阿拉善北大山地區(qū)花崗斑巖巖石成因及構(gòu)造啟示：元素地球化學、鋯石U-Pb年代學及Hf同位素約束

蘇 惠，曾認宇，3，4，甘德斌，嚴 杰

(1.東華理工大學地球科學學院，江西 南昌 330013；2.東華理工大學核資源與環(huán)境國家重點實驗室，江西 南昌 330013；3.中南大學有色金屬成礦預測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室，湖南 長沙 410083；4.杜倫大學地球科學學部，英國 杜倫 DH13LE)

0 引 言

華北克拉通是全球最古老的克拉通之一，已發(fā)現(xiàn)約4.1 Ga的鋯石和約3.85 Ga的巖石[1-3]，在中-新太古代(2.9～2.7 Ga)存在廣泛的大陸地殼生長[4-5]，并且存在大量約2.7 Ga和約2.5 Ga的英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗閃長巖(TTG)和表殼巖[4，6]。華北克拉通經(jīng)歷了復雜的演化歷程，幾乎記錄了冥古宙至古元古代所有的重大地質(zhì)事件[7-9]，對于研究諸如板塊構(gòu)造的起源、前板塊體制、地殼的形成與演化以及超大陸的拼合與裂解具有重要的意義[10-14]。因此，華北克拉通一直是前寒武紀地質(zhì)研究的熱點區(qū)域，其形成演化機制備受關注。

阿拉善地塊位于華北克拉通地塊的最西部，有關其在前寒武紀的構(gòu)造演化和板塊歸屬等問題還存在較大爭議。部分學者認為阿拉善地塊是新太古代末期拼合形成華北克拉通的幾個太古宙微陸塊之一[15]，也可能是華北克拉通西部陸塊中陰山地塊的西延[16]或者古元古代孔茲巖帶的西延[17-18]。還有部分學者以新元古代巖漿作用為依據(jù)，認為阿拉善地塊在前寒武紀可能與揚子克拉通或塔里木克拉通更具親緣關系[19-21]，或為獨立的陸塊，具有獨立的地質(zhì)演化歷史[22-23]，而其與華北克拉通的拼合發(fā)生在顯生宙[24-27]。上述爭議制約了對華北克拉通地塊前寒武紀構(gòu)造格局與演化的認識。

北大山雜巖呈北西—南東向出露于阿拉善地塊西南邊緣的北大山地區(qū)，是阿拉善地區(qū)前寒武紀變質(zhì)基底之一[18，28]。為了揭示北大山地區(qū)前寒武紀巖漿事件，探討阿拉善地塊前寒武紀構(gòu)造演化和板塊歸屬，本文以北大山次井子花崗斑巖為研究對象，進行了系統(tǒng)的巖相學、巖石地球化學、鋯石U-Pb年代學和Hf同位素的研究，據(jù)此闡釋了次井子花崗斑巖的侵位時代、巖石成因及其構(gòu)造意義。在此基礎上，結(jié)合阿拉善地塊的已有資料，探究阿拉善地塊在前寒武紀的構(gòu)造-熱事件，并與華北克拉通進行對比研究，旨在為研究阿拉善地塊的構(gòu)造歸屬提供新的依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

阿拉善地塊形態(tài)呈倒三角形，東鄰華北板塊，西接塔里木克拉通，南面為祁連造山帶，北面為中亞造山帶，地處古亞洲洋的南端。一般認為，阿拉善地塊的南部邊界為龍首山斷裂，與河西走廊帶交界；西部邊界為阿爾金斷裂，與敦煌地塊(塔里木克拉通)相隔；北部以恩格爾烏蘇蛇綠巖帶為界[29]。阿拉善地區(qū)的東部邊界存在較大爭議，賀蘭山西麓斷裂、巴彥烏拉山的西部斷裂、賀蘭山東側(cè)的鄂爾多斯西緣斷裂都曾被提出是阿拉善地塊的東部邊界(圖1(a))[30-32]。然而，無論以何種方式劃分構(gòu)造邊界，北大山地區(qū)都毫無爭議地屬于阿拉善地塊的一部分，是研究阿拉善地塊的重要區(qū)域之一。

圖1 阿拉善地區(qū)大地構(gòu)造位置(a)(底圖據(jù)Zeng等[33])和地質(zhì)簡圖(b)(底圖據(jù)張建新[18])Fig.1 Tectonic location (a)(basemap after Zeng et al[33]) and geological sketch (b)(basemap after Zhang et al[18]) of the Alxa region

