Zircon U- Pb age and geological significance of quartz monzonite from Qingjianpo, Shanxi Province
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摘要:
通过对华北克拉通北缘青尖坡石英二长岩锆石U-Pb同位素年龄分析, 并结合相关主量和稀土元素数据探讨其地质意义。研究表明, 石英二长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄为241.1±1.7Ma, 为早中三叠世岩浆活动的产物。岩石具有富K、Na、Si、Al, 贫Mg、Ca、Ti等特征, 为高钾碱性钾玄岩系列, 属于过铝质花岗岩类；轻稀土元素相对富集, 重稀土元素相对亏损, 具有稳定的弱负Eu异常。总体为I型花岗岩成因, 但兼具S型花岗岩的特征。青尖坡石英二长岩为中下地壳部分熔融成因, 有地幔物质参与, 为华北克拉通北缘三叠纪碱性岩带的组成部分, 形成于晚造山-造山后的伸展构造环境。
Abstract:In this paper, based on the study of Qingjianpo quartz monzonite of zircon U-Pb isotope age, and combine with the major element data and rare earth elementdata, the authors investigated its geological significance. The LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic age of quartz monzonite is 241.1±1.7Ma, revealing that it is a product of the Early-Middle Triassic magmatism. The rock is enriched in K, Na, Si, Al and depleted in Mg, Ca, Ti, belonging to high calc alkaline shoshonite series and peraluminous granitoid. The rock exhibits the enrichment of LREE relative to HREE, and Eu shows weak negative anomaly. The genetic type of Qingjianpo quartz monzonite is I-type granite. with some features of S-type granites. Qingjianpo quartz monzonite characteristics indicate that the rock was formed from partial melting of the mid-lower crust, with the addition of mantle material. Qingjianpo quartz monzonite is a part of the alkaline magmatic belt of Middle Triassic on the northern margin of North China Craton, and it was formed in the extensional tectonic environment of late orogenic-post-orogenic activity.
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在板块构造机制研究中, 岩浆活动可以看作是大洋板块俯冲或大陆板块碰撞等过程伴随的深部作用的响应, 也是探索地球深部作用过程的“岩石探针”[1-2]。因此, 对岩浆岩的研究, 是对地壳结构、构造演化、壳幔相互作用等大陆动力学问题探讨的有效途径。
华北克拉通是全球最古老的陆核之一, 在古元古代(约1.85Ga)以来一直保持稳定克拉通化[3], 但自中新生代以来, 华北克拉通重新活化, 发育大规模的中生代岩浆作用[4-10], 已成为地质学界关注的热点之一[10, 11-20]。华北克拉通北缘毗邻中亚造山带东段, 经历了复杂的构造演化历史[21-27]。关于其构造背景和演化一直存在较大争议[23, 25, 28-32]。
位于华北克拉通北缘的青尖坡石英二长岩, 是区内典型的早中生代酸性侵入岩。本文通过青尖坡石英二长岩U-Pb测年, 确定其岩体形成时代, 并结合其地球化学特征, 探讨青尖坡石英二长岩的岩石成因、地球动力学背景, 为深入认识华北克拉通北缘地质特征提供参考。
1. 区域地质背景及岩体特征
研究区位于华北克拉通北缘中部碰撞(造山)带内(图 1-a), 大地构造位置位于塔里木-华北板块[33]的Ⅲ级构造单元山西地块(地理上包括山西及豫西), 研究区构造断裂主要为NW—SE向, 地层以新生代沉积物为主, 局部有侏罗系大同组砂岩、粉砂岩、流纹岩出露。区内岩浆岩发育, 主要为新太古代变质深成岩类(义合片麻岩、葛胡窑片麻岩), 以及中元古代辉绿岩脉, 中生代侵入体主要分布于九对沟-胡窑张扭性次级破碎带中(图 1-b)。
