山東莒南地區(qū)下地殼的復(fù)雜組成和多期次生長(zhǎng)與改造：麻粒巖捕虜體的再研究*

英基豐 湯艷杰

地球是一個(gè)具有圈層結(jié)構(gòu)的行星。作為最外層的地殼，體積和質(zhì)量分別僅占整個(gè)地球的0.8%和0.4%(White, 2013)，盡管與地幔和地核相比，無(wú)論是體積還是質(zhì)量都微不足道，但地殼是人類(lèi)生存、生產(chǎn)和生活的場(chǎng)所，支撐人類(lèi)生存和發(fā)展的能源、礦產(chǎn)也都主要來(lái)源于地殼。此外，地殼中保留有地球上最古老的巖石和礦物，如加拿大Slave克拉通上4.03Ga的Acasta片麻巖和澳大利亞西部Yilgarn克拉通發(fā)現(xiàn)的4.4Ga的碎屑鋯石(Stern and Bleeker, 1998; Wildeetal., 2001)。因此，地殼對(duì)于人們了解地球的起源及之后的分異、演化具有重要意義。

相對(duì)于上地殼樣品的易獲得性，下地殼難于直接獲取，正所謂上天容易入地難，人類(lèi)已經(jīng)成功的采集到遠(yuǎn)達(dá)38萬(wàn)km之外的月球樣品并成功返回地球，但在現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)條件下，仍無(wú)法進(jìn)行下地殼的直接取樣，即便是人類(lèi)有史以來(lái)最深的大陸鉆井——俄羅斯科拉半島超深鉆，雖然鉆孔深達(dá)12262m，也尚未達(dá)至下地殼深度。目前人們主要通過(guò)以下三種方法來(lái)對(duì)下地殼開(kāi)展研究：(1)各種地球物理方法，包括地震波探測(cè)、巖石的高溫高壓實(shí)驗(yàn)等；(2)產(chǎn)于古老克拉通地區(qū)的早前寒武紀(jì)麻粒巖地體，這類(lèi)麻粒巖是在前寒武構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中抬升至地表的，其分布廣且數(shù)量多；(3)火成巖中捕獲并攜帶至地表的麻粒巖捕虜體，這類(lèi)麻粒巖個(gè)體小而且數(shù)量也不多。研究表明，地體麻粒巖由于是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期復(fù)雜的變質(zhì)變形才到達(dá)地表，它們實(shí)際上已不能很好的代表現(xiàn)今的下地殼(Bohlen and Mezger, 1989; Rudnick and Fountain, 1995)，但仍可作為前寒武紀(jì)時(shí)期的下地殼代表來(lái)研究。而由玄武巖攜帶至地表的麻粒巖捕虜體由于是快速上升到地表，因此忠實(shí)地記錄了火山噴發(fā)時(shí)期下地殼的面貌。同時(shí)，麻粒巖捕虜體又常常與各種地幔巖捕虜體共生，可以同時(shí)測(cè)定地溫曲線，判定其形成深度，確定殼-幔邊界，建立巖石圈結(jié)構(gòu)剖面并與速度結(jié)構(gòu)剖面對(duì)比，深入進(jìn)行殼-幔演化的研究。因此，麻粒巖捕虜體一直是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外下地殼研究的最主要對(duì)象之一。

山東莒南晚中生代玄武質(zhì)角礫巖是近年來(lái)在華北東部新發(fā)現(xiàn)的含下地殼麻粒巖、輝石巖和地幔橄欖巖捕虜體的一處玄武質(zhì)巖石，對(duì)其中麻粒巖和輝石巖捕虜體的研究豐富了我們對(duì)華北克拉通下地殼在克拉通破壞背景下的演化過(guò)程和特征的認(rèn)識(shí)(Yingetal., 2010, 2013; Tangetal., 2014)。由于麻粒巖捕虜體是巖漿上升過(guò)程中隨機(jī)捕獲的下地殼樣品，其代表性取決于樣品數(shù)量的多寡，更多的樣品量對(duì)于全面認(rèn)識(shí)下地殼的物質(zhì)組成和演化至關(guān)重要。本文在前人工作基礎(chǔ)上，對(duì)新獲得的2個(gè)麻粒巖捕虜體樣品開(kāi)展了鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素地球化學(xué)研究。此外，前人對(duì)莒南玄武巖采用的是玄武巖基質(zhì)K-Ar法定年，由于玄武巖中含有較多圍巖角礫，在挑選基質(zhì)時(shí)很難做到將圍巖角礫完全清除，這很可能會(huì)影響年齡結(jié)果，因此，我們還對(duì)玄武巖中金云母巨晶進(jìn)行了40Ar-39Ar年代學(xué)研究，以期更為精確約束該處玄武巖的年齡，并為下地殼的演化研究提供年代學(xué)坐標(biāo)。

