山東肥城-岱岳地區(qū)新太古代侵入巖巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)、年代學(xué)特征及形成環(huán)境分析*

張振飛，楊海林，高繼雷，周永剛，裴倫培，徐國良 ，王 輝

(1.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093；2.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟南 250100； 3.山東省富鐵礦勘查技術(shù)開發(fā)工程實驗室，山東 濟南 250100)

0 引言

魯西是華北克拉通新太古代巖漿作用最為發(fā)育的地區(qū)之一，存在從新太古代早期到晚期不同階段、不同類型的巖漿記錄。肥城地區(qū)的嶧山及傲徠山序列花崗閃長巖和二長花崗巖是魯西地區(qū)新太古代巖漿巖的重要組成部分，該巖體的形成時代研究能為恢復(fù)和反演魯西新太古代巖漿活動和基底演化提供依據(jù)。前人對魯西新太古代巖漿巖進行了大量研究，但對二長花崗巖的形成時代研究較少。本文依據(jù)山東省1∶50 000演馬莊幅、夏張幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目，對肥城南部及岱岳西部二長花崗巖分布范圍、野外特征、形成時代等進行了詳細的野外調(diào)查、室內(nèi)鑒定和年代學(xué)研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

肥城南部大地構(gòu)造位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)東平-肥城斷隆、蒙山-蒙陰斷隆和泰山-濟南斷隆之間，屬泰山西麓，其南東為大汶口盆地[1]。

研究區(qū)的侵入巖主要為新太古代片麻狀花崗閃長巖、二長花崗巖、石英閃長巖，可見少量泰山巖群包體，局部發(fā)育中生代侵入巖，位于魯西古陸核的西側(cè)；其展布方向與區(qū)域構(gòu)造線方向一致，多在310°～335°，另外區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的線狀泰山巖群包體的走向亦與區(qū)域構(gòu)造線方向一致。區(qū)內(nèi)構(gòu)造較發(fā)育，以NNW向及NE向斷裂為主[2](見圖1)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖[3]Fig.1 Regional geology sketch of the studying area[3]

2 地質(zhì)特征及巖石學(xué)特征

2.1 分布規(guī)律及其巖性單元劃分

研究區(qū)位于肥城市南部九山至泰安市岱岳區(qū)青龍山一帶，區(qū)內(nèi)廣泛分布新太古代侵入巖，呈NE向帶狀展布。本研究對區(qū)內(nèi)的新太古代侵入巖進行了重新劃分，對巖性單元、分布范圍及野外接觸關(guān)系有了新的認識。

經(jīng)野外調(diào)查及試驗分析，將研究區(qū)內(nèi)的新太古代侵入巖劃分為9個巖性單元，并歸并為2個序列，由老到新為：

a.嶧山序列，中粒黑云石英閃長巖(大眾橋單元)、片麻狀中粒含黑云奧長花崗巖(東桃園單元)、片麻狀中粒含黑云花崗閃長巖(龜蒙頂單元)、片麻狀細粒含黑云花崗閃長巖(布山單元)；

b.傲徠山序列，條帶狀中粒黑云二長花崗巖(蔣峪單元)、斑狀中粒二長花崗巖(望母山單元)、中粒二長花崗巖(松山單元)、中細粒二長花崗巖(孫家峪單元)、細粒二長花崗巖(調(diào)軍頂單元)。

2.2 野外接觸關(guān)系調(diào)查

在岱岳區(qū)黑水灣村南約800 m處，見片麻狀中粒含黑云奧長花崗巖呈脈狀超動侵入中粒黑云石英閃長巖中，脈寬約30 cm，侵入界線清晰(見圖2a)。

在肥城上紅山村，見細粒含黑云花崗閃長巖呈脈狀超動侵入片麻狀中粒含黑云花崗閃長巖中，脈寬60～80 cm，脈體走向約335°，與區(qū)域構(gòu)造線方向一致(見圖2b)。

在肥城布山，見條帶狀中粒黑云二長花崗巖呈細脈狀順片麻理侵入片麻狀細粒含黑云花崗閃長巖中，脈寬2～3 cm(見圖2c)。

在肥城布山，見中粒二長花崗巖呈脈狀超動侵入斑狀中粒二長花崗巖中，脈寬50 cm，走向283°(見圖2d)。

3 測試方法與技術(shù)要求

主量元素采用ARL 9900XP型X射線熒光光譜儀測定，分析精度優(yōu)于5%；燒失量(LOI)經(jīng)烘箱1 000 ℃烘烤90 min后測定；微量元素采用X Series2電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定，分析精度優(yōu)于5%。

