地质通报  2020, Vol. 39 Issue (9): 1422-1435  
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李敏, 任邦方, 段霄龙, 田健, 段连峰, 牛文超. 内蒙古北山造山带小红山地区三叠纪花岗岩成因—来自锆石U-Pb年龄和Hf同位素的约束[J]. 地质通报, 2020, 39(9): 1422-1435.
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Li M, Ren B F, Duan X L, Tian J, Duan L F, Niu W C. Petrogenesis of Triassic granites in Xiaohongshan area, Beishan orogenic belt: Constraints from zircon U-Pb ages and Hf isotopes[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(9): 1422-1435.
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基金项目

中国地质调查局项目《全国陆域及海区地质图件更新与共享(中国地质调查局天津地质调查中心)》(编号:DD20190371)、《温都尔庙和镶黄旗地区区域地质调查》(编号:DD20190038)和《阴山成矿带小狐狸山和雅布赖地区区域地质矿产调查》(编号:DD20160039)

作者简介

李敏(1986-), 男, 硕士, 工程师, 从事岩石地球化学和岩石大地构造研究。E-mail:limin_2447@qq.com

通讯作者

任邦方(1981-), 男, 高级工程师, 从事基础地质和地球化学研究。E-mail:23907729@qq.com

文章历史

收稿日期: 2019-09-10
修订日期: 2019-11-20
内蒙古北山造山带小红山地区三叠纪花岗岩成因—来自锆石U-Pb年龄和Hf同位素的约束
李敏1,2, 任邦方1,2, 段霄龙1,2, 田健1,2, 段连峰1,2, 牛文超1,2    
1. 中国地质调查局天津地质调查中心, 天津 300170;
2. 华北地质科技创新中心, 天津 300170
摘要: 对北山造山带小红山地区三叠纪花岗斑岩锆石U-Pb年龄、锆石Hf同位素和全岩地球化学组成进行了研究。LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示,2个花岗斑岩样品的锆石206Pb/238U年龄为211.8±1.6 Ma和205.9±1.7 Ma,显示花岗斑岩的侵位时代为晚三叠世晚期。花岗斑岩具有高硅、富碱、准铝,贫钙、镁、铁的特征,属于高钾钙碱性至钾玄岩系列,分异程度较高,属高分异Ⅰ型花岗岩,富集Rb、Th、U、La、Ce等大离子亲石元素,亏损Nb、P、Ti等高场强元素和Ba、Sr,表现出低Sr,高Yb和Y的特点,并具有明显的负Eu异常。εHft)值较高(-1.43~9.93),Hf同位素地壳模式年龄TDMC为610~1335 Ma,指示花岗斑岩均源于具有幔源烙印的新生地壳并混有重熔的古老地壳。结合最近获得的数据及区域地质资料,提出在后造山伸展体制下,基性岩浆底侵带来的热导致新元古代—古生代新生地壳的部分熔融,并遭受了下元古界古老地壳重熔的岩浆混染,形成的岩浆经过分离结晶作用,最终在中上地壳侵位形成了晚三叠世花岗斑岩。
关键词: 三叠纪    花岗岩    后造山伸展    锆石U-Pb年龄    锆石Hf同位素    北山造山带    
Petrogenesis of Triassic granites in Xiaohongshan area, Beishan orogenic belt: Constraints from zircon U-Pb ages and Hf isotopes
LI Min1,2, REN Bangfang1,2, DUAN Xiaolong1,2, TIAN Jian1,2, DUAN Lianfeng1,2, NIU Wenchao1,2    
1. Tianjin Center, China Geological Survey, Tianjian 300170, China;
2. North China Center for Geoscience Innovation, Tianjian 300170, China
Abstract: In this paper, zircon U-Pb ages, Hf isotopes and whole rock geochemical compositions of Triassic granite-porphyry in Xiaohongshan area of Beishan orogenic belt were systematically studied.Zircon LA-MC-ICP-MS U-Pb dating results show that the two ages of granite-porphyry are 211.8±1.6 Ma(the confidence value is 95%, n=24, MSDW=2.4)and 205.9±1.7 Ma(the confidence value is 95%, n=23, MSDW=2.9)respectively, which intruded at the late stage of Late Triassic.The granite-porphyry in the study area is characterized by high silicon, rich alkali, quasi-aluminum, and poor calcium, magnesium, and iron.It belongs to the series of high potassium calc-alkaline to potassic basanite with high degree of differentiation.It belongs to highly differentiated Ⅰ-type granite.It is enriched in Rb, Th, U, La, Ce and other large ion lithophile elements and depleted in Nb, P, Ti, Ba and Sr. It is characterized by low Sr, high Yb and Y with obvious negative europium anomaly.The εHf(t)values range from -1.43 to 9.93, which are relatively high, and the Hf isotopic crustal model ages range from 610 Ma to 1335 Ma, indicating that the granite-porphyry was derived from the juvenile crust with mantle imprint mixed with remelting old crust. According to the data obtained in this paper and other regional geological data acquired recently, it is proposed that, under the post-orogenic extension system, the heat brought by the underplating of basic magma caused the partial melting of the juvenile crust from Neoproterozoic to Paleozoic, and suffered magma contamination of the remelting of the old crust of Lower Proterozoic.In addition, the magma was finally emplaced in the middle and upper crust after fractional crystallization, forming the the Late Triassic granite-porphyry in the study area.
Key words: Triassic    granites    post-orogenic extension    zircon U-Pb age    zircon Hf isotopes    Beishan orogenic belt    

