魯西地區(qū)新太古代晚期正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖成因及地質(zhì)意義

楊 帆，陳岳龍，于 洋

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

0 引 言

最新研究表明，中—新太古代(～3.0～2.5 Ga)是全球大陸地殼形成與演化的關(guān)鍵時(shí)期， 大陸地殼中以富鈉TTG巖石(英云閃長(zhǎng)巖-奧長(zhǎng)花崗巖-花崗閃長(zhǎng)巖)為主的巖石組合轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅扛烩浕◢弾r(根據(jù)QAP分類應(yīng)為正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖)和鈣堿性火山巖組合，這些富鉀花崗巖與周圍富鈉TTG巖石和變質(zhì)火山巖呈侵入接觸關(guān)系，表明太古宙花崗巖類的成分由富鈉系列向富鉀系列轉(zhuǎn)變[1-4]。Laurent等將太古宙花崗巖的原巖分為4類：(1)由含水基性巖部分熔融形成大量TTG巖石；(2)板片熔體與地幔楔熔融形成的贊岐巖；(3)由TTG巖石與變沉積巖混合熔融形成的黑云母、二云母花崗巖；(4)具3類混合特征的鉀質(zhì)花崗巖[5-6]。這些鉀質(zhì)花崗巖的巖漿侵位時(shí)間較短，一般發(fā)生于TTG巖漿侵位后[5]。因此，新太古代鉀質(zhì)花崗巖的成因研究，對(duì)認(rèn)識(shí)新太古代殼-幔相互作用和早期大陸地殼形成、演化的地球動(dòng)力學(xué)過程至關(guān)重要。

華北克拉通的古老地質(zhì)特征被晚新太古代巖漿-構(gòu)造-熱事件強(qiáng)烈疊加，產(chǎn)生了大量多樣化的花崗巖組合[7-13]，是研究新太古代花崗巖類多樣性和大陸地殼演化成因的理想?yún)^(qū)域。太古宙富鈉花崗巖和富鉀花崗巖的形成時(shí)間在每個(gè)克拉通中不同，鋯石年齡數(shù)據(jù)表明這些花崗巖主要在兩次地殼形成事件中形成，即主要由TTG巖石記錄的～2.7 Ga和～2.5 Ga的構(gòu)造熱事件[14-20]。華北克拉通與世界其他克拉通的主要不同之處在于，在～2.5 Ga時(shí)形成了一個(gè)強(qiáng)烈而廣泛的構(gòu)造熱事件，而發(fā)生克拉通化[14-15]。對(duì)于新太古代鉀質(zhì)花崗巖的成因解釋，目前主要有4種解釋：(1)變質(zhì)沉積巖的部分熔融[21-22]；(2)變質(zhì)玄武巖的部分熔融[23]；(3)TTG巖石的重熔[24-26]；(4)板片熔體與富集地幔熔融形成贊岐巖時(shí)導(dǎo)致豐富的水和鉀釋放到周圍環(huán)境，發(fā)生英云閃長(zhǎng)巖向花崗閃長(zhǎng)巖轉(zhuǎn)變，通過花崗閃長(zhǎng)巖部分熔融形成富鉀熔體[25]。鉀質(zhì)花崗巖作為太古宙克拉通最終穩(wěn)定的產(chǎn)物，對(duì)于鉀質(zhì)花崗巖的研究是了解早期大陸地殼形成與演化的一個(gè)重要途徑。盡管TTG巖石的部分熔融形成鉀質(zhì)花崗巖這一解釋已被許多研究者所接受，但它們的鉀含量較TTG巖石更高，仍需要進(jìn)一步分析研究。魯西地區(qū)位于華北克拉通東部，魯西花崗巖-綠巖帶是一個(gè)重要的結(jié)晶基底[27]，魯西地區(qū)同時(shí)發(fā)育～2.7 Ga和～2.5 Ga的構(gòu)造熱事件，保留了～2.7～2.5 Ga完整的地質(zhì)特征和豐富的花崗巖[28-29]。因此，魯西地區(qū)是深入研究這些鉀質(zhì)花崗巖形成機(jī)制的理想地區(qū)。

