)。本次研究的呂梁地區(qū)2個(gè)花崗片麻巖樣品的獨(dú)居石U-Pb年齡分別為1898±7Ma和1899±14Ma，明顯比原巖的巖漿鋯石(交點(diǎn)年齡為～2.18Ga)和鋯石增生邊(2180～2032Ma)年輕，表明獨(dú)居石受后期變質(zhì)作用改造的明顯影響，而鋯石對(duì)后期變質(zhì)作用的響應(yīng)程度較弱，這種變質(zhì)獨(dú)居石所記錄的U-Pb年齡比鋯石年齡更低的現(xiàn)象一般出現(xiàn)在經(jīng)歷過(guò)退變質(zhì)演化歷史的巖石中(Ayersetal., 2002)。與鋯石較高的U-Pb體系封閉溫度相比(TC>800℃, Cherniak and Watson, 2001)，獨(dú)居石的U-Pb體系封閉溫度相對(duì)較低(～700℃, Fosteretal., 2002; Kohn and Malloy, 2004)，結(jié)合花崗片麻巖的鋯石和獨(dú)居石U-Pb年齡，其變質(zhì)變形時(shí)代及冷卻曲線如圖10所示，表明白家灘花崗片麻巖經(jīng)歷了1.90Ga的變質(zhì)作用，可能對(duì)應(yīng)區(qū)域快速抬升冷卻的退變質(zhì)過(guò)程。

圖10 花崗片麻巖的礦物封閉溫度-冷卻年齡圖解 鋯石U-Pb體系封閉溫度T>800℃ (Cherniak and Watson, 2001);獨(dú)居石的U-Pb體系封閉溫度為～700℃ (Foster et al., 2002)Fig.10 Mineral closure temperature vs. cooling age plot for two granitic gneiss samples Closure temperatures for zircon U-Pb system are higher than 800℃ (Cherniak and Watson, 2001), and closure temperatures for monazite U-Pb system are ～700℃ (Foster et al., 2002)

Rogers and Santosh (2002)提出哥倫比亞超大陸的存在，一般認(rèn)為是由全球范圍內(nèi)2.1～1.8Ga的碰撞造山事件形成的，華北克拉通被認(rèn)為是哥倫比亞超大陸的一部分(Zhaoetal., 2002, 2003)。華北東部陸塊和西部陸塊在～1.85Ga沿中部造山帶最終碰撞拼合形成統(tǒng)一的克拉通(Zhaoetal., 2005)，這一大規(guī)模的古元古代構(gòu)造-熱事件在華北克拉通得到了廣泛的識(shí)別，如西部陸塊的山西大同片麻巖(1861～1900Ma, Wanetal., 2006b)、內(nèi)蒙古涼城麻粒巖(1919±10Ma, Santoshetal., 2007)、內(nèi)蒙古千里山片麻巖和淺粒巖(1920～1955Ma, Yinetal., 2009)、寧夏銀川盆地基底麻粒巖(1895±36Ma, Wangetal., 2017)等，東部陸塊遼吉地區(qū)遼河群和基性巖床以及花崗巖中均發(fā)現(xiàn)有很多1.95～1.80Ga的變質(zhì)年齡(Luoetal., 2004, 2008; Luetal., 2006; Li and Zhao, 2007; Xieetal., 2011; Huetal., 2015; Wangetal., 2016)，以及膠北地區(qū)1.90～1.85Ga峰期高壓麻粒巖相變質(zhì)和1.84～1.82Ga中低壓麻粒巖-角閃巖相退變質(zhì)作用(Zhouetal., 2008; 劉建輝等, 2011; Tametal., 2012a, b; 劉平華等, 2013, 2015; Wuetal., 2014)。中部帶河北淮安地區(qū)片麻巖(1946±26Ma)和麻粒巖(1947±22Ma)(Zhaoetal., 2010)、山西高壓麻粒巖(1817～1856Ma, 郭敬輝和翟明國(guó), 2000; Guoetal., 2005)、呂梁營(yíng)運(yùn)閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖(1872±7Ma, Zhaoetal., 2008)、太行山地區(qū)片麻巖(1817±26Ma, Guanetal., 2002)、豫西地區(qū)上太華群片麻巖(1.87～1.84Ga, Wanetal., 2006a; 1912±13Ma, 時(shí)毓等, 2011)等。已有研究表明陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊碰撞拼合形成西部陸塊的時(shí)間在1.96～1.95Ga(Zhaoetal., 2005, 2010; Yinetal., 2009, 2014; Wangetal., 2014a)，為造山初始階段，而1.92～1.88Ga的超高溫麻粒巖相變質(zhì)作用(Santoshetal., 2006; 2007; Yangetal., 2014)一般認(rèn)為是造山后伸展背景下幔源巖漿上涌的結(jié)果(趙國(guó)春, 2009)。本次研究確定了華北克拉通中部帶呂梁地區(qū)存在～1.9Ga的變質(zhì)事件，與銀川盆地的退變冷卻時(shí)間(1895±36Ma和1892±14Ma, Wangetal., 2017)和鄂爾多斯盆地1880～1909Ma(Gouetal., 2016; Wangetal., 2019)的變質(zhì)作用時(shí)間一致，可能均受到西部陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊碰撞后的伸展構(gòu)造影響。

