王 斌,宋明春,霍 光,周明嶺,徐忠華,蔣 雷,宋英昕,李 杰
(1.山東省深部金礦探測(cè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)工程實(shí)驗(yàn)室,山東省地礦局 深部金礦勘查評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第六地質(zhì)大隊(duì),山東 威海 264209;2.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院,山東 濟(jì)南 250013;3.河北地質(zhì)大學(xué) 資源學(xué)院,河北 石家莊 050031)
花崗巖作為大陸地殼的主要組成部分,其形成與殼幔相互作用和板塊構(gòu)造演化密切相關(guān),形成于不同源區(qū)和構(gòu)造環(huán)境下的花崗巖,具有其特有的巖石學(xué)與地球化學(xué)特征,因此,花崗巖研究對(duì)推演大陸構(gòu)造演化歷史具有重要意義(郭春麗等,2004)。膠東地區(qū)位于華北板塊與大別-蘇魯造山帶拼合位置的東北端,發(fā)育晚中生代強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿事件,巖漿巖類型多樣,是研究晚中生代區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)體制轉(zhuǎn)換和克拉通破壞過程的理想之地。膠東晚中生代花崗巖類主要由玲瓏型花崗巖(164±2~140±4 Ma)、郭家?guī)X型花崗巖(130±3~125±2 Ma)、偉德山型花崗巖(126±3~108±2 Ma)和嶗山型花崗巖(120±2~107±2 Ma)組成(胡世玲等,1987;徐洪林等,1997;關(guān)康等,1998;苗來成等,1998;Wangetal.,1998;Zhaoetal.,1998;Zhangetal.,2003a,2003c;周建波等,2003;Huetal.,2004;郭敬輝等,2005;李俊建等,2005;邱連貴等,2008;譚俊等,2008;張?zhí)锏?2008;Gossetal.,2010;Zhangetal.,2010;王世進(jìn)等,2010,2011;Yangetal.,2012;丁正江等,2013;Maetal.,2013,2014a;羅賢冬等,2014;董學(xué)等,2020;宋英昕等,2020)。前人對(duì)花崗巖類的地質(zhì)和地球化學(xué)特征、同位素年齡、成因機(jī)制、巖漿活動(dòng)的構(gòu)造背景等進(jìn)行了較多研究(徐貴忠等,2001;Yang,2003;周新華,2006;張?zhí)锏?2008),也研究了與膠東巨量金成礦有關(guān)的構(gòu)造-巖漿作用過程,認(rèn)識(shí)到早白堊世伸展作用及巖石圈減薄對(duì)成巖成礦的重要影響,但尚缺乏對(duì)花崗巖類地球化學(xué)特征演化及其指示的大地構(gòu)造背景轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)研究,制約了對(duì)該區(qū)巖漿活動(dòng)的構(gòu)造驅(qū)動(dòng)機(jī)制和大規(guī)模金成礦機(jī)理的深入理解。本文通過對(duì)膠東地區(qū)晚中生代花崗巖類的巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)、Sr-Nd同位素組成、鋯石U-Pb年代學(xué)等方面的綜合研究,討論了花崗巖類的侵位時(shí)代、巖漿源區(qū)及構(gòu)造環(huán)境演化,揭示了晚中生代構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換過程,為華北克拉通東部殼幔相互作用、巖漿演化和大規(guī)模成礦作用研究提供了重要依據(jù)。
膠東地區(qū)位于大別山-蘇魯造山帶的西北部,華北板塊東南緣與大別-蘇魯造山帶東北段的拼貼位置,由隸屬華北板塊的膠北隆起、膠萊盆地和隸屬蘇魯超高壓帶的威海隆起組成(圖1;宋明春,2008;宋明春等,2009)。膠北隆起和威海隆起主要由穩(wěn)定的前寒武紀(jì)基底變質(zhì)巖系和中生代花崗巖類侵入巖組成。白堊紀(jì)膠萊盆地為伸展盆地,由萊陽(yáng)群、王氏群陸相沉積地層和青山群火山巖系組成。膠東最發(fā)育的一組斷裂是NE-NNE走向斷裂,其次為近EW-NEE走向斷裂。EW向斷裂連續(xù)性較差,零星出露地表。華北陸塊(膠北隆起)和大別-蘇魯超高壓變質(zhì)帶(威海隆起)的拼貼位置大致位于牟平-即墨斷裂帶附近。NNE-NE走向斷裂為膠東金礦的控礦斷裂,自西向東主要依次有三山島斷裂帶、焦家斷裂帶、招遠(yuǎn)-平度斷裂帶、西林-陡崖斷裂帶和金牛山斷裂帶。

圖1 膠東地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)宋明春等,2018)Fig.1 Regional geological map of Jiaodong area showing sampling sites(modified after Song Mingchun et al.,2018)
膠東地區(qū)晚中生代巖漿巖大規(guī)模出露,約占膠東陸地總面積的25%,主要為廣泛發(fā)育的花崗巖類侵入巖、密集帶狀分布的中基性-酸性脈巖和沿裂陷盆地分布的火山巖(宋明春等,2003;李洪奎等,2016)。花崗巖類主要包括侏羅紀(jì)玲瓏型花崗巖和白堊紀(jì)郭家?guī)X型花崗巖、偉德山型花崗巖、嶗山型花崗巖,其中,玲瓏型和郭家?guī)X型花崗巖是膠東金礦的主要賦礦圍巖。各類型花崗巖均由諸多花崗巖體組成。玲瓏型花崗巖典型巖體包括玲瓏巖體、畢郭巖體、鵲山巖體和昆崳山巖體等,其巖性主要為不同結(jié)構(gòu)、構(gòu)造或特征礦物含量的二長(zhǎng)花崗巖類。郭家?guī)X型花崗巖主要分布于膠西北地區(qū),包括倉(cāng)上、上莊、北截、叢家、曲家、郭家?guī)X、范家店和澤頭等巖體,其巖性主要由二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖等組成,具似斑狀結(jié)構(gòu)。巖體內(nèi)部發(fā)育以橢圓狀為主、定向排列的閃長(zhǎng)質(zhì)包體。偉德山型花崗巖廣泛分布于早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖系發(fā)育區(qū)域,規(guī)模較大,重要巖體有偉德山、院格莊、南宿、牙山、艾山、三佛山和海陽(yáng)等巖體,主要巖石類型有閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖,巖石常具似斑狀結(jié)構(gòu),其內(nèi)有較多微粒閃長(zhǎng)質(zhì)包體。嶗山型花崗巖主要分布在膠東南沿海地區(qū),典型巖體如嶗山、龍須島、招虎山、大澤山等,為二長(zhǎng)花崗巖-正長(zhǎng)花崗巖-堿長(zhǎng)花崗巖系列侵入巖(趙廣濤等,1997;李洪奎等,2016;宋明春等,2017)。
本次針對(duì)膠西北金礦床集中區(qū)附近的侏羅紀(jì)玲瓏型花崗巖(玲瓏巖體崔召單元)和白堊紀(jì)郭家?guī)X型花崗巖(曲家、北截巖體)、偉德山型花崗巖(艾山、南宿巖體)、嶗山型花崗巖(大澤山巖體)及白堊紀(jì)脈巖進(jìn)行了調(diào)查研究,采集巖石樣品進(jìn)行了巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)及巖石Sr-Nd同位素測(cè)試工作。
片麻狀含斑中粒黑云二長(zhǎng)花崗巖(16SD-35,坐標(biāo):E120°29′45″,N 37°33′36″)采自下丁家鎮(zhèn)北,南山集團(tuán)南,北邢家村S215國(guó)道東側(cè),為新鮮露頭,有寬約5 cm的偉晶巖脈。巖石樣品呈淺灰白色,具中細(xì)粒結(jié)構(gòu)、片麻狀構(gòu)造(圖2a),主要礦物成分為斜長(zhǎng)石(30%)、鉀長(zhǎng)石(25%)、石英(30%)以及黑云母(5%),另外有少量副礦物如石榴子石、鋯石、榍石等。斑晶為斜長(zhǎng)石,含量10%左右,長(zhǎng)徑多在1 cm左右。斜長(zhǎng)石呈自形-半自形板柱狀,大小0.5~3 cm不等,部分發(fā)生絹云母化蝕變。鉀長(zhǎng)石呈自形-半自形柱狀或板狀,格子雙晶發(fā)育,大小0.2~1 cm不等。石英多為他形中細(xì)粒,粒徑0.5~1 cm,普遍具有波狀消光。
片麻狀中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖(16SD-39,坐標(biāo):E120°20′11″,N 37°12′30″)采自招遠(yuǎn)大尹格莊金礦西小尹格莊東,為新鮮露頭。巖石樣品呈淡紅色,具中細(xì)粒結(jié)構(gòu)、片麻狀構(gòu)造,主要礦物成分為鉀長(zhǎng)石(35%)、斜長(zhǎng)石(30%)、石英(32%)以及黑云母(3%),另外有少量副礦物如角閃石、鋯石、榍石等。可見礦物定向排列及定向拉長(zhǎng),石英拉長(zhǎng)長(zhǎng)寬比3∶1左右(圖2b)。

