遼寧大石橋早白堊世建一巖體年代學、地球化學及成因研究

李　壯，孟　恩，裴福萍，劉經緯，張　璐.北京大學地球與空間科學學院，北京0087；.中國地質科學院地質研究所，北京0007；.吉林大學地球科學學院，吉林長春006

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遼寧大石橋早白堊世建一巖體年代學、地球化學及成因研究

李壯1，孟恩2，裴福萍3，劉經緯1，張璐1
1.北京大學地球與空間科學學院，北京100871；2.中國地質科學院地質研究所，北京100037；3.吉林大學地球科學學院，吉林長春130061

建一巖體巖性主要為花崗閃長巖.巖石中的鋯石呈自形，發育巖漿振蕩生長環帶，具有較高的Th/U比值（>0.1），均暗示其為典型的巖漿成因鋯石.鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結果顯示，所測鋯石206Pb/238U年齡集中于138～145 Ma，其加權平均年齡為140 Ma，說明花崗閃長巖的形成時代為早白堊世.主量元素特征顯示，該巖體為鋁不飽和的I型花崗巖.球粒隕石標準化稀土元素分配模式顯示輕稀土元素（LREE）相對富集，中稀土和重稀土元素（MREE和HREE）相對虧損，具有輕微的負Eu異常，暗示巖漿演化過程中角閃石分離結晶明顯而斜長石分離結晶較弱.微量元素蛛網圖顯示富集大離子親石元素（LILE）Rb、Th、U，貧高場強元素（HFSE）Nb、Ta，其Nb/Ta、La/Nb和Th/Nb比值介于地殼和地幔平均值之間，顯示建一巖體巖漿具有殼幔混源的特點.結合建一巖體巖石地球化學特點和區域構造背景，認為該巖體的形成可能與古太平洋板塊向歐亞大陸下俯沖引起的類似于弧后盆地的伸展環境有關.

花崗閃長巖；年代學；地球化學；地質意義；遼寧省

0　引言

遼東半島位于華北克拉通的東北緣，廣泛發育中生代巖漿巖，巖性包括花崗巖類、火山巖以及基性-超基性雜巖［1］.依據鋯石U-Pb年代學資料，前人將研究區的中生代巖漿作用分為4期，分別為早—中三疊世（230～250 Ma）、晚三疊世（203～211 Ma）、中侏羅世（156～180 Ma）和早白堊世（110～135 Ma）［2］.早白堊世是華北克拉通重要的構造體制轉換及成礦時期［3］.然而，這些研究成果多集中在吉南-遼南和遼西東南部地區花崗巖-（超）基性巖［4］.相比之下，有關遼東北地區侵入巖的研究程度明顯薄弱.因此，本文選取遼寧大石橋地區早白堊世建一花崗閃長巖體進行系統的年代學、巖石學和地球化學研究，并結合區域資料探討其形成的構造環境.

1　區域地質背景

華北克拉通是中國最古老的克拉通板塊，其演化歷史超過3.85 Ga［5］.在大地構造位置上，華北克拉通北鄰中亞造山帶，南鄰秦嶺-大別造山帶，遼東半島屬于華北克拉通東部陸塊的東北段，位于郯廬斷裂以東（圖1a）［6］.該區基底巖石主要由北部遼北-吉南陸塊的鞍山-撫順太古宙雜巖和南部遼南陸塊的金州太古宙雜巖及二者之間膠-遼-吉活動帶的古元古代遼河群火山-沉積建造和花崗巖-基性巖侵入體組成［7］.太古宙—古元古代基底之上廣泛出露中—新元古代沉積巖，構成了華北克拉通第一套穩定沉積蓋層，顯生宙沉積巖分布較少，但是中生代巖漿巖在遼東地區廣泛發育［9］.

圖1　遼東地區地質簡圖及采樣位置（據文獻［4］修編）Fig.1　Geological map of Eastern Liaoning Province with sampling positions （Modified from Reference［4］）

2　樣品描述

研究區位于遼寧省大石橋市建一鎮附近，建一花崗閃長巖體主要侵位于古元古代遼河群火山-沉積建造中（圖1b）.本文所選樣品采樣點如圖1所示，具體的采樣位置和巖相學特征如下文.

