膠東郭家?guī)X序列北截雜巖體SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義

遲乃杰,2，韓作振2，單 偉，劉傳娥3，熊玉新，舒 磊，李增勝，郭廣軍，馬祥縣

(1.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院 自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250013；2.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590；3.山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014)

膠東地區(qū)是中國最大的黃金生產(chǎn)基地，也是世界第三大金礦區(qū)，累計查明金資源量和產(chǎn)能多年來穩(wěn)居全國第一，中國絕大多數(shù)超大型、大型金礦均集中于此。長期以來，膠東地區(qū)的金成礦研究一直是地學(xué)研究的熱點(diǎn)問題，前人[1-4]在區(qū)域構(gòu)造、成礦流體、巖漿演化、成礦機(jī)制等方面開展了一些研究，主要涉及典型成礦區(qū)巖漿巖的巖相學(xué)、礦物學(xué)、同位素地球化學(xué)、元素地球化學(xué)及流體包裹體的研究，但對構(gòu)造-巖漿-成礦的研究相對欠缺。與膠東地區(qū)許多大型-特大型金礦關(guān)系密切的呈串珠狀展布的郭家?guī)X序列花崗巖在巖石成因方面還存在爭議。曲曉明等[5]將郭家?guī)X期的巖漿作用分為兩個階段，早期以花崗閃長巖為主，晚期以呈小巖株產(chǎn)出的石英閃長巖為主，認(rèn)為郭家?guī)X花崗巖是由殼幔物質(zhì)混合形成。楊進(jìn)輝等[6]認(rèn)為郭家?guī)X花崗閃長巖是由下地殼鎂鐵質(zhì)巖石脫水部分熔融作用形成。常裕林等[7]指出郭家?guī)X花崗巖應(yīng)該屬于幔源物質(zhì)參加的同熔型花崗巖，可能經(jīng)歷了多期次構(gòu)造-巖漿作用。因此，明確郭家?guī)X花崗巖成因、闡明其形成機(jī)理和演化過程等對中國東部中生代深部構(gòu)造格架、巖漿演化及金成礦過程與機(jī)制等研究具有重要意義。

本研究在膠東地區(qū)郭家?guī)X期花崗閃長巖巖石學(xué)、地球化學(xué)、同位素年代學(xué)等的基礎(chǔ)上，通過對郭家?guī)X序列北截雜巖體的地質(zhì)背景、SHRIMP 鋯石U-Pb年代學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)的系統(tǒng)研究，探討了地殼結(jié)構(gòu)對巖漿演化的約束以及北截巖體的形成演化過程和成因，為膠東地區(qū)中生代以來地質(zhì)體結(jié)構(gòu)的形成以及地質(zhì)作用過程的研究提供了新的視角。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

膠東地區(qū)是發(fā)育中生代構(gòu)造-巖漿作用的內(nèi)生熱液金成礦集中區(qū)。膠東地處膠東半島膠遼隆起區(qū)[8]，西為郯廬斷裂帶，南與大別-蘇魯超高壓變質(zhì)帶相接。膠東地區(qū)地層主要為膠東巖群，是區(qū)內(nèi)最古老的地層，呈包體形式殘留于新太古代棲霞序列TTG中，呈東西向分布，主要巖石類型為斜長角閃巖、黑云變粒巖、斜長片麻巖等，是一套角閃巖相和角閃麻粒巖相的區(qū)域變質(zhì)巖。膠東地區(qū)巖漿活動強(qiáng)烈，分布廣泛，是由160～150 Ma的玲瓏序列且原地重熔型鈣堿性黑云二長花崗巖和132～126 Ma的郭家?guī)X序列且殼?；旌铣梢虻母哜涒}堿性花崗閃長巖組成[9]；郭家?guī)X序列花崗閃長巖巖體呈串珠狀NEE方向侵入玲瓏序列二長花崗巖中；郭家?guī)X序列巖體自西向東出露規(guī)模依次增大，分別為三山島巖體、上莊巖體、北截巖體、叢家?guī)r體、曲家?guī)r體和郭家?guī)X巖體(圖1(a))。