近些年來，學者們通過鋯石U-Pb定年方法，在阿拉善地塊前寒武紀變質(zhì)基底中發(fā)現(xiàn)了多期新太古代—古元古代的構(gòu)造-熱事件[30，34-35]。其中，2.05～2.0 Ga巖漿事件主要報道于龍首山地區(qū)[33，36]，在疊布斯格地區(qū)[23]和巴彥烏拉山地區(qū)[37]也有少量的分布。陸松年等在2002年獲取龍首山巖群斜長角閃巖的年齡為(2034±16)Ma[11]；修群業(yè)等在2004年測得了龍首山巖群奧長花崗巖的鋯石年齡為(2015±16)Ma[38]；宮江華等于2011年在塔馬子溝組、白家咀子組及墩子溝群底部發(fā)現(xiàn)了含石榴石云母石英片巖、花崗片麻巖和兩處二云母石英片巖，并測得其形成年齡分別為(2014±17)Ma、(2041±21)Ma、(2030±16)Ma和(2054±14)Ma[39]；Gong等于2016年在龍首山雜巖中發(fā)現(xiàn)了形成于(2058.5±6.8)Ma、(2027.9±9.2)Ma和(2042±13)Ma的黑云母花崗片麻巖、黑云變粒巖和花崗片麻巖[40]；Zeng等于2018年在龍首山金川礦區(qū)附近測得基性變輝綠巖和石英正長巖(屬于A型花崗巖)的形成年齡分別為(2044±17)Ma和(2029±31)Ma[33]。

北大山位于阿拉善地塊的西部，東北部以雅布賴山為界，與雅布賴盆地相隔；南部以潮水盆地為界，與龍首山相鄰，兩者呈近似平行狀展布；北部和東部以巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠為界(圖1(b))。北大山的變質(zhì)基底原稱為“北大山巖群”，因其支離破碎，層序不清，張建新等[18]認為其不能用傳統(tǒng)地層層序來劃分，故將其稱之為“北大山雜巖”。該變質(zhì)基底下部主要是由黑云斜長片麻巖、黑云斜長片巖等組成的正變質(zhì)巖，上部主要是由云母石英片巖、大理巖和斜長角閃巖等組成的變質(zhì)表殼巖[41]。

2 巖石學和巖相學

研究區(qū)位于金川武威北大山阿拉善右旗東南側(cè)，本研究的樣品采于酸性巖脈，采樣位置如圖1(b)。

野外觀察花崗斑巖巖體呈脈狀產(chǎn)出，整體侵入大理巖中，露頭寬約2 m，地表出露長度約150 m，整體走向220°(圖2(a))?；◢彴邘r樣品呈暗灰色，具有斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2(b))；斑晶所占比例約為20%，粒度較大，從0.5～ 3 mm不等，主要由石英和鉀長石組成(圖2(c))；基質(zhì)為長英質(zhì)礦物，所占比例為80%，主要由長石和石英組成(圖2(d))。長石發(fā)生一定程度的蝕變作用，局部可見絹云母化。副礦物包括輝石、鈦鐵礦、磁鐵礦、磷灰石和鋯石等。黃鐵礦粒度較小，呈三角形、正方形和不規(guī)則粒狀。

圖2 次井子花崗斑巖野外與顯微照片F(xiàn)ig.2 Field and microscopic photographs of granite porphyry from Cijingzi area(a)(b)野外宏觀產(chǎn)出照片；(c)(d)次井子花崗斑巖的鏡下照片；Kfs.鉀長石；Qz.石英

3 分析測試方法

全巖主微量元素測試在澳實分析檢測(廣州)有限公司進行。主量元素采用硼酸鋰-硝酸鋰溶解，再進行X熒光光譜分析，標樣為GSR-2和GSR-3，檢出限為0.01%；微量元素采取硼酸鋰熔融并使用等離子體質(zhì)譜定量的方法，以美國地質(zhì)調(diào)查局USGS地球化學標準巖石(BCR-2、BHVO-1和AGV-1)為標樣。

鋯石分選和制樣由誠信地質(zhì)和誠譜檢測公司完成，利用常規(guī)方法將樣品粉碎到適當大小，采用重選和電磁選進行礦物，在雙目鏡下挑選合適的鋯石，將挑選的鋯石用雙面膠粘貼，固定在環(huán)氧樹脂表面。經(jīng)過固結(jié)和拋磨處理后，用光學顯微鏡下在反射光和透射光照射下進行拍照。鋯石的CL照相在廊坊誠信地質(zhì)服務有限公司的掃描電鏡上完成。鋯石U-Pb定年測試工作在南京聚譜檢測科技有限公司進行，分析采用的193nmArF準分子激光剝蝕系統(tǒng)由Teledyne Cetac Technologies制造，型號為Analyte Excite。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)由安捷倫科技(Agilent Technologies)制造，型號為Agilent7700x。激光剝蝕束斑直徑為35 μm，頻率為8 Hz，能量密度為6.0 J/cm2，共剝蝕40 s。91500標準鋯石為外標，GJ-1標準鋯石為盲樣，NIST SRM 610為外標。詳細測試方法描述見Zeng等[33]。

