膠北地體侏羅紀花崗巖的成因及其構造意義

周 珊，孟凡雪，謝士穩(wěn)

(1. 山東科技大學 地球科學與工程學院， 山東 青島 266590； 2. 中國地質(zhì)科學院 地質(zhì)研究所， 北京離子探針中心，北京 100037)

膠北地體發(fā)育強烈的中生代巖漿作用，它們被認為與華北克拉通巖石圈的減薄、蘇魯造山帶造山后伸展作用或古太平洋的俯沖過程等重大地質(zhì)事件有關，其成因和形成構造環(huán)境等問題一直是眾多學者關注的熱點(Houetal., 2007； 張?zhí)锏龋?2008； Zhangetal., 2010； Jiangetal., 2012； Yangetal., 2012； Maetal., 2013； 黃濤等， 2014； 李洪奎等， 2017； 宋英昕等， 2019； Lietal., 2019； Wuetal., 2020)。膠北中生代巖漿巖主要形成于侏羅紀和早白堊世兩個階段，侏羅紀花崗巖是膠北地體已識別的最早的中生代巖漿巖，且最為發(fā)育，確定它們的巖漿源區(qū)、演化過程以及形成的構造背景對認識華北克拉通中生代構造轉(zhuǎn)換的起始時限和動力學機制具有重要的意義。目前，膠北地區(qū)侏羅紀花崗巖的研究主要集中在膠北西部的玲瓏花崗巖和欒家河花崗巖，已發(fā)表了一系列年代學和地球化學資料，但巖漿源區(qū)、成因等問題仍存在不同認識(Houetal., 2007； Zhangetal., 2010； Jiangetal., 2012； Yangetal., 2012； Maetal., 2013)。例如，Hou等(2007)認為玲瓏花崗巖由華北克拉通加厚的下地殼部分熔融而成。但是，玲瓏花崗巖中識別出新元古代的繼承鋯石，指示源區(qū)可能有來源于揚子板塊的物質(zhì)加入(Zhangetal., 2010； Jiangetal., 2012； Yangetal., 2012； Lietal., 2019； Wuetal., 2020)。由于報道的繼承鋯石年齡相對較少，且不同研究人員獲得的繼承鋯石年齡分布特征存在差異，以致對巖漿巖源區(qū)揚子板塊物質(zhì)貢獻的比例存在不同認識。例如，Zhang等(2010)僅獲得少量新元古代的繼承鋯石，沒有獲得太古宙的繼承鋯石，認為玲瓏花崗巖主要由深俯沖的揚子板塊地殼物質(zhì)部分熔融而成。除新元古代繼承鋯石外，太古宙和古元古代繼承鋯石的發(fā)現(xiàn)，表明源區(qū)也存在華北地殼物質(zhì)，結(jié)合同巖漿鋯石很低的εHf(t)和古老的Hf二階段模式年齡，一些研究人員認為膠北晚侏羅世花崗巖的主要源區(qū)為華北下地殼巖石(Yangetal., 2012； Lietal., 2019)。

另一方面，前人對膠北地體其他地區(qū)侏羅紀花崗巖的研究相對較少，膠北其他地區(qū)侏羅紀花崗巖的形成時代、源區(qū)和成因與玲瓏、欒家河花崗巖是否存在差異尚不清楚，這也制約了更加全面地認識膠北地區(qū)侏羅紀花崗巖源區(qū)物質(zhì)來源和形成構造環(huán)境的研究。由于缺少可靠的年代學資料，除西部廣泛出露的玲瓏和欒家河巖體外，膠北地體其他地區(qū)識別出的侏羅紀花崗巖相對有限，特別在其東部。通過地質(zhì)調(diào)查和SHRIMP鋯石測年，筆者在膠北地體的北部和東部新識別出幾處中晚侏羅世花崗巖露頭(圖1)，部分樣品中還含有豐富的繼承鋯石，為探討膠北地體侏羅紀巖漿巖源區(qū)性質(zhì)提供了重要的研究對象。本文報道了新識別出的侏羅紀花崗巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡、全巖地球化學特征以及鋯石氧同位素組成，并結(jié)合前人研究結(jié)果，為整體探討膠北地體侏羅紀花崗巖的成因和大地構造背景提供一些新的制約。

