贊比亞索盧韋齊地區(qū)新元古代石英二長(zhǎng)巖的成因：年代學(xué)、地球化學(xué)和Sr-Nd-Hf 同位素約束

許康康，孫凱，吳興源

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心（華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心），天津 300170；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南部非洲礦業(yè)研究所，天津 300170）

盧菲利安?。↙ufilian Arc）是世界上著名的沉積型銅鈷成礦帶（Key et al.，2001；Cailteux et al.，2005；Muchez et al.，2008；El Desouky et al.，2009；Hitzman et al.，2010；Eglinger et al.，2013），位于非洲中部地區(qū)，從贊比亞西北部經(jīng)剛果（金）加丹加省一直延伸到贊比亞銅帶省內(nèi)，整體為向北凸起的構(gòu)造帶，延伸約為700 km，寬約為150 km（Key et al.，2001；Katongo et al.，2004；Master et al.，2005；Batumike et al.，2006；許康康等，2021a）。大地構(gòu)造位置上，盧菲利安弧位于剛果克拉通與卡拉哈里克拉通之間，為岡瓦納超大陸聚合形成的新元古代—古生代造山帶（Hanson et al.，1993；Dirks et al.，1999；Kampunzu et al.，1999；Vinyu et al.，1999；Porada et al.，2000；Katongo et al.，2004）。根據(jù)地質(zhì)單元類(lèi)型、變質(zhì)和變形特征，盧菲利安弧可分為加丹加前陸盆地、外部褶皺逆沖帶、穹隆區(qū)、復(fù)向斜帶和加丹加高原5 個(gè)構(gòu)造帶（圖1）（De Swardt et al.，1965；Unrug，1983；Porada，1989；Kampunzu et al.，2000）。

圖1 贊比亞Solwezi 地區(qū)石英二長(zhǎng)巖分布（a）及南部非洲構(gòu)造劃分圖（b）（據(jù)Katongo et al.，2002；Johnson et al.，2005；Selley et al.，2005）Fig.1 (a) The distribution of quartz monzonite in Solwezi area and (b) the tectonic division ofthe Southern Africa

地幔活動(dòng)是地殼演化的重要機(jī)制（Stein et al.，1994；Condie，1998；Kemp et al.，2009），研究與地?；顒?dòng)有關(guān)的基性-超基性巖以及中-酸性巖石的成因類(lèi)型，對(duì)了解區(qū)域殼幔相互作用和地殼演化過(guò)程具有重要意義（Cai et al.，2015）。其中，二長(zhǎng)巖類(lèi)巖石在地球上分布廣泛，通常來(lái)源于地殼深部演化的巖漿作用并包含有殼幔相互作用的重要信息（Smithies et al.，2000），為研究下地殼巖漿過(guò)程的重要“窗口”（Roberts et al.，2000；Zhao et al.，2010）。新元古代早期，盧菲利安弧地區(qū)為一套裂谷盆地系統(tǒng)（Hanson et al.，1993；Cailteux，1994；Porada et al.，2000；Kampunzu et al.，2000，2009；Key et al.，2001；Barron et al.，2003），區(qū)域上廣泛發(fā)育裂谷階段地?；顒?dòng)形成的基性巖體（Tembo et al.，1999；Kampunzu et al.，2000）。然而，相關(guān)的中-酸性巖石類(lèi)型未見(jiàn)報(bào)道，從而造成對(duì)該地區(qū)裂谷作用時(shí)限和殼幔相互作用程度缺乏完整認(rèn)識(shí)和充分證據(jù)，進(jìn)而影響了對(duì)該地區(qū)地殼生長(zhǎng)和改造過(guò)程的認(rèn)知。筆者在贊比亞索盧韋齊地區(qū)首次報(bào)道有小規(guī)模的石英二長(zhǎng)巖體出露，通過(guò)鋯石U-Pb 年代學(xué)、全巖地球化學(xué)和Sr-Nd-Hf 同位素研究，初步探討了其巖石成因、源區(qū)特征和地球動(dòng)力學(xué)背景，從而為研究盧菲利安弧地區(qū)前寒武紀(jì)裂谷期間深部作用過(guò)程提供了一個(gè)重要的證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景和巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于贊比亞西北省穹窿區(qū)，穹隆區(qū)最主要特征為出現(xiàn)隱伏的基底巖石單元，并構(gòu)成與盧菲利安弧造山運(yùn)動(dòng)期間形成的褶皺走向平行的弧形鏈（Kampunzu et al.，2000）?；讕r石主要為古元古代盧富布（Lufubu）群片巖、片麻巖，伊布尼（Eburnian）時(shí)期（約2 200～1 800 Ma）的花崗巖類(lèi)（Key et al.，2001；Rainaud et al.，2005）以及不整合覆蓋在盧富布群之上的古元古代—中元古代姆瓦（Muva）群石英巖和片巖（Rainaud et al.，2005）。新元古代的恩昌加花崗巖侵入到古元古代基底巖石內(nèi)，其U-Pb 鋯石年齡為（883±10）Ma，代表了裂谷作用的開(kāi)始（Katongo et al.，2004；Armstrong et al.，2005）。