北山造山带地处甘、新、蒙交界位置, 西邻东天山, 东接阿拉善, 位于中亚造山带的南缘(图 1-a), 为塔里木板块(敦煌地块)、哈萨克斯坦板块和华北板块(阿拉善地块)结合部位[1-3]。关于北山造山带形成过程的研究,古生代增生造山的岩浆作用研究程度较高[4-10],对早中生代花岗质岩浆作用过程及性质的研究偏弱,可靠的锆石U-Pb年龄数据相对偏少。早中三叠世侵入岩零星出露于造山带中北部,刘明强等[11]在1:5万红岭等3幅区域地质调查中发现的二长花岗岩的锆石U-Pb年龄为237.8±4.3 Ma,并认为这套高钾钙碱性系列的偏铝质-弱过铝质花岗岩类形成于后造山环境;李舢等[12]在大豁落山南石英二长岩中获得的锆石U-Pb年龄为238±1 Ma。晚三叠世侵入岩在南部和北部均有出露,李舢等[13]在南部花牛山地区的高钾钙碱性正长花岗岩和花岗斑岩中分别获得了221±3 Ma和217±1 Ma的锆石U-Pb年龄,并认为其侵位于后造山的环境。目前未见造山带北部晚三叠世花岗岩的详细报道,且三叠纪岩浆岩研究工作相对薄弱,针对此种情况,为确定北山造山带三叠纪花岗岩的岩石成因、岩浆源区和构造背景,本文对北山造山带小红山地区广泛出露的花岗斑岩进行了岩石学、锆石U-Pb年龄和Hf同位素研究,并探讨三叠纪花岗岩的构造意义。

图 1 北山造山带小红山地区地质简图 Fig.1 Geological sketch map of Xiaohongshan area in Beishan orogenic belt
1 区域地质概况及岩石学特征

北山造山带位于中亚造山带南缘(图 1-a),是调查中亚造山带构造演化的关键地区,也是中亚造山带研究的热点地区之一,以多条岩浆弧的侧向增生为主要特点。根据蛇绿混杂岩的时空分布和岩石组合特征,北山造山带东段由北向南依次划分为黑鹰山和雀儿山、红石山、公婆泉-东七一山、双阴山-花牛山4个不同时期的岩浆弧[1, 14-15](图 1-b)。

研究区位于北山造山带东段的旱山地块和红石山晚古生代岩浆弧的交界位置(图 1-b), 主要由古元古界北山岩群、二叠纪和三叠纪花岗岩组成(图 1-c)。三叠纪花岗岩呈岩基产出,呈岩枝、岩脉状侵入二叠纪花岗岩和北山岩群(图 1-c),主要岩性为花岗斑岩(图 2-a),斑晶主要由钾长石(大于15%)、斜长石(小于5%)和石英(大于15%)组成,粒径一般为0.5~3.5 mm,星散状分布,部分呈聚斑状、联斑状分布。基质由钾长石(大于40%)、斜长石(小于10%)、石英(大于15%)和少量暗色矿物假像组成,粒度一般为0.05~0.2 mm(图 2-b)。