1 地質(zhì)背景

膠北地體位于華北克拉通東南緣，東南側(cè)以五蓮-即墨-牟平斷裂與蘇魯造山帶相連，南側(cè)與中生代膠萊盆地相鄰(圖1)。膠北隆起區(qū)出露大量古老的變質(zhì)基底，主要包括中-新太古代的巖漿巖，古元古代荊山群、粉子山群以及新元古代蓬萊群。太古宙巖漿巖主要由TTG(英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗閃長巖)片麻巖組成，其中含有呈包體、透鏡體出露的黑云變粒巖、黑云斜長片麻巖、角閃變粒巖和斜長角閃巖等表殼巖。古元古代粉子山群和荊山群不整合于太古宙基底之上。粉子山群由含石墨巖系、富鋁片巖-片麻巖、鈣硅酸鹽大理巖、大理巖和少量角閃巖組成。荊山群由富鋁的片巖-片麻巖、變粒巖、長石石英巖、鈣硅酸鹽巖、大理巖和少量鎂鐵質(zhì)巖石組成。蓬萊群是膠北地體最年輕的基底單元，主要由結(jié)晶石灰?guī)r、板巖和石英巖組成 (Faureetal., 2001)。 膠北隆起區(qū)中生代花崗質(zhì)巖石廣泛出露，約占總面積的3/4，年代學結(jié)果表明，該地區(qū)中生代巖漿巖主要形成于晚侏羅世(160～150 Ma)和早白堊世(130～110 Ma)兩個時期(Miaoetal., 1997； Wangetal., 1998； Gossetal., 2010； Zhangetal., 2010； Yangetal., 2012； Maetal., 2013； Lietal., 2019)。晚侏羅世巖漿巖以出露在膠北地體西部的玲瓏花崗巖和欒家河花崗巖為代表，玲瓏花崗巖分布最為廣泛，呈北東向分布，為一套偏鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)花崗巖，主要由斜長石、鉀長石、石英和黑云母組成，偶爾可以見到石榴子石和白云母。早白堊世花崗巖以分布在膠北北部和中部的郭家?guī)X、艾山和牙山花崗巖為代表。

圖 1 膠北地體地質(zhì)簡圖(據(jù)Jiang et al., 2016修改)Fig. 1 Simplified geological map of the Jiaobei terrane (after Jiang et al., 2016)

在膠北地體東部的榆山、回里、煙臺以及福山等地出露大量規(guī)模相對較小的花崗巖體，巖性主要為弱片麻狀的中-細粒的二長花崗巖。這些巖體早期被認為形成于新元古代(山東省地質(zhì)調(diào)查院， 2003)(1)山東省地質(zhì)調(diào)查院. 2003. 1∶25萬煙臺市幅地質(zhì)圖.， 最近的研究表明它們形成于古元古代晚期和侏羅紀(Lietal., 2017； Liuetal., 2017； 本次研究)。

2 樣品及特征

本文報道的花崗巖樣品采自膠北東部的唐家泊鎮(zhèn)、牟平區(qū)觀水鎮(zhèn)以及北部古現(xiàn)鎮(zhèn)、龍口市下丁家鎮(zhèn)等地，樣品詳細采樣位置和GPS坐標見表1。樣品JD1521和JD1523采自唐家泊鎮(zhèn)南側(cè)的榆山巖體，該巖體原被認為形成于新元古代(山東省地質(zhì)調(diào)查院， 2003)(2)山東省地質(zhì)調(diào)查院. 2003. 1∶25萬煙臺市幅地質(zhì)圖.。JD1521采自東五叫山村南，該地巖石出露很好，采樣露頭長約50 m，出露巖石為新鮮的弱變形二長花崗巖(圖2a)。JD1523采自唐家泊鎮(zhèn)南側(cè)的榆山后村南，為弱變形的二長花崗巖，侵入太古宙膠東群齊山組。JD1525采自煙臺市牟平區(qū)八甲村東北山坡上，出露大量新鮮弱變形的二長花崗巖(圖2b)，該巖石單元原被認為是新元古代花崗巖，但采樣露頭原給出的鋯石U-Pb年齡為2 694 Ma(山東省地質(zhì)調(diào)查院， 2003)(3)山東省地質(zhì)調(diào)查院. 2003. 1∶25萬煙臺市幅地質(zhì)圖.。JD1537采自玲瓏花崗巖北側(cè)，露頭位于龍口市下丁家鎮(zhèn)北邢家村西南，巖石出露良好，沿公路分布約100 m，出露巖石為片麻狀二長花崗巖，片麻理走向為110°。JD1540采自蘇家店鎮(zhèn)小蔡家村口，露頭規(guī)模大，長約150 m，出露巖石主體為弱-中等風化二長花崗片麻巖，巖石表面風化成土黃色，巖石內(nèi)部相對新鮮，該處原被認為是印支期花崗巖(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)隊， 1997)(4)山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)隊. 1997. 1∶5萬趙格莊幅地質(zhì)圖.。JD1544采自古現(xiàn)鎮(zhèn)石嵐村，出露巖石為弱變形的含石榴子石二長花崗巖，露頭較大，長約30余米，出露巖石弱風化，挑選相對新鮮的位置采樣(圖2c)，該巖石原被認為屬于新元古代花崗巖，但采樣露頭原給出的鋯石U-Pb年齡為2 277 Ma(山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院， 2000)(5)山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院. 2000. 1∶5萬崗崳、巨峰幅地質(zhì)圖.。

表 1 膠北地體侏羅紀花崗巖采樣位置及GPS點位Table 1 Sampling location and GPS of Jurassic granites in the Jiaobei terrane

圖 2 膠北地體侏羅紀花崗巖野外照片和正交偏光照片F(xiàn)ig. 2 Representative field photographs and cross-polarized microscopic photomicrograph of Jurassic granites from the Jiaobei terranea、b—弱變形的花崗巖； c—弱變形的含石榴子石花崗巖； d—花崗巖顯微照片； Bi—黑云母； Qtz—石英； Pl—斜長石； Grt—石榴子石a， b—weakly deformed granite； c—weakly deformed garnet-bearing granite； d—photomicrograph of granite； Bi—biotite； Qtz—quartz； Pl—plagioclase； Grt—garnet

