冀北獨(dú)石口古元古代變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的成因及其地質(zhì)意義

王芳 彭澎 陳超 胡洪飛 黃冬琴 陳福坤 翟明國(guó)WANG Fang, PENG Peng, CHEN Chao, HU HongFei, HUANG DongQin, CHEN FuKun and ZHAI MingGuo

1.河北省戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050031

2. 河北地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，石家莊 050031

3. 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 100029

4. 安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)，六安 237010

5. 浙江大學(xué)海洋學(xué)院, 舟山 3160216. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院, 合肥 230026

1. Hebei Key Laboratory of Strategic Critical Mineral Resources, Shijiazhuang 050031, China

2. College of Earth Sciences, HeBei GEO University, Shijiazhuang 050031, China

3. State Key Laboratory of Lithospheric Evolution, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China

4. 313 Geological Team, Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration of Anhui Province, Lu’an 237010, China

5. Ocean College, Zhejiang University, Zhoushan 316021, China6. School of Earth and Space Sciences, Universities of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

華北克拉通前寒武紀(jì)巖石露頭出露廣泛，如圖1a所示。經(jīng)過(guò)多年的研究，學(xué)者們普遍認(rèn)為華北克拉通的前寒武紀(jì)變質(zhì)基底由多個(gè)微陸塊組成，但在微陸塊的數(shù)量、規(guī)模、拼合時(shí)間和縫合帶延伸方向等問(wèn)題上還存在一些分歧(Zhaietal.，2005；Zhaoetal.，2005；王惠初等，2005；Kuskyetal.，2007; Kusky，2011；Zhai and Santosh，2011，2013)。不同學(xué)者均認(rèn)為華北克拉通古元古代晚期(1.95～1.85Ga前后)經(jīng)歷了重要的變質(zhì)-構(gòu)造過(guò)程，可能與現(xiàn)今造山過(guò)程類似。冀北地區(qū)屬于華北克拉通的前寒武紀(jì)變質(zhì)基底中部造山帶北緣，西和孔茲巖帶相接，東與東部陸塊相鄰，對(duì)該地區(qū)構(gòu)造屬性的研究是理解華北克拉通前寒武紀(jì)地質(zhì)演化的重要窗口。然而，雖然近年來(lái)地質(zhì)學(xué)者們對(duì)冀北地區(qū)展開(kāi)了一系列的研究，但對(duì)其在古元古代所處的構(gòu)造位置仍然存在較大爭(zhēng)議，一種觀點(diǎn)認(rèn)為冀北地區(qū)是內(nèi)蒙孔茲巖帶向東延伸的部分(Kuskyetal.，2007；Kusky，2011；劉建峰等，2016)，其依據(jù)來(lái)自地震影像特點(diǎn)，橄欖巖包體的Re-Os同位素特征以及古元古代高壓麻粒巖和過(guò)鋁質(zhì)花崗巖的分布從內(nèi)蒙地區(qū)延伸到冀北地區(qū)；另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為冀北地區(qū)屬于中部造山帶的一部分，其核心依據(jù)是中部造山帶巖石中鋯石年齡與東、西陸塊之間的差異(Zhaoetal.，2005，2012；Liuetal.，2019)。冀北地區(qū)的前寒武紀(jì)變質(zhì)基底主要由兩套雜巖系構(gòu)成，南部的“單塔子雜巖”和北部的“紅旗營(yíng)子雜巖”。得益于分析方法的發(fā)展與進(jìn)步，特別是鋯石原位微區(qū)定年技術(shù)的廣泛使用，近些年對(duì)這兩套雜巖系中不同巖石單元的形成時(shí)代和成因的認(rèn)識(shí)有了較大的進(jìn)展，其中的紅旗營(yíng)子雜巖以往被認(rèn)為是一套古元古代的表殼巖系，然而越來(lái)越多的證據(jù)表明該雜巖系中片麻巖、花崗質(zhì)侵入體、輝長(zhǎng)-閃長(zhǎng)質(zhì)侵入體占了絕大部分，表殼巖系只在局部零星出露(Wangetal.，2011；王惠初等，2012；Liuetal.，2019)。本文報(bào)道了在冀北赤城縣獨(dú)石口鎮(zhèn)附近原劃歸為紅旗營(yíng)子群的變質(zhì)輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的巖石地球化學(xué)、鋯石U-Pb年齡、微量元素和Hf同位素特征，這為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)冀北紅旗營(yíng)子雜巖的組成，理解華北克拉通古元古代構(gòu)造演化史提供了新的數(shù)據(jù)支持。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于河北省北部赤城獨(dú)石口地區(qū)，大地構(gòu)造位置處于華北克拉通北緣中段，向北緊臨中亞造山帶。區(qū)內(nèi)發(fā)育的兩條深大斷裂帶將該區(qū)域分為三個(gè)構(gòu)造單元。一般認(rèn)為北側(cè)的鑲黃旗-多倫-康保-赤峰-圍場(chǎng)-開(kāi)源斷裂帶是中亞造山帶(古亞洲洋構(gòu)造域)與華北克拉通的分界線，南部的尚義-崇禮-赤城-平泉斷裂帶將克拉通內(nèi)部分為內(nèi)蒙古隆起(又稱“內(nèi)蒙地軸”)和燕山臺(tái)褶帶兩個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。

