華北板塊北緣東段中志留世-晚泥盆世構(gòu)造演化：來(lái)自公主嶺地區(qū)巖漿巖的證據(jù)*

李斌 時(shí)溢 楊帆 劉淼 吳振

1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，沈陽(yáng) 110034 2. 東北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，沈陽(yáng) 110034 3. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)春 130118

中亞造山帶位于華北板塊、塔里木板塊和西伯利亞板塊之間(Badarchetal., 2002; Buslovetal., 2001; Xiaoetal., 2010, 2015; Xuetal., 2015; Liuetal., 2017)，是一條具有～800Myr構(gòu)造演化史的增生型造山帶，也是世界上最大的顯生宙造山帶(Windleyetal., 1990; Yakubchuk, 2004; Jahnetal., 2000)。中亞造山帶形成于古亞洲洋的俯沖和地體的合并，由一系列微陸塊、島弧、增生雜巖、弧前/后盆地、蛇綠巖、洋島海山、洋底高原等組成(Badarchetal., 2002; Xiaoetal., 2015; Liuetal., 2021)，古地磁、地層學(xué)、巖石學(xué)等資料顯示從寒武紀(jì)至二疊紀(jì)，華北板塊北緣古亞洲洋一直未閉合(Liuetal., 2019; 孫中任等, 2020; Jiangetal., 2022)，最終沿索倫-西拉木倫-長(zhǎng)春-延吉縫合帶拼合(Wuetal., 2000, 2007; Xiaoetal., 2003, 2009, 2015; Li, 2006; Jianetal., 2008, 2010; 辛玉蓮等, 2011; Wilde, 2015; Liuetal., 2017; 李剛柱等, 2017; Chenetal., 2019; 杜繼宇等, 2019; Zhangetal., 2020; 張超等, 2021; Guanetal., 2022; Yangetal., 2022)。

華北板塊北緣位于中亞造山帶東南緣，主要由華北克拉通北緣、白乃廟弧巖漿巖帶和溫都爾廟增生雜巖帶組成(Xiaoetal., 2003; Zhangetal., 2018)。白乃廟弧西起內(nèi)蒙古包爾漢圖-白云鄂博，經(jīng)達(dá)茂旗、白乃廟、赤峰，向東延伸至遼寧法庫(kù)，吉林公主嶺、延邊地區(qū)，沿華北克拉通北緣延伸約1300km(Zhangetal., 2014)。隨著近年的研究，對(duì)白乃廟弧的起源和演化還存在不同認(rèn)識(shí)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為白乃廟弧巖漿巖帶、溫都爾廟增生雜巖帶等構(gòu)成溝-弧-盆體系，形成于古亞洲洋的南向俯沖(高計(jì)元等, 2001; 尚恒勝等, 2003; Xiaoetal., 2003; De Jongetal., 2006; Xuetal., 2013; Wuetal., 2016; Zhouetal., 2017; 陳井勝等, 2017)；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為白乃廟島弧由南白乃廟洋向北俯沖形成的(Maetal., 2020; Peietal., 2016; Songetal., 2019; Zhangetal., 2014; Hanetal., 2018)，以弧-陸碰撞方式增生到華北克拉通的外來(lái)地體(陳琦等, 1993; 李雙慶, 1997; Zhangetal., 2014; Wangetal., 2016; Maetal., 2020)。

以往的研究主要集中在內(nèi)蒙古中西部，對(duì)遼北-吉中地區(qū)古生代的研究較少(Zhangetal., 2014; 裴福萍等, 2014; Peietal., 2016; Songetal., 2019; Maetal., 2020)。而且，遼北-吉中地區(qū)原劃為早古生代的呼蘭群、下二臺(tái)群、色洛河群、青龍村群及侵入巖(Wuetal., 2011)等的形成時(shí)代重新厘定為晚古生代或早中生代(Jiaetal., 2004; Zhangetal., 2004; Wuetal., 2007, 2011; Wangetal., 2015; 趙辰等, 2018; 張超等, 2019; 張超, 2014; 周建波等, 2020; 張春燕, 2009; 唐克東等, 2004; 李承東等, 2007)；隨著研究的深入，近些年在遼北法庫(kù)-吉林中東部發(fā)現(xiàn)了一些早-中古生代巖石(Jiangetal., 2014; 裴福萍等, 2014; Peietal., 2016; Wangetal., 2015, 2016; 韓作振等, 2017; Hanetal., 2018)，對(duì)深入認(rèn)知區(qū)域演化提供了寶貴資料。為了更好地了解華北板塊北緣東段的構(gòu)造格局和增生過(guò)程，本文在綜合前人成果基礎(chǔ)上，對(duì)出露于吉林公主嶺地區(qū)的中志留世-晚泥盆世巖漿巖進(jìn)行了巖石學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、地球化學(xué)和同位素的研究，探討巖石成因和時(shí)代意義，為查明該區(qū)構(gòu)造演化過(guò)程提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景與樣品特征

研究區(qū)位于吉林省公主嶺市和伊通縣交界的“大黑山條壘”之上，松遼盆地東南緣，依蘭-伊通斷裂以西；大地構(gòu)造位置屬于中亞造山帶東南緣、華北板塊北緣東段陸緣增生帶(圖1a)。區(qū)內(nèi)侵入巖發(fā)育，包括中-晚志留世英云閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖(西蟒仗侵入巖)，中-晚二疊世花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英二長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖，早三疊世二長(zhǎng)花崗巖，早-中侏羅世正長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖和石英閃長(zhǎng)巖等。區(qū)內(nèi)出露的最老地層為下志留統(tǒng)桃山組，巖性主要為細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)/炭質(zhì)板巖，夾泥灰?guī)r等，含筆石化石(劉渭洲等, 1982; 吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1997)。與桃山組呈斷層接觸的放牛溝火山巖，是《吉林省巖石地層》(吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1997)建立的非正式填圖單位，為一套中酸性火山巖；其曾被劃為桃山組的下段(吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1988; 吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)調(diào)查所, 1983(1)吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)調(diào)查所. 1983. 1:50000景家臺(tái)、大南鎮(zhèn)、靠山鎮(zhèn)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)，由于缺少精確的同位素測(cè)年數(shù)據(jù)，認(rèn)為其形成于奧陶紀(jì)(吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1997; 吉林省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所, 2001(2)吉林省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所. 2001. 1:250000長(zhǎng)春市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)。隨著研究的不斷深入，近些年在放牛溝火山巖中獲得402±4Ma(Jiangetal., 2014)、419±3Ma(Peietal., 2016)、425±4Ma和390±4Ma(Hanetal., 2018)等鋯石U-Pb年齡，為中志留世-中泥盆世。桃山組、放牛溝火山巖的北東側(cè)發(fā)育一套石炭紀(jì)-二疊紀(jì)的變質(zhì)碳酸鹽巖、碎屑巖及火山巖地層(Zhangetal., 2014; Songetal., 2019)(圖1b)。野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)古生代地質(zhì)體變形強(qiáng)烈，為一套不同時(shí)代的構(gòu)造巖片，總體呈NWW向展布，具有從南西向北東逐漸年輕的趨勢(shì)(從志留紀(jì)-泥盆紀(jì)過(guò)渡到石炭紀(jì)-二疊紀(jì))。

本文研究樣品K2001、J1913、J1914采自放牛溝火山巖，DG070-4、DG102采自中-晚志留世英云閃長(zhǎng)巖(西蟒仗侵入巖)。(圖1b)

