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    冀东青龙-双山子地区新太古代高镁安山岩-镁闪长岩锆石U-Pb年代学、地球化学及大地构造意义

    常青松 王惠初 荣桂林 初航 张健

    常青松, 王惠初, 荣桂林, 初航, 张健, 2019. 冀东青龙-双山子地区新太古代高镁安山岩-镁闪长岩锆石U-Pb年代学、地球化学及大地构造意义. 地球科学, 44(1): 23-36. doi: 10.3799/dqkx.2018.273
    引用本文: 常青松, 王惠初, 荣桂林, 初航, 张健, 2019. 冀东青龙-双山子地区新太古代高镁安山岩-镁闪长岩锆石U-Pb年代学、地球化学及大地构造意义. 地球科学, 44(1): 23-36. doi: 10.3799/dqkx.2018.273
    Chang Qingsong, Wang Huichu, Rong Guilin, Chu Hang, Zhang Jian, 2019. Zircon U-Pb Chronology, Geochemistry and Tectonic Significance of Neoarchean High-Mg Andesites and Magnesian Diorites in Qinglong-Shuangshanzi Area, Eastern Hebei. Earth Science, 44(1): 23-36. doi: 10.3799/dqkx.2018.273
    Citation: Chang Qingsong, Wang Huichu, Rong Guilin, Chu Hang, Zhang Jian, 2019. Zircon U-Pb Chronology, Geochemistry and Tectonic Significance of Neoarchean High-Mg Andesites and Magnesian Diorites in Qinglong-Shuangshanzi Area, Eastern Hebei. Earth Science, 44(1): 23-36. doi: 10.3799/dqkx.2018.273

    冀东青龙-双山子地区新太古代高镁安山岩-镁闪长岩锆石U-Pb年代学、地球化学及大地构造意义

    doi: 10.3799/dqkx.2018.273
    基金项目: 

    中国地质调查局地质调查项目 DD20160042

    国家自然科学基金面上项目 41572046

    详细信息
      作者简介:

      常青松(1985-), 男, 硕士, 工程师, 主要从事岩石学及地球化学方面的工作

      通讯作者: 初航
    • 中图分类号: P581

    Zircon U-Pb Chronology, Geochemistry and Tectonic Significance of Neoarchean High-Mg Andesites and Magnesian Diorites in Qinglong-Shuangshanzi Area, Eastern Hebei

    图(11) / 表 (1)
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    出版历程
    • 收稿日期:  2018-05-13
    • 刊出日期:  2019-01-01

    冀东青龙-双山子地区新太古代高镁安山岩-镁闪长岩锆石U-Pb年代学、地球化学及大地构造意义

      通讯作者: 初航, chuhangjal@sina.com
      作者简介: 常青松(1985-), 男, 硕士, 工程师, 主要从事岩石学及地球化学方面的工作
    • 1. 中国地质调查局天津地质调查中心, 天津 300170
    • 2. 中国地质调查局前寒武纪地质研究中心, 天津 300170
    • 3. 河北省地质调查院, 河北石家庄 050081
    基金项目:  中国地质调查局地质调查项目 DD20160042国家自然科学基金面上项目 41572046

    摘要: 冀东地区位于华北克拉通北缘,学术界对该地区新太古代岩浆作用的成因模式及构造背景一直存在争议,因此对冀东青龙-双山子地区的新太古代变质表壳岩及侵入岩进行了系统的同位素年代学及岩石地球化学研究.锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb年代学结果显示变安山岩的形成时代为2 576 Ma,辉长闪长岩-英云闪长岩-石英闪长岩的侵入时代为2 484~2 535 Ma.岩石地球化学特征显示,较早期的变安山岩部分属高镁安山岩类,源自俯冲板片脱水流体交代地幔楔的部分熔融;而稍晚的侵入岩类为具有埃达克质岩石特征的镁闪长岩类,源区具有熔体交代地幔楔部分熔融的特征;整体构成高镁安山岩-埃达克质镁闪长岩组合.结合区域上的同位素年代学及地球化学报道,冀东青龙-双山子地区新太古代应处于活动大陆边缘构造背景.