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图 1 华北克拉通构造简图(a)和山西青尖坡地区地质略图(b)①1—第四系冲洪积物；2—第四系残坡积物；3—新近系冲洪积物；4—大同组砂岩、粉砂岩、流纹岩；5—石英斑岩脉；6—石英二长岩；7—角砾岩；8—辉绿岩脉；9—义合片麻岩；10—葛胡窑片麻岩；11—变质基性岩；12—构造断裂；13—遥感推测断裂；14—样品采样位置Figure 1. Simplified map of major tectonic units of the north China craton(a) and geological sketch map of the study area(b)区内青尖坡石英二长岩岩体与葛胡窑片麻岩多呈陡倾侵入, 呈复杂岩枝、岩脉状侵入围岩中。部分地段为断层接触。岩体中可见围岩捕虏体。另外, 岩体明显截切数条NW向辉绿岩岩墙。石英二长岩岩体及围岩有不同程度的蚀变, 以绢云母化、黄铁矿化、硅化、碳酸盐化为主, 伴生黑云母化、钾长石化。岩石呈浅灰色、肉红色, 细粒、不等粒二长结构, 块状构造, 与围岩接触处局部发育弱片麻状构造, 主要矿物成分为斜长石(30%~45%)、钾长石(35%~40%)、石英(10%~15%)、黑云母(2%~ 5%), 以及少量角闪石①。
2. 样品分析方法
石英二长岩样品(RZ100)锆石单矿物挑选、阴极发光显微照相、U-Pb同位素测年均在西北大学大陆动力学实验室完成, 阴极发光显微照相工作电压为15kV, 电流为4nA。U-Pb同位素测年采用LA-ICP-MS分析方法。激光剥蚀系统为GeoLas 2005, ICP-MS为Agilent7500。
石英二长岩样品(RZ100)的主量、稀土元素测定均在武汉综合岩矿测试中心完成。主量元素采用XRF法在RIX2100仪器上分析, 分析误差优于5%。稀土元素采用Agilent7500等离子体质谱仪(ICP-MS)测定, 分析误差优于5%~10%。
3. 样品分析结果
3.1 锆石U-Pb年龄
本次对石英二长岩(RZ100)进行了LA-ICPMS锆石U-Pb定年。石英二长岩中的锆石多为粒状、长柱状(图 2), 自形程度较好, 粒径多大于100μm。锆石的U含量为141×10-6~652×10-6, Th含量为140×10-6~1361×10-6(表 1)。锆石晶形多完整, 呈自形棱角状, 色暗, 发育细密的振荡环带, Th/U值为0.54~3.01(图 3-b), 表明锆石为岩浆成因。对锆石测定数据(表 1)运用ICP-MSDATA Cal软件处理, 剔除异常较大的分析点后, 22个分析点的206Pb/238U年龄加权平均值为241.1±1.7Ma(图 3-a), 代表了石英二长岩的结晶年龄。
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图 2 青尖坡石英二长岩锆石阴极发光（CL）图像Figure 2. CL images of representative zircons from Qingjianpo quartz monzonite表 1 青尖坡石英二长岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb分析结果Table 1. The LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb result of the Qingjianpo quartz monzonite测点号 元素含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ RZ100-1 14.0 331.3 264.1 1.25 0.0513 0.0017 0.271 0.008 0.0384 0.0005 252.2 73.2 243.6 6.0 242.7 3.0 RZ100-2 18.1 597.7 290.7 2.06 0.0511 0.0019 0.268 0.009 0.0380 0.0005 243.7 84.9 241.0 7.2 240.7 3.2 RZ100-3 13.1 313.3 200.6 1.56 0.0511 0.0021 0.277 0.010 0.0393 0.0005 242.9 90.5 248.2 8.1 248.7 3.1 RZ100-4 9.5 230.6 140.6 1.64 0.0513 0.0024 0.270 0.011 0.0381 0.0006 254.9 102.6 242.3 9.1 241.0 3.5 RZ100-5 30.2 1054.4 473.2 2.23 0.0511 0.0018 0.272 0.009 0.0386 0.0005 243.7 80.4 244.0 6.8 244.0 3.0 RZ100-6 32.2 1303.5 466.3 2.8 0.0513 0.0015 0.271 0.007 0.0383 0.0005 251.9 66.9 243.1 5.3 242.2 3.0 RZ100-7 12.2 271.7 237.8 1.14 0.0508 0.0016 0.266 0.007 0.0381 0.0005 229.5 72.7 239.8 5.8 240.9 3.0 RZ100-8 19.8 575.3 364.3 1.58 0.0541 0.0014 0.268 0.005 0.0360 0.0004 374.1 56.4 241.1 4.1 227.7 2.7 RZ100-9 14.8 423.4 264.9 1.6 0.0509 0.0017 0.268 0.008 0.0382 0.0005 234.2 76.1 241.0 6.2 241.7 3.1 RZ100-10 13.1 329.6 240.8 1.37 0.0510 0.0021 0.268 0.010 0.0381 0.0005 242.7 90.5 241.2 7.8 241.0 3.3 RZ100-11 154.0 140.4 259.3 0.54 0.1635 0.0033 10.642 0.129 0.4721 0.0055 2, 492.0 33.9 2, 492.4 11.3 2, 492.6 