吉林南部新太古代末地殼深熔作用
——來自變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖及淡色花崗巖的證據(jù)

劉建輝

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所， 北京 100037； 自然資源部深地動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100037)

深熔作用(anatexis)是早前寒武紀(jì)高級(jí)變質(zhì)地體和造山帶高級(jí)變質(zhì)巖中非常普遍的地質(zhì)作用(賀同興， 1987； Sawyer， 1987， 2008； Ashworth and Brown, 1990； Patino Douceetal., 1990； Brown， 1994a, 1994b； 程裕淇等， 2000， 2001， 2004； Liuetal., 2012， 2019； 曾令森等， 2017； Zhouetal., 2019)， 包括含水礦物的脫水部分熔融和水致部分熔融(Beard and Lofgren, 1991； Patino Douce and Beard， 1995； Clemensetal., 1996， 2016； Clemens， 2006； Aranovichetal., 2014； Weinberg and Hasalová, 2015； Schwindingeretal., 2019)， 是形成深熔混合巖和深熔片麻巖的主要機(jī)制， 也是地殼中花崗質(zhì)巖漿形成、大陸地殼分異演化的主要機(jī)制和關(guān)鍵過程， 具有深遠(yuǎn)的構(gòu)造物理和地球化學(xué)效應(yīng)(賀同興， 1987； Sawyer， 1987， 2008； Ashworth and Brown， 1990； Brown， 2007， 2013； Zhengetal., 2011； Zheng and Gao， 2021)。因此， 過去幾十年， 針對(duì)不同巖石類型(泥質(zhì)或基性巖)深熔作用的熔融反應(yīng)、溫壓條件及熱源(Bohlen， 1987； Harley， 1989； Bea， 2012； 魏春景， 2016； 魏春景等， 2016， 2017， 2021； Huangetal., 2021)、流體(水)或揮發(fā)分(CO2、Cl)在地殼熔融過程的潛在作用(Holtzetal., 2001； Bachmann and Bergantz， 2006； Newton and Manning， 2008， 2010； Harlov， 2012； Aranovichetal., 2014； Newtonetal., 2014； Collinsetal., 2021)， 熔體的形成、分凝聚集、分離及運(yùn)移(Brown， 2007， 2013； Clemens and Stevens， 2016)， 深熔條件下的轉(zhuǎn)熔反應(yīng)及轉(zhuǎn)熔礦物的形成(夏瓊霞， 2019及其參考文獻(xiàn))， 深熔作用過程中副礦物(如鋯石)的行為(Harley and Nandakumar， 2014； 王偉等， 2014； Zengetal., 2021及其參考文獻(xiàn))， 深熔作用過程中元素的地球化學(xué)行為(Zhengetal., 2011)及地殼的構(gòu)造物理效應(yīng)(如含熔體地殼的流變)(Brown， 2007， 2013)等方面， 從對(duì)天然深熔混合巖和深熔片麻巖樣品(露頭)的研究到深熔實(shí)驗(yàn)及相平衡模擬開展了廣泛研究。這些研究促進(jìn)并豐富了對(duì)地殼深熔作用的理解， 并為理解和研究大陸地殼的分異機(jī)制、元素的富集作用、深部地殼的流變學(xué)行為及物理性質(zhì)等提供了重要依據(jù)。

華北克拉通早前寒武紀(jì)基底除西部孔茲巖帶、中部造山帶及膠-遼-吉帶3條構(gòu)造/活動(dòng)帶在古元古代經(jīng)歷了與造山作用有關(guān)的變質(zhì)深熔作用外(Yinetal., 2014； Liuetal., 2019)， 其太古宙基底普遍經(jīng)歷了與新太古代末花崗質(zhì)(TTG)巖漿事件準(zhǔn)同期的深熔作用(程裕淇等， 2000， 2001， 2004； 任留東等， 2011； Dongetal., 2017； Wangetal., 2017； Jiangetal., 2021； 圖1a)。位于華北克拉通東部的吉林南部地區(qū)出露的太古宙基底深熔作用普遍而強(qiáng)烈(孫德有等， 1998； Guoetal., 2018； Yuetal., 2021)， 出露大量與深熔作用有關(guān)的淡色花崗質(zhì)巖脈或巖體， 對(duì)其形成時(shí)代、源區(qū)及成因機(jī)制的深入研究能為理解研究區(qū)太古宙末地殼演化及構(gòu)造體制提供重要的證據(jù)和約束。因此， 本文選取吉林南部和龍?zhí)胖娴伢w內(nèi)出露的經(jīng)歷了變質(zhì)深熔作用的變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖及與之相伴的淡花崗質(zhì)巖石開展了詳細(xì)的野外地質(zhì)特征及相互關(guān)系的觀察， 并結(jié)合室內(nèi)巖相學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、微量元素特征及Lu-Hf同位素特征的綜合研究， 確定了深熔作用的時(shí)間及成因機(jī)制。