    English Abstract

      • 华北克拉通是世界上古老克拉通的研究热点地区之一,对于克拉通前寒武基底组成及演化,目前存在多种解释.其中影响较大的一种观点认为阴山、鄂尔多斯、龙岗和狼林地块,在古元古代通过一系列俯冲碰撞造山形成东部及西部两大地块,最终在~1.85 Ga,东、西部地块之间的洋盆闭合碰撞,形成中部造山带和整个华北克拉通(Zhao et al., 2005, 2012);另一种观点认为~2.7 Ga为各陆块主要的生长阶段,~2.5 Ga为各个微陆块拼合的主要时期,此时华北克拉通基本形成,2.30~1.95 Ga华北克拉通经历了一次裂解事件,发育了晋豫、胶辽裂陷盆地及丰镇陆内凹陷盆地,早期(2.1~1.9 Ga)侵位于造山活动带的(变质)岩墙,可能与前罗迪尼亚(哥伦比亚)造山活动有关,结束于~1.93 Ga,~1.85 Ga华北克拉通经历了一次挤压构造事件,导致裂陷盆地的闭合和焊接,形成晋豫和胶辽两个类似于现代陆-陆碰撞型的造山带,之后进入陆内伸展,基底抬升阶段(翟明国,2004Zhai and Santosh, 2011),而魏春景(2018)又提出古元古代的造山是一次漫长的过程,其中在2.00~1.95 Ga期间为陆陆碰撞,地壳加厚造山,并在~1.92 Ga之后转入伸展背景.

        冀东地区位于华北克拉通北缘,是前寒武纪地质研究的经典地区,前人在这一地区对新太古代麻粒岩相变质作用(林强和刘树文,1991)、TTG片麻岩及变质火山岩成因(Guo et al., 2013, 2015, 2017Bai et al., 2014, 2016)和BIF铁成矿作用等方面(万渝生等,2012)做了大量的研究工作.并且在曹庄及卢龙地区铬云母石英岩中发现了3.2~3.8 Ga的早中太古代碎屑锆石(Nutman et al., 2011初航等,2016).本地区大量出露新太古代结晶基底,其中既有变质深成侵入体,如渔户寨-秋花峪-崔杖子地区英云闪长质-辉长闪长质-奥长花岗质片麻岩(耿元生等,2006)、安子岭花岗质片麻岩(Yang et al., 2008)以及挂兰峪-遵化-青龙一带闪长质-英云闪长质-奥长花岗质及花岗闪长质片麻岩(Bai et al., 2014, 2016)等;亦有变质火山岩类,如洒河桥-上营-青龙地区变质基性火山岩(Guo et al., 2013, 2017)、双山子地区变质火山岩(郭荣荣等,2014)等,这些岩浆岩的同位素年代多集中在2.5~2.6 Ga,并可根据岩石地球化学及同位素组成特征进一步区分为较早期2.64~2.50 Ga的MORB型拉斑玄武质-钙碱性系列变质火山岩以及2.57~2.50 Ga的各类变质侵入岩体(刘树文等,2018及其文献).

        对冀东地区大量出露的新太古代岩浆记录,上述不同的克拉通演化模式给出了不同的解释.Zhai and Santosh(2011)认为遵化-青龙一带的绿岩带及冀东新太古代花岗岩类(TTG)为集宁陆块及迁怀陆块碰撞拼合的标志,属于俯冲碰撞背景下的陆壳增生及岛弧拼贴;Zhao and Zhai(2013)根据持续时间短,岩浆活动规模大及鲁西绿岩带中出现科马提岩及双峰式火山岩组合等特征,认为2.6~2.5 Ga的结晶基底可用地幔柱成因进行解释.近些年来,部分学者在本地区进行了大量的同位素地质学、岩石地球化学及变质岩石学研究(Guo et al., 2013, 2015, 2017Bai et al., 2014, 2016Fu et al., 2016, 2017),更多的证据表明冀东地区2.5~2.6 Ga的岩浆作用可能是存在岛弧俯冲的响应.