本次研究對象為招遠(yuǎn)市張星鎮(zhèn)正西方向出露的郭家?guī)X序列北截雜巖體(圖1(b))，巖體內(nèi)發(fā)育兩種巖相不同的花崗閃長巖 (圖2(a))，分別為似斑狀中粗?；◢忛W長巖(圖2(b))和似斑狀細(xì)?；◢忛W長巖(圖2(c))；二者的巖石類型及礦物組成均為含斑花崗閃長巖類，斑晶為鉀長石，基質(zhì)為斜長石、鉀長石、石英、黑云母、角閃石、榍石、不透明礦物等(圖2(d))，但基質(zhì)的粒度及暗色礦物含量存在較大差異。中粗?；◢忛W長巖樣品呈淺肉紅色，鉀長石斑晶粒徑5～15 mm，含量15%～25%，基質(zhì)包括石英(25%～30%)、斜長石(25%～35%)、鉀長石(10%～15%)及少量黑云母(5%～7%)、角閃石(1%～5%)，礦物粒徑為2.0～7.0 mm。細(xì)?；◢忛W長巖樣品呈淺灰色，斑晶較小，直徑3～8 mm，斑晶含量約10%～15%；石英、長石等礦物粒徑一般小于3.0 mm，以中細(xì)粒為主；暗色礦物主要為黑云母(約10%)及角閃石(5%～10%)。

(a)膠東地質(zhì)簡圖；(b)北截雜巖體地質(zhì)簡圖

2 分析方法

2.1 鋯石SHRIMP年齡測定

研究區(qū)北截雜巖體鋯石SHRIMP年齡樣品的鋯石單礦物挑選委托廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)公司完成。首先將樣品機(jī)械破碎至80目，然后磁選、重液分選和鋯石人工挑選，獲得單顆粒鋯石。鋯石U-Pb測年工作委托中國地質(zhì)科學(xué)院北京離子探針中心完成，先將挑選出的純凈鋯石裱在不含U-Th-Pb的環(huán)氧樹脂靶上，然后對樣品靶表面進(jìn)行拋光處理，之后用透射光和反光照相并噴金，最后是陰極發(fā)光(CL)照相，選擇生長環(huán)帶較好、無裂紋的鋯石顆粒進(jìn)行年齡測定。詳細(xì)制靶和實(shí)驗(yàn)流程見宋彪等[10]。

本次共測試點(diǎn)位49個，對測定結(jié)果用標(biāo)樣U-Th-Pb同位素含量及年齡進(jìn)行校正，普通鉛根據(jù)實(shí)測的204Pb進(jìn)行校正，單個數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差為1σ，加權(quán)平均年齡誤差為95%可信度，數(shù)據(jù)處理采用Squid和Isoplot程序，由離子探針中心工作人員完成。

2.2 巖石地球化學(xué)分析

全巖主微量、稀土元素測試由國土資源部濟(jì)南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。先將新鮮巖石樣品(300 g左右)粉碎到200目，采用濕化學(xué)分析法進(jìn)行主量元素分析，其中SiO2燒失量采用重量法；CaO、MgO、FeO采用容量法。微量元素和稀土元素分析采用等離子發(fā)射光譜儀(IRISIntrepidII)、原子吸收光譜儀(AASPE400，PE600)、原子熒光光譜儀(AFS-820)、等離子質(zhì)譜儀(XSERIES2)等完成，采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14506—2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法》校正，微量元素的測定誤差低于10%，主量元素的測定誤差低于5%。

(a)北截巖體兩種花崗閃長巖接觸關(guān)系及(b)、(c)的采樣位置；(b)中粗粒似斑狀花崗閃長巖；(c)中細(xì)粒似斑狀花崗閃長巖；(d)顯微照片，主要造巖礦物為石英(Qtz)、斜長石(Pl)、黑云母(Bt)、角閃石(Hbl)