該巖體平面展布呈北北東向，出露面積約3 km2.花崗閃長巖的新鮮面呈淺灰色，中細粒花崗結構，塊狀構造（圖2a），主要礦物成分由石英（20%）、斜長石（50%）、堿性長石（15%）、普通角閃石（10%）和黑云母（5%）組成，副礦物由鋯石、榍石及不透明礦物等組成（圖2b），此外值得注意的是建一花崗閃長巖普遍見有暗色微細粒閃長質包體（MME）（圖2a）.

3　分析方法

首先將待測年樣品（LT1）經過手工破碎、淘洗、電磁選、重液分選，在雙目鏡下挑選，得到含包裹體少、無明顯裂隙且晶型完好的鋯石.然后將鋯石置于環氧樹脂內研磨，再拋光清洗制成激光樣品靶.鋯石的陰極發光（CL）圖像主要用于查明鋯石內部結構，以便準確選點.鋯石LA-ICP-MS U-Pb原位定年分析在天津地質礦產研究所同位素實驗室完成.年齡計算時以國際標準鋯石GJ-1為外標進行同位素比值校正，以TEM為監控盲樣；元素含量以國際標樣NIST 610為外標，29Si為內標.實驗中采用He作為剝蝕物質的載氣.分析時采用10 Hz的激光頻率，193 nm的激光波長，36 μm的激光束斑直徑，激光預剝蝕時間和剝蝕時間分別為5 s 和40 s，U、Th、Pb元素積分時間為20 ms，其他元素積分時間為15 ms.測試結果通過GLITTER 4.4軟件計算得出，實驗獲得的數據采用Andersen的方法進行同位素比值的校正以扣除普通Pb的影響［9］，諧和圖的繪制采用ISOPLOT 3.0完成［10］.詳細的實驗分析步驟和數據處理方法見文獻［11］.所給定的同位素比值和年齡的誤差均在1σ水平.

所采集的樣品首先經薄片顯微鏡下鑒定，然后選擇最新鮮的樣品用于地球化學分析.樣品的粉碎加工均在無污染設備中進行.主量元素和微量元素分析在北京國家地質測試分析中心完成.主量元素是用X熒光光譜法（XRF）測定，誤差小于0.5%；微量元素Zr、Sr、Ba、Rb和Nb同樣是用X熒光光譜法完成，誤差Ba 為5%，其他元素小于3%；稀土元素及V、Cr、Ni、Co、Cu、Pb、U、Th、Ta和Hf用等離子體光質譜儀分析完成，誤差小于5%.

4　分析結果

4.1鋯石U-Pb年代學

建一巖體中鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結果見表1，代表性鋯石的陰極發光（CL）圖像見圖3a.花崗閃長巖（LT1）中的鋯石呈自形，顆粒直徑在100～300 μm，發育巖漿振蕩生長環帶（圖3a）.微區成分分析顯示，21顆鋯石的U=61×10-6～882×10-6，Th=33×10-6～539×10-6，其Th/U比值介于0.19～0.83，以上特征暗示其均為典型的巖漿成因鋯石.表1中結果顯示，所測鋯石206Pb/238U年齡集中于138～145 Ma，其加權平均年齡為140±1 Ma（圖3b），該年齡代表了建一花崗閃長巖的形成時代，即早白堊世.

圖2　建一花崗閃長巖的野外和鏡下照片Fig.2　Sample and microphotograph of the Jianyi granodiorite

表1　鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年分析結果

圖3　建一花崗閃長巖代表性鋯石陰極發光圖像（a）和鋯石U-Pb諧和圖（b）Fig.3　CL images for representative zircons（a）and zircon U-Pb age（b）of the Jianyi granodiorite

4.2地球化學

4.2.1主量元素

本文所選建一早白堊世花崗閃長巖的主量和微量元素分析結果見表 2.表中顯示 SiO2含量為 69.12%～61.61%，MgO為 0.71%～1.17%，Al2O3為 13.55%～13.84%，CaO為2.11%～2.35%，K2O為3.91% ～4.02%，Na2O為3.56%～4.08%.在TAS圖解上該樣品落在花崗閃長巖區域內，屬于亞堿性系列（圖略）［12］，而在SiO2-K2O變異圖解中則落入高鉀鈣堿性系列區內（圖4）［13］.