        为了进一步研究冀东地区新太古代岩浆活动的成因及构造背景,近期笔者依托国家自然科学基金项目及中国地质调查局“铁矿整装勘查区关键基础地质研究”项目,对冀东青龙朱杖子-双山子地区的早前寒武纪变质表壳岩及变质侵入岩进行了较详细的野外地质调查和同位素及岩石地球化学研究工作,从中发现了一套高镁安山岩-埃达克质镁闪长岩组合,为冀东地区新太古代构造演化提供了新的证据.

      • 研究区位于冀东青龙县朱杖子-双山子地区,大地构造单元属于华北克拉通东部陆块北缘(图 1a1b),该地区出露一套早前寒武纪变质岩系,包括TTG片麻岩和称之为双山子群、朱杖子群的变质表壳岩.双山子群包括茨榆山组、鲁杖子组及下白城组,为主要分布于青龙河-双山子一带的一套低角闪岩相浅变质岩系,主要由变余斜长角闪岩、黑云变粒岩及少量变质中酸性火山岩夹磁铁石英岩、绢云石英片岩、绿泥片岩等组成,早期(20世纪80年代)研究表明,双山子群与朱杖子群构成裂谷断陷沉积,其东部的安子岭片麻岩套为剥蚀源区,这种观点的主要证据为朱杖子群底部的复成分砾岩(张家沟组),其砾石成分主要为变质深成岩、变粒岩及斜长角闪岩,可能来自于安子岭片麻岩套及双山子群.随着同位素定年技术的发展,大量的同位素定年结果显示,双山子群及朱杖子群变质火山岩的形成年龄可能同时或略早于片麻岩(沈保丰等,2005孙会一等,2010),因此柳各庄岩体及安子岭片麻岩与双山子群之间应为侵入或构造接触(韧性剪切接触;Liu et al., 2017)关系;朱杖子群包括张家沟组、桲罗台组、褚杖子组及老李硐组,为分布在双山子-朱杖子一带的一套以黑云变粒岩、变质砾岩为主夹少量斜长角闪岩的绿片岩相-低角闪岩相变质岩系,部分学者认为其与下伏双山子群关系为整合过渡接触(Lü et al., 2012),另有观点认为朱杖子群与双山子群为不整合接触,但不整合间断时间很短,两个群总体可构成一个火山沉积巨旋回,并形成一个褶皱轴面走向北北东、倾向北西西的紧密同斜倒转复式向斜(齐鸿烈等,1999沈保丰等,2005郭少丰等,2008孙会一等,2010).综合来看对于两个群的接触关系分歧不大,可将二者合并进行沉积及火山岩构造背景讨论.

        图  1  大地构造简图及区域地质简图

        Figure 1.  Tectonic and regional geological sketch

        本文对双山子群及朱杖子群的变质火山岩以及侵入其中的变质深成岩进行了详细的野外地质调查和采样(图 2),开展了系统的同位素年代学及岩石地球化学研究.

        图  2  研究区地质简图

        Figure 2.  Geological sketch of study area

      • 样品主要采自青龙县-双山子镇周边地区的双山子群鲁杖子组变安山岩、朱杖子群褚杖子组斜长角闪岩,以及侵入两群中的新太古代英云闪长质-花岗闪长质侵入岩类(采样位置见图 2).本次工作在双山子群中采集了3个变安山岩样品(14JD20-1、14JD20-2、14JD20-4)及2个石英闪长玢岩样品(14JD21-1、14JD21-3),在朱杖子群中采集了1个斜长角闪变粒岩样品(14JD28),并在双山子一带表壳岩采样点周围采获了7个新太古代英云闪长质-花岗闪长质侵入岩样品.采样单元、样品岩性及测试方法见表 1.