早期的區(qū)調(diào)工作者將分布于內(nèi)蒙古隆起上的一套以角閃巖相變質(zhì)的火山沉積巖系命名為紅旗營(yíng)子群，將分布在燕山臺(tái)褶帶上一套麻粒巖相變質(zhì)的火山沉積巖系稱為單塔子群。后來(lái)的研究者通過(guò)巖性比對(duì)，將單塔子群的上部劃歸紅旗營(yíng)子群，使得紅旗營(yíng)子群和單塔子群的界線不再完全受崇禮-赤城-隆化斷裂控制(胡學(xué)文等，1996)，兩套雜巖系在冀北地區(qū)的分布如圖1b所示。近年來(lái)的研究顯示單塔子群和紅旗營(yíng)子群中都包含多個(gè)不同時(shí)代的巖石構(gòu)造單元，故改稱為“單塔子雜巖”和“紅旗營(yíng)子雜巖”(Nietal.，2006；劉樹(shù)文等，2007a，b；王惠初等，2012)。單塔子雜巖中各類巖石的形成時(shí)代主體在新太古代(劉樹(shù)文等，2007a；Geetal.，2015；葛松勝等，2016))，而紅旗營(yíng)子雜巖中包含了形成于新太古代2546～2532Ma的石英閃長(zhǎng)-英云閃長(zhǎng)-花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖、古元古代1870～1819Ma的花崗閃長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗-正長(zhǎng)花崗質(zhì)片麻巖(劉樹(shù)文等，2007b；Liuetal.，2019)，以及一些晚古生代的閃長(zhǎng)-花崗質(zhì)片麻巖(王芳等，2009；白文倩等，2016)和變質(zhì)表殼巖(王惠初等，2012)。在單塔子雜巖和紅旗營(yíng)子雜巖中還識(shí)別出若干古元古代高壓麻粒巖透鏡體，出露于宣化西望山和大東溝、赤城漚麻坑、呂和堡和七里墩、承德單塔子和雙峰寺等地(初航等，2012；畢克，2014；銀雪琴，2016)。

在單塔子和紅旗營(yíng)子雜巖系之外，古元古代侵入體在華北克拉通北緣廣泛發(fā)育，根據(jù)其形成時(shí)代、巖石組合和變質(zhì)變形特征可將大致分為三類：一是形成時(shí)代在2.2～1.8Ga的各類片麻狀花崗巖、似斑狀花崗巖及石榴花崗巖類(鐘長(zhǎng)汀等，2006；劉建峰等，2016)；第二類是形成時(shí)代在1.75～1.65Ga的斜長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖、紋長(zhǎng)二長(zhǎng)巖以及堿長(zhǎng)花崗巖類(趙太平等，2004；Zhangetal.，2007；Zhaoetal.，2009)；第三類是形成時(shí)代從2.1Ga一直跨越到1.7Ga的基性巖漿活動(dòng)，主要以2.1～1.9Ga的變質(zhì)基性巖墻和1.8～1.7Ga的未變質(zhì)基性巖墻為代表(Pengetal.，2005, 2010；Houetal.，2008；Liuetal.，2012)。之后華北克拉通北緣在晚古生代和燕山期出現(xiàn)了較強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)，中生代陸相火山沉積巖系和新生代沉積物不整合覆蓋于之上(圖1b)。

圖1 華北克拉通構(gòu)造簡(jiǎn)圖(a，據(jù)Peng et al.，2014)和冀北地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b，據(jù)劉樹(shù)文等，2007a，b修改繪制)Fig.1 Tectonic framework of the North China Craton (a, after Peng et al., 2014) and simplified geological map of North Hebei Province (b, modified after Liu et al., 2007a, b)