1 地質(zhì)背景

華北克拉通早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底由西部陸塊、東部陸塊及聯(lián)接它們的膠-遼-吉帶、中部造山帶及西部孔茲巖帶(Zhaoetal., 2005)或稱膠遼造山/活動(dòng)帶、晉豫造山/活動(dòng)帶和豐鎮(zhèn)造山/活動(dòng)帶等(翟明國(guó)等， 2007； Zhai and Santosh， 2011)3條古元古代造山/活動(dòng)帶所組成(圖1a)。東部陸塊被膠-遼-吉古元古構(gòu)造帶進(jìn)一步劃分成北部的龍崗地塊及南部的狼林地塊(Zhaoetal., 2005； 圖1a)， 北部的龍崗地塊主要由太古宙花崗質(zhì)片麻巖、變質(zhì)基性-超基性巖及變質(zhì)表殼巖組成， 其中英云閃長(zhǎng)質(zhì)-奧長(zhǎng)花崗質(zhì)-花崗閃長(zhǎng)質(zhì)(TTG)片麻巖是最主要的巖石類型， 尤其以新太古代晚期TTG片麻巖分布最廣(Gengetal., 2012； Guoetal., 2015， 2016， 2017， 2018； Wangetal., 2016a， 2016b； Wanetal., 2018； Yuetal., 2021)。近年來， 隨著研究的深入， 中太古代晚期-新太古代早期(2.9～2.7 Ga)的TTG片麻巖也在越來越多的地區(qū)被發(fā)現(xiàn)(Liuetal., 2013； Yangetal., 2013； Wanetal., 2014， 2018； Liou and Guo， 2019)， 而中太古代早期-始太古代TTG片麻巖的報(bào)道相對(duì)較少， 僅在鞍本及冀東地區(qū)小范圍內(nèi)被發(fā)現(xiàn)(Songetal., 1996； Wanetal., 2012)； 已發(fā)現(xiàn)的最古老巖石為鞍本地區(qū)約3.80 Ga的奧長(zhǎng)花崗質(zhì)巖石(Liuetal., 1992， 2008； Songetal., 1996； Wuetal., 2008)， 它們普遍遭受強(qiáng)烈的變質(zhì)變形及深熔作用。南部的狼林地塊主要由新太古代TTG片麻巖及古元古代花崗質(zhì)巖石及變質(zhì)表殼巖組成； 傳統(tǒng)上， 龍崗地塊與狼林地塊被認(rèn)為具有統(tǒng)一的太古宙變質(zhì)結(jié)晶基底， 稱為中朝克拉通(張秋生等， 1988； 伍家善等， 1998)， 最新的研究進(jìn)一步證實(shí)龍崗地塊與狼林地塊具有一致的早前寒武紀(jì)基底和演化歷史(Zhaietal., 2019； Zhaoetal., 2020)。膠-遼-吉古元古代造山/活動(dòng)帶主要由古元古代花崗質(zhì)巖石、變質(zhì)基性-超基性巖及變質(zhì)火山-沉積巖系組成(張秋生等， 1988； 盧良兆等， 1996； Luetal., 2006； Li and Zhao， 2007； Liuetal., 2014， 2021； 劉福來等， 2015)， 前人圍繞其構(gòu)造屬性及構(gòu)造演化開展了廣泛的研究， 目前， 對(duì)于其經(jīng)歷了起始的大陸地殼的伸展及其后的地殼增厚的造山作用已達(dá)成共識(shí)， 但對(duì)驅(qū)動(dòng)大陸地殼的起始伸展及構(gòu)造演化的動(dòng)力學(xué)機(jī)制仍有不同的理解(Xu and Liu， 2019； Liuetal., 2020， 2021)。