        采样单元 岩性 采样坐标 样品序号 测试手段
        双山子群鲁杖子组 变质安山岩 N40°19′49.05″;E119°08′39.92″ 14JD20-1 锆石U-Pb定年/地球化学
        变质安山岩 N40°19′49.05″;E119°08′39.92″ 14JD20-2 地球化学
        变质玄武岩 N40°19′49.05″;E119°08′39.92″ 14JD20-4 地球化学
        石英闪长玢岩 N40°20′04.61″;E119°08′35.99″ 14JD21-1 地球化学
        石英闪长玢岩 N40°20′04.61″;E119°08′35.99″ 14JD21-3 地球化学
        朱杖子群褚杖子组 斜长角闪变粒岩 N40°29′26.28″;E119°14′17.56″ 14JD28 地球化学
        变质侵入岩 变质中细粒英云闪长岩 N40°20′20.54″;E119°10′07.07″ 14JD16-1 锆石U-Pb定年/地球化学
        变质中细粒石英闪长岩 N40°21′39.16″;E119°09′28.48″ 14JD17-1 锆石U-Pb定年/地球化学
        变质细粒辉长闪长岩 N40°20′31.80″;E119°08′45.20″ 14JD18-1 地球化学
        变质细粒辉长闪长岩 N40°20′31.80″;E119°08′45.20″ 14JD18-2 地球化学
        变质细粒石英闪长岩 N40°19′38.18″;E119°07′29.44″ 14JD23-1 锆石U-Pb定年/地球化学
        变质细粒石英闪长岩 N40°19′38.18″;E119°07′29.44″ 14JD23-2 地球化学
        变质石英闪长玢岩 N40°17′35.73″;E119°06′12.49″ 14JD25-1 地球化学

        表 1  样品基本信息

        Table 1.  General information of samples

        变火山岩样品中,采自双山子群鲁杖子组的5个样品中,有2个样品(14JD20-1、14JD20-2)镜下鉴定为变质安山岩,岩石片理化变余交织结构,块状构造,斑晶主要由半自形-他形粒状的斜长石及一些黑云母、阳起石的变质矿物组成,基质为隐晶质-玻璃质(图 3a);1个样品(14JD20-4)镜下鉴定为变玄武岩,岩石变余斑状结构-变余辉绿结构,块状构造,斑晶为1~2mm半自形板条状斜长石、片状黑云母,斜长石局部蚀变为绢云母、绿帘石等矿物,无明显定向,基质为粒状辉石、斜长石及玻璃质,杂乱分布(图 3b);另两个样品(14JD21-1、14JD21-3)为次火山岩样品,鉴定岩性为变质石英闪长玢岩,岩石斑状结构,块状构造,斑晶0.5~2.0mm为近半自形板状斜长石,散落状定向分布,蚀变较重,基质为微晶斜长石、角闪石、石英,高倍镜下可见微粒辉石.采自段家店地区褚杖子组的样品14JD28野外鉴定岩性为条带状黑云角闪斜长变粒岩,岩石条带状-块状构造,黑云母含量较多的部分呈现似片麻状构造,镜下鉴定岩性为退变斜长角闪变粒岩,均匀粒状柱状变晶结构,主要由斜长石(40%~45%)、角闪石(40%~45%)、钾长石(3%~5%)、石英(12%~15%)及少量黑云母(~5%)组成,可见阳起石、绿泥石、绢云母等次生矿物,岩石暗色矿物含量较野外判断更高,为岩石条带状成分不均匀所致,经手标本与镜下鉴定比对,岩石长英质矿物整体含量超过60%,综合定名为黑云角闪斜长变粒岩.