3 分析方法

全巖主、微量元素在中國地質(zhì)科學院國家地質(zhì)實驗測試中心實驗室完成。挑選新鮮、均勻的樣品細碎至200目。主量元素分析采用XRF玻璃熔片法完成，分析不確定度為2%～8%，F(xiàn)eO由濕化學法獲得，換算后，用XRF法獲得的TFe2O3減去FeO獲得Fe2O3。燒失量由將樣品在1 000℃加熱2 h，復稱確定。微量元素采用ICP-MS溶液法分析。將粉末樣放入溶樣彈中，用HF+HNO3消解，然后將加好酸的溶樣彈放入鋼套，放置在烘箱中，190℃加熱48 h以上。大多數(shù)微量元素的精確度和準確度分別優(yōu)于5%和4%。

鋯石U-Pb 定年在北京離子探針中心采用SHRIMP II完成。詳細分析方法見Williams(1998)。測試時一次流O-2強度為3～5 nA，束斑直徑為25～30 μm。標樣M257(U = 840 ×10-6，Nasdalaetal., 2008)和TEMORA 2(年齡為417 Ma， Blacketal., 2004)分別用于鋯石U含量和年齡校正。每分析3～4個未知樣品數(shù)據(jù)，分析1次標準鋯石TEM。每個分析點采用5組掃描。數(shù)據(jù)處理采用SQUID和ISOPLOT程序。根據(jù)實測204Pb含量進行普通鉛校正，采用206Pb/238U年齡為鋯石年齡，同位素比值和單點年齡誤差均為1σ。加權平均年齡誤差為95%置信度。

鋯石原位氧同位素分析在北京離子探針中心采用多接收SHRIMP II完成。將樣品靶重新拋光，拋去測年留下的坑，氧同位素在原測年位置分析。采用強度為～13.5 nA的一次Cs+離子束通過加速電壓15 keV轟擊鋯石表面，束斑直徑為～25 μm。分析過程中，18O和16O由兩個法拉第杯同時接收，每個測試點進行兩組掃描，每組掃描6次，單次掃描積分時間為10 s，總積分時間約為120 s。兩組掃描之間，儀器自動優(yōu)化一次離子流和二次離子流參數(shù)。在每個分析點測試之前，調(diào)整二次離子流和測定靜電計的背景噪聲150 s。標準鋯石TEMORA 2(δ18O=8.20‰； Blacketal., 2004)用于校正儀器的質(zhì)量分餾(IMF)。每分析3個未知樣品，分析1次標準鋯石。詳細的分析流程見Ickert 等(2008)。

4 分析結(jié)果

4.1 全巖主、微量元素

全巖主、微量元素分析結(jié)果見表2。樣品SiO2含量為70.89%～73.58%，全堿(Na2O+K2O)含量為7.90%～8.64%，在TAS圖解中全部落在花崗巖范圍內(nèi)(圖3a)。除樣品JD1522的K2O含量較低(1.51%)外，其他樣品的K2O含量較高(3.80%～4.70%)，在K2O-SiO2圖解中均落在高鉀鈣堿性系列區(qū)域(圖3b)。SiO2-A.R.圖解顯示這些樣品為堿性花崗巖(圖3d)。樣品的鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.02～1.26，呈弱-強過鋁質(zhì)花崗巖(圖3c)。樣品MgO含量較低(0.19%～0.43%)，對應的Mg#值為19.30～35.80。在哈克圖解中，SiO2和Al2O3、TiO2、MgO、CaO呈負相關關系(圖4)。

樣品多表現(xiàn)為高Sr含量(220.00×10-6～763.00×10-6)和低Y含量(3.43×10-6～20.60×10-6)及高Sr/Y值(85～222)的特征。稀土元素配分圖上，除JD1544具有較高的重稀土元素含量外，其余所有樣品均顯示輕稀土元素相對于重稀土元素富集的右傾趨勢，輕重稀土元素分異明顯(圖5b)，(La/Yb)N值為24.2～71.3，顯示弱的負Eu異常到正Eu異常(Eu/Eu*=0.83～1.23)。在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖中，所有樣品具有明顯的Nb、Ta、Ti等高場強元素虧損，富集大離子親石元素，具有明顯的Pb和Sr正異常(圖5a)。

4.2 鋯石U-Pb年齡

對膠北地區(qū)6件花崗巖樣品進行鋯石U-Pb定年，分析結(jié)果見表3。鋯石均較自形，為長柱狀或短柱狀(長100～200 μm，寬50～125 μm)(圖6)。陰極發(fā)光圖像表明大多數(shù)鋯石具有明顯的震蕩環(huán)帶(圖6)，為典型巖漿成因鋯石，這與其較高的Th/U值(0.07～1.24)相一致。部分鋯石保留清晰的繼承核， 繼承核的年齡變化較大，對于年齡小于1 Ga的鋯石采用206Pb/238U年齡； 對于大于1 Ga的鋯石，采用207Pb/206Pb年齡。

表 2 膠北地體侏羅紀花崗巖全巖主量(wB/%)和微量元素(wB/10-6)數(shù)據(jù)Table 2 Whole-rock major(wB/%) and trace elements (wB/10-6) data of Jurassic granites from the Jiaobei terrane

