華北克拉通膠萊盆地馬山地區(qū)早白堊世粗面英安巖巖石成因*

何登洋 邱昆峰 于皓丞 黃雅琪 丁正江 申穎

1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 1000832. 山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，濟(jì)南 2500133. 山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，濟(jì)南 2500131.

華北克拉通于新太古代發(fā)生克拉通化，在古元古代發(fā)生大規(guī)模麻粒巖相變質(zhì)作用，中元古代趨于穩(wěn)定，中生代時(shí)期華北克拉通東部發(fā)生大規(guī)模巖石圈減薄，從200km左右減薄到60～80km(Xu, 2001; Zhaoetal., 2006; Zhengetal., 2006b; Daietal., 2016)。膠東地區(qū)形成的一系列北北東向拉張正斷層、拉分盆地以及大規(guī)模的巖漿活動(dòng)是克拉通減薄在淺成地殼的直接響應(yīng)(匡永生等, 2012; Liuetal., 2017; Dengetal., 2020b)。前人研究普遍認(rèn)為華北克拉通巖石圈減薄開始于中侏羅世(約160Ma)，在早白堊世(130～110Ma)達(dá)到高峰(King, 2001; 鄭永飛等, 2018)，然而關(guān)于克拉通減薄的機(jī)制仍存在爭議，部分學(xué)者認(rèn)為巖石圈地幔拆沉為克拉通減薄的主導(dǎo)機(jī)制(Gaoetal., 2002)，匡永生等(2012)通過對(duì)膠東青山群火山巖的年代學(xué)和地球化學(xué)研究，認(rèn)為華北克拉通巖石圈減薄更加符合一個(gè)自下而上的巖石圈熱侵蝕模式。

膠萊盆地受西側(cè)郯廬斷裂和東側(cè)五蓮-煙臺(tái)斷裂所控制，整體呈菱形展布(張?jiān)罉虻? 2008; 匡永生等, 2012)。盆地內(nèi)廣泛發(fā)育早白堊世青山群火山巖，前人研究表明該區(qū)火山巖噴發(fā)主要集中在126～100Ma(Zhaoetal., 2018; 張永清等, 2019)，與巖石圈減薄峰期時(shí)間一致，說明克拉通破壞可能主導(dǎo)了膠萊盆地早白堊世火山巖的形成。此外，一般認(rèn)為火山巖是克拉通巖石圈減薄的深部地質(zhì)響應(yīng)，可提供來自深部地殼、地幔或者殼幔相互作用的信息(Yangetal., 2005; Jietal., 2015; Heumannetal., 2018)，因此，膠萊盆地廣泛發(fā)育的火山巖為查明上述關(guān)鍵科學(xué)問題提供理想窗口。

前人對(duì)于膠萊盆地青山群火山巖的成因認(rèn)識(shí)存在分歧。有學(xué)者認(rèn)為是華北克拉通下地殼部分熔融所形成(付文釗等, 2014; Maetal., 2014)，也有學(xué)者認(rèn)為是由包含有揚(yáng)子古地殼成分的富集巖石圈地幔和下地殼部分熔融并相互混染形成(鄭永飛等, 2018)，Lingetal. (2009)開展巖石學(xué)、年代學(xué)、主微量地球化學(xué)和Sr-Nd同位素研究認(rèn)為膠萊盆地青山群火山巖為典型的板內(nèi)拉張裂谷形成的雙峰式火山巖。顯然，膠萊盆地內(nèi)火山巖成因的爭議制約了對(duì)盆地演化以及華北克拉通巖石圈減薄的認(rèn)識(shí)。

本文選擇膠萊盆地東部青島地區(qū)馬山粗面英安巖，開展巖石學(xué)、巖相學(xué)、全巖地球化學(xué)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)、Lu-Hf同位素地球化學(xué)研究，限定粗面英安巖形成年齡，探討其巖漿源區(qū)和巖石成因，約束其形成構(gòu)造背景。結(jié)合區(qū)域內(nèi)早白堊世青山群火山巖巖石組合、年代學(xué)、地球化學(xué)資料，進(jìn)一步探討膠萊盆地演化過程和與華北克拉通早白堊世巖石圈減薄之間的關(guān)系。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

膠東位于大別-蘇魯超高壓變質(zhì)帶東北段，包括膠北隆起、膠萊盆地以及威海隆起三個(gè)主要構(gòu)造單元。區(qū)內(nèi)主要出露前寒武紀(jì)花崗片麻巖、中生代花崗巖和少量新近紀(jì)-古近紀(jì)火山巖、碎屑巖以及第四紀(jì)松散沉積物(圖1)。區(qū)內(nèi)以北東-北北東向斷裂為主，其次為東西-北東東向斷裂(唐俊等, 2004; Yangetal., 2016; Dengetal., 2020a)。馬山地處山東省青島市，大地構(gòu)造位置位于揚(yáng)子板塊與華北板塊交界處膠萊盆地東側(cè)(圖1)。