图 2 小红山地区花岗斑岩野外(a)与镜下照片(b) Fig.2 Field photo(a) and micrograph(b) of the granite-porphyry in Xiaohongshan area Q—石英;Kf—钾长石
2 样品测试方法

本次采集了2件花岗斑岩样品(TW730a、TW730b)用于锆石U-Pb同位素测试。原岩样品按常规方法粉碎、淘洗,经磁选和重液分离,然后在双目镜下人工挑选晶形完好且无明显裂痕的锆石。锆石样品靶的制备和透射光、反射光、阴极发光(CL)图像的采集在北京锆年领航科技有限公司完成。锆石U-Pb同位素测定在天津地质调查中心实验室完成,质谱仪选用Thermo Fisher公司的NEPTUNE[16-17],激光器是NEWWAVE 193 nmFX。测试中以氦气作为剥蚀物质的载气,采用的激光束斑直径为35 μm,测试流程见参考文献[18]。最终测试数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal[19]

锆石Hf同位素测试在天津地质调查中心同位素实验室配有193 nm取样系统的NEPTUNE(MC-ICPMS)上进行,测定时选取的斑点部位与已完成的U-Pb同位素测定的相同或接近。测试的激光束斑直径为35 μm,激光脉冲频率为8~10 Hz。测试条件及流程见耿建珍等[16]εHf(t)值根据同一测点的206Pb/238U年龄计算,采用的176Lu衰变常数为1.867×10-11 a[20],球粒陨石176Lu/177Hf值为0.0336,176Hf/177Hf值为0.282785[21]。亏损地幔模式年龄(TDM)的计算参考现今亏损地幔176Lu/177Hf值(0.0384)和176Hf/177Hf值(0.28325)[22]。假设每颗锆石的母岩浆来自平均大陆地壳,采用176Lu/177Hf值为0.015[23]计算锆石Hf同位素的地壳模式年龄TDMC

样品主量、微量元素测试在天津地质调查中心实验室完成。主量元素采用X射线荧光光谱仪(XRF)测定,FeO应用氢氟酸-硫酸溶样、重铬酸钾滴定的容量法,测试精度优于2%,微量元素采用ICP-MS进行测试,精度优于5%。

3 测试结果 3.1 锆石U-Pb同位素

样品TW730a和TW730b的LA-ICP-MS锆石U-Pb测试结果见表 1

表 1 小红山地区花岗斑岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素数据表 Table 1 Zircon LA-MC-ICP-MS U-Th-Pb dating result of the granite-porphyry in Xiaohongshan area

2件样品锆石自形程度较好,呈长柱状,部分为短柱状,长轴100~180 μm,长宽比为1.2:1~4:1。锆石CL图像显示出岩浆型锆石的振荡/韵律环带结构(图 3),属于岩浆结晶的产物。样品TW730a和TW730b锆石Th/U值分别为0.20~1.51和0.54~1.51,高于变质成因锆石(一般小于0.1),反映其为岩浆成因[24-25]

图 3 小红山地区花岗斑岩锆石阴极发光(CL)图像及206Pb/238U年龄 Fig.3 CL images and 206Pb/238U ages of zircons for the granite-porphyry in Xiaohongshan area (实线圈为U-Pb测点,虚线圈为Hf同位素测点)

样品TW730a(图 4-a)测得24个数据,其206Pb/238U年龄为203±3~217±2 Ma,加权平均值为211.8±1.6 Ma(置信度95%),MSDW=2.4。

图 4 小红山地区花岗斑岩样品TW730a(a)和TW730b(b)锆石U-Pb谐和图 Fig.4 Zircons U-Pb concordia diagrams of the granite-porphyry TW730(a) and TW730b(b) in Xiaohongshan area

样品TW730b测得24个数据,剔除离谐和线较远的6号点,其余23个点的206Pb/238U年龄为198±2~212±3 Ma(图 4-b),其加权平均值为205.9±1.7 Ma(置信度95%),MSWD=2.9。