位于龍崗地塊東部的吉林南部地區(qū)是華北克拉通太古宙結(jié)晶基底出露的主要地區(qū)之一， 包括夾皮溝、白山、板石溝及和龍等太古宙花崗綠巖地體。和龍?zhí)胖婊◢従G巖地體是吉林南部太古宙花崗綠巖帶重要的組成部分之一， 太古宙變質(zhì)基底主要由大面積出露的鈉質(zhì)TTG、富鉀質(zhì)花崗質(zhì)片麻巖及少量變質(zhì)閃長(zhǎng)巖、變質(zhì)基性巖及變質(zhì)表殼巖等組成， 變質(zhì)表殼巖包括黑云(角閃)變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖及淺粒巖夾條帶狀磁鐵石英巖(葛文春等， 1993， 1996a， 1996b； 孫德有等， 1995， 1998； Geetal., 2003； Guoetal., 2015， 2016， 2017， 2018； Yuetal., 2021； 圖1b)； 太古宙變質(zhì)閃長(zhǎng)巖及變質(zhì)基性巖呈透鏡體或脈體分布在太古宙花崗質(zhì)片麻巖內(nèi)(圖1b)； 出露的太古宙變質(zhì)基底普遍遭受了新太古代末具有逆時(shí)針p-T軌跡的角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用(Geetal., 2003)、韌性剪切變形及深熔作用(孫德有等， 1998； Yuetal., 2021)。此外， 大量的古元古代變質(zhì)基性巖呈巖墻或巖脈產(chǎn)出于太古宙花崗質(zhì)片麻巖中(圖1b)， 其成因仍有待深入研究。

2 地質(zhì)特征及巖相學(xué)特征

本文研究的露頭位于和龍?zhí)胖婊◢従G巖地體內(nèi)露水河鎮(zhèn)西北(圖1b)， 出露有暗色的變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖及含斜方輝石(角閃石)巨晶的淡色偉晶花崗巖， 變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖與淡色偉晶花崗巖的接觸帶呈漸變關(guān)系(圖2a)， 變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖顯示了明顯的剪切變形及變質(zhì)深熔作用， 深熔作用形成的長(zhǎng)英質(zhì)淺色體要么呈薄的淺色團(tuán)塊或迷霧狀分布在暗色的變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖內(nèi)， 要么呈淺色脈體沿剪切面理分布(圖2b)， 或沿張性裂隙、破裂面呈淺色塊體或脈體分布， 內(nèi)部含有少量暗色礦物， 礦物粒度明顯變粗(圖2c)。變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖的礦物組合包括角閃石、斜長(zhǎng)石、黑云母、鉀長(zhǎng)石(主要為微斜長(zhǎng)石)及石英， 呈它形不等粒結(jié)構(gòu)， 含水礦物角閃石及黑云母呈港灣狀及熔蝕殘余結(jié)構(gòu)， 并且斜長(zhǎng)石具有明顯的“糟化”和“暗化”現(xiàn)象(圖2e， 2f)， 指示它們經(jīng)歷了深熔作用的改造； 在這些早期殘余礦物之間分布有以鉀長(zhǎng)石(微斜長(zhǎng)石)、斜長(zhǎng)石及石英為主的淺色礦物， 它們自形程度相對(duì)較好， 礦物表面干凈， 呈花崗巖漿結(jié)構(gòu)(圖2g)， 代表變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖深熔作用形成的礦物。含斜方輝石(角閃石)淡色偉晶花崗巖粒徑達(dá)2 cm(圖2d)， 主要礦物組合包括鉀長(zhǎng)石、石英、紫蘇輝石(斜方輝石)及角閃石(圖2h， 2i)， 其中紫蘇輝石呈它形不等粒結(jié)構(gòu)， 以包體形式分布于角閃石內(nèi)(圖2h)， 巨晶鉀長(zhǎng)石及角閃石粒間分布有細(xì)粒的鉀長(zhǎng)石及石英(圖2h， 2i)， 含斜方輝石(角閃石)淡色偉晶花崗巖可能代表變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖變質(zhì)深熔熔體分凝聚集結(jié)晶的產(chǎn)物。

3 測(cè)試方法

對(duì)采自吉林南部和龍?zhí)胖婊◢従G巖地體內(nèi)露水河鎮(zhèn)西北的1個(gè)變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖樣品(19LJ11-1)和1個(gè)含斜方輝石(角閃石)淡色偉晶花崗巖樣品(19LJ11-2)開展了鋯石原位U-Pb年代學(xué)、微量、稀土元素及Lu-Hf同位素測(cè)試分析。

LA-ICP-MS鋯石原位U-Pb測(cè)年及鋯石微區(qū)微量、稀土元素分析在北京快科賽默科技測(cè)年實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。分析儀器采用ESI公司生產(chǎn)的準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)(New Wave NWR 193UC)和美國(guó)AGILENT科技有限公司生產(chǎn)的Agilent ICP-MS/MS 8900型串聯(lián)四級(jí)桿電感耦合等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)合構(gòu)成的激光等離子質(zhì)譜儀。分析時(shí)采用激光單點(diǎn)剝蝕采樣， 激光束斑和頻率分別為20 μm和5 Hz， 能量密度為3.5 J/cm2， 載氣為高純氦氣(He)。測(cè)試樣品時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)進(jìn)行同位素比值校正， 以Pleovice鋯石為監(jiān)控標(biāo)樣。測(cè)試所獲數(shù)據(jù)采用Iolite(Patonetal., 2010)進(jìn)行處理。鋯石U-Pb年齡諧和圖及加權(quán)平均年齡計(jì)算采用IsoPlot 4.15完成， 測(cè)試結(jié)果見表1。