圖1 膠東半島地質(zhì)簡圖及粗面英安巖采樣位置(據(jù)Deng et al., 2019修編)Fig.1 Simplified geological map of the Jiaodong Peninsula showing trachy-dacite sampling location (modified after Deng et al., 2019)

膠萊盆地是一個(gè)白堊紀(jì)斷陷拉分盆地，呈北東東向不規(guī)則展布，西部較寬東部較窄，南部呈弧形向北凸起(Xieetal., 2012; 付文釗等, 2014)。該盆地經(jīng)歷了多階段構(gòu)造演化歷史，可分為早白堊世萊陽期、青山期和晚白堊世王世期三個(gè)盆地構(gòu)造伸展階段(匡永生等, 2012)，其形成受控于郯廬斷裂和牟平-即墨斷裂，兩條斷裂因右行拉分影響膠萊盆地的形成與發(fā)展(Zhuetal., 2012)。

膠萊盆地發(fā)育荊山群和粉子山群基底，主要巖性為云母片巖、黑云母變粒巖、斜長角閃巖、片麻巖以及大理巖。出露早白堊世早期到古新世早期地層，完整且連續(xù)，主要為白堊紀(jì)地層。下部萊陽群主要為一套陸源碎屑巖和火山巖，自下而上共分為六組：瓦房組、林寺組、止風(fēng)莊組、水南組、龍旺廟組以及曲格莊組(許克民等, 2018)。中部青山群為一套巖性復(fù)雜的噴出巖和火山碎屑巖系，可分為四組，分別為后夼組、八廟地組、石前莊組以及方格莊組，主要分布在萊西和萊陽凹陷與萊陽群呈不整合接觸(李金良, 2007)。上部王氏群主要為一套河湖相紅色碎屑巖和濱淺湖雜色碎屑巖，自下而上分為林家莊組、辛格莊組、紅土崖組以及金剛組(李金良, 2007)。該區(qū)廣泛發(fā)育燕山期(180～90Ma)巖漿活動(dòng)，深成侵入巖-淺成侵入巖-超淺成侵入巖-噴出巖均有發(fā)育，以流紋質(zhì)火山熔巖和火山碎屑巖為主(佟彥明, 2007; 曹光躍等, 2018)。

2 樣品采集及分析方法

2.1 巖相學(xué)

圖2 馬山粗面英安巖野外巖相特征 (a)粗面英安巖與萊陽群曲格莊組砂巖不整合接觸；(b)柱狀節(jié)理；(c)氣孔及晶洞構(gòu)造；(d)流紋構(gòu)造；(e)砂巖捕虜體Fig.2 Photographs showing characteristics of texture and lithology of the trachy-dacite in Mashan (a) unconformities relationship between trachy-dacite and sandstone of the Qugezhuang Formation of Laiyang Group; (b) columnar joints; (c) vesicular structure and geode structure; (d) rhyolitic structure; (e) sandstone xenoliths

圖3 馬山粗面英安巖正交偏光下顯微巖相學(xué)特征 黃色虛線代表流紋構(gòu)造. Qtz-石英;Pl-斜長石Fig.3 Photomicrographs under cross-polarized light of the trachy-dacite in Mashan Yellow dash lines represent rhyolitic structure. Qtz-quartz ; Pl-plagioclase

粗面英安巖具有斑狀結(jié)構(gòu)，石英斑晶呈他形粒狀，具有溶蝕結(jié)構(gòu)，正交偏光下一級(jí)灰白到一級(jí)黃白干涉色，粒徑0.2～0.5mm，含量為斑晶總含量的80%以上(圖3a)?；|(zhì)為半晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，見弱流紋構(gòu)造(圖2d)，主要由長英質(zhì)礦物和玻璃質(zhì)組成，斜長石呈他形、長條狀(長度約為0.3mm)，表面可見微弱的次生蝕變(圖3b)，含量占基質(zhì)50%以上。

2.2 分析方法

選取不含捕虜體、氣孔發(fā)育較少、去除風(fēng)化面后的新鮮樣品進(jìn)行粗碎后，先在超聲波清洗池中震動(dòng)30min，再用純凈水清洗3次，烘干后，再采用無污染瑪瑙研缽將其磨細(xì)至200目進(jìn)行全巖地球化學(xué)分析。7件典型樣品(17MS01～07)全巖主微量元素分析在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成。主量元素的分析方法：將1g左右的樣品在100℃的烘箱內(nèi)干燥后，再將其放入大于1000℃的高溫爐中灼燒2h測(cè)得其燒失量(LOI)。取0.5g經(jīng)灼燒過的樣品和4g Li2B4O7溶劑于塑料瓶中，混勻后加0.4g 1%濃度的LiBr及0.5%濃度的NH4I助溶劑于XRF專用鉑金坩堝中，倒入該混合樣品1250℃熔融，制成玻璃餅，備XRF測(cè)定。樣品全巖微量元素分析在中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所完成。微量元素分析方法：將待分析樣品放入溶樣罐中，加入2mL 8mol/L的HNO3和0.5mL 8mol/L的HF，置于100℃左右的電熱板上加熱足夠時(shí)間溶解樣品，然后打開溶樣罐在通風(fēng)櫥中蒸干樣品。稍后再次加入2mL 8mol/L的HNO3繼續(xù)加熱，方法同前。最后將用8mol/L的HNO3溶解的樣品溶液加去離子水稀釋至250mL放入潔凈溶樣瓶，搖勻后取10mL放入細(xì)小塑料管備ICP-MS測(cè)試。