24.0 RZ100-12 25.0 755.8 413.6 1.83 0.0508 0.0013 0.266 0.005 0.0380 0.0005 230.9 58.5 239.7 4.2 240.5 2.8 RZ100-13 25.7 979.4 359.6 2.72 0.0511 0.0018 0.273 0.008 0.0387 0.0005 247.0 78.1 245.0 6.6 244.8 2.9 RZ100-14 19.6 523.9 316.2 1.66 0.0513 0.0014 0.272 0.006 0.0385 0.0005 255.2 63.2 244.6 4.9 243.5 2.9 RZ100-15 17.1 523.2 244.2 2.14 0.0514 0.0015 0.270 0.006 0.0381 0.0005 260.1 65.4 242.7 5.1 240.9 2.9 RZ100-16 19.0 642.6 327.0 1.96 0.0510 0.0021 0.264 0.010 0.0375 0.0005 242.4 92.4 238.0 7.9 237.5 3.1 RZ100-17 17.5 488.1 278.8 1.75 0.0509 0.0020 0.264 0.010 0.0376 0.0005 236.9 90.0 237.9 7.7 237.9 3.0 RZ100-18 30.9 1234.3 427.2 2.89 0.0510 0.0013 0.267 0.005 0.0379 0.0005 240.5 59.1 240.1 4.3 240.0 2.8 RZ100-19 17.4 493.6 309.5 1.59 0.0512 0.0016 0.266 0.007 0.0377 0.0005 248.6 71.3 239.6 5.7 238.7 3.0 RZ100-20 22.5 1077.2 357.9 3.01 0.0510 0.0033 0.266 0.017 0.0378 0.0006 240.4 142.8 239.5 13.3 239.4 3.5 RZ100-21 13.7 368.5 199.6 1.85 0.0509 0.0019 0.269 0.009 0.0383 0.0005 234.3 81.7 241.7 6.9 242.5 3.1 RZ100-22 12.8 412.0 183.9 2.24 0.0513 0.0016 0.272 0.007 0.0384 0.0005 254.7 71.0 244.1 5.8 243.0 3.0 RZ100-23 21.5 748.7 319.8 2.34 0.0514 0.0017 0.272 0.007 0.0384 0.0005 259.0 72.3 244.5 5.9 243.0 3.1 RZ100-24 20.0 634.5 311.4 2.04 0.0518 0.0015 0.275 0.006 0.0385 0.0005 275.7 64.4 246.5 5.1 243.4 3.0 RZ100-25 17.0 606.3 319.5 1.90 0.0770 0.0020 0.377 0.007 0.0355 0.0004 1, 120.0 50.5 324.9 5.4 225.1 2.7 RZ100-26 24.1 1361.8 652.1 2.09 0.1470 0.0032 0.427 0.006 0.0210 0.0003 2, 311.1 36.9 360.7 4.3 134.2 1.6 RZ100-27 32.3 1062.5 448.3 2.37 0.0509 0.0018 0.271 0.008 0.0386 0.0005 235.0 77.4 243.1 6.5 243.9 2.9 注：第3、8、11、25、26号测点误差较大，不参加计算 ![]()
图 3 青尖坡石英二长岩锆石U-Pb谐和图（a）和U-Th相关图（b）Figure 3. U-Pb concordia diagrams for zircons(a)and U-Th diagram(b)of Qingjianpo quartz monzonite3.2 地球化学特征
从岩石化学分析结果看(表 2), 青尖坡石英二长岩的SiO2含量为65.25%~71.47%, 平均68.15%, 属酸性岩, 在TAS图解中落入石英二长岩-花岗岩区域(图 4-a)。里特曼指数σ为2.81~5.17, 平均4.00, 大体属于碱性岩系列。Al2O3含量为15.93%~17.09%, 平均16.15%；Na2O+K2O含量为8.95%~10.73%, 平均9.93%；CaO含量为0.53%~1.52%, 平均0.75%；具高碱、低钙的特点。在SiO2-K2O图解中落入钾玄岩系列(图 4-b)。K2O/Na2O值为0.67~1.63, 平均1.22, 为钾质系列, Al2O3饱和度(A/CNK=Al2O3/ (CaO+Na2O+K2O))摩尔比为0.97~1.24, 平均1.13, 属于过铝质花岗岩类(图 5-a)。