鋯石Lu-Hf同位素測試在南京聚譜檢測科技有限公司完成，分析采用的193 nmArF準分子激光剝蝕系統(tǒng)由Teledyne Cetac Technologies制造，型號為Analyte Excite。多接收器-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)由NuInstruments制造，型號為Nu Plasma II。束斑直徑為50 μm，頻率為8 Hz，能量密度為6.0 J/cm2，共剝蝕40 s。測試過程中每隔10顆樣品鋯石，交替測試3顆標準鋯石(包括GJ-1、91500和Penglai)，以此檢驗鋯石Hf同位素的數(shù)據(jù)質(zhì)量。在測試中，GJ-1、91500和Penglai的176Hf/177Hf含量分別為0.282002～ 0.282013，0.282305～ 0.282315和0.282901～ 0.282914，與標準值在誤差范圍內(nèi)一致(GJ-1為0.282012，91500為0.282307±0.000031，Penglai為0.282906±0.000010)。詳細的測試方法描述見Zeng等[33]。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb定年

對次井子花崗斑巖進行鋯石U-Pb年齡測試，LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果詳見表1，鋯石CL圖像如圖3所示。

表1 次井子花崗斑巖鋯石U-Pb年齡測試數(shù)據(jù)(樣品LSS18-89)

圖3 次井子花崗斑巖典型鋯石陰極發(fā)光圖像(標示年齡為206Pb/238U年齡)Fig.3 Zircon cathodoluminescence (CL)images of granite porphyry from Cijingzi area(the zircon 206Pb/238U ages are indicated)

次井子花崗斑巖(LSS18-89)中的鋯石多為自形柱狀，長徑為60～130 μm，長寬比為3:1～2:1。CL圖像顯示鋯石的陰極發(fā)光性較好，大部分鋯石具有清晰的巖漿振蕩環(huán)帶(圖3)。其Th/U比值均大于0.1(0.16～ 0.91)，顯示明顯的巖漿鋯石的特征[42]。在鋯石諧和圖(圖4(a))中，25個點構(gòu)成一條不一致曲線，其與諧和線的交點年齡為(2039±6.4)Ma(MSWD=1.3，n=25)。而剔除離諧和線較遠的3個點，剩下22個點的207Pb/206Pb的加權(quán)平均年齡為(2035.6±8.4)Ma(MSWD=1.3，n=23)(圖4(b))，交點年齡與諧和年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致。因此，約2035 Ma代表了次井子花崗斑巖的結(jié)晶年齡。

圖4 次井子花崗斑巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 Zircon U-Pb age concordia plots of granite porphyry from Cijingzi area

4.2 全巖主微量元素特征

次井子花崗斑巖主量、微量元素測試結(jié)果列于表2。

表2 次井子花崗斑巖的主量(%)和微量(10-6)元素含量

次井子花崗斑巖SiO2含量介于73.85%～74.8%之間，K2O和Na2O含量分別為3.83%～4.80%和2.10%～3.31%，Al2O3含量為13.40%～14.19%。在SiO2-(Na2O+K2O)分類圖中，樣品均落在花崗巖區(qū)域(圖5(a))；根據(jù)(Na2O+K2O-CaO)-SiO2圖，樣品均落在鈣堿性區(qū)域(圖5(b))。樣品具有高的鋁飽和指數(shù)A/CNK(1.18～1.41)，在A/CNK-A/NK分類圖上均落入強過鋁質(zhì)區(qū)域(圖5(c))；在SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)圖解上均落入鐵質(zhì)范圍(圖5(d))。此外，在標準礦物計算結(jié)果中，所有樣品均出現(xiàn)標準剛玉分子(質(zhì)量分數(shù)為2.08%～ 4.81%，均大于1%)。

圖5 次井子花崗斑巖SiO2-(Na2O+K2O)(a)(據(jù)Middlemost[43])、(Na2O+K2O-CaO)-SiO2(b)(據(jù)Frost[44])、A/CNK-A/NK(c)(據(jù)Maniar等[45])和SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)(d)(據(jù)Middlemost[43])圖解Fig.5 SiO2-(Na2O+K2O)(a)(after Middlemost [43])，Nb/Y-Zr/TiO2 (b)(after Rickwood [44])，A/CNK-A/NK(c)(after Maniar et al[45]) and SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)(d)(after Middlemost[43]) of granite porphyry from Cijingzi area