圖11 華北克拉通新太古代(～2.5Ga)和古元古代(2.2～2.1Ga)巖漿巖的鋯石Hf同位素特征 ～2.5Ga巖漿巖的鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)引自Diwu et al., 2011; 趙瑞福等, 2011; 張瑞英等, 2013; Bai et al., 2014; Shan et al., 2015; 楊崇輝等, 2017; Yang et al., 2008; 2.2～2.1Ga巖漿巖的鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)引自楊德彬等, 2009; 趙瑞福等, 2011; Du et al., 2013; 劉超輝等, 2013; 頡頏強(qiáng)等, 2013; Zhou et al., 2014, 2015; 杜利林等, 2015, 2018; 楊崇輝等, 2017以及本文數(shù)據(jù)Fig.11 Zircon Hf isotopic characteristics from the Late Archean (～2.5Ga) and Paleoproterozoic (2.2～2.1Ga) magmatic rocks in the North China Craton ～2.5Ga zircon Hf isotopic data after Diwu et al., 2011, Zhao et al., 2011; Zhang et al., 2013; Bai et al., 2014; Shan et al., 2015; Yang et al., 2017; Yang et al., 2008; 2.2～2.1Ga zircon Hf isotopic data after Yang et al., 2009; Zhao et al., 2011; Du et al., 2013; Liu et al., 2013; Xie et al., 2013; Zhou et al., 2014, 2015; Du et al., 2015, 2018; Yang et al., 2017 and this study

5.3 花崗質(zhì)巖漿的物質(zhì)來(lái)源：新太古代地殼重熔

已有研究表明華北克拉通在太古宙經(jīng)歷了～2.7Ga和～2.5Ga兩期明顯的地殼生長(zhǎng)(第五春榮等, 2012; 萬(wàn)渝生等, 2017)，形成了大量的TTG巖石，是陸殼增生時(shí)期巖漿作用的產(chǎn)物。TTG巖石主要為新生地殼，也有相當(dāng)部分為殼內(nèi)再循環(huán)產(chǎn)物或形成過(guò)程中受到陸殼物質(zhì)影響(萬(wàn)渝生等, 2017)。華北克拉通～2.7Ga的巖石主要分布在豫西、中條山和魯西地區(qū)等(Sunetal., 1994; Liuetal., 2009; 第五春榮等, 2010; Jahnetal., 2008; Wanetal., 2011; 萬(wàn)渝生等, 2017)，～2.5Ga的巖石在華北克拉通中部帶和東部帶均有廣泛出露，是華北克拉通新太古代末的主要構(gòu)造-熱事件。

呂梁地區(qū)白家灘花崗片麻巖的Hf同位素單階段模式年齡為2473～2598Ma，集中分布于2500～2560Ma，明顯大于花崗片麻巖的原巖年齡(～2.18Ga)，而兩階段模式年齡介于2646～2839Ma，Hf同位素組成均分布于2.65～2.84Ga古老地殼演化線范圍內(nèi)(圖8)，并且εHf(t)值介于-1.3～+1.8之間(平均值為0.4)，遠(yuǎn)小于同時(shí)期的虧損地幔的εHf(t)值，表明沒(méi)有同期幔源物質(zhì)的加入，而是新太古代地殼物質(zhì)重熔的產(chǎn)物。結(jié)合華北克拉通其它地區(qū)2.2～2.1Ga巖漿巖的Hf同位素特征，其εHf(t)值主要介于-6～+5之間，分布于2.5～3.1Ga的地殼演化線內(nèi)，與華北克拉通～2.5Ga巖漿巖的鋯石Hf同位素虧損地幔兩階段模式年齡相似(圖11)，表明華北克拉通該時(shí)期(2.2～2.1Ga)的巖漿巖來(lái)源于太古代地殼物質(zhì)的再循環(huán)，新太古代地殼在2.2～2.1Ga發(fā)生了廣泛的重熔作用。