表 2 青尖坡石英二长岩地球化学数据Table 2. Whole-rock major, rare-earth elements data of Qingjianpo quartz monzonite样品编号 岩石名称 采样位置 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O RZ1100 石英二长岩 青尖坡 69.39 0.28 16.22 1.75 0.38 0.02 0.37 0.61 3.89 Ⅶ1yQ334 石英二长岩 青尖坡 68.06 0.24 16.02 1.71 0.86 0.01 0.96 0.53 4.04 H164 石英二长岩 青尖坡 67.5 0.5 15.93 2.06 1.05 0.08 0.44 0.61 6.08 Gs8138 石英二长岩 青尖坡 65.25 0.24 16.78 1.87 0.96 0.06 0.53 1.52 5.12 Ⅶ1yQ333 石英二长斑岩 青尖坡 71.47 0.22 14.87 0.63 0.9 0.01 0.9 0.29 3.4 HY-01 石英二长岩 胡窑 67.22 0.3 17.09 1.84 0.72 0.03 0.95 0.96 4.6 YQ01 石英二长(斑)岩 青尖坡 - - - - - - - - - YQ03 石英二长(斑)岩 羊爪沟 - - - - - - - - - 样品编号 岩石名称 采样位置 K2O P2O5 烧失量 总计 Na2O+K2O K2O/Na2O A/CNK A/NK RZ1100 石英二长岩 青尖坡 5.22 0.14 1.34 99.61 9.11 1.34 1.23 1.34 Ⅶ1yQ334 石英二长岩 青尖坡 6.14 0.08 1.52 100.17 10.18 1.52 1.12 1.20 H164 石英二长岩 青尖坡 4.1 0.18 2.43 99.66 10.18 0.67 1.02 1.10 Gs8138 石英二长岩 青尖坡 5.61 0.22 1.62 99.78 10.73 1.1 0.97 1.16 Ⅶ1yQ333 石英二长斑岩 青尖坡 5.55 0.08 1.43 99.75 8.95 1.63 1.22 1.28 HY-01 石英二长岩 胡窑 4.15 0.11 0.42 100.55 10.41 1.08 1.24 1.42 YQ01 石英二长(斑)岩 青尖坡 - - - - - - - - - YQ03 石英二长(斑)岩 羊爪沟 - - - - - - - - - 样品编号 岩石名称 采样位置 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy RZ1100 石英二长岩 青尖坡 49.9 93 11.2 39.6 6.22 1.52 5.83 0.63 2.49 Ⅶ1yQ334 石英二长岩 青尖坡 - - - - - - - - - H164 石英二长岩 青尖坡 - - - - - - - - - Gs8138 石英二长岩 青尖坡 - - - - - - - - - Ⅶ1yQ333 石英二长斑岩 青尖坡 - - - - - - - - - HY-01 石英二长岩 胡窑 87 142 14.7 51.3 7.73 2.13 5.64 0.712 3.34 YQ01 石英二长(斑)岩 青尖坡 48.4 82.4 8.7 32 5.03 1.16 2.7 0.48 1.89 YQ03 石英二长(斑)岩 羊爪沟 40.2 70.4 6.13 25.7 3.96 0.8 2.09 0.3 1.76 样品编号 岩石名称 采样位置 HO Er Tm Yb Lu Y ΣREE LREE HREE RZ1100 石英二长岩 青尖坡 0.43 1.17 0.15 1.04 0.15 10.9 213.33 201.44 11.89 Ⅶ1yQ334 石英二长岩 青尖坡 - - - - - - - - - H164 石英二长岩 青尖坡 - - - - - - - - - Gs8138 石英二长岩 青尖坡 - - - - - - - - - Ⅶ1yQ333 石英二长斑岩 青尖坡 - - - - - - - - - HY-01 石英二长岩 胡窑 0.573 1.66 0.251 1.53 0.206 18.2 318.77 304.86 13.91 YQ01 石英二长(斑)岩 青尖坡 0.56 0.96 0.14 0.88 0.14 8.73 185.44 177.69 7.75 YQ03 石英二长(斑)岩 羊爪沟 0.35 1.97 0.14 0.98 0.13 9.36 154.91 147.19 7.72 样品编号 岩石名称 采样位置 LREE/HREE (La/Yb)N (La/Sm)N (Gd/Lu)N δEu δCe 数据来源 RZ1100 石英二长岩 青尖坡 16.94 32.35 5.05 4.98 0.77 0.95 本文 Ⅶ1yQ334 石英二长岩 青尖坡 — — — — — — ② H164 石英二长岩 青尖坡 — — — — — — ② Gs8138 石英二长岩 青尖坡 — — — — — — ② Ⅶ1yQ333 石英二长斑岩 青尖坡 — — — — — — ② HY-01 石英二长岩 胡窑 21.92 38.34 7.08 3.51 0.99 0.96 [34] YQ01 石英二长(斑)岩 青尖坡 22.93 37.08 6.05 2.47 0.96 0.97 [35] YQ03 石英二长(斑)岩 羊爪沟 19.07 27.66 6.39 2.06 0.85 1.08 [35] 注：ΣLREE=ΣLREE(La-Eu)，ΣHREE=ΣHREE(Gd-Lu)，—表示未测出。主量元素含量单位为%，稀土元素含量单位为10-6 ![]()
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图 5 青尖坡石英二长岩A/CNK-A/NK(a)和球粒陨石标准化稀土元素配分图解(b)Figure 5. A/NK vs A/CNK plot(a) and chondrite-normalalized REE patterns(b) of Qingjianpo quartz monzonite从稀土元素分析结果看, 样品稀土元素总量(ΣREE)为154.91×10-6~318.77×10-6, 平均218.11× 10-6；轻稀土元素总量(ΣLREE)为147.19×10-6~ 304.86×10-6, 平均207.80×10-6；重稀土元素总量(ΣHREE)为7.72×10-6~13.91×10-6, 平均10.32× 10-6；轻稀土元素明显较重稀土元素富集, ΣLREE/ ΣHREE=16.94~22.93, 平均值为20.21。