鋯石Hf同位素測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所自然資源部同位素地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。分析儀器采用Finnigan Neptune多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜加載New Wave UP213 紫外激光剝蝕系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS)， 鋯石Hf同位素分析在U-Pb測(cè)年點(diǎn)原位進(jìn)行， 實(shí)驗(yàn)過程中采用氦氣作為剝蝕物質(zhì)載氣， 激光剝蝕束斑直徑采用55 μm， 剝蝕時(shí)間為27 s。測(cè)試時(shí)選用鋯石國(guó)際標(biāo)樣GJ-1作為參考物質(zhì)。相關(guān)儀器運(yùn)行條件及詳細(xì)分析流程與侯可軍等(2007)相同。分析過程中鋯石標(biāo)樣GJ-1的176Hf/177Hf測(cè)試加權(quán)平均值為0.282 024±0.000 004 (2SD，n=38)， 與文獻(xiàn)報(bào)道值(Elhlouetal., 2006； 侯可軍等， 2007)在誤差范圍內(nèi)完全一致。在εHf(t)計(jì)算時(shí)， 球粒隕石的176Hf/177Hf值為0.282 772，176Lu/177Hf值為0.033 2(Blichert-Toft and Albarede， 1997)。在單階段Hf模式年齡tDM計(jì)算時(shí)， 虧損地幔的176Hf/177Hf值和176Lu/177Hf值分別為0.283 25和0.038 4(Griffinetal., 2000)； 在兩階段Hf模式年齡tDM(Hf2)計(jì)算時(shí)， 下地殼、平均地殼與虧損地幔的fLu/Hf值分別為-0.32、-0.548 2及0.156 6(Amelinetal., 1999； Griffinetal., 2000， 2002)。176Lu的衰變常量選用1.867×10-11a-1(Soderlundeetal., 2004； Amelin， 2005)； 相關(guān)計(jì)算中鋯石的U-Pb年齡選擇初始巖漿鋯石結(jié)晶207Pb/206Pb年齡， 相關(guān)計(jì)算公式參考吳福元等(2007)， 測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 吉南和龍地區(qū)變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖及淡色偉晶花崗巖鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)表

續(xù)表2 Continued Table 2

4 測(cè)試結(jié)果

4.1 變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖(19LJ11-1)

變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖樣品(19LJ11-1)中的鋯石主要以自形柱狀為主， 少量為橢球狀或不規(guī)狀粒狀， 鋯石長(zhǎng)度主要分布在50～150 μm之間， 長(zhǎng)短軸之比在3～1之間。CL圖像顯示大部分鋯石具有典型巖漿結(jié)晶環(huán)帶的核、暗色的變質(zhì)重結(jié)晶幔及極薄的亮色變質(zhì)增生邊組成的核幔邊結(jié)構(gòu)， 部分鋯石無鋯石核， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及色調(diào)均勻， 與具有核幔邊結(jié)構(gòu)鋯石幔部相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及色調(diào)顯示了變質(zhì)重結(jié)晶鋯石的特征(圖3a)。24個(gè)具有典型振蕩環(huán)帶巖漿鋯石域分析給出的207Pb/206Pb年齡范圍在 2 541～2 489 Ma之間(表1)， 大部分分析點(diǎn)顯示了輕微的鉛丟失， 諧和性較好(圖4a； 表1)， 其加權(quán)平均年齡為2 519±6 Ma(MSWD=3.4，n=24)， 上交點(diǎn)年齡為2 535±14 Ma(MSWD=1.6， 圖4a)。20個(gè)具有均勻內(nèi)部結(jié)構(gòu)的暗色變質(zhì)重結(jié)晶鋯石域分析給出的207Pb/206Pb年齡分布在2 506～2 436 Ma之間, 大部分分析點(diǎn)顯示了不同程度的鉛丟失(圖4a； 表1)， 其加權(quán)平均年齡為2 476±7 Ma(MSWD=5.3，n=20)， 上交點(diǎn)年齡為2 495±22 Ma(MSWD=2.4， 圖4a)。具有典型巖漿鋯石振蕩環(huán)帶的鋯石域和無振蕩環(huán)帶、內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻的暗色變質(zhì)重結(jié)晶鋯石域具有類似的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線模式， 均顯示輕重稀土元素分餾明顯的左傾型模式， 富集重稀土元素而虧損輕稀土元素(圖4b， 4c)； 巖漿鋯石域具有相對(duì)較為統(tǒng)一的U及Th含量， 而變質(zhì)重結(jié)晶鋯石域相對(duì)巖漿鋯石域具有較高的、變化范圍較大的U及Th含量(圖4d， 4e)； 它們的Th/U值均大于0.1， 并且?guī)r漿鋯石域相對(duì)變質(zhì)鋯石域顯示了更高的Th/U值(表1； 圖4f)。筆者將巖漿鋯石域獲得的上交年齡2 535±14 Ma(MSWD=1.6)和變質(zhì)鋯石域獲得的上交點(diǎn)年齡2 495±22 Ma(MSWD=2.4， 圖4a)分別解釋為巖漿侵位(結(jié)晶)年齡和變質(zhì)年齡。

鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果顯示， 巖漿鋯石域和變質(zhì)重結(jié)晶域均具有極低的176Lu/177Hf值(絕大部分小于0.001)， 而且， 盡管它們具有變化的單點(diǎn)207Pb/206Pb年齡， 但它們具有較為統(tǒng)一的176Hf/177Hf值， 分別在0.281 432～0.281 289和0.281 405～0.281 329之間(表2； 圖5a)， 以及一致的巖漿結(jié)晶年齡計(jì)算的εHf(t)值， 分別在+8.35～+2.22之間(平均值5.82)和+7.10～+5.11之間(平均值6.07)(表2； 圖5b)， 兩階段虧損地幔模式年齡tDM(Hf2)平均值分別為2 721 Ma和2 707 Ma(表2； 圖5c)。該樣品的鋯石Hf同位素分析結(jié)果顯示， 巖漿鋯石域和變質(zhì)重結(jié)晶鋯石域具有統(tǒng)一的Hf同位素成分， 表明樣品中的巖漿鋯石和變質(zhì)重結(jié)晶鋯石具有形成于同一巖漿源區(qū)的初始結(jié)晶鋯石， 并經(jīng)歷了后期變質(zhì)熱事件的改造， 使它們的U-Pb體系遭受擾動(dòng)或重置， 但它們的Hf同位素未受到擾動(dòng)。

4.2 含斜方輝石(角閃石)淡色偉晶花崗巖(19LJ11-2)

含斜方輝石(角閃石)淡色偉晶花崗巖樣品(19LJ11-2)與變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖樣品(19LJ11-1)相比， 具有更為復(fù)雜的鋯石形態(tài)， 以它形、半自形柱狀為主， 部分為橢球狀， CL圖像顯示大部分呈暗色，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及色調(diào)均勻， 不含具有振蕩環(huán)的巖漿鋯石核， 整個(gè)鋯石顆粒已完全變質(zhì)重結(jié)晶， 少量鋯石具有殘留的振蕩環(huán)帶鋯石核和寬的暗色變質(zhì)重結(jié)晶邊(圖3b)。5個(gè)具有振蕩環(huán)帶的鋯石核分析給出的207Pb/206Pb年齡分布在2 480～2 451 Ma之間, 大部分分析點(diǎn)顯示了不同程度的鉛丟失(圖4g； 表1)； 20個(gè)變質(zhì)重結(jié)晶鋯石域分析給出的207Pb/206Pb年齡分布在2 525～2 459 Ma之間(表1)， 其加權(quán)平均年齡為2 478±8 Ma(MSWD=7.4，n=20)， 上交點(diǎn)年齡為2 491±10 Ma(MSWD=2.8， 圖4g)， 與變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖樣品(19LJ11-1)給出的變質(zhì)年齡一致， 并且其巖漿鋯石與變質(zhì)重結(jié)晶鋯石同樣顯示了類似的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線模式(圖4h， 4i)， 以及類似的鋯石微區(qū)U和Th含量變化范圍及Th/U值(均大于0.2)(圖4j～4l)。

鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果顯示， 它們具有極低的176Lu/177Hf值(絕大部分小于0.001)， 統(tǒng)一的176Hf/177Hf值和εHf(t)值， 分別在0.281 393～0.281 262之間和+7.13～+2.36之間(平均值+4.41)(表2； 圖5d， 5e)， 兩階段虧損地幔模式年齡tDM(Hf2)在3 029～2 614 Ma之間變化， 平均值為2 821 Ma(表2， 圖5f)。該樣品顯示了與變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖樣品類似的鋯石Hf同位素成分(表2； 圖5)。