圖 3 膠北地體侏羅紀花崗巖TAS圖(a，底圖據(jù)Middlemost, 1994)、K2O-SiO2圖(b，底圖據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976)、A/NK-A/CNK圖(c，底圖據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)和SiO2-A.R.圖(d，底圖據(jù)Xia et al., 2016)Fig. 3 TAS diagram (a, after Middlemost, 1994), K2O-SiO2 diagram (b, after Peccerillo and Taylor, 1976), A/NK-A/CNK diagram (c, after Maniar and Piccoli, 1989) and SiO2 versus A.R. diagram (d, after Xia et al., 2016) of Jurassic granites in Jiaobei terreneA.R. = w[Al2O3+CaO+(Na2O+K2O)]/w[Al2O3+CaO-(Na2O+K2O)] (文獻數(shù)據(jù)根據(jù)Yang et al., 2012; 林博磊等， 2013； Ma et al., 2013; Wu et al., 2020)A.R. (alkalinity ratio) = w[Al2O3+CaO+(Na2O+K2O)]/w[Al2O3+CaO-(Na2O+K2O)] (data from Yang et al., 2012; Lin Bolei et al., 2013; Ma et al., 2013; Wu et al., 2020)

選取樣品JD1521中14顆鋯石進行17個樣點的年齡分析，它們的U含量為25×10-6～2 648×10-6，Th/U值為0.06～1.24。14個同巖漿鋯石測試點的206Pb/238U年齡為165～146 Ma，剔除誤差較大、明顯離群的數(shù)據(jù)點(1.1、3.1、6.1、9.2、10.1、11.1)，8個相對集中的測試點給出的206Pb/238U加權平均年齡為160.6±2.9 Ma(MSWD=1.9，n=8)(圖7a)，解釋為巖漿結(jié)晶年齡。其余3個測點給出的206Pb/238U年齡分別為608.8±7.7 Ma、242.3±7.9 Ma和177.3±2.2 Ma(圖7a、8b)。

對樣品JD1523中23顆鋯石進行34個年齡分析，其中21顆鋯石 U-Pb年齡集中在165～155 Ma之間，這些鋯石的Th/U=0.05～1.00，其低的Th/U值主要是高的U含量造成的，其加權平均年齡為159.8±1.4 Ma(MSWD=1.7，n=21)(圖7b)，代表巖體結(jié)晶年齡。13顆鋯石給出相對較老的206Pb/238U年齡(770.0～179.3 Ma)，應代表繼承鋯石年齡(圖7b、8c)。值得注意的是，8顆繼承鋯石的年齡分布在230.8～197.1 Ma，且這些鋯石的Th/U值均較低(除一顆Th/U值為0.31外，其他為0.02～0.11)，應為繼承的變質(zhì)鋯石。

由極大值原理可知0 0,v>0(Ω),所以u是方程(5)的下解,又因a為方程(5)的上解,則可知θa是方程(5)的唯一正解,由比較原理有u <θa>

選取樣品JD1525中16顆鋯石測試了19個U-Pb年齡，其中17個鋯石分析點給出的206Pb/238U年齡為169～155 Ma，剔除兩顆年齡相對較老的鋯石外(4.1、10.1)，其余15個測試點的206Pb/238U加權平均年齡為158.8±1.4 Ma(MSWD=0.7，n=15)(圖7c)，代表巖漿形成年齡。另外兩顆繼承鋯石年齡分別為244.8±4.1 Ma(點4.1)、983.0±17.5 Ma(點10.1)。值得注意的是，點4.1的Th/U值為0.09，為繼承的變質(zhì)鋯石，而點10.1明顯偏離諧和線(圖7c)。

圖 4 膠北地體侏羅紀花崗巖哈克圖解(數(shù)據(jù)引自Yang et al., 2012； 林博磊等，2013； Ma et al., 2013； Wu et al., 2020)Fig. 4 Harker diagrams of Jurassic granites in Jiaobei terrane(data from Yang et al., 2012; Lin Bolei et al., 2013; Ma et al., 2013; Wu et al., 2020)

圖 5 膠北地體侏羅紀花崗巖原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(a)及球粒隕石標準化稀土元素配分模式(b)(標準化值據(jù)Sun and McDonough， 1989； 文獻數(shù)據(jù)引自Yang et al., 2012； 林博磊等， 2013； Ma et al., 2013； Wu et al., 2020)Fig. 5 Primitive mantle-normalized spider diagram (a) and chondrite-normalized REE patterns (b) of Jurassic granites from the Jiaobei terrane (normalization values after Sun and McDonough, 1989； data from Yang et al., 2012; Lin Bolei et al., 2013； Ma et al., 2013; Wu et al., 2020)

表 3 膠北地體侏羅紀花崗巖SHRIMP鋯石U-Pb年代學數(shù)據(jù)Table 3 SHRIMP zircon U-Pb age data of Jurassic granites from the Jiaobei terrane