3 結(jié)果

3.1 鋯石 SHRIMP測試結(jié)果

對采自郭家?guī)X序列北截雜巖體的似斑狀中粗?；◢忛W長巖(BJ-b3)和似斑狀中細(xì)?；◢忛W長巖(BJ-b7)樣品進(jìn)行SHRIMP鋯石U-Pb定年，鋯石陰極發(fā)光CL圖像均顯示振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育，大多鋯石具核幔結(jié)構(gòu)，反映其繼承性生長的特點(diǎn)。鋯石顆粒較大，幔部生長結(jié)構(gòu)清晰，環(huán)帶規(guī)整，長寬比1∶3～1∶2，符合巖漿鋯石的特征，內(nèi)核多呈渾圓狀、淺白色，部分顏色較深；部分鋯石具暗色生長邊，可能為后期流體作用所致。

似斑狀中粗粒花崗閃長巖的鋯石U含量為330～2 339 μg/g (表1)，Th含量12～227 μg/g，Th/U比值為0.02～0.44，變化范圍中等。分析結(jié)果顯示2個太古代年齡和2個侏羅紀(jì)年齡，鋯石呈渾圓狀特征表明這些年齡較老的鋯石均為繼承鋯石，其他11個分析點(diǎn)的206Pb/238U年齡集中分布在128～136 Ma (圖3)，加權(quán)平均值為(132.9±1.2) Ma(MSWD=1.6)，該年齡為似斑狀中粗?；◢忛W長巖的結(jié)晶年齡。

似斑狀中細(xì)?；◢忛W長巖的鋯石U含量為75～1 555 μg/g(表1)，Th含量為3～255 μg/g，Th/U比值為0.03～1.09，變化范圍較大。年齡結(jié)果中有2個為元古代年齡、1個為三疊紀(jì)年齡，為繼承鋯石的年齡，其他的10個分析點(diǎn)的206Pb/238U年齡在(125.9～136.5) Ma(圖3)，加權(quán)平均值為(129.7±1.1) Ma(MSWD=1.5)，該年齡為似斑狀中細(xì)?；◢忛W長巖的結(jié)晶年齡。

圖3 北截雜巖體中粗?；◢忛W長巖與中細(xì)?；◢忛W長巖中鋯石陰極發(fā)光圖像和鋯石U-Pb諧和圖

3.2 全巖主微量元素特征

由表2所示，似斑狀中細(xì)?；◢忛W長巖樣品的SiO2含量為72.10%～73.36%，Na2O/K2O為1.52～3.68>1.0，表現(xiàn)為富鈉特征；Na2O+K2O值為7.06%～8.23%，在TAS投點(diǎn)圖中(圖4(a))樣品點(diǎn)落在花崗巖區(qū)；在K2O-SiO2圖解(圖4(b))中樣品點(diǎn)落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域。含鋁指數(shù)A/CNK為0.94～0.98，在A/CNK-A/NK投點(diǎn)圖上(圖4(c))與郭家?guī)X花崗巖及高Sr-Ba花崗巖類似，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖。似斑狀中粗粒花崗閃長巖樣品SiO2含量為70.52%～74.10%，Na2O/K2O為1.09～1.53，具富鈉特征；Na2O+K2O值為7.76%～8.77%，在TAS投點(diǎn)圖中樣品點(diǎn)落在花崗巖區(qū)(圖4(a))；在K2O-SiO2投點(diǎn)圖中(圖4(b))落入高鉀-中鉀鈣堿性系列區(qū)域。含鋁指數(shù)A/CNK為0.90～1.05，在A/CNK-A/NK投點(diǎn)圖上(圖4(c))中落入準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)花崗巖。