        图  3  正交偏光显微照片

        Figure 3.  Cross-polarized photomicrographs

        7个侵入岩样品镜下鉴定岩性可分为3类:(1)变质中细粒辉长闪长岩(14JD18-1、14JD18-2),变余中细粒半自形粒状结构,主要矿物为斜长石(75%~80%)、辉石(15%~20%)及少量角闪石(含量5%~10%),副矿物见磁铁矿及磷灰石等(图 3c);(2)石英闪长(玢)岩(14JD23-1、14JD23-2、14JD25-1、14JD17-1,图 3d),变余细粒粒状结构-细粒斑状结构,块状构造,主要由斜长石(75%~ 80%)、石英(10%~15%)、角闪石(5%~7%)及黑云母、钾长石等矿物组成;(3)英云闪长岩(14JD16-1),变余中细粒花岗结构,似片麻状构造,主要矿物组成为斜长石(65%~70%)、石英(20%~25%)、黑云母(5%~10%)及钾长石(~5%),可见磁铁矿、锆石、磷灰石、榍石等副矿物.

      • 锆石单矿物挑选在廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务公司完成,阴极发光(CL)照相、制靶由北京锆年领航科技有限公司完成.U-Pb年代学测试在天津地质调查中心实验测试室完成,进样系统为Newave 193 nm激光剥蚀系统,质谱为多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS,仪器型号为Neptune),激光束斑直径为35μm,频率8~10Hz,同位素外标采用GJ-1,微量元素含量外标为NIST610,同位素测试数据见附表 1.

        碎样在廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务公司完成,新鲜岩石样品去除风化表皮及后期长英质及碳酸岩脉体后,碎至200目,全岩主量及微量元素成分由中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室测定.主量元素采用XRF法测定,测试仪器为PW4400/40X;微量元素使用ICP-MS方法测定,样品经溶样后采用液体进样测试,测试仪器型号为Thermo X Ⅱ等离子体质谱仪.全岩主量及微量元素测试结果详见附表 2.

      • 侵入岩的3个样品锆石均具有较好的自形程度,Th/U大于0.1,振荡环带发育,显示出较为明显的岩浆锆石特征(图 4a~4c),其中:变质中细粒英云闪长岩14JD16-1锆石直径为100~150μm,长宽比约2:1,锆石粒度均匀,外侧被一层较亮的变质边包围,变质边厚度在2~5μm(图 4a),34个测点上交点年龄为2491±21Ma,协和度>95%的22个点获得了2484±11Ma的加权平均年龄(图 5a);变质中细粒石英闪长岩14JD17-1锆石直径为50~80μm,长宽比约1.5:1(图 4b),30个测点上交点年龄为2495±12Ma,并获得了2491±8Ma的加权平均年龄(图 5b);变质细粒石英闪长岩14JD23-1锆石直径40~50μm,长宽比约1.5:1(图 4c),排除一个不在不一致线附近的测点(图 5c中灰色点),29个测点上交点年龄为2537±10Ma,其中27个协和度>95%的点获得了2535±8Ma的加权平均年龄(图 5d);3个样品的上交点年龄及加权平均年龄在误差范围内一致,以上年龄均可以分别代表变质侵入岩原岩的侵位年龄,文中以加权平均年龄进行讨论.

        图  4  锆石阴极发光(CL)图像

        Figure 4.  Zircon cathode luminescence (CL) images with 207Pb/206Pb ages

        图  5  锆石U-Pb谐和图

        Figure 5.  Zircon U-Pb concordia diagrams

        变安山岩14JD20-1锆石长轴直径为80~100μm,长宽比(1.5:1)~(2:1),锆石自形程度较高,阴极发光(CL)图下见明显的振荡环带(图 4d),Th/U范围0.48~2.16,均大于0.1,显示锆石均为岩浆成因.共获得24个有效年龄测点,U-Pb谐和图见图 5d.其中14个测点上交点年龄2576±18Ma,可代表原岩喷发年龄,20、23号测点Pb丢失较严重,无法与其余14个点一同拟合出有效的上交点年龄,故予以剔除(图 5d中灰色虚线椭圆),另有若干年龄较老的锆石处于谐和线附近,其中4颗207Pb/206Pb年龄为2693~2711Ma,3颗207Pb/206Pb年龄为2901~2937Ma,1颗最古老的锆石得到了3578Ma的207Pb/206Pb年龄,这些年龄较老的锆石可能反映了岩浆喷发时裹挟的古老围岩信息.