5 討論

5.1 變質(zhì)深熔作用時(shí)間

吉南地區(qū)太古宙基底普遍經(jīng)歷了角閃巖相到麻粒巖相的高級(jí)變質(zhì)作用， 變質(zhì)深熔作用普遍而強(qiáng)烈， 因而太古宙基底樣品中的原始巖漿鋯石往往遭受了變質(zhì)深熔熱事件的改造， 具有復(fù)雜的形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 一些鋯石的CL圖像顯示它們?cè)嫉膸r漿結(jié)晶環(huán)帶部分或完全被修改(圖3)， 它們的U-Pb 體系相應(yīng)地受到擾動(dòng)或完全重置， 導(dǎo)致單個(gè)樣品往往具有變化的、寬范圍的鋯石U-Pb年齡以及不同程度的Pb丟失。本文研究的變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖樣品(19LJ11-1)中的鋯石主要可以分為兩類：一類是具有典型巖漿鋯石結(jié)晶環(huán)帶的鋯石(圖3a)， 另一類是內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻具有典型變質(zhì)重結(jié)晶鋯石特征的鋯石， 它們通常形成巖漿鋯石變質(zhì)邊或幔(圖3a)， 或整個(gè)顆粒完全變質(zhì)重結(jié)晶， 鋯石Hf同位素分析結(jié)果顯示變質(zhì)重結(jié)晶鋯石與巖漿鋯石具有統(tǒng)一的Hf同位素組成(圖5a， 5b； 表2)， 表明該樣品中的巖漿鋯石及變質(zhì)重結(jié)晶鋯石具有形成于同一巖漿源區(qū)的初始結(jié)晶鋯石， 并經(jīng)歷了后期變質(zhì)深熔熱事件的改造或變質(zhì)重結(jié)晶， 其巖漿鋯石U-Pb體系遭受了不同程度擾動(dòng)，207Pb/206Pb年齡在2 541～2 489 Ma之間變化(表1)， 其給出的加權(quán)平均年齡為2 519±6 Ma(MSWD=3.4，n=24)， 而上交點(diǎn)年齡為2 535±14 Ma(MSWD=1.6， 圖4a)， 因此， 將上交點(diǎn)年齡解釋為變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖原始巖漿結(jié)晶的年齡； 而變質(zhì)重結(jié)晶鋯石的207Pb/206Pb年齡在2 506～2 436 Ma之間變化, 大部分分析點(diǎn)顯示了不同程度的鉛丟失(圖4a； 表1)， 它們具有高的Th/U值(均>0.1)， 具有與巖漿鋯石類似的鋯石微區(qū)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線及Hf同位素成分(圖4b～4f， 圖5)， 表明其變質(zhì)重結(jié)晶可能發(fā)表在變質(zhì)作用峰期較短時(shí)間內(nèi)的高溫壓條件下(Vavraetal., 1999； Whitehouse and Kamber， 2002； Harley and Kelly， 2007； Harleyetal., 2007)，其加權(quán)平均年齡為2 476±7 Ma(MSWD=5.3，n=20)， 上交點(diǎn)年齡為2 495±22 Ma(MSWD=2.4， 圖4a)， 筆者將其上交點(diǎn)年齡2 495±22 Ma(MSWD=2.4， 圖4a)解釋為變質(zhì)重結(jié)晶年齡。淡色偉晶花崗巖樣品(19LJ11-2)大部分為變質(zhì)重結(jié)晶鋯石， 具有振蕩環(huán)帶的巖漿鋯石核通常被寬厚的變質(zhì)重結(jié)晶鋯石所包圍(圖3b)， 指示鋯石遭受了更強(qiáng)烈的改造或重置， 其5個(gè)巖漿鋯石域的207Pb/206Pb年齡分布在2 480～2 451 Ma之間， 顯示了較差的諧和性， 20個(gè)變質(zhì)重結(jié)晶鋯石的207Pb/206Pb年齡在2 525～2 459 Ma之間變化(表1)， 它們與變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖樣品的變質(zhì)重結(jié)晶鋯石一樣， 具有高的Th/U值(均>0.1)， 與巖漿鋯石類似的鋯石微區(qū)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線及Hf同位素組成(圖4h～4l， 圖5)， 表明其經(jīng)歷了在較短時(shí)間內(nèi)高溫壓條件下發(fā)生的變質(zhì)重結(jié)晶， 其加權(quán)平均年齡為2 478±8 Ma(MSWD=7.4，n=20)， 上交點(diǎn)年齡為2 491±10 Ma(MSWD=2.8， 圖4g)， 后者代表其變質(zhì)重結(jié)晶的年齡。變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖樣品和淡色偉晶花崗巖樣品中變質(zhì)重結(jié)晶鋯石給出了在誤差范圍內(nèi)統(tǒng)一的上交點(diǎn)年齡2 495±22 Ma(MSWD=2.4)和2 491±10 Ma(MSWD=2.8)， 表明研究區(qū)變質(zhì)深熔作用發(fā)生的時(shí)間為約～2.5 Ga， 與吉南地區(qū)以及華北克拉通其它地區(qū)新太古代末變質(zhì)深熔事件年齡一致(Zhaoetal., 1999， 2005； Guoetal., 2016， 2017， 2018； Yuetal., 2021)。