表2　地球化學數據

圖4　K2O-SiO2圖解（據文獻［13］修編）Fig.4　The K2O vs.SiO2diagram for the Jianyi granodiorite （After Reference［13］）

4.2.2稀土和微量元素

從稀土元素球粒隕石標準化配分圖解中可以看出，研究區早白堊世花崗閃長巖稀土元素配分曲線呈明顯右傾型，輕重稀土分餾明顯，以富集LREE、虧損MREE和HREE、具有輕微的負銪異常為特征（圖5a）.由于角閃石是MREE和HREE主要的寄主礦物（尤其MREE），而斜長石是銪最主要的寄主礦物，暗示建一花崗閃長巖的巖漿演化過程中角閃石分離結晶明顯而斜長石分離結晶較弱［14］；而從微量元素原始地幔標準化蛛網圖中可知，花崗質巖石明顯富集Ba、Th、U等大離子親石元素（LILE），強烈虧損Nb、Ta等高場強元素（HFSE）（圖5b）.上述特征也都與吉南地區六道溝、綠江村及榆樹林子弱過鋁質花崗巖相似，與安第斯型弧火山巖可對比［4］.

5　討論

圖5　建一花崗閃長巖稀土元素圖解Fig.5　Chondrite-normalized REE patterns（a）and primitive mantle-normalized trace element spidergram（b）of the Jianyi granodiorite

5.1建一巖體的形成時代

遼東半島中生代花崗質侵入體的形成時代一直是人們爭論的地質問題之一.對其形成時代的確定也主要是根據與圍巖的接觸關系及少量的K-Ar和Rb-Sr定年資料.基于以上研究，前人認為它們形成于印支期和燕山期［8］.然而由于K-Ar和Rb-Sr體系封閉溫度較低、區域構造演化復雜等因素降低了測試精度，致使其形成時代一直存在較大爭議.鋯石U-Pb體系封閉溫度較高，可以記錄巖體的形成時代［11］.從建一花崗閃長巖中鋯石的陰極發光（CL）圖像可以看出，鋯石具有典型的巖漿振蕩生長環帶，結合鋯石高的Th/U比值（所有樣品Th/U＞0.1），均表明它們為巖漿成因.因此，其加權平均年齡為140 Ma，代表了花崗閃長巖的形成時代，該年齡是遼東早白堊世巖漿巖帶迄今報道的最老的侵入體年齡.這與前人對吉林南部早白堊世火山巖、吉南-遼東半島大面積同時代花崗巖及魯西、膠東半島、蘇魯大別基性巖等的定年結果相吻合，均指示了華北克拉通，乃至整個中國東部中生代最強烈的早白堊世巖漿熱事件［3］.