樣品K2001采自伊通鎮(zhèn)洪喜堂村(坐標(biāo)：E125°01′51″、N43°28′00″)，巖性為灰黑色變安山巖，變余斑狀結(jié)構(gòu)(圖2a, b)。變余斑晶主要為斜長(zhǎng)石(35%)、條紋長(zhǎng)石(5%)；斜長(zhǎng)石，聚片雙晶帶較寬，表面絹云母化，粒徑0.4～3mm；條紋長(zhǎng)石粒徑0.4～1.2mm?；|(zhì)為顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)英質(zhì)礦物粒徑均小于0.1mm，約占45%；黑云母呈細(xì)小長(zhǎng)條片狀，局部為團(tuán)塊狀集合體，定向分布，約占15%。

樣品J1913采自景臺(tái)鎮(zhèn)五臺(tái)子村東(坐標(biāo)：E125°00′51″、N43°31′52″)，巖性為灰白色糜棱巖化變流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，變余晶屑凝灰結(jié)構(gòu)，弱糜棱組構(gòu)(圖2c, d)。變余晶屑：以斜長(zhǎng)石為主，少量條紋長(zhǎng)石；斜長(zhǎng)石，眼球狀、棱角狀及次棱角狀，半自形柱狀、板柱狀，邊緣渾圓形，表面弱泥化，長(zhǎng)軸略定向；條紋長(zhǎng)石，半自形寬板狀或舌形，條紋楔形及補(bǔ)片狀，長(zhǎng)軸定向；晶屑粒徑0.05～0.55mm，約占2%～3%。變余火山灰成分以細(xì)小他形粒狀石英及細(xì)小片狀白云母為主，少量斜長(zhǎng)石；白云母集合體呈條帶狀定向分布。

樣品J1914采自景臺(tái)鎮(zhèn)五臺(tái)子村東(坐標(biāo)：E125°01′20″、N43°32′00″)，巖性為灰白色糜棱巖化變流紋巖，變余斑狀結(jié)構(gòu)，弱糜棱組構(gòu)(圖2e, f)。變余斑晶：石英，他形粒狀，不規(guī)則眼球狀及透鏡狀，部分邊緣呈港灣狀，有裂紋，強(qiáng)烈波狀消光，粒徑0.4～2.0mm，約占5%；斜長(zhǎng)石，半自形板柱狀、柱狀，邊緣呈渾圓狀，少量呈不規(guī)則透鏡狀，聚片雙晶紋寬窄不一，長(zhǎng)軸略定向，粒徑0.4～2.2mm，約占7%～8%；條紋長(zhǎng)石，不規(guī)則透鏡狀及寬板狀，邊緣呈渾圓形，長(zhǎng)軸略定向，粒徑0.4～1.2mm，約占2%～3%。基質(zhì)由細(xì)小他形粒狀石英及白云母，少量半自形柱狀斜長(zhǎng)石及條紋長(zhǎng)石，白云母集合體呈條帶狀繞變余斑晶定向分布。

樣品DG070-4采集自公主嶺市孫大窩棚村(坐標(biāo)：E124°56′15″、N43°28′04″)，巖性為灰色糜棱巖化黑云母英云閃長(zhǎng)巖，變余細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，弱糜棱組構(gòu)(圖2g, h)。斜長(zhǎng)石，半自形寬板狀、粒狀，聚片雙晶紋寬窄不一，粒徑0.4～1.6mm，含量約60%。石英，粒狀，部分細(xì)?；?，波狀消光，定向分布，粒徑0.1～1mm，含量約25%。黑云母，不規(guī)則片狀，定向分布，部分已綠泥石化，含量約10%。副礦物為褐簾石、綠簾石等，粒徑0.1～0.2mm。

樣品DG102采自公主嶺市和平村(坐標(biāo)：E124°58′29″、N43°29′40″)，巖性為灰色英云閃長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖，糜棱組構(gòu)(圖2i, j)。碎斑呈透鏡狀、圓粒狀，成分主要為斜長(zhǎng)石及少量石英，邊緣細(xì)粒化，長(zhǎng)軸略定向，粒徑1～2mm，含量約10%。碎基主要為他形細(xì)小粒狀石英、長(zhǎng)石、黑云母、綠泥石，繞碎斑分布，定向明顯。

2 測(cè)試方法

巖石主量、稀土和微量元素測(cè)試在自然資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成。測(cè)試樣品選取新鮮巖石，測(cè)試過(guò)程均在無(wú)污染設(shè)備中進(jìn)行。采用X射線熒光光譜法(XRF)完成主量元素測(cè)試，分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%；采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)完成稀土和微量元素的分析，分析精度和準(zhǔn)確度一般優(yōu)于10%。

鋯石單礦物分選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成；鋯石制靶、照相在北京中興美科科技有限公司完成。鋯石LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年在自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，使用儀器為德國(guó)Coherent公司COMPEx Pro型ARF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)和美國(guó)Agilent公司7900型ICP-MS，激光束斑直徑32μm。采用氦氣為載體，氬氣為輔助氣調(diào)節(jié)靈敏度。采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)進(jìn)行同位素比值校正。具體流程見(jiàn)Yuanetal. (2004)。樣品年齡計(jì)算采用Isoplot(ver3.0)程序完成，加權(quán)平均值對(duì)應(yīng)的誤差是2σ。

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)查中心同位素實(shí)驗(yàn)室完成。使用儀器為T(mén)hermo Fisher Neptune型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICPMS)和193nm氟化氬準(zhǔn)分子激光器(NEW WAVE193nm FX)，激光能量密度為10～11J/cm2，頻率為8～10Hz，束斑直徑為35μm。分析方法見(jiàn)耿建珍等(2011)。計(jì)算參數(shù)如下：176Lu衰變常數(shù)為1.876×10-11y-1，球粒隕石的176Hf/177Hf和176Lu/177Hf比值分別為0.0332和0.282772，現(xiàn)今虧損地幔的176Hf/177Hf為0.28325。

全巖Sr-Nd同位素測(cè)試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成，所用儀器型號(hào)為ISOPROBE-T熱電離質(zhì)譜儀。Sr、Nd同位素比值測(cè)定分別采用86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素

鋯石U-Pb同位素測(cè)年結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 公主嶺地區(qū)巖漿巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果Table 1 The LA-ICP-MS zircon U-Pb data of magmatic rocks from the Gongzhuling area

續(xù)表1Continued Table 1測(cè)點(diǎn)號(hào)元素含量(×10-6)PbThUTh/U同位素比值年齡(Ma)207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ22501221870.650.494630.016750.066380.0016140811414102334791270.620.540080.020060.065920.0016443813412102429581100.530.520860.020680.067580.00174261442210252138820.460.508950.025520.066150.001774181741311261932690.460.537450.026580.066660.001784371841611272548960.500.561170.021980.066560.0016845214415102831581120.520.52530.020960.068710.001734291442810292332840.390.531060.029140.067560.001864331942111DG070-4糜棱巖化黑云母英云閃長(zhǎng)巖11542282280.670.562620.017910.067640.0016645312422102571061060.530.636750.023710.067620.00172500154221034185850.480.883330.047850.077140.0022764326479144691291290.540.547330.020810.071270.001844314444115621071070.580.565860.02240.067710.0017345515422106861311310.660.52020.019290.068510.00172425134271071151491490.770.58870.022850.067150.00172470154191081031491490.690.543330.018440.068170.0016944112425109591101100.530.52310.022470.068490.00178427154271110871461460.600.51730.019840.068070.00172423134251011631201200.520.556990.020060.072380.001814501345011125095950.520.521570.023530.068540.00184261642711134496960.460.557660.022080.067710.00174450144221114521121120.470.558110.025220.072910.00192450164541215771291290.590.524050.021570.067720.00175428144221116531021020.520.495070.021370.067840.00176408154231117681081080.630.576680.03430.074180.002144622246113184289890.470.553890.03040.072290.002024482045012191151511510.760.521470.018530.068760.00172426124291020541011010.530.520190.020430.068180.001744251442511J1913糜棱巖化變流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r1541202090.580.483860.029830.064410.001894012040211240891530.580.486740.032320.06440.00193403224021231032703920.690.486660.021820.063940.00176403154001141012463790.650.501840.022380.06520.00179413154071151073903841.020.533820.024360.069680.0019343416434126561282120.610.539630.031540.064990.001943821406127671522520.600.52330.026260.065030.0018342718406118482401861.290.48530.035570.063440.0019740224397129922233450.650.480590.023070.064470.00179398164031110671842500.740.489950.02570.064650.00183405184041111661592470.640.492870.025390.064050.00181407174001112411051520.690.48490.032520.065120.0019540122407121339751440.530.528050.032180.065120.001924312140712