盧菲利安弧內(nèi)新元古代加丹加超群不整合覆蓋在基底巖石之上，由約10 km 厚的沉積巖和變質(zhì)沉積巖構(gòu)成，從底到頂可以分為：羅安（Roan）群，恩古巴（Nguba）群、昆德倫古（Kundelungu）群和比亞諾（Biano）群（Cailteux et al.，1994，2007，2019；Batumike et al.，2007；許康康等，2021b）。羅安群底部為一套底礫巖，含有基底礫石和碎屑成分，后期逐漸過(guò)渡為碳酸鹽巖、頁(yè)巖互層和/或碳酸鹽巖為主的沉積作用，最頂部的姆瓦夏（Mwashya）亞群以黑色頁(yè)巖、白云質(zhì)粉砂巖為主，反映了由淺水到深水的沉積環(huán)境變化（Cailteux et al.，2005）。該時(shí)期與裂谷作用演化有關(guān)的基性巖漿作用發(fā)育，如贊比亞西部姆瓦夏亞群內(nèi)發(fā)育的基性火山巖U-Pb 鋯石年齡為（765±5）Ma（Kampunzu et al.，2000；Key et al.，2001）。恩古巴群和昆德倫古群具有相似的沉積序列，底部為一套陸源混雜巖（冰磧巖），上覆碳酸鹽巖，頂部為硅質(zhì)碎屑沉積巖（Batumike et al.，2006，2007）。加丹加超群最晚期的比亞諾群巖性以長(zhǎng)石砂巖、礫巖和頁(yè)巖為主，發(fā)育近水平層理，代表了大陸碎屑磨拉石沉積作用類(lèi)型（Cailteux et al.，2019）。昆德倫古群沉積作用階段開(kāi)始的盧菲利安造山作用導(dǎo)致區(qū)域巖石遭受綠片巖相-角閃巖相的變質(zhì)作用，局部出現(xiàn)榴輝巖相（Porada et al.，2000；Rainaud et al.，2005；Naydenov et al.，2014）。

石英二長(zhǎng)巖樣品采集于索盧韋齊穹隆西部，距穆坦達(dá)市東北方向約12 km 處的山坡上，測(cè)年樣品（ZS05-3）的地理坐標(biāo)為E 26°20′23″，S 12°22′16″。該巖體規(guī)模較小，出露寬度約為15 m，具球形風(fēng)化特征，由于覆蓋嚴(yán)重，巖體與圍巖的接觸關(guān)系并不明確。根據(jù)贊比亞地質(zhì)調(diào)查局1∶10 萬(wàn)地質(zhì)圖，該巖體侵入到恩古巴群地層內(nèi)，周邊發(fā)育有輝長(zhǎng)巖體（圖1b）。巖體新鮮面為灰白色-灰黃色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（圖2a），主要由鉀長(zhǎng)石（35%）、斜長(zhǎng)石（40%）、角閃石（12%）、石英（9%）和Ti-Fe 氧化物等副礦物（4%）組成。鉀長(zhǎng)石呈半自形-他形，發(fā)育卡式雙晶結(jié)構(gòu)，表面多遭受輕微的高嶺土化；斜長(zhǎng)石呈長(zhǎng)柱狀，具典型的聚片雙晶結(jié)構(gòu)，表面發(fā)育輕微絹云母化。角閃石呈暗綠色，他形粒狀，部分顆粒可見(jiàn)56°解理夾角。石英顆粒表面相對(duì)干凈，多呈他形粒狀充填在長(zhǎng)石顆粒之間（圖2b）。