5.2建一巖體的巖石成因

5.2.1花崗巖成因分類

建一花崗閃長巖A/CNK值小于1，為鋁不飽和花崗巖.一般來說，S型花崗巖的A/CNK值大于1.1，富鈉，標準礦物硬玉分子大于1，出現富鋁質礦物白云母、夕線石、堇青石等.結合巖相學特征，很顯然研究區花崗巖不是S型花崗巖，應屬于I型或A型花崗巖.A型花崗巖一般出現堿性暗色礦物鈉閃石和鈉鐵閃石等，以明顯富集高場強元素（HFSE），如Zr、Nb、Y、REE 和Ga等與I型花崗巖相區別.建一花崗閃長巖中不存在鈉閃石和鈉鐵閃石等堿性暗色礦物，同時Zr、Nb、Y、La和Ce的豐度較低，與遼南A型花崗巖有較大差別，而與吉南I型花崗巖特征一致，說明建一巖體應為I型花崗巖，暗示其原始巖漿應主要來自下地殼火成巖的部分熔融［4］.在微量元素上，相容元素Ni、Cr的含量均小于大陸上地殼的平均值，Rb、Th等強不相容元素表現出明顯的富集，而Ba、La、Nb等元素表現出明顯的虧損，均指示殼源特點.而弱不相容元素明顯低于地殼平均值，顯示出某些幔源的特征，暗示建一花崗閃長巖可能為殼幔混合來源.這一點也與其Nb/Ta、La/Nb 和Th/Nb比值介于地殼和地幔平均值之間的特征一致［15］.同時，建一花崗閃長巖中普遍見有暗色微細粒閃長質包體（MME）.MME形態多呈渾圓的外形，顯示出明顯的塑性流變特點，具典型的巖漿結構的暗色包體中見針狀磷灰石（記錄了迅速淬冷的過程）和含寄主巖礦物（記錄了與寄主巖之間的物質交換）特征，具有明顯的巖漿混合成因的包體特征（圖2），MME可以提供誘發花崗閃長巖形成的底侵玄武巖及其地幔源區的信息.

5.2.2鋯石飽和溫度

由于花崗巖巖漿大多是絕熱式上升就位的，巖漿早期結晶的溫度近似代表了巖漿形成時的溫度，因此可以通過計算巖漿的早期結晶溫度來近似求得其起源溫度.鋯石飽和溫度計算是當前獲得巖漿初始溫度的主要方法之一，鋯石是花崗質巖漿體系中較早結晶的副礦物，鋯石中Zr的分配系數對溫度十分敏感，其在巖漿中的含量與溫度存在相關性，而其他因素對其沒有明顯影響，因而可以認為鋯石飽和溫度可近似代表花崗質巖石近液相線的溫度［16］.計算表明，建一花崗閃長巖的鋯石飽和溫度為761.3℃和761.5℃，均小于800℃，為典型的低溫I型花崗巖.目前的實驗巖石學研究表明，地殼低溫（≤800℃）部分熔融產生花崗閃長質巖漿，需要地殼內部的減壓作用和源區有一定量的流體.流體一般來自黑云母、白云母和鈣質角閃石等含水礦物的脫水反應.其中，只有白云母可在低于800℃的條件下發生脫水反應.同時，白云母需達到一定的數量才能產生大規模的巖漿［17］.地球化學研究表明，建一花崗閃長巖屬于I型花崗巖，其應起源于火成巖的部分熔融而非泥質巖.因此，白云母的脫水熔融不可能是建一花崗閃長巖產生的主要機制.流體的另外一種可能來源是外來流體的注入作用，如俯沖帶中沉積物的脫水反應或超鎂鐵—鎂鐵質巖漿巖中含水礦物的脫水反應［18］，由于遼東地區經歷太古宙—中生代多個構造體制的轉換，存在多期次的俯沖和巖漿底侵事件，目前我們無法區分上述兩個可能.但是，值得注意的是，與建一花崗閃長巖同時代的巖石包括了大量的超鎂鐵—鎂鐵質巖漿巖，以及建一花崗閃長巖中普遍見有暗色微細粒閃長質包體（MME），都可能暗示（超）鎂鐵質巖漿巖中含水礦物的脫水反應起到了關鍵的作用.