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解中(圖5(a))，似斑狀中粗?；◢忛W長巖巖體與似斑狀中細(xì)?；◢忛W長巖巖體均明顯富集Ba、Sr、K、Pb等大離子親石元素(large ionic lithophile element，LILE)，虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素(high field strength element，HSFE)，高Sr/Y比值110.87～278.14，Rb/Sr比值為0.029～0.076，顯示出典型的高Ba-Sr花崗巖所具有的地球化學(xué)特征，表現(xiàn)出大陸下地殼巖石部分熔融形成的酸性巖漿與早先幔源巖漿底侵作用形成的年輕鎂鐵質(zhì)地殼部分熔融形成的中性巖漿混合形成的巖漿巖特征。

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素(rare earth element，REE)配分圖上(圖5(b))，似斑狀中細(xì)?；◢忛W長巖的稀土元素含量略高于似斑狀中粗粒花崗閃長巖，二者的ΣREE分別為38.96～54.45 μg/g和33.40～85.20 μg/g。二者均具有富集輕稀土(light rare earth element，LREE)、虧損重稀土元素(heavy rare earth element，HREE)的特點(diǎn)，(La/Yb)N分別為21.76～37.77和16.07～26.47，LREE/HREE比值分別為11.91～21.50和10.59～17.35，輕、重稀土發(fā)生了明顯的分餾。兩類花崗閃長巖，均具有較明顯的正銪異常(δEu為1.25～2.37)，表明巖漿演化過程中發(fā)生了長石的堆晶作用；δCe為0.79～1.32，具較高含量的Sr和La和較低含量的Y、Yb，表現(xiàn)出埃達(dá)克質(zhì)巖石的特征。

表2 花崗閃長巖主量元素(%)、微量元素(μg/g)分析結(jié)果

圖4 北截兩種花崗閃長巖巖體的主量元素變異圖

圖5 北截雜巖體及相關(guān)巖體(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù) Sun and McDonough, 1989[13])

4 討論

4.1 北截雜巖體形成時代

近年來，隨著高精度同位素測年技術(shù)的成熟與應(yīng)用，前人[14-16]對膠東早白堊世花崗巖做了大量的同位素年代學(xué)研究，認(rèn)為膠東郭家?guī)X序列花崗閃長巖的形成時間大致限定在123～132 Ma，年齡集中在127～130 Ma，表明它們近于同時期或前后時期相繼侵位，平均值127.9 Ma作為代表郭家?guī)X序列花崗閃長巖形成的統(tǒng)一年齡。本次工作測得北截雜巖體兩種不同巖性花崗閃長巖巖石SHRIMP 鋯石 U-Pb年齡分別為(129.7±1.1) Ma和(132.9±1.2) Ma，略老于郭家?guī)X序列其他巖體的侵入時間，說明北截巖體是郭家?guī)X型序列花崗閃長巖中較早期的侵入巖體。

4.2 北截雜巖體的巖漿物質(zhì)來源與成因

鋯石熔融溫度較高，早期形成的變質(zhì)熱液鋯石或巖漿結(jié)晶鋯石在后期中酸性巖漿演化過程中保留下來成為繼承鋯石，是復(fù)雜地質(zhì)演化過程中的良好物源指示器。本次研究測得北截雜巖體中的似斑狀中粗?；◢忛W長巖的繼承鋯石年齡主要為2 788、2 418、180和167 Ma，其中：2 788 Ma年齡與2.8 Ga的唐家莊巖群[8]或中太古代的十八盤序列、官地洼序列[17-18]形成年齡一致；2 418 Ma年齡與新太古代的官道序列形成時代[18]或膠東巖群黑云變粒巖單顆粒鋯石年齡一致；167～180 Ma年齡接近于玲瓏序列的鋯石年齡值。似斑狀中細(xì)?；◢忛W長巖的繼承鋯石年齡主要為1 781、1 440、220、158 Ma，1 781 Ma年齡與元古代萊州序列或芝罘群地層形成時代一致[17-18]；1 440 Ma年齡表明膠東地區(qū)可能存在1.4 Ga未出露的中新元古代陸殼或TTG片麻巖；220 Ma年齡與三疊紀(jì)柳林莊序列[18]的花崗巖形成時代一致，同時與膠南—威海造山帶在加里東期和印支期的高壓-超高壓變質(zhì)作用時間相同[19]，結(jié)合其巖漿鋯石的性質(zhì)，認(rèn)為該年齡的鋯石更可能來源于柳林莊序列的花崗巖的捕獲鋯石；158 Ma年齡與侏羅紀(jì)玲瓏序列的花崗巖形成時代一致。因此，推斷北截巖體花崗閃長巖的巖漿物質(zhì)來源十分復(fù)雜，兩類花崗閃長巖中繼承鋯石的年齡區(qū)間有一定的差別，表明巖漿穿越的路徑略有不同，似斑狀中粗粒花崗閃長巖的巖漿經(jīng)過太古代的侵入巖體或沉積變質(zhì)地層形成，而似斑狀中細(xì)?；◢忛W長巖的巖漿經(jīng)過了元古代的侵入巖體或沉積變質(zhì)地層而形成；兩種母巖漿共同經(jīng)歷了近地表較淺的侏羅紀(jì)玲瓏序列的侵入。