圖2 贊比亞穹窿區(qū)石英二長(zhǎng)巖野外（a）、手標(biāo)本（b）及顯微照片（c、d）Fig.2 (a) Field photographs,(b) hand specimen and (c,d) micrographs of quartz monzonite in Dome area,Zambia

2 分析方法

2.1 鋯石U-Pb 年代學(xué)

鋯石分選在河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所完成，采用常規(guī)粉碎、浮選和電磁選方法進(jìn)行分選，制靶、陰極發(fā)光顯微照相、透射光及反射光照相工作在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb 同位素測(cè)年在天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室利用LA-MCICP-MS 方法測(cè)定，所用儀器為T(mén)hermo Fisher 公司制造的Neptune 多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀及與之配套的New wave UP 193 nm 激光剝蝕系統(tǒng)。利用193 nm FX 激光器對(duì)鋯石進(jìn)行剝蝕，激光剝蝕的斑束直徑為35 μm。鋯石年齡計(jì)算采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500 作為外標(biāo)，元素含量采用人工合成硅酸鹽玻璃NIST SRM610 進(jìn)行儀器最佳化，每隔8 個(gè)樣品點(diǎn)測(cè)2 次標(biāo)樣并進(jìn)行1 次儀器最佳化。數(shù)據(jù)處理采用 ICP MS Data Cal 程序（Liu et al.，2008）和Isoplot 程序（Ludwig，2003）進(jìn)行加權(quán)平均年齡計(jì)算（李艷廣等，2023）。

2.2 鋯石Lu-Hf 同位素

鋯石Lu-Hf 同位素測(cè)試在天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室完成，采用配有193 nm 的LA-MC-ICP-MS 儀器上進(jìn)行，分析時(shí)采用8～l0 Hz 的激光頻率、l00 mJ 的激光強(qiáng)度和50 μm 的激光束斑直徑。激光剝蝕物質(zhì)以He 為載氣送入Neptune，采用GJ-1 作為監(jiān)控標(biāo)樣，具體測(cè)試過(guò)程見(jiàn)Yuan 等（2004）。為使Hf 同位素分析與鋯石U-Pb 年齡分析相對(duì)應(yīng)，鋯石Hf 同位素的分析點(diǎn)與鋯石U-Pb 年齡分析點(diǎn)位于同一顆粒相同鋯石晶域內(nèi)，可以認(rèn)為所分析點(diǎn)的Hf 同位素和U-Pb 年齡是完全對(duì)應(yīng)的。在計(jì)算Hf 同位素的相關(guān)參數(shù)時(shí)，采用的是同一顆粒鋯石所測(cè)得的U-Pb 年齡。在計(jì)算176Lu 的衰變常數(shù)采用1.865×10-11/a（Scherer et a1.，2001）。球粒隕石的176Lu/177Hf 和176Hf/177Hf 值分別為0.033 2 和0.282 772，虧損地幔的176Lu/177Hf 和176Hf/177Hf值分別為0.038 4 和0.283 25（Griffin et a1.，2000），二階段模式年齡分別采用平均地殼的Lu/Hf 值為-0.55，（176Lu/177Hf）平均地殼為0.015（Griffin et a1.，2002）。

2.3 全巖地球化學(xué)

巖石地球化學(xué)樣品粉碎（200 目）在河北省廊坊市宇能巖礦公司加工完成。主量元素、稀土元素及微量元素測(cè)試分析均在天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素采用X 射線熒光光譜儀（XRF）測(cè)定，F(xiàn)eO 采用氫氟酸、硫酸溶樣、重鉻酸鉀滴定容量法，分析精度優(yōu)于2%。稀土元素和微量元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（TJA-PQExCell ICP-MS）測(cè)定，分析精度優(yōu)于5%。