上述锆石为岩浆锆石,且测点均位于锆石振荡环带,故所有年龄均代表样品锆石的结晶年龄,花岗斑岩的侵位时代为晚三叠世晚期。

3.2 地球化学特征

主量和微量元素测定结果、CIPW标准矿物及主要岩石化学参数见表 2。样品在成分上属正长花岗岩(图 5-a),为亚碱性系列向碱性系列过渡(图 5-b),里特曼指数σ为2.06~2.22,属于钙碱性岩系。

表 2 小红山地区花岗斑岩主量、微量和稀土元素测试结果 Table 2 Major, trace elements and REE compositions of the granite-porphyry in Xiaohongshan area
图 5 小红山地区花岗斑岩主量元素图解 Fig.5 Major element diagrams of the granite-porphyry in Xiaohongshan area (a中:Q’=Q×100/(Q+Or+Ab+An), ANOR=An×100/(Or+ An))
IAG—岛弧花岗岩类;CAG—大陆弧花岗岩类;CCG—大陆碰撞花岗岩类;POG—后造山花岗岩类;RRG—与裂谷有关的花岗岩类

花岗斑岩主量元素特征可归结为:①具有高硅、高分异特点,SiO2含量为75.59%~76.38%,分异指数DI为93.84~95.44;②A/CNK-A/NK图解(图 5-c)显示,本文样品为准铝质-弱过铝质,且A/CNK均小于1.1,Al2O3含量为12.31%~12.51%。③全碱含量较高,全碱ALK为8.25%~8.60%;过碱指数AKI值为0.86~0.91;④K2O含量较高,为4.49%~5.44%,Na2O含量为2.87%~3.86%,SiO2-K2O图解(图 5-d)显示,本文样品整体为高钾钙碱性系列-钾玄岩系列;⑤TFeO、MgO和CaO含量均较低,TFeO/(TFeO+MgO)值较低,在SiO2-TFeO/(TFeO+MgO)图解(图 5-e)上, 花岗斑岩显示铁质岩石特征,在SiO2-(Na2O+ K2O-CaO)图解(图 5-f)中,花岗斑岩样品投点位于钙碱性系列向碱钙性系列过渡区域。

花岗斑岩样品在稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(图 6-a)上呈海鸥型分布的特征。表 2中数据显示,岩体的稀土元素总量(ΣREE)较高,为167.6×10-6~280.9×10-6;富集轻稀土元素,LREE/HREE=3.3~7.6;轻稀土元素的分馏较重稀土元素明显,(La/Sm)N为2.7~4.7,(Gd/Yb)N=0.7~1.0;负Eu异常明显,δEu值均为0.2。

图 6 小红山地区花岗斑岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) Fig.6 Chondrite-normalized rare earth element patterns(a)and primitive mantle-normalized trace elemets spider diagrams(b)of the granite-porphyry in Xiaohongshan area

在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 6-b)中,花岗斑岩样品富集Rb、Th、U等大离子亲石元素(LILE),富集La、Ce等轻稀土元素,亏损Nb、P、Ti等高场强元素(HSFE)和Ba、Sr,表现为低Sr(21.5×10-6~58.0×10-6),高Yb(4.3×10-6~6.8×10-6)和Y(31.4×10-6~49.6×10-6)的特点。

3.3 锆石Hf同位素

2个花岗斑岩样品的锆石各选取16个已完成U-Pb同位素测试的测点,测定其Lu-Hf同位素,数据见表 3。各点的176Lu/177Hf值介于0.0007~0.0057之间,均小于0.02,说明锆石形成之后几乎没有放射性成因Hf积累[26]。2个样品TW730a和TW730b的176Hf/177Hf值分别为0.282615~0.282940和0.282646~0.282801,位于下地壳与亏损地幔演化线之间(图 7-a);Hf同位素组成相对于球粒陨石的万分偏差εHf(t)值较高,分别为-1.43~9.93和-0.15~5.45,除2个测点外,其他测点均位于球粒陨石与亏损地幔演化线之间(图 7-b),显示源区以新生地壳为主。TW730a和TW730b Hf同位素模式年龄TDM分别为610~1335 Ma和894~1247 Ma,主要集中于新元古代。