本文介紹了魯西地區(qū)西南部鉀質(zhì)花崗巖的野外及鏡下巖石特征、鋯石U-Pb年齡與Lu-Hf同位素和全巖地球化學(xué)特征，其目的是：(1)確定魯西地區(qū)正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的形成時(shí)間；(2)模擬計(jì)算該區(qū)正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的巖漿成因；(3)更好地了解魯西地區(qū)新太古代晚期的構(gòu)造背景與構(gòu)造體制。

1 地質(zhì)背景與巖石學(xué)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

華北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，其最古老的巖漿記錄可以追溯到～3.8 Ga[30-32]。目前普遍接受的觀點(diǎn)是華北克拉通由西部陸塊、東部陸塊和中央造山帶組成，它們最終穩(wěn)定在～1.85 Ga[33]。然而，近期部分學(xué)者提出另一個(gè)模型，即華北克拉通(NCC)是由7個(gè)微塊體組成，它們?cè)凇?.7～2.6 Ga和～2.5 Ga兩個(gè)階段聚集[33-36]。華北克拉通太古宙地質(zhì)演化在很大程度上與TTG巖石密切相關(guān)，新太古代TTG巖石廣泛分布，是陸殼增生最重要時(shí)期的巖漿產(chǎn)物。根據(jù)已有研究表明，華北克拉通中太古代以前的主要構(gòu)造機(jī)制是板底墊托或地幔翻轉(zhuǎn)作用，新太古代晚期板塊構(gòu)造體制可能已起作用[14-15,27,29]。

新太古代是一個(gè)重要的大陸形成時(shí)期，分為～2.7 Ga和～2.5 Ga兩個(gè)時(shí)期[37-38]，其中～2.7 Ga的構(gòu)造熱事件在全球許多克拉通中發(fā)生，而～2.5 Ga僅在幾個(gè)克拉通中發(fā)現(xiàn)，如格陵蘭西南部、南極洲、印度南部和華北克拉通[15,39]。華北克拉通～2.5 Ga的構(gòu)造熱事件幾乎影響了整個(gè)克拉通，該～2.5 Ga的構(gòu)造熱事件出現(xiàn)了新生地殼的增生和古老地殼的改造，由于地殼的改造作用，華北克拉通新太古代晚期出現(xiàn)大量正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖[15]。

魯西地區(qū)是華北克拉通東部的一個(gè)重要地區(qū)，它是唯一一個(gè)對(duì)～2.70 Ga的表殼巖進(jìn)行了可靠定年的地區(qū)[27]。根據(jù)區(qū)域變質(zhì)記錄和巖漿活動(dòng)，魯西地區(qū)新太古代構(gòu)造演化被分為新太古代早期(～2.76～2.60 Ga)和新太古代晚期(～2.60～2.50 Ga)兩個(gè)事件[27]。魯西(WSP)花崗-綠巖帶大致為北西—南東方向延伸，根據(jù)巖石形成年齡和類型劃分為3個(gè)帶(圖1)[27]：①A帶位于魯西地區(qū)東北部，包含大量～2.54～2.50 Ga的花崗閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖和～2.58～2.47 Ga的混合巖，保存有～2.56～2.50 Ga的表殼巖[14-15,40-41]；②B帶位于中部，主要由～2.75～2.60 Ga的表殼巖和TTG巖石組成，同時(shí)也具有～2.54～2.50 Ga的花崗巖[14,18,42]；③C帶位于西南部，由～2.55～2.50 Ga的巖石組成，主要由表殼巖、TTG巖石、一些花崗巖和閃長(zhǎng)巖組成。本研究的正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖位于C帶中，C帶存在～2.55 Ga的表殼巖(主要為條帶狀鐵建造)，TTG巖石(主要為花崗閃長(zhǎng)巖)在～2.56～2.50 Ga期間侵位，并被～2.54～2.53 Ga的正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖和石英閃長(zhǎng)巖侵入[4,14-15,43]。此外，C帶存在富集地幔源形成的贊岐巖和高鎂埃達(dá)克巖、由板片俯沖形成的高Ba-Sr花崗巖和埃達(dá)克巖，它們的形成年齡為～2.54～2.51 Ga[43-45]，根據(jù)這些巖石的地球化學(xué)及年代學(xué)數(shù)據(jù)，反映了俯沖過程的影響。