2.4 全巖Sr-Nd 同位素

全巖Sr-Nd 同位素分析在天津地質(zhì)調(diào)查中心同位素實(shí)驗(yàn)室TRITON熱電離質(zhì)譜儀上完成。設(shè)備型號(hào)08-100016sb，檢測(cè)環(huán)境溫度為18 ℃，濕度為20%。含量測(cè)定和同位素比值測(cè)定均由TRITON 熱電離質(zhì)譜儀上進(jìn)行，用平行雙燈絲構(gòu)件的離子源測(cè)Sm、Nd、Sr 的質(zhì)譜標(biāo)準(zhǔn)樣NBS-987 給出的87Sr/86Sr 值為0.710 25 3±0.000 006。J.M.C-Nd 質(zhì)譜標(biāo)準(zhǔn)樣的143Nd/144Nd 值為0.511 132±0.000 005，87Sr/86Sr 用88Sr/86Sr（8.375 21）、143Nd/144Nd 用146Nd/144Nd（0.721 9）標(biāo)準(zhǔn)化。

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb 年代學(xué)

樣品ZS05-3 的LA-MC-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年結(jié)果見(jiàn)表1。樣品鋯石呈半自形-自形，長(zhǎng)柱狀，粒徑為100～150 μm，少數(shù)達(dá)200 μm，其長(zhǎng)寬比值為1∶1～2∶1。陰極發(fā)光（CL）圖像顯示鋯石多為灰白色，多數(shù)發(fā)育寬而不清晰的巖漿震蕩環(huán)帶，為典型的巖漿鋯石特征（圖3a）。本次共在37 顆鋯石上獲得37 個(gè)分析點(diǎn)，其U 含量為36×10-6～141×10-6，Th 含量為15×10-6～123×10-6，Th/U 值為0.40～0.87，為典型的巖漿鋯石比值特征（Belousova et al.,2002）。所有鋯石點(diǎn)都位于諧和線上，206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為（707.1±3.0）Ma（MSWD=0.26），代表了石英二長(zhǎng)巖的結(jié)晶年齡（圖3b、圖3c）。

表1 石英二長(zhǎng)巖LA-MC-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab.1 LA-MC-ICP-MS zircon U-Pb dating results of quartz monzonite

圖3 石英二長(zhǎng)巖代表性鋯石CL 圖像（a）和鋯石U-Pb 年齡諧和圖（b、c）Fig.3 (a) Cathodoluminescence (CL) images and (b,c) U-Pb concordia diagrams for representative zircons from quartz monzonite

3.2 巖石地球化學(xué)

石英二長(zhǎng)巖主量元素含量分別為：SiO2（60.90%～61.71%）、TiO2（0.97%～1.02%）、CaO（1.63%～1.76%）、Al2O3（15.61%～16.02%）和FeOt（8.16%～9.12%），樣品的MgO 含量為0.46%～0.76%，Mg#值為8～13（表2）。在Zr/TiO2-Nb/Y 圖解上，樣品主要位于二長(zhǎng)巖附近（圖4a）。石英二長(zhǎng)巖的Na2O 含量為7.95%～8.62%，K2O 含量為0.49%～0.56%，Na2O/K2O 值為14.71～16.22，位于堿性巖石系列范圍內(nèi)（圖4b）。樣品的CaO、MgO、FeOt與SiO2呈負(fù)相關(guān)（圖5），TiO2、P2O5含量相對(duì)穩(wěn)定，反映了巖漿的分離結(jié)晶作用影響。

表2 石英二長(zhǎng)巖的主量元素（%）和微量元素（10-6）分析結(jié)果表Tab.2 Major element (%) and trace element compositions (10-6) for quartz monzonite

圖4 石英二長(zhǎng)巖Zr/TiO2-Nb/Y 圖解（a）（據(jù)Middlemost，1994）和AR-SiO2 圖解（b）（據(jù)Wright，1969）Fig.4 (a) Zr/TiO2-Nb/Y and (b) AR-SiO2 diagrams for quartz monzonite

圖5 石英二長(zhǎng)巖主量元素和代表性微量元素Harker 圖解Fig.5 Harker plots of major and selected trace elements for quartz monzonite