2 巖體特征及樣品采集

獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖在冀北赤城縣北獨(dú)石口鎮(zhèn)北東柵子口村邊山腳露頭良好，巖體西側(cè)與中生代火山巖呈斷層接觸關(guān)系，其余部分野外未見(jiàn)其與圍巖有明顯界線。根據(jù)遙感影像特征圈定其出露的范圍如圖2所示。巖體局部可見(jiàn)變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖受到后期基性脈巖侵入，如圖3b所示，它們可能是同期或晚期巖漿活動(dòng)。在1/20萬(wàn)太仆寺旗幅地質(zhì)圖中該巖體隸屬于紅旗營(yíng)子雜巖。

圖2 冀北獨(dú)石口地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)河北省地礦局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，1990(1)河北省地礦局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì).1990.1/20萬(wàn)赤城幅地質(zhì)圖；河北地質(zhì)局第二區(qū)測(cè)隊(duì)，1988(2)河北省地質(zhì)局第二區(qū)測(cè)隊(duì).1988.1/20萬(wàn)太仆寺旗幅地質(zhì)圖修改繪制)Fig.2 Simplified geological map of the Dushikou area in North Hebei Province

用于全巖地球化學(xué)分析的4個(gè)代表性樣品均采自柵子口村邊變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖，它們來(lái)自同一個(gè)露頭，之間為巖相過(guò)渡關(guān)系，無(wú)截然邊界。樣品16HHF11和CD0829取自巖體邊部，具細(xì)粒變質(zhì)輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)結(jié)構(gòu)；樣品CD0830和CD0831稍遠(yuǎn)離巖體邊部，與樣品16HHF11和CD0829礦物組成相類似，區(qū)別是這2個(gè)巖樣的礦物顆粒粒徑稍大一些。巖石整體風(fēng)化面呈土黃色，新鮮面呈現(xiàn)青灰色-灰黑色，塊狀構(gòu)造，半自形不等粒粒狀結(jié)構(gòu)，主要組成礦物為斜長(zhǎng)石(45%～50%)和角閃石(25%～30%)，黑云母(約15%)，少量石英(<5%)，副礦物為磁鐵礦、磷灰石、榍石和鋯石等。巖石發(fā)生一定程度的蝕變，輝石蝕變成纖閃石，綠泥石，如圖3所示。

圖3 獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖野外照片和顯微照片(a)樣品CD0830的野外照片；(b)獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖被同期或后期基性脈巖侵入；(c)樣品CD0830中礦物組成；(d)樣品CD0830中半自形短柱-長(zhǎng)柱狀鋯石. Amp-角閃石；Bi-黑云母；Pl-斜長(zhǎng)石；Zr-鋯石；Ap-磷灰石Fig.3 Field outcrop photographs and microphotographs of the Dushikou metagabbro-diorite(a)field photo of Sample CD0830；(b)Dushikou metagabbro-diorite intruded by contemporaneous or later mafic dikes；(c)minerals in Sample CD0830；(d)subhedral zircons in Sample CD0830. Amp-amphibole；Bi-biotite；Pl-plagioclase；Zr-zircon；Ap-apatite

3 分析方法

3.1 鋯石U-Pb定年和微量元素分析

鋯石U-Pb年齡測(cè)定在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。將 193nm的ArF準(zhǔn)分子激光與 Agilent7500a型 ICP-MS儀器連接，用 He作為剝蝕物質(zhì)的載氣，采用鋯石標(biāo)樣91500進(jìn)行U-Pb同位素分析外部校正，采用人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)校正元素含量。測(cè)試所采用的激光束斑直徑為40μm。樣品的同位素比值和元素含量計(jì)算利用GLITTER程序處理，采用Ludwig (2003)的ISOPLOT 3.0程序計(jì)算年齡和繪制諧和圖。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程參見(jiàn)Yuanetal. (2004)。

3.2 主量、微量和稀土元素

全巖主量和微量元素測(cè)試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心完成。主量元素使用荷蘭PANalytical公司生產(chǎn)的AxiosmAX型X射線熒光光譜儀(XRF)采用玻璃熔片法測(cè)定，分析精度在1%以內(nèi)。微量元素由德國(guó)Finnigan-MAT公司的ELEMENT XR高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定，分析精度在5%以內(nèi)。