圖2 膠東地區(qū)晚中生代花崗巖的野外及正交偏光顯微鏡下特征Fig.2 Field outcrop and photomicrographs under crossed nicols of Late Mesozoic granite in Jiaodong area,Shandong ProvinceQtz—石英;Pl—斜長(zhǎng)石;Kfs—鉀長(zhǎng)石;Bt—黑云母;Hb—角閃石;Ser—絹云母Qtz—quartz;Pl—plagioclase;Kfs—alkali feldspar;Bt—biotite;Hb—hornblende;Ser—sericite
斑狀角閃花崗閃長(zhǎng)巖(16SD-32,坐標(biāo):E120°38′09″,N 37°32′33″)采自龍口市東南,王屋水庫(kù)西南公路邊小采坑,為新鮮露頭,有細(xì)粒閃長(zhǎng)質(zhì)包體。斑狀角閃花崗閃長(zhǎng)巖(16SD-36,坐標(biāo):E120°22′15″,N37°31′53″)采自招遠(yuǎn)市西北,狗山李家村東,為新鮮露頭,西側(cè)見有與玲瓏中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖呈侵入接觸。巖石均呈灰白色,似斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,基質(zhì)為中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)(圖2c)。主要礦物成分為斜長(zhǎng)石(35%)、鉀長(zhǎng)石(30%)、石英(25%)及少量角閃石(6%)、黑云母(4%),副礦物有鋯石、榍石和磷灰石等。斑晶主要為鉀長(zhǎng)石,粒徑長(zhǎng)3~5 cm。基質(zhì)中石英呈它形粒狀充填在長(zhǎng)石之間,粒徑大小一般為0.05~8 mm,可見波狀、帶狀消光;斜長(zhǎng)石呈半自形板狀,常見聚片雙晶,偶見環(huán)帶結(jié)構(gòu),微弱高嶺土化、絹云母化,粒徑一般為0.1~5 mm;鉀長(zhǎng)石呈半自形板狀,在基質(zhì)中大小一般為0.1~2 mm的細(xì)粒,2~4 mm的中粒次之;見少量角閃石(8%),呈它形-半自形柱粒狀,多為普通角閃石,具明顯黃綠色-綠色多色性,局部發(fā)生綠泥石化、綠簾石化;黑云母呈它形鱗片狀-葉片狀,常定向排列或環(huán)繞長(zhǎng)石斑晶分布,或呈集合體產(chǎn)出(圖2d)。
斑狀角閃花崗閃長(zhǎng)巖(16SD-33,坐標(biāo):E120°45′37″,N 37°30′54″)采自棲霞村里集鎮(zhèn)柳格莊村西500 m采坑,野外見有較多閃長(zhǎng)質(zhì)包體,較大包體長(zhǎng)徑約20 cm。巖石呈似斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造(圖2e),斑晶長(zhǎng)徑3~5 cm。礦物組成主要為斜長(zhǎng)石(45%)、鉀長(zhǎng)石(20%)、石英(20%)、角閃石(10%),黑云母等其他礦物約占5%,鏡下可見斜長(zhǎng)石廣泛發(fā)育高嶺土化蝕變。
斑狀中粒二長(zhǎng)花崗巖(16SD-40,坐標(biāo):E120°06′53″,N37°09′01″)采自招遠(yuǎn)南宿村東的南宿巖體。巖石呈似斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)中粒花崗結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。主要礦物組成為斜長(zhǎng)石(35%)、鉀長(zhǎng)石(30%)、石英(30%)、黑云母(3%)、角閃石(2%),有少量榍石、磷灰石等副礦物,鏡下可見長(zhǎng)石發(fā)生絹云母化蝕變。鉀長(zhǎng)石斑晶含量約占10%,長(zhǎng)徑2~4 cm,基質(zhì)中主要礦物粒徑一般在0.5~5 mm(圖2f)。
中粗粒二長(zhǎng)花崗巖(16SD-41,坐標(biāo):E119°58′53″,N37°00′24″)采自平度大澤山鎮(zhèn)秦姑庵村西北采坑。巖石呈不等粒花崗結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造(圖2g)。主要礦物成分為斜長(zhǎng)石(40%)、鉀長(zhǎng)石(25%)、石英(30%)、黑云母(3%)、角閃石(2%)、少量磷灰石和榍石等副礦物。鉀長(zhǎng)石斑晶含量約占10%,長(zhǎng)徑2~3 cm,基質(zhì)中主要礦物粒徑一般在3~10 mm,多數(shù)≥5 mm。野外露頭見有閃長(zhǎng)質(zhì)包體,直徑約5 cm。
正長(zhǎng)斑巖樣品(16SD-34,坐標(biāo):E120°47′18″,N37°32′34″)采自蓬萊村里集鎮(zhèn)陳家溝村東采砂場(chǎng)。此處主要為郭家?guī)X型花崗巖露頭,風(fēng)化較嚴(yán)重,見有一條正長(zhǎng)斑巖脈,寬約20 cm。巖石呈斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造,基質(zhì)具粗面結(jié)構(gòu)。斑晶主要為正長(zhǎng)石,呈長(zhǎng)板狀自形晶,卡式雙晶發(fā)育,粒徑一般為1.5~3.0 cm,基質(zhì)由斜長(zhǎng)石微晶和少量角閃石等組成(圖2h)。
巖石主、微量及稀土元素測(cè)試分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成,樣品經(jīng)人工粉碎至200目。主量元素采用X射線熒光法(XRF)測(cè)試,微量及稀土元素利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)試,儀器分別為X熒光光譜儀Philips PW2404和等離子質(zhì)譜儀ELEMENT-I(Finnigan-MAT有限公司制造),精度優(yōu)于1%和5%。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為《電感耦合等離子體質(zhì)譜方法通則(DZ/T0223-2001)》。
挑選中生代花崗巖類8件樣品進(jìn)行了鋯石U-Pb年齡測(cè)試。同位素定年樣品處理及分析測(cè)試流程主要包括碎樣、鋯石顆粒挑選、鋯石制靶、反射光及CL圖像采集、選定測(cè)試鋯石顆粒、實(shí)驗(yàn)測(cè)試及數(shù)據(jù)處理等。在河北廊坊市宏信地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司完成鋯石挑選。首先將野外采集巖石樣品粉碎,然后采用淘選與電磁選方法進(jìn)行鋯石分選。將挑選出的鋯石用環(huán)氧樹脂制靶并拋光表面,在此基礎(chǔ)上對(duì)鋯石進(jìn)行反射光和陰極發(fā)光(CL)圖像采集。鋯石U-Pb定年在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,采用Agilent7500a等離子質(zhì)譜儀和GeoLas2005激光剝蝕系統(tǒng),激光束斑直徑32 μm。具體的儀器操作流程詳見Liu 等(2008)。U-Pb定年中采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正。樣品的U-Th-Pb同位素比值和年齡處理均采用ICPMSDataCal軟件完成。
選擇嶗山型花崗巖和脈巖進(jìn)行本項(xiàng)測(cè)試。全巖Sr-Nd同位素測(cè)定在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心完成。全巖Sr-Nd同位素分析首先稱量全巖粉末(200目)50~100 mg,使用純化HF-HNO3-HCl溶樣,之后加入純化HCl使用Rb-Sr(AG50W-X12,200~400目)、Sr-Nd(LN樹脂)交換柱進(jìn)行分離提純和元素提取。樣品采用熱電離質(zhì)譜儀TIMS進(jìn)行測(cè)試,Sr-Nd同位素比值測(cè)定分別采87Sr/86Sr=0.119 4和143Nd/144Nd=0.712 9進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化校正。在樣品測(cè)試中所測(cè)定的Alfa Nd標(biāo)樣和NBS-987 Sr標(biāo)樣的Sr-Nd同位素比值,分別為143Nd/144Nd=0.512 433±0.000 008(±2σ)和87Sr/86Sr=0.710 252±0.000 015(±2σ)。
本文對(duì)8件膠東地區(qū)晚中生代花崗巖石樣品進(jìn)行了主、微量元素測(cè)試分析,結(jié)果詳見表1和表2。
4.1.1 玲瓏型花崗巖
玲瓏型花崗巖樣品(16SD-35、16SD-39)的主、微量元素測(cè)試結(jié)果列于表1。巖石化學(xué)成分中SiO2含量為72.55%~75.86%,平均74.25%,屬于酸性巖類的化學(xué)組成范疇;巖石全堿(Na2O+K2O)含量為8.23%~9.32%,Na2O/K2O值為0.91~1.15,屬于鉀質(zhì)型,在TAS圖解(圖3a)中投入花崗巖區(qū)域,在K2O-SiO2圖解(圖3b)中投入高鉀鈣堿性系列。Al2O3含量為14.01%~15.07%,CaO含量為0.37%~1.64%,鋁飽和指數(shù)(A/CNK)=1.03~1.13,在A/NK-A/CNK圖解(圖3c)中均投入過鋁質(zhì)區(qū)域。MgO含量為0.06%~0.29%,TFe2O3介于0.09%~1.32%,鎂指數(shù)(Mg#)[Mg#=100(MgO/40.31)/(MgO/40.31+0.899 8 TFe2O3/71.85)]為29.07~60.60,多數(shù)小于40。TiO2和P2O5含量分別為0.03%~0.15%和0.01%~0.04%,含量較低。巖石主量元素氧化物(TFe2O3、MgO等)與SiO2含量呈負(fù)相關(guān)(圖4),可能經(jīng)歷了輝石、磷灰石、鈦鐵礦等礦物的分離結(jié)晶(Sun and McDonough,1989)。
在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖(圖5a)上,樣品16SD-35稀土元素總量為104.19×10-6~135.09×10-6,表現(xiàn)出明顯的輕稀土元素(LREE)富集和重稀土元素(HREE)相對(duì)虧損,LREE/HREE值為20.71~25.65,(La/Yb)N=45.97~52.02,指示輕、重稀土元素發(fā)生了強(qiáng)烈分異,呈右傾型模式;δEu為0.92~1.02,沒有明顯的銪負(fù)異常,部分樣品有輕微正異常,暗示石榴石或石榴石+角閃石可能是部分熔融的殘留相,局部可能有斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶現(xiàn)象。樣品16SD-39則顯示出較平坦的稀土元素配分模式,稀土元素總量較低(14.74×10-6~28.46×10-6),LREE/HREE值為1.58~5.99,(La/Yb)N=0.70~4.47,指示輕、重稀土元素分異不明顯,δEu為0.92~1.58,多數(shù)具明顯的Eu正異常。
在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖5b)上,玲瓏型花崗巖樣品顯示富集Rb、Ba、Sr、K、Pb等大離子親石元素(LILE)以及相對(duì)虧損Nb、Ta、Ti、P等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)特征。微量元素具有高Ba、Sr(Ba=606×10-6~2 044×10-6,Sr=202×10-6~640×10-6)和低Y、Yb(Y=4.23×10-6~13.60×10-6,Yb=0.36×10-6~2.48×10-6)的特點(diǎn)(圖6a),具有埃達(dá)克巖特征。
4.1.2 郭家?guī)X型花崗巖
郭家?guī)X型花崗巖樣品(16SD-32、16SD-36)的主、微量元素測(cè)試結(jié)果列于表1。巖石化學(xué)成分中SiO2含量為68.66%~70.36%,平均69.48%,屬于酸性巖類;巖石全堿(Na2O+K2O)含量介于7.95%~9.01%,Na2O/K2O為1.10~1.60,在TAS圖解(圖3a)中投入花崗巖范圍,少量投入正長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖范圍,在K2O-SiO2圖解(圖3b)中投入高鉀鈣堿性系列。Al2O3含量為14.99%~16.60%,CaO含量為2.30%~2.79%,鋁飽和指數(shù)(A/CNK)=0.94~1.00,在A/CNK-A/NK圖解(圖3c)中落入偏鋁質(zhì)區(qū)域。MgO含量為0.88%~1.15%,TFe2O3含量介于1.59%~2.02%之間,Mg#值為52.15~53.28。TiO2和P2O5含量分別為0.25%~0.29%和0.08%~0.10%。在Harker圖解(圖4)上,多數(shù)氧化物隨SiO2含量增高而降低,具有良好的線性關(guān)系,而Na2O則與SiO2呈正相關(guān)關(guān)系,為典型的巖漿混合或結(jié)晶分異演化趨勢(shì)。Sr/Y值為112.38~145.48,具有埃達(dá)克巖特征。