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解上，巖石富集高場(chǎng)強(qiáng)元素HFSEs（Nb、Ta、Hf），虧損P、Ti、Zr 和大離子親石元素LILEs（Rb、Ba、Sr、K）（圖6a）。此外，巖石具有較高的Y 含量（49.4×10-6～131×10-6）和低的Sr/Y 值（1.14～2.50）。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖上，巖石具有一致的配分曲線，稀土總量較高，ΣREE 值為362.20×10-6～668.61×10-6；輕稀土富集，重稀土虧損，（La/Yb）N值為6.64～7.86，（Gd/Yb）N值為0.37～0.78，并具有輕微Eu 負(fù)異常（δEu=0.86～0.90）（圖6b）。另外，巖體具有輕微的Ce 負(fù)異常，可能與大洋裂谷時(shí)期的海水蝕變有關(guān)（Kampunzu et al.，2000）。

圖6 原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素（a）和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素（b）圖解（據(jù)Sun et al.，1989）Fig.6 (a) Primitive Mantle (PM) normalized trace elements and (b) Chondrite-normalized REE elements diagrams of quartz monzonite

3.3 全巖Sr-Nd 及鋯石Hf 同位素特征

本次在鋯石U-Pb 定年同時(shí)，挑選了30 顆鋯石進(jìn)行原位Lu-Hf 同位素分析，分析點(diǎn)均位于已完成UPb 年齡測(cè)試的鋯石點(diǎn)上（但具有更大的范圍）（圖3a）。石英二長(zhǎng)巖樣品的鋯石176Lu/177Hf 值多小于0.002（表3），顯示鋯石形成以后具有較低的放射性成因Hf積累，有效的保留了初始的176Hf/177Hf 值（Patchett et al.，1982）。

計(jì)算初始εHf（t）以及模式年齡時(shí)采用石英閃長(zhǎng)巖結(jié)晶年齡t=707 Ma 進(jìn)行校正，結(jié)果表明30 個(gè)測(cè)試點(diǎn)的176Hf/177Hf 值為0.282 383～0.282 504，Hf 同位素初始比值εHf（t）為1.30～5.67，平均值為3.48，TDM2值為1 265～1 540 Ma。在εHf（t）-t 圖解上，所有測(cè)點(diǎn)位于虧損地幔和球粒隕石演化線之間（圖7a）。

圖7 石英二長(zhǎng)巖鋯石εHf（t）-207Pb/206Pb 年齡圖解（a）和εNd（t）-87Sr/86Sr（i）圖解（b）Fig.7 (a) εHf(t)-zircon 207Pb/206Pb age and (b) εNd(t)-87Sr/86Sr for quartz monzonite

石英二長(zhǎng)巖Sr-Nd 同位素變化均較?。ū?），同位素比值通過(guò)鋯石U-Pb 年齡（t=707 Ma）進(jìn)行校正后，其初始的87Sr/86Sr 值為0.705 8～0.706 0，εNd（t）值為1.89～2.03（圖7b），對(duì)應(yīng)的二階段虧損模式年齡為1 232～1 243 Ma。

4 討論

4.1 蝕變作用影響及分離結(jié)晶過(guò)程

石英二長(zhǎng)巖樣品的燒失量（LOI）為0.64%～0.92%，暗示樣品可能經(jīng)歷了一定程度的后期蝕變作用。然而，高場(chǎng)強(qiáng)元素Th、Ti、Nb、Ta、Zr、Hf、Y 和REEs 等元素在蝕變和風(fēng)化作用過(guò)程中通常保持相對(duì)穩(wěn)定（Barnes et al.，1985；Wang et al.，2013）。Zr 通常被用來(lái)檢測(cè)其他不相容元素的活動(dòng)性（Rolland et al.，2009）。在雙變量圖解中，Nb、Ta、Th、U 與Zr 具有明顯的正相關(guān)性（圖5l～圖5o），且樣品具有近平行的稀土和多元素圖解（圖6），暗示這些元素在變質(zhì)和蝕變作用過(guò)程中受影響程度較低，可以代表原始組分（Cai et al.，2015）。

表 3 石英二長(zhǎng)巖鋯石原位Lu-Hf 同位素結(jié)果表Tab.3 Zircon in situ Lu-Hf isotope data of quartz monzonite