變安山巖(K2001)中鋯石呈自形-半自形板柱狀、短柱狀，長(zhǎng)寬比為1:1～3:1，Th/U比值0.41～0.75，具有清晰的巖漿震蕩環(huán)帶(圖3a)，顯示典型的巖漿鋯石特征。本次測(cè)試對(duì)20顆鋯石進(jìn)行了分析，測(cè)試結(jié)果位于協(xié)和線上及其附近，協(xié)和度均>90%，20個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡值主要介于416±12Ma～434±11Ma之間，加權(quán)平均年齡為426±4.8Ma(MSWD=0.15，n=20)(圖4a)，代表安山巖的形成年齡，為中志留世。

糜棱巖化變流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r(J1913)中鋯石多為短柱狀、長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)寬比為3:2～3:1，多具有清晰的巖漿震蕩環(huán)帶(圖3b)，Th/U比值0.37～1.29，顯示典型的巖漿鋯石特征。本次測(cè)試對(duì)25顆鋯石進(jìn)行了分析，測(cè)試結(jié)果均位于協(xié)和線上及其附近，協(xié)和度均>90%。其中1顆鋯石的206Pb/238U年齡值為434±12Ma。另外24個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡值主要介于397±12Ma～412±13Ma之間，加權(quán)平均年齡為404±4.5Ma(MSWD=0.09，n=24)(圖4b)，代表流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r的形成年齡，為早泥盆世。

糜棱巖化變流紋巖(J1914)中鋯石多為短柱狀，長(zhǎng)寬比為1:1～2:1，多具有清晰的巖漿震蕩環(huán)帶，少量鋯石具有核邊結(jié)構(gòu)(圖3c)，Th/U比值0.61～2.60，顯示典型的巖漿鋯石特征。本次測(cè)試對(duì)24顆鋯石進(jìn)行了分析，測(cè)試結(jié)果多位于協(xié)和線上及其附近。其中21個(gè)測(cè)點(diǎn)(協(xié)和度>90%)的206Pb/238U年齡值主要介于360±10Ma～390±11Ma之間，加權(quán)平均年齡為375.5±4.6Ma(MSWD=0.40，n=21)(圖4c)，代表變流紋巖的形成年齡，為晚泥盆世。1顆捕獲鋯石的206Pb/238U表面年齡為410±18Ma。1顆鋯石的變質(zhì)邊年齡為260±20Ma，與附近變玄武巖年齡基本一致，代表其受到了該期熱事件的影響。

糜棱巖化黑云母英云閃長(zhǎng)巖(DG070-4)中鋯石粒狀、短柱狀，長(zhǎng)寬比為1:1～3:2，發(fā)育巖漿震蕩環(huán)帶(圖3d)，鋯石的Th/U比值0.46～0.77，顯示典型的巖漿鋯石特征。樣品中20顆鋯石的17個(gè)分析結(jié)果位于協(xié)和線上及其附近，其中12個(gè)測(cè)點(diǎn)(協(xié)和度>90%)的206Pb/238U年齡值主要介于422±10Ma～429±10Ma之間，加權(quán)平均年齡為424.7±5.9Ma(MSWD=0.06，n=12)(圖4d)，代表英云閃長(zhǎng)巖的形成年齡；另外5個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡值主要介于444±11Ma～450±12Ma之間，加權(quán)平均年齡為451.7±9.4Ma(MSWD=0.33，n=5)，為捕獲鋯石年齡。

英云閃長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖(DG102)中鋯石呈短柱狀、長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)寬比為2:1～3:1，具有巖漿震蕩環(huán)帶(圖3e)，鋯石的Th/U比值0.39～0.91，顯示典型的巖漿鋯石特征。本次測(cè)試對(duì)29顆鋯石進(jìn)行了分析，協(xié)和度均>90%，29個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡值主要介于409±9Ma～430±11Ma之間，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為419.5±3.7Ma(MSWD=0.36，n=29)(圖4e)，代表的英云閃長(zhǎng)巖形成年齡，為晚志留世。

3.2 全巖主微量元素

公主嶺地區(qū)巖漿巖全巖主量、微量、稀土元素分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 公主嶺地區(qū)巖漿巖主量元素(wt%)與微量元素(×10-6)Table 2 Major (wt%) and trace (×10-6) elements composition of magmatic rocks from the Gongzhuling area

續(xù)表2Continued Table 2

續(xù)表2Continued Table 2

中-晚志留世侵入巖SiO2含量60.83%～69.09%，Al2O3含量12.90%～16.10%，MgO含量1.39%～3.10%，F(xiàn)eOT含量6.11%～7.01%，CaO含量2.98%～4.98%，TiO2含量0.57%～0.74%，(Na2O+K2O)含量4.06%～9.62% (平均值6.54%)，Na2O/K2O為0.55～2.43(平均值1.52)。在TAS圖解上(圖5a)，樣品主要落在花崗閃長(zhǎng)巖范圍；在An-Ab-Or圖解上(圖5b)，樣品主要落入英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)域。樣品里特曼指數(shù)(σ)為0.63～4.95；在SiO2-K2O圖解上(圖5d)，樣品主要落入鈣堿性系列區(qū)域。樣品鋁飽和指數(shù)A/CNK為0.84～1.09，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過(guò)鋁質(zhì)巖石。樣品稀土總量較高(∑REE=109.4×10-6～148.4×10-6)，LREE/HREE比值為6.37～8.45，(La/Yb)N值為5.19～9.15，顯示輕稀土右傾型((La/Sm)N=3.01～3.87)和重稀土平坦型分配形式((Gd/Yb)N=0.97～1.46)(圖6a)，δEu為0.78～1.29(平均值1.01)。樣品相對(duì)富集Rb、Ba、Th、U、K(LILEs)，虧損Nb、Ta、P、Ti(HFSEs)，Sr弱虧損(圖6b)。

中志留世火山巖SiO2含量60.00%～63.30%，Al2O3含量15.28%～15.95%，MgO含量1.64%～1.85%；FeOT含量6.61%～7.81%；CaO含量2.60%～3.48%；TiO2含量0.65%～0.72%，(Na2O+K2O)含量為7.86%～8.46%(平均值8.20%)，Na2O/K2O為1.12～1.47(平均值1.30)。在SiO2-Nb/Y圖解上(圖5c)，樣品落入安山巖、英安巖區(qū)域。里特曼指數(shù)(σ)為3.04～4.14；在SiO2-K2O圖解上(圖5d)，樣品主要落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域。鋁飽和指數(shù)A/CNK為0.90～0.99，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石。樣品稀土總量較高(∑REE=101.4×10-6～130.1×10-6)，LREE/HREE比值為5.96～6.91，(La/Yb)N值為4.70～6.11，顯示輕稀土右傾型((La/Sm)N=3.30～3.74)和重稀土平坦型分配形式((Gd/Yb)N=0.97～1.09)，Eu無(wú)異常(δEu為0.91～1.04)(圖6c)。樣品相對(duì)富集Rb、Ba、Th、U、K(LILEs)，并且虧損Nb、Ta、Sr、P、Ti(HFSEs)(圖6d)。