表 3 小红山地区花岗斑岩锆石Lu-Hf同位素数据 Table 3 Zircon Lu-Hf isotopic data of the granite-porphyry in Xiaohongshan area
图 7 小红山地区花岗斑岩锆石206Pb/238U年龄-176Hf/177Hf(a)和206Pb/238U年龄-εHf(t)(b)图解 Fig.7 206Pb/238U age-176Hf/177Hf(a) and 206Pb/238U age-εHf(t)(b) diagrams of the granite-porphyry in Xiaohongshan area
4 讨论 4.1 成因类型

研究区花岗斑岩的分异程度普遍较高(分异指数DI=93.84~95.44)。所有样品在SiO2-TFeO/MgO图解(图 8-a)中位于Ⅰ型和S型花岗岩区,在SiO2-Ce图解(图 8-b)中均位于Ⅰ型花岗岩区。本文花岗岩样品均未见白云母、堇青石、石榴子石等S型花岗岩矿物,且所有样品均显示准铝质、弱过铝质特征(A/CNK < 1.1),因此,本文花岗岩排除S型花岗岩的可能。

图 8 小红山地区花岗斑岩成因类型判别图解 Fig.8 Various chemical discrimination diagrams for the granite-porphyry in Xiaohongshan area Ⅰ、S、A—Ⅰ型、S型、A型花岗岩;OGT—未分异的Ⅰ、S型花岗岩区;FG—分异的Ⅰ型花岗岩区

Whalen等[27]提出以过碱指数AKI=0.85,总碱含量ALK=8.5%作为A型花岗岩的下限。本次采集的花岗斑岩样品的AKI值(0.86~0.91)均大于A型花岗岩下限,但普遍小于碱性花岗岩的AKI值下限(AKI=1),ALK(8.34~8.67)部分达到A型花岗岩的下限值。A型花岗岩往往具有较高的Zr、Nb、Ce、Y含量,本文碱长花岗岩虽然ALK、AKI较高,但Zr、Ce、Y及Zr+Nb+Ce+Y含量均低于A型花岗岩下限值(Zr=250×10-6,Ce=148×10-6,Zr+Nb+Ce+Y=350×10-6),显示Ⅰ型花岗岩特征。在(Zr+Nb+Ce+Y)-(Na2O+K2O)/CaO图解(图 8-c)中,所有样品点均落入分异的花岗岩区域。

同时,Whalen等[27]发现,A型花岗岩具有低Al,高Ga、Zr的特征,以10000Ga/Al=2.6作为A型花岗岩的下限值,本文花岗斑岩样品的10000Ga/Al(1.53~1.88)均低于该值(图 8-d)。本文样品的锆石饱和温度(TZr)为782~819℃(表 4),只有1个样品的TZr大于800℃,平均温度(791.5℃)小于A型花岗岩的下限值(800℃)[28]。Zr/Hf-Nb/Ta图解(图 8-e),花岗斑岩落入高分异花岗岩和A型花岗岩重叠区域,但仍然显示分异的特征。本文碱长花岗岩的MgO、TFeO、TiO2含量均较低,在100*(MgO+TFeO+TiO2)/SiO2-(Al2O3+CaO)/(TFeO+Na2O+K2O)图解(图 8-f)中,样品均落入高分异钙碱性岩区。鉴于此,笔者认为本次采集的花岗斑岩样品为高分异的Ⅰ型花岗岩。

表 4 小红山地区花岗斑岩锆石饱和温度测试结果 Table 4 Result from saturated Zr thermometer of the granite-porphyry in Xiaohongshan area
4.2 岩石成因

本文花岗斑岩样品内未见继承锆石,可能反映花岗斑岩岩浆经历了高分异的高程度演化。本文样品的锆石饱和温度(782~819℃)相对较高,暗示花岗斑岩成岩前的温度应该更高,较热的岩浆可能熔解了先存的继承锆石[29]。花岗斑岩体中发育丰富的岩枝,反映其可能侵位于较浅层次。