1件粗面英安巖樣品(17MS01)LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試在中國地質(zhì)調(diào)查局天津中心分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)室完成。首先將清洗后的巖石樣品去掉表皮氧化部分以及次生蝕變部分，并粉碎成粉末，在鏡下挑選晶形完好的、無明顯裂痕的、透明度高的鋯石單礦物制備成鋯石樣品靶，并對(duì)其進(jìn)行打磨和拋光。然后對(duì)靶上的鋯石樣品進(jìn)行反射光、透射光以及陰極發(fā)光照相。鋯石U-Pb年代學(xué)分析采用的儀器是美國Thermo Fisher公司生產(chǎn)的多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)，激光器為美國ESI公司生產(chǎn)的NEW WAVE 193nm FX Ar F準(zhǔn)分子激光器。采用SRM 610為外標(biāo)計(jì)算鋯石U、Th、Pb含量，Plesovice鋯石為同位素校正標(biāo)樣，TIMS測(cè)定顯示其206Pb/238U為338.7±2.4Ma(Wiedenbeck, 1995)。具體儀器配置和實(shí)驗(yàn)流程參見文獻(xiàn) (Gengetal., 2017)。數(shù)據(jù)處理采用ICPMS Date Cal程序(Liuetal., 2010)和Isoplot程序(Ludwig, 2003)進(jìn)行處理。鋯石Lu-Hf同位素分析所選取的鋯石與用于鋯石U-Pb測(cè)年的鋯石樣品(17MS01)相一致，測(cè)試時(shí)采用標(biāo)樣GJ-1作為外標(biāo)，Lu-Hf同位素測(cè)試點(diǎn)選擇與鋯石U-Pb同位素分析點(diǎn)相同的環(huán)帶位置，激光束斑直徑為50μm。具體詳細(xì)的測(cè)試步驟可參見Gengetal. (2017)。

表1 膠萊盆地馬山粗面英安巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素?cái)?shù)據(jù)

續(xù)表1

圖4 粗面英安巖代表性鋯石的陰極發(fā)光圖(a)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖(b、c)和年齡頻率分布直方圖(d) 圖(a)中紅色圈代表LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析點(diǎn)，黃色圈為Hf同位素分析點(diǎn)，數(shù)字代表年齡與εHf(t)值Fig.4 Cathodoluminescence images of representative zircon (a), zircon U-Pb concordia plots (b, c) and relative probability diagrams of 206Pb/238U ages (d) of trachy-dacite in Fig.4a: Red circle represents spots for zircon U-Pb age analysis, yellow circle is spots for zircon Hf isotope analysis, the number represents age and corresponding εHf(t) value

圖5 馬山粗面英安巖鋯石εHf(t)-年齡分布圖(a,底圖據(jù)吳福元等，2007)和tDM2年齡頻率分布直方圖(b) 數(shù)據(jù)來源：Ling et al., 2009; 曹光躍等, 2018; Yang et al., 2018Fig.5 εHf(t) versus age diagram of zircons (a, base map after Wu et al., 2007) and two stage Hf model ages (tDM2) histograms (b) of trachy-dacite in Mashan Data source: Ling et al., 2009; Cao et al., 2018; Yang et al., 2018

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb同位素年代學(xué)

粗面英安巖樣品(17MS01)鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試結(jié)果如下表1所示。鋯石晶體呈長柱狀或短柱狀、自形-半自形晶體、少數(shù)鋯石為他形粒狀晶體，大小為10～50μm×100～150μm，鋯石內(nèi)部沒有裂痕且結(jié)構(gòu)清晰，透明度高(圖4a)。年齡值為120Ma左右的鋯石晶形完好呈柱狀多為自形晶，磨圓差呈棱角狀，鋯石內(nèi)部明顯可見巖漿成因的震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖4a)。年齡值為1800Ma和2400Ma的鋯石晶體呈長柱狀和短柱狀，磨圓為次圓狀(圖4a)。

粗面英安巖樣品50個(gè)測(cè)試點(diǎn)206Pb/238U年齡值均為諧和年齡(圖4b)，其中大部分測(cè)試點(diǎn)諧和度在90%～99%，最大值為2697±15Ma，最小值為112±1Ma，年齡變化范圍較大，共出現(xiàn)4個(gè)峰值區(qū)(圖4d)，第1個(gè)峰值是120Ma左右；第2個(gè)峰值為800Ma左右；第3個(gè)峰值約為1800Ma；第4個(gè)峰值約為2400Ma，第1個(gè)峰值頻數(shù)最大。其中年齡值在1000Ma以下的采用206Pb/238U年齡，1000Ma以上的采用207Pb/206Pb年齡。選取206Pb/238U年齡值在130Ma以下測(cè)點(diǎn)單獨(dú)投諧和圖，得到鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡值為119.3±1.6Ma(MSWD=1.9，n=9)，各點(diǎn)諧和度均在95%～99%(圖4c)。

