发布时间：2021-10-20所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：花岗岩是大陆地壳主要组成部分，胶东半岛中生代花岗岩的出现是推演俯冲板片岩浆演化与构造演化的重要依据。因此，通过研究乳山地区出露的花岗岩及其捕虏体(变质基性岩)，有助于更好的了解中生代胶东半岛的岩浆演化与地壳演化。该研究为胶东地区提供了
摘要：花岗岩是大陆地壳主要组成部分，胶东半岛中生代花岗岩的出现是推演俯冲板片岩浆演化与构造演化的重要依据。因此，通过研究乳山地区出露的花岗岩及其捕虏体(变质基性岩)，有助于更好的了解中生代胶东半岛的岩浆演化与地壳演化。该研究为胶东地区提供了新的主微量元素数据、U-Pb和Lu-Hf同位素数据。岩石地球化学表明黑云母二长花岗岩具有高钾钙碱性特征，相对贫钛、铁、锰、镁等元素，岩体有可能是分异程度较高的I型或者M型花岗岩。大离子亲石元素Ba和Sr明显富集，高场强元素Zr无明显亏损。斜长角闪岩SiO2、TiO2、Fe2O3T和MgO含量分别为48.9%、0.68%、12.64%和7.33%，为拉斑玄武岩成分，全碱ALK(K2O+Na2O)较低。大离子亲石元素Ba和Sr无明显富集，高场强元素Zr弱亏损，与石榴斜长角闪岩地球化学性质相似。锆石CL图像中花岗岩为岩浆锆石，斜长角闪岩为变质重结晶锆石。黑云母二长花岗岩锆石U-Pb定年获得年龄为118.5±2.7Ma，εHf(t)值为-15.4~-27.7(Mean=-25.2±1.4)，相应二阶段模式年龄(TDM2)为2.16Ga~2.90Ga，但大部分集中在~2.8Ga。捕虏体斜长角闪岩锆石U-Pb上交点年龄为1839±27Ma，εHf(t)值为0.5~5.1(Mean=3.23±0.74)，相应的一阶段模式年龄(TDM1)为2.02Ga~2.18Ga。此外，念头村含榴花岗岩εHf(t)值为-25.1~-27.1(Mean=-26.0±0.18)，相应的二阶段模式年龄(TDM2)为2.75Ga~2.87Ga。其捕虏体含榴斜长角闪岩εHf(t)值为3.7~4.4(Mean=3.93±0.21)，相应的一阶段模式年龄(TDM1)为1.99Ga~2.03Ga。上述数据指示花岗岩为华北太古宙地壳重新熔融的产物;变基性岩属华北荆山群物质。因此，乳山地区中生代花岗岩及其捕虏体都具有华北板块的亲缘性。乳山地区模式年龄为太古宙的花岗岩暗示胶东半岛地壳演化的相关信息，并不具备拆沉作用产生岩浆岩的特点。捕虏体(变基性岩)可能为下地壳部分熔融后形成的新生地壳物质在短时间内携裹的产物。
关键字：苏鲁造山带;花岗岩;Hf同位素;岩浆演化;岩石圈拆沉
0引言
板块俯冲、碰撞时会形成加厚岩石圈，加厚岩石圈部分熔融导致各类造山带发生伸展塌陷(Xieetal.,2006;ZhaoandZheng,2009)。大别-苏鲁造山带是三叠纪时扬子克拉通向华北克拉通陆-陆深俯冲碰撞形成的超高压变质带(Yeetal.,2000a)，受古太平洋向欧亚大陆东缘俯冲作用的影响，导致加厚的岩石圈发生部分熔融，并发生拆沉减薄，这个过程中伴随着大规模的岩浆作用产生(Zhuetal.,2017)。
苏鲁造山带广泛发育中生代岩浆岩，包括晚三叠纪、晚侏罗纪和早白垩纪的岩浆岩(ZhaoandZheng,2009)，其中岩浆以花岗质岩浆为主。前人已经对苏鲁造山带中生代花岗岩的年代学、主微量元素和同位素地球化学等方面做出了详尽的研究。其中，王吉珺(2000)认为胶东半岛西部的玲珑花岗岩是来源于华北太古宙TTG片麻岩，属壳源成因花岗岩。张华锋等(2004)通过对胶东昆嵛山高锶花岗岩地球化学特征的研究，认为其来源于于扬子板块的基性下地壳。郭敬辉等(2005)对苏鲁超高压变质带北部中生代花岗岩进行了U-Pb锆石定年，发现该地区中生代岩浆事件主要有三期，分别为三叠纪晚期(~210Ma)、侏罗纪晚期(~140-160Ma)和白垩纪早期(~110Ma)，并在花岗岩中发现了700-800Ma的继承锆石，指示其为扬子板块部分熔融的产物。