      • 4个变质火山岩、2个次火山岩样品的总体SiO2含量为54.49%~62.33%,低K(K2O含量为0.34%~2.60%),高Na(Na2O含量为3.03%~4.18%),高Ca(扣减碳酸盐后CaO含量为1.50%~6.13%)、FeOT/MgO(0.96~2.02),样品在岩石分类图解中落入粗面安山岩-英安岩区域(图 6),SiO2-FeOT/MgO分类图解中落入低铁钙碱性系列区域(图 7b).岩石富Mg(MgO=3.30%~6.92%,平均5.14%,Mg#=47~65),Ti含量较低(TiO2=0.50%~0.63%),相对高Fe(FeOT=6.20%~8.46%).图 8a上显示出较明显的稀土分馏,(La/Sm)N平均值为4.13,(Sm/Yb)N平均值为3.08,(La/Yb)N平均12.56,无明显Eu异常;图 8b上显示较强烈亏损Nb、Ta,相对亏损P、Ti,Sr显示轻微富集.

        图  6  岩石分类图解

        Figure 6.  Rock classification diagrams

        图  7  岩浆岩TAS分类图解(a)及SiO2-FeOT/MgO图解(b)

        Figure 7.  TAS rock classification diagram (a) and SiO2-FeOT/MgO diagram (b)

        图  8  球粒陨石标准化稀土配分图解(a、c)及原始地幔标准化微量元素蜘蛛图解(b、d)

        Figure 8.  CHUR normalized REE distribution diagrams (a, c) and primitive mantle normalized spider diagrams (b, d)

      • 7个侵入岩样品的SiO2(59.44%~69.02%)、K2O(1.50%~3.20%)及Na2O(3.66%~5.52%)含量均高于变火山岩类,CaO(2.03%~4.98%)、Al2O3(15.27%~16.84%)含量适中,A/CNK(0.8~1.1)显示偏铝质-弱过铝质,里特曼指数(σ)=1.5~2.6.样品点在图 7a中落入亚碱性系列闪长岩-花岗闪长岩区域,显示样品主要为中酸性侵入岩类,在图 7b中落入钙碱性-低铁钙碱性系列区域.Mg#=31~52,MgO含量偏高(0.85%~4.19%,与SiO2含量正相关),Ti含量与变火山岩相当(0.39%~0.64%),相对低Fe(FeOT 0.93%~4.42%).图 8c显示其轻稀土富集程度与变火山岩相当,但重稀土相对亏损,(La/Sm)N平均值为4.67,(Sm/Yb)N平均值为4.30,(La/Yb)N平均值为20.08,均高于变火山岩类,样品14JD16-1显示轻微Eu正异常;图 8d显示元素的富集亏损变化特征与变火山岩一致,但Nb、Ta、Ti等高场强元素相对亏损程度更高,并同样存在Sr的轻微富集.

      • 高镁安山岩-镁安山岩作为岛弧岩浆岩的组成部分之一,近些年受到了地学界的大量关注,其对壳幔相互作用、地壳生长及洋陆板块模式等重大课题具有重要的意义.通常意义上的高镁安山岩是指相比典型岛弧安山岩具有更高MgO含量或Mg#值,具有强钙碱性趋势的安山岩(Tatsumi,2008).现代板块构造环境中能够满足这一条件的主要环境位于俯冲带,俯冲板片脱水(云母及角闪石分解)可提供富水富硅流体,被交代的上覆地幔楔部分熔融便可形成高镁安山岩;板片继续俯冲发生部分熔融,熔体与上覆地幔楔相互作用可形成镁安山岩.典型的这一类型岩石见于日本赞岐火山岩带(Tatsumi et al., 1982)及阿留申群岛(Kay,1978).