表1 膠東地區(qū)晚中生代玲瓏型、郭家?guī)X型花崗巖的主量(wB/%)、微量和稀土元素(wB/10-6)分析結(jié)果Table 1 Major (wB/%),trace element and REE (wB/10-6) analyses of Late Mesozoic Linglong- and Guojialing-type granites in Jiaodong area,Shandong Province

續(xù)表1 Continued Table 1

圖3 花崗巖地球化學(xué)分類圖解Fig.3 Geochemical classification diagrams of granitesa—TAS圖解(據(jù) Middlemost,1994);b—K2O-SiO2圖解(據(jù)Rickwood,1989);c—A/NK-A/CNK圖解(據(jù)Maniar and Piccoli,1989);除本文樣品外,其他數(shù)據(jù)來源于宋明春等(2003)、Yang等(2012)和Song等(2015)a—total alkali versus SiO2 (TAS) diagram (after Middlemost,1994);b—K2O versus SiO2 variation diagram (after Rickwood,1989);c—A/NK versus A/CNK diagram (after Maniar and Piccoli,1989);data after this study,Song Mingchun et al.,2003,Yang et al.,2012 and Song et al.,2015
在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖(圖5a)上,郭家?guī)X型花崗巖樣品顯示出相似的稀土元素特征,巖石稀土元素總量為82.32×10-6~281.12×10-6,表現(xiàn)出明顯的LREE富集和HREE相對(duì)虧損特征,LREE/HREE值為13.21~21.54,呈LREE高度富集的模式;(La/Yb)N=17.83~50.48,指示輕、重稀土元素發(fā)生了強(qiáng)烈分異;δEu為0.82~1.04,沒有明顯的銪負(fù)異常,表明熔融過程中應(yīng)該沒有斜長(zhǎng)石作為殘留相。
在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上,微量元素顯示了富集Ba、Sr、K、Pb等大離子親石元素(LILE)以及虧損Nb、Ta、Ti、P等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)(圖5b),表現(xiàn)出弧型地殼特征。微量元素具高Ba、Sr的特點(diǎn)(Ba=1 078×10-6~3 521×10-6,Sr=876×10-6~1 673×10-6),屬高Ba、Sr花崗巖(圖6a)且Sr含量均高于玲瓏型花崗巖。
4.1.3 偉德山型花崗巖
偉德山型花崗巖樣品的主、微量元素測(cè)試結(jié)果列于表2。巖石化學(xué)成分中SiO2含量為69.27%~73.18%,平均70.90%,低于玲瓏型花崗巖,高于郭家?guī)X型花崗巖,屬于酸性巖類;巖石全堿(Na2O+K2O)含量介于7.54%~8.93%之間,Na2O/K2O值為0.77~1.19,在K2O-SiO2圖解(圖3b)中投入高鉀鈣堿性系列和橄欖安粗巖系列,與前人測(cè)試數(shù)據(jù)一致。Al2O3含量為13.61%~15.10%,CaO含量為1.64%~2.77%,鋁飽和指數(shù)(A/CNK)=0.92~0.99,在A/CNK-A/NK圖解(圖3c)中落入偏鋁質(zhì)區(qū)域。MgO含量為0.77%~1.51%,TFe2O3介于1.67%~2.68%,Mg#值為46.90~52.77。TiO2和P2O5含量分別為0.24%~0.36%和0.11%~0.17%。在Harker圖解中,除K2O與SiO2含量同步增長(zhǎng)外,SiO2與TiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、MgO、P2O5和CaO等氧化物含量均呈良好的線性關(guān)系(圖4)。本文和前人數(shù)據(jù)在TAS圖解中落入二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖區(qū)域,說明偉德山型花崗巖為同源巖漿演化序列(圖3a)。

圖4 花崗巖主量元素與SiO2含量變異圖(Harker圖解)Fig.4 Harker diagrams showing the magmatic evolution of the granite in the Jiaodong Peninsula
在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖(圖5a)上,偉德山型花崗巖樣品顯示出相似的稀土元素分配模式,巖石稀土元素總量為144.66×10-6~207.48×10-6,表現(xiàn)出明顯的LREE富集和HREE相對(duì)虧損,LREE/HREE值為17.95~22.20,呈LREE高度富集的模式;(La/ Yb)N=30.23~39.67,指示輕、重稀土元素發(fā)生了強(qiáng)烈分異;δEu為0.72~0.85,表現(xiàn)出略微明顯的銪負(fù)異常。