次井子花崗斑巖的稀土元素總量較低(ΣREE=45.87×10-6～ 49.18×10-6)。在稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖中，樣品表現(xiàn)為輕稀土相對富集的右傾型(圖6(a))。其中，LREE/HREE為2.36～2.59，(La/Yb)N為2.21～ 2.66，表明輕重稀土之間分餾程度較低。(La/Sm)N為1.52～ 1.96，(Gd/Lu)N為1.17～ 1.29，反映了LREE和HREE元素內(nèi)部分餾均不明顯。此外，次井子花崗斑巖具有較明顯的Eu負異常(δEu=0.15～ 0.29)。在微量元素原始地幔標準化蜘蛛圖上，樣品均富集Rb、Th、U和K等大離子親石元素，相對虧損Nb、Ta和Ti等高場強元素(圖6(b))。

圖6 次井子花崗斑巖全巖球粒隕石標準化稀土元素分布圖(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標準化值據(jù)Sun 和 McDonough[46])Fig.6 Chondrite-normalized REE distribution diagram(a)and primitive mantle-normalized trace elements spidergram(b)of the granite porphyry from Cijingzi (normalizing values from Sun and McDonough[46])

4.3 鋯石Lu-Hf同位素特征

對樣品LSS18-89中的13顆諧和性較好且較大的鋯石，進行了原位Hf同位素分析，數(shù)據(jù)見表3。分析結(jié)果顯示，176Hf/177Hf范圍為0.281521～0.281722。對應的εHf(t)變化于0.48 ～7.04，變化范圍較大，且均都為正值。根據(jù)鋯石U-Pb年齡計算一階段模式年齡(TDM1)為2410～ 2159 Ma，地殼模式年齡(TDMC)為2627～ 2222 Ma。

表3 次井子花崗斑巖鋯石Hf同位素組成

5 討 論

5.1 巖石成因類型

次井子花崗斑巖的主量元素顯示高硅、高堿的特點，SiO2和全堿含量(K2O+Na2O)分別為73.85%～ 75.41%和6.9%～ 7.7%。同時，巖體具有低鐵、鎂和磷含量的特征，MgO、Fe2O3T、CaO和P2O5平均含量分別為1.1%、0.1%和0.01%。此外，次井子花崗斑巖具有明顯的Eu負異常(0.15～0.26)以及Ba、Sr、P和Ti的虧損，同時有較高的分異指數(shù)(DI=88～92，分異指數(shù)DI=Qz+Or+Ab+Ne+Lc+Kp)和較低的固結(jié)指數(shù)(SI=0.84～1.65，固結(jié)指數(shù)SI=MgO×100/(MgO+FeO+Fe2O3+Na2O+K2O))，均指示巖漿發(fā)生高程度分異[47]。研究表明，Zr-Hf、Nb-Ta、K-Rb和Y-Ho等雙胞胎元素在未經(jīng)過高度分異演化的巖漿體系中具有一致的地球化學行為，故這些元素的比值不會發(fā)生變化。然而，花崗巖漿在結(jié)晶分異過程中將會導致Cr、Ni、Y、Sr、Ba和Zr等元素的顯著降低，以及Li、Rb、Ta和Hf等含量的顯著增高，這種變化將會導致雙胞胎元素的比值大幅度變小[48-50]。與球粒隕石的數(shù)值相比較，本文樣品的比值明顯較低，也顯示花崗巖經(jīng)歷了分異作用(圖7)。并且由圖7可知，TE1，3與K/Rb，Eu/Eu*，Y/Ho和Zr/Hf等元素比值之間存在一定的相關性時，顯示存在四分組效應增加，同樣指示存在巖體經(jīng)歷了較強的分異作用[48，50]。此外，次井子花崗斑巖在100(MgO+FeOT+TiO2)/SiO2-(Al2O3+CaO)/(FeOT+K2O+Na2O)圖解和(Zr+Nb+Ce+Y)-(FeOT/MgO)判別圖中同樣落在高分異的花崗巖區(qū)域(圖8(a)和(b))。綜上分析，次井子花崗斑巖屬于高分異花崗巖。