石英二長(zhǎng)巖顯示一定的分離結(jié)晶趨勢(shì)，在Harker 圖解中，隨著SiO2含量的增加，CaO、MgO、FeOt、Cr、Ni 含量降低而全堿含量升高（圖5a），表明巖漿可能經(jīng)歷了橄欖石、輝石、角閃石和Ti-Fe 氧化物的分離結(jié)晶作用。此外，CaO/Al2O3值與SiO2呈負(fù)相關(guān)性，表明富鈣礦物相（單斜輝石）為可能的分離結(jié)晶礦物（圖5i）。P2O5含量隨SiO2變化相對(duì)穩(wěn)定，表明磷灰石未發(fā)生明顯的分離結(jié)晶作用（圖5h）。在微量元素蛛網(wǎng)圖上，Sr 具虧損特征，在稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解上，Eu 具有輕微負(fù)異常（δEu=0.86～0.90），表明斜長(zhǎng)石發(fā)生分離結(jié)晶作用。

4.2 巖石成因

大陸地殼整體為安山質(zhì)組分，具有鎂鐵質(zhì)下地殼向以花崗質(zhì)為主上地殼的垂直演化分帶特征，中性-酸質(zhì)巖漿巖的成因研究是認(rèn)識(shí)大陸地殼演化的關(guān)鍵（Annen et al.，2006；Cawood et al.，2013；Condie et al.，2013；Zhou et al.，2015）。石英二長(zhǎng)巖的SiO2含量為60.90%～61.71%，小于65%，為中性巖漿。關(guān)于中性巖漿巖的成因，目前主要有以下3 種模式：①受俯沖板塊流體和熔體改造的地幔楔內(nèi)方輝橄欖巖的部分熔融作用（Tatsumi，1982；Carmichael，2002；Parmanet al.，2004）。②淺部地殼巖漿房?jī)?nèi)或位于/靠近莫霍面的深部地殼內(nèi)地幔來(lái)源巖漿的分離結(jié)晶作用（Kushiro，1969；Arth et al.，1972；Shaw et al.，1993）。③下地殼鎂鐵質(zhì)巖石的脫水部分熔融作用（Watters，1978；Jung et al.，2002；Flierdt et al.，2003；任云偉等，2022），同時(shí)混染或未混染有硅酸質(zhì)巖漿（Cantagrel et al.，1984；Clemenset al.，1987；Gao et al.，2004；Annen et al.，2006）。

地幔楔來(lái)源或地幔分離結(jié)晶作用來(lái)源的中性巖通常具有較高的MgO 含量和Mg#值，從而與富Mg 的橄欖巖相達(dá)到平衡（Tatsumi，1982；Grove et al.，2003），而低Mg#值的閃長(zhǎng)巖則不能與地幔巖石達(dá)到平衡（Annen et al.，2006）。石英二長(zhǎng)巖具有較低的Cr（0.60×10-6～4.67×10-6）、Ni（8.16×10-6～11.90×10-6）和Mg#值（8～13），與地幔來(lái)源的高鎂閃長(zhǎng)巖明顯不符（Stern et al.，1991；Zhao et al.，2010），排除了地幔楔部分熔融或地幔巖漿分離結(jié)晶作用的可能性。研究表明，地幔來(lái)源的母巖漿在分離結(jié)晶約80%的基性礦物后，Th 含量可以升高至3.0×10-6（Rappet al.，1995），石英二長(zhǎng)巖具有高的Th 含量（8.39×10-6～11.80×10-6），明顯高于3.0×10-6，暗示其不為地幔巖漿高程度分離結(jié)晶的產(chǎn)物。