1 地質(zhì)背景和研究樣品

華北克拉通是地球上最為古老的克拉通之一，保留有始太古代陸殼物質(zhì)(Liuetal., 1992; Zhengetal., 2004a)?？死ū辈恳怨派?侏羅紀(jì)中亞造山帶、南部和東部以秦嶺-大別山-蘇魯超高壓變質(zhì)帶為界。依據(jù)基底巖石的巖石學(xué)、地球化學(xué)和變質(zhì)作用的P-T-t軌跡研究結(jié)果，可以將華北克拉通分為三部分，即東部塊體、西部塊體和中部造山帶(Zhaoetal., 2005)。華北克拉通自早元代克拉通化以后一直到奧陶紀(jì)均保持著穩(wěn)定，缺少巖漿活動(dòng)。在奧陶紀(jì)華北發(fā)育有金伯利巖(池際尚和路風(fēng)香, 1996)，此后又經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的巖漿寂靜期；到侏羅紀(jì)，華北恢復(fù)了巖漿活動(dòng)，此后無(wú)論是在范圍上、還是強(qiáng)度上，巖漿活動(dòng)在白堊紀(jì)達(dá)到頂峰，并延續(xù)到新生代(Fanetal., 2000; Xu, 2001; Wuetal., 2005)。

莒南位于蘇魯造山帶內(nèi)，郯廬斷裂帶東側(cè)(圖1)。區(qū)域上基底巖石為中-晚元古代經(jīng)歷中-低變質(zhì)作用的粉子山群，同時(shí)還出露有因古生代末-早中生代華北和華南陸塊碰撞而成的大量超高壓巖石(Zhengetal., 2003)。在晚中生代，區(qū)域處于伸展背景，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，包括分布廣泛的青山組火山巖、花崗巖等(Fanetal., 2001)。莒南玄武質(zhì)角礫巖巖脈位于莒南縣城東北方向，王家大莊北側(cè)。巖脈侵位于晚中生代花崗巖中，呈北東東向展布約200m，平均寬度約10m。玄武巖為黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，金云母巨晶普遍(直徑約0.5～1cm)，斑晶主要為單斜輝石，基質(zhì)由單斜輝石、長(zhǎng)石和玻璃組成。玄武巖基質(zhì)K-Ar年齡為67Ma，玄武巖中含有大量橄欖巖、麻粒巖和輝石巖捕虜體以及橄欖石和單斜輝石捕擄晶(Yingetal., 2006, 2010, 2013)。本文研究的樣品為兩件二輝麻粒巖捕虜體(JN09-1和JN09-11)，樣品與寄主玄武巖邊界清晰，直徑約8cm，中細(xì)粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要組成礦物為斜方輝石、單斜輝石和斜長(zhǎng)石，少量云母、磷灰石、不透明鐵-鈦氧化物等(圖2)。

圖1 華北克拉通地質(zhì)簡(jiǎn)圖以及主要含麻粒巖捕虜體的火山巖位置Fig.1 Simplified geological map of the North China Craton showing the locations of granulite xenolith bearing volcanic fields