表1 采樣位置及樣品巖性

1.2 巖石學(xué)特征

從魯西地區(qū)西南部C帶采集了6件代表性巖石樣品，在花崗巖分類圖(圖2)中3件樣品落在正長(zhǎng)花崗巖區(qū)域(TA1801-1、TA1808-1、TA1818)，3件樣品落在二長(zhǎng)花崗巖區(qū)域(TA1808-2、TA1809、TA1817)。具體采樣位置以及采樣點(diǎn)見圖1、表1，野外及鏡下照片見圖3。本文樣品采自于平邑—鄭家峪剖面、龐莊—城前鎮(zhèn)剖面和東郭鎮(zhèn)—店子鎮(zhèn)—城前鎮(zhèn)一帶，在中細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖(TA1801-1)采集點(diǎn)出露兩套不同巖性的巖石(圖3a)，一套為風(fēng)化嚴(yán)重的強(qiáng)片麻狀TTG巖石，其被中細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖(圖3b)侵入。在細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖(TA1808-1)和弱片麻狀似斑狀二長(zhǎng)花崗巖(TA1808-2)的采集點(diǎn)可見中粗粒弱片麻狀似斑狀二長(zhǎng)花崗巖被后期的無定向細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖侵入(圖3c)。對(duì)6件樣品進(jìn)行顯微鏡下觀察，選取典型巖石拍照如圖3d-f，樣品礦物種類及含量接近，主要由鉀長(zhǎng)石(35%～45%)、斜長(zhǎng)石(10%～30%)、石英(25%～35%)和黑云母(～5%)組成，其中中細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖(TA1801-1，圖3d)鉀長(zhǎng)石含量較高，為55%～60%，斜長(zhǎng)石含量較少，為5%～10%。鉀長(zhǎng)石呈半自形板狀、它形粒狀，斜長(zhǎng)石呈近半自形板狀、它形粒狀，石英呈它形粒狀，黑云母呈片狀。樣品主要區(qū)別在于粒度大小和風(fēng)化程度不同，片麻狀二長(zhǎng)花崗巖樣品具有明顯的定向性。

2 分析方法

2.1 全巖地球化學(xué)

對(duì)所有巖石樣品去除表面風(fēng)化，選擇新鮮的樣品在瑪瑙球磨機(jī)中粉碎磨制成約200目粉末。

全巖主量、微量元素分別在澳實(shí)分析檢測(cè)有限公司和南京聚譜公司完成測(cè)試。分別用X射線熒光光譜法(XRF)和電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)對(duì)全巖主要氧化物和微量元素含量進(jìn)行了分析。在1 050 ℃下加熱樣品粉末30 min后，通過測(cè)量質(zhì)量損失來確定燒失量(LOI)。對(duì)于主要氧化物，樣品粉末與四硼酸鋰混合，在1 100 ℃下在Pt-Au坩堝中熔融20～40 min。然后在坩堝中冷卻熔體，并將所得圓片進(jìn)行分析。對(duì)于微量元素，樣品粉末按以下步驟進(jìn)行預(yù)處理：將粉末精確稱重(25 mg)到Savillex Teflon燒杯中，并將其放置在含有1∶1的HF和HNO3混合物的聚四氟乙烯高壓彈中，在80 ℃下加熱24 h，然后蒸發(fā)；在蒸發(fā)后向每個(gè)燒杯中添加1.5 ml的HNO3、1.5 ml的HF和0.5 ml的HClO4。將燒杯加蓋，在180 ℃的高溫烘箱中烘烤48 h或更長(zhǎng)時(shí)間，直到粉末完全消化。最后，用1%的HNO3將溶液稀釋至50 ml進(jìn)行測(cè)量。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)GSR-2(安山巖)、GSR-3(玄武巖)和GSR-15(角閃巖)確定分析準(zhǔn)確度與精密度。主要氧化物絕大部分相對(duì)誤差<1%，大多數(shù)微量元素(>10 μg/g)的分析精度優(yōu)于5%，<10 μg/g的分析精度優(yōu)于8%～10%。