鋯石挑選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成，分選量約15 mg。在雙目鏡下挑選出無明顯裂隙、干凈透明的鋯石顆粒粘貼制靶，并進行了反射光、透射光和陰極發(fā)光(CL)圖像分析，選定最佳測試位置。

鋯石U-Pb同位素測年工作在中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心LA-ICP-MS實驗室完成，等離子體質(zhì)譜儀為Thermo ICAP Q型，激光剝蝕系統(tǒng)采用的準(zhǔn)分子激光器型號為GeoLasPro193nm。實驗中采用氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載體，激光剝蝕光斑直徑為30 μm，采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500作外標(biāo)進行同位素分餾校正，微量元素質(zhì)量分數(shù)用USGS參考玻璃(NIST SRM 610,BCR-2G, BIR-1G)作為外標(biāo)、29Si作為內(nèi)標(biāo)元素進行定量計算。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal軟件[4-5]完成，普通Pb校正采用ComPbCorr# 3_151[6]完成，鋯石年齡計算及諧和圖的繪制采用Isoplot 3.0[7]完成。

4 結(jié)果分析

4.1 主量元素特征

肥城-岱岳地區(qū)前寒武紀侵入巖地球化學(xué)分析結(jié)果見表1。由表1可知，嶧山序列樣品中SiO2質(zhì)量分數(shù)為63.25%～70.34%，Al2O3質(zhì)量分數(shù)為15.35%～15.96%，里特曼指數(shù)δ[δ=(K2O+Na2O)2/(SiO2-43)]為1.62～2.53。嶧山序列SiO2-K2O圖解、傲徠山序列SiO2-K2O圖解、嶧山及傲徠山序列A/CNK-A/NK圖解、嶧山序列ACF圖解、傲徠山序列ACF圖解分別如圖3-圖7所示。

表1 嶧山、傲徠山序列地球化學(xué)分析結(jié)果Table 1 Geochemical analysis results of Yishan and Aolaishan series

圖3 嶧山序列SiO2-K2O圖解[8]Fig.3 SiO2-K2O diagram of Yishan series[8]

圖4 傲徠山序列SiO2-K2O圖解[8]Fig.4 SiO2-K2O diagram of Aolaishan series[8]

圖5 嶧山、傲徠山序列A/CNK-A/NK圖解[9]Fig.5 A/CNK-A/NK diagram of Yishan and Aolaishan series[9]

圖6 嶧山序列ACF圖解[10]Fig.6 ACF diagram of Yishan series[10]

圖7 傲徠山序列ACF圖解[10]Fig.7 ACF diagram of Aolaishan series[10]

嶧山序列多數(shù)屬于鈣堿性系列，僅布山單元樣品為高鉀鈣堿性系列；鋁飽和指數(shù)A/CNK為0.91～1.07，均小于1.1，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)；2件樣品落入準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域，2件樣品落在準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)的界線附近；K2O/Na2O為0.44～0.73，相對富鈉；Fe2O3/FeO為0.71～6.52，均大于0.4；鎂指數(shù)中等(Mg#為45.15～49.12)；4件樣品均落入Ⅰ型花崗巖區(qū)。

傲徠山序列多數(shù)屬于高鉀鈣堿性系列，鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.05～1.11，大部分樣品小于1.1，屬過鋁質(zhì)；K2O/Na2O為0.80～1.88，相對富鉀；6件樣品落入過鋁質(zhì)區(qū)域；Fe2O3/FeO為1.23～4.07，均大于0.4；鎂指數(shù)偏低(Mg#為28.97～47.33)；6件樣品除望母山單元落入S型花崗巖區(qū)外其余均落入Ⅰ型花崗巖區(qū)。