2 分析方法

將金云母巨晶樣品包裹在鋁箔中制成圓片，并與國(guó)際標(biāo)樣YBCs(29.286±0.045Ma)(Wangetal., 2014)一起放入石英瓶中。中子照射在中國(guó)原子能科學(xué)研究院49-2反應(yīng)堆進(jìn)行，使用H8孔道，以約6.5×1012n·(cm2s)-1中子流密度照射24h。照射后的樣品放置2個(gè)月待放射性水平降至安全范圍之后，在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所40Ar-39Ar實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。使用雙真空電阻爐對(duì)樣品逐級(jí)加熱萃取氣體，氣體純化后引入MM5400靜態(tài)惰性氣體質(zhì)譜儀中進(jìn)行Ar同位素測(cè)定。測(cè)定結(jié)果經(jīng)系統(tǒng)空白校正、質(zhì)量歧視校正、37Ar放射性衰變校正和Ca、K干擾核反應(yīng)的干擾校正。采用CaF2和K2SO4確定Ca和K同位素反應(yīng)的校正參數(shù)：(36Ar/37Ar)Ca=2.69×10-4，(39Ar/37Ar)Ca=8.52×10-4，(40Ar/37Ar)K=3.3×10-4進(jìn)行校正。年齡計(jì)算時(shí)40K的總衰變常數(shù)λ為5.543×10-10yr-1(Steiger and J?ger, 1977)。數(shù)據(jù)處理采用軟件ArArCALC軟件得到坪年齡、等時(shí)線年齡以及反等時(shí)線等年齡信息(Koppers, 2002)。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)Wangetal. (2006)。

圖2 山東莒南麻粒巖捕虜體顯微照片Opx-斜方輝石；Cpx-單斜輝石；Pl-斜長(zhǎng)石；Bi-黑云母；Kf-鉀長(zhǎng)石Fig.2 Photomicrographs of the Junan granulite xenoliths taken under plane-polarized lightOpx-orthopyroxene; Cpx-clinopyroxene; Pl-plagioclase; Bi-biotite; Kf-potassium feldspar

鋯石U-Pb年齡在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的Cameca IMS-1280二次離子質(zhì)譜儀上進(jìn)行。將分選出的鋯石顆粒和鋯石標(biāo)樣Qinghu(Lietal., 2009)等一起粘在環(huán)氧樹(shù)脂靶上，研磨、拋光至露出鋯石核部。鋯石靶制備完成后，對(duì)鋯石進(jìn)行透射光和反射光顯微照相以及陰極發(fā)光圖象分析，以檢查鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、幫助選擇適宜的測(cè)試點(diǎn)位。用強(qiáng)度為10nA的一次O-2離子束通過(guò)-13kV加速電壓轟擊鋯石表面，束斑大小約為20μm×30μm。每個(gè)樣品點(diǎn)分析7組數(shù)據(jù)，測(cè)量時(shí)間約為12min。鋯石樣品的Pb /U 值采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500進(jìn)行校正；Th和U含量采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500(Th=29×10-6；U=81×10-6)來(lái)計(jì)算，普通Pb 用測(cè)量的204Pb進(jìn)行校正，U-Th-Pb的詳細(xì)測(cè)試方法可見(jiàn)Lietal. (2009)。數(shù)據(jù)結(jié)果采用ISOPLOT 軟件處理(Ludwig, 2001)。

3 分析結(jié)果

3.1 金云母巨晶40Ar-39Ar年齡

我們對(duì)一件金云母巨晶(JN08-0)進(jìn)行了40Ar-39Ar年齡分析，結(jié)果見(jiàn)表1和圖3。樣品共經(jīng)歷了13個(gè)階段的逐級(jí)加熱，加熱溫度區(qū)間為800～1450℃。除了低溫800～900℃和高溫1370～1450℃區(qū)間外，其它溫度區(qū)間所獲得的視年齡非常一致，用于計(jì)算的累計(jì)39Ar釋放量占總釋放量的98.9%。其坪年齡為59.04±0.17Ma，反等時(shí)線年齡為58.87±0.23Ma，40Ar/36Ar初始值為304.5±8.7，與大氣氬的該比值(295.5±0.5)基本一致，說(shuō)明無(wú)明顯過(guò)剩氬影響，坪年齡數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

表1 山東莒南玄武質(zhì)角礫巖中金云母巨晶40Ar/39Ar年代學(xué)數(shù)據(jù)

圖3 山東莒南玄武質(zhì)角礫巖中金云母巨晶40Ar/39Ar年齡譜和反等時(shí)線圖Fig.3 40Ar/39Ar apparent age spectrum and inverse isochron of the phlogopite megacryst from the Junan basaltic breccia

