北山北帶新元古代A型花崗巖：Rodinia超大陸裂解早期的地質(zhì)響應(yīng)*

卜濤 王國強(qiáng) 黃博濤 董增產(chǎn) 過磊

中亞造山帶是典型的增生型造山帶，南北兩側(cè)分別被西伯利亞板塊和塔里木-華北板塊包圍，西部與烏拉爾造山系相連，東部連通鄂霍茨克洋(Wilhemetal., 2012; Xiaoetal., 2015)。在其漫長的演化過程形成了復(fù)雜的構(gòu)造樣式、豐富的礦產(chǎn)資源及獨(dú)特的增生體系，因而備受地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注(Xiaoetal., 2008a, b; Xiao and Zhao, 2017)。北山造山帶位于中亞造山帶南緣(圖1a)，連接著興蒙造山帶和東天山造山帶，處于星星峽和阿爾金兩大走滑斷裂分割的構(gòu)造楔形區(qū)內(nèi)，是由多個(gè)微陸塊、島弧、增生雜巖、蛇綠巖經(jīng)過多期拼貼增生形成的復(fù)雜造山帶。在北山造山帶中，分布著大量的中高級變質(zhì)巖，以往統(tǒng)稱為“北山雜巖”或“北山巖群”，主要由石英巖、石英片巖、變粒巖、片麻巖、斜長角閃巖、混合巖及大理巖等組成，被認(rèn)為是造山帶前寒武紀(jì)基底(左國朝等, 1990, 2003; 劉雪亞和王荃, 1995; 李景春等, 1996; 魏學(xué)平等, 2000)。對這些前寒武紀(jì)基底的形成時(shí)代、歸屬及變質(zhì)作用過程的正確認(rèn)識，是造山帶構(gòu)造格架劃分及構(gòu)造演化過程研究的關(guān)鍵。然而，新近的研究顯示，馬鬃山一帶原劃明水-旱山地塊的大量前寒武紀(jì)變質(zhì)侵入體被證實(shí)形成于早古生代(Songetal., 2013a, b, 2015, 2016; Yuanetal., 2018; 黃博濤等, 2021)，北山地區(qū)有精確鋯石U-Pb定年的前寒武紀(jì)侵入體主要分布在北山造山帶南帶(以紅柳河-牛圈子-洗腸井混雜巖帶為界)的花牛山、古堡泉、雅丹、石板井及北山北帶東段的哈珠等地(姜洪穎等, 2013; 葉曉峰等, 2013; 賀振宇等, 2015; Liuetal., 2015; 袁禹, 2019; 牛文超等, 2019; 李沅柏等, 2021)，形成時(shí)代主要為中-新元古代，其他地區(qū)未見相關(guān)報(bào)道，且這些中-新元古代侵入巖的形成均被認(rèn)為與Rodinia超大陸的聚合有關(guān)(袁禹, 2019; Wangetal., 2021a)，北山地區(qū)尚未見及有與Rodinia超大陸裂解相關(guān)的花崗巖漿作用相關(guān)報(bào)道。加之北山地區(qū)前寒武紀(jì)地質(zhì)體普遍經(jīng)歷了早古生代的拼貼造山作用過程，可識別的前寒武紀(jì)侵入巖出露也極為局限，因而使得該地區(qū)前寒武紀(jì)地質(zhì)體的分布、起源和歸屬等問題缺少足夠認(rèn)識。

最近，筆者在明水地區(qū)開展1:5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時(shí)，新發(fā)現(xiàn)了新元古代片麻狀正長花崗巖，證明北山北帶西段存在前寒武紀(jì)的巖漿活動(dòng)，這就為北山造山帶北帶前寒武紀(jì)地質(zhì)研究提供了新的巖石學(xué)證據(jù)。本文擬在詳細(xì)的野外調(diào)查基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)的巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)和鋯石Hf同位素分析為手段，探討北山造山帶北帶新元古代片麻狀正長花崗巖的巖石成因和構(gòu)造環(huán)境，并結(jié)合北山造山帶及鄰區(qū)前寒武紀(jì)基底巖石的已有研究成果，探討北山地區(qū)新元古代動(dòng)力學(xué)體制。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