5.4 構(gòu)造背景

華北克拉通中部帶發(fā)育大量的古元古代變質(zhì)表殼巖，主要為呂梁地區(qū)的界河口群、呂梁群和野雞山群，五臺(tái)地區(qū)的滹沱群，贊皇地區(qū)的甘陶河群和中條地區(qū)的中條群，目前對(duì)這些表殼巖的形成環(huán)境仍有爭(zhēng)議。呂梁地區(qū)的古元古代呂梁群和野雞山群均由下部的碎屑沉積巖和上部的火山巖組成，火山巖的地球化學(xué)特征表明其形成于陸內(nèi)或大陸邊緣裂谷環(huán)境(耿元生等, 2003)，界河口群變質(zhì)沉積巖的REE特征與被動(dòng)大陸邊緣沉積很相似(劉超輝等, 2013)，而且界河口群中的基性火山巖的地球化學(xué)特征表明其形成于大陸裂谷環(huán)境(劉建忠等, 2001)。顏耀陽(yáng)和王汝錚(1996)以及杜利林等(2009)發(fā)現(xiàn)滹沱群中的玄武巖地球化學(xué)特征和島弧型火山巖明顯不同, 具有板內(nèi)裂谷火山巖的特征，郭進(jìn)京等(2011)則認(rèn)為滹沱群更可能形成于陸內(nèi)裂谷盆地。中條地區(qū)的火山巖大多具有雙峰式特征，孫大中等(1991)認(rèn)為其很可能形成于拉張環(huán)境，頡頏強(qiáng)等(2013)通過(guò)研究表明這些雙峰式火山巖在形成過(guò)程中受到了明顯的地殼混染，其地球化學(xué)特征類似于陸內(nèi)裂谷火山巖，暗示了甘陶河群的形成環(huán)境為大陸裂谷。也有部分研究認(rèn)為華北克拉通中部帶表殼巖形成于大陸邊緣環(huán)境(Wildeetal., 2004)、大陸島弧環(huán)境(Lietal., 2009; 劉樹(shù)文等, 2009; Liuetal., 2011)。頡頏強(qiáng)等(2013)認(rèn)為這些古元古代火山-沉積建造中的火山巖多數(shù)具有雙峰式特征，缺乏島弧環(huán)境常見(jiàn)的安山巖，且火山巖中普遍存在2.5Ga的捕獲鋯石，在表殼巖基底中也存在大量2.7～2.5Ga的花崗質(zhì)巖石，所以這套表殼巖最可能形成于板內(nèi)拉張環(huán)境。

目前在這些古元古代表殼巖中發(fā)現(xiàn)的大量2.2～2.1Ga的花崗巖，如五臺(tái)黃金山花崗巖(Duetal., 2013)和大洼梁似斑狀花崗巖、王家會(huì)黑云母二長(zhǎng)花崗質(zhì)片麻巖以及蓮花山花崗巖(杜利林等, 2018)、贊皇許亭花崗巖(楊崇輝等, 2011)和恒山凌云口鉀質(zhì)花崗巖以及遼吉花崗巖(路孝平等, 2004; 楊明春等, 2015; 李超等, 2017)、五臺(tái)黃金山花崗巖(Duetal., 2013)等均具有A型花崗巖的特征，指示了伸展構(gòu)造背景。豫西魯山地區(qū)石英二長(zhǎng)巖和鉀質(zhì)花崗巖的地球化學(xué)特征也表明其形成于陸內(nèi)裂谷環(huán)境(Zhouetal., 2014, 2015)。此外，華北東部發(fā)育有大量同時(shí)期的海城基性巖床群、五臺(tái)橫嶺基性巖床、呂梁基性巖墻、贊皇基性巖床、膠東基性巖墻等(Pengetal., 2012, 2017a, b; 劉平華等, 2013; Wangetal., 2014b; 楊崇輝等, 2017; 王欣平, 2017)，均侵入于古元古代火山沉積巖系中，地球化學(xué)特征表現(xiàn)為拉斑玄武質(zhì)特征，與華北古元古代陸內(nèi)裂谷活動(dòng)有關(guān)。綜上所述，華北克拉通古元古代表殼巖和2.2～2.1Ga期間的巖漿活動(dòng)的特征表明其形成于伸展背景，可能與陸內(nèi)裂谷環(huán)境有關(guān)，裂谷型巖漿作用的出現(xiàn)則表明新太古代晚期華北板塊已經(jīng)形成了一定規(guī)模的大陸地殼(耿元生等, 2003)。

6 結(jié)論

(1)呂梁地區(qū)白家灘二云母花崗片麻巖的巖漿鋯石U-Pb年齡為2182±16Ma和2185±24Ma，代表其侵位時(shí)代。

(2)獨(dú)居石U-Pb年齡(1898±7Ma和1899±14Ma)表明白家灘花崗片麻巖發(fā)生變質(zhì)作用的時(shí)間為～1900Ma，與華北克拉通中部造山帶的變質(zhì)作用時(shí)間一致。鋯石增生邊的207Pb/206Pb年齡為2180～2032Ma，表明獨(dú)居石對(duì)古元古代變質(zhì)作用的響應(yīng)程度比鋯石強(qiáng)。

(3)2個(gè)花崗片麻巖的鋯石Hf同位素兩階段模式年齡(tDMC)分別為2646～2828Ma和2674～2839Ma，εHf(t)值分別為-1.2～+1.8和-1.3～+1.4，表明其原巖是新太古代地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。結(jié)合已有的古元古代中期(2.2～2.1Ga)的巖漿巖鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)，華北克拉通新太古代地殼在2.2～2.1Ga期間發(fā)生了廣泛的重熔作用。

(4)結(jié)合已有研究資料，2.2～2.1Ga期間的巖漿巖在華北克拉通呂梁地區(qū)、中條地區(qū)、五臺(tái)地區(qū)以及膠遼吉地區(qū)廣泛發(fā)育，可能形成于陸內(nèi)裂谷環(huán)境。

致謝樣品處理和測(cè)試工作得到了張琪琪、佘一民和莊澤梁的幫助；兩位審稿人對(duì)本文提出了寶貴的修改意見(jiàn)；在此一并表示衷心感謝。