3.2 鋯石U-Pb年齡

本次工作對(duì)兩個(gè)麻粒巖樣品中的鋯石進(jìn)行了U-Pb年齡分析，結(jié)果見(jiàn)表2。樣品JN09-1中的鋯石大小、形態(tài)不均一，多數(shù)呈長(zhǎng)柱橢圓形，部分為渾圓狀，長(zhǎng)度約100～200μm。在CL圖像上(圖4)，鋯石主要呈現(xiàn)出兩類(lèi)特征，一類(lèi)為較為均一的白色或灰白色；一類(lèi)為核邊結(jié)構(gòu)，其中核部為黑色，部分可見(jiàn)微弱的震蕩環(huán)帶，暗示其為巖漿成因，而邊部則為白色。鋯石U=68×10-6～1604×10-6、Th=15×10-6～334×10-6、Th/U=0.03～1.41。絕大多數(shù)鋯石具有不諧和的年齡。在諧和圖上可以分為三組(圖5)，一組鋯石的上交點(diǎn)年齡為3332±160Ma，該組年齡的鋯石分析部位均位于鋯石的核心、具有或清晰或微弱的震蕩環(huán)帶，表明其為典型的巖漿鋯石；第二組鋯石由不諧和與近于諧和的11顆鋯石組成，部分鋯石具巖漿鋯石的震蕩環(huán)帶特征，獲得的上交點(diǎn)年齡為2521±180Ma；第三組鋯石由近于諧和與不諧和的13顆鋯石組成，這些鋯石的CL圖像絕大多數(shù)為均一的灰白色，但也有少量顯示為微弱的巖漿成因鋯石特征，鋯石給出的上交點(diǎn)年齡為1988±39Ma。

樣品JN09-11中的鋯石呈長(zhǎng)柱狀和渾圓狀，長(zhǎng)柱狀顆粒長(zhǎng)約100～200μm，寬約50μm。渾圓狀顆粒直徑約50～100μm。在CL圖像上，絕大多數(shù)鋯石表現(xiàn)為內(nèi)部結(jié)構(gòu)均一的白色或灰白色，少量鋯石顯示有微弱的暗色的核。鋯石U=20×10-6～211×10-6、Th=8×10-6～564×10-6、Th/U=0.14～2.0。多數(shù)鋯石年齡具有弱不諧和特征且年齡分布范圍較大，鋯石在諧和圖上沿近諧和線分布，28個(gè)分析點(diǎn)獲得上交點(diǎn)年齡為759±65Ma，下交點(diǎn)年齡為130±68Ma。

表2 莒南麻粒巖捕虜體中鋯石SIMS U-Pb年齡

續(xù)表2

圖4 莒南麻粒巖中代表性鋯石的CL圖圓圈代表了年齡和Hf同位素分析位置，圈中數(shù)字為εHf(t)值Fig.4 Cathodoluminescence images of representative zircon grains in the granulite xenolithsThe circles on the zircon grains indicate the U-Pb age and Hf isotope analysis spot and the εHf(t) values are shown within the circles

3.3 鋯石Hf同位素

鋯石的Hf同位素分析結(jié)果見(jiàn)表3和圖6。樣品JN09-1和JN09-11中鋯石的176Lu/177Hf比值分別小于0.0014和0.0035，說(shuō)明鋯石自形成后放射成因Hf同位素的積累處于極低水平。樣品JN09-1中上交點(diǎn)年齡為3332±160Ma的一組鋯石具有較為均一的176Hf/177Hf比值，其值為0.280582～0.280656，按形成年齡t=3332Ma計(jì)算εHf(t)為-5.1～-2.1，Hf的單階段模式年齡tDM為3.6～3.7Ga， 兩階段模式年齡tcrust為3.7～3.8Ga。第二組上交點(diǎn)年齡為2521±180Ma的鋯石同樣具有比較均一的176Hf/177Hf比值，為0.280582～0.280816，按形成年齡t=2521Ma計(jì)算的εHf(t)為-21.9～-13.6，Hf單階段模式年齡tDM為3.3～3.6Ga，兩階段模式年齡tcrust為3.6～4.0Ga。第三組上交點(diǎn)年齡為1988±39Ma的鋯石176Hf/177Hf為0.280634～0.280865，按形成年齡t=1988Ma計(jì)算的εHf(t)為-32.1～-23.9，Hf單階段模式年齡tDM為3.3～3.6Ga，兩階段模式年齡tcrust為3.7～4.1Ga。