早泥盆世火山巖SiO2含量75.54%～76.56%，Al2O3含量13.00%～13.50%，MgO含量0.06%～0.12%，F(xiàn)eOT含量1.34%～1.55%，CaO含量0.05%～0.11%，TiO2含量0.12%～0.13%，(Na2O+K2O)含量7.45%～7.83%(平均值7.68%)，Na2O/K2O為0.72～0.82(平均值0.78)。在SiO2-Nb/Y圖解上(圖5c)，樣品全部落入流紋巖區(qū)域。里特曼指數(shù)(σ)為1.67～1.87；在SiO2-K2O圖解上(圖5d)，樣品主要落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域。鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.28～1.30，屬于過(guò)鋁質(zhì)巖石。樣品稀土總量較高(∑REE=170.5×10-6～212.5×10-6)，LREE/HREE比值為7.47～8.29，(La/Yb)N值為6.28～8.10，顯示輕稀土右傾型((La/Sm)N=4.76～5.32)和重稀土平坦型分配形式((Gd/Yb)N=0.86～0.99)，Eu負(fù)異常明顯(δEu為0.43～0.44)(圖6e)。樣品相對(duì)富集Rb、Th、U、K(LILEs)，并且虧損Ba、Nb、Ta、Sr、P、Ti(HFSEs)(圖6f)。

晚泥盆世火山巖SiO2含量為76.76%～79.10%，Al2O3含量11.65%～13.40%，MgO含量0.28%～0.60%，F(xiàn)eOT含量1.59%～1.87%，CaO含量0.09%～0.14%，TiO2含量0.23%～0.28%，(Na2O+K2O)含量5.51%～6.19%(平均值5.75%)，Na2O/K2O為0.73～0.92(平均值0.84)；在SiO2-Nb/Y圖解上(圖5c)，樣品全部落入流紋巖區(qū)域。里特曼指數(shù)(σ)為0.84～1.13；在SiO2-K2O圖解上(圖5d)，樣品主要落入鈣堿性系列區(qū)域。鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.53～1.61，屬于過(guò)鋁質(zhì)巖石。樣品稀土總量較高(∑REE=86.75×10-6～152.9×10-6)，LREE/HREE比值為6.31～7.63，(La/Yb)N值為5.31～7.32，顯示輕稀土右傾型((La/Sm)N=4.11～4.90)和重稀土平坦型分配形式((Gd/Yb)N=0.85～0.97)，Eu負(fù)異常明顯(δEu為0.68～0.79)(圖6e)。樣品相對(duì)富集Rb、Ba、Th、U、K(LILEs)，并且虧損Nb、Ta、Sr、P、Ti(HFSEs)(圖6f)。

3.3 Lu-Hf同位素

在鋯石U-Pb測(cè)年的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了鋯石原位Lu-Hf同位素分析，分析結(jié)果見(jiàn)表3。所有分析結(jié)果的fLu/Hf值在-0.98～-0.90之間，小于鐵鎂質(zhì)地殼fLu/Hf值(-0.34，Amelinetal., 2000)和硅鋁質(zhì)地殼fLu/Hf值(-0.72，Vervoortetal., 1996)，其二階段模式年齡更能反應(yīng)其源區(qū)物質(zhì)從虧損地幔被抽取的時(shí)間或其源區(qū)物質(zhì)在地殼的平均存留年齡(劉春花等, 2014)。

表3 公主嶺地區(qū)巖漿巖鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果Table 3 Zircon in-situ Hf isotopic data of the magmatic rocks from the Gongzhuling area

晚志留世英云閃長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖(DG102)中10顆鋯石初始176Hf/177Hf比值為0.282586～0.282668，εHf(t)值為+2.35～+5.33(圖7a)，虧損地幔二階段模式年齡(tDM2)范圍為1067～1257Ma。中志留世變安山巖(K2001)的10顆鋯石初始176Hf/177Hf比值為0.282559～0.282735，εHf(t)值為+1.26～+7.85(圖7a)，虧損地幔二階段模式年齡(tDM2)范圍為912～1320Ma。早泥盆世流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r(J1913)的10顆鋯石初始176Hf/177Hf比值為0.282616～0.282731，εHf(t)值為+3.18～+7.22(圖7a)，虧損地幔二階段模式年齡(tDM2)范圍為940～1191Ma。晚泥盆世流紋巖(J1914)的10顆鋯石初始176Hf/177Hf比值為0.282824～0.282934，εHf(t)值為+9.63～+13.39(圖7a)，虧損地幔二階段模式年齡(tDM2)范圍為515～755Ma。

3.4 Sr-Nd同位素

本文測(cè)試樣品的fSm/Nd值均為負(fù)值(表4)，變化范圍不大(-0.35～-0.45)，表明源區(qū)的稀土元素Sm、Nd分餾不明顯，Nd模式年齡是有效的(Jahnetal., 2000)。

表4 公主嶺地區(qū)巖漿巖Sr-Nd同位素分析結(jié)果Table 4 Sr-Nd isotopic data of the magmatic rocks from the Gongzhuling area

中-晚志留世侵入巖(DG102、DG070)的(87Sr/86Sr)i比值為0.70106～0.70747，εNd(t)為+1.04～+1.21(圖7b)，Nd同位素二階段模式年齡為1067～1077Ma；中志留世火山巖(K2001)的(87Sr/86Sr)i比值為0.70640，εNd(t)為+1.15(圖7b)，Nd同位素二階段模式年齡為1073Ma；早泥盆世火山巖(J1913)的(87Sr/86Sr)i比值為0.69097～0.69664，εNd(t)為+1.28～+2.70(圖7b)，Nd同位素二階段模式年齡為929～1045Ma；晚泥盆世流紋巖的(87Sr/86Sr)i比值為0.69935，εNd(t)為+6.08(圖7b)，Nd同位素二階段模式年齡為630Ma。

4 討論

4.1 形成時(shí)代

前人曾將放牛溝火山巖劃為前寒武紀(jì)結(jié)晶片巖、呼蘭群或早志留世桃山組(吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)調(diào)查所, 1983)；吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局(1997)將其從桃山組中解體出來(lái)，并命名為放牛溝火山巖，時(shí)代為奧陶紀(jì)。近年來(lái)，隨著研究程度的深入和精確測(cè)年技術(shù)的發(fā)展，放牛溝火山巖中獲得了新的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)：Jiangetal. (2014)在段家店附近片理化英安巖中獲得402±4Ma年齡；Peietal. (2016)在五臺(tái)子?xùn)|側(cè)流紋巖中獲得419±3Ma、439±2Ma、461±3Ma等多組年齡，認(rèn)為419±3Ma代表其形成年齡；Hanetal. (2018)在洪喜堂村附近流紋英安巖中獲得425±4Ma年齡，在柳園村附近流紋巖中獲得390±4Ma年齡；付俊彧(未發(fā)表)在五臺(tái)子村附近片理化變流紋巖中獲得400±2Ma年齡。本文在放牛溝火山巖的變安山巖、糜棱巖化變流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r和糜棱巖化變流紋巖中獲得426±4.8Ma、404±4.5Ma、375.5±4.6Ma鋯石U-Pb年齡，代表火山巖的結(jié)晶年齡。此外，作者還在放牛溝硫鐵礦的圍巖中獲得388～384Ma年齡(未發(fā)表)。綜上，放牛溝火山巖形成于中志留世-晚泥盆世，包括426～425Ma、～419Ma、404～400Ma、390～384Ma、～375Ma等多期火山事件。放牛溝火山巖發(fā)生了低級(jí)-中級(jí)變質(zhì)作用，構(gòu)造變形強(qiáng)烈，普遍發(fā)生片理化、糜棱巖化作用，形成糜棱巖化變質(zhì)火山巖、構(gòu)造片巖等，各類(lèi)巖石之間現(xiàn)多為構(gòu)造接觸。巖石面理、線理構(gòu)造發(fā)育，面理走向北西向，傾向S-SW，傾角20°～50°。結(jié)合野外地質(zhì)特征和年代學(xué)，放牛溝火山巖由中志留世-晚泥盆世的構(gòu)造巖片組成。