從哈克圖解(圖6)中可以看出，兩種不同巖性花崗閃長巖的主、微量元素及其比值具有良好的線性關(guān)系，結(jié)合前文提到的二者具有相似的稀土元素配分模式和微量元素，表明二者可能為同源巖漿演化的結(jié)果，因此北截雜巖體是由同源的多個單一侵入體相繼侵入形成。

圖6 北截巖體花崗閃長巖哈克圖解

前人[20]巖相學(xué)研究表明，北截巖體花崗質(zhì)巖石中的鉀長石與斜長石存在反環(huán)帶現(xiàn)象，并認(rèn)為這反映了幔源區(qū)成份注入的特征。此外，Wyllie等[21]和Xu等[22]對北截雜巖體花崗閃長巖的研究也指出這些花崗閃長巖為巖漿混合成因。本次分析的似斑狀中粗粒花崗閃長巖與似斑狀中細(xì)?；◢忛W長巖樣品均具有相對高的Cr、Ni、Co、Sc含量并明顯貧Zr含量特征，與幔源巖漿注入的特征相吻合，表明北截雜巖體的兩期花崗閃長質(zhì)巖漿是早先幔源巖漿底侵作用形成的年輕鎂鐵質(zhì)地殼部分熔融形成的中性巖漿和膠北地體的基底巖石膠東群變質(zhì)巖部分熔融形成的酸性巖漿混合作用的結(jié)果。

4.3 成礦構(gòu)造環(huán)境分析

元素Nb、Y、Yb、Ta、Sr/Yb的相關(guān)比值能有效區(qū)分花崗巖形成的構(gòu)造環(huán)境。在花崗巖Nb-Y和Yb-Ta構(gòu)造環(huán)境判別圖解上(圖7)，北截雜巖體的細(xì)?；◢忛W長巖和粗?；◢忛W長巖樣品全部落入火山弧花崗巖范圍內(nèi)；北截雜巖體的花崗閃長巖Sr、Y、Yb含量具有與玲瓏花崗巖相似的埃達(dá)克巖特征。高Ba-Sr的北截雜巖體花崗閃長巖形成于張性或者非擠壓的構(gòu)造背景中，包括巖石圈拉張環(huán)境或碰撞造山后與重力垮塌作用有關(guān)的構(gòu)造環(huán)境等[23]。