樣品JN09-11中鋯石的176Hf/177Hf比值變化范圍較寬，為0.281156～0.281942，按形成年齡t=759Ma計(jì)算的εHf(t)為-17.5～-5.6，Hf單階段模式年齡tDM為1.5～2.1Ga，兩階段模式年齡tcrust為1.7～2.4Ga。

圖5 莒南麻粒巖中鋯石U-Pb年齡Fig.5 Concordia diagrams of SIMS U-Pb data for zircons from Junan granulite xenoliths

圖6 莒南麻粒巖捕虜體中鋯石的Hf同位素特征Fig.6 Hf isotopic composition of zircon from the Junan granulite xenoliths

4 討論

4.1 莒南玄武巖的形成時(shí)代

Yingetal. (2006)最早報(bào)道了莒南玄武巖的年齡，對(duì)玄武巖基質(zhì)進(jìn)行的K-Ar法測(cè)年獲得的年齡為65～67Ma。但莒南為玄武質(zhì)角礫巖，角礫包括各種地幔和地殼巖石碎片，雖然測(cè)試對(duì)象為挑選的玄武巖基質(zhì)，但難以做到完全排除角礫物質(zhì)對(duì)測(cè)年的影響，因此推測(cè)所獲K-Ar年齡偏老。此外K-Ar法測(cè)年時(shí)樣品本身存在的氬過(guò)剩或丟失也會(huì)導(dǎo)致所測(cè)得年齡偏離實(shí)際年齡。金云母單礦物40Ar-39Ar法測(cè)年則可以避免上述情況。盡管玄武質(zhì)巖中金云母巨晶的成因有斑晶和捕擄晶等不同的觀點(diǎn)(Irving and Frey, 1984; Schulze, 1987)，但由于金云母的氬同位素封閉溫度為400～480℃(Dodson, 1973)，遠(yuǎn)低于玄武巖漿的噴發(fā)溫度(～1100℃)(徐夕生和邱檢生, 2010)，因此即便金云母巨晶是捕擄晶，其被巖漿捕獲后Ar同位素體系也因高溫而開(kāi)放和重置，其最終記錄的年齡是玄武巖漿冷卻至氬同位素體系重新封閉后的年齡。前人對(duì)地幔橄欖巖捕虜體中金云母的40Ar-39Ar年代學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，其與寄主巖具有一致的年齡(杜世俊等, 2009; Zhaoetal., 2013)。因此可以確定玄武巖中的金云母巨晶，無(wú)論其是捕虜晶還是斑晶均記錄了寄主玄武巖噴發(fā)后的冷卻年齡。莒南玄武巖中的金云母巨晶具有非常平坦的年齡坪，以及一致的坪年齡和反等時(shí)線年齡(59Ma)，因此我們認(rèn)為其代表了莒南玄武巖噴發(fā)結(jié)束的年齡。前人獲得的偏老的K-Ar法年齡很可能是玄武巖基質(zhì)中未能完全剔除的圍巖角礫所致。