2.2 鋯石U-Pb定年分析

在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鋯石挑選，采用常規(guī)重液與磁技術(shù)分離鋯石顆粒，并在雙目顯微鏡下手工挑選>25 μm的非磁性組分。每個(gè)樣品隨機(jī)挑選超過20粒并安裝在環(huán)氧樹脂中。這些顆粒按照宋彪等[48]所描述的方法進(jìn)行拋光。在分析之前，使用Chroma CI RGB系統(tǒng)通過掃描電子顯微鏡(日立S-3000 N，10 kV)獲得陰極發(fā)光(CL)圖像。

在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心完成鋯石U-Pb定年測(cè)試分析。利用LA-Q-ICP-MS同時(shí)進(jìn)行了鋯石U-Pb定年和微量元素分析。Geo-las Pro激光燒蝕系統(tǒng)用于激光采樣。侯可軍等[49]描述了激光燒蝕系統(tǒng)和ICP-MS儀器的詳細(xì)操作條件和數(shù)據(jù)處理方法。所有樣品均采用直徑為30 μm的激光束。使用標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1 (609 Ma，U=230 μg/g，Th=15 μg/g)[50]作U-Pb年齡測(cè)定的外部標(biāo)準(zhǔn)。通過分析NIST SRM610校準(zhǔn)微量元素濃度[51]。U、Th和Pb濃度通過NIST 610校正。鋯石Plesovice作為未知樣品，其測(cè)定的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(337±2) Ma(2σ，n=27)，與推薦值(337.13±0.37) Ma (2σ)在誤差范圍內(nèi)一致[52]。利用ICP-MS DataCal完成脫機(jī)數(shù)據(jù)的選擇、信號(hào)分析、時(shí)間漂移校正和U-Pb年齡定量校正[49,51]。通過ISOPLOT軟件制作U-Pb諧和圖[53]。

2.3 鋯石Hf同位素分析

在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心完成Lu-Hf同位素分析。根據(jù)鋯石U-Pb年齡的分布、粒度(>30 μm)和U-Pb年齡一致性(>90%)，在同一年齡結(jié)構(gòu)域獲測(cè)定鋯石的Lu-Hf同位素組成。使用NewWave UP193 nm激光燒蝕和Neptune型多接受電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)對(duì)6組樣品進(jìn)行分析。儀器條件和數(shù)據(jù)采集詳細(xì)描述見文獻(xiàn)[54]。根據(jù)燒蝕區(qū)域的大小，選擇激光束直徑為50 μm或35 μm。采用176Lu/175Lu=0.026 58和176Yb/173Yb=0.796 218分別校正176Lu和176Yb對(duì)176Hf的干擾，儀器質(zhì)量分餾校正過程中將Yb和Hf同位素比值分別標(biāo)準(zhǔn)化至172Yb/173Yb=1.352 74和179Hf/177Hf=0.732 5[55]。由于Lu與Yb具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)，因此假設(shè)Lu的質(zhì)量分餾行為與Yb相同，質(zhì)量分餾校正方案見文獻(xiàn)[49]。分析過程中以鋯石GJ1作為標(biāo)樣，其加權(quán)平均176Hf/177Hf比值為0.282 006±0.000 03 (2σ，n=13)， 與Elhlou等[56]分析得出176Hf/177Hf比值為0.282 013±19 (2σ)，在誤差范圍內(nèi)一致。

3 巖石地球化學(xué)

3.1 全巖地球化學(xué)

樣品主量元素、微量元素和稀土元素組成如表2所示。樣品整體呈現(xiàn)高SiO2(72.16%～76.64%)、K2O (7.56%～7.67%)，低Al2O3(12.96%～14.30%)、P2O5(0.01%～0.05%)、CaO (0.55%～1.08%)、MgO (0.12%～0.29%)含量。其Na2O含量為2.60%～3.87%，具有高K2O/Na2O比值(1.18～2.95)。在K2O-Na2O-CaO三角圖中，多數(shù)樣品落在含黑云母花崗巖的范圍內(nèi)(圖4(a))。在K2O-SiO2關(guān)系圖中，樣品總體呈高鉀鈣堿性(圖4(b))。在A/NK-A/CNK圖中，樣品落在過鋁質(zhì)區(qū)域(A/CNK值為1.09～1.16，圖4(c))。樣品TFe2O3(0.72%～1.45%)、V (6.20～13.16 μg/g)、Cr (0.50～6.44 μg/g)和Co (0.75～1.48 μg/g)含量低，Mg#值低(Mg#=100×Mg/(Mg+TFe))，在21～23之間。樣品總體呈現(xiàn)過鋁質(zhì)、富鉀、鈣堿性巖漿巖的特征。