北山造山帶位于甘-新-蒙交界處，中亞造山帶南緣，西側(cè)以星星峽左行走滑斷裂與天山造山帶相連，東側(cè)于若水走滑斷裂被巴丹吉林沙漠掩蓋，南北分別與敦煌地塊和蒙古增生造山帶相連，是由多個(gè)微陸塊、島弧、增生雜巖、蛇綠巖經(jīng)過多期拼貼增生形成的復(fù)雜造山帶(Xiaoetal., 2010)。自北向南發(fā)育四條蛇綠混雜巖帶(紅石山-百合山-蓬勃山、芨芨臺子-小黃山、紅柳河-牛圈子-洗腸井、柳園)，每條蛇綠巖帶均被不同的學(xué)者作為板塊縫合線，從而進(jìn)行北山地區(qū)構(gòu)造單元的劃分(左國朝等, 1990; 劉雪亞和王荃, 1995; 何世平等, 2002; Xiaoetal., 2010; 楊合群等, 2010)。Xiaoetal.(2010)將北山造山帶自北向南劃分為雀兒山、黑鷹山-旱山、馬鬃山、雙鷹山-花牛山、石板山等構(gòu)造單元，研究區(qū)就位于馬鬃山單元之上(前人稱該區(qū)為明水地塊)(圖1b)，區(qū)內(nèi)以前寒武紀(jì)地層的廣泛分布和古生界地殼的顯著增生為特征。前寒武紀(jì)地層主要為北山巖群，受后期構(gòu)造切割及晚期巖體侵入蠶食，多以斷塊或殘留體的形式產(chǎn)出，巖石組合上主要由變粒巖、石英巖、云母石英片巖、斜長角閃巖及大理巖組成，整體風(fēng)化破碎嚴(yán)重，劈理化發(fā)育。巖漿巖主要以早古生代的花崗巖、花崗閃長巖為主。區(qū)內(nèi)巖石由于受早古生代增生拼貼造山作用的影響，均遭受了不同程度的變質(zhì)和變形，整體變質(zhì)程度不深，以綠片巖相-低角閃巖相為主，多具韌性剪切變形特征。

圖1 中亞造山帶構(gòu)造位置簡圖(a, 據(jù)Xiao et al., 2013)、北山造山帶構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D(b,據(jù)Xiao et al., 2010)和研究區(qū)地質(zhì)簡圖(c)Fig.1 Structural location diagram of Central Asia Orogenic Belt (a, after Xiao et al., 2013), tectonic divisions map of Beishan Orogenic Belt (b, after Xiao et al., 2010) and geological map of gneissic syenogranite in the research area

圖2 小孤梁片麻狀正長花崗巖野外照片(a、b)及顯微照片(c、d)Q-石英；Pl-斜長石；Kfs-鉀長石；Bi-黑云母Fig.2 Field photographs (a, b) and microphotographs (c, d) of gneissic syenogranite in the Xiaoguliang areaQ-quartz; Pl-plagioclase; Kfs-K-feldspar; Bi-biotite

本文研究的新元古代片麻狀正長花崗巖位于明水鄉(xiāng)東側(cè)的小孤梁附近(采樣坐標(biāo)：E96°37′48″、N41°50′23″)。小孤梁片麻狀正長花崗巖近東西向條帶狀展布，與古元古代北山巖群呈侵入接觸關(guān)系，出露面積約1.4km2(圖1c)。巖石呈肉紅色，中-細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)，弱片麻狀構(gòu)造，局部眼球狀紋理構(gòu)造(圖2a, b)，主要由斜長石(10%～15%)、堿性長石(40%～45%)、石英(30%～35%)、黑云母(3%～5%)等組成。礦物顆粒半自形到他形，各組成礦物略具定向分布。巖石內(nèi)部發(fā)育少量的裂隙，表面有輕微的綠泥石化蝕變。堿性長石呈半自形-他形粒狀，粒徑一般介于0.2～3mm，主要由微斜長石組成，可見格子雙晶；斜長石呈半自形板柱狀到他形粒狀，粒徑一般介于0.2～2mm，可見聚片雙晶，鏡下略顯混濁；石英呈他形粒狀，粒徑0.2～2.5mm，鏡下無色，干涉色一級灰白；黑云母均呈片狀，片徑(長徑)一般小于0.3mm，可見一組完全解理，呈深褐色，多色性顯著，分布于長石、石英顆粒間隙之間(圖2c, d)。

2 分析方法

花崗巖的主量、微量元素分析測試在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室完成，其中，主量元素中的FeO采用濕化學(xué)分析法測試完成，其余主量元素采用熒光光譜法完成，分析儀器為Panalytical公司生產(chǎn)的PW4400型X-射線熒光光譜儀(XRF)，分析誤差低于5%，微量元素測試儀器為Thermo Fisher公司生產(chǎn)的X-SeriesⅡ型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)，檢測限優(yōu)于5×10-9，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差低于5%。

鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像檢測、U-Pb同位素定年及Lu-Hf同位素測試均在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室完成，其中，鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像檢測在MonoCL3系統(tǒng)上完成，檢測時(shí)其電子束加速電壓為10kV；鋯石U-Pb同位素測年用LA-ICP-MS完成，激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas Pro，等離子體質(zhì)譜儀為Agilent 7700x，分析時(shí)激光束斑直徑為32μm，測試頻率為5Hz。實(shí)驗(yàn)中采用氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣，少量氬作為補(bǔ)償氣體以調(diào)解設(shè)備的靈敏度。鋯石年齡采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)，用29Si作內(nèi)標(biāo)，NISTSRM610作成分標(biāo)樣來校正微量元素含量，數(shù)據(jù)處理采用Glitter 4.4軟件完成。按照普通鉛校正(ver3.15)方法對普Pb進(jìn)行校正(Andersen, 2002)，應(yīng)用ISOPLOT3.0程序(Ludwig, 2003)進(jìn)行鋯石年齡加權(quán)平均值計(jì)算及U-Pb諧和圖的繪制。

鋯石原位Lu-Hf同位素分析用Geolas Pro型激光剝蝕系統(tǒng)和Neptune型多接收等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)機(jī)完成，分析時(shí)激光束直徑為44μm，激光脈沖頻率為8Hz。實(shí)驗(yàn)過程中采用91500、GJ-1、MUN和PLV作參考標(biāo)樣。計(jì)算初始176Hf/177Hf比值時(shí)，Lu的衰變常數(shù)采用1.865×10-11y-1(Schereretal., 2001)，εHf值的計(jì)算采用Bouvieretal.(2008)推薦的球粒隕石Hf同位素值，176Hf/177Hf=0.282785，176Lu/177Hf=0.0336。在Hf單階段模式年齡計(jì)算中，(176Hf/177Hf)DM現(xiàn)在值采用0.28325，(176Lu/177Hf)DM采用0.0384，兩階段Hf模式年齡采用平均地殼的176Lu/177Hf=0.015(Griffinetal., 2000)進(jìn)行計(jì)算。數(shù)據(jù)采用中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室編制的Hfllow宏程序計(jì)算校正。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb測年結(jié)果

顯微鏡下觀測結(jié)果顯示，樣品中的鋯石自形程度較高，多呈長柱狀-柱狀，長度大多在100～200μm之間，長寬比為 2:1，陰極發(fā)光(CL)圖像(圖3)顯示清晰的巖漿型鋯石的振蕩環(huán)帶。樣品(BS20-3TW)共進(jìn)行了30個(gè)點(diǎn)的U-Pb年齡和微量元素分析，分析結(jié)果見表1。測點(diǎn)中Th的含量變化范圍為83.91×10-6～425.9×10-6，U的含量變化范圍為198.7×10-6～1113×10-6，Th/U值較大，變化于0.29～0.58，平均值0.40，且Th、U之間正相關(guān)性較好，說明鋯石為巖漿成因(Claessonetal., 2000; Belousovaetal., 2002)。剔除4個(gè)不諧和點(diǎn)(-14、-15、-19、-28)，有26個(gè)測點(diǎn)在諧和線上或其附近，206Pb/238U的表面年齡范圍為781±7Ma～787±8Ma，206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為784±2.7Ma(置信度95%，MSWD=0.03)(圖4)，可代表花崗巖的結(jié)晶年齡，形成時(shí)代為新元古代早期。

3.2 鋯石Lu-Hf同位素特征

對定年鋯石進(jìn)行了26個(gè)點(diǎn)的鋯石微區(qū)Lu-Hf同位素分析，分析結(jié)果見表2。所測鋯石的176Yb/177Hf比值介于0.029929～0.128831，176Lu/177Hf比值介于0.000604～0.002293，Hf同位素初始比值176Hf/177Hf介于0.282147～0.282307，εHf(t)值介于-19.55～-13.81之間，均為負(fù)值，單階段模式年齡(tDM1)為1.33～1.56Ga，平均1.45Ga，兩階段模式年齡(tDM2)變化范圍為2.02～1.65Ga，平均1.84Ga。

圖3 小孤梁片麻狀正長花崗巖陰極發(fā)光(CL)圖像及測試位置白色實(shí)線圈和虛線圈分別對應(yīng)U-Pb年齡和Lu-Hf同位素分析點(diǎn)Fig.3 Measuring position and CL images of zircons from gneissic syenogranite in the Xiaoguliang areaThe white solid line circle and the dashed line circle correspond to the U-Pb age and Lu-Hf isotope analysis points, respectively