4.2 莒南地區(qū)多期次下地殼形成

本次研究的兩個(gè)麻粒巖樣品中的鋯石展現(xiàn)出完全不同的U-Pb年齡和Hf同位素特征，也與前人的研究結(jié)果有極大差別(Yingetal., 2010; Tangetal., 2014)。這一方面說(shuō)明了捕虜體被寄主巖捕獲的隨機(jī)性和下地殼組成的高度不均一性，另一方面也凸顯了對(duì)更多麻粒巖捕虜體開(kāi)展研究的必要性。所分析的鋯石絕大多數(shù)都具有不諧和的年齡，反映了鋯石結(jié)晶后遭受變質(zhì)作用并導(dǎo)致放射成因Pb同位素的丟失。樣品JN09-1中的3組鋯石分別具有3333Ma，2521Ma和1988Ma上交點(diǎn)年齡，而樣品JN09-11中的鋯石的上交點(diǎn)年齡為759Ma。從CL圖上看，分布在上交點(diǎn)附近的鋯石多顯示出巖漿成因鋯石所具有的震蕩環(huán)帶，因此我們認(rèn)為這些上交點(diǎn)年齡反映的是鋯石的結(jié)晶年齡，即莒南下地殼原巖是經(jīng)過(guò)古太古代(3.33Ga)、新太古代(2.52Ga)、古元古代(1.99Ga)以及新元古代(759Ma)等多期次巖漿作用而形成。樣品JN09-1中最年輕的巖漿鋯石年齡為1.99Ga，該年齡代表了麻粒巖原巖的形成年齡，而更老的3.33Ga和2.52Ga年齡的鋯石很可能是該麻粒巖原巖形成過(guò)程中捕獲的圍巖鋯石。

表3 山東莒南麻粒巖捕虜體中鋯石原位Hf同位素分析結(jié)果

續(xù)表3

Yingetal. (2010)對(duì)莒南兩個(gè)麻粒巖捕虜體中鋯石定年結(jié)果顯示，麻粒巖的原巖在2.3Ga形成，并在1.9Ga和122Ma經(jīng)歷了變質(zhì)熱事件的改造。Tangetal. (2014)對(duì)莒南麻粒巖中鋯石以及玄武巖中鋯石捕擄晶的定年結(jié)果也表明莒南下地殼的原巖形成于2.3Ga。因此，本研究所報(bào)道的鋯石定年結(jié)果將莒南地區(qū)下地殼的最老形成年齡向前推了約10億年。前人對(duì)華北太古代巖石單元研究發(fā)現(xiàn)，在古太古代存在一期廣泛的構(gòu)造熱事件，如鞍山地區(qū)奧長(zhǎng)花崗質(zhì)淺色體、冀東曹莊地區(qū)最老的英云閃長(zhǎng)巖均為3.3Ga(Nutmanetal., 2011; 萬(wàn)渝生等, 2020)。莒南3.33Ga的巖漿活動(dòng)在年齡上與該構(gòu)造熱事件是吻合的，即該期構(gòu)造熱事件可能不僅僅局限在鞍山和冀東地區(qū)。新太古代晚期(～2.5Ga)是華北克拉通最重要的構(gòu)造熱事件(Zhaoetal., 2001)，顯然，莒南地區(qū)2.52Ga巖漿活動(dòng)與該期熱事件也是一致的。樣品JN09-1的原巖形成年齡為古元古代1.99Ga，在時(shí)間上與華北克拉通西部塊體中陰山地塊和鄂爾多斯地塊間的碰撞構(gòu)造帶以及東部塊體膠-遼-吉帶形成時(shí)間大致相同(Zhaoetal., 2005; 趙國(guó)春, 2009)，因此是對(duì)華北克拉通古元古代造山作用的區(qū)域響應(yīng)。