續(xù)表 3-1 Continued Table 3-1

續(xù)表 3-2 Continued Table 3-2

續(xù)表 3-3 Continued Table 3-3

對樣品JD1537中21顆鋯石進行23個點分析。21個測試點的206Pb/238U年齡分布在162～151 Ma之間，加權平均年齡為156.0±1.2 Ma(MSWD=1.7，n= 21)(圖7d)，代表其結(jié)晶年齡。另外兩個測試點年齡較老(8.1、10.1)，但均偏離諧和線(圖7d)。

選取樣品JD1540中的23顆鋯石進行26個年齡測試。除去兩個偏年輕的數(shù)據(jù)點，16個同巖漿測試點的206Pb/238U年齡為162～153 Ma，加權平均年齡為157.8±1.7 Ma(MSWD=1.7，n=16)(圖7e)，代表巖體結(jié)晶年齡。其余8個測試點給出的年齡較老，除3個明顯偏離諧和線外，另外5顆的年齡分別為3 650±5 Ma、2 543±9 Ma、2 529±12 Ma、2 480±10 Ma和752±11 Ma(圖7e、8f)。

對樣品JD1544進行20顆鋯石的26個年齡測試。15個分析在同巖漿鋯石區(qū)域。除4個測試點U含量較高，年齡離群外(2.2、11.2、12.1、15.1)，其余11個測試點給出的206Pb/238U年齡為169～161 Ma，加權平均年齡為166.0±2.2 Ma(MSWD=1.7，n=11)，代表巖體形成年齡(圖7f)。11個測試點給出較老的繼承年齡，除1個測試點明顯偏離諧和線外，其他繼承年齡分布在3 472～2 445 Ma之間，可分為2.55～2.45 Ga和3.47～3.29 Ga兩組(圖7f、 8g)。

圖 6 膠北地體侏羅紀花崗巖典型鋯石陰極發(fā)光圖像Fig. 6 Representative cathodoluminescence (CL) images of zircons from Jurassic granites from the Jiaobei terrane

4.3 鋯石O同位素

本次共對147個鋯石點進行氧同位素分析，分析結(jié)果見表4。數(shù)據(jù)表明大部分鋯石顯示高于典型地幔鋯石氧同位素的δ18O值(5.3‰±0.6‰， Valley, 2003； Pageetal., 2007)，部分鋯石顯示較低的δ18O值，結(jié)合鋯石U-Pb年齡，其主要為繼承鋯石(圖9)。

樣品JD1521，22個樣品點分析在同巖漿鋯石區(qū)域，得到的δ18O變化范圍較大(4.3‰～8.7‰)，加權平均值是7.5‰±0.2‰，一顆新元古代和一顆三疊紀繼承鋯石氧同位素較低，δ18O值分別為3.6‰±0.2‰和0.5‰±0.3‰(圖9a)。此外，一顆未測年的繼承鋯石給出的δ18O值為4.1‰±0.4‰。樣品JD1523，22個同巖漿鋯石區(qū)域樣品點給出δ18O為4.5‰～8.8‰，加權平均值為7.3‰±0.4‰，繼承鋯石δ18O變化范圍較大，尤其新元古代和三疊紀的繼承鋯石具有低氧同位素特征，δ18O值從-4.4‰～8.4‰(圖9b)。樣品JD1525中，18個樣品點分析在同巖漿鋯石區(qū)域，其δ18O分布在6.5‰～7.9‰之間，加權平均值為7.3‰±0.2‰。兩個繼承鋯石氧同位素偏輕，δ18O值分別是4.9‰±0.2‰(244.8 Ma)和5.9‰±0.5‰(983 Ma，不諧和)(圖9c)。樣品JD1537的18個分析在同巖漿鋯石區(qū)域測試點的δ18O值為7.2‰～8.3‰，加權平均值為7.9‰±0.2‰。兩顆繼承鋯石均不諧和，給出δ18O值均為7.4‰(圖9d)。樣品JD1540中，18個測試點分析在同巖漿鋯石區(qū)域，它們的δ18O為6.6‰～9.0‰，加權平均值為7.5‰±0.3‰。7顆太古宙-新元古代繼承鋯石的δ18O值為0.8‰～6.7‰(圖9e)。除一個測試點外(點17.1的δ18O值偏低，為4.0‰)，樣品JD1544其他11個同巖漿鋯石區(qū)域測試點的δ18O值介于6.9‰～8.4‰之間，加權平均值為7.7‰±0.3‰。11個繼承鋯石δ18O分布在4.5‰～8.3‰之間(圖9f)。

圖 7 膠北地體侏羅紀花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig. 7 Zircon U-Pb concordia age diagrams of Jurassic granites from the Jiaobei terrane

圖 8 膠北地體侏羅紀花崗巖鋯石年齡分布直方圖Fig. 8 Histograms of zircon U-Pb ages of Jurassic granites in the Jiaobei terrane