表1 小孤梁片麻狀正長花崗巖(樣品BS20-3TW)LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic analyses of the gneissic syenogranite (Sample BS20-3TW) in the Xiaoguliang area

圖4 小孤梁片麻狀正花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 LA-ICP-MS U-Pb concordia diagram of zircons from gneissic syenogranite in the Xiaoguliang area

表2 小孤梁片麻狀正長花崗巖(樣品BS20-3TW)鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)Table 2 Lu-Hf isotopic compositions of the gneissic syenogranite (Sample BS20-3TW) in the Xiaoguliang area

3.3 巖石地球化學(xué)特征

3.3.1 主量元素

小孤梁片麻狀正長花崗巖的主量、微量元素分析結(jié)果及特征參數(shù)見表3。片麻狀正長花崗巖具有較高的SiO2和全堿(ALK)含量，SiO2含量介于72.22%～74.06%，全堿(ALK)含量介于7.50%～8.33%，其中，K2O含量在3.38%～4.97%之間，Na2O含量在3.36%～4.12%之間。巖石Al2O3

表3 小孤梁片麻正長花崗巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果Table 3 Major (wt%) and trace (×10-6) elements compositions of the gneissic syenogranite in the Xiaoguliang area

圖5 小孤梁片麻狀正長花崗巖SiO2-(K2O+Na2O)(a, 據(jù)Cox et al., 1979)圖和SiO2-K2O圖(b, 據(jù)Rickwoo, 1989)6-花崗巖；A-堿性系列；S-亞堿性系列Fig.5 (Na2O+K2O) vs. SiO2 diagram (a, after Cox et al., 1979) and K2O vs. SiO2 diagram (b, after Rickwood, 1989) of gneissic syenogranite in the Xiaoguliang area6-granite; A-alkaline series; S-subalkaline series

圖6 小孤梁片麻狀正長花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements spidergrams (b) of gneissic syenogranite in the Xiaoguliang area, Gansu (normalized values after Sun and McDonough, 1989)

含量較低，介于12.39%～12.95%之間，A/CNK介于0.99%～1.03%，平均1.01，表現(xiàn)為準(zhǔn)鋁質(zhì)特征。MgO含量在0.40%～0.54%之間，F(xiàn)eOT含量在2.65%～3.82%之間。巖石里特曼指數(shù)在1.87～2.25之間，均小于3.3，在SiO2-(K2O+Na2O)圖解中所有樣品均落入亞堿性系列花崗巖區(qū)域(圖5a)，在SiO2-K2O圖解中樣品均落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域內(nèi)(圖5b)。

3.3.2 微量元素

樣品總體稀土含量較高，稀土總量介于481.1×10-6～606.6×10-6之間；LREE/HREE比值為8.85～10.34，平均9.67，(La/Yb)N比值為32.04～43.52，平均37.43，表明輕稀土相對富集，重稀土相對虧損，輕重稀土分餾較好；(La/Sm)N介于6.23～6.64，(Gd/Yb)N在2.91～3.81之間，顯示輕稀土相對于重稀土內(nèi)部分餾較好。樣品表現(xiàn)出中等的負(fù)Eu異常，δEu=0.60～0.69。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分模式圖上，表現(xiàn)為輕稀土相對富集，重稀土較為平坦，總體上呈右傾型曲線(圖6a)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖上，樣品普遍表現(xiàn)出富集大離子親石元素Rb、K、Th、U，虧損高場強(qiáng)元素Sr、Nb、Ta、P、Ti的特征(圖6b)。