前人曾將西蟒仗侵入巖劃為早志留世桃山組的片理化英安巖和流紋巖(吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì), 1983(3)吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì). 1983. 吉林1:200000懷德縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)；之后1:5萬(wàn)區(qū)調(diào)(吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)調(diào)查所, 1992(4)吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)調(diào)查所. 1992. 吉林1:50000二十家子幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)根據(jù)其具有明顯的變余巖漿結(jié)構(gòu)和侵入接觸關(guān)系，將其劃為英云閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖，獲得Rb-Sr同位素年齡709Ma，時(shí)代為晚震旦世。Zhangetal. (2014)在強(qiáng)變形英云閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖中分別獲得446±3Ma、438±4Ma的鋯石U-Pb年齡，樣品中巖漿鋯石年齡集中，代表其形成時(shí)代為晚奧陶世、早志留世。Peietal. (2016)在花崗閃長(zhǎng)巖中獲得419±3Ma和414±5Ma的鋯石U-Pb年齡，另外含有～445Ma繼承或捕獲鋯石年齡。本文在糜棱巖化英云閃長(zhǎng)巖和英云閃長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖中獲得419.5±3.7Ma、424.7±5.9Ma的鋯石U-Pb年齡，代表英云閃長(zhǎng)巖的成巖年齡；此外還存在451.7±9.4Ma的年齡，代表繼承或捕獲鋯石年齡。本文認(rèn)為該巖體的主體應(yīng)形成于中-晚志留世(425～419Ma)；其中存在晚奧陶世-早志留世巖石和捕獲鋯石，代表了晚奧陶世-早志留世的巖漿事件。

4.2 巖石成因與源區(qū)特征

4.2.1 中-晚志留世巖漿巖

中-晚志留世侵入巖和火山巖的形成時(shí)間相同，空間位置相隔不遠(yuǎn)，且二者的 (87Sr/86Sr)i(分別為0.70106～0.70747和0.70640)、εNd(t)(分別為1.04～1.21和1.15)、初始176Hf/177Hf比值(分別為0.282574～0.282660和0.282549～0.282727)、εHf(t)(分別為+2.35～+5.33和+1.26～+7.85)等同位素特征無(wú)明顯差別；地球化學(xué)特征方面，稀土、微量元素含量和變化趨勢(shì)一致(圖6)，Zr/Nb比值(分別為8.17～13.73和12.83～13.60)、Mg/(Mg+Fe)比值(分別為0.17～0.31和0.17～0.21)等近似，說(shuō)明二者極有可能是同源的(王德滋等, 2000)。中-晚志留世侵入巖和火山巖在時(shí)間、空間、物源方面具有一致性，應(yīng)屬于同源的火山-侵入雜巖。

中-晚志留世巖漿巖巖性包括英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、安山巖、英安巖、流紋巖等，成分為準(zhǔn)鋁質(zhì)鈣堿性-高鉀鈣堿性，花崗質(zhì)巖石屬于I型花崗巖類(lèi)。在哈克圖解上(圖8)，隨著SiO2含量增加，F(xiàn)eOT、CaO、MgO、MnO、TiO2、Al2O3等含量降低，與典型巖漿演化過(guò)程中元素變化規(guī)律一致。樣品DG102中Ba元素出現(xiàn)明顯的正、負(fù)異常，與K2O含量具正相關(guān)性，樣品Ba元素平均值(745×10-6)與前人樣品Ba元素平均值(656×10-6)相差不大，且除Ba以為其它微量元素差別不明顯(圖6a, b)；由于元素Ba活動(dòng)性大，易受后期地質(zhì)作用的影響，且在長(zhǎng)英質(zhì)巖漿巖中常以類(lèi)質(zhì)同相的形式替代長(zhǎng)石和云母中的K(李昌年, 1992)；因此Ba元素的異常應(yīng)該是受后期變質(zhì)變形影響，導(dǎo)致長(zhǎng)石和云母等礦物分布不均引起的?？傮w上，該期巖漿巖相對(duì)富集Rb、Ba、Th、U、K(LILEs)及輕稀土元素(LREE)，并且虧損Nb、Ta、P、Ti(HFSEs)，表明其原始巖漿不同程度地受到了來(lái)自俯沖流體交代巖石圈地幔的影響(曹花花, 2013)，顯示巖漿弧特征(Kelemenetal., 2014; 劉建峰, 2009)。

在La/Sm-La、La/Yb-La圖解(圖9a, b)上，隨著La含量增加，La/Sm和La/Yb比值逐漸變大，表明其成巖經(jīng)歷了部分熔融過(guò)程。在Zr-Zr/Sm圖解(圖9c)上，樣品同樣表現(xiàn)出部分熔融趨勢(shì)。Sr和Eu異常不明顯，表明源區(qū)斜長(zhǎng)石可能發(fā)生了部分熔融(非穩(wěn)定區(qū))。Nb、Ta的虧損，暗示了巖漿源區(qū)存在金紅石的殘留(Ionovetal., 1999)。樣品的Zr/Hf比值(29.4～38.1，平均值33.6)與殼源巖漿的Zr/Hf比值(33, Taylor and Mclennan, 1985)接近，低于幔源巖漿的Zr/Hf比值(39, McDonough and Sun, 1995)，反映了巖漿起源于殼源的性質(zhì)。此外，樣品具有較高的Ba/Th(17.81～220.7，平均94.07)、Ba/La(5.33～53.69，平均27.23)、Rb/Y比值(1.25～3.30，平均2.23)，較低的Th含量(6.05×10-6～10.20×10-6)及Th/Yb(1.87～3.74)、Nb/Y(0.50～0.69)比值，說(shuō)明中-晚志留世巖漿巖物源主要受板片流體的加入(Genc and Tuysuz，2010)，沉積物或熔體的影響較弱(圖10)。通常認(rèn)為高La/Sm值(>4.5)表明地殼物質(zhì)的混染較強(qiáng)，La/Sm<2則極少受到地殼物質(zhì)混染(Lassiter and DePaolo, 1997)，中-晚志留世巖漿巖La/Sm為4.78～6.15(平均值為5.55)，指示其遭受了一定程度的地殼混染作用；二者的Rb/Sr比值在0.09～0.57之間(平均值0.20)，顯示出明顯的殼?；旌显刺卣?幔源巖漿Rb/Sr比值通常小于0.05，幔殼混合源介于0.05～0.5之間，殼源巖漿大于0.5; Taylor and McLennan, 1985)。Nb/Ta比值(11.42～18.41，平均值15.56)介于地幔(17.5)和新生地殼(14.2)之間，高于地殼平均值11，顯示幔源巖漿性質(zhì)(Taylor and Mclennan,1985;Sun and McDonough, 1989)。