3.3 鋯石Hf同位素分析

鋯石Hf同位素分析在中國(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Neptune多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀上完成。分析過(guò)程中采用He作為載氣，激光束斑直徑為60μm，頻率為8～10Hz，儀器參數(shù)、運(yùn)行條件和詳細(xì)的分析流程參見(jiàn)Wuetal.(2006)，測(cè)定時(shí)用鋯石標(biāo)樣GJ-1進(jìn)行同位素分餾校正，標(biāo)樣Mud Tank作為監(jiān)控樣與樣品混測(cè)。本次測(cè)試過(guò)程GJ-1標(biāo)樣176Hf/177Hf測(cè)試結(jié)果是0.282009±10(2σ，n=10)，MUD的176Hf/177Hf 測(cè)試結(jié)果為0.282506±6(2σ，n=19)，2個(gè)標(biāo)樣的測(cè)試結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道值在誤差范圍內(nèi)一致(Woodhead and Hergt，2005；Moreletal.，2008)。本文計(jì)算所用的176Lu衰變常數(shù)為1.869×10-11(Schereretal.，2001)。在εHf(t)值計(jì)算中，采用Blichert-Toft and Albarède (1997)所推薦的球粒隕石值，虧損地幔模式年齡(tDM1)計(jì)算采用Griffinetal.(2000)推薦的虧損地幔值。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年齡和微量元素

樣品CD0830采自柵子村邊山腳，坐標(biāo)為41°21′21.7″N、115°45′23.0″E。樣品中分選出的鋯石為褐黃-褐紅色，呈自形短柱狀，顆粒粒徑較大，長(zhǎng)軸100～400μm，長(zhǎng)寬比為1:1～1:4。陰極發(fā)光圖像中，多數(shù)鋯石顯示帶狀分區(qū)的特征，少數(shù)鋯石具有核邊結(jié)構(gòu)，核部仍顯示帶狀分區(qū)，邊部細(xì)窄，但亮度高，指示變質(zhì)成因(圖4a)。由于變質(zhì)增生邊寬度較窄，低于激光分析束斑直徑最小值，本次只對(duì)鋯石核部進(jìn)行U-Pb同位素分析。對(duì)18粒鋯石18點(diǎn)進(jìn)行了U-Pb同位素和微量元素測(cè)試，分析結(jié)果如表1和表2所示。該樣品中所有鋯石都呈現(xiàn)典型的巖漿鋯石的稀土配分模式圖(Hoskin，2003)，鋯石稀土含量較高(ΣREE為164×10-6～859×10-6)，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖中表現(xiàn)為輕稀土虧損，重稀土逐漸富集，明顯的正Ce異常(Ce/Ce*為10.2～74.3)和負(fù)Eu異常(Eu/Eu*為0.19～0.29)的特征(圖5a)。在U-Pb年齡諧和圖(圖4a)中18個(gè)分析點(diǎn)測(cè)試結(jié)果集中，都位于諧和曲線上或附近，207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1808±18Ma (MSWD=0.17)，對(duì)應(yīng)的鋯石Th/U比值變化范圍為0.32～1.22。

樣品CD0831采樣位置在CD0830西南方向約200m處，坐標(biāo)為N 41°21′20.5″、E 115°45′19.2″。樣品中分選出的鋯石特征與樣品CD0830中鋯石在顏色、形態(tài)、大小方面特征類似(圖4b)，但陰極發(fā)光圖像中具核邊結(jié)構(gòu)的鋯石顆粒數(shù)量較多，對(duì)20粒具有帶狀分區(qū)特征的鋯石核部分析了20點(diǎn)，結(jié)果列于表1和表2。除14和20號(hào)點(diǎn)外，其余18個(gè)分析點(diǎn)的稀土元素配分圖解(圖5b)與樣品CD0830中鋯石稀土元素特征一致，稀土元素總量為158×10-6～1033×10-6，具有明顯的正Ce異常(Ce/Ce*為2.38～83.7)和負(fù)Eu異常(Eu/Eu*為0.03～0.26)。與其他分析點(diǎn)相比，14號(hào)點(diǎn)具有相對(duì)平坦的重稀土配分模式，其對(duì)應(yīng)的207Pb/206Pb表面年齡為1838±22Ma，20號(hào)點(diǎn)具有最高的稀土元素總量(ΣREE為1033×10-6)和較弱的Ce正異常(Ce/Ce*為2.38)，其對(duì)應(yīng)的207Pb/206Pb表面年齡為1826±20Ma。在U-Pb年齡諧和圖(圖4b)中，有2個(gè)分析點(diǎn)與其他分析點(diǎn)偏離較大，分別為1號(hào)和10號(hào)點(diǎn)，其余18個(gè)點(diǎn)的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1825±10Ma (MSWD=0.40)，對(duì)應(yīng)的Th/U比值變化范圍為0.41～1.18。1號(hào)點(diǎn)具有年輕的207Pb/206Pb年齡1788±38Ma，可能指示后期的一次熱擾動(dòng)(變質(zhì))事件，10號(hào)點(diǎn)具有較老的207Pb/206Pb年齡1871±19Ma，可能為繼承鋯石，但這2個(gè)分析點(diǎn)在鋯石稀土元素組成上與其他分析點(diǎn)差別不大。