4 討論

4.1 巖石成因

巖漿源區(qū)的性質(zhì)、熔融條件(如壓力、溫度、含水量)以及構(gòu)造背景是決定花崗質(zhì)巖漿初始化學(xué)成分的重要因素。通常，根據(jù)巖漿源區(qū)性質(zhì)和形成機(jī)制的差異，大陸地殼中的花崗巖一般分為S型、I型、A型和M型(Chappell, 1999; Frostetal., 2001)。小孤梁片麻狀正長花崗巖具有高的K2O和LREE含量(K2O含量介于3.38%～4.97%；LREE含量介于432.3×10-6～545.8×10-6)，低的Mg#值及Cr、Ni含量(Mg#值范圍為22.06～26.39，Cr和Ni的含量分別為4.3×10-6～7.27×10-6和2.0×10-6～3.41×10-6)，明顯不同于M型花崗巖(Didieretal., 1982)。巖石具有相對較低的A/CNK值(A/CNK=0.99-1.03)，且缺乏原生富鋁礦物(如石榴石、白云母等)，也與典型的S型花崗巖不同(Chappell, 1999)。巖石高硅、富堿、貧鋁，類似于A型花崗巖，片麻狀正長花崗巖10000Ga/Al比值介于2.71～2.81>2.6，Zr含量介于241×10-6～317×10-6，平均值277.7×10-6>250×10-6，Zr+Y+Nb+Ce含量介于567.6×10-6～644.7×10-6，均大于350×10-6，在(10000Ga/Al)-(Na2O+K2O)/CaO圖(圖7a)和(Zr+Y+Nb+Ce)-FeOT/MgO判別圖(圖7b)上樣品均落入A型花崗巖區(qū)域(Whalenetal., 1987)。研究顯示，當(dāng)SiO2含量大于72%時(shí)(小孤梁片麻狀正長花崗巖的SiO2含量介于72.94%～74.56%)，高分異花崗巖的礦物組合和化學(xué)成分都將趨近于最低共熔點(diǎn)組分，往往在地球化學(xué)特征上表現(xiàn)出與A型花崗巖的相似性(Whalenetal., 1987; Kingetal., 1997; Wuetal., 2003a, b)，判別A型花崗巖的兩個(gè)重要指標(biāo)(高的Ga/Al和高的Zr+Y+Nb+Ce值)，一些高分異花崗巖也能滿足(Linnen and Cuney, 2005; Pérez-Soba and Villaseca, 2010; Breiteretal., 2013)，因此，將高分異花崗巖與A型花崗巖進(jìn)行區(qū)分尤為重要。研究表明，高分異型花崗巖全鐵(FeOT)含量一般小于1.00%，而A型花崗巖全鐵(FeOT)含量一般大于1.00%(王強(qiáng)等, 2000)，片麻狀正長花崗巖的FeOT含量介于2.65%～3.82%>1.00%；高分異花崗巖的形成溫度較低(均值在764℃)(Kingetal., 1997)，而A型花崗巖最大的特點(diǎn)是高溫，一般大于800℃(Collinsetal., 1982; 吳福元等, 2017)，根據(jù)Watson and Harrison (1983)基于鋯石溶解度模擬提出的計(jì)算公式TZr(℃)=[12900/(LnDZr(496000/熔體)+0.85M+2.95)]-273.15，計(jì)算得到鋯石飽和溫度為824～859℃，也符合高溫花崗巖的特點(diǎn)；高分異花崗巖一般具有高的Rb含量，一般大于270×10-6(Pearceetal., 1984)，片麻狀正長花崗巖Rb含量介于53.30×10-6～77.80×10-6，同時(shí)，其Li含量介于4.91×10-6～6.18×10-6，Cs含量介于0.33×10-6～0.45×10-6，含量低，也不同于高分異花崗巖。基于以上幾點(diǎn)考慮，本文認(rèn)為小孤梁片麻狀正長花崗巖屬于A型花崗巖。