中-晚志留世巖漿巖的εNd(t)為+1.04～+1.21，二階段模式年齡為1067～1077Ma，鋯石εHf(t)為+1.26～+7.85，二階段模式年齡為912～1320Ma，表明其主要源自中-新元古代增生下地殼物質(zhì)的部分熔融(洪大衛(wèi)等, 2000)；εNd(t)-Isr圖解(圖11a)顯示其巖漿包含了大約75%～90%的玄武巖和10%～25%的下地殼物質(zhì)。Rb/Ba-Rb/Sr圖解(圖11b)顯示中-晚志留世侵入巖的源區(qū)組分主要為玄武巖。通過(guò)與無(wú)水實(shí)驗(yàn)熔體組分對(duì)比(圖12)，顯示中-晚志留世侵入巖主要起源于角閃巖/玄武巖、玄武安山巖等物質(zhì)的熔融；個(gè)別樣品落入了雜砂巖區(qū)，表明可能有沉積物的加入。

綜上，本文認(rèn)為中-晚志留世巖漿巖主要源自中-新元古代增生下地殼物質(zhì)(俯沖板片)的部分熔融，上升過(guò)程與地幔和下地殼物質(zhì)發(fā)生了混染。

4.2.2 早泥盆世火山巖

早泥盆世流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r(J1913)主要由晶屑和火山灰組成，外來(lái)巖屑很少，能代表同期熔巖的化學(xué)成分；此外，巖石的鋯石年齡單一，繼承鋯石很少，說(shuō)明凝灰?guī)r主要由同期火山噴發(fā)物質(zhì)組成。巖石富硅(75.54%～76.56%)、鉀(4.10%～4.54%)、鈉(3.29%～3.42%)，貧鎂(0.06%～0.12%)、鈣(0.05%～0.11%)，A/CNK值大于1.1，為過(guò)鋁質(zhì)巖石；FeOT/MgO比值(12.57～28.22)大于I、S型花崗巖平均值(Frostetal., 2001)。雖然巖石分異指數(shù)(94.38～94.99)較高；但是與高分異花崗巖不同的是，在高分異花崗巖中多具有較多的繼承鋯石(吳福元等, 2017)，且鋯石的Zr/Hf比值<25(Breiteretal., 2014)。早泥盆世流紋質(zhì)凝灰?guī)r的繼承鋯石很少，同位素年齡集中，且Zr/Hf比值較高(45～82，平均59)。在Na2O-K2O圖解上落入A型花崗巖區(qū)域。樣品富集Rb、Th、U、K，虧損Ba、Nb、Ta、Eu、Sr、P、Ti，Ga/Al比值2.43～2.61；表現(xiàn)出鋁質(zhì)A型花崗巖地球化學(xué)特征。在10000Ga/Al-Nb圖解、(Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT/MgO等圖解(圖13)上主要落入A型花崗巖區(qū)。在R1-R2圖解(圖略)上，樣品位于碰撞后A型花崗巖區(qū)。巖石的Sr含量(39.09×10-6～49.49×10-6)低，Yb含量(3.50×10-6～4.31×10-6)高，暗示其可能形成于高溫低壓環(huán)境(張旗等, 2006)。根據(jù)Watson and Harrison (1983)的公式，樣品的鋯石飽和溫度為790～807℃(平均800℃)，高于I型、S型花崗巖的平均溫度(分別為781℃、764℃；Watson and Harrison, 1983)。樣品繼承鋯石很少，表明巖漿早期Zr不飽和，鋯石結(jié)晶較晚；800℃代表巖漿的最低溫度，實(shí)際溫度應(yīng)該更高(吳福元等, 2007)，反映了與A型花崗巖一致的高溫特征。

早泥盆世火山巖的εNd(t)為+1.28～+2.70，二階段模式年齡為929～1045Ma；鋯石εHf(t)為+3.18～+7.22，二階段模式年齡為940～1191Ma，表明其源自中-新元古代增生玄武質(zhì)下地殼物質(zhì)的部分熔融。在Rb/Ba-Rb/Sr圖解(圖11b)和與無(wú)水實(shí)驗(yàn)熔體組分對(duì)比顯示早-中泥盆世火山巖原巖為玄武巖和沉積巖的特征。Nb、Ta、Ti負(fù)異?？赡芘c源區(qū)角閃石或金紅石的殘留有關(guān)。樣品的Nb/Ta平均值16.37，介于新生地殼(平均值14.2)和地幔(平均值17.5)之間，遠(yuǎn)離地殼平均值11，應(yīng)是繼承了源區(qū)高Nb/Ta特征。

隨著La含量的增加La/Sm、La/Yb比值變化不大，表明其經(jīng)歷了結(jié)晶分異過(guò)程(圖9a, b)。Eu負(fù)異常和Sr、Ba強(qiáng)烈的虧損，Sr與Rb/Sr比值呈負(fù)相關(guān)，表明其經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶(Yangetal., 2016)。P和Ti虧損指示磷灰石、磁鐵礦等礦物分離結(jié)晶。巖石經(jīng)歷結(jié)晶分異后，很難根據(jù)巖石的地球化學(xué)成分來(lái)討論這些巖漿來(lái)源的源區(qū)特征。因此，在判別圖解上表現(xiàn)出物源為沉積巖的特征(圖11b、圖12)是由巖漿結(jié)晶分異導(dǎo)致的。巖漿通常會(huì)繼承源巖的同位素特征，并且在發(fā)生分異后保持不變。綜上，早泥盆世火山巖源自中-新元古代增生下地殼物質(zhì)的部分熔融，巖漿形成后經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石、磷灰石、磁鐵礦等礦物的分離結(jié)晶作用。

4.2.3 晚泥盆世火山巖

晚泥盆世流紋巖具有高硅，富鋁，低鈉、鉀、鈣、鐵、鎂，屬于過(guò)鋁質(zhì)鈣堿性系列，其過(guò)鋁質(zhì)特點(diǎn)可能是由巖漿的結(jié)晶分異作用產(chǎn)生的。Na2O含量大于K2O，P2O5含量低(<0.05%)，顯示I型花崗巖特征。巖石富集輕稀土元素、Rb、Ba、Th、U、K，虧損Nb、Ta、Sr、P、Ti，類(lèi)似活動(dòng)大陸邊緣火山巖(Kelemenetal., 2014)。全巖Nd同位素和鋯石Hf同位素顯示其源區(qū)主要為新生地殼物質(zhì)，而不是變質(zhì)沉積巖。因此，晚泥盆世流紋巖屬于島弧鈣堿性I型流紋巖。晚泥盆世酸性火山巖具有極低的Sr含量和Rb/Sr比值，使得在計(jì)算后ISr<0.7000，不具有明確的成因意義(Kingetal., 1997; Wuetal., 2002; 邱檢生等, 2000)。晚泥盆世火山巖的εNd(t)為+6.08，二階段模式年齡為630Ma；鋯石εHf(t)值為+9.63～+13.39，二階段模式年齡為515～755Ma；進(jìn)一步說(shuō)明晚泥盆世流紋巖巖漿源自新元古代-中寒武世增生玄武質(zhì)下地殼物質(zhì)的部分熔融。