4.2 微量元素特征

嶧山序列稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖見圖8。由圖8可知，嶧山序列稀土元素總質(zhì)量分數(shù)∑REE = 88.06×10-6～173.60×10-6，平均為124.38×10-6，∑LREE/∑HREE=13.02～15.44，表現(xiàn)為右傾的輕稀土富集、重稀土虧損型；(La/Yb)N= 19.69～25.50，(Gd/Yb)N= 2.87～3.07，表明輕重稀土元素分餾程度中等；Eu和Ce異常不明顯(δEu =0.98～1.06，δCe = 0.89～1.01)。傲徠山序列稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖見圖9。由圖9可知，傲徠山序列稀土總質(zhì)量分數(shù)∑REE = 40.05×10-6～403.99×10-6，平均為166.30×10-6，∑LREE/∑HREE=6.61～29.70，除調(diào)軍頂單元2件樣品均表現(xiàn)出輕重稀土“兩頭富集中間虧損”的“V”字形模式外，其他單元樣品均表現(xiàn)為右傾的輕稀土較富集、重稀土虧損型；(La/Yb)N= 4.05～59.15，(Gd/Yb)N=0.79～4.98，多數(shù)樣品輕重稀土元素分餾程度中等，其中調(diào)軍頂單元2件樣品顯示重稀土富集特點；大部分樣品顯示Eu負異常(δEu =0.46～1.27)，其中望母山單元1件樣品顯示較明顯的Eu負異常，Ce異常不明顯(δCe = 0.84～1.24)。

圖8 嶧山序列稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖Fig.8 Normalized patterns of REE chondrite of Yishan series

圖9 傲徠山序列稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖Fig.9 Normalized patterns of REE chondrite of Aolaishan series

嶧山序列、傲徠山序列微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖見圖10、圖11。

圖10 嶧山序列微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖[11]Fig.10 Normalized spider chart of trace element sprimitive mantle of Yishan series[11]

圖11 傲徠山序列微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖[11]Fig.11 Normalized spider chart of trace elements primitive mantle of Aolaishan series[11]

由圖10、圖11可知，嶧山、傲徠山序列均表現(xiàn)出顯著的K、U、Pb、Gd等元素正異常和Nb、Ta、Ti、P等元素負異常，具有富集LILE、虧損HFSE的特點。

4.3 鋯石U-Pb測年

樣品PM23-16TY1位于肥城南部九山東坡，其中鋯石主要呈長柱狀，少量為短柱狀，粒徑在50～180 μm，長短軸比值在1.5～3.0。鋯石CL圖像均顯示顏色較深，且具有明顯的振蕩環(huán)帶特征，指示其為巖漿成因。選取樣品中的36顆鋯石進行測試，共計36個測點。U-Pb同位素分析結(jié)果及對應(yīng)的鋯石CL圖像特征分別見圖12和表2。

圖12 傲徠山序列細粒二長花崗巖鋯石CL照片及點位圖Fig.12 Cathode luminescence photos with points of zircon fine grained monzogranite from Aolaishan series

表2 鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析結(jié)果Table 2 Analysis results of zircon LA-ICP-MS U-Pb age

為了對鋯石年齡及鋯石特征進行分析以及對其內(nèi)繼承性巖漿鋯石和巖漿鋯石進行區(qū)分，考慮徂徠山南部的調(diào)軍頂單元巖因存在1期鉛丟失事件而造成鋯石的諧和度較低，故本文選取諧和度大于80%的14個測點進行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果如圖13所示。

圖13 傲徠山序列細粒二長花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.13 Zircon U-Pb age concordant diagram of fine grained monzogranite from Aolaishan series

由表2和圖13可知：鋯石Th、U質(zhì)量分數(shù)變化范圍分別為60.48×10-6～1 727.80×10-6、61.97×10-6～1 508.47×10-6；Th/U為0.13～2.10，平均1.19；Th、U質(zhì)量分數(shù)表現(xiàn)出較好的相關(guān)性，指示鋯石屬于巖漿成因。本研究選用207Pb/206Pb年齡對數(shù)據(jù)進行解釋，不一致線得到的年齡為(2 512±21) Ma(平均標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重偏差MSWD=2.2)。

5 討論

5.1 傲徠山序列的形成時代

傲徠山序列是魯西地區(qū)廣泛發(fā)育的一期二長花崗巖序列，本文取區(qū)內(nèi)最晚的1個巖性單元進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，諧和年齡為(2 512±21) Ma。靳立杰等[12]對徂徠山地區(qū)傲徠山序列二長花崗巖進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，測得加權(quán)平均年齡為(2 525±18) Ma；王世進等[13]對魯西地區(qū)多個產(chǎn)地的傲徠山序列中粒、中細粒二長花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡進行了測算，發(fā)現(xiàn)年齡值在2 500～2 536 Ma；綜上，認為傲徠山序列形成時代為新太古代晚期。