圖4 獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡諧和圖和代表性鋯石CL圖像鋯石CL圖像上的實(shí)線圓圈為U-Pb年齡分析測(cè)試點(diǎn)，虛線圓圈為Hf同位素分析點(diǎn)Fig.4 U-Pb Concordia diagrams and representative CL images of zircons from the Dushikou metagabbro-dioriteSolid line circle and dashed line circle on CL images denote U-Pb and Hf analysis spots, respectively

圖5 獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖中鋯石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Boynton，1984)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns of zircons from the Dushikou metagabbro-diorite (normalization values after Boynton, 1984)

表1 獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb 分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS data of zircons from the Dushikou metagabbro-diorite

4.2 全巖主量、微量和稀土元素

巖石主量、微量和稀土元素分析結(jié)果見(jiàn)表3。獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖SiO2含量變化不大，介于51.27%～54.39%之間， Na2O和K2O含量分別為 2.21%～2.61%和2.15%～3.65%，除樣品CD0829外，其余樣品K2O>Na2O。巖石具有較高的Al2O3含量(14.74%～15.51%)和P2O5含量(0.76%～1.04%)，中等的TiO2含量(1.41%～2.26%)和Fe2O3含量(6.88%～9.13%)，相對(duì)較低的MgO含量(2.19%～4.65%)，Mg#變化范圍在28～47之間。除樣品CD0830具有較大的燒蝕量(3.12%)外，其它樣品的燒失量都低于1%。在SiO2-(Na2O+K2O)判別圖(圖6a)中，樣品落入輝長(zhǎng)-閃長(zhǎng)巖區(qū)域，屬于亞堿性系列。在AFM圖解中(圖6b)，除樣品CD0829位于分界線上其余樣品都位于拉斑玄武巖區(qū)域。為方便對(duì)比，將紅旗營(yíng)子雜巖中鋯石結(jié)晶年齡在1870～1819Ma的花崗閃長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗-正長(zhǎng)花崗質(zhì)片麻巖樣品數(shù)據(jù)同時(shí)投圖。

表3 獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果Table 3 Major elements (wt%) and trace elements (×10-6) contents of the Dushikou metagabbro-diorite

圖6 獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖SiO2-(Na2O+K2O)巖石分類圖解(a, 據(jù)Wilson，1989)及AFM巖石系列劃分圖解(b, 據(jù)Irvine and Baragar，1971)灰色圓形數(shù)據(jù)點(diǎn)為紅旗營(yíng)子雜巖中同期花崗巖類樣品的主量元素?cái)?shù)據(jù)(據(jù)Liu et al.，2019)Fig.6 Na2O+K2O vs. SiO2 (a, after Wilson，1989) and AFM (b, after Irvine and Baragar，1971) diagrams of the the Dushikou metagabbro-dioriteGrey circular data points are the major element projection points of synchronous granitoid samples in Hongqiyingzi complex (from Liu et al., 2019)

冀北獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖樣品具有較低的Cr和Ni含量，分別為12.6×10-6～93.7×10-6和4.99×10-6～9.35×10-6，指示巖漿演化過(guò)程中可能存在鎂鐵質(zhì)礦物的分離結(jié)晶作用。樣品稀土元素含量較高(∑REE= 472.5×10-6～706.9×10-6)，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖中為右傾型(圖7a)，(La/Yb)N=21～29，輕、重稀土分餾明顯。樣品的δEu介于0.78～0.91之間，具有弱的Eu負(fù)異常，指示樣品原巖在形成過(guò)程中斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用不明顯。樣品在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中虧損Th、U、Nb、Ta、Zr、Hf元素，富集Ba元素(圖7b)。與紅旗營(yíng)子雜巖中同期花崗巖類樣品相比，獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖樣品具有相似的右傾型的稀土元素配分圖，在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中都具有Nb和Ta的負(fù)異常，區(qū)別是獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中除顯示Nb和Ta的負(fù)異常外還顯示了Th、U、Zr和Hf元素的負(fù)異常。

（4）施工材料發(fā)放。為提高成本控制水平，對(duì)所有到場(chǎng)的材料都進(jìn)行造冊(cè)登記，并以施工進(jìn)度為依據(jù)進(jìn)行出庫(kù)發(fā)放，同時(shí)對(duì)所發(fā)出的材料予以追蹤，防止丟失和浪費(fèi)。庫(kù)管員定期對(duì)材料庫(kù)存進(jìn)行整理和盤(pán)點(diǎn)，對(duì)不同材料要進(jìn)行分類堆放。此外，針對(duì)易燃易爆材料，還應(yīng)加強(qiáng)安全保護(hù)，避免發(fā)生安全隱患和事故。