石英二長(zhǎng)巖具有較低的MgO 和Mg#值，與來(lái)自加厚下地殼的埃達(dá)克質(zhì)巖石或1.0～4.0 Gpa 壓力條件下角閃巖和榴輝巖實(shí)驗(yàn)熔體相似（圖8a），暗示巖漿可能來(lái)源于下地殼的部分熔融。較高的Th 含量和Th/U 值，同樣位于下地殼熔體區(qū)域（圖8b）。研究認(rèn)為新就位的下地殼鎂鐵質(zhì)侵入體部分熔融可以產(chǎn)生大量的硅質(zhì)巖漿，尤其是在高熱流區(qū)域（Beardet al.，1991；Roberts et al.，1993；Rappet al.，1995），其初始的同位素值與鎂鐵質(zhì)源區(qū)相似（Zhao et al.，2010）。贊比亞索盧韋齊地區(qū)發(fā)育有大面積的輝長(zhǎng)巖體（～750 Ma）（Tembo et al.，1999；Kampunzu et al.，2000；Barron et al.，2003），巖體的全巖εNd（t）值（1.53～1.76）、鋯石εHf（t）值（0.97～10.14）與石英二長(zhǎng)巖的全巖 εNd（t）值（1.89～2.03）、鋯石εHf（t）值（1.30～5.67）相近（圖7）。石英二長(zhǎng)巖位于高鋁玄武質(zhì)實(shí)驗(yàn)熔體區(qū)域且具有與低K 橄欖質(zhì)拉斑玄武巖和低K 太古宙綠巖相似的K2O 含量，與堿性玄武質(zhì)實(shí)驗(yàn)熔體相比，巖石具有低的MgO、CaO 和高的FeOt、Na2O 含量（圖9），暗示石英二長(zhǎng)巖的原巖可能為富Al、低K 的鈣堿性玄武質(zhì)巖石，該化學(xué)性質(zhì)也與區(qū)域上新元古代輝長(zhǎng)巖體相當(dāng)（Tembo et al.，1999；Kampunzu et al.，2000），進(jìn)一步表明石英二長(zhǎng)巖可能為新就位的鎂鐵質(zhì)下地殼部分熔融的產(chǎn)物。

圖8 石英二長(zhǎng)巖的Mg#-SiO2 圖解（a）（據(jù)Wang et al.，2005）和Th/U-Th 圖解（b）（據(jù)Rudnick et al.，2003）Fig.8 (a) Mg#-SiO2 and (b) Th/U-Th diagrams for quartz monzonite

圖9 石英二長(zhǎng)巖AFM 圖解和摩爾Na-K-Ca 圖解（據(jù)Zhao et al.，2010）Fig.9 Ternary AFM and molar Na-K-Ca diagrams for quartz monzonite

研究認(rèn)為，Al2O3的含量可以用來(lái)評(píng)估壓力條件（Rapp et al.,1995）。當(dāng)P＜1.6 Gpa 時(shí)，實(shí)驗(yàn)熔體具有小于15%的Al2O3含量，角閃石、斜長(zhǎng)石和斜方輝石為殘留相；當(dāng)P＞1.6 Gpa 時(shí)，實(shí)驗(yàn)熔體的Al2O3含量大于15%且殘留組分包括角閃石、斜長(zhǎng)石、單斜輝石和石榴子石；當(dāng)P=2.0～3.0 Gpa 時(shí)，實(shí)驗(yàn)熔體與不含斜長(zhǎng)石但富含石榴子石的角閃巖、榴輝巖或麻粒巖達(dá)到平衡（Cai et al.，2015）。部分熔融實(shí)驗(yàn)同樣表明高壓條件下生成的熔體具有高的Sr 含量和Sr/Y 值，低的Y 和HREEs 含量（Petford et al.，1996）。石英二長(zhǎng)巖的Al2O3含量為15.61%～16.02%，Sr/Y 值較低（1.14～2.87），表明熔融作用可能發(fā)生于1.6 Gpa 左右的中-低壓條件下。石英二長(zhǎng)巖的MgO 含量為0.46%～0.76%，TiO2含量為0.97%～1.02%，位于Rapp 等（1995）的實(shí)驗(yàn)熔體區(qū)域，表明鎂鐵質(zhì)下地殼的熔融溫度為1 000～1 100 ℃（圖10）。實(shí)驗(yàn)研究表明玄武質(zhì)巖石脫水熔融程度為5%～10%時(shí)可以產(chǎn)生酸性巖漿，而熔融程度達(dá)20%～40%時(shí)，則產(chǎn)生高Al2O3的酸性-中性巖漿（Rapp et al.，1995）。石英二長(zhǎng)巖具有低的SiO2含量（60.90%～61.71%）和較高的Al2O3含量，暗示石英二長(zhǎng)巖可能為鎂鐵質(zhì)下地殼熔融程度為20%～40%的產(chǎn)物。