5.2 嶧山序列與傲徠山序列的成因

已有的巖石學(xué)實驗結(jié)果表明，由玄武質(zhì)巖石部分熔融形成的巖漿通常具有低Mg#值(<40)，而如有地幔組分參與則會使其Mg#值大于40[14]。嶧山序列中4種巖石類型樣品的Mg#均大于40，表明其巖漿源區(qū)有地幔組分參與；傲徠山序列6件樣品中有4件的Mg#大于40，表明亦有地幔物質(zhì)的混染。此外，野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示，嶧山序列中大多發(fā)育有暗色角閃石巖等包體，以及富集LREE、LILE，虧損HREE、HFSE，具有富集Sr、Pb同位素組成等特征[15]，推測其巖漿源區(qū)是相對富集的巖石圈地幔；傲徠山序列則極少含有暗色包體，推測其巖漿來源于地殼，但混染少量地幔物質(zhì)。

嶧山序列中Rb/Sr = 0.11～0.26，平均0.18，介于地殼均值0.24與地幔均值0.03之間[16]，接近地殼均值；傲徠山序列Rb/Sr = 0.54～4.51，平均1.64，高于地殼均值。嶧山序列Zr/Hf = 32.62～36.87，平均35.04；傲徠山序列Zr/Hf = 19.31～40.07，平均32.06，均高于地殼均值11，其中嶧山單元接近幔源巖漿的36.3[17]。表明其巖漿在上升過程中受地殼混染作用并不顯著。

嶧山序列ω(Cr) = 5.71×10-6～31.4×10-6，平均20.0×10-6；ω(Ni) = 5.11×10-6～19.8×10-6，平均11.98×10-6；ω(Co) =5.52×10-6～14.4×10-6，平均9.61×10-6。傲徠山序列ω(Cr) =1.22×10-6～12.9×10-6，平均5.32×10-6；ω(Ni) = 0.96×10-6～4.86×10-6，平均3.06×10-6；ω(Co)=0.72×10-6～4.39×10-6，平均2.12×10-6。由此可見，嶧山序列的Cr、Ni、Co質(zhì)量分數(shù)均明顯高于傲徠山序列，暗示嶧山序列巖漿源區(qū)可能以幔源為主[18]，而傲徠山序列則以殼源為主。

5.3 構(gòu)造環(huán)境分析

在魯西地區(qū)，新太古代晚期巖漿巖變質(zhì)變形特征存在差異，2 525 Ma以前的巖漿巖通常顯示強烈變質(zhì)變形，在此之后的巖漿巖通常變質(zhì)變形較弱或未變質(zhì)變形，被認為反映了2 525Ma前后構(gòu)造體制從擠壓向伸展的轉(zhuǎn)化[19]。

花崗巖Rb-(Y+Nb)、Nb-Y和Ta-Yb構(gòu)造環(huán)境判別圖解如圖14所示。由圖14可知：嶧山序列所有樣品均落入火山弧花崗巖區(qū)及同碰撞花崗巖區(qū)，且宏觀上存在變質(zhì)變形[21]；而傲徠山大部分樣品落入同碰撞花崗巖區(qū)，且宏觀上無變質(zhì)變形或變質(zhì)變形微弱；由此表明，嶧山序列產(chǎn)出于擠壓向伸展過渡的構(gòu)造環(huán)境中，而傲徠山序列產(chǎn)出于伸展背景下的活動大陸邊緣環(huán)境中。

6 結(jié)論

a.對魯西傲徠山序列細粒二長花崗巖樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年后發(fā)現(xiàn)其諧和年齡為(2 512±21)Ma，形成時代為新太古代晚期。

b.嶧山序列巖漿源區(qū)以幔源為主，而傲徠山序列則以殼源為主。

c.嶧山序列產(chǎn)出于擠壓向伸展過渡的構(gòu)造環(huán)境中，傲徠山序列產(chǎn)出于伸展背景下的活動大陸邊緣環(huán)境中。