5.3構造背景

結合已發表的年代學數據，我們不難發現最早的鈣堿性巖漿活動在時間上存在從日本島和朝鮮半島（約210 Ma）到膠東、遼東半島（和東南沿海，約180 Ma），再到太行山（和大別山，138 Ma）的年輕化趨勢.我們據此提出華北克拉通上的中生代巖漿巖的形成可能與古太平洋板塊的俯沖有關，即隨著古太平洋板塊的俯沖消減，大陸弧巖漿活動逐步向北西方向推進［19］.地球化學分析結果顯示，建一巖體屬于高鉀鈣堿性系列，具有典型弧巖漿作用的特點.結合研究區及鄰區吉南臨江地區同時代鈣堿性火山巖以及遼南飲馬灣山活動陸緣型閃長質巖石的存在，表明遼東地區在早白堊世可能處于一個類似于弧后盆地的伸展環境，這也與該區西北部遼中千山地區發育早白堊世A型花崗巖及北部存在早白堊世雙峰式巖漿作用的研究結果相一致［19］.此外，前人通過對東北松遼盆地和大興安嶺地區早白堊世主要由流紋巖類和玄武巖類組成的雙峰式火山巖組合、大別山地區的中生代輝長巖-花崗巖組合以及華北克拉通中生代雙峰式巖墻群的研究表明，早白堊世巖漿熱事件在華北克拉通東部乃至整個中國東部廣泛存在，因而本區發育的早白堊世侵入巖即是對這一巖漿熱事件的響應［3］.

6　結論

（1）建一巖體巖性主要為花崗閃長巖，形成時代為早白堊世.

（2）元素地球化學及巖石學特征顯示，建一花崗閃長巖具有殼幔混源的特點，具典型弧巖漿作用的特點.

（3）結合建一花崗閃長巖的巖石地球化學特點和區域構造背景，認為該巖體的形成可能與古太平洋板塊向歐亞大陸下俯沖引起的類似于弧后盆地的伸展環境有關.

致謝：感謝天津地質礦產研究所同位素實驗室在鋯石LA-ICP-MS U-Pb測試分析中給予的大力幫助.感謝北京大學地球與空間科學學院詹彥博士在成文過程中的有益探討.

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Geochronology, geochemistry and origin of the Early Cretaceous Jianyi pluton in Dashiqiao, Liaoning Province

LI Zhuang1,MENG En2,PEI Fu-ping3,LIU Jing-wei1,ZHANG Lu1
1.School of Earth and Space Sciences,Peking University,Beijing 100871,China;2.Institute of Geology,Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037,China;3.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China

The Jianyi pluton,located in Dashiqiao,Liaoning Province,Northeast China,is dominated by granodiorite.The zircons from the granodiorite show euhedral shape,oscillatory and sector-zoning,with high Th/U ratios（>0.1),suggesting a typical magmatic origin.LA-ICP-MS zircon U-Pb dating indicates that the206Pb/238U ages of zircons range from 138 to 145 Ma,yielding a weighted mean age of 140 Ma,which probably represents the formation age of the granodiorite,i.e., Early Cretaceous.Major element characteristics show that the Jianyi pluton belongs to metaluminous I-type granite.The chondrite-normalized REE patterns suggest enrichment of LREEs,and depletion of MREEs and HREEs,with slightly negative Eu anomaly,indicating a strong fractional crystallization of amphibole and weak fractional crystallization of plagioclase.The trace element spider diagram shows that they are enriched in large ion lithophile elements（LILEs,such as Rb,Th and U）and depleted in high field strength elements（HFSEs,Nb and Ta）.The Nb/Ta,La/Nb and Th/Nb values are between the data of the crust and mantle,showing that the magma is derived from crust-mantle mixed source. Integration of our new data with recent geological studies concludes that the Jianyi pluton and the Early Cretaceous magmatism in the eastern North China craton was formed in an extensional setting similar to back-arc basin,which may be related to the subduction of the Paleo-Pacific oceanic plate.

granodiorite;geochronology;geochemistry;tectonic setting;Liaoning Province

1671-1947（2016）02-0101-07

P588.12；P597

A

2015-07-31；

2015-08-11.編輯：李蘭英.

國家自然科學基金項目（41202136）；中國地質科學院地質研究所基本科研業務費項目（J1507）；北京大學開放測試基金項目（0000010541）；吉林大學大學生創新性實驗計劃項目（2010C61164）.

李壯（1989—），男，博士研究生，巖石學與地球化學專業，通信地址北京市海淀區頤和園路5號，E-mail//lizhuangcc@pku.edu.com