3.2 鋯石Lu-Hf同位素

17MS01樣品50個(gè)Lu-Hf同位素分析結(jié)果顯示(表2)，所有測(cè)點(diǎn)176Lu/177Hf比值最大值為0.0056，大部分測(cè)試點(diǎn)176Lu/177Hf比值小于0.002，說明絕大多數(shù)鋯石形成后有較少的放射性成因Hf，因此，176Lu/177Hf比值能較好地反應(yīng)其形成過程中Hf同位素組成(吳福元等, 2007; 郭文琳等, 2019)。176Hf和177Hf同位素比值變化范圍為0.2810～0.2825。鋯石εHf(t)最小值為-27.3，最大值為7.2，主要集中分布在-20～-3(圖5a)。兩階段Hf模式年齡tDM2為3500～1200Ma，其中tDM2值共出現(xiàn)2200～2000Ma、2500～2300Ma、2800～2600和3300～3100四個(gè)峰值區(qū)。有72%測(cè)試點(diǎn)的兩階段Hf模式年齡tDM2在2700～2000Ma(圖5b)。代表巖漿噴發(fā)的130～100Ma的鋯石176Hf/177Hf均為0.282，εHf(t)值為-24.6～-11.5，兩階段Hf模式年齡tDM2變化范圍為2700～1200Ma(圖5b)。

3.3 主量元素特征

馬山粗面英安巖全巖主微量結(jié)果顯示(表3)SiO2含量為65.73%～66.08%(平均為65.93%)、Al2O3含量為14.63%～15.00%、TiO2含量為0.41%～0.43%、Fe2O3含量為1.51%～2.23%、FeO含量為1.09%～1.80%、MgO含量為2.16%～2.61%、CaO含量為2.31%～2.76%，全堿含量(K2O+Na2O)為7.56%～8.15%，K2O/Na2O比值為0.628～1.143，K2O含量為3.13%～4.03%、Na2O的含量為3.53%～4.99%。巖石TAS圖解顯示7件樣品均落入了粗面英安巖范圍內(nèi)(圖6a)，在SiO2-K2O的關(guān)系圖上顯示樣品均為高鉀鈣堿性系列巖石，具有明顯的富鉀特征(圖6b)，A/CNK比值為1.38～1.43，表明巖石主要為過鋁質(zhì)巖石。

表2 馬山粗面英安巖LA-ICP-MS鋯石Lu-Hf同位素?cái)?shù)據(jù)

表3 馬山粗面英安巖全巖主量(wt%)、微量(×10-6)元素?cái)?shù)據(jù)

圖6 膠萊盆地中生代青山群火山巖TAS圖解(a, 據(jù)Le Maitre, 1989)和SiO2-K2O圖解(b,據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976) 數(shù)據(jù)來源：Ling et al., 2009; 付文釗等, 2014; 韓宗珠等, 2011; 曹光躍等, 2018; 孫宣艷等, 2018；圖8同F(xiàn)ig.6 Total alkali-silica (TAS) plots (a, after Le Maitre, 1989) and plots of SiO2-K2O (b, after Peccerillo and Taylor, 1976) of the Mesozoic volcanic rocks of the Qingshan Group from the Jiaolai Basin Data source: Ling et al., 2009; Han et al., 2011; Fu et al., 2014; Cao et al., 2018; Sun et al., 2018; also in Fig.8

3.4 微量元素特征

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖顯示馬山粗面英安巖樣品強(qiáng)烈虧損Ba，虧損Nb、Ta、P和Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，強(qiáng)烈富集Pb、相對(duì)富集大離子親石元素K和Sr(圖7a)。7件樣品稀土元素含量變化基本一致，重稀土元素含量為10×10-6～12×10-6，輕稀土元素含量為100×10-6～120×10-6，LREE/HREE比值約為10，輕重稀土元素分異明顯。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素圖解顯示樣品并無明顯的Eu異常和Ce異常(圖7b)。

我國食品工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包括國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。國家標(biāo)準(zhǔn)分為強(qiáng)制性和推薦性兩類，代號(hào)分別為 GB和GB/T。強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)由國務(wù)院批準(zhǔn)發(fā)布或授權(quán)發(fā)布，推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)由國務(wù)院標(biāo)準(zhǔn)化行政主管部門制定。

圖7 馬山粗面英安巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(a)與球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989) 數(shù)據(jù)來源：Ling et al., 2009; 曹光躍等, 2018; 孫宣艷等, 2018Fig.7 Primitive-mantle-normalized patterns (a) and chondrite-normalized REE patterns (b) of trachy-dacite in Mashan (normalization values after Sun and McDonough, 1989) Data source: Ling et al., 2009; Cao et al., 2018; Sun et al., 2018