        本文变火山岩为钙碱性安山系列,具有较高的Mg含量,在MgO-SiO2判别图解中落入HMA-MA区域;侵入岩为钙碱性石英闪长-花岗闪长系列,在该图解中落入MA区域(图 9a).与本地区(青龙-双山子-朱杖子地区)同时期的变火山岩及DTTG(闪长岩-石英闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩)侵入岩类(分布及数据见图 1b及其文献)可以对比,变火山岩及侵入岩都具有稀土分馏明显,富集大离子亲石元素,亏损Nb、Ta等高场强元素的岛弧岩浆岩微量元素特征,总体显示了较为典型的高镁安山岩-镁安山岩系列特征.

        图  9  MgO-SiO2判别图解(a)和(La/Yb)N-K2O图解(b)

        Figure 9.  MgO vs. SiO2 diagram (a) and (La/Yb)N vs. K2O diagram (b)

        图 10中,本文变火山岩及区域上的变火山岩主要落入经典岛弧区域,部分落入经典岛弧与埃达克岩石重叠区域;而变质侵入岩样品则主要落入经典岛弧与埃达克岩石重叠区域,少部分样品及区域上的大部分DTTG组合落入埃达克岩区域.显示早期的火山岩与晚期的侵入岩类成因具有一定的差异.大量的实验岩石学研究显示:高镁安山岩(HMA)是流体交代的地幔部分熔融形成,其高的Mg含量来自于富水富硅流体交代下,地幔橄榄岩中橄榄石分解形成斜方辉石(Jolly et al., 2007);镁安山(闪长)岩(MA)则是熔体交代的地幔经部分熔融形成(Martin et al., 2009邓晋福等,2010),因交代地幔的熔体常来自石榴子石为残留相的深度,而使这一类岩石常呈现高Sr低Y及Yb的埃达克岩特征(Defant and Drummond, 1990).富水流体主要富集大离子亲石元素(LILE),且不能将更多的Nb带入地幔楔(Nb、Ta相对亏损),板片熔体通常形成于石榴石稳定区域,故会造成熔体中HREE的亏损(如Y、Yb)从而形成埃达克质岩浆.Nb/Y-La/Yb图解可以有效区分这两种交代作用,在图 11a中,本文及区域上的HMA-MA变火山岩类基本落在熔体交代地幔楔区域,少量样品落在流体交代及熔体交代区域之间,MA系列的变质侵入岩与区域上的DTTG组合则基本落入熔体交代地幔部分熔融区域;这种趋势在图 11b中表现得更加明显,HMA-MA变火山岩类显示了随Mg#增加Sr/Y降低的趋势(流体交代),而MA侵入岩系列则显示了随Mg#增加Sr/Y升高的趋势(熔体交代),这两个图解显示的特征与埃达克岩判别图解结果及实验岩石学理论相吻合,显示区域上这类具有HMA-MA特征的变质火山岩类源区更可能为经过流体交代的地幔楔的部分熔融;而区域上显示了较高的Sr/Y、Nb/Y、La/Yb,具有MA特征的变质侵入岩(闪长岩类),其源区不同比例的存在熔体交代地幔楔部分熔融的贡献;而部分稍微年轻且更富SiO2的英云闪长质花岗岩类(例如本文的14JD16、14JD17样品)以及相邻区域的奥长花岗质侵入岩类,则可能源自闪长质岩浆的分离结晶,部分更加富硅的岩石则可能源自混合的源区(Bai et al., 2014).另一方面,变质火山岩整体较高的SiO2含量及亏损Nb、Ta,轻重稀土分馏等特征又显示其经过了一定程度的地壳混染,而侵入岩类具有更高的(La/Yb)N值,并显示了更加明显的中稀土亏损(Yb上翘,图 8c),显示源区更有可能为含石榴石的角闪岩,还达不到榴辉岩相的程度,这从一个侧面反映了新太古代时期板片熔体可能产生于较浅的位置,新太古代俯冲带地温梯度可能更高.