圖7 獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Boynton，1984) 原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖 (b, 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Sun and McDonough，1989)陰影區(qū)域?yàn)榧t旗營(yíng)子雜巖中同期花崗巖類樣品數(shù)據(jù)(據(jù)Liu et al.，2019)，圖8同F(xiàn)ig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a, normalization values after Boynton, 1984) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b, normalization values after Sun and McDonough, 1989) of the Dushikou metagabbro-dioriteThe shadow area indicates the variation range of data from synchronous granitoid samples in Hongqiyingzi complex (from Liu et al., 2019), also in Fig.8

4.3 鋯石Hf同位素

冀北獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的鋯石Hf同位素組成分析結(jié)果列于表4。

對(duì)樣品CD0830中15顆鋯石進(jìn)行了Hf同位素分析(表4、圖8)，其中有13個(gè)點(diǎn)和鋯石U-Pb分析點(diǎn)重合。樣品CD0830鋯石的176Hf/177Hf比值介于0.281481～0.281592之間，同位素組成比較均一，將t=1808Ma代入計(jì)算得到的εHf(t)值介于-5.4～-1.5之間，單階段Hf模式年齡(tDM1)介于2285～2418Ma之間。

圖8 獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖鋯石εHf(t)-Age圖解Fig.8 εHf(t) vs. Age of zircons from the Dushikou metagabbro-diorite

表4 獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖鋯石Hf同位素分析結(jié)果Table 4 Zircon Hf isotopic compositions of the Dushikou metagabbro-diorite

對(duì)樣品CD0831中10顆鋯石進(jìn)行了Hf同位素分析(表4、圖8)，其中有9個(gè)和鋯石U-Pb分析點(diǎn)重合。樣品CD0831的176Hf/177Hf比值介于0.281496～0.281624之間，將t=1825Ma代入計(jì)算得到的εHf(t)值介于-3.8～-0.1之間，單階段Hf模式年齡(tDM1)介于2236～2402Ma之間。

與冀北地區(qū)紅旗營(yíng)子雜巖中同時(shí)代花崗巖類巖石中鋯石的Hf同位素組成比較，獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖2個(gè)樣品的εHf(t)變化范圍在花崗巖類巖石中鋯石εHf(t)值變化范圍內(nèi)，部分花崗巖類樣品中的鋯石中εHf(t)值可達(dá)+7(Liuetal.，2019)。

5 討論

5.1 獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的形成時(shí)代

一般認(rèn)為，巖漿巖中鋯石的結(jié)晶年齡代表巖石的形成年齡，冀北獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖中鋯石，尤其是樣品CD0830中的鋯石顆粒自形，陰極發(fā)光圖像顯示的生長(zhǎng)環(huán)帶有一些模糊，但仍然可以見(jiàn)到帶狀分區(qū)，其在外形和陰極發(fā)光特征上與閃長(zhǎng)巖中結(jié)晶的鋯石(Corfuetal.，2003)具有相似性，并且具有高的Th/U比值(0.35～1.22)和典型巖漿鋯石的稀土元素組成特征，說(shuō)明雖然鋯石遭受了一定程度的變質(zhì)改造，但鋯石的U-Pb體系并未完全重置，分析的U-Pb同位素年齡仍可以近似代表鋯石的結(jié)晶年齡，從而接近巖體的形成年齡。本次研究的2個(gè)變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖樣品(CD0830和CD0831)的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡分別為1808±18Ma和1825±18Ma，表明該巖體形成于古元古代晚期。

紅旗營(yíng)子雜巖中已經(jīng)報(bào)道的古元古代巖漿巖主要為中酸性侵入巖，對(duì)與本次研究的輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖近同期的樣品的年代學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表5所示，樣品位置如圖1所示。這一套花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗質(zhì)片麻巖形成時(shí)代為1810～2180Ma，鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果集中在1810～1876Ma，與獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的形成時(shí)代接近，是冀北地區(qū)古元古代晚期同期巖漿作用的產(chǎn)物。

5.2 巖石成因

從薄片鏡下觀察可見(jiàn)冀北獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖發(fā)生了一定程度的蝕變，但原始巖漿結(jié)構(gòu)保留較好，且樣品的燒失量普遍較小(LOI<4%)，主微量元素含量變化差異不大，這些特征指示蝕變對(duì)巖石總體化學(xué)成分影響不明顯。