樣品Rb/Sr比值在1.09～1.36之間(平均值1.21)，顯示出明顯的殼源特征(殼源巖漿大于0.5; Taylor and McLennan, 1985)。樣品的Nb/Ta比值(11.71～14.95，平均值13.19)主要介于新生地殼(14.2)和地殼平均值(11)之間，顯示殼源巖漿性質(zhì)(Taylor and Mclennan, 1985; Sun and McDonough, 1989)。Zr/Hf比值(24.65～36.74，平均值27.95)與殼源巖漿的Zr/Hf比值(33，Taylor and McLennan, 1985)接近，低于幔源巖漿的Zr/Hf比值(39，McDonough and Sun, 1995)，反映了巖漿應(yīng)起源于殼源的性質(zhì)。通常認(rèn)為高La/Sm值(>4.5)表明地殼物質(zhì)的混染較強(qiáng)，La/Sm<2則極少受到地殼物質(zhì)混染(Lassiter and DePaolo, 1997)，晚泥盆世火山巖La/Sm為6.53～7.79(平均值為6.94)，指示其遭受了一定程度的地殼混染作用。在Th/Yb-Ba/La圖解(圖10b)和Rb/Y-Nb/Y(圖10c)圖解上顯示晚泥盆世流紋巖受板片流體的加入(Genc and Tuysuz, 2010)。隨著La含量的增加，La/Sm、La/Yb比值變化不明顯(圖9a, b)，表明其形成過(guò)程經(jīng)歷了結(jié)晶分異作用。巖石分異指數(shù)(90.61～92.65)較高；Eu負(fù)異常和Sr虧損，Sr與Rb/Sr比值呈負(fù)相關(guān)，表明其經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶(Yangetal., 2016)。綜上，晚泥盆世流紋巖源自新元古代-中寒武世增生玄武質(zhì)下地殼物質(zhì)的部分熔融，巖漿形成后經(jīng)歷了結(jié)晶分異作用。

4.3 構(gòu)造背景及意義

研究區(qū)中-晚志留世巖漿巖(426～419Ma)為一套鈣堿性-高鉀鈣堿性英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、安山巖、英安巖、流紋巖組合，顯示Nb和Ta虧損和LREE富集，表明它們與俯沖帶環(huán)境密切相關(guān)；富集Rb、Ba、Th、U、K，虧損Nb、Ta、Sr、P、Ti，類(lèi)似于島弧巖石地球化學(xué)特征(Kelemenetal., 2014)；在Sr/Y-Y圖解(圖14a)上，全部落入經(jīng)典島弧巖漿巖區(qū)。在La/Yb-Th/Yb圖解(圖14b)上，主要落入島弧和大陸弧重疊區(qū)域，顯示成熟島弧的特征。La/Yb-Sc/Ni安山巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖14c)顯示大陸邊緣弧特征。部分樣品(SiO2<65%)在Hf/3-Th-Nb/16圖解(圖14d)上，顯示了與島弧鈣堿性玄武巖的特征。區(qū)內(nèi)中-晚志留世巖漿巖(426～419Ma)與晚奧陶世至早志留世英云閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖(446Ma、438Ma, Zhangetal., 2014)的同位素、地球化學(xué)等特征一致(圖4、圖5、圖6、圖11)。中-晚志留世巖石具有低Sr高Yb特征，指示正常厚度的地殼(張旗等, 2021)。因此，本文認(rèn)為區(qū)內(nèi)晚奧陶世至晚志留世巖漿巖形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，華北板塊北緣東段古亞洲洋早古生代的俯沖一直持續(xù)到晚志留世。

早泥盆世流紋質(zhì)凝灰?guī)r顯示鋁質(zhì)A型花崗巖地球化學(xué)特征，在Rb/Nb-Y/Nb圖解、Nb-Y-Ce圖解和Nb-Y-3Ga圖解上落入A2型花崗巖范圍內(nèi)(圖13d-f)，代表了后碰撞或后造山的伸展構(gòu)造環(huán)境。在Rb-Y+Nb圖解和Rb/30-Hf-3Ta圖解上，同樣顯示碰撞后的構(gòu)造環(huán)境(圖14e, f)；因此，早泥盆世流紋質(zhì)凝灰?guī)r形成于碰撞后的伸展環(huán)境。晚泥盆世流紋巖(375.5±4.6Ma)具有較年輕的模式年齡，源自新元古代-中寒武世增生下地殼物質(zhì)的部分熔融，屬于鈣堿性I型流紋巖。在Sr/Y-Y圖解、La/Yb-Th/Yb圖解、Rb-(Y+Nb)圖解和Rb/30-Hf-3Ta圖解上落入火山弧環(huán)境(圖14a, b, e, f)；因此，晚泥盆世流紋巖形成于火山弧環(huán)境。

4.4 地質(zhì)意義

在東北地區(qū)，由于晚二疊世-早三疊世古亞洲洋閉合和中生代強(qiáng)烈向北逆沖(唐克東等, 2004)和走滑(孫曉猛等, 2008)等影響，長(zhǎng)春-延吉縫合帶不是狹窄的帶，而是南至長(zhǎng)春-磐石-樺甸-延吉，北至石頭口門(mén)-吉林-敦化-琿春幾十到幾百千米的寬帶(Liuetal., 2017)。在長(zhǎng)春-延吉縫合帶的北部，于宏斌等(2017)在機(jī)房溝巖群中變質(zhì)中酸性火山巖中獲得388～389Ma年齡，認(rèn)為其組成了佳蒙地塊南緣早泥盆世末期-晚泥盆世初期的火山巖帶。長(zhǎng)春北東部的石頭口門(mén)-波泥河蛇綠巖包括鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)雜巖、基性熔巖、輝綠巖墻以及深海相放射蟲(chóng)硅質(zhì)巖等(劉永江等, 2019)；而且石頭口門(mén)地區(qū)出露的早石炭世火山巖(355～359Ma)為具有洋島環(huán)境的大洋板內(nèi)火山巖(焦驥, 2020)。本文研究區(qū)距離長(zhǎng)春市西南約50km，位于長(zhǎng)春-延吉縫合帶的南部；具有從志留紀(jì)至二疊紀(jì)連續(xù)演化歷史，區(qū)內(nèi)古生代地質(zhì)體總體呈北西西向展布，受變質(zhì)變形作用影響，不同時(shí)代的地質(zhì)體之間多為構(gòu)造接觸；總體上具有從南西向北東逐漸變新的趨勢(shì)，反映了古亞洲洋南向俯沖過(guò)程中，各地質(zhì)體陸續(xù)就位，并依次側(cè)向拼貼的過(guò)程。

華北板塊北緣東段法庫(kù)-延吉地區(qū)俯沖增生雜巖帶中早古生代巖漿活動(dòng)從晚寒武世一直持續(xù)到晚志留世(圖15、表5)，存在494Ma、486Ma、475Ma、467Ma、459Ma、438Ma、422Ma等峰值(圖4f)，與白乃廟弧帶巖漿巖的峰值(Zhangetal., 2014)可對(duì)比，表明法庫(kù)-延吉地區(qū)俯沖增生雜巖帶是白乃廟弧帶的東延部分。早期巖漿作用(493～458Ma)主要由橄欖巖、輝石巖、輝長(zhǎng)巖、輝石安山巖、石英閃長(zhǎng)巖、高鎂安山巖等組成；吉林中部張家屯地區(qū)晚寒武世-早奧陶世變輝綠巖(493Ma，Peietal., 2016)、角閃石輝長(zhǎng)巖(486Ma，Maetal., 2020)、石英閃長(zhǎng)巖(476Ma)屬于與俯沖有關(guān)的島弧拉斑玄武巖，與小綏河中奧陶世高鎂安山巖(467Ma，Peietal., 2016)等構(gòu)成了俯沖開(kāi)始階段的產(chǎn)物(Peietal., 2016)。晚期巖漿作用(446～419Ma)主要由閃長(zhǎng)巖、安山巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、英云閃長(zhǎng)巖、流紋英安巖、花崗巖、流紋巖等組成，顯示了活動(dòng)大陸邊緣巖石組合特征；晚奧陶世至早志留世英云閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖(446Ma、438Ma，Zhangetal., 2014；443Ma，Maetal., 2020)、早-中志留世埃達(dá)克質(zhì)侵入巖(英云閃長(zhǎng)巖，443Ma，白新會(huì)等，2015；花崗閃長(zhǎng)巖432Ma、石英閃長(zhǎng)巖437Ma，Shietal., 2019)、中-晚志留世中酸性巖漿巖(英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、安山巖、英安巖、流紋巖)等形成于俯沖背景下的島弧環(huán)境(圖16)。