圖10 石英二長(zhǎng)巖的SiO2-TiO2（a）和SiO2-MgO（b）圖解（據(jù)Jung et al.，2002）Fig.10 (a) SiO2-TiO2 and (b) SiO2-MgO diagrams for quartz monzonite

總之，贊比亞索盧韋齊地區(qū)石英二長(zhǎng)巖可能為大陸地殼內(nèi)鎂鐵質(zhì)巖石在中-低壓（～1.6 Gpa）、高溫（1 000～1 100 ℃）條件下脫水熔融的產(chǎn)物，其原巖可能為裂谷作用早階段侵位于下地殼的幔源巖漿組分。

4.3 地球動(dòng)力學(xué)意義

研究表明地幔柱活動(dòng)是地殼形成的重要機(jī)制（Stein et al.，1994；Condie，1998；Kemp et al.，2009），盧菲利安弧地區(qū)在新元古代早期處于裂谷作用環(huán)境（Kampunzu et al.，2000；Master et al.，2005），與全球Rodinia 超大陸裂解時(shí)期一致（陸松年，1998；徐焱等，2020）。該時(shí)期盧菲利安弧內(nèi)發(fā)育大規(guī)模的基性巖漿作用，為地幔部分熔融的產(chǎn)物（Tembo et al.，1999；Kampunzu et al.，2000），年齡主要為765～745 Ma，如西北省盧瓦烏（Lwawu）地區(qū)基性火山巖的鋯石U-Pb年齡為（765±5）Ma（Key et al.，2001），索盧韋齊地區(qū)輝長(zhǎng)巖的年齡為（745±7.8）Ma 和（753±8.6）Ma（Barron et al.，2003）。在基特韋地區(qū)新發(fā)現(xiàn)有晚期的輝長(zhǎng)巖體，鋯石U-Pb 年齡為（702.9±3.2）Ma，表明盧菲利安弧地區(qū)至少經(jīng)歷了兩期的地殼生長(zhǎng)作用。

研究認(rèn)為新生鎂鐵質(zhì)地殼的熔融作用是大陸地殼分異的一種重要機(jī)制（Zhao et al.，2010；Cai et al.，2015），下地殼鎂鐵質(zhì)巖石在高溫條件下的脫水熔融需要大量熱量，而熱量的來(lái)源通常與地幔玄武質(zhì)巖漿底侵作用有關(guān)（Clemens，1990；Vielzeuf et al.，1990）。贊比亞索盧韋齊地區(qū)石英二長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb 年齡為（707.1±3.0）Ma，巖石成因研究表明其為早期侵位的鎂鐵質(zhì)下地殼（～750 Ma）部分熔融的產(chǎn)物，且年齡與晚期的輝長(zhǎng)巖體（～703 Ma）相近，推測(cè)后期高溫地幔玄武質(zhì)巖漿在侵位形成新地殼的同時(shí)加熱早期形成的下地殼巖石，導(dǎo)致脫水熔融形成石英二長(zhǎng)巖巖漿，從而導(dǎo)致盧菲利安弧地區(qū)地殼發(fā)生分異改造作用。

5 結(jié)論

（1）石英二長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb 年齡為（707.1±3.0）Ma，為新元古代裂谷作用時(shí)期巖漿作用。

（2）石英二長(zhǎng)巖的MgO、CaO、K2O 含量較低，Al2O3含量較高，Mg#值和Sr/Y 值較低，富集LREEs 和HFSE（Nb、Ta、Hf），虧損LILEs（Rb、Ba、Sr、K）和P、Ti、Zr，全巖εNd（t）值和鋯石εHf（t）值與區(qū)域上～750 Ma 的輝長(zhǎng)巖體相當(dāng)。巖石地球化學(xué)特征表明，石英二長(zhǎng)巖可能為早期鎂鐵質(zhì)下地殼在中-低壓、高溫條件下部分熔融的產(chǎn)物。

（3）盧菲利安弧地區(qū)在裂谷作用時(shí)期至少經(jīng)歷了兩期的地殼生長(zhǎng)作用，且后期侵位的地幔玄武質(zhì)巖漿加熱早期就位的下地殼巖石導(dǎo)致部分熔融，從而達(dá)到對(duì)前期地殼的分異改造作用。