圖7 北截雜巖體兩種花崗閃長巖的構(gòu)造環(huán)境判別圖解

研究表明，在早期NW向擠壓環(huán)境下(圖8(a))，存在推覆逆沖構(gòu)造，同時擠壓機(jī)制使地殼或巖石圈破裂。地殼破裂形成的構(gòu)造樣式符合新華夏系構(gòu)造巖相體系模式。多組構(gòu)造中主要發(fā)育NE向延伸的左旋壓扭性走滑斷裂。郯廬斷裂帶大規(guī)模的左旋走滑，不僅是主構(gòu)造帶的活動，在郯廬斷裂帶兩側(cè)的地質(zhì)體內(nèi)部，也廣泛發(fā)育同種機(jī)制形成的次級構(gòu)造，例如玲瓏巖體東西兩側(cè)切割了整個地殼的左旋走滑斷裂，深部對應(yīng)于莫霍面的破裂、錯動與疊置。同時配套發(fā)育NW向張扭性斷裂。在兩組斷裂的交匯處，可見中生代的巖體分布。

在NW-SE向伸展環(huán)境下(圖8(b))，小位移量的走滑斷裂面的伸展或可形成巖漿上涌的通道[24]。從而形成NE向延伸的巖漿巖帶，伸展機(jī)制與這些后期的巖漿巖帶的疊加改造，掩蓋/破壞了先期構(gòu)造性質(zhì)和巖體特征。這一結(jié)論與區(qū)域內(nèi)巖漿和斷裂構(gòu)造的多期次活動吻合。

膠東地區(qū)廣泛分布類似特征的斷裂，例如控制臧家莊盆地的棲霞斷裂、切割牙山巖體的桃村斷裂以及金牛山斷裂等，該系列斷裂均具有高陡傾角，部分地段傾向發(fā)生反轉(zhuǎn)的特征。斷裂帶周邊多分布有內(nèi)生金礦床或多金屬礦床。由此推斷，膠東地體以深切割的走滑斷裂為邊界，由多個斜列的塊體拼合而成。而斷裂的形成與活動可能存在多階段、多期性，從而導(dǎo)致該區(qū)域巖漿活動的多期次性，是北截雜巖體及其他串狀分布巖體形成的根本原因。塊體之間多期次的巖漿及其相關(guān)熱液作用強(qiáng)烈，誘發(fā)了大規(guī)模的成礦作用，成礦物質(zhì)在與走滑斷裂連通的伸展斷裂中富集成礦。上述認(rèn)識為膠東地區(qū)中生代以來地質(zhì)體的形成以及地質(zhì)作用過程研究提供了新的視角。

(a)晚侏羅世擠壓變形期：在NW-SE向擠壓環(huán)境下，膠北地塊縮短、破裂變形；淺部三山島斷裂、招平斷裂為逆沖構(gòu)造，反向發(fā)育焦家斷裂，同時地質(zhì)體破裂符合新華夏系構(gòu)造巖相體系規(guī)律，形成NE向和近E-W向的破裂面，深部由于擠壓錯動形成莫霍面的破裂、疊置和錯動；(b)早白堊世伸展與裂谷階段：伸展環(huán)境下，早期形成了斷裂面處于張性狀態(tài)，形成巖漿和熱液上升通道；郭家?guī)X期花崗閃長巖侵位，巖體兩側(cè)及頂部發(fā)育局部伸展構(gòu)造

5 結(jié)論

1) 北截雜巖體似斑狀中細(xì)?；◢忛W長巖和似斑狀中粗?；◢忛W長巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡分別為(129.7±1.1) Ma和(132.9±1.2) Ma，略老于郭家?guī)X序列其他巖體的年齡，說明北截巖體是郭家?guī)X型序列中較早期的侵入巖體。

2) 北截雜巖體兩期花崗閃長質(zhì)巖漿物質(zhì)來源十分復(fù)雜，兩種不用巖性的巖漿經(jīng)過的路徑略有不同，但主量元素具有良好的線性關(guān)系，且具有相似的微量元素特征，呈典型的同源巖漿演化特征。此外，巖石中較高的Cr、Ni含量及反環(huán)帶特征斜長石的發(fā)育反映了巖漿演化過程中存在幔源物質(zhì)的加入。

3) 高Ba-Sr的北截雜巖體花崗閃長巖形成于張性的或者非擠壓的構(gòu)造背景中，小位移量的走滑斷裂面的伸展為多期次巖漿上涌的通道。