稀土元素含量采用球粒陨石标准值[38]进行标准化, 标准化后稀土元素配分曲线(图 5-b)为倾斜程度类似的右倾型。轻稀土元素相对富集, 重稀土元素相对亏损。轻、重稀土元素分馏明显, (La/Yb)N= 27.66~38.34, 平均33.86。轻稀土元素内部分馏较明显, (La/Sm)N=5.05~7.08, 平均6.14；重稀土元素内部分馏作用较弱, (Gd/Lu)N=2.06~4.98, 平均3.26, 重稀土元素活动性较弱。Ce异常不明显, δCe=0.95~ 1.08, 平均值为0.99；具有稳定的弱负Eu异常, δEu= 0.77~0.99, 平均0.89, 表明岩浆演化过程中没有发生大规模的斜长石分离结晶作用。
另外, 石英二长岩负Eu异常不明显, 不同于上地壳的显著负Eu异常, 与中下地壳弱负Eu异常特征[39]类似, 暗示青尖坡石英二长岩的形成很可能与中下地壳有关。
4. 讨论
4.1 岩浆侵位时代
石英二长岩(RZ100)LA-ICP-MS锆石U-Pb定年表明, 22个分析点给出241.1±1.7Ma的年龄, 表明其侵位时间在241.1±1.7Ma左右, 属于早中三叠世。另外, 这22个年龄集中分布(图 6-a), 表明青尖坡英二长岩岩体是在较短地质时期形成的。
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图 6 青尖坡石英二长岩锆石U-Pb年龄分布(a)和地区岩体年龄统计(b)Figure 6. The zircon U-Pb ages of Qingjianpo quartz monzonite(a) and zircon U-Pb ages in the region(b)区内及周边还出露其他早中三叠世岩浆岩体, 如堡子湾岩体[40]、罗家沟岩体[41]、七对沟岩体③、九对沟岩体③, 对这些岩浆岩体年龄数据的研究结果(图 6-b)表明, 这些岩浆岩的侵位年龄介于241.1~ 257.8Ma之间。
因此, 青尖坡石英二长岩及周边相关岩体的测年数据表明, 华北克拉通北缘在早中三叠世存在岩浆活动。
4.2 岩石成因
从石英二长岩岩石化学特征分析, 青尖坡石英二长岩I型、S型花岗岩的特征都比较明显。CaO含量较低, K2O含量较高, K2O/Na2O值较大, 岩石整体呈过铝质岩系列, 显示为S型花岗岩特征[42]；而Na2O含量较高, TiO2含量较低, P2O5含量很低(小于0.30%)等特征则显示I型花岗岩特征[42]。但SiO2与P2O5具显著负相关关系(图 7-a), 与I型花岗岩演化趋势一致[43], 特别是稀土元素配分曲线样式显示富集轻稀土元素, Eu异常不明显, 配分曲线为右倾型(图 5-b), 与典型的I型花岗岩相似, 不同于典型的S型花岗岩常表现出的“海鸥型”稀土元素配分型式[44]。以上特征说明, 青尖坡石英二长岩总体上应为I型花岗岩, 但兼具S型花岗岩的某些特征。
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图 7 青尖坡石英二长岩SiO2-P2O5（a）和La-La/Sm图解（b）Figure 7. SiO2-P2O5(a)and La-La/Sm(b)diagrams for Qingjianpo quartz monzoniteLa与La/Sm呈正相关关系(图 7-b), 显示青尖坡石英二长岩为平衡部分熔融成因[45]。Eu弱负异常暗示源区可能与中下地壳有关[35], 而δEu-(La/Yb)N图显示为壳幔混源型(图 8-a), 说明成岩过程中有幔源物质成分的加入。从TFeO-MgO判别图(图 8-b)也看出远离结晶分析趋势线, 具有明显的岩浆混合作用特征。
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过铝质花岗岩的Al2O3/P2O5值可以作为源区岩石部分熔融温度的指示剂[48], Al2O3/P2O5值大于100, 源区部分熔融温度小于875℃；Al2O3/P2O5值小于100, 源区部分熔融温度大于875℃。青尖坡石英二长岩的Al2O3/P2O5值为31.86~69.92, 均小于100, 显示青尖坡石英二长岩岩浆的形成温度较高。
4.3 岩石形成的地球动力学背景
岩石的地球化学特征一定程度上能够反映其形成背景[2], 在构造环境判别R1-R2图(图 9)上, 青尖坡石英二长岩主要落于晚造山期环境, 具有向后造山环境演化的趋势, 说明青尖坡石英二长岩形成于晚造山-造山后的伸展环境。
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图 9 青尖坡石英二长岩R1-R2因子判别图(底图据参考文献[49])Figure 9. Discriminant diagram of R1-R2 factor for Qingjianpo quartz monzonite自古元古代华北克拉通拼合以来[50-51], 华北克拉通一直处于稳定的克拉通状态[3], 直至晚古生代, 古亚洲洋向华北克拉通下俯冲[19], 最终在二叠纪末发生了华北克拉通北缘与西伯利亚克拉通的碰撞[25, 52-54], 并可能持续到三叠纪[25]。对青尖坡石英二长岩的研究, 证实华北克拉通北缘在三叠纪处于晚造山-造山后伸展构造环境[30, 32, 55-57], 华北克拉通北缘与西伯利亚克拉通的碰撞持续到早中三叠世, 而古亚洲洋盆的闭合时限应早于早中三叠世[32, 58-59]。
华北克拉通北缘发育一条近EW向分布, 长达1500km左右的三叠纪碱性岩带, 该碱性岩带西起内蒙古包头市, 东至吉林省中部[41]。青尖坡石英二长岩与该碱性岩带岩石地球化学特征大体类似[10, 55, 58, 60-61], 形成时代大致相当[10, 41, 60-62], 都形成于拉张的构造背景[55, 58], 说明青尖坡石英二长岩为该碱性岩带的组成部分。