圖8 膠萊盆地中生代青山群火山巖哈克圖解Fig.8 Plots of SiO2 against selected major element contents for Mesozoic volcanic rocks of the Qingshan Group from Jiaolai Basin

4 討論

4.1 粗面英安巖形成年代

前人對(duì)于膠東地區(qū)青山群火山巖的形成時(shí)代及活動(dòng)時(shí)限開展諸多研究，積累了豐富的年代學(xué)資料。魯東中生代標(biāo)準(zhǔn)剖面青山群流紋巖鋯石U-Pb年齡為105±4Ma(凌文黎等, 2006)，膠萊盆地白堊紀(jì)陸相“紅層”中火山巖夾層流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r鋯石U-Pb年齡為118.32±0.71Ma(徐偉祥, 2019)，魯西臨朐青山群粗面巖206Pb/238U年齡值為121.3±1.5Ma(曹光躍等, 2018)，魯東萊陽北官莊村八廟地組粗安巖鋯石206Pb/238U年齡值為119.4±0.9Ma，即墨訓(xùn)虎山流紋巖鋯石206Pb/238U年齡為120±0.8Ma(曹光躍等, 2018)，沂水玄武巖的鋯石206Pb/238U年齡為204～122Ma(Yangetal., 2018)。Lingetal. (2019)利用鋯石U-Pb測(cè)得蒙陰地區(qū)安山巖和少量玄武安山巖的結(jié)晶年齡為128±1.6Ma，匡永生等(2012)利用Ar-Ar法測(cè)得郯城地區(qū)火山巖全巖40Ar-39Ar年齡為99.7±0.4Ma。沂沭斷裂帶內(nèi)青山群火山巖的K-Ar全巖年齡為124.6～100.7Ma(蘇尚國等, 1999)，萊陽地區(qū)青山群火山巖下部玄武安山巖全巖40Ar-39Ar年齡為126～110Ma(龐崇進(jìn), 2015)，即墨和諸城地區(qū)青山群火山巖的LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡為126～107Ma(曹光躍等, 2018)，魯東地區(qū)青山群富鉀火山巖由底向上的形成年齡為106～98Ma(凌文黎等, 2006)。此外膠萊盆地最老的地層萊陽群鋯石U-Pb年齡為130Ma左右(Xieetal., 2012)。本文利用LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)得青島馬山地區(qū)粗面英安巖的結(jié)晶年齡為119.3±1.6Ma，表明其屬于膠萊盆地早白堊世大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)作用的結(jié)果。

對(duì)于膠東青山群火山巖廣泛的活動(dòng)時(shí)限，部分學(xué)者認(rèn)為這是由于青山群火山巖形成年齡由西向東逐漸變年輕(邱檢生等, 2001; 凌文黎等, 2006)?？镉郎?2012)則認(rèn)為膠東青山群火山巖是雙峰式巖漿作用的產(chǎn)物，且基性巖漿活動(dòng)時(shí)限(122～113Ma)早于酸性巖漿活動(dòng)時(shí)限(110～98Ma)。綜合上述年代學(xué)資料本文認(rèn)為山東青山群火山巖活動(dòng)年齡上限在130Ma左右，活動(dòng)年齡下限為98Ma左右，巖漿活動(dòng)的高峰期在120Ma左右。上述年代學(xué)資料也表明，膠東青山群火山巖年齡并未明顯表現(xiàn)出由西向東逐漸變小的趨勢(shì)。此外膠萊盆地青山群火山巖TAS圖解顯示膠萊盆地基性-中性-酸性火山巖是連續(xù)分布的，并非只存在基性火山巖和酸性火山巖兩個(gè)端元(圖6a)。本文報(bào)道的馬山粗面英安巖、臨朐粗面巖以及即墨馴虎山流紋巖等中酸性巖石的成巖年齡與前人報(bào)道的基性巖漿年齡(Ar-Ar，122～113Ma；匡永生等, 2012)相一致。因此，本文認(rèn)為山東青山群火山巖廣泛的成巖年齡并非是雙峰式巖漿作用的結(jié)果，而更有可能是與區(qū)域內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。此外，馬山粗面英安巖還存在800Ma、1800Ma 和2400Ma左右的年齡峰值，這類鋯石顯示出無震蕩環(huán)帶的四面體晶體結(jié)構(gòu)(圖4a)，表明它們是可能繼承鋯石而并非巖漿鋯石(Liangetal., 2020)。

4.2 粗面英安巖巖石成因

膠東地區(qū)廣泛出露青山群火山巖，主要巖性為玄武巖、玄武質(zhì)粗面安山巖、粗面安山巖、粗面巖、粗面英安巖以及流紋巖，但是對(duì)于該系列巖石的成因和形成構(gòu)造背景仍存在一定分歧。有部分學(xué)者認(rèn)為膠東青山群火山巖為雙峰式火山巖(Fanetal., 2001; Lingetal., 2009; 匡永生等, 2012)，付文釗等(2014)認(rèn)為膠州青山火山巖并非典型雙峰式火山巖。上述年代學(xué)和主量元素地球化學(xué)證據(jù)均表明膠萊盆地青山群火山巖不是典型的雙峰式火山巖，因此馬山粗面英安巖也并非形成于板內(nèi)拉張裂谷帶。