圖7 次井子花崗斑巖的Zr/Hf、Nb/Ta、La/Ta和La/Nb與TE1，3關系圖解(TE1，3=(TE1×TE3)0.5，TE1=(Ce/Ce*×Pr/Pr*)0.5，TE3=(Tb/Tb*×Dy/Dy*)0.5 [48]；Ce/Ce*=2×CeN/(LaN+PrN)，Pr/Pr*=2×PrN/(CeN+NdN)，Tb/Tb*=2×TbN/(GdN+DyN)，Dy/Dy*=2×DyN/(TbN+HoN)，CeN、LaN、PrN、NdN、TbN、GdN、DyN和HoN均為球粒隕石標準化值，球粒隕石數(shù)據(jù)引自Sun等[46])Fig.7 Zr/Hf，Nb/Ta，La/Ta and La/Nb relationship diagrams with TE1，3 of the granite porphyry from Cijingzi area

目前，學者按照源巖性質(zhì)普遍將花崗巖劃分為I、S和A型[56-59]。次井子花崗斑巖在顯微鏡下未發(fā)現(xiàn)鈉閃石-鈉鐵閃石、鐵橄欖石和霓石-霓輝石等A型花崗巖中常見的堿性暗色礦物，且樣品的全巖鋯石飽和平均溫度為752 ℃，明顯低于A型花崗巖平均溫度(>800 ℃)[60-61]。此外，Zr和Zr+Nb+Ce+Y的含量分別為51×10-6～ 62×10-6和97×10-6～ 112×10-6，該值范圍明顯低于A型花崗巖的下限值(250×10-6和350×10-6)[62-63]，由此可以判斷次井子花崗斑巖并非A型花崗巖。次井子花崗斑巖具有較高的鋁飽和指數(shù)，與變沉積巖部分熔融形成S型花崗巖相似[64]。然而，在SiO2-Ce和SiO2-Zr判別圖中，樣品均落入I型花崗巖區(qū)(圖8(c)和(d))。

在次井子花崗斑巖的Rb-Th和Rb-Y圖解中，Th和Y均與Rb呈現(xiàn)正相關關系，也顯示出了I型花崗巖的地化特征(圖8(e)和(f))[64]。此外，古老地殼物質(zhì)通常具有較低的εHf(t)值，而本文次井子花崗斑巖的εHf(t)均為正值，這與一般源于古老地殼物質(zhì)部分熔融形成的S型花崗巖不符。綜上所述，次井子花崗斑巖為高分異I型花崗巖，富鋁的地球化學特征是由巖漿分異造成的。

5.2 巖石成因與源區(qū)屬性

次井子花崗斑巖屬于高分異花崗巖，其元素地球化學組成受到了結(jié)晶分異的影響。該巖體CaO、Al2O3與SiO2呈現(xiàn)負相關關系(圖9(a)和(b))，并且微量元素Sr、Ba和Eu表現(xiàn)出了明顯的負異常，指示巖漿冷卻結(jié)晶的成巖過程中發(fā)生了斜長石和鉀長石的分離結(jié)晶。Wu等[65]的研究表明，斜長石的分異將導致Sr、Eu的負異常，而鉀長石的分異則會產(chǎn)生Ba和Eu的負異常。分離結(jié)晶模擬的Ba-Sr和Eu-Sr圖解(圖9(c)和(d))，同樣顯示次井子花崗斑巖同時經(jīng)歷了鉀長石和斜長石的分異結(jié)晶。稀土元素的變異則主要受磷灰石等副礦物的分異結(jié)晶作用控制。P的虧損指示著磷灰石的結(jié)晶分異，較低的Zr含量和Ti的虧損則是鋯石和含鈦礦物(如鈦鐵礦和榍石等)的分離結(jié)晶所致。因此，次井子花崗斑巖經(jīng)歷了斜長石、鉀長石、磷灰石、鋯石和含鈦礦物的結(jié)晶分異。

圖9 次井子花崗斑巖分離結(jié)晶判別圖解(礦物分離結(jié)晶趨勢線據(jù)Wu 等[65])Fig.9 Discrimination diagram of fractional crystallization for the granite porphyry from Cijingzi(mineral fractionation trend from Wu et al.[65])Amp.角閃石；Bt.黑云母；Grt.石榴子石；Kf.鉀長石；Kfs.鉀長石；Ms.白云母；Pl.斜長石；PlAn50.斜長石(An=50)；PlAn15.斜長石(An=15)

目前認為的高分異I型花崗巖可能有以下三種可能成因：(1)幔源鎂鐵質(zhì)巖漿的分異結(jié)晶[66-67]；(2)含水富鉀變質(zhì)安山巖-玄武巖原巖的部分熔融[68-69]；(3)來自地殼的長英質(zhì)和幔源鎂鐵質(zhì)巖漿混合形成[70-72]。