正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖如圖5所示。樣品稀土元素總量變化范圍大(ΣREE=26.24～161.7 μg/g)，除樣品TA1801-1外，總體低于平均上地殼水平(148.1 μg/g)和全球平均地殼水平(106.1 μg/g)。樣品輕、重稀土元素分餾明顯(LREE/HREE=10.4～20.4)，高于全球平均地殼水平(7.0)[57]，在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖中可見曲線總體表現(xiàn)為右傾的趨勢(shì)(圖5(a))，正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖基本落在～2.70 Ga的TTG巖石區(qū)域。正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖樣品(La/Yb)N、(La/Sm)N、(Gd/Yb)N比值分別為6.25～37.7、3.43～9.24、1.05～1.84，總體高于地殼平均水平(La/Yb)N(7.1)、(La/Sm)N(3.2)、(Gd/Yb)N(1.6)[57]。除弱片麻狀似斑狀二長(zhǎng)花崗巖(TA1808-2)外(δEu=1.63)，大部分樣品表現(xiàn)出Eu負(fù)異常(δEu=0.53～0.85，圖5(a))。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖5(b))中，這些樣品的特征是富集Rb、K、Zr和Hf，明顯虧損Ba、Nb、Ta、Ti和P，與～2.70 Ga的TTG巖石相似。樣品Nb/Ta比值為7.1～10.0，Sr/Y比值范圍較大(9.8～108.9)。

3.2 鋯石U-Pb年齡

本文對(duì)2個(gè)二長(zhǎng)花崗巖(TA1808-2、TA1817)中的鋯石共40個(gè)點(diǎn)進(jìn)行U-Pb年齡測(cè)定，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表3所示，U-Pb諧和圖及代表性鋯石顆粒陰極發(fā)光圖如圖6所示。

鋯石自形程度較高，呈短柱狀至長(zhǎng)柱狀，弱片麻狀似斑狀二長(zhǎng)花崗巖(TA1808-2)中的長(zhǎng)度范圍為80～130 μm，長(zhǎng)寬比介于1.5:1～2.7:1之間；細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖(TA1817)中的長(zhǎng)度范圍為90～135 μm，長(zhǎng)寬比在1.3:1～2.4:1之間。在鋯石CL圖(圖6)中可見，鋯石具有完整晶形，多數(shù)鋯石晶體干凈透明，少數(shù)鋯石顆粒有裂紋和包裹體，從鋯石結(jié)構(gòu)分析，部分顆?？赡茉馐苤亟Y(jié)晶作用，大部分鋯石具有振蕩環(huán)帶，部分鋯石顆粒發(fā)育核-邊結(jié)構(gòu)。對(duì)樣品選擇環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育和核-邊不同的結(jié)構(gòu)域進(jìn)行U-Pb年齡分析，結(jié)果表明TA1808-2樣品的鋯石Th/U比值介于0.43～2.53之間，TA1817樣品的鋯石Th/U比值介于0.32～3.76之間(表3)，結(jié)合樣品高Th/U比值和鋯石CL結(jié)構(gòu)特征分析表明其屬于典型的巖漿成因[59]。

表3 魯西地區(qū)二長(zhǎng)花崗巖U-Pb分析結(jié)果

二長(zhǎng)花崗巖(TA1808-2)樣品年齡如圖6(a)所示，得到207Pb/206Pb的年齡變化范圍介于(3 157±26)～(2 553±26) Ma之間，上交點(diǎn)年齡為(2 547±17) Ma(MSWD=0.72)，含有(2 917±39)～(3 150±26) Ma的鋯石年齡，應(yīng)為繼承鋯石(點(diǎn)01、06、11)。