輝長(zhǎng)-閃長(zhǎng)質(zhì)巖石通常被認(rèn)為是巖漿源區(qū)深度為下地殼層次的典型巖石(胡芳芳等，2007)，可由地幔的部分熔融或者基性地殼的再造形成。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究顯示，基性下地殼無(wú)法部分熔融產(chǎn)生基性巖漿，雖然由于巖漿分異作用可以導(dǎo)致輝長(zhǎng)-閃長(zhǎng)質(zhì)堆晶巖的形成，但獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖中沒(méi)有觀察到堆晶結(jié)構(gòu)，因此它不可能是單一由基性下地殼部分熔融的產(chǎn)物。一般而言，地幔來(lái)源巖漿結(jié)晶形成的閃長(zhǎng)巖以高M(jìn)g#，高Cr和Ni含量為特征，如太古宙高鎂閃長(zhǎng)巖(Stern and Hanson，1991；Smithies and Champion，2000)。本次研究的獨(dú)石口變質(zhì)輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖具有較低的Mg#、Cr和Ni含量，與太古宙高鎂閃長(zhǎng)巖明顯不同。在主量元素Harker圖解中(圖略)，隨MgO含量的降低，巖石的Ni和Co元素的含量降低，但Cr元素的含量變化無(wú)規(guī)律，指示巖漿演化過(guò)程中曾發(fā)生過(guò)橄欖石的結(jié)晶分異，但尖晶石和單斜輝石的結(jié)晶分異不顯著。

冀北獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖富集大離子親石元素和輕稀土元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素，這些特征顯示殼源的地球化學(xué)性質(zhì)。殼源巖石一般具有明顯的Nb和Ta的負(fù)異常但Zr和Hf的負(fù)異常不明顯(劉平華等，2012)，考慮到獨(dú)石口変輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖具有較低的SiO2含量(51.27%～54.39%)，具有明顯的Nb和Ta的負(fù)異常及Zr和Hf的負(fù)異常，說(shuō)明巖漿來(lái)源主要為幔源，但有少量地殼物質(zhì)的混染。一般認(rèn)為麻粒巖相下地殼的深熔產(chǎn)生具有較低Th和U含量的熔體(彭頭平等，2004)，獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖具有較低的全巖Th和U含量，指示下地殼物質(zhì)在獨(dú)石口輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖原始巖漿形成過(guò)程中的貢獻(xiàn)。鋯石礦物穩(wěn)定，Lu-Hf同位素體系具有較高的封閉溫度且鋯石具極低Lu/Hf比值，其Hf同位素組成可以反映鋯石結(jié)晶時(shí)的Hf同位素信息。獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖Hf同位素組成在一定的范圍變化，εHf(t)值介于-5.4～+0.1，單階段Hf模式年齡(tDM1)介于2236～2418Ma之間，大于巖石中鋯石的結(jié)晶年齡，指示鋯石結(jié)晶過(guò)程中存在太古宙地殼物質(zhì)和新生地殼或地幔物質(zhì)的混合來(lái)源。獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖Hf同位素組成與同時(shí)期花崗巖類中鋯石的Hf同位素特征類似，同時(shí)期的花崗巖類巖石樣品鋯石具有正的εHf(t)值，指示古元古代新生地殼物質(zhì)在其形成過(guò)程中的貢獻(xiàn)(Liuetal.，2019)。Zhengetal.(2020)的研究顯示正常殼幔過(guò)渡帶的溫壓條件無(wú)法產(chǎn)生大量巖漿，因而提出了SARSH(俯沖-深熔-反應(yīng)-儲(chǔ)存-加熱)模型來(lái)解釋大陸弧安山巖的成因。這一模型也可以用來(lái)解釋獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖原始巖漿的產(chǎn)生過(guò)程，華北克拉通北緣在～1950Ma發(fā)生大陸的俯沖和碰撞，俯沖帶中基性下地殼發(fā)生部分熔融產(chǎn)生的熔體進(jìn)入地幔楔改變巖石圈地幔的成分，儲(chǔ)存加熱一段時(shí)間后產(chǎn)生獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的原始巖漿，在上升過(guò)程中發(fā)生橄欖石的分離結(jié)晶后形成獨(dú)石口輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖。