综上所述, 在华北克拉通北缘与西伯利亚克拉通碰撞晚期-碰撞后期的伸展构造环境下, 青尖坡石英二长岩的形成与华北克拉通北缘岩石圈拉张减薄, 导致地幔上涌形成的高温使中下地壳部分熔融有关, 并有幔源物质成分的加入。
5. 结论
(1) LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明, 青尖坡石英二长岩岩体的形成时间为241.1±1.7Ma, 属早中三叠世岩浆活动的产物。
(2) 岩石地球化学研究表明, 青尖坡石英二长岩属高钾钾玄岩系列, 稀土元素配分曲线为右倾型, 轻稀土元素相对富集, 重稀土元素相对亏损, 具有稳定的弱负Eu异常, 为I型花岗岩成因, 但兼具S型花岗岩的某些特征。
(3) 青尖坡石英二长岩形成于晚造山-造山后的伸展环境, 地幔上涌形成的高温使中下地壳发生了部分熔融, 并有幔源物质成分的加入, 是华北克拉通北缘三叠纪碱性岩带的组成部分。
致谢: 感谢审稿专家对本文提出的宝贵意见, 感谢野外工作过程中山西省地质调查院基础中心同仁的大力帮助。 -
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图 1 华北克拉通构造简图(a)和山西青尖坡地区地质略图(b)①
1—第四系冲洪积物；2—第四系残坡积物；3—新近系冲洪积物；4—大同组砂岩、粉砂岩、流纹岩；5—石英斑岩脉；6—石英二长岩；7—角砾岩；8—辉绿岩脉；9—义合片麻岩；10—葛胡窑片麻岩；11—变质基性岩；12—构造断裂；13—遥感推测断裂；14—样品采样位置
Figure 1. Simplified map of major tectonic units of the north China craton(a) and geological sketch map of the study area(b)
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图 2 青尖坡石英二长岩锆石阴极发光（CL）图像
Figure 2. CL images of representative zircons from Qingjianpo quartz monzonite
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图 3 青尖坡石英二长岩锆石U-Pb谐和图（a）和U-Th相关图（b）
Figure 3. U-Pb concordia diagrams for zircons(a)and U-Th diagram(b)of Qingjianpo quartz monzonite
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图 5 青尖坡石英二长岩A/CNK-A/NK(a)和球粒陨石标准化稀土元素配分图解(b)
Figure 5. A/NK vs A/CNK plot(a) and chondrite-normalalized REE patterns(b) of Qingjianpo quartz monzonite
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图 6 青尖坡石英二长岩锆石U-Pb年龄分布(a)和地区岩体年龄统计(b)
Figure 6. The zircon U-Pb ages of Qingjianpo quartz monzonite(a) and zircon U-Pb ages in the region(b)
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图 7 青尖坡石英二长岩SiO2-P2O5（a）和La-La/Sm图解（b）
Figure 7. SiO2-P2O5(a)and La-La/Sm(b)diagrams for Qingjianpo quartz monzonite
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图 9 青尖坡石英二长岩R1-R2因子判别图
(底图据参考文献[49])
Figure 9. Discriminant diagram of R1-R2 factor for Qingjianpo quartz monzonite
表 1 青尖坡石英二长岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb分析结果
Table 1 The LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb result of the Qingjianpo quartz monzonite
测点号 元素含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ RZ100-1 14.0 331.3 264.1 1.25 0.0513 0.0017 0.271 0.008 0.0384 0.0005 252.2 73.2 243.6 6.0 242.7 3.0 RZ100-2 18.1 597.7 290.7 2.06 0.0511 0.0019 0.268 0.009 0.0380 0.0005 243.7 84.9 241.0 7.2 240.7 3.2 RZ100-3 13.1 313.3 200.6 1.56 0.0511 0.0021 0.277 0.010 0.0393 0.0005 242.9 90.5 248.2 8.1 248.7 3.1 RZ100-4 9.5 230.6 140.6 1.64 