二長(zhǎng)花崗巖(TA1817)樣品的 U-Pb年齡如圖6(b)所示，其207Pb/206Pb年齡變化范圍介于(2 706±27)～(2 567±32) Ma之間，上交點(diǎn)年齡為(2 559±20) Ma(MSWD=0.42)，(2 664±25) Ma和(2 706±27) Ma應(yīng)代表繼承鋯石年齡(點(diǎn)8、10)。

本文的兩組樣品年齡數(shù)據(jù)全部落在不一致線上，表明樣品已發(fā)生不同程度的鉛損失，因此其上交點(diǎn)年齡只能作為巖石結(jié)晶年齡的參考值。萬渝生等[15]在魯西地區(qū)西南部進(jìn)行大量正長(zhǎng)花崗巖鋯石U-Pb年齡測(cè)試，得到高質(zhì)量的U-Pb諧和年齡，其U-Pb平均年齡為(2 533±8) Ma，Yu等[67]在區(qū)域中獲得二長(zhǎng)花崗巖結(jié)晶年齡為～2 541～2 513 Ma，因此～2 540～2 530 Ma應(yīng)代表正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的結(jié)晶年齡。

3.3 鋯石Hf同位素分析結(jié)果

表4 魯西地區(qū)二長(zhǎng)花崗巖鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)

綜合以上數(shù)據(jù)可以推斷，形成這些鋯石的巖漿可能來自同一系列的巖漿，在樣品結(jié)晶年齡與εHf(t)值關(guān)系圖中，數(shù)據(jù)點(diǎn)接近球粒隕石演化線，表明這組巖石的巖漿源區(qū)新生地殼物質(zhì)占很大比例，但存在再循環(huán)的古老地殼組分。本文樣品與～2.50 Ga的富鉀花崗巖和～2.70 Ga的TTG巖石演化線接近[40,66,71](圖7)，表明區(qū)域中～2.70 Ga的TTG巖石可能為本文正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的形成提供了物源。

4 討 論

4.1 蝕變影響

魯西地區(qū)太古宙巖石一般經(jīng)歷了綠片巖-低角閃巖相變質(zhì)作用，從WSP巖層中采集的巖石可能經(jīng)歷了不同程度的巖漿后期蝕變與交代作用[15,27,72]。因此，在討論巖石成因等問題之前，須進(jìn)行元素活動(dòng)性判定。

本文正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的LOI值為0.43%～0.86%，低于Polat等建立的標(biāo)準(zhǔn)(LOI<6%)[73-74]。樣品中Ce無明顯異常(0.67～1.57，δCe=CeN/(LaN×PrN)0.5，圖5(b))，表明后期蝕變對(duì)其原始特征沒有明顯影響。選擇穩(wěn)定的Zr元素進(jìn)行元素活動(dòng)性判定[75]，得到稀土元素(La、Sm、Y、Yb)和高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Hf)與Zr呈正相關(guān)，大離子親石元素(Sr、Rb、Ba)與Zr無明顯線性關(guān)系，表明大離子親石元素在后期蝕變作用中發(fā)生了移動(dòng)。因此，在后文分析巖石成因時(shí)僅使用稀土元素、高場(chǎng)強(qiáng)元素。

4.2 巖石成因分析

根據(jù)上文對(duì)正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖主量元素的分析，其總體呈現(xiàn)鈣堿性、過鋁質(zhì)的巖石學(xué)特征(圖4)。除此之外，正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖還表現(xiàn)出分餾的稀土分布型式((La/Yb)N=6.25～37.7，圖5(a))，富集Rb、K、Zr和Hf，明顯虧損Ba、Nb、Ta、Ti和P(圖5(b))，具有高Sr (102～304 μg/g)、低Y (2.79～14.5 μg/g)和Yb (0.35～2.07 μg/g)含量的特征，這也導(dǎo)致了其高Sr/Y比值(平均值為47.1)，這些特征類似于魯西地區(qū)同時(shí)期形成的埃達(dá)克巖、贊岐巖和～2.70 Ga的TTG類巖石[43-45,64-67,76-77]。然而，本文正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖均具有高A/CNK值以及低Mg#值和P2O5含量，與研究區(qū)新太古代晚期埃達(dá)克巖和贊岐巖有較明顯區(qū)別[44-45]。