SiO2-K2O圖解顯示，膠萊盆地火山巖均屬于鉀玄巖系列和高鉀鈣堿性系列。目前關(guān)于鉀玄巖的成因，部分學(xué)者認(rèn)為是來自交代富集上地幔的部分熔融(Turneretal., 1996; Conticellietal., 2009)，也有學(xué)者認(rèn)為酸性鉀玄巖是幔源巖漿底侵導(dǎo)致地殼部分熔融形成(Lingetal., 2009; Douetal., 2018)。哈克圖解顯示，CaO、MgO、P2O5以及Fe2O3T含量與SiO2呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的負(fù)相關(guān)，Al2O3和Na2O的含量與SiO2呈現(xiàn)較弱的負(fù)相關(guān)，K2O的含量與SiO2呈正相關(guān)(圖8)，這些特征表明巖石在形成的過程中經(jīng)歷了結(jié)晶分異作用。其中Fe2O3T、CaO、MgO與SiO2呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)，表明可能存在橄欖石分離結(jié)晶作用。

膠萊盆地火山巖并沒有表現(xiàn)出強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常(圖7b)，這表明巖石形成與斜長石分離結(jié)晶作用關(guān)系不大。馬山地區(qū)粗面英安巖和膠州、莒縣和蒙陰等地區(qū)的火山巖均強(qiáng)烈富集LREE，且LREE和HREE表現(xiàn)出強(qiáng)烈的分異(圖7b)。這些樣品虧損Nb、Ta、Ti、P等高場(chǎng)強(qiáng)元素，富集Rb、Ba和K等大離子親石元素，Pb表現(xiàn)出強(qiáng)烈富集特征(圖7a)。相比于其他地區(qū)馬山粗面英安巖大離子親石元素Ba強(qiáng)烈虧損(圖7a)可能是由于黑云母結(jié)晶分異所造成，P的虧損可能由于磷灰石的結(jié)晶分異導(dǎo)致。一般情況下認(rèn)為在俯沖帶地區(qū)大離子親石元素，很容易隨著水等流體從地殼轉(zhuǎn)入地幔當(dāng)中，相反高場(chǎng)強(qiáng)元素在俯沖過程中由于溶解性極低故幾乎沒有流動(dòng)性，從而表現(xiàn)出虧損(Mazzeoetal., 2014)。俯沖帶地區(qū)火山巖Nb、Ta負(fù)異常和LREE的富集是由于大陸巖石圈地幔經(jīng)歷不同程度的富集所造成，并且混有古老俯沖地殼的物質(zhì)成分(Santoshetal., 2016; Dengetal., 2018; Yangetal., 2018)。

膠萊盆地火山巖廣泛的εHf(t)值、富集LREE和LILE的特征與地殼源區(qū)物質(zhì)組成極為相似，表明物質(zhì)來源可能有地殼源區(qū)，也可能有經(jīng)歷過俯沖交代富集的地幔源區(qū)。有實(shí)驗(yàn)表明，地殼部分熔融的產(chǎn)物一般為鈣堿性-高鉀鈣堿性巖漿(Gaoetal., 2008)，這與馬山地區(qū)富鉀鈣堿性粗面英安巖特征相一致，因此馬山粗面英安巖巖漿源區(qū)可能有地殼物質(zhì)的加入。馬山粗面英安巖鋯石εHf(t)值為-24.6～-11.5且大部分εHf(t)值落在了球粒隕石演化線之下，Hf的二階段模式年齡tDM2為2700～1200Ma，表明其巖漿是古老地殼物質(zhì)再重熔并混染富集地幔部分熔融物質(zhì)的產(chǎn)物(Dengetal., 2015; Dengetal., 2017; Yangetal., 2018)。山東青山群火山巖主要分布在郯廬斷裂兩側(cè)，前人研究認(rèn)為郯廬斷裂形成于三疊紀(jì)揚(yáng)子板塊東段與華北板塊的相互碰撞(240～200Ma)，在晚侏羅世到早白堊世早期郯廬斷裂發(fā)生走滑，膠東受太平洋板塊由東向西俯沖的影響沂沭斷裂表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)，早白堊世晚期太平洋板塊高角度俯沖方向由東西向變?yōu)楸逼飨颍虼税殡S的板片回撤使得郯廬斷裂帶整體表現(xiàn)出拉張性質(zhì)(張?jiān)罉虻? 2008; Jietal., 2015; Caoetal., 2017)。馬山粗面英安巖結(jié)晶年齡為119Ma，表明其形成于受太平洋板塊俯沖影響的板內(nèi)拉張環(huán)境。