地球化学特征主要由源区成分、物理条件(如温度、压力)、部分熔融、分离结晶等控制。本文花岗斑岩具有高硅(75.59%~76.38%)、高钾(4.49%~5.44%)的特征,说明其可能形成于中上地壳。且样品具有较高的全碱含量(8.25%~8.60%),TFeO(0.81%~1.24%)、MgO(0.11%~0.18%)和CaO(0.66%~0.82%)含量均较低。SiO2与TFe2O3、TiO2、CaO和P2O5呈负相关,可能存在角闪石、黑云母等基性矿物,以及磷灰石、钛铁矿的分离结晶。SiO2与K2O呈强烈的负相关,暗示存在黑云母的分离结晶。LaN-(La/Yb)N变异图解(图 9-a)显示,花岗斑岩显示较弱的独居石和褐帘石的分离结晶。本文花岗斑岩显示强烈的负Eu异常(δEu=0.2)和较低的Sr含量(21.5×10-6~58.0×10-6),显示钾长石和斜长石分离结晶较强烈(图 9-b);较高的Rb含量(779×10-6~987×10-6)显示主要发生斜长石的分离结晶(图 9-c);Ba含量偏低(47.8×10-6~108×10-6),显示发生了强烈的钾长石分离结晶作用,同时伴随黑云母的分离结晶(图 9-d);TiO2含量(0.12%~0.16%)较低,显示角闪石、黑云母-榍石等的分离结晶(图 9-e);Cr(0.87×10-6~1.68×10-6)、Ni(0.41×10-6~0.81×10-6)含量极低,显示单斜辉石、角闪石、黑云母等基性矿物的分离结晶(图 9-f)。CaO/Al2O3值与SiO2呈负相关也支持单斜辉石、斜长石等富钙矿物的分离结晶,Sc/Y值不受橄榄石和斜长石分离结晶的影响,也随着SiO2的升高而降低,进一步说明存在单斜辉石的分离结晶。综上所述,本文花岗斑岩的上述地球化学特征显示了单斜辉石、角闪石、黑云母、榍石、斜长石和钾长石的分离结晶。TFe2O3、CaO、TiO2、Sc/Y的降低,以及极低的Cr和Ni含量,均可能由源区残留的单斜辉石和角闪石造成。由于花岗斑岩中SiO2含量高,且比较集中,稀土元素总量偏低,且存在明显的负Eu异常,表明花岗斑岩的形成过程中,分离结晶作用并不是最重要的,部分熔融过程中必定发生过基性矿物的残留。

图 9 小红山地区花岗斑岩LaN-(La/Yb)N(a)、δEu-Sr(b)、Sr-Rb(c)、Sr-Ba(d)、Zr-TiO2(e)和Ni-Cr(f)关系图及分离结晶趋势 Fig.9 LaN-(La/Yb)N(a), δEu-Sr(b), Sr-Rb(c), Sr-Ba(d), Zr-TiO2(e) and Ni-Cr(f)diagrams showing the fractional crystallization trends for the granite-porphyry in Xiaohongshan area Zr—锆石;Ap—磷灰石;Mon—独居石;Allan—褐帘石;PlAn15—斜长石(An=15);PlAn50—斜长石(An=50);Pl—斜长石;Kf—钾长石;Bi—黑云母;Ms—白云母;Amp—角闪石;Hb—角闪石;Grt—石榴子石;Mgt—磁铁矿;Tit—榍石;Cpx—单斜辉石

锆石稳定性较强,形成后几乎没有放射性成因Hf的积累,使锆石Hf同位素研究成为目前示踪岩浆源区的重要手段之一[20, 26, 30]。本文花岗斑岩样品中εHf(t)值变化较大,分别为-1.43~9.93和-0.15~5.45,除2个测点外,其余样品均位于球粒陨石与亏损地幔演化线之间。一般认为,正εHf(t)值代表岩石源自亏损地幔,但本文花岗斑岩具有较低的Mg#值、极低的Cr、Ni含量,因而排除亏损地幔源区的可能性,说明其可能来源于亏损地幔中新增生的年轻地壳物质的部分熔融[31]。Hf同位素地壳模式年龄TDMC分别为610~1335 Ma和894~1247 Ma,大于岩浆结晶年龄,反映它们的岩浆可能起源于中新元古代地壳的部分熔融。同时,本文花岗斑岩样品中锆石Hf同位素组成显示出明显的不均一性(变化范围达11.36),由于锆石Hf同位素比值不会随部分熔融或分离结晶而变化,因此其较大的变化范围可能与地幔本身的不均一性有关,也可能是前寒武纪地壳重熔过程中幔源物质的加入导致[32-33]。如果岩石源区有地幔物质的加入,则Hf同位素模式年龄仅反映一种平均的混合年龄[26, 34]。壳幔混合模型也经常被用来解释Ⅰ型花岗岩的源区。