自Loiselle and Wones (1979)提出堿性(alkaline)、無水(anhydrous)、非造山(anorogenic)的A型花崗巖概念以來，關(guān)于A型花崗巖特征的討論一直存在分歧(Eby, 1992; Bonin, 2007; Frostetal., 2001; 吳福元等, 2007; 張旗等, 2012; 張旗, 2013)，目前，A型花崗巖的概念已從狹義的“堿性”“無水”、“非造山”拓展到鐵質(zhì)(Ferroam)、堿性-鈣堿性(alkali-calcic)、準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)或過堿質(zhì)的一大類火成巖(許寶良等, 1998; 吳福元等, 2007; Bonin, 2007; Frostetal., 2001; Frost and Frost, 2011)。關(guān)于其巖石成因，主要有3種認(rèn)識：(1)幔源拉斑質(zhì)或堿性玄武質(zhì)巖漿的高度分異(Turneretal., 1992; Mushkinetal., 2003)；(2)幔源巖漿與殼源巖漿的混合(Kempetal., 2005; Yangetal., 2006)；(3)長英質(zhì)地殼巖石的部分熔融(Kingetal., 1997; Frostetal., 2001)。本次研究的片麻狀正長花崗巖高硅和鈣堿性的特征表明其不可能是拉斑質(zhì)或堿性玄武質(zhì)巖漿簡單分異的產(chǎn)物。片麻狀正長花崗巖中未見鎂鐵質(zhì)包體，鏡下無明顯的巖漿混合結(jié)構(gòu)特征，如斜長石的嵌晶結(jié)構(gòu)或出現(xiàn)針狀磷灰石，排除了巖漿混合的可能性。小孤梁片麻狀正長花崗巖具有極度負(fù)的εHf(t)值，εHf(t)介于-19.5～-13.8，二階段模式年齡(tDM2)介于2.02～1.65Ga，峰值約1.8Ga，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其結(jié)晶年齡。研究表明，對于中-酸性巖石，如果鋯石的εHf(t)為負(fù)值，且二階段模式年齡遠(yuǎn)大于其結(jié)晶年齡，則說明其起源于古老地殼的部分熔融，鋯石年齡代表了地殼的再造時(shí)間(Cawoodetal., 2013; Collinsetal., 2011; Condie, 2000; Hawkesworth and Kemp, 2006)。本次工作也對小孤梁片麻狀正長花崗巖的圍巖地層(北山巖群)中的石英巖開展了碎屑鋯石U-Pb定年，結(jié)果顯示其最小的碎屑鋯石年齡為～1710Ma，峰值年齡集中在2000～1800Ma(另文發(fā)表)。張正平等(2017)對北山北帶石板井一帶北山巖群中的斜長角閃巖進(jìn)行的LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，結(jié)果顯示其諧和年齡為1623±21Ma，代表原巖的侵位年齡，說明北山巖群中的變質(zhì)表殼巖的成巖年齡不應(yīng)晚于1623±21Ma，表明北山北帶存在古元古代地殼物質(zhì)。綜上，本文更傾向于第三種成因，既小孤梁片麻狀正長花崗巖的形成可能與古老地殼物質(zhì)的部分熔融有關(guān)。

4.2 構(gòu)造背景及地質(zhì)意義

圖7 小孤梁片麻狀正長花崗巖(10000Ga/Al)-(Na2O+K2O)/CaO(a)和(Zr+Y+Nb+Ce)-FeOT/MgO(b)判別圖(據(jù)Whalen et al., 1987)Fig.7 (10000Ga/Al) vs. (Na2O+K2O)/CaO (a) and (Zr+Y+Nb+Ce) vs. FeOT/MgO (b) diagrams of gneissic syenogranite in the Xiaoguliang area, Gansu (after Whalen et al., 1987)

圖8 小孤梁片麻狀正長花崗巖Y-Nb-3×Ga(a)、Y-Nb-Ce(b)(據(jù)Eby, 1992)、Rb/10-Hf-3×Ta(c, 據(jù)Harris et al., 1986)和Rb-(Y+Nb)(d, 據(jù)Pearce et al., 1984)圖解Fig.8 Y-Nb-3×Ga (a), Y-Nb-Ce (b) (after Eby, 1992)，Rb/10 vs. Hf-3×Ta (c, after Harris et al., 1986) and Rb vs. (Y+Nb) (d, after Pearce et al., 1984) diagram of gneissic syenogranite in the Xiaoguliang area

A型花崗巖因其特殊的構(gòu)造背景受到廣泛關(guān)注，目前報(bào)道的A型花崗巖幾乎都形成于伸展環(huán)境(Eby, 1990; 賈小輝等, 2009; Frostetal., 2007; Zhao and Zhou, 2009; 張旗等, 2012)。Eby (1992)根據(jù)地球化學(xué)特征將A型花崗巖分為A1型和A2型兩個(gè)亞類，A1型主要形成于大陸裂谷或者板內(nèi)的構(gòu)造環(huán)境，A2型則主要形成于后碰撞伸展環(huán)境。小孤梁片麻狀正長花崗巖在Y-Nb-3×Ga和Y-Nb-Ce圖解中(圖8a, b)，均位于A1型花崗巖區(qū)域內(nèi)；在Rb/10-Hf-3×Ta(圖8c)和Rb-(Y+Nb)(圖8d)圖解中，樣品多數(shù)也落入板內(nèi)花崗巖區(qū)域內(nèi)。區(qū)域地質(zhì)資料亦表明，在北山南帶存在形成于～870Ma的A2型流紋巖，暗示北山地區(qū)已進(jìn)入碰撞后伸展階段(李沅柏等, 2021)；北山多條蛇綠巖年代學(xué)研究顯示，該區(qū)早古生代洋盆在早寒武世已經(jīng)開啟(張?jiān)凸俳? 2008; 王國強(qiáng)等, 2021)；在大豁落山地區(qū)，下寒武統(tǒng)雙鷹山組頂部的巖石組合為一套薄層狀大理巖、灰?guī)r，灰?guī)r中含有豐富的生物碎屑，標(biāo)志淺?；蛘邽I海相環(huán)境，而中上寒武統(tǒng)西雙鷹山組主要為青灰色硅質(zhì)巖夾薄層狀灰?guī)r，標(biāo)志其為深海相化學(xué)沉積的產(chǎn)物(余吉遠(yuǎn)等, 2012)。地層的物質(zhì)組成及北山地區(qū)蛇綠巖年代學(xué)研究均表明，北山地區(qū)在寒武紀(jì)時(shí)已處于拉伸環(huán)境，綜上，小孤梁片麻狀正長花崗巖為A1型花崗巖，可能是大陸裂谷巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