圖5 花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式圖解(a,Boynton,1984)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b,Sun and McDonough,1989)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns (a,after Boynton,1984) and primitive-mantle-normalized trace element spidergrams (b,after Sun and McDonough,1989) for the granites in the Jiaodong Peninsula
在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖5b),微量元素顯示了富集Ba、Sr、K、Pb等大離子親石元素(LILE)以及虧損Nb、Ta、Ti、P等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE),指示巖漿活動(dòng)受地殼影響。微量元素Ba、Sr的含量(Ba=678×10-6~1 363×10-6,Sr=471×10-6~604×10-6)低于玲瓏型和郭家?guī)X型花崗巖,處于高Ba-Sr花崗巖與低Ba-Sr花崗巖的過渡地帶(圖6a)。Sr/Y值為55.02~69.23,具有埃達(dá)克巖特征。樣品的Nb/Ta值介于11.61~14.63之間,平均值13.34,接近于大陸地殼的平均值(Green,1995)。
4.1.4 嶗山型花崗巖
嶗山型花崗巖樣品16SD-41的主、微量元素測(cè)試結(jié)果列于表2。巖石化學(xué)成分中SiO2含量為74.31%~75.51%,平均74.91%,屬于酸性巖類的化學(xué)組成范疇;巖石全堿(Na2O+K2O)含量為8.53%~8.85%,Na2O/K2O值為0.79~0.93,在TAS圖解(圖3a)中投入花崗巖范圍,在K2O-SiO2圖解(圖3b)中投入高鉀鈣堿性系列。Al2O3含量為13.23%~13.95%,CaO含量為0.89%~0.97%,明顯富硅、堿,貧鈣。A/CNK=1.01~1.03,在A/CNK-A/NK圖解(圖3c)中投入過鋁質(zhì)區(qū)域。
在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖上,巖石稀土元素總量為100.82×10-6~139.17×10-6,表現(xiàn)出明顯的LREE富集和HREE相對(duì)虧損,LREE/HREE值為16.37~18.41,呈LREE高度富集的模式(圖5a);(La/Yb)N=19.59~22.89,指示輕、重稀土元素發(fā)生了強(qiáng)烈分異;δEu為0.52~0.68,顯示出明顯的銪負(fù)異常。本次及前人研究測(cè)試數(shù)據(jù)顯示嶗山型花崗巖微量元素具低Ba、Sr特點(diǎn),屬低Ba、Sr花崗巖(圖6a)。

圖6 花崗巖的Rb-Sr-Ba圖解(a)(據(jù)Qian et al.,2002)和εNd(t)-εSr(t)圖解(b)Fig.6 Rb-Sr-Ba plot (a,after Qian et al.,2002) and εNd(t) versus εSr(t) plot (b) for the Mesozoic granite in the Jiaodong Peninsula除本文樣品外,其他數(shù)據(jù)來源于趙廣濤等(1997)、楊進(jìn)輝等(2003)、黃潔等(2005)、Goss等(2010)、Yang 等(2012)、林博磊等(2013)、王中亮等(2014)、Yang和Santosh(2015)Data after this study;Zhao Guangtao et al.,1997;Yang Jinhui et al.,2003;Huang Jie et al.,2005;Goss et al.,2010;Yang et al.,2012;Lin Bolei et al.,2013;Wang Zhongliang et al.,2014;Yang and Santosh,2015
4.1.5 脈巖
正長(zhǎng)斑巖脈樣品(16SD-34)的主、微量元素測(cè)試結(jié)果列于表2。巖石化學(xué)成分中SiO2含量為67.36%~68.00%,平均67.64%;巖石全堿(Na2O+K2O)含量為7.98%~8.21%,Na2O/K2O值為1.02~1.06,在TAS圖解(圖3a)中投入正長(zhǎng)巖范圍,在K2O-SiO2圖解(圖3b)中投入高鉀鈣堿性系列。Al2O3含量為14.87%~15.15%,CaO含量為2.64%~2.80%,A/CNK=0.93~0.95,在A/CNK-A/NK圖解(圖3c)中投入偏鋁質(zhì)區(qū)域。MgO含量為1.60%~1.72%,TFe2O3介于2.93%~3.11%。TiO2和P2O5含量分別為0.38%~0.41%和0.20%~0.21%。

表2 膠東地區(qū)晚中生代偉德山型、嶗山型花崗巖和脈巖的主量(wB/%)、微量和稀土元素(wB/10-6)分析結(jié)果Table 2 Major (wB/%),trace element and REE (wB/10-6) analyses of Late Mesozoic Weideshan-,Laoshan-type granites and dike in Jiaodong area,Shandong Province

續(xù)表2 Continued Table 2
在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖上,巖石稀土元素總量為211.89×10-6~245.60×10-6,表現(xiàn)出明顯的LREE富集和HREE相對(duì)虧損,LREE/HREE值為19.78~21.30,呈LREE高度富集的模式(圖5a);(La/Yb)N=37.40~41.84,指示輕、重稀土元素發(fā)生了強(qiáng)烈分異;δEu為0.75~0.80,具銪負(fù)異常。
在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上,微量元素顯示了富集大離子親石元素(LILE)、虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE),Ti的含量低(圖5b)。微量元素顯示了高Ba、Sr(Ba=1 284×10-6~1 435×10-6,Sr=711×10-6~818×10-6)的特點(diǎn),屬高Ba-Sr類型(圖6a)。
本文對(duì)8件膠東地區(qū)晚中生代花崗巖石樣品進(jìn)行了鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素測(cè)試,部分鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像見圖7,測(cè)試分析結(jié)果詳見表3。由圖7可見,8件樣品鋯石絕大多數(shù)呈自形-半自形,晶形完整,表面光滑,內(nèi)部振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育,且具有較高Th/U值(0.31~2.23,表3),暗示均為巖漿結(jié)晶鋯石。

圖7 膠東地區(qū)晚中生代花崗巖的鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.7 Cathodoluminescence (CL) images of zircon grains of the Late Mesozoic granites in Jiaodong area,Shandong Province
4.2.1 玲瓏型花崗巖
樣品16SD-35的 20個(gè)分析點(diǎn)中1個(gè)分析點(diǎn)(16SD-35-14)偏離諧和線較遠(yuǎn),諧和度較低,說明原鋯石形成后可能遭受熱事件改造而導(dǎo)致鉛丟失,不能代表鋯石結(jié)晶年齡。剩余19個(gè)測(cè)點(diǎn)落在諧和線上或附近,所得年齡變化于2 444±20~143±2 Ma(表3)之間(對(duì)于年齡<1 000 Ma的年輕鋯石采用206Pb/238U年齡,對(duì)于>1 000 Ma的鋯石則采用207Pb/206Pb的年齡,下同),可分為2組,分別為侏羅紀(jì)(174±3~143±2 Ma,16個(gè)測(cè)點(diǎn))、古元古代(2 444±20~2 025±24 Ma,3個(gè)測(cè)點(diǎn))。侏羅紀(jì)鋯石大部分具有高的Th含量(17.92×10-6~216.29×10-6)和Th/U值(0.15~0.95),具有典型的振蕩環(huán)帶。古元古代鋯石有殘留核,但仍可見環(huán)帶,測(cè)點(diǎn)位于核部,Th/U值為0.19~0.45,推測(cè)為來源于前寒武紀(jì)變質(zhì)基底的繼承性鋯石。侏羅紀(jì)鋯石加權(quán)平均年齡值為157.9±4.1 Ma(MSWD=6.5,n=16)(圖8a),代表了巖石固結(jié)年齡。
樣品16SD-39的 20個(gè)測(cè)試分析點(diǎn)獲得年齡介于2 758±18~125±2 Ma之間(表3),年齡分布范圍較廣,混入較多前寒武紀(jì)鋯石和少量早白堊世鋯石,可將其分為4組,分別為早白堊世(134±2~125±2 Ma,2個(gè)測(cè)點(diǎn))、侏羅紀(jì)(176±2~154±2 Ma,9個(gè)測(cè)點(diǎn))、早古生代(622±8~487±7 Ma,2個(gè)測(cè)點(diǎn))、新元古代-新太古代(2 758±18~966±13 Ma,7個(gè)測(cè)點(diǎn))。早白堊世鋯石具有典型振動(dòng)環(huán)帶,Th/U值為0.57和0.88,應(yīng)為后期混入巖漿鋯石。侏羅紀(jì)鋯石中有3個(gè)測(cè)點(diǎn)(16SD-39-04、16SD-39-06、16SD-39-07)在諧和圖中偏離諧和線較遠(yuǎn),諧和度較低,其他6個(gè)鋯石震蕩環(huán)帶發(fā)育良好,Th/U值介于0.12~0.79,為巖漿鋯石。早古生代鋯石晶形不完整,但可見振蕩環(huán)帶發(fā)育,Th/U值為0.55和0.79,為繼承巖漿鋯石。新元古代-新太古代鋯石中16SD-39-10明顯受后期事件改造而無環(huán)帶,測(cè)點(diǎn)位于核部,Th/U值為0.04,邊部鋯石具面狀分帶,說明存在變質(zhì)流體的作用,該鋯石應(yīng)為變質(zhì)鋯石,而其他鋯石均顯示巖漿鋯石特征,推測(cè)為來自于華北板塊前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和蘇魯超高壓帶的繼承鋯石。對(duì)諧和度較高的6個(gè)侏羅紀(jì)鋯石206Pb/238U年齡采取加權(quán)平均,所獲年齡值為163.2±9.3 Ma(MSWD=13,n=6)(圖8b)。綜上所述,玲瓏型花崗巖結(jié)晶年齡范圍為163.2~157.9 Ma,即晚侏羅世。大量繼承鋯石的發(fā)育指示了玲瓏型花崗巖物質(zhì)來源的復(fù)雜性,既有華北板塊新太古代結(jié)晶基底部分熔融的產(chǎn)物,也有蘇魯超高壓變質(zhì)帶深俯沖物質(zhì)的殘留。
4.2.2 郭家?guī)X型花崗巖
樣品16SD-32的20個(gè)分析點(diǎn)中含有2個(gè)古-中元古代206Pb/238U年齡(16SD-32-11、16SD-32-13),1個(gè)早古生代年齡(16SD-32-07),應(yīng)為繼承鋯石年齡。再剔除1個(gè)不諧和度較高的鋯石數(shù)據(jù)(16SD-32-18),其余16個(gè)鋯石206Pb/238U年齡值集中在早白堊世早期,加權(quán)平均年齡值132.9±2.0 Ma(MSWD=1.9,n=16)(圖8c)。16SD-36樣品中20個(gè)分析點(diǎn)所得206Pb/238U年齡值集中在早白堊世,年齡變化范圍較小,加權(quán)平均年齡為130.0±2.0 Ma(MSWD=3.6,n=20)(圖8d)。上述2個(gè)樣品分析結(jié)果說明,郭家?guī)X型花崗巖的侵位年齡介于132.9±2.0~130±2.0 Ma之間,屬早白堊世。