研究区发育大量古元古界北山岩群(Pt1B),而花岗斑岩的Hf同位素地壳模式年龄TDMC分为中元古代—新元古代,结合源区幔源组分的加入,推测研究区三叠纪花岗质岩浆可能是本区古元古界北山岩群的古老地壳的重熔与新元古代—古生代的新生地壳部分熔融的岩浆混合后形成。同时,本文花岗斑岩与研究区古生代弧花岗岩具有较一致的Hf同位素组成,表明它们的源区可能相同,新元古代—古生代的新生地壳可能代表这个时期的滞留岩浆弧。大量研究表明,北山地区所处的中亚造山带在中元古代末期开始增生演化[35],是全球显生宙陆壳增生与改造最显著的地区之一[1, 36-40],在元古宙—晚古生代经历的多期大洋俯冲增生作用过程中,发生了大规模的幔源物质底侵形成新生地壳。这些新生地壳就是本文花岗斑岩的源区之一。综合上述主量、微量元素及锆石Hf同位素讨论,认为小红山三叠纪花岗斑岩岩浆可能为古元古界北山岩群及新元古代—古生代的滞留岩浆弧部分熔融形成的混合岩浆,地幔物质(新生地壳)比例较大。

目前普遍认为北山造山带的各个岩浆弧,以及各岩浆弧与旱山微陆块在二叠纪均完成了拼合,北山地区三叠纪整体处于伸展构造体制,受造山后地壳伸展减薄影响,在北山北部大红山一带形成中三叠世碱长花岗岩,年龄为239.8±1.8 Ma,代表北山北部进入板内演化阶段。北山地区中晚三叠世发育的由Ⅰ型向A型花岗岩过渡的一系列高钾钙碱性和钾玄岩系列花岗岩,均显示该地区处于后造山伸展体制[13],伸展体制触发了软流圈上涌和基性岩浆底侵,这个过程产生的热导致新元古代—古生代的新生地壳(滞留岩浆弧)部分熔融,并遭受了古元古代古老地壳重熔的岩浆混染,之后经过分离结晶作用,最终在中上地壳侵位形成了本文晚三叠世花岗斑岩。

5 结论

(1) 锆石U-Pb定年结果表明,北山造山带小红山地区的花岗斑岩年龄分别为211.8±1.6 Ma、205.9±1.7 Ma,表明其侵位时代为晚三叠世晚期,形成于后造山伸展环境。

(2) 花岗斑岩富集Rb、Th、U、La、Ce等大离子亲石元素,亏损Nb、P、Ti等高场强元素和Ba、Sr,表现出低Sr,高Yb、Y的特点,并具有明显的负Eu异常;岩石化学组成上具有高硅、富碱、准铝,贫钙、镁、铁的特征,属于高钾钙碱性-钾玄岩系列,分异程度较高,属高分异Ⅰ型花岗岩。

(3) 花岗斑岩的εHf(t)值为-1.43~9.93, Hf同位素地壳模式年龄TDMC为610~1335 Ma,指示花岗斑岩均来源于具有幔源烙印的新生地壳并混有重熔的古老地壳。在后造山伸展体制下,基性岩浆底侵带来的热导致新元古代—古生代的新生地壳(滞留岩浆弧)部分熔融,并遭受了古元古界古老地壳重熔的岩浆混染,形成的母岩浆经过分离结晶作用,最终在中上地壳侵位形成了晚三叠世花岗斑岩。

致谢: 野外工作得到中国地质调查局天津地质调查中心赵泽霖、张国震和程先钰的帮助和支持,审稿专家提出了中肯的修改建议,在此一并表示感谢。

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