5 討論

5.1 膠北地體侏羅紀巖漿作用

膠北地體侏羅紀巖漿巖主要包括玲瓏花崗巖和欒家河花崗巖，針對這些巖漿巖的形成時代，前人開展了一系列的測年工作，目前所獲得的巖漿年齡主要集中在160～156 Ma之間(Wangetal., 1998； Yangetal., 2012； Lietal., 2019； Wuetal., 2020)。例如，Wang等(1998)通過SHRIMP鋯石測年，獲得玲瓏花崗巖結(jié)晶年齡為160～153 Ma，欒家河花崗巖結(jié)晶年齡為154～152 Ma。Yang等(2012)報道的2件玲瓏花崗巖結(jié)晶年齡均為159 Ma，2件欒家河花崗巖結(jié)晶年齡為158～157 Ma。Ma等(2013)對焦家金礦鉆孔中的玲瓏花崗巖進行鋯石測年，獲得的年齡為160～157 Ma。最近，Wu等(2020)報道的玲瓏花崗巖年齡為156.7±1.3 Ma，2件欒家河花崗巖的年齡為161～159 Ma。本次對膠北東部和北部6件弱變形的花崗巖進行鋯石SHRIMP測年，其中5件樣品給出的結(jié)晶年齡為161～156 Ma，與前人報道的玲瓏和欒家河花崗巖結(jié)晶年齡一致。除以上晚侏羅世花崗巖外，古現(xiàn)鎮(zhèn)石嵐村的花崗巖(JD1544)給出了略早的中侏羅世晚期的結(jié)晶年齡(166.0±2.2 Ma)，與膠北北部1件玲瓏花崗巖(166±1 Ma； Lietal., 2019)和1件磁山花崗巖(166.2±1.4 Ma； Wuetal., 2020)的形成時代一致。綜合以上結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，膠北地體侏羅紀花崗巖的形成時代較為集中，主體形成于晚侏羅世，不同地區(qū)晚侏羅世花崗巖的形成時代未見明顯區(qū)別。除晚侏羅世花崗巖外，膠北地體還發(fā)育少量中侏羅世花崗巖。

5.2 源區(qū)性質(zhì)和巖石成因

本次研究的花崗巖樣品均具有高SiO2(>70.89%)、低MgO(<0.43%)、A/CNK>1.0，富集大離子親石元素，虧損高場強元素Nb、Ta、Ti的特征。高硅、低鎂的特征與陸殼來源或巖漿源區(qū)經(jīng)歷高度演化相關； 富集大離子親石元素，虧損高場強元素Nb、Ta、Ti的特征，以及明顯的Pb、Sr正異常(圖5a)指示其地殼來源。樣品普遍具有高Na2O(>3.5%)、 Sr(均>400 ×10-6)、Sr/Y值(>20)和相對低的Y(<18 ×10-6)和Yb(<1.9×10-6)含量(表2、圖10)等類似埃達克巖地球化學特征。通過對比，可以發(fā)現(xiàn)本次研究的侏羅紀花崗巖與前人研究的玲瓏、欒家河花崗巖形成時代一致，并具有相似的地球化學特征(圖3、圖4、圖5)、鋯石氧同位素組成，暗示膠北不同地區(qū)侏羅紀花崗巖的成因機制可能沒有顯著的區(qū)別(Houetal., 2007； Yangetal., 2012； Maetal., 2013； Lietal., 2019； Wuetal., 2020)。

表 4 膠北地體侏羅紀花崗巖鋯石氧同位素分析結(jié)果Table 4 Oxygen isotopes of zircon from Jurassic granites from the Jiaobei terrane

續(xù)表 4Continued Table 4

關于埃達克巖的成因，目前仍有爭議，一般認為其來自： ① 俯沖洋殼的部分熔融(Kay， 1978； Defant and Drummond, 1990； Yogodzinskietal., 1995； Wangetal., 2007)； ② 加厚下地殼的部分熔融(Atherton and Petford, 1993； Xuetal., 2002； Chungetal., 2003； Gaoetal., 2004； Houetal., 2004)以及 ③ 玄武質(zhì)母巖漿高壓結(jié)晶分異(Prouteau and Scaillet, 2003； Macphersonetal., 2006； Rodríguezetal., 2007； Rooneyetal., 2011; Mengetal., 2018)。膠北侏羅紀花崗巖低的MgO和Cr、Ni含量，演化的全巖Nd和鋯石Hf同位素特征，普遍含有多期次古老的巖漿繼承鋯石(Houetal., 2007； Jiangetal., 2012； Yangetal., 2012； Maetal., 2013； Lietal., 2019； Wuetal., 2020； 本次研究)以及高于地幔值的同巖漿鋯石δ18O值(Jiangetal., 2012； Lietal., 2019； 本次研究)，均不支持俯沖洋殼部分熔融和玄武質(zhì)母巖漿高壓結(jié)晶分異成因。演化的放射性同位素特征、普遍含有古老的繼承鋯石，暗示這些花崗巖可能由古老地殼物質(zhì)部分熔融而成。同巖漿鋯石重的氧同位素組成，暗示源區(qū)中有地表沉積物的貢獻。在埃達克巖成因判別圖解中，所有樣品也均落在加厚下地殼起源的埃達克巖區(qū)域(圖10)。以上結(jié)果表明膠北侏羅紀花崗巖可能是加厚下地殼部分熔融的結(jié)果。