圖8 晚中生代花崗巖的鋯石U-Pb同位素年齡諧和圖Fig.8 Zircon U-Pb concordia diagrams and dating results of Late Mesozoic granites in Jiaodong area,Shandong Province
4.2.3 偉德山型花崗巖
16SD-33和16SD-40兩個(gè)樣品分別有20和19個(gè)分析點(diǎn),分別剔除1個(gè)諧和度較低的分析點(diǎn)(16SD-33-08和16SD-40-19),其余分析點(diǎn)206Pb/238U年齡變化于129±3~113±2 Ma之間(表3),加權(quán)平均年齡分別為116.7±1.7 Ma(MSWD=2.2,n=19)和121.3±2.1 Ma(MSWD=2.8,n=18)(圖8e、8f),代表了巖石結(jié)晶年齡。測(cè)年結(jié)果表明,偉德山型花崗巖的侵位年齡在121.3~116.7 Ma左右,屬早白堊世。
4.2.4 嶗山型花崗巖
樣品16SD-41的20個(gè)分析點(diǎn)中6個(gè)測(cè)點(diǎn)(16SD-41-02、08、12、13、15、17)偏離諧和線較遠(yuǎn),諧和度較低,其年齡并不能代表鋯石形成的年齡。剩余測(cè)點(diǎn)落在諧和線上或附近,獲得的206Pb/238U年齡變化于133±2~119±2 Ma之間(表3),加權(quán)平均年齡為125.0±2.5 Ma(MSWD=3.9,n=14)(圖8g),代表了巖石結(jié)晶年齡。測(cè)年結(jié)果表明,嶗山型花崗巖的侵位年齡在125 Ma左右,屬早白堊世。

表3 膠東地區(qū)中生代花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素測(cè)年結(jié)果Table 3 LA-ICP-MS zircon U-Pb data of Late Mesozoic granite in Jiaodong area,Shandong Province

續(xù)表3-1 Continued Table 3-1

續(xù)表3-2 Continued Table 3-2

續(xù)表3-3 Continued Table 3-3

續(xù)表3-4 Continued Table 3-4
4.2.5 脈巖
樣品16SD-34的20個(gè)分析點(diǎn)所得年齡值中有1個(gè)侏羅紀(jì)年齡(16SD-34-07),應(yīng)為捕獲鋯石年齡。1個(gè)鋯石數(shù)據(jù)(16SD-34-17)在諧和圖中偏離諧和線較遠(yuǎn),諧和度較低。其余鋯石的206Pb/238U年齡值加權(quán)平均年齡值為120.7±1.7 Ma(MSWD=1.8,n=18)(圖8h),代表了巖漿侵位年齡。
樣品的Sr、Nd同位素組成測(cè)試結(jié)果見表4。經(jīng)計(jì)算嶗山型花崗巖初始87Sr/86Sr值為0.714 186,低于大陸地殼平均值(0.717),高于地幔平均值(0.709,F(xiàn)aureetal.,1986),顯示其具A型花崗巖特征,與玄武巖源區(qū)巖漿巖相似。與典型A型花崗巖比較,嶗山型花崗巖的εNd(t)值較低(-18.71),εSr值較高(137.49),指示巖漿起源于下地殼基底變質(zhì)巖和巖石圈地幔熔融(宋明春等,2017)。白堊紀(jì)脈巖初始87Sr/86Sr值為0.709 892,接近地幔平均值,但脈巖的εNd(t)值較低(-21.24),εSr值較高(76.54),指示巖漿具有下地殼物質(zhì)成分(圖6b)。

表4 白堊紀(jì)嶗山型花崗巖和脈巖Rb-Sr、Sm-Nd同位素組成Table 4 The Rb-Sr,Sm-Nd isotope compositions of the Cretaceous Laoshan-type granite and dike rock
花崗巖是大陸復(fù)雜動(dòng)力學(xué)過程的產(chǎn)物,主要起源于地殼及殼幔過渡帶巖石的部分熔融,花崗質(zhì)巖漿可能因經(jīng)歷殼幔巖漿混合作用而使其地球化學(xué)特征與眾不同,因而對(duì)花崗巖地球化學(xué)特征、巖石成因和地球動(dòng)力學(xué)背景的綜合研究有助于深入了解地球深部殼幔相互作用以及巖漿起源與演化過程中發(fā)生的構(gòu)造活動(dòng)事件(Brownetal.,1995;Pitcher,1997;Thompson,2001;崔芳華等,2020)。
5.1.1 玲瓏型花崗巖
玲瓏型花崗巖樣品16SD-35具有高Na2O+K2O、Al2O3,低MgO,富集LREE、LILE,虧損HFSE的地球化學(xué)特征,是具有陸殼特征的鉀質(zhì)花崗巖,屬高鉀鈣堿性巖系。巖石的主量元素TFe2O3、MgO、CaO、TiO2、P2O5與SiO2呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系,說明為同源巖漿演化的產(chǎn)物。微量元素具高Ba、Sr特征。Rb/Sr均值為0.31,Rb/Ba均值為0.10,更接近下地殼值(0.17和0.07),明顯不同于地幔值(表1,McDonough and Sun,1995)。Nb、Ta負(fù)異常和Pb正異常顯示為大陸地殼特征(圖5b)。Sr高且Y偏低,為高Sr低Y型花崗巖(張旗等,2001,2005)。在Sr/Y-Y圖解(圖9b)中,數(shù)據(jù)點(diǎn)均落入埃達(dá)克巖區(qū)域,同時(shí)巖石無明顯的負(fù)銪異常(δEu=0.92~1.58),均指示玲瓏型花崗巖具有埃達(dá)克巖特征。一般認(rèn)為,埃達(dá)克巖源于俯沖洋殼熔融或下地殼熔融。玲瓏型花崗巖具有較高的K2O含量(3.88%~4.87%,表1),Mg#值一般小于40,Cr、Ni含量較低,這些特征接近下地殼熔融形成的埃達(dá)克巖(Rapp and Watson,1999;Xuetal.,2002;Wangetal.,2005)。另外,玲瓏型花崗巖中大量的繼承鋯石指示其既有華北板塊新太古代結(jié)晶基底部分熔融的產(chǎn)物,也有蘇魯超高壓變質(zhì)帶深俯沖物質(zhì)的殘留,因此認(rèn)為,玲瓏型花崗巖主要為華北下地殼重熔的S型花崗巖類,并有蘇魯超高壓變質(zhì)帶深俯沖物質(zhì)的參與。
5.1.2 郭家?guī)X型花崗巖
郭家?guī)X型花崗巖巖石化學(xué)成分以高鉀鈣堿巖系列為主,屬鈉質(zhì)花崗巖,富集CaO、TFe2O3、MgO、LREE、LILE,虧損HFSE,無明顯的負(fù)銪異常等,為典型的高Ba、Sr花崗巖。在Sr/Y-Y圖解(圖9b)上所有樣品點(diǎn)都落入埃達(dá)克巖區(qū)域,K2O含量為3.15%~4.29%,這些特征與下地殼來源的埃達(dá)克巖接近;Mg#值介于52.15~53.28,Cr、Ni含量較玲瓏型花崗巖大幅提高,可能與幔源物質(zhì)的底侵作用或加厚的下地殼拆沉作用有關(guān)。另外,郭家?guī)X型花崗巖的La/Ta平均值為73.49(表1),大于25,顯示出幔源巖漿巖的特點(diǎn)(Lassiter and Depaolo,1997);Nb/Ta平均值為16.64(表1),明顯高于陸殼巖石(11左右),接近幔源巖石(17.5±2)(Taylor and Mclennan,1985;Green,1995),也顯示出殼幔混合成因的特點(diǎn)。郭家?guī)X型花崗巖Sr同位素特征和氧同位素特征指示巖漿可能來自不同的源區(qū)且暗示殼源成分較多(宋明春等,2009)。對(duì)花崗巖中普遍含有的微粒閃長(zhǎng)巖包體研究表明,包體來自于幔源源區(qū)(關(guān)康等,1998)。