Sisson等[73]認為含水、中鉀至高鉀鎂鐵質(zhì)巖漿經(jīng)過演化只能產(chǎn)生12%～ 25%的花崗巖，這意味著大量的鎂鐵質(zhì)巖石將在同時代和同生花崗巖周圍發(fā)育。而西阿拉善地塊在古元古代中期主要為酸性巖，并未發(fā)現(xiàn)足夠體積的基性巖與之對應，因此并不支持幔源鎂鐵質(zhì)巖漿分離結(jié)晶的成因類型。本文所研究的次井子花崗斑巖具有變化較大的εHf(t)值(0.48～ 7.04)。在火成巖中，同巖漿鋯石具有相似的U-Pb年齡和變化的εHf(t)值的現(xiàn)象，一般被認為是由于不同來源的巖漿混合所造成的[74-75]。在εHf(t)-年齡圖解中，次井子花崗斑巖中最低的εHf(t)值位于北大山雜巖的Hf同位素演化趨勢中，顯示古老地殼物質(zhì)為次井子花崗斑巖的形成提供了部分物質(zhì)來源。較高的鋯石εHf(t)值可能來源于幔源物質(zhì)或者年輕的地殼物質(zhì)(圖10)[76]。在約2.0 Ga之前，北大山地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的最接近于該時期的巖漿活動為約2.5 Ga[77]，顯示相對于約2.0 Ga，北大山地區(qū)并不存在年輕地殼物質(zhì)的加入。此外，除一個點外，所有的次井子花崗斑巖鋯石測點均投影于北大山雜巖的Hf同位素演化趨勢之上，且最高值接近于虧損地幔演化線，顯示次井子花崗斑巖的源區(qū)Hf同位素虧損的端元可能為虧損的幔源物質(zhì)，而并非年輕的地殼物質(zhì)。因此，次井子花崗斑巖為殼幔混合成因。在鋯石Hf同位素的模擬計算中，虧損地幔物質(zhì)、地殼物質(zhì)和花崗斑巖母巖漿的εHf(t)值分別為巖體侵位時虧損地幔的值、同巖漿鋯石中最小的εHf(t)值和同巖漿鋯石的εHf(t)平均值。虧損地幔和地殼物質(zhì)的Hf含量分別為2.05×10-6(N-MORB的Hf含量)[45]和4.0×10-6(華北克拉通地殼平均Hf含量)[78]。通過該計算得出源區(qū)的殼源物質(zhì)和幔源物質(zhì)的比值約為4:6。

圖10 次井子花崗斑巖Hf同位素組成(陰影部分代表北大山雜巖的演化趨勢，據(jù)Zhang等[77])Fig.10 Hf isotopic composition plot of the granite porphyry from Cijingzi area(shaded part represents evolution trend of Beidashan complex，after Zhang et al.[77])

5.3 對北大山地區(qū)古元古代中期構(gòu)造演化的啟示

在前人研究中，2.0～2.2 Ga的巖漿事件在阿拉善地塊的龍首山雜巖和東阿拉善地塊的巴彥烏拉山雜巖中均有發(fā)現(xiàn)[23，36-37]。而本次研究也在北大山地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)了該時期的巖漿活動，顯示該期巖漿活動普遍存在于阿拉善地塊的不同區(qū)域。如圖5(a)所示，阿拉善地塊約2.0 Ga巖漿巖的SiO2含量在50%～ 62%之間出現(xiàn)明顯的間斷，顯示Daly間斷的特征[79]。綜上，阿拉善地塊約2.0 Ga的巖漿巖存在雙峰式火山巖組合的特征。

雙峰式火山巖通常被認為是拉張伸展構(gòu)造背景的產(chǎn)物，并且形成于大陸裂谷環(huán)境[80-81]。王焰等[82]認為大陸裂谷雙峰式火山巖的酸性巖明顯富集輕稀土元素，而基性巖富集大離子親石元素，輕重稀土為明顯分離的型式，輕稀土豐度較高。如圖6所示，阿拉善地塊在古元古代中期的酸性巖普遍具有明顯富集LREE的特征(次井子花崗斑巖親稀土富集程度較低，這與其存在磷灰石、榍石等富親稀土礦物的分離結(jié)晶有關)，基性巖也富集K、P和Th等大離子親石元素，輕稀土豐度較高。因此，阿拉善古元古代中期巖體的特征與大陸裂谷形成的雙峰式火山巖一致。研究表明，裂谷地區(qū)拉斑玄武巖巖漿通過軟流圈或者地幔柱上涌，地殼底部會產(chǎn)生Fe的富集，故裂谷環(huán)境下雙峰式火山巖中的酸性巖石會表現(xiàn)出典型的Fe質(zhì)特征[83]。如圖5(d)所示，阿拉善地塊大多數(shù)約2.0 Ga酸性巖漿巖都具有鐵質(zhì)的特征，同樣與裂谷環(huán)境形成的雙峰式火山巖類似。此外，Zeng等[33]認為阿拉善龍首山地區(qū)約2.0 Ga的花崗巖具有A型花崗巖的特征，而該時期的基性巖形成于伸展環(huán)境。因此，阿拉善地塊在古元古代中期處于大陸裂谷相關的伸展環(huán)境。