盡管研究人員普遍接受膠北侏羅紀花崗巖是由殼源巖石在相對高壓的條件下部分熔融而成的觀點，但是其源區(qū)的物質(zhì)來源仍存在不同認識(Houetal., 2007； Zhangetal., 2010； Yangetal., 2012； Maetal., 2013； Lietal., 2019； Wuetal., 2020)。一種觀點認為膠北侏羅紀花崗巖源巖主要來自華北克拉通加厚的下地殼，巖漿中混染了揚子板塊的地殼物質(zhì)(Houetal., 2007； Yangetal., 2012； Lietal.,2019)； 另一種觀點認為巖漿源區(qū)主要為俯沖的揚子板塊地殼物質(zhì) (Zhangetal., 2010； Wuetal., 2020)。 深俯沖的揚子板塊物質(zhì)以新元古代花崗質(zhì)巖石為主，且發(fā)育低δ18O巖漿巖(Tangetal., 2008a, 2008b; Zhengetal., 2009; Liu and Liou， 2011; Heetal., 2016)，而膠北地體發(fā)育大量太古宙-古元古代巖漿巖(Jahnetal., 2008； 劉建輝等， 2011； Xieetal., 2014)。因此，繼承鋯石年齡和δ18O特征可以有效地區(qū)分巖漿源區(qū)物質(zhì)來自揚子克拉通還是華北克拉通。本文報道的樣品JD1544中含多顆繼承鋯石，除兩顆年齡為～174 Ma、一顆年齡不諧和外，其余10顆的年齡為3 471～2 446 Ma(圖7、圖8)，δ18O為4.5‰～8.3‰，表明巖漿源區(qū)可能主要來自華北克拉通古老下地殼。與JD1544明顯不同，樣品JD1523中13個繼承鋯石給出的最古老206Pb/238U年齡為770 Ma，不含太古宙-古元古代繼承鋯石(圖7、圖8)。值得注意的是，該樣品中8顆繼承鋯石的206Pb/238U年齡為230.8～197.1 Ma，與蘇魯造山帶的超高壓變質(zhì)峰期-退變質(zhì)作用的年齡相當。此外，這幾顆三疊紀的繼承鋯石的δ18O值為-4.4‰～6.1‰。這些特征表明，JD1523的源區(qū)可能主要來自深俯沖的揚子板塊。此外，樣品JD1540中，同時含有新元古代和太古宙-新元古代的繼承鋯石， 表明可能來自揚子和華北的混合源區(qū)。與本文認識相似，膠北部分侏羅紀花崗巖同巖漿鋯石εHf(t)值很低(絕大多數(shù)小于-20)，落在太古宙-古元古代繼承鋯石以及膠北太古宙基底的Hf同位素大陸地殼演化值范圍內(nèi)，指示可能主要由膠北加厚的古老下地殼部分熔融而成(Jiangetal., 2012； Yangetal., 2012, 2018； Lietal., 2019)。而部分侏羅紀花崗巖同巖漿鋯石的εHf(t)值明顯偏高(大多數(shù)分布在-20～-10之間)，與新元古代-三疊紀繼承鋯石以及蘇魯造山帶新元古代花崗片麻巖的Hf同位素大陸地殼演化值一致，表明該部分花崗巖可能主要來自揚子板塊地殼物質(zhì)的部分熔融(Zhangetal., 2010； Jiangetal., 2012； Maetal., 2013)。綜合以上資料可見，膠北侏羅紀花崗巖的源區(qū)并不是單一的來自膠北地體下地殼或俯沖的揚子地殼巖石，而是來自多源區(qū)。揚子板塊地殼物質(zhì)在三疊紀時發(fā)生大陸地殼的俯沖-折返作用，在這些過程中，揚子板塊的地殼物質(zhì)會混入并停留在膠北地體因造山作用而加厚的下地殼中，在之后的部分熔融過程中，膠北下地殼以及混入膠北下地殼的揚子地殼殘片均可發(fā)生部分熔融。由于膠北下地殼和揚子地殼殘片在巖漿源區(qū)中所占比例不同，導致了膠北侏羅紀花崗巖同位素組成以及繼承鋯石年齡分布特征的差異。

圖 9 膠北地體侏羅紀花崗巖鋯石δ18O值直方圖Fig. 9 Histograms of zircon δ18O values of Jurassic granites from the Jiaobei terrane

圖 10 膠北地體侏羅紀花崗巖成因類型判別圖(a底圖據(jù)Defant and Drummond， 1990； b～d底圖據(jù)Wang et al., 2006)Fig. 10 Discrimination diagrams of the genetic types of Jurassic granites from the Jiaobei terrane (a after Defant and Drummond; b～d after Wang et al., 2006)