本文正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖具有高SiO2含量，高K2O/Na2O，低MgO含量及過渡金屬(V、Cr、Co)含量，結(jié)合其過鋁質(zhì)地球化學(xué)特征表明其中有古老地殼來源組分。這些巖石的εHf(t)值落入?yún)^(qū)域早期～2.70 Ga的TTG巖石演化范圍內(nèi)(圖7)，含有早期～2.70 Ga的繼承/捕獲鋯石(表3)，且?guī)r石地球化學(xué)特征，如稀土分布型式，高Sr/Y比值與區(qū)域～2.70 Ga的TTG巖石相似[64-67,71]，表明巖石源區(qū)主要由區(qū)域內(nèi)早期的TTG巖石貢獻(xiàn)。然而單純TTG巖石部分熔融形成熔體的K2O/Na2O比值一般低于1.5[78]，本文正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的高K2O/Na2O(高達(dá)2.95)表明其源區(qū)除～2.70 Ga的TTG巖石外，還存在更富鉀的成分參與這些正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的形成。正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖具有高A/CNK值(均>1)的過鋁質(zhì)特征(圖4(c))，顯示出低P2O5(0.01%～0.05%)含量，并與SiO2含量呈負(fù)相關(guān)，表明它們不是來自成熟的沉積巖(例如泥質(zhì)巖)[79]。Wan等[15]根據(jù)稀土總量、(La/Yb)N比值和δEu值將新太古代晚期正長(zhǎng)花崗巖分為3種類型，本文正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的微量元素特征接近其中的1型((La/Yb)N=2.5～18.7，δEu=0.14～0.54，Ba虧損)和2型((La/Yb)N=20～108，δEu=0.2～0.67，Ba強(qiáng)虧損)正長(zhǎng)花崗巖，暗示除TTG巖石外，變質(zhì)沉積巖可能參與正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的形成。

對(duì)于本文正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖，我們通過模擬計(jì)算，認(rèn)為下地殼(新生地殼)發(fā)生部分熔融后，與早期形成的、經(jīng)地殼再循環(huán)作用進(jìn)入中下地殼的變質(zhì)沉積巖(古老地殼)發(fā)生部分熔融，二者的混合作用形成正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖漿，變質(zhì)表殼巖的參與提供了更富鉀的成分。

(1)

(2)

4.3 構(gòu)造背景分析

WSP新太古代晚期廣泛存在區(qū)域巖漿活動(dòng)，Yu等[67]將WSP新太古代晚期巖漿事件分為兩個(gè)巖漿階段，即早期(～2.56～2.54 Ga)巖漿活動(dòng)主要分布于WSP中部的B帶，晚期(～2.54～2.49 Ga)巖漿作用從B帶擴(kuò)展至整個(gè)WSP。對(duì)于新太古代晚期WSP大規(guī)模構(gòu)造熱事件一直存在爭(zhēng)議。部分學(xué)者提出以逆時(shí)針P-T-t變質(zhì)軌跡的麻粒巖相為代表的地幔柱模式[82-85]，還有學(xué)者提出以與島弧相關(guān)的巖石組合為代表的板塊俯沖模式[14-15,45,86-87]。然而，已有研究表明弧內(nèi)陸或板塊回撤的構(gòu)造環(huán)境也會(huì)導(dǎo)致逆時(shí)針P-T-t變質(zhì)軌跡[88-90]，本文正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的成因分析表明有早期沉積巖參與其形成，并且正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖存在～3.0 Ga的繼承鋯石，因此很難用熱俯沖模式解釋本文正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的形成機(jī)制[90]。

區(qū)域中存在～2.55 Ga的埃達(dá)克巖、硅質(zhì)高鎂玄武巖和贊岐巖，指示了俯沖相關(guān)背景[4,43-45,66]，～2.50 Ga的富鉀鎂鐵質(zhì)巖石顯示出地幔源區(qū)已被板塊俯沖作用交代。此外，B帶和C帶中鈣堿性玄武巖具有較強(qiáng)的輕、重稀土分餾的型式和Nb、Ta、Ti負(fù)異常，A帶中同時(shí)具有MORB和島弧地球化學(xué)特征的弧后盆地玄武巖[91-93]，進(jìn)一步指示了區(qū)域中的俯沖背景。因此與上述地幔柱和熱俯沖模式相比，俯沖-增生模式更能解釋魯西地區(qū)西南部的巖漿作用。除WSP外，對(duì)膠遼及其他地區(qū)也提出了類似的俯沖-增生機(jī)制[18]。