此外，部分学者则认为苏鲁超高压变质带内花岗岩来源于胶东群部分熔融且没有幔源物质参与(赛盛勋等，2016)。根据同位素地球化学研究，早白垩世花岗岩类的成因中，可能涉及来自富集的岩石圈地幔或贫化的软流圈地幔的不同程度组分(Houetal.,2007)。因此厘定苏鲁造山带中生代花岗岩的物质归属及起源还存在着较大的争议。由于岩浆岩记录着大陆碰撞造山带岩石圈的热力学演化和地球化学演化，包含着关于大陆俯冲的重要信息，因此还需要进行深入的研究工作。
此外，大别-苏鲁造山带是地球上已知的最大的超高压变质带(Zheng,2008)。带内不仅广泛出露超高压变质岩，如榴辉岩、花岗片麻岩等，而且广泛分布碰撞后的花岗岩(图1)(Zhaoetal.,2017)。榴辉岩中的金刚石包裹体、柯石英、石榴子石、金红石等超高压矿物的保存表明，大陆地壳曾遭受到超过200km地幔深度的影响(Xuetal.1992)。但是目前苏鲁地区的地壳厚度仅为32-35km(Yang,2002)，显然造山带的加厚地壳已经减薄。尽管前人进入深入的科学研究，但岩石圈减薄的时间和方式仍然存在争议和不确定性。岩石圈减薄有两种模式：拆沉作用(Gaoetal.2004)和热力学-化学侵蚀(Xu,2001)。然而，与岩石圈相对应的中生代地壳演化却很少有人研究。Houetal.,(2007)通过对胶东地区侏罗世花岗岩(~158Ma)和白垩世花岗岩(~126-130Ma)地球化学对比，证实了胶东半岛西北部下地壳在晚侏罗世经历增厚过程后又在早白垩世陷入下伏地幔，开始发生拆沉作用。Caietal.(2013)在胶东地区识别出两期基性岩脉，年龄分别为~117-116Ma和~95-87Ma，根据地球化学和同位素特征，表明胶东地区早白垩世(~117-116Ma)由岩石圈地幔的富集向软流圈地幔的亏损过渡，故此该方面的研究工作需要进行深入的探讨。需要指出的是，苏鲁地区花岗岩中含有大量的基性岩捕掳体，它的出现在岩石成因上为胶东半岛的地壳演化提供了间接的证据。
此外，由于苏鲁造山带内卷入了大量的亲华北物质和亲华南物质，之后又经历了多期构造活动和岩浆活动，使苏鲁造山带内的岩石种类极其复杂(田忠华，2021)，广泛发育的中生代岩浆岩也破坏了苏鲁造山带内早期的构造格局(图1)。前人在苏鲁造山带边界限定问题上存在着很大的分歧(Ishizakaetal.,2010)。这些观点虽然经过长时间的激烈争论，但是到目前为止尚没有定论。朱浩忠等(2020)通过对乳山地区含榴斜长角闪岩进行地球化学分析，推测华北板块与扬子板块的地壳缝合带可能是一条宽约80-100km的构造杂岩带，但是并未限定界线。此外，部分学者则认为厘定苏鲁缝合带要充分考虑南北两侧沉积岩、岩浆岩特征和后期构造破坏，而不是简单的以大型断裂为边界(田忠华，2021)。因此，研究胶东地区花岗岩成因来源对约束苏鲁造山带地壳演化及造山带边界的启示显得尤为重要。
综上，本文以乳山地区黑云母二长花岗岩及内部捕虏体(斜长角闪岩)为研究对象，通过对野外露头的细致观察及更为深入的岩相学研究，同时结合CL图像、锆石U-Pb定年数据、主量元素特征和Hf同位素比值特征，探究黑云母二长花岗岩及其内部捕虏体(斜长角闪岩)的物质归属及起源，探讨胶东半岛地壳演化过程。此外，根据物质归属及起源等信息，约束苏鲁造山带边界等问题。
1地质背景
苏鲁造山带属大别-苏鲁造山带东延部分，三叠纪由扬子板块向华北板块俯冲碰撞形成，受郯庐断裂左行走滑影响，苏鲁造山带向北平移~500km的距离。首先，苏鲁造山带内的高压-超高压变质岩石不仅是世界上出露规模最大，而且也是保存最好的(Zhengetal.,2008)。其次，苏鲁造山带在碰撞后发生多期剧烈的岩浆活动，岩石种类变得极其复杂。