綜上，本文認(rèn)為青島馬山地區(qū)粗面英安巖是古老下地殼再重熔并混染富集地幔部分熔融產(chǎn)物的結(jié)果，巖石形成過程中也經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用。首先俯沖的揚(yáng)子陸殼在弧下深度發(fā)生脫水形成富集LREE、LIEE和虧損HFSE的流體，并向上運(yùn)移交代上覆巖石圈形成富集地幔源區(qū)，白堊紀(jì)時(shí)期在太平洋板塊俯沖以及地殼的伸展變形影響下，古老下地殼物質(zhì)發(fā)生再重熔并混染部分熔融的巖石圈地幔形成巖漿源區(qū)，巖漿在后期運(yùn)移和噴發(fā)過程中發(fā)生分離結(jié)晶作用形成馬山粗面英安巖。

4.3 對(duì)膠萊盆地形成演化的啟示

馬山早白堊世粗面英安巖包含有部分繼承鋯石，這些鋯石提供了晚石炭世(約300Ma)、新元古代(900～600Ma)以及新太古代到古元古代(2700～1800Ma)的華北克拉通巖石圈演化信息(圖4d)。華北克拉通有大量新太古代到古元古代基底(2700～1800Ma)，膠萊盆地火山巖2700～2000Ma的鋯石兩階段Hf模式年齡也表明華北克拉通存在新太古代-古元古代的古老下地殼基底(Zhaoetal., 2006; Zhai and Santosh, 2013)。粗面英安巖中出現(xiàn)的新元古代(900～600Ma)鋯石可能起源于揚(yáng)子克拉通，因?yàn)樵谛略糯?750～600Ma)揚(yáng)子克拉通發(fā)育大量巖漿活動(dòng)(Chen and Jahn, 1998; Zhengetal., 2006a, b)。Liangetal. (2020)報(bào)導(dǎo)的膠東高鎂埃達(dá)克巖中包含有約307Ma的晚石炭世繼承鋯石，與蘇魯造山帶片麻巖鋯石年齡一致，此外Xiaetal. (2009)與Chenetal. (2011)認(rèn)為這部分晚石炭世鋯石形成于揚(yáng)子古陸殼北緣的變質(zhì)重結(jié)晶。本文馬山粗面英安巖也包含有晚石炭世(約300Ma)繼承鋯石，這說明早白堊世時(shí)期膠萊盆地基底包含有揚(yáng)子古陸殼的成分。晚三疊世(約200Ma)揚(yáng)子克拉通俯沖到華北克拉通>200km的地幔之下，并向北延伸形成了秦嶺-大別-蘇魯造山帶(Zhangetal., 2002; Dongetal., 2011)，膠東高鎂埃達(dá)克巖以及馬山粗面英安巖～300Ma的繼承鋯石也進(jìn)一步佐證了該結(jié)論。上述繼承鋯石結(jié)果表明華北板塊地殼物質(zhì)在三疊紀(jì)揚(yáng)子板塊深俯沖的過程中與揚(yáng)子克拉通物質(zhì)成分發(fā)生了相互作用。

自178Ma以來古太平洋板塊向華北克拉通東部俯沖并發(fā)生擠壓，甚至向華東方向延伸，造成中侏羅世華北克拉通東部地殼增厚(Jiangetal., 2010; Maetal., 2013; Zhao and Zhai, 2013)。Liangetal. (2020)報(bào)導(dǎo)的膠東晚侏羅世埃達(dá)克質(zhì)二長花崗巖也表明中侏羅世時(shí)期膠東半島下地殼明顯增厚。晚中生代以來華北克拉通東部發(fā)生大規(guī)模的巖石圈減薄，從古生代200km左右減薄到新生代<80km(Gaoetal., 2002; Zhengetal., 2006a, b; Zhangetal., 2008)。King (2001)認(rèn)為華北克拉通巖石圈減薄起始于160Ma左右。侏羅紀(jì)時(shí)期發(fā)育在遼東半島的煌斑巖(155±4Ma; Jiangetal., 2010)，遼西-冀北的安山巖(161.8±2.1Ma; Zhangetal., 2008)形成均與裂谷盆地有關(guān)，佐證了約160Ma時(shí)期華北克拉通發(fā)生了巖石圈減薄。Yangetal. (2018)報(bào)導(dǎo)的膠東沂水玄武巖形成年齡為204～122Ma，可能是對(duì)華北克拉通巖石圈減薄的深部地質(zhì)響應(yīng)。此外膠東火山巖噴發(fā)年齡主要集中在早白堊世(130～100Ma)，說明晚侏羅世-早白堊世的巖石圈減薄主要發(fā)生在巖石圈地幔深部(Gaoetal., 2008)。

圖9 馬山粗面英安巖形成模式圖(據(jù)Deng et al., 2017; Liang et al., 2020修編)Fig.9 Geodynamic cartoon model for petrogenesis of the trachy-dacite in Mashan (modified after Deng et al., 2017; Liang et al., 2020)