圖9 膠東中生代花崗巖類的εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解(a,底圖據(jù)Defant and Drummond,1990)和Sr/Y-Y圖解(b,底圖據(jù)Yang et al.,2012)Fig.9 Plots of εNd(t) versus (87Sr/86Sr)i (a,after Defant and Drummond,1990) and Sr/Y versus Y (b,after Yang et al.,2012) of Mesozoic granites in Jiaodong除本文數(shù)據(jù)外,還收集其他數(shù)據(jù)(灰色符號(hào)):玲瓏型和郭家?guī)X型花崗巖及a圖中的基性巖脈數(shù)據(jù)來源于Yang等(2012)和宋英昕等(2018),a圖中的偉德山型花崗巖數(shù)據(jù)來源于黃潔等(2005)和董學(xué)等(2020),a圖中的嶗山型花崗巖數(shù)據(jù)來源于趙廣濤等(1997),b圖中的偉德山型和嶗山型花崗巖數(shù)據(jù)來源于Goss等(2010),b圖中的基性脈巖數(shù)據(jù)來源于Ma等(2014a,2014b)In addition to the data from this study,other data (gray) are collected:in a,data for the Linglong and Guojialing-type granite and mafic dike are from Yang et al.,2012 and Song Yingxin et al.,2018,data for the Weideshan and Laoshan-type granite are from Huang Jie et al.,2005,Zhao Guangtao et al.,1998 and Dong Xue et al.,2020;in b,data for the Weideshan and Laoshan-type granite are from Goss et al.,2010,data for the mafic dike are from Ma et al.,2014a,2014b
郭家?guī)X型花崗巖Sr、Nd同位素特征反映在巖漿上升或形成過程中受到中、上地殼物質(zhì)的混染(楊進(jìn)輝等,2003)。鈉質(zhì)花崗巖是由年輕的底侵作用形成的鎂鐵質(zhì)巖石部分熔融形成,郭家?guī)X型花崗巖巖漿可能是源于基性巖漿底侵作用形成的下地殼鎂鐵質(zhì)巖石脫水部分熔融作用,融入了巖石圈地幔的地球化學(xué)性質(zhì)(楊進(jìn)輝等,2003),屬I型花崗巖。
5.1.3 偉德山型花崗巖
偉德山型花崗巖巖石化學(xué)組成富硅、鋁、堿,貧MgO、MnO和CaO,屬于陸殼色彩的高鉀鈣堿性巖和橄欖安粗巖系列。巖石富集LILE和LREE,虧損Nb、Ta,暗示巖漿源區(qū)曾遭受地殼物質(zhì)的混染或俯沖殘留洋殼流體的交代(Fittonetal.,1991);大部分樣品的Rb/Sr值(均值0.24)和Rb/Ba值(均值0.13)接近于下地殼值(0.17,0.07)(McDonough and Sun,1995)。在Sr/Y-Y圖上樣品點(diǎn)在埃達(dá)克巖區(qū)域和島弧巖石區(qū)域均有分布(圖9b)。
前人研究認(rèn)為牙山巖體的巖漿來源于下地殼(Yangetal.,2004;張華鋒等,2006a)。但是偉德山型花崗巖的Sr-Nd同位素特征指示,可能除古老地殼的熔融外,還有少量幔源巖漿的混合(Chengetal.,2017;Lietal.,2019;董學(xué)等,2020),這與偉德山型花崗巖中普遍含有具有幔源地球化學(xué)特征的微粒閃長(zhǎng)質(zhì)包體現(xiàn)象相符(宋明春等,2000;胡芳芳等,2005;張華鋒等,2006a;Gossetal.,2010)。Goss 等(2010)測(cè)試的牙山巖體中包體的鋯石SHRIMP U-Pb年齡為116±1 Ma,與寄主巖石同位素年齡基本一致,指示包體與寄主巖石是同時(shí)形成的。巖相學(xué)和地球化學(xué)特征表明,偉德山型花崗巖是殼源酸性巖漿與幔源基性巖漿混合的產(chǎn)物(Landietal.,2004;胡芳芳等,2005;張華峰等,2006b;張?zhí)锏?2007),是殼幔混合成因的Ⅰ型花崗巖。
5.1.4 嶗山型花崗巖
嶗山型花崗巖巖石地球化學(xué)成分中明顯富硅、堿,貧鈣,富集LILE,虧損HFSE,負(fù)Eu異常明顯,為A型花崗巖的典型特征,屬鉀質(zhì)花崗巖,高鉀鈣堿性巖系列。微量元素具高Rb和低Ba、Sr花崗巖特點(diǎn),在Sr/Y-Y圖上樣品點(diǎn)在埃達(dá)克巖區(qū)域和島弧巖石區(qū)域均有分布且更趨向后者(圖9b)。K2O含量為4.54%~4.95%,Mg#值介于36.93~37.92,Cr、Ni含量較低,說明與下地殼物質(zhì)關(guān)系密切,與幔源物質(zhì)關(guān)系不大。花崗巖的La/Ta平均值為24.72,小于25,未顯示出幔源巖漿巖的特點(diǎn)(Lassiter and Depaolo,1997),Nb/Ta平均值為11.78,接近于陸殼(~11)(Taylor and Mclennan,1985;Green,1995),顯示出陸殼重熔型花崗巖特點(diǎn)。巖石中初始87Sr/86Sr值為0.714 186(表4),低于大陸地殼平均值(0.717),高于地幔平均值(0.709,F(xiàn)aure,1986),與玄武巖源區(qū)巖漿巖相似,與古老地殼物質(zhì)密切相關(guān)(圖6b)。野外地質(zhì)考察發(fā)現(xiàn),嶗山型與偉德山型花崗巖在空間上常緊密伴生,形成Ⅰ-A型復(fù)合花崗巖體,因此推斷,在殼幔巖漿混合形成偉德山型花崗巖時(shí),下地殼古老基底巖石重熔,產(chǎn)生SiO2飽和的嶗山型花崗巖(宋明春等,2015)。
5.1.5 脈巖
巖石中相對(duì)富集LILE和LREE,相對(duì)虧損HFSE,貧Ti,與大陸弧鈣堿性玄武巖相似,指示其形成于陸弧構(gòu)造環(huán)境(宋明春等,2017)。巖石的初始87Sr/86Sr值為0.709 892,與玄武巖源區(qū)巖漿巖相似。其εNd(t)值較低(-21.24),εSr(t)值較高(76.54),tDM2值為2 641 Ma(表4),顯示了與膠東早前寒武紀(jì)基底巖石關(guān)系密切(圖6b),指示巖漿起源于下地殼基底變質(zhì)巖的部分熔融。在Sr/Y-Y圖(圖9b)上樣品點(diǎn)大都落入埃達(dá)克巖與島弧巖石的交匯區(qū)域。K2O含量為3.91%~4.05%,Mg#值介于51.96~52.28,Cr、Ni含量較高,暗示存在幔源組分,或許與幔源物質(zhì)的底侵或加厚的下地殼拆沉有關(guān)。巖石的La/Ta值介于77.50~87.37之間,平均80.67,大于25,顯示出幔源特征(Lassiter and Depaolo,1997);Nb/Ta值介于12.38~13.14之間,平均為12.82,接近于陸殼巖石(11左右)(Green,1995;Taylor and Mclennan,1985)。綜上,正長(zhǎng)斑巖脈的源區(qū)物質(zhì)具有殼幔混合特點(diǎn)。
5.1.6 巖石地球化學(xué)成分及巖漿源區(qū)演化
膠東地區(qū)晚中生代花崗巖地球化學(xué)特征顯示,巖漿演化的規(guī)律性非常明顯,由早期的玲瓏型花崗巖至晚期的嶗山型花崗巖,巖石化學(xué)成分由高鉀鈣堿性系列→橄欖安粗巖系列,由過鋁質(zhì)→偏鋁質(zhì)(圖3b、3 c);微量元素由高Ba-Sr→低Ba-Sr,由高Sr低Y→低Sr高Y(圖6a、9b);稀土元素由無或弱正銪異常→顯著負(fù)銪異常(圖5);花崗巖類型由S型→Ⅰ型→A型;地幔性狀由EM2型向EM1型演化,由富集地幔轉(zhuǎn)向虧損地幔或由巖石圈轉(zhuǎn)向軟流圈演變(圖9a;閆峻等,2003;劉建明等,2003;宋明春等,2009)。玲瓏型花崗巖和郭家?guī)X型花崗巖具埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征,玲瓏型花崗巖源區(qū)為下地殼的部分熔融,而郭家?guī)X型花崗巖源區(qū)為下地殼鎂鐵質(zhì)巖石脫水部分熔融,疊加巖石圈地幔物質(zhì)組成;偉德山型和嶗山型花崗巖具有弧花崗巖特征,偉德山型花崗巖源區(qū)為富集巖石圈地幔和地殼部分熔融,嶗山型花崗巖源區(qū)為偉德山型花崗巖形成過程中的下地殼巖石重熔。
前人對(duì)膠東晚中生代巖漿巖開展了大量同位素測(cè)試研究工作,宋明春等(2019)統(tǒng)計(jì)了侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)測(cè)試精度較高、運(yùn)用不同測(cè)試方法的年齡數(shù)據(jù)。玲瓏、郭家?guī)X、偉德山、嶗山4種類型花崗巖和脈巖成巖時(shí)代分別為164~140 Ma、130~125 Ma、126~108 Ma、120~107 Ma和121~114 Ma(胡世玲等,1987;徐洪林等,1997;關(guān)康等,1998;苗來成等,1998;Wangetal.,1998;Zhaoetal.,1998;Zhangetal.,2003a,2003c;周建波等,2003;Huetal.,2004;郭敬輝等,2005;李俊建等,2005;邱連貴等,2008;譚俊等,2008;張?zhí)锏?2008;Gossetal.,2010;Zhangetal.,2010;王世進(jìn)等,2010,2011;Yangetal.,2012;丁正江等,2013;Maetal.,2013,2014a;羅賢冬等,2014;董學(xué)等,2020;宋英昕等,2020)。此外,膠萊盆地萊陽(yáng)群火山巖樣品同位素年齡為~129 Ma(張?jiān)罉虻?2008),青山群火山巖形成時(shí)代為123~98 Ma(邱檢生等,2001;Lingetal.,2007;張?jiān)罉虻?2008;Liuetal.,2009;匡永生等,2012)。本次測(cè)試得到的玲瓏型花崗巖、郭家?guī)X型花崗巖、偉德山型花崗巖、嶗山型花崗巖和脈巖的侵位時(shí)代基本位于前人測(cè)試的年齡范圍內(nèi)。
膠東金礦在早白堊世早期及之前形成的地質(zhì)體中均有產(chǎn)出,成礦期顯然晚于圍巖的成巖期。許多學(xué)者對(duì)膠東金礦的成礦時(shí)代進(jìn)行了研究,對(duì)礦體中的黃鐵礦、絹云母、石英等礦物進(jìn)行測(cè)年,獲取Ar-Ar同位素年齡和Rb-Sr等時(shí)線年齡,經(jīng)統(tǒng)計(jì),膠東西北部金礦床成礦年齡為123.0~110.6 Ma(楊進(jìn)輝等,2000;Yang and Zhou,2000,2001;李厚民等,2003;Zhangetal.,2003a,2003b,2003c;Huetal.,2004;Bi and Zhao,2017)。比較發(fā)現(xiàn),在膠東晚中生代花崗巖中,與金成礦年齡最為接近的是偉德山型花崗巖、嶗山型花崗巖和脈巖,說明巖漿劇烈活動(dòng)之期也是金的爆發(fā)式成礦期。宋明春等(2018,2019)根據(jù)金礦化與晚中生代花崗巖類的時(shí)空關(guān)系,將侏羅紀(jì)玲瓏型花崗巖和早白堊世早期郭家?guī)X型花崗巖稱為賦礦地質(zhì)體,而將早白堊世中期的偉德山型花崗巖、嶗山型花崗巖和中基性脈巖稱為成礦期地質(zhì)體,并認(rèn)為膠東金礦的形成與偉德山型花崗巖及同期脈巖有關(guān),強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)為金成礦提供了熱能和部分流體(宋明春,2014;宋明春等,2015;Songetal.,2014,2015)。
根據(jù)上述成巖成礦時(shí)代,結(jié)合晚中生代花崗巖侵位深度的研究成果,探討反演花崗巖侵位與大規(guī)模金成礦的過程是:~160 Ma,玲瓏型花崗巖巖漿侵位,侵位深度約為10~15 km(張華鋒等,2006a),花崗巖固結(jié)成巖后緩慢隆升(圖10a);~130 Ma,郭家 嶺型花崗巖巖漿侵位,侵位深度約為13 km(圖10b;豆敬兆等,2015);~120 Ma,偉德山型、嶗山型花崗巖及同期中基性脈巖侵位,偉德山型花崗巖侵位深度約為3 km(圖10c;張華鋒等,2006a;豆敬兆等,2015;宋明春等,2020a),此階段的強(qiáng)烈?guī)r漿活動(dòng)誘發(fā)廣泛的流體循環(huán),隨著地殼快速隆升導(dǎo)致流體因降溫、降壓而沸騰,發(fā)生大規(guī)模金成礦作用。由于金成礦溫度顯著低于巖漿溫度,因此金礦主要產(chǎn)于同期的花崗巖(偉德山型和嶗山型花崗巖)的外圍,而不在其內(nèi)部,主要賦存于因早白堊世中期巖漿快速隆升而在玲瓏型和郭家?guī)X型花崗巖與早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖之間產(chǎn)生的拆離斷層中和花崗巖內(nèi)部的張裂隙中(圖10c)。之后地殼緩慢隆升剝蝕,直至目前各花崗巖巖體和部分金礦被剝露出地表(圖10d,柳振江等,2010)。