5.2 石英閃長(zhǎng)巖原地深熔作用及深熔機(jī)制

研究區(qū)太古宙基底廣泛分布的長(zhǎng)英質(zhì)淺色體及淡色花崗巖通常被認(rèn)為是地殼深熔作用的產(chǎn)物， 它要么是寄主(或圍巖)巖石的原地熔融， 要么是外來深熔熔體的注入。野外露頭觀察顯示， 深熔作用形成的長(zhǎng)英質(zhì)淺色體在變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖中呈不規(guī)則網(wǎng)脈、與剪切面理平行的細(xì)脈， 并與暗色變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖構(gòu)成淺色和暗色相間分布的條帶狀構(gòu)造， 花崗質(zhì)團(tuán)塊狀或薄迷霧狀分布在變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖中， 具有混合巖化的特征(圖2b)； 此外， 一些長(zhǎng)英質(zhì)淺色體在變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖內(nèi)的破裂面分布， 粒度明顯變粗(圖2c)， 隨著長(zhǎng)英質(zhì)淺色體的增加， 呈偉晶花崗質(zhì)巖脈出露， 內(nèi)部含有斜方輝石和角閃石巨晶集合體， 并且它們與暗色變質(zhì)石英閃長(zhǎng)質(zhì)圍巖呈漸變關(guān)系(圖2a， 2d)。巖相學(xué)分析顯示， 暗色變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖中的斜長(zhǎng)石、角閃石及黑云母巖相學(xué)特征均指示它們經(jīng)歷了部分熔融作用(圖2e～2g)， 這些早期殘余礦物之間分布有以鉀長(zhǎng)(微斜長(zhǎng)石)、斜長(zhǎng)石及石英為主的淺色礦物(圖2g)， 代表變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖部分熔融熔體的結(jié)晶礦物。此外， 變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖(樣品19LJ11-1)與淡色偉晶花崗巖(樣品19LJ11-2)具有相同的巖漿鋯石和變質(zhì)重結(jié)晶鋯石U-Pb年齡信息(圖4a， 4g； 表1)； 并且， 無論巖漿鋯石還是變質(zhì)重結(jié)晶鋯石， 它們的U、Th、微量元素含量及Th/U值變化范圍均分別可以對(duì)比(圖4)， 尤其它們具有統(tǒng)一的鋯石Hf同位素組成(圖5； 表2)， 表明淡色偉晶花崗巖源自變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖的部分熔融。因此， 根據(jù)變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖與長(zhǎng)英質(zhì)淺色體及淡色花崗巖的野外地質(zhì)特征、相互關(guān)系、巖相學(xué)特征及鋯石U-Pb年代學(xué)、微量元素及Hf同位素的精細(xì)對(duì)比分析， 推斷變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖中的長(zhǎng)英質(zhì)淺色體及含斜方輝石(角閃石)的淡色偉晶花崗巖均源自石英閃長(zhǎng)巖的原地部分熔融。