前文述及，北山造山帶是由多個(gè)微陸塊、島弧、增生雜巖、蛇綠巖經(jīng)過多期拼貼增生形成的復(fù)雜造山帶，以紅柳河-牛圈子-洗腸井混雜巖帶為界，一般認(rèn)為北山南帶涉及多個(gè)微陸塊俯沖碰撞過程，這也被北山南帶發(fā)育的大量的中-新元古代巖漿巖所證實(shí)(Windleyetal., 2007; 姜洪穎等, 2013; 葉曉峰等, 2013; 賀振宇等, 2015; Liuetal., 2015; 袁禹, 2019; 李沅柏等, 2021)，然而，關(guān)于北山北帶旱山、馬鬃山等單元(含明水地塊)的構(gòu)造屬性還存在爭議。早期的研究認(rèn)為旱山和馬鬃山單元是源自塔里木板塊或哈薩克斯坦板塊的微陸塊(左國朝等, 1990; Zuoetal., 1991)，隨后，Xiaoetal.(2010)和Aoetal.(2016)又將馬鬃山單元解釋為因古亞洲洋俯沖而形成的古生代島弧，而旱山單元?jiǎng)t被認(rèn)為是其增生楔，究其主要原因是北山北帶的馬鬃山、旱山等單元缺少高精度的鋯石U-Pb定年的前寒武紀(jì)侵入巖(Songetal., 2013a, b, 2015, 2016)。新近的研究顯示，在北山北帶東段旱山單元的哈珠地區(qū)存在新元古代的巖漿活動(dòng)，與東天山、北山南帶的新元古代侵入巖對比研究顯示它們具有統(tǒng)一的前寒武紀(jì)演化歷史，均參與了新元古代Rodinia超大陸的聚合事件(牛文超等, 2019)。因此，北山北帶馬鬃山單元是否存在前寒武紀(jì)侵入巖成為重建該地區(qū)增生造山作用過程的關(guān)鍵。花崗巖作為地殼重熔的產(chǎn)物，可以有效追溯微陸塊的前寒武紀(jì)基底信息。筆者在北山北帶的明水地區(qū)開展1:5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作時(shí)新發(fā)現(xiàn)新元古代侵入體，這是該地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)新元古代巖漿活動(dòng)。本次對其進(jìn)行了鋯石Hf同位素分析，結(jié)果顯示其二階段模式年齡tDM2介于2.02～1.65Ga，這與北山南帶中新元古代侵入巖的Hf同位素二階段模式年齡一致(姜洪穎等, 2013; 袁禹, 2019)，亦與北山造山帶中前寒武紀(jì)地層反應(yīng)的物源信息相吻合(Songetal., 2013c; 范志偉, 2015)，表明北山北帶西段的明水地區(qū)存在更古老的地殼物質(zhì)，盡管目前在北山造山帶還沒有識別出古元古代的侵入體。