0.0513 0.0024 0.270 0.011 0.0381 0.0006 254.9 102.6 242.3 9.1 241.0 3.5 RZ100-5 30.2 1054.4 473.2 2.23 0.0511 0.0018 0.272 0.009 0.0386 0.0005 243.7 80.4 244.0 6.8 244.0 3.0 RZ100-6 32.2 1303.5 466.3 2.8 0.0513 0.0015 0.271 0.007 0.0383 0.0005 251.9 66.9 243.1 5.3 242.2 3.0 RZ100-7 12.2 271.7 237.8 1.14 0.0508 0.0016 0.266 0.007 0.0381 0.0005 229.5 72.7 239.8 5.8 240.9 3.0 RZ100-8 19.8 575.3 364.3 1.58 0.0541 0.0014 0.268 0.005 0.0360 0.0004 374.1 56.4 241.1 4.1 227.7 2.7 RZ100-9 14.8 423.4 264.9 1.6 0.0509 0.0017 0.268 0.008 0.0382 0.0005 234.2 76.1 241.0 6.2 241.7 3.1 RZ100-10 13.1 329.6 240.8 1.37 0.0510 0.0021 0.268 0.010 0.0381 0.0005 242.7 90.5 241.2 7.8 241.0 3.3 RZ100-11 154.0 140.4 259.3 0.54 0.1635 0.0033 10.642 0.129 0.4721 0.0055 2, 492.0 33.9 2, 492.4 11.3 2, 492.6 24.0 RZ100-12 25.0 755.8 413.6 1.83 0.0508 0.0013 0.266 0.005 0.0380 0.0005 230.9 58.5 239.7 4.2 240.5 2.8 RZ100-13 25.7 979.4 359.6 2.72 0.0511 0.0018 0.273 0.008 0.0387 0.0005 247.0 78.1 245.0 6.6 244.8 2.9 RZ100-14 19.6 523.9 316.2 1.66 0.0513 0.0014 0.272 0.006 0.0385 0.0005 255.2 63.2 244.6 4.9 243.5 2.9 RZ100-15 17.1 523.2 244.2 2.14 0.0514 0.0015 0.270 0.006 0.0381 0.0005 260.1 65.4 242.7 5.1 240.9 2.9 RZ100-16 19.0 642.6 327.0 1.96 0.0510 0.0021 0.264 0.010 0.0375 0.0005 242.4 92.4 238.0 7.9 237.5 3.1 RZ100-17 17.5 488.1 278.8 1.75 0.0509 0.0020 0.264 0.010 0.0376 0.0005 236.9 90.0 237.9 7.7 237.9 3.0 RZ100-18 30.9 1234.3 427.2 2.89 0.0510 0.0013 0.267 0.005 0.0379 0.0005 240.5 59.1 240.1 4.3 240.0 2.8 RZ100-19 17.4 493.6 309.5 1.59 0.0512 0.0016 0.266 0.007 0.0377 0.0005 248.6 71.3 239.6 5.7 238.7 3.0 RZ100-20 22.5 1077.2 357.9 3.01 0.0510 0.0033 0.266 0.017 0.0378 0.0006 240.4 142.8 239.5 13.3 239.4 3.5 RZ100-21 13.7 368.5 199.6 1.85 0.0509 0.0019 0.269 0.009 0.0383 0.0005 234.3 81.7 241.7 6.9 242.5 3.1 RZ100-22 12.8 412.0 183.9 2.24 0.0513 0.0016 0.272 0.007 0.0384 0.0005 254.7 71.0 244.1 5.8 243.0 3.0 RZ100-23 21.5 748.7 319.8 2.34 0.0514 0.0017 0.272 0.007 0.0384 0.0005 259.0 72.3 244.5 5.9 243.0 3.1 RZ100-24 20.0 634.5 311.4 2.04 0.0518 0.0015 0.275 0.006 0.0385 0.0005 275.7 64.4 246.5 5.1 243.4 3.0 RZ100-25 17.0 606.3 319.5 1.90 0.0770 0.0020 0.377 0.007 0.0355 0.0004 1, 120.0 50.5 324.9 5.4 225.1 2.7 RZ100-26 24.1 1361.8 652.1 2.09 0.1470 0.0032 0.427 0.006 0.0210 0.0003 2, 311.1 36.9 360.7 4.3 134.2 1.6 RZ100-27 32.3 1062.5 448.3 2.37 0.0509 0.0018 0.271 0.008 0.0386 0.0005 235.0 77.4 243.1 6.5 243.9 2.9 注：第3、8、11、25、26号测点误差较大，不参加计算 
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表 2 青尖坡石英二长岩地球化学数据