膠萊盆地馬山粗面英安巖輕稀土元素富集且分異明顯，Ni、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素虧損，Sr、K等大離子親石元素相對(duì)富集，指示拉張環(huán)境(圖7)。其高鉀鈣堿性特征與俯沖帶地區(qū)部分熔融形成的巖漿特征高度相似，說明粗面英安巖巖漿形成于板塊俯沖的伸展構(gòu)造背景。前人研究認(rèn)為膠萊盆地早白堊世伸展變形作用可分為萊陽期(135～120Ma)和青山期(120～110Ma)，萊陽期盆地主要為北西-南東向伸展，盆地內(nèi)火山作用相對(duì)較少，青山期盆地以東西向伸展為主，郯廬斷裂表現(xiàn)出拉張性質(zhì)，盆地快速沉降并伴生大規(guī)模火山作用(張?jiān)罉虻? 2008; 匡永生等, 2012)。此外膠萊盆地兩階段的伸展變形分別與古太平洋板塊東西向俯沖和北偏西向的高角度俯沖時(shí)間相重疊，這表明古太平洋板塊俯沖可能是膠萊盆地演化的主要?jiǎng)恿W(xué)機(jī)制。巖石負(fù)的εHf(t)值指示巖漿來源于古老下地殼再重熔，再演化，巖石形成時(shí)代為119.3±1.6Ma，表明直到120Ma華北克拉通仍存在巖石圈減薄。膠萊盆地大規(guī)模青山群火山巖的噴出年齡(128～110Ma)與華北克拉通晚中生代大規(guī)模巖石圈減薄的峰期(130～110Ma; 朱日祥等, 2012; 鄭永飛等, 2018)相一致。前人研究認(rèn)為晚中生代華北克拉通巖石圈減薄是由于高角度俯沖的古太平洋板片發(fā)生回撤，板片回撤所誘發(fā)的軟流圈上涌也進(jìn)一步加劇了巖石圈減薄(朱日祥等, 2012; Zhuetal., 2017; 鄭永飛等, 2018)。

綜上所述，本文認(rèn)為三疊紀(jì)時(shí)期(240～200Ma)揚(yáng)子板塊與華北板塊發(fā)生碰撞，揚(yáng)子板塊東段首先與華北板塊相接觸，郯廬斷裂帶也隨之形成。約160Ma以來俯沖的古太平洋板塊開始回撤，并在軟流圈熱侵蝕作用下華北克拉通深部巖石圈開始減薄(圖9a)。在早白堊世晚期(120～100Ma)，由于高角度俯沖的古太平洋板塊俯沖方向改變?yōu)楸逼鞣较?，同時(shí)開始大規(guī)模回撤，從而誘發(fā)華北板塊陸內(nèi)擴(kuò)張，導(dǎo)致上覆巖石圈大規(guī)模減薄。同時(shí)郯廬斷裂受到的擠壓應(yīng)力減小，在上地殼發(fā)育為一系列的拉張正斷層和張性盆地，從而造成郯廬斷裂帶快速沉降并且伴隨著強(qiáng)烈的火山作用(圖9b)。膠萊盆地也在這一時(shí)期開始快速斷陷、拉分，并伴隨大面積青山群火山巖噴發(fā)，從而演化形成火山盆地。

5 結(jié)論

(1)青島馬山粗面英安巖形成于早白堊世晚期(119.3±1.6Ma)，記錄了膠萊盆地早白堊世巖石圈減薄、盆地基底演化以及相關(guān)的巖漿事件。鋯石的εHf(t)值為-24.6～-11.5，tDM2為2700～1200Ma，表明巖漿起源于古老下地殼和富集巖石圈地幔。

(2)馬山粗面英安巖原始巖漿起源于華北克拉通富集巖石圈地幔和古老下地殼；早白堊世晚期(約120Ma)，古老下地殼和富集地幔在古太平洋板片大規(guī)?；爻纷饔玫挠绊懴掳l(fā)生部分熔融且相互混染，并在噴發(fā)過程中發(fā)生分離結(jié)晶形成馬山粗面英安巖。

(3)135～120Ma時(shí)期膠萊盆地巖石圈減薄主要受控于東西向俯沖的古太平洋板塊，盆地內(nèi)火山作用相對(duì)較少。120～100Ma時(shí)期，高角度俯沖的古太平洋板塊改為北偏西向俯沖，并伴隨大規(guī)模板片回撤，郯廬斷裂帶整體表現(xiàn)出拉張伸展性質(zhì)，膠萊盆地也在這一時(shí)期快速沉降并伴生大規(guī)?；鹕阶饔?，從而演化形成一個(gè)火山盆地。

致謝論文的完成得益于鄧軍教授的指導(dǎo)。感謝中國地質(zhì)調(diào)查局廊坊物化探研究所和中國地質(zhì)調(diào)查局天津中心分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)人員在本文實(shí)驗(yàn)過程中的支持和幫助。評(píng)審專家的意見提高了本文質(zhì)量，特此致謝。