在華北克拉通東部，除莒南麻粒巖捕虜體外，前人還對(duì)青島、信陽(yáng)和女山等地區(qū)的下地殼麻粒巖的形成時(shí)代做過(guò)大量研究，如對(duì)青島地區(qū)麻粒巖捕虜體的定年結(jié)果顯示，該地區(qū)下地殼的原巖主要形成于2.4～2.5Ga，并在約2.0Ga經(jīng)歷變質(zhì)重結(jié)晶，此外在晚白堊世還有巖漿底侵物質(zhì)加入下地殼(Zhang, 2012)；信陽(yáng)地區(qū)麻粒巖捕虜體的年代學(xué)研究結(jié)果表明該地區(qū)下地殼主要形成于3.6Ga和1.9～2.1Ga(Zhengetal., 2004a)；而女山地區(qū)下地殼的形成時(shí)間為2.5Ga，并在早白堊世有底侵物質(zhì)加入下地殼(Huangetal., 2004)。Tangetal. (2014)在莒南玄武巖鋯石捕擄晶中發(fā)現(xiàn)新元古代年齡，但由于鋯石捕擄晶來(lái)源的多種可能性，尚無(wú)法明確該地區(qū)存在新元古代巖漿活動(dòng)，而本文報(bào)道的形成年齡為759Ma的麻粒巖捕虜體，則為該地區(qū)存在新元古代下地殼提供了明確的年代學(xué)證據(jù)。新元古代巖漿活動(dòng)被普遍認(rèn)為是華南板塊的特征(Lietal., 2003)，盡管近年來(lái)在華北克拉通內(nèi)部巖石圈中也發(fā)現(xiàn)有零星新元古代巖漿活動(dòng)的記錄(Zhengetal., 2004b; 鄭建平等, 2013)。蘇魯造山帶中生代花崗巖中普遍出現(xiàn)的新元古代繼承鋯石亦多被解釋為源于揚(yáng)子克拉通的地殼物質(zhì)(孟繁聰?shù)? 2006; Tangetal., 2008; Zhangetal., 2010; Jiangetal., 2012)，考慮到莒南地區(qū)位于蘇魯造山帶內(nèi)，因此有理由推測(cè)該區(qū)下地殼存在揚(yáng)子與華北克拉通碰撞過(guò)程中卷入的揚(yáng)子陸殼物質(zhì)。

4.3 莒南地區(qū)下地殼多階段增生和改造

年齡為3.33Ga的鋯石的εHf(t)為-5.1～-2.1，低于同期虧損地幔值，說(shuō)明其源區(qū)不是來(lái)源于虧損地幔，即該時(shí)期不是新生陸殼增生期，而是更早期古老物質(zhì)重熔后的再結(jié)晶。Hf同位素的兩階段模式年齡tcrust為3.7～3.8Ga，代表了莒南地區(qū)最古老的地殼物質(zhì)從虧損地幔分異增生的時(shí)代。同一樣品中的其他兩組鋯石具有相類(lèi)似的陸殼模式年齡，如年齡為2.52Ga的鋯石的tcrust為3.6～4.0Ga、年齡為1.99Ga的鋯石的tcrust為3.7～4.1Ga，說(shuō)明結(jié)晶出這些鋯石的三期巖漿來(lái)源于類(lèi)似的古老物質(zhì)的重熔。在Hf同位素演化圖上，這三組鋯石大致沿著陸殼的Hf同位素演化線分布也支持它們同源的推論。Tangetal. (2014)在對(duì)莒南麻粒巖捕虜體和鋯石捕虜體研究后認(rèn)為3.0～4.0Ga是莒南地區(qū)重要的陸殼生長(zhǎng)期。信陽(yáng)和女山麻粒巖捕虜體的研究結(jié)果也揭示出3.0Ga之前的陸殼增生事件，以及最老的陸殼物質(zhì)可以追溯至4.0Ga(Zhengetal., 2004a, 2012)。因此，華北克拉通東部始太古代的陸殼生長(zhǎng)是普遍的。盡管大量研究表明新太古代末2.5Ga是華北克拉通重要的陸殼增生時(shí)期(楊進(jìn)輝等, 2005; 耿元生等, 2010)，但莒南地區(qū)2.5Ga所形成的下地殼原巖并無(wú)虧損地幔的貢獻(xiàn)，僅表現(xiàn)為古老物質(zhì)的殼內(nèi)重循環(huán)。

年齡為759Ma的鋯石的εHf(t)為-17.6～-5.6，較寬范圍的εHf(t)可能反映了形成時(shí)巖漿混合特征，即這期新元古代巖漿是早期古老地殼物質(zhì)重熔所形成的巖漿與幔源巖漿混合的產(chǎn)物。假設(shè)具最低εHf(t)值的鋯石來(lái)源于古老地殼物質(zhì)，則計(jì)算的兩階段模式年齡tcrust為2.4Ga，即參與熔融的古老陸殼物質(zhì)是在約2.4Ga時(shí)從地幔增生至陸殼內(nèi)的。結(jié)合前述的2.5Ga時(shí)期的殼內(nèi)物質(zhì)重循環(huán)，可以推測(cè)新太古代2.4～2.5Ga，至少在莒南地區(qū)同時(shí)存在陸殼的生長(zhǎng)和殼內(nèi)物質(zhì)的重循環(huán)。