學者按照巖漿源區(qū)將雙峰式火山分為異源母巖漿和同源母巖漿[82，84-85]。異源雙峰式火山巖是不同巖漿源區(qū)的產(chǎn)物，地幔部分熔融所形成的基性巖漿上升侵入地殼中，地殼發(fā)生部分熔融產(chǎn)生酸性巖漿，由于殼幔不同層次的活動導致在后期噴發(fā)過程中兩個單元的巖漿交替噴發(fā)[86-87]。這種情況下酸性巖相較于基性巖的微量元素和同位素組成存在較大差異[88]，并且出露面積一般比基性巖大得多[89]；而同源雙峰式火山巖的酸性巖是基性巖進一步分離結(jié)晶的產(chǎn)物，二者具有相似的微量元素特征，并且基性單元的巖石量要遠大于酸性巖石[90]。然而，次井子花崗斑巖并非基性巖漿結(jié)晶分異而成。結(jié)合前人數(shù)據(jù)分析，阿拉善地塊在該時期出露的基性巖較少，酸性巖石的規(guī)模要大于基性巖石。此外，阿拉善地塊古元古代的酸性巖均具有明顯的Eu負異常(圖6(a))。在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)中，酸性巖極度虧損Sr、P和Ti，輕度虧損Nb和Ta；而基性巖呈略右傾的平行曲線模式，無Eu負異常并且相對富集LREE、Zr和Hf等，輕度虧損Nb、Ta和Sr(圖6(b))，與酸性巖有明顯的區(qū)別。因此，阿拉善地塊古元古代中期的酸性巖與基性巖并不具有相似的稀土元素和微量元素分布型式。綜合認為，阿拉善地塊在古元古代中期的伸展環(huán)境中，地幔物質(zhì)部分熔融形成了熱的基性巖漿進而上升侵入到冷的地殼巖石中，為地殼巖石發(fā)生部分熔融提供了熱量條件，并且幔源巖漿也為部分花崗巖提供了物質(zhì)組成，從而產(chǎn)生酸性巖漿，由此形成酸性巖漿與基性巖漿交替噴發(fā)的異源雙峰式火山巖。

5.4 對北大山地區(qū)古元古代中期板塊歸屬的約束

阿拉善地塊位于華北克拉通西部，阿拉善地塊與華北克拉通的西部地塊在前寒武紀是否存在親緣關系，是否為華北克拉通西部孔茲巖帶的西延，一直還存在爭議?？灼潕r帶是華北克拉通重要的古元古代時期的碰撞造山帶[91]，自東向西主要分布于集寧—烏拉山—大青山—千里山—賀蘭山地區(qū)，由典型的孔茲巖和與孔茲巖呈構(gòu)造接觸且共同經(jīng)歷古元古代中—晚期變質(zhì)事件的基底巖石組成[18，92]。近年來，學者在孔茲巖帶中獲得了大量2.3～ 2.0 Ga的碎屑鋯石[93-97]，顯示孔茲巖帶附近曾經(jīng)存在規(guī)模較大的古元古代活動構(gòu)造帶[98]。

阿拉善地塊的前寒武紀地質(zhì)體是直接記錄前寒武紀地質(zhì)演化信息的載體，是揭示阿拉善地塊親緣關系的關鍵。一般認為，阿拉善地塊的前寒武紀的結(jié)晶基底主要出露于東阿拉善地塊的巴彥烏拉爾山地區(qū)和疊布斯格地區(qū)，以及西阿拉善地塊的龍首山地區(qū)和北大山地區(qū)。然而，由于阿拉善地塊東側(cè)界線存在爭議，有賀蘭山西麓斷裂[30]、巴彥烏拉山的西部斷裂[21，32]和賀蘭山東側(cè)的鄂爾多斯西緣斷裂[99]等不同觀點(圖1(a))。如果以巴彥烏拉山西部斷裂作為阿拉善地塊的東部邊界，巴彥烏拉爾山地區(qū)和疊布斯格地區(qū)則不屬于阿拉善地塊。因此，西阿拉善地塊的北大山地區(qū)和龍首山地區(qū)是阿拉善地塊中兩處無爭議出露前寒武紀地質(zhì)體的區(qū)域，是認識阿拉善地塊前寒武紀構(gòu)造-巖漿-變質(zhì)事件演化過程的良好窗口。