表5 華北板塊北緣東段法庫(kù)-延吉地區(qū)寒武紀(jì)-泥盆紀(jì)巖漿事件數(shù)據(jù)表Table 5 Cambrian-Devonian magmatic events data of Faku-Yanji area in the eastern segment of the northern margin of the North China Plate

續(xù)表5Continued Table 5

泥盆紀(jì)巖漿活動(dòng)(410～375Ma)主要由流紋巖(流紋質(zhì)凝灰?guī)r)、英安巖、二長(zhǎng)花崗巖等組成，存在400Ma、389Ma、377Ma峰值，與張琪琪等(2019)總結(jié)的華北地塊北緣侵入巖的峰值(400Ma、392Ma、379Ma)一致，反映了華北板塊北緣陸緣增生帶與華北地塊北緣處于相同的構(gòu)造背景下。區(qū)內(nèi)早泥盆世火山巖(404Ma)形成于碰撞后伸展環(huán)境，早泥盆世二長(zhǎng)花崗巖(400Ma；Peietal., 2016)與中泥盆世流紋巖(390Ma；Hanetal., 2018)具有埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征，反映了地殼碰撞后加厚的特征。區(qū)域資料顯示，華北板塊與白乃廟島弧在志留紀(jì)末期發(fā)生弧陸碰撞，西別河組或張家屯組被認(rèn)為是碰撞后形成的磨拉石建造，不整合地覆蓋于早古生代巖石之上 (張?jiān)势降? 2010)。赤峰解放營(yíng)子地區(qū)的西別河組沉積于早泥盆世(凝灰?guī)r夾層年齡405±2Ma)；吉林中部張家屯組沉積于404±14Ma和409±8Ma之后(Peietal., 2016)。西別河組的碎屑鋯石年代學(xué)結(jié)果表明弧-陸碰撞發(fā)生在晚志留世-早泥盆世(張琪琪, 2021)。因此，弧陸碰撞可能發(fā)生在較短的時(shí)間內(nèi)(419～405Ma)(圖16)。隨后，在華北克拉通北緣發(fā)育400～380Ma堿性巖漿巖帶(Zhangetal., 2018)。

前人研究顯示該期伸展作用可能持續(xù)了整個(gè)泥盆紀(jì)(王興安, 2014; 孫立新等, 2017; 陳井勝, 2018; Chenetal., 2018; Duetal., 2021; 張超等, 未發(fā)表資料)，或持續(xù)到早石炭世(王森等, 2020)等不同認(rèn)識(shí)。蛇綠巖和火山巖等研究顯示在晚泥盆世-早石炭世，古亞洲洋又發(fā)生了南向俯沖，如：Songetal. (2015)根據(jù)中亞造山帶出露的蛇綠巖認(rèn)為存在500～410Ma和360～220Ma兩個(gè)大洋擴(kuò)張/俯沖旋回；Xieetal. (2012)認(rèn)為塔里木克拉通北緣的黑山鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)侵入巖(357±4Ma)形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境；Shietal. (2022)認(rèn)為遼寧法庫(kù)地區(qū)高鎂安山巖(370Ma)和輝長(zhǎng)巖(350Ma)是由古亞洲洋南向俯沖作用下形成的弧后洋盆；張麗等(2020)認(rèn)為昌圖下二臺(tái)地區(qū)早石炭世變質(zhì)火山巖(341～348Ma)形成于古亞洲洋板塊南向俯沖的活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。本文認(rèn)為，研究區(qū)晚泥盆世鈣堿性I型流紋巖(375.5±4.6Ma)及昌圖地區(qū)亦晚泥盆世高鉀鈣堿性I型花崗巖(377±2Ma)(張超等，未發(fā)表資料)的發(fā)現(xiàn)，表明古亞洲洋板塊開(kāi)始南向俯沖，晚泥盆世(～375Ma)流紋巖形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境(圖16)。

5 結(jié)論

(1)測(cè)年結(jié)果顯示，放牛溝火山巖中變安山巖、糜棱巖化變流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r和流紋巖鋯石U-Pb年齡分別為426±4.8Ma、404±4.5Ma、375.5±4.6Ma，代表巖石的結(jié)晶年齡；結(jié)合前人測(cè)年結(jié)果，放牛溝火山巖中包括426～425Ma、～419Ma、404～400Ma、390～384Ma、～375Ma等多期火山事件；放牛溝火山巖構(gòu)造變形強(qiáng)烈，形成糜棱巖化變質(zhì)火山巖、構(gòu)造片巖等，各類(lèi)巖石之間多為構(gòu)造接觸，實(shí)際上是由形成于不同時(shí)代、不同構(gòu)造環(huán)境的構(gòu)造巖片組成。西蟒仗侵入巖中英云閃長(zhǎng)質(zhì)糜棱巖、糜棱巖化黑云母英云閃長(zhǎng)巖形成年齡分別為419.5±3.7Ma、424.7±5.9Ma，為中-晚志留世。

(2)中-晚志留世巖漿巖(426～419Ma)為一套鈣堿性-高鉀鈣堿性英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、安山巖、英安巖、流紋巖及火山碎屑巖組合；侵入巖和火山巖在時(shí)間、空間、物源方面具有一致性，屬于同源的火山-侵入雜巖；具有正的εN(t)(+1.04～+1.21)和εHf(t)(+1.26～+7.85)，相對(duì)富集Rb、Ba、Th、U、K(LILEs)及輕稀土元素(LREE)，并且虧損Nb、Ta、P、Ti(HFSEs)，主要源自中-新元古代增生下地殼物質(zhì)(俯沖板片)的部分熔融，上升過(guò)程與地幔和下地殼物質(zhì)發(fā)生了混染，形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。

(3)早泥盆世糜棱巖化變流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r富集Rb、Th、U、K，虧損Ba、Nb、Ta、Eu、Sr、P、Ti，表現(xiàn)出鋁質(zhì)A型花崗巖地球化學(xué)特征，形成于白乃廟島弧與華北板塊碰碰撞后伸展環(huán)境；具有正εNd(t)(+1.28～+2.70)和εHf(t)(+3.18～+7.22)，表明其源自中-新元古代增生玄武質(zhì)下地殼物質(zhì)的部分熔融，巖漿形成后經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石、磷灰石、磁鐵礦等礦物的分離結(jié)晶作用。

(4)晚泥盆世糜棱巖化變流紋巖屬于鈣堿性I型流紋巖；富集Rb、Ba、Th、U、K，虧損Nb、Ta、Sr、P、Ti，類(lèi)似于島弧巖石地球化學(xué)特征；具有正εNd(t)(+6.08)和εHf(t)(+9.63～+13.39)，說(shuō)明其巖漿源自新元古代-中寒武世增生玄武質(zhì)下地殼物質(zhì)的部分熔融；形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，古亞洲洋板塊開(kāi)始南向俯沖。

謹(jǐn)以此文慶祝“沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心”成立60周年。

致謝樣品分析得到自然資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心、吉林大學(xué)東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)自然資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室的大力支持，在此表示衷心的感謝。