圖10 膠東地區(qū)中生代花崗巖侵位過程與金成礦關(guān)系示意圖[據(jù)Li等(2018)修改]Fig.10 Emplacement and exhumation histories of Mesozoic granites in Jiaodong area(modified after Li et al.,2018)
在構(gòu)造環(huán)境判別圖解中,膠東晚中生代花崗巖樣品均投入火山弧花崗巖、同碰撞花崗巖區(qū)域,明顯區(qū)別于板內(nèi)和洋中脊花崗巖類,具有活動(dòng)大陸邊緣火成巖特點(diǎn)(圖11)。4種類型花崗巖的地球化學(xué)特征、物源和成巖構(gòu)造背景具有良好的連續(xù)性,基本揭示了膠東中生代地球動(dòng)力學(xué)演化歷史(宋明春等,2015)。
三疊紀(jì)時(shí),華北板塊與揚(yáng)子板塊強(qiáng)烈碰撞使本區(qū)處于強(qiáng)烈造山構(gòu)造背景下(宋明春等,2015),侏羅紀(jì)玲瓏型花崗巖成巖時(shí)仍受板塊碰撞后續(xù)效應(yīng)的影響,反映在εNd(t)-87Sr/86Sr圖解上樣品投點(diǎn)于揚(yáng)子下地殼與華北上地殼之間,接近于EM2型富集地幔,與白堊紀(jì)花崗巖類明顯不同(圖9a),指示其物源比較復(fù)雜;在相關(guān)微量元素圖解上,顯示了同碰撞-后碰撞特征(圖11c),且接近于板內(nèi)花崗巖(圖11d);在R2-R1圖解(圖11e)中,落入同碰撞花崗巖附近,其S型花崗巖特征及普遍存在的片麻理現(xiàn)象指示成巖時(shí)處于擠壓構(gòu)造狀態(tài)。郭家?guī)X型花崗巖與玲瓏型花崗巖的Sr、Y含量均具有埃達(dá)克巖特征(圖9b),但郭家?guī)X型花崗巖物源兼具幔源成分和華北古陸殼物質(zhì),Sr、Nd同位素特征與偉德山型花崗巖、嶗山型花崗巖、脈巖接近(宋明春等,2015)。偉德山型花崗巖在地球化學(xué)方面呈現(xiàn)出島弧或大陸弧花崗巖的特征(圖9b),物質(zhì)來源于華北古地殼和富集巖石圈地幔部分熔融,與郭家?guī)X型花崗巖、嶗山型花崗巖和脈巖具有連續(xù)演化趨勢(shì)。偉德山型花崗巖形成過程中,下地殼巖石重熔形成的嶗山A型花崗巖,具有典型的島弧巖石特征和非造山特征(圖9b、圖11;宋明春等,2015),A型花崗巖多產(chǎn)出于地殼伸展減薄環(huán)境下,嶗山型花崗巖即是太平洋板塊向歐亞板塊俯沖之后,俯沖板塊后撤引發(fā)地殼減薄伸展的產(chǎn)物。偉德山型花崗巖與嶗山型花崗巖近乎同時(shí)產(chǎn)生,而且二者在空間上常伴生在一起構(gòu)成Ⅰ-A復(fù)合型巖體,指示其同樣形成于伸展構(gòu)造背景。郭家?guī)X型花崗巖既具有類似于玲瓏型花崗巖的埃達(dá)克巖特征,又具有與偉德山型花崗巖相似的地球化學(xué)特征,指示其形成于構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)換過程中,即形成于由擠壓向伸展的過渡環(huán)境。膠東的脈巖顯示典型的島弧巖石特征(圖9b),應(yīng)具大陸弧構(gòu)造背景,形成于古太平洋板塊俯沖作用下的伸展環(huán)境,物質(zhì)來源于富集巖石圈地幔部分熔融,源區(qū)或有海水參與(劉洪文等,2002)。可見,由侏羅紀(jì)到白堊紀(jì),膠東地區(qū)經(jīng)歷了大地構(gòu)造體系(華北-揚(yáng)子→歐亞-太平洋)和構(gòu)造應(yīng)力機(jī)制(擠壓→伸展)的轉(zhuǎn)換。同位素示蹤顯示膠東早白堊世具有富集地幔特征(圖9a),推測(cè)與受同期巖石圈拆沉和板塊俯沖的影響有關(guān)(宋明春等,2015)。