从构造角度来讲，苏鲁造山带早期受到三叠纪构造的影响，后受西太平洋侏罗纪-白垩纪伸展构造的控制。其内部发育着NE、NNE向的脆性断裂，这可能与造山带西部郯庐断裂有关。从岩性角度上来讲，苏鲁造山带的前寒武基底为花岗片麻岩，主要组成为太古宙TTG片麻岩，古生代荆山群和粉子山群(Liuetal.,2017)。研究区内也发育新元古代片麻岩。除此之外，研究区主要以中生代的花岗岩为主。各类花岗岩中广泛存在透镜体，如榴辉岩、黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩的透镜体。
研究区位于北苏鲁超高压变质带内，隶属于山东省乳山市(图2)。研究区内岩性较为复杂，未发现太古宙TTG基底单元，变质岩主要为古元古代荆山群变沉积岩系(刘利双等，2018)，主要岩石组成为黑云斜长片麻岩，大理岩等，还有原岩时代为古元古代的变基性岩(含榴斜长角闪岩)等(朱浩忠等，2020);出露的侵入岩主要为晚侏罗世弱片麻状黑云二长花岗岩，早白垩世含榴二长花岗岩以及新元古代弱片麻状含角闪石黑云二长花岗岩(王世近等，2011;田忠华等，2021)。并且还有一些酸-基性岩脉穿插其中，例如，闪长斑岩侵入黑云母二长花岗岩，煌斑岩侵入含榴二长花岗岩中。此外，研究区内NNE-SSW向脆性断裂发育，可能为郯庐断裂分支。本研究所采的黑云母二长花岗岩(19LR58-1)及其捕虏体斜长角闪岩(19LR58-2)位于午极镇正甲夼。另外所采含榴斜长角闪岩(19LR39-1)及其围岩含榴花岗岩(19LR39-2)位于午极镇念头村，详细地理位置，见图2。
2分析方法
2.1主量元素
主量元素分析实验完成于中国科学院地质与地球物理研究所的岩矿制样与分析实验室。玻璃片法为样品制备方法，首先将样品19LR58-1、19LR58-2研磨成小于200μm的粉末，将样品烘干称量、灼烧之后来计算其烧失量，这是为减少实验误差，最后将其制成玻璃片。实验测量在顺序式X-射线荧光光谱仪(AXIOSMinerals)进行。
2.2锆石CL图像
在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成锆石的分选，并在南京宏创地质勘查技术服务有限公司完成拍摄CL图像，实验设备为TESCAN场发射扫描电镜(型号：MIRA3LMH)搭配CL探头。7kV和1.2nA为实验过程中加速电压和吸收电流，每一次扫描的间隔为80s。
2.3锆石U-Pb定年
锆石U-Pb年龄在北京快科赛默科技有限的串联四级杆电感耦合等离子体质谱(AgilentICP-MS/MS8900)测定。搭载ESI公司准分子激光剥蚀系统NewWaveNWR193UC。激光采样为单点剥蚀，束斑和频率分别为20µm和5Hz，能量密度为3.5J/cm2，载气为高纯He气，流速为700ml/min。待激光剥蚀系统和ICP-MS/MS都开机预热完毕后利用NISTSRM610调谐使仪器的各项指标正常。测试样品时使用91500锆石进行同位素分馏校正，监控标样为PleŠovice锆石。
离线数据处理采用澳大利亚墨尔本大学同位素研究组开发的数据处理软件Iolite(Patonetal.,2010)，该软件剥蚀孔下分馏模型被优化，并调用激光日志文件，更加快捷与专业的处理数据。锆石U-Pb年龄协和图与206Pb/238U加权平均年龄绘图计算使用IsoPlot4.15。监控标样测试年龄值与推荐值在误差范围内一致。
2.4锆石LA-MC-ICP-MS微区原位Hf同位素比值分析
在武汉上谱分析技术有限公司采用激光剥蚀多接收杯等离子体质谱(LAMC-ICP-MS)测定Hf同位素比值。在测试过程中，为提高信号稳定性和同位素比值测试精确度，装备了信号平滑装置。载气使用氦气，为提高Hf元素灵敏度，在剥蚀池之后加入少量氮气。采用NeptunePlus新设计高性能锥组合进行分析。