選擇西阿拉善地塊的北大山和龍首山地區(qū)與華北克拉通西部的孔茲巖帶進行對比研究。巖漿鋯石年齡對比直方圖顯示(圖11(a1)和(b1))，西阿拉善地塊與孔茲巖帶記錄了2.5～ 2.48 Ga、2.05～ 2.0 Ga和1.94～ 1.91 Ga的巖漿事件，并以約2.0 Ga的年齡峰最為顯著。此外，對比阿拉善地塊西部與孔茲巖帶前寒武紀的巖漿鋯石Hf同位素數(shù)據(jù)(圖11(a2)和(b2))，發(fā)現(xiàn)孔茲巖帶2.3～ 2.0 Ga的鋯石在年齡和Hf同位素組成特征也基本一致。同時，孔茲巖帶在前寒武紀主要發(fā)育的2.5 ～ 2.4 Ga、1.95～ 1.80 Ga兩期主要的變質(zhì)事件[98-108]。而在龍首山地區(qū)和北大山地區(qū)同樣存在對應的兩期變質(zhì)事件，如Zhang等在2013年對阿右旗東部和甘肅民勤縣西北部的萊菔山的英云閃長質(zhì)片麻巖和花崗閃長質(zhì)片麻巖進行研究，獲得2.52 ～ 2.47 Ga和1.85 Ga兩期變質(zhì)年齡[30]；Gong等在2016年對龍首山巖群副變質(zhì)巖中碎屑鋯石和正片麻巖的巖漿鋯石進行研究，獲得了1.85 Ga和1.90 ～ 1.96 Ga的變質(zhì)年齡[36]；王強在2014年對龍首山雜巖的斜長角閃巖和花崗片麻巖開展研究，獲得了1899 Ma、1884 Ma、1812 Ma、1803 Ma、1902 Ma、1858 Ma和1873 Ma的變質(zhì)事件年齡[109]；Zeng等在2018年通過對龍首山雜巖中混合巖淺色體和石英正長巖的研究，獲得了1891 Ma和1848 Ma的深熔事件年齡和1812 Ma的變質(zhì)事件年齡[33]。通過對比西阿拉善地塊與孔茲巖系的巖漿-變質(zhì)事件可知，二者在古元古代具有親緣關系。

圖11 西阿拉善地塊與孔茲巖帶前寒武紀巖漿鋯石和碎屑鋯石年齡對比直方圖(圖a1和圖a2數(shù)據(jù)引自宮江華[28，39]、Zhang等[30]、Gong等[36]、Zeng等[33]和本文；圖b1數(shù)據(jù)引自Xia等[94]、董春艷等[98]、周喜文等[97]、Yin等[95]、Dan等[96]、蔡佳等[100]、甘保平等[101]和龐嵐尹等[102]；圖b2數(shù)據(jù)引自董春艷等[98]、Dan等[96]、甘保平等[101]、龐嵐尹等[102]和Li等[103])Fig.11 Age comparison histograms and corresponding magmatic zircon Hf isotopic composition of the Early Precambrian basements in the western Alxa block and Khondalite belt

6 結(jié) 論

(1)次井子花崗斑巖形成時代為古元古代中期(2035.6±8.4)Ma；巖石屬于高硅、鈣堿性系列，并具強過鋁質(zhì)特征，且輕重稀土之間分餾程度較低；鋯石Hf同位素顯示其εHf(t)為0.48～ 7.04，TDMC變化于2627～ 2222 Ma之間。

(2)巖石屬高分異I型花崗巖，其巖漿源于殼?；旌希⑶以趲r漿演化過程中可能發(fā)生了斜長石、鉀長石、磷灰石、鋯石以及含鈦礦物的結(jié)晶分異。

(3)阿拉善地塊約2.0 Ga的巖漿巖缺乏中性巖，顯示其巖漿事件存在雙峰式火山巖組合的特征，且其中的酸性巖多為A型花崗巖，暗示伸展的成巖構(gòu)造背景。

(4)西阿拉善地塊在古元古代中期存在強烈的巖漿-變質(zhì)事件，與華北克拉通西部的孔茲巖帶的構(gòu)造熱事件相似，反映二者具有親源關系，阿拉善地塊在古元古代中期可能是孔茲巖帶的西延部分。

致謝：感謝審稿專家和編輯對本文提出寶貴的修改意見！