對(duì)華北克拉通東部青島、女山等處麻粒巖捕虜體中鋯石年代學(xué)和Hf同位素研究表明，晚白堊世時(shí)期發(fā)生過(guò)巖漿底侵事件，且底侵巖漿來(lái)源于富集的巖石圈地幔(Huangetal., 2004; Zhangetal., 2013)。Tangetal. (2014)也報(bào)道了莒南麻粒巖捕虜體和捕擄晶鋯石中存在早白堊世巖漿成因鋯石，這些鋯石與同時(shí)期富集巖石圈地幔具有一致的Hf同位素也支持該地區(qū)存在幔源巖漿的底侵作用。從時(shí)間上看，該時(shí)期與華北克拉通破壞的峰期時(shí)間，以及大范圍的巖漿活動(dòng)是一致的(Wuetal., 2005)。本次研究的樣品中，部分不諧和年齡鋯石的下交點(diǎn)同樣指向早白堊世，特別是樣品JN09-11中，位于年齡不一致線下交點(diǎn)處的部分鋯石具有諧和年齡(130Ma)，但其CL圖像均為灰白色，且無(wú)巖漿成因鋯石特有的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，同時(shí)其176Hf/177Hf比值與靠近上交點(diǎn)年齡的鋯石一致，表明這些鋯石是變質(zhì)重結(jié)晶成因，而非巖漿結(jié)晶鋯石。換言之，在本次研究的樣品中并沒(méi)有巖漿底侵作用的明確證據(jù)。底侵作用往往會(huì)造成殼幔之間巖石學(xué)界面和地震學(xué)Moho面的不一致(O’Reillyetal., 1994)。如在漢諾壩地區(qū)，晚中生代強(qiáng)烈的巖漿底侵就導(dǎo)致了較淺的巖石學(xué)殼幔邊界與較深的Moho面之間存在10余千米厚的過(guò)渡帶(Chenetal., 2001)。而莒南和鄰近的青島地區(qū)的殼幔間巖石學(xué)界面和Moho面卻具有一致的深度，這意味著，一方面這些地區(qū)底侵作用的規(guī)模和強(qiáng)度有限，另一方面華北克拉通東部早白堊紀(jì)巖石圈大規(guī)模的伸展構(gòu)造削弱了下地殼的生長(zhǎng)和加厚。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)山東莒南玄武質(zhì)角礫巖中金云母巨晶的40Ar-39Ar法定年和麻粒巖捕虜體中鋯石的U-Pb年代學(xué)以及Hf同位素地球化學(xué)研究，可以得出如下結(jié)論：

(1)莒南玄武巖的形成年齡是59Ma，玄武巖中的圍巖角礫會(huì)導(dǎo)致K-Ar法定年結(jié)果偏老。

(2)莒南地區(qū)下地殼的原巖記錄了多期次巖漿作用，包括3.33Ga、2.52Ga、1.99Ga和0.76Ga等期次巖漿活動(dòng)。

(3)莒南地區(qū)陸殼增生事件主要發(fā)生在始太古代3.7～3.8Ga，在新元古代0.76Ga也存在一定程度的陸殼生長(zhǎng)。組成莒南地區(qū)下地殼的原巖主要是通過(guò)古老物質(zhì)的多階段重熔改造作用形成的。

值此我的博士導(dǎo)師周新華研究員八十壽辰之際，謹(jǐn)以此文向老師表示崇高的敬意，師恩如山，衷心祝福老師健康長(zhǎng)壽！

致謝感謝中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室毛騫在獲取鋯石CL圖像工作中的幫助；感謝IMS1280離子探針實(shí)驗(yàn)室唐國(guó)強(qiáng)和LA-MC-ICP-MS實(shí)驗(yàn)室楊岳衡研究員在鋯石U-Pb年齡和Hf同位素測(cè)試中給予的指導(dǎo)和幫助；感謝氬氬年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室吳林在金云母年齡測(cè)試工作中的大力支持。感謝二位專(zhuān)家的專(zhuān)業(yè)評(píng)審和寶貴修改意見(jiàn)。