5.3 地質(zhì)意義

冀北地區(qū)以其所處的特殊的構(gòu)造位置以及其所包含的地質(zhì)體的復(fù)雜性，近年來(lái)吸引了很多學(xué)者開(kāi)展研究，取得了一系列成果，為認(rèn)識(shí)華北克拉通北緣地質(zhì)演化提供了新資料。單塔子雜巖和紅旗營(yíng)子雜巖的中低級(jí)表殼巖中存在明確的新太古代晚期(2507～2486Ma)的火山-沉積事件記錄(Geetal.，2015；葛松勝等，2016)，說(shuō)明華北北緣中段在新太古代處于陸內(nèi)裂谷的構(gòu)造背景。在單塔子和紅旗營(yíng)子雜巖中同時(shí)存在新太古代(2546～2532Ma)的閃長(zhǎng)-英云閃長(zhǎng)-花崗閃長(zhǎng)質(zhì)巖漿記錄。在2450～2300Ma整個(gè)華北克拉通處于巖漿衰弱期，在2.3～1.95Ga地球發(fā)生了大氧化事件(翟明國(guó)，2011)。約1915Ma華北克拉通北緣赤城沃麻坑、興和黃土窯、內(nèi)蒙阿拉善等地出現(xiàn)了高壓基性麻粒巖和高壓泥質(zhì)麻粒巖，并記錄了～1850Ma的變質(zhì)作用(張華峰等，2006；翟明國(guó)，2009；Wanetal.，2015)。在～1850Ma華北克拉通發(fā)生了大范圍的變質(zhì)作用(Pengetal.，2014；沈其韓等，2016)，同時(shí)期的花崗巖(王惠初等，2005；劉樹(shù)文等，2007b；Wangetal.，2011)在華北克拉通北緣廣泛發(fā)育，基性侵入巖也有少量報(bào)道(Liuetal.，2012；Wanetal.，2013)。在冀北地區(qū)，這些巖漿作用以冀北隆化-承德地區(qū)侵位的一套東西向分布的高鉀鈣堿性和強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖系列為特征(劉建鋒等，2016)，從紅旗營(yíng)子雜巖中已經(jīng)獲得的古元古代晚期巖石在冀北地區(qū)的分布也呈現(xiàn)近東西向展布的特征，如圖1所示，它們與古元古代晚期高壓變質(zhì)帶的延伸方向具有一致性，其成因可能與古元古代晚期大陸碰撞拼貼構(gòu)造演化過(guò)程有關(guān)?！?780Ma基性巖墻群的侵位和1740～1680Ma斜長(zhǎng)巖-紋長(zhǎng)二長(zhǎng)巖-紫蘇花崗巖-環(huán)斑花崗巖的出現(xiàn)(趙太平等，2004；Zhangetal.，2007; Jiangetal.，2011)標(biāo)志了古元古代造山事件的結(jié)束。獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖形成于1808～1825Ma，同時(shí)期的巖漿活動(dòng)在空間分布上與高壓麻粒巖的分布密切相關(guān)，巖漿作用時(shí)代稍晚于區(qū)域變質(zhì)作用峰期(1950～1850Ma)，說(shuō)明二者之間具有緊密的聯(lián)系。我們認(rèn)為輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖與酸性巖漿巖共同指示了古元古代晚期殼-幔相互作用，其分布主要集中在高壓麻粒巖出露地區(qū)，也是區(qū)域抬升最為顯著的地區(qū)，說(shuō)明這些巖漿巖可能代表了古元古代強(qiáng)烈造山事件后與造山帶根帶垮塌有關(guān)的區(qū)域伸展的巖漿作用產(chǎn)物。

6 結(jié)論

本文得到如下初步認(rèn)識(shí)和結(jié)論：

(1)冀北獨(dú)石口兩個(gè)變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb定年結(jié)果為1808±18Ma和1825±18Ma，指示其形成時(shí)代為古元古代晚期，稍晚于區(qū)域變質(zhì)作用峰期(1950～1850Ma)。

(2)冀北獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的元素地球化學(xué)和鋯石Hf同位素特征表明：變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的原始巖漿可能是來(lái)源于受到新生地殼/地幔熔體改造的富集的巖石圈地幔部分熔融產(chǎn)物，其后在侵位過(guò)程中或侵位后經(jīng)歷了一定程度的分離結(jié)晶作用。

(3)冀北獨(dú)石口變輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖體與紅旗營(yíng)子雜巖中花崗閃長(zhǎng)巖-二長(zhǎng)花崗巖-正長(zhǎng)花崗巖一起，是華北克拉通古元古代造山事件晚期殼幔相互作用的產(chǎn)物，它們可能是古元古代造山帶根帶垮塌區(qū)域伸展背景下形成的巖漿作用。

致謝感謝王志偉博士在論文寫(xiě)作過(guò)程中給作者的建議和啟發(fā)；感謝呂鳳軍教授幫助解譯遙感圖像。感謝王偉教授和趙磊副研究員為本文提出的建設(shè)性修改意見(jiàn)。

謹(jǐn)以此文敬祝沈其韓院士百歲華誕，祝沈先生健康長(zhǎng)壽！