5.3 膠北地區(qū)古老結(jié)晶基底年齡信息

古老的地殼物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)和識別對認識地球早期陸殼形成過程、演化歷史具有重要的意義。華北克拉通是全球最古老的克拉通之一，在鞍山地區(qū)出露和保存～3.8 Ga的古老巖石(Liuetal., 1992; Songetal., 1996; Wanetal., 2012)。近年來，研究人員在華北克拉通多地識別出古太古代-始太古代的繼承/碎屑鋯石(Wanetal., 2019及文中參考文獻)。盡管膠北地體出露大量太古宙基底巖石，但最古老巖石為～2.9 Ga的TTG片麻巖(例如，Jahnetal., 2008； Xieetal., 2014)。本次研究在采自蘇家店小蔡家村的侏羅紀花崗巖中識別出年齡為3 650±5 Ma的古老繼承鋯石。該鋯石發(fā)育巖漿成因的振蕩環(huán)帶(圖6e)，Pb丟失較弱(不諧和度為6%)，指示膠北地體可能存在始太古代的結(jié)晶基底。此外，樣品JD1544中含有3顆3.47～3.29 Ga的繼承鋯石。前人在玲瓏花崗巖中識別出3.45 Ga的繼承鋯石(Wangetal., 1998)。除中生代花崗巖中的古老繼承鋯石外，前人在古元古代粉子山群、中元古代芝罘群等變沉積巖中也識別出多顆3.68～3.00 Ga的碎屑/繼承鋯石(Liuetal., 2013； 劉建輝等，2014； 謝士穩(wěn)等， 2014)，部分古太古代鋯石的兩階段Hf模式年齡高達～4.1 Ga(Liuetal., 2013； 劉建輝等，2014)，這些結(jié)果也表明膠北地區(qū)可能存在古太古代早期甚至冥古宙的古老結(jié)晶基底(Liuetal., 2013； 劉建輝等， 2014)。

5.4 地球動力學意義

如前文所述，揚子板塊和華北板塊在三疊紀時發(fā)生拼合，揚子板塊超高壓變質(zhì)的峰期年齡為240～220 Ma(例如，Hackeretal., 1998； Xuetal., 2006； Zhengetal., 2009； Liu and Liou, 2011)。膠北侏羅紀花崗巖結(jié)晶年齡大多集中在晚侏羅世160～156 Ma之間，晚于超高壓變質(zhì)年齡峰期80～60 Ma。揚子板塊的俯沖碰撞過程導致華北克拉通南緣(山東半島為膠北地體)地殼的加厚。因此，膠北地體侏羅紀花崗巖被認為形成于碰撞后的巖石圈伸展過程(Zhangetal., 2010； Jiangetal., 2012； Yangetal., 2012)。但是除膠北地體外，華北克拉通遼東、遼西、蚌埠等地也均發(fā)育晚侏羅世花崗巖(Wuetal., 2005； Zhangetal., 2008, 2014； Yangetal., 2010)，而同樣由三疊紀揚子板塊和華北板塊俯沖-碰撞作用形成的大別造山帶卻未見侏羅紀花崗巖報道，表明膠北侏羅紀花崗巖可能不是簡單的由碰撞后的伸展作用導致的加厚地殼熔融而成。晚侏羅世，向華北克拉通俯沖的Izanagi板塊發(fā)生回撤，引起大陸弧-裂谷作用(continental arc-rifting)，該過程被認為可能誘發(fā)了膠北侏羅紀的巖漿作用(Jiangetal., 2010； Maetal., 2013； Yangetal., 2018)。最近，Wu等(2020)發(fā)現(xiàn)膠北侏羅紀花崗巖的形成時代與郯廬斷裂帶大規(guī)模走滑的活動時代一致，提出膠北侏羅紀巖漿作用與郯廬斷裂帶的左旋走滑有關，郯廬斷裂帶的左旋走滑由古太平洋板塊西北向的俯沖引發(fā)。值得注意的是，華北不同地區(qū)侏羅紀花崗巖被認為形成于不同的動力學過程(Wuetal., 2005； Zhangetal., 2008, 2014； Jiangetal., 2010； Lietal., 2014)。除華北克拉通外，華南板塊發(fā)育更大規(guī)模的晚侏羅世花崗巖，巖石類型多樣，形成的構造機制也存在差異(例如，Huangetal., 2015； Wangetal., 2016； Lietal., 2018)。盡管這些侏羅紀巖漿巖被認為形成于多種動力學過程，但普遍認為它們的成因直接或間接地與古太平洋板塊或Izanagi板塊的俯沖作用有關(Wuetal., 2005； Jiangetal., 2010； Maoetal., 2013； Huangetal., 2015； Wangetal., 2016； Lietal., 2018)?，F(xiàn)有資料還很難準確限定導致膠北地體侏羅紀巖漿活動精細的動力學過程，但該過程應該與古太平洋或Izanagi板塊的俯沖作用有關。

6 結(jié)論

(1) 膠北地體東部和北部新報道的侏羅紀花崗巖的結(jié)晶年齡為166～156 Ma，含有3 650～3 294 Ma、2 660～2 445 Ma、770～600 Ma以及245～197 Ma的繼承鋯石。

(2) 本文報道的侏羅紀花崗巖具有埃達克巖的地球化學特征，與玲瓏、欒家河花崗巖的地球化學特征、形成時代未見明顯區(qū)別，膠北不同地區(qū)侏羅紀花崗巖具有相同的成因機制，是加厚的地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。這些侏羅紀花崗巖源區(qū)的物質(zhì)來源存在差異，部分花崗巖源區(qū)主要為膠北地體加厚的下地殼，部分花崗巖主要由俯沖的揚子板塊地殼巖石熔融而成。

(3) 膠北侏羅紀花崗巖形成的動力學機制可能不是簡單的碰撞后伸展過程,古太平洋或Izanagi板塊的俯沖作用可能直接或間接地誘發(fā)了加厚地殼的熔融。