为确保分析数据的可靠性，91500和GJ-1两个国际锆石标准与实际样品同时分析。91500用于进行外标校正以进一步优化分析测试结果。GJ-1作为第二标样监控数据校正质量。91500和GJ-1的外部精密度(2SD)优于0.000020。测试值与推荐值确保在误差范围内一致。
3野外地质关系与岩相学特征
研究样品采自山东省乳山市午极镇正甲夼及念头村(图2)。笔者对正甲夼野外露头进行了大比例尺的填图工作(图3)，野外地质观察中可见黑云母二长花岗岩(19LR58-1)捕虏斜长角闪岩(19LR58-2)及黑云斜长片麻岩，捕虏边界清晰(图4a、4c)，可见后期酸性岩脉侵入黑云斜长片麻岩。另外可见斜长角闪岩中斜长石与角闪石定向排列形成片麻理(图4c)，产状高角度倾向东南。黑云斜长片麻岩内见一系列小褶皱，轴面产状高角度倾向东南，枢纽线理高角度倾伏向东北。念头村石榴斜长角闪岩以透镜体形状产于含榴花岗岩中(朱浩忠等，2020)。
黑云母二长花岗岩(19LR58-1)风化面与新鲜面均为灰白色(图4a)，中-细粒粒状结构，块状构造。主要矿物组成为石英、斜长石、正长石和黑云母，镜下观察石英含量约50%，斜长石含量约25%，正长石含量约20%，黑云母含量约5%，其他矿物少量。岩相学观察中，石英表面较为浑浊，正低突起，半自形-它形粒状;斜长石表面浑浊，部分斜长石发生绢云母化，未见聚片双晶;黑云母呈棕褐色，片状分布，还可见到绿泥石等副矿物，可在野外手标本中看见正长石(图4b)。
斜长角闪岩(19LR58-2)风化面与新鲜面均为暗灰色(图4c)，中-细粒粒状变晶结构，块状构造或片麻状构造。主要矿物为角闪石，斜长石，石英，其中角闪石含量约55%，斜长石含量约35%，石英含量约10%，其他矿物少量。岩相学观察中，斜长石呈他形或者柱状，发育明显的卡式双晶;角闪石多色性明显，呈现显著的橘黄色和绿色(图4d)。
4分析结果
4.1地球化学特征
对研究区黑云母二长花岗岩(19LR58-1)及斜长角闪岩(19LR58-2)进行了主微量元素数据的分析测试，结果见附表1与附表2.
黑云母二长花岗岩(19LR58-1)主量元素分析结果显示，SiO2的含量为70.99%，TiO2的含量为0.20%，Al2O3的含量为16.17%，TFe2O3的含量为1.50%，MnO的含量为0.03%，MgO的含量为0.31%，CaO的含量为2.36%，Na2O的含量为4.91%，K2O的含量为2.87%，P2O5的含量为0.05%，LOI的含量为0.57%，BaO的含量为0.24%，SrO的含量为0.17%。总体来说，黑云母二长花岗岩(19LR58-1)富硅，略富碱(Na2O+K2O>6%)，具有高钾钙碱性，相对贫钛、铁、锰、镁等特征，其中A/CNK为1.59，表现出弱过铝质岩石的特征，有可能是分异程度较高的I型或者M型花岗岩。此外，微量元素分析结果中大离子亲石元素Ba和Sr明显富集，高场强元素Zr无明显亏损。
斜长角闪岩(19LR58-2)主量元素分析结果显示，SiO2的含量为48.90%，TiO2的含量为0.68%，Al2O3的含量为13.61%，TFe2O3的含量为12.64%，MnO的含量为0.23%，MgO的含量为7.33%，CaO的含量为11.02%，Na2O的含量为3.11%，K2O的含量为1.07%，P2O5的含量为0.08%，LOI的含量为0.72%，BaO的含量为0.02%，SrO的含量为0.03%。总体来说，斜长角闪岩的原岩为基性岩，具有拉斑玄武岩成分，全碱ALK(K2O+Na2O)较低，相比而言，岩石富钠贫钾、钛、锰、磷、钡等元素，其中样品的烧矢量(LOI)较小，表明其蚀变较弱。此外，微量元素分析结果中大离子亲石元素Ba和Sr无明显富集，高场强元素Zr弱亏损。与乳山地区石榴斜长角闪岩地球化学性质相似(朱浩忠等，2020)。——论文作者：李同宇1，金超1,2*，田忠华3，王伟3，郝志宣1，文飞4
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