Table 2 Whole-rock major, rare-earth elements data of Qingjianpo quartz monzonite
样品编号 岩石名称 采样位置 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O RZ1100 石英二长岩 青尖坡 69.39 0.28 16.22 1.75 0.38 0.02 0.37 0.61 3.89 Ⅶ1yQ334 石英二长岩 青尖坡 68.06 0.24 16.02 1.71 0.86 0.01 0.96 0.53 4.04 H164 石英二长岩 青尖坡 67.5 0.5 15.93 2.06 1.05 0.08 0.44 0.61 6.08 Gs8138 石英二长岩 青尖坡 65.25 0.24 16.78 1.87 0.96 0.06 0.53 1.52 5.12 Ⅶ1yQ333 石英二长斑岩 青尖坡 71.47 0.22 14.87 0.63 0.9 0.01 0.9 0.29 3.4 HY-01 石英二长岩 胡窑 67.22 0.3 17.09 1.84 0.72 0.03 0.95 0.96 4.6 YQ01 石英二长(斑)岩 青尖坡 - - - - - - - - - YQ03 石英二长(斑)岩 羊爪沟 - - - - - - - - - 样品编号 岩石名称 采样位置 K2O P2O5 烧失量 总计 Na2O+K2O K2O/Na2O A/CNK A/NK RZ1100 石英二长岩 青尖坡 5.22 0.14 1.34 99.61 9.11 1.34 1.23 1.34 Ⅶ1yQ334 石英二长岩 青尖坡 6.14 0.08 1.52 100.17 10.18 1.52 1.12 1.20 H164 石英二长岩 青尖坡 4.1 0.18 2.43 99.66 10.18 0.67 1.02 1.10 Gs8138 石英二长岩 青尖坡 5.61 0.22 1.62 99.78 10.73 1.1 0.97 1.16 Ⅶ1yQ333 石英二长斑岩 青尖坡 5.55 0.08 1.43 99.75 8.95 1.63 1.22 1.28 HY-01 石英二长岩 胡窑 4.15 0.11 0.42 100.55 10.41 1.08 1.24 1.42 YQ01 石英二长(斑)岩 青尖坡 - - - - - - - - - YQ03 石英二长(斑)岩 羊爪沟 - - - - - - - - - 样品编号 岩石名称 采样位置 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy RZ1100 石英二长岩 青尖坡 49.9 93 11.2 39.6 6.22 1.52 5.83 0.63 2.49 Ⅶ1yQ334 石英二长岩 青尖坡 - - - - - - - - - H164 石英二长岩 青尖坡 - - - - - - - - - Gs8138 石英二长岩 青尖坡 - - - - - - - - - Ⅶ1yQ333 石英二长斑岩 青尖坡 - - - - - - - - - HY-01 石英二长岩 胡窑 87 142 14.7 51.3 7.73 2.13 5.64 0.712 3.34 YQ01 石英二长(斑)岩 青尖坡 48.4 82.4 8.7 32 5.03 1.16 2.7 0.48 1.89 YQ03 石英二长(斑)岩 羊爪沟 40.2 70.4 6.13 25.7 3.96 0.8 2.09 0.3 1.76 样品编号 岩石名称 采样位置 HO Er Tm Yb Lu Y ΣREE LREE HREE RZ1100 石英二长岩 青尖坡 0.43 1.17 0.15 1.04 0.15 10.9 213.33 201.44 11.89 Ⅶ1yQ334 石英二长岩 青尖坡 - - - - - - - - - H164 石英二长岩 青尖坡 - - - - - - - - - Gs8138 石英二长岩 青尖坡 - - - - - - - - - Ⅶ1yQ333 石英二长斑岩 青尖坡 - - - - - - - - - HY-01 石英二长岩 胡窑 0.573 1.66 0.251 1.53 0.206 18.2 318.77 304.86 13.91 YQ01 石英二长(斑)岩 青尖坡 0.56 0.96 0.14 0.88 0.14 8.73 185.44 177.69 7.75 YQ03 石英二长(斑)岩 羊爪沟 0.35 1.97 0.14 0.98 0.13 9.36 154.91 147.19 7.72 样品编号 岩石名称 采样位置 LREE/HREE (La/Yb)N (La/Sm)N (Gd/Lu)N δEu δCe 数据来源 RZ1100 石英二长岩 青尖坡 16.94 32.35 5.05 4.98 0.77 0.95 本文 Ⅶ1yQ334 石英二长岩 青尖坡 — — — — — — ② H164 石英二长岩 青尖坡 — — — — — — ② Gs8138 石英二长岩 青尖坡 — — — — — — ② Ⅶ1yQ333 石英二长斑岩 青尖坡 — — — — — — ② HY-01 石英二长岩 胡窑 21.92 38.34 7.08 3.51 0.99 0.96 [34] YQ01 石英二长(斑)岩 青尖坡 22.93 37.08 6.05 2.47 0.96 0.97 [35] YQ03 石英二长(斑)岩 羊爪沟 19.07 27.66 6.39 2.06 0.85 1.08 [35] 注：ΣLREE=ΣLREE(La-Eu)，ΣHREE=ΣHREE(Gd-Lu)，—表示未测出。主量元素含量单位为%，稀土元素含量单位为10-6
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