變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖及含斜方輝石角閃石淡色偉晶花崗巖的巖相學(xué)分析顯示， 變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖中參與部分熔融的礦物為角閃石、黑云母、斜長(zhǎng)石及石英(圖2e～2g)， 代表熔融產(chǎn)物的淡色花崗巖的主要礦物組合為鉀長(zhǎng)石、斜方輝石(轉(zhuǎn)熔礦物)、石英及少量斜長(zhǎng)石(圖2h， 2i)， 熔融作用形成的長(zhǎng)英質(zhì)淺色體及淡色花崗巖主要分布在張性構(gòu)造中(如裂隙或破裂面)， 淡色偉晶花崗巖呈塊狀構(gòu)造， 礦物無優(yōu)選方位， 結(jié)合變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖及淡色偉晶花崗巖中的礦物組合， 指示其部分熔融的壓力較低； 根據(jù)變質(zhì)基性巖及安山質(zhì)閃長(zhǎng)巖的熔融實(shí)驗(yàn)及相關(guān)研究(Beard and Lofgren， 1991； Wolf and Wyllie， 1994； Aranovichetal., 2014； Newtonetal., 2014)， 在石英閃長(zhǎng)巖的部分熔融過程中黑云母及角閃石等含水礦物發(fā)生脫水形成花崗質(zhì)熔體， 其部分熔融反應(yīng)可能為：黑云母+角閃石+斜長(zhǎng)石+石英= 斜方輝石+鉀長(zhǎng)石+熔體。野外地質(zhì)特征表明， 熔體沿裂隙、剪切面理， 張性破裂帶分凝聚集并結(jié)晶， 形成長(zhǎng)英質(zhì)淺色體或淡色花崗巖脈體或巖塊(圖2b， 2c)， 隨著熔體的不斷增加， 彼此獨(dú)立的熔體將會(huì)相互聯(lián)通、聚集并增溫， 形成淡色偉晶花崗巖， 并在結(jié)晶冷卻過程中伴有轉(zhuǎn)熔礦物斜方輝石與熔體反應(yīng)形成角閃石(Brown， 2007， 2013； Clemens and Stevens， 2016； 圖2a， 2d)。華北克拉通在新太古代末約2.55～2.50 Ga期間經(jīng)歷了準(zhǔn)同期的巨量花崗質(zhì)(TTG)巖石的形成和角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用， 麻粒巖相變質(zhì)作用具有逆時(shí)針p-T軌跡， 被認(rèn)為可能與幔源巖漿的底侵有關(guān)(Zhaoetal., 1999， 2005； 耿元生等， 2010)。本文研究的吉南地區(qū)， 太古宙基底巖石在新太古代末經(jīng)歷了角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用， 麻粒巖相變質(zhì)作用具有逆時(shí)針p-T軌跡(葛文春等， 1993； Geetal., 2003)， 紫蘇花崗巖及深熔作用形成的淡色鉀質(zhì)花崗巖廣泛分布(葛文春等， 1996a， 1996b； 孫德有等， 1998； Guoetal., 2016， 2017， 2018； Yuetal., 2021)。因此， 吉南地區(qū)新太古代末約2.5 Ga廣泛發(fā)生的變質(zhì)深熔作用同華北克拉通其它地區(qū)一樣， 可能是地幔物質(zhì)底侵作用的結(jié)果。新太古代末-古元古代早期被認(rèn)為是華北克拉通構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時(shí)期(Zhai and Santosh， 2011； Zhao and Zhai， 2013)， 華北克拉通東部塊體新太古代末普遍經(jīng)歷了具有逆時(shí)針p-T軌跡的變質(zhì)作用和深熔作用(賀同興， 1987； Zhaoetal., 1999， 2005； Zhaietal., 2005； 程裕淇等， 2000， 2001， 2004； 任留東等， 2011； Dongetal., 2017； Wangetal., 2017； Jiangetal., 2021； Yuetal., 2021)， 可能反映了華北克拉通東部陸塊在形成穩(wěn)定克拉通過程中地幔物質(zhì)上涌的熱效應(yīng)。

6 結(jié)論

(1) 野外及巖相學(xué)特征表明， 石英閃長(zhǎng)巖經(jīng)歷了變質(zhì)深熔作用， 其部分熔融反應(yīng)為：黑云母+角閃石+斜長(zhǎng)石+石英 = 斜方輝石+鉀長(zhǎng)石+熔體， 并伴有轉(zhuǎn)熔礦物斜方輝石與熔體反應(yīng)形成角閃石。

(2) 變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖與長(zhǎng)英質(zhì)淺色體及淡色偉晶花崗巖的野外地質(zhì)特征、相互關(guān)系、巖相學(xué)特征及鋯石U-Pb年代學(xué)、微量元素及Hf同位素的精細(xì)對(duì)比分析， 表明變質(zhì)石英閃長(zhǎng)巖中的長(zhǎng)英質(zhì)淺色體及淡色偉晶花崗巖均源自石英閃長(zhǎng)巖的原地部分熔融。

(3) 變質(zhì)深熔作用發(fā)生的時(shí)間為～2.5 Ga， 與吉南地區(qū)以及華北克拉通其它地區(qū)新太古代末變質(zhì)深熔事件年齡一致， 可能反映了華北克拉通東部陸塊在形成穩(wěn)定克拉通過程中地幔物質(zhì)上涌的熱效應(yīng)。

致謝在野外考察中， 與香港大學(xué)的趙國(guó)春教授、北京大學(xué)的魏春景教授及吉林大學(xué)的葛文春教授開展了交流討論， 使作者受益匪淺， 在此表示衷心的感謝！周喜文研究員在野外和成文過程中提供了幫助及交流探討， 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所郭春麗研究員在鋯石Hf同位素測(cè)試中提供了幫助， 論文審稿人給出了良好的修改建議， 在此一并表示衷心的感謝！

謹(jǐn)以此文祝賀沈其韓院士百歲壽誕， 感謝先生對(duì)本人從事前寒武紀(jì)地質(zhì)研究所給予的鼓勵(lì)和指導(dǎo)！并向先生的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度和在前寒武紀(jì)地質(zhì)學(xué)及變質(zhì)地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)致敬！先生平易近人、謙遜睿智、桃李不言、下自成蹊， 祝先生福如東海， 壽比南山！