圖11 晚中生代花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解[據(jù) Pearce等(1984)、Batchelor和Bowden(1985)、Harris等(1986)、Gorton和Schandl(2002),c中部分?jǐn)?shù)據(jù)引自宋英昕等(2020)]Fig.11 Tectonic discrimination diagrams for the Late-Mesozoic granites in Jiaodong Peninsula (base map after Pearce et al.,1984;Batchelor and Bowden,1985;Harris et al.,1986;Gorton and Schandl,2002 and some data in c after Song Yingxin et al.,2020)
綜上,推斷了膠東地區(qū)晚中生代構(gòu)造-巖漿-成礦過程。三疊紀(jì),揚(yáng)子板塊與華北板塊碰撞擠壓(陳衍景等,2004),形成蘇魯超高壓變質(zhì)巖系(圖12a;郭敬輝等,2005)。其后,伴隨強(qiáng)烈的折返和板塊斷離,區(qū)內(nèi)進(jìn)入后造山期,超高壓變質(zhì)帶快速抬升。侏羅紀(jì),受太平洋板塊俯沖影響,地殼持續(xù)增厚,晚侏羅世時(shí),因地幔隆起導(dǎo)致增厚地殼局部發(fā)生減薄,造山帶根部垮塌,由造山帶物質(zhì)或揚(yáng)子和華北克拉通基底物質(zhì)混合組成的新生下地殼活化,引發(fā)大范圍陸殼重熔,巖漿上侵形成了玲瓏型花崗巖(圖12a;宋明春等,2015)。早白堊世,斷離的太平洋板塊俯沖板片擾動(dòng)軟流圈促使構(gòu)造-巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈發(fā)育(宋明春等,2015)。俯沖板塊的前端回撤致使大陸島弧裂離,巖石圈地幔失穩(wěn)拆沉,軟流圈上涌引起大規(guī)模減壓熔融(Maetal.,2014b)和局部伸展,富集巖石圈地幔部分熔融產(chǎn)生的基性巖漿底侵作用于底部古老或新生地殼,促使地殼底部巖石部分熔融產(chǎn)生花崗質(zhì)巖漿(邱連貴等,2008),為包括膠東地區(qū)在內(nèi)的華北克拉通東部晚中生代花崗質(zhì)巖石提供巖漿來源(圖12b)。此外,幔源基性巖漿上侵分異出煌斑巖及其它暗色脈巖,最近在文登市柳林莊發(fā)現(xiàn)了幔源的高鎂閃長(zhǎng)巖(宋明春等,2020b);幔源和殼源巖漿不同程度混合及結(jié)晶分異,先后形成郭家?guī)X型、偉德山型及嶗山型花崗巖(宋明春等,2015),郭家?guī)X型花崗巖可能形成于俯沖板塊回撤早期,呈現(xiàn)出擠壓-伸展過渡狀態(tài);偉德山型及嶗山型花崗巖形成于俯沖板塊回撤過程中,是巖石圈伸展減薄的產(chǎn)物。

圖12 膠東地區(qū)構(gòu)造-巖漿-成礦作用過程[改自Yang等(2012)、Ma等(2014b)、宋明春(2014)、宋明春等 (2015)]Fig.12 A tectonic model for gold mineralization and magmatism in the Jiaodong Peninsula (modified after Yang et al.,2012;Ma et al.,2014b;Song Mingchun,2014;Song Mingchun et al.,2015)
在晚中生代大規(guī)模巖漿活動(dòng)的同時(shí),膠東地區(qū)發(fā)生了強(qiáng)烈的地殼隆升,其中白堊紀(jì)地殼隆升和降溫速率明顯大于侏羅紀(jì),尤其偉德山型花崗巖侵位過程中地殼隆升速率非常快(張華鋒等,2006a,2006b;林少澤等,2013;豆敬兆等,2015;宋明春等,2017)。地殼強(qiáng)烈隆升導(dǎo)致先成玲瓏型花崗巖巖基之上的早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖層發(fā)生大幅度拆離滑脫,形成大致沿花崗巖巖基頂部發(fā)育的拆離斷層,三山島斷裂、焦家斷裂和招平斷裂均是熱隆-伸展體制下的鏟形下滑斷裂,屬拆離斷層的組成部分,同時(shí)產(chǎn)生的還有張裂隙、早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖系中的層間滑動(dòng)構(gòu)造、高角度正斷層、伸展斷陷盆地盆緣斷裂等組成伸展構(gòu)造系統(tǒng)(宋明春等,2017)。早白堊世巖漿熱隆-伸展構(gòu)造系統(tǒng)造成的構(gòu)造-巖漿-流體耦合作用構(gòu)成了膠東大規(guī)模金礦成礦的重要因素,強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)既為流體活化提供熱源,又是形成伸展拆離構(gòu)造的動(dòng)力源之一,對(duì)金礦的形成起到“引擎”作用(宋明春等,2020a);拆離斷層系統(tǒng)不但為成礦流體提供了良好的運(yùn)移通道,而且為流體富集、礦體定位提供了有利的空間。沿玲瓏花崗巖體與早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底發(fā)育的焦家斷裂、三山島斷裂、招平斷裂等規(guī)模大、連續(xù)性好,向深部斷裂傾角變緩,為金礦床的形成提供了充足的儲(chǔ)存空間,形成大量金礦與玲瓏型花崗巖相伴分布的空間格局(圖12c)。
(1) 依據(jù)膠東地區(qū)晚中生代花崗巖地球化學(xué)特征推斷巖漿起源與演變趨勢(shì):玲瓏型花崗巖物質(zhì)來源于造山帶俯沖雜巖和華北克拉通下地殼的部分熔融;郭家?guī)X型花崗巖物質(zhì)來源于下地殼鎂鐵質(zhì)巖石脫水部分熔融,部分繼承了巖石圈地幔物質(zhì)組成;偉德山型花崗巖物質(zhì)來源于華北地殼和富集巖石圈地幔的部分熔融;嶗山型花崗巖物質(zhì)來源于偉德山型花崗巖形成過程中的下地殼巖石重熔。由侏羅紀(jì)至早白堊世,地球化學(xué)特征的演化趨勢(shì)是:巖石化學(xué)成分由高鉀鈣堿性系列→橄欖安粗巖系列、由過鋁質(zhì)→偏鋁質(zhì);微量元素由高Ba-Sr→低Ba-Sr、由高Sr低Y→低Sr高Y,稀土元素由無或弱正銪異常→顯著負(fù)銪異常,花崗巖類型由S→I→A型,指示地幔性狀由EM2型向EM1型演化,由富集地幔轉(zhuǎn)向虧損地幔或由巖石圈轉(zhuǎn)向軟流圈演變。
(2) 本次測(cè)試得出玲瓏型花崗巖、郭家?guī)X型花崗巖、偉德山型花崗巖的侵位時(shí)代分別為163.2~157.9 Ma、132.9~130.0 Ma、121.3~116.7 Ma;嶗山型花崗巖和脈巖的侵位時(shí)代分別為125.0 Ma和120.7 Ma,與前人年齡測(cè)試數(shù)據(jù)基本相符。其中偉德山型花崗巖、嶗山型花崗巖和脈巖的形成時(shí)代與金成礦年齡最為接近,指示此階段的巖漿活動(dòng)與金成礦關(guān)系密切。
(3) 膠東4種類型花崗巖類的地球化學(xué)特征、物質(zhì)來源和形成構(gòu)造背景的連續(xù)演變特征,指示膠東地區(qū)由侏羅紀(jì)到白堊紀(jì)經(jīng)歷了由華北-揚(yáng)子構(gòu)造體系向歐亞-太平洋構(gòu)造體系和由擠壓機(jī)制向伸展機(jī)制的轉(zhuǎn)換。玲瓏型花崗巖形成于擠壓構(gòu)造背景,具有受華北板塊與揚(yáng)子板塊板塊碰撞影響的后碰撞特征花崗巖特征;郭家?guī)X型、偉德山型及嶗山型花崗巖形成于太平洋板塊的俯沖構(gòu)造環(huán)境,是伸展構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物。早白堊世強(qiáng)烈的熱隆-伸展構(gòu)造為膠東大規(guī)模金成礦提供了有利條件。
致謝感謝審稿專家對(duì)本文提出的寶貴修改意見,研究工作中得到領(lǐng)導(dǎo)和同事的啟發(fā)和指導(dǎo),在此一并致以誠(chéng)摯的感謝。