        图  10  (La/Yb)N-YbN图解(a)及S/Y-Y图解(b)

        Figure 10.  (La/Yb)N vs. YbN (a) and S/Y vs. Y (b) diagrams

        图  11  Nb/Y-La/Yb图解(a)及Sr/Y-Mg/(Mg+Fe)图解(b)

        Figure 11.  Nb/Y vs. La/Yb (a) and Sr/Y vs. Mg/(Mg+Fe) (b) diagrams

      • 近期的同位素年代学研究显示,双山子群及朱杖子群变质火山岩的形成时代主要在2.5~2.6 Ga(Lü et al., 2012郭荣荣等,2014Liu et al., 2014).本文双山子群鲁杖子组变安山岩得到2576Ma的上交点年龄,与文献报道范围一致;区域上新太古代TTG花岗岩类侵入岩的侵位时代在2.50~2.57 Ga(Yang et al., 2008Nutman et al., 2011Bai et al., 2014, 2016Fu et al., 2016),本文报道的侵入岩类结晶年龄在2484~2535Ma,显示冀东地区在2.5~2.6 Ga集中发育了较大规模的火山-岩浆作用,而变质火山岩喷发年龄普遍略早于侵入岩.在图 9b中,区域上的变火山岩类部分落入经典岛弧岩石组合区域(BADR),DTTG侵入岩类部分落入太古宙TTG区域,包括本文样品在内的其余更多的火山岩及侵入岩样品落入二者重叠区域.综合上述岩石成因分析,这一时期的岩浆作用主要为高镁安山岩-镁闪长岩系列,包括了早期的以流体交代地幔楔部分熔融为主的经典岛弧安山岩类及形成稍晚的具有板片熔体交代地幔楔源区特征的埃达克质TTG侵入岩类,而区域上冀东地区已有低Ti、富Nb岛弧拉斑玄武岩类-钙碱性安山岩类(郭荣荣等,2014Guo et al., 2013, 2015, 2017)及闪长-英云闪长-花岗闪长-奥长花岗岩类DTTG组合(Bai et al., 2014, 2016Fu et al., 2016, 2017)等报道,上述一系列文献报道表明冀东地区2.5~2.6 Ga存在板片俯冲,结合本文的高镁安山岩-镁闪长岩系列,笔者认为冀东双山子地区新太古代可能存在由类似板片俯冲而导致的壳幔相互作用,并处于活动大陆边缘构造背景.

      • (1) 冀东青龙-双山子地区的变安山岩形成年代为2576Ma,属高镁-镁安山岩类,可能源自俯冲板片流体交代地幔楔的部分熔融,并受到不同程度的地壳混染.

        (2) 辉长闪长岩-英云闪长岩-石英闪长岩的形成年代为2484~2535Ma,属镁闪长岩(MA),具有某些埃达克质岩石特征,源区具有熔体交代地幔楔部分熔融的贡献.

        (3) 变安山岩形成时代稍早,而辉长闪长岩-英云闪长岩-石英闪长岩形成时代稍晚,构成了高镁安山岩-镁闪长岩岛弧岩浆岩组合,结合区域上的同位素年代学及地球化学报道,显示冀东双山子地区新太古代存在板片俯冲,处于活动大陆边缘构造背景.

        致谢:文章实验数据测试工作得到了天津地质调查中心实验测试室诸多同仁的大力支持,成文及文章思路收到了张亮亮、李小伟的帮助,并得到了审稿专家的严谨斧正,图件绘制得到了钟焱博士的协助,在此一并致谢.

        附补充信息表见: http://www.earth-science.net/WebPage/view.aspx?id=20190117060657.pdf

    参考文献 (52)

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