超大陸的周期性匯聚與裂解過程被稱為超大陸旋回(Bradley，2011；Nanceetal., 2014)。從全球范圍看，Rodinia超大陸聚合期為1000～850Ma，超大陸內(nèi)部最早經(jīng)歷的伸展時(shí)間為825～750Ma，主要的裂解期在750～600Ma之間，這導(dǎo)致了東亞陸塊群與西伯利亞-東歐之間的古亞洲洋的開啟(Zhaoetal., 2018)。在新元古代時(shí)，北山屬于Rodinia超大陸的組成部分，主要依據(jù)如下：(1)新元古代中期-早寒武世大陸裂谷火山活動(dòng)并非只是局限于天山及其鄰區(qū)，而是波及中亞-東亞(包括中國中-西部和華南)、澳大利亞、北美、非洲南部和南極的一次全球性的由地幔柱活動(dòng)引發(fā)的大陸裂谷火山事件，是Rodinia超級古大陸裂解作用的深部地球動(dòng)力學(xué)的地表響應(yīng)(夏林圻等, 2016)。北山地區(qū)新元古代火山巖報(bào)道較少，包括形成于～901Ma的大洋海山環(huán)境的玄武巖(Wangetal., 2021b)以及震旦系洗腸井群中識別的形成于大陸裂谷環(huán)境的玄武巖(李向民等, 2015(1)李向民, 王國強(qiáng), 余吉遠(yuǎn). 2015. 北山-祁連關(guān)鍵地區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果報(bào)告)；(2)對天山、北山及鄰區(qū)南華系和震旦系開展過較為詳細(xì)的地層學(xué)研究表明，在震旦系的上覆寒武系地層(雙鷹山組)的底部，恒定地發(fā)育有一套含磷巖層；在震旦系和南華系(洗腸井群)中存在2～3層大致可以對比的冰成巖或冰磧巖(李向民等, 2015)，可能與新元古代埃迪卡拉紀(jì)全球性大冰期時(shí)間相對應(yīng)。這些地質(zhì)記錄暗示著在元古代末期應(yīng)當(dāng)存在有一個(gè)包括北山在內(nèi)的Rodinia超大陸，目前北山造山帶內(nèi)殘存的明水、旱山等微陸塊(地塊)則是該超級大陸的組成部分。

北山南帶形成于約8.9億年的似斑狀黑云二長花崗巖(李沅柏等, 2021)、約9億年的眼球狀花崗巖(梅華林, 1999; 葉曉峰等, 2013)、約14億年的黑云斜長片麻巖(賀振宇等, 2015; Heetal., 2018; Yuanetal., 2019)、約7.1億年的片麻巖(Aoetal., 2016)以及北山北帶形成于約8.9億年的片麻狀花崗巖(牛文超等, 2019)，這些巖石均為Columbia超大陸裂解及Rodinia超大陸聚合事件在北山地區(qū)的響應(yīng)；對北山造山帶古堡泉一帶的榴輝巖、正片麻巖的年代學(xué)及地球化學(xué)研究顯示北山地區(qū)整個(gè)地殼經(jīng)歷了格林威爾期的變質(zhì)事件，證明了在早新元古代時(shí)北山地區(qū)處于Rodinia超大陸周緣超級俯沖系統(tǒng)之中(Soldneretal., 2020)。那么，Rodinia超大陸俯沖之后至埃迪卡拉紀(jì)之前的動(dòng)力學(xué)體制的轉(zhuǎn)換是在是什么時(shí)候發(fā)生？這是需要考慮的問題。從全球范圍看，在825～750Ma時(shí)Rodinia超大陸則處于裂解相關(guān)的伸展體制，直接導(dǎo)致全球范圍內(nèi)幾乎所有的Rodinia超大陸組成部分中均發(fā)育非造山巖漿巖組合(Zhaoetal., 2018)。在北山地區(qū)還未見裂解期非造山花崗巖的報(bào)道，本次報(bào)道的形成于～784Ma A型花崗巖是Rodinia超大陸裂解事件在北山地區(qū)的響應(yīng)。結(jié)合前人新近報(bào)道的形成于～870Ma后碰撞伸展環(huán)境A型流紋巖(李沅柏等, 2021)、北山及其鄰區(qū)下寒武統(tǒng)不整合于震旦系冰磧巖之上的地質(zhì)事實(shí)以及北山地區(qū)存在諸多高精度同位素年齡佐證形成于早寒武世蛇綠巖(張?jiān)凸缃? 2008; 王國強(qiáng)等, 2021)，這代表了Rodinia超大陸從聚合到裂解直至古亞洲洋(北山洋盆)開啟的完整動(dòng)力學(xué)過程。

5 結(jié)論

(1)北山北帶西段小孤梁片麻狀正長花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為784±2.7Ma，形成于新元古代早期。

(2)小孤梁麻狀正長花崗巖具有高硅、富堿、高FeOT/MgO和Ga/Al值，低Al2O3、MgO、CaO的特征；結(jié)晶溫度在824～859℃；屬于典型的A型花崗巖。

(3)小孤梁麻狀正長花崗巖與古老地殼物質(zhì)的部分熔融有關(guān)，形成于大陸裂谷環(huán)境，暗示其為北山地區(qū)最早的Rodinia超大陸裂解期的花崗巖漿記錄。

致謝實(shí)驗(yàn)測試過程中得到中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測試室的大力支持，在此深表謝意！感謝匿名審稿人提出的寶貴意見，受益匪淺。