新太古代晚期WSP存在大量正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖，在野外可見與較老強(qiáng)片麻狀構(gòu)造巖石(～2.56～2.54 Ga)不同的較年輕的非定向構(gòu)造的花崗巖類巖石(～2.54～2.49 Ga)[14]，形成了大規(guī)模條帶狀鐵建造(BIF)[94]，存在大量鎂鐵質(zhì)巖脈[40,95]，這些現(xiàn)象指示新太古代晚期WSP發(fā)生了從擠壓到伸展構(gòu)造環(huán)境的轉(zhuǎn)變，這與整個(gè)NCC在～2.525 Ga的構(gòu)造轉(zhuǎn)變的觀點(diǎn)一致[15,45,87]。因此，板塊回撤過程與WSP正常俯沖后區(qū)域伸展環(huán)境一致，隨著俯沖深度的增加，當(dāng)俯沖帶被早期形成的島弧碰撞阻塞時(shí)發(fā)生板塊回撤。板塊回撤可能創(chuàng)造出一種新的構(gòu)造體制，使軟流圈上涌至板塊上方的地幔楔中，在這種情況下，熱的軟流圈上涌為巖漿活動(dòng)、變質(zhì)和熔融提供了熱源(圖9)[18,85-86,96-97]。這一機(jī)制也被用于解釋區(qū)域中太古宙的高鎂安山巖、贊岐巖、富Nb玄武巖和高M(jìn)g埃達(dá)克巖的形成[43-45]。

表5 新生地殼、古老地殼和二長(zhǎng)花崗巖數(shù)據(jù)與模擬計(jì)算最優(yōu)結(jié)果

綜合以上分析，本文正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖形成于碰撞后的伸展構(gòu)造環(huán)境中，板塊回撤使軟流圈上涌為新生地殼(TTG巖石)提供熱源使其發(fā)生熔融，隨后為上覆古老地層(變質(zhì)沉積巖)提供熱源，變質(zhì)沉積巖發(fā)生部分熔融后，二者巖漿不同比例的混合形成正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖巖漿(圖9)。

5 結(jié) 論

通過對(duì)魯西地區(qū)西南部正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖進(jìn)行巖石學(xué)、地球化學(xué)、U-Pb年代學(xué)及Lu-Hf同位素分析，得出以下結(jié)論：

(1)魯西正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖為鈣堿性、過鋁質(zhì)，全巖主量、微量元素地球化學(xué)分析表明魯西正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖主體是新生地殼熔融形成的鉀質(zhì)花崗巖。

(2)鋯石U-Pb同位素分析表明，正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖侵位于～2 540～2 530 Ma。鋯石Hf同位素分析表明其巖漿鋯石與區(qū)域～2.70 Ga的TTG巖石具相似的演化趨勢(shì)，暗示其參與正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的形成。

(3)鋯石Hf同位素分析表明，魯西正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的成因由新生地殼組分與古老地殼組分混合而成。模擬計(jì)算結(jié)果顯示，正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖的原生巖漿是由97%的新生地殼組分部分熔融產(chǎn)物(～2.70 Ga的TTG巖石32%的部分熔融)和3%的古老地殼部分熔融產(chǎn)物(變質(zhì)表殼巖22%部分熔融)混合而成，變質(zhì)表殼巖熔融產(chǎn)物的加入為正長(zhǎng)-二長(zhǎng)花崗巖提供了更富鉀的成分。

(4)魯西地區(qū)新太古代晚期巖漿作用與板塊俯沖后期的回撤作用有關(guān)，板塊回撤導(dǎo)致軟流圈上涌，為新生的TTG類巖石的熔融提供了主要熱源，表明此時(shí)魯西地區(qū)處于伸展的構(gòu)造環(huán)境中，俯沖后期的軟流圈上涌對(duì)新太古代晚期大陸地殼生長(zhǎng)非常重要。

致謝:研究過程中得到李大鵬教授的支持和幫助，衷心感謝匿名審稿專家提出的中肯修改意見，使本文質(zhì)量顯著提高。