遼東岫巖地區(qū)古元古代花崗偉晶巖鋯石U-Pb年齡、地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

楊仲杰

遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院有限責(zé)任公司，沈陽(yáng)，110031

內(nèi)容提要: 遼東岫巖地區(qū)位于膠—遼—吉古元古代造山/活動(dòng)帶內(nèi)，區(qū)域內(nèi)廣泛存在花崗質(zhì)偉晶巖脈或巖體，對(duì)其進(jìn)行研究具有重要的構(gòu)造意義。研究區(qū)出露大量古元古代花崗偉晶巖，前人將其統(tǒng)一劃歸到花崗質(zhì)混雜巖和遼河巖群內(nèi)。本文通過(guò)詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)綜合研究，將該套花崗偉晶巖脈解體為出來(lái)，重新厘定為新的填圖單元。本文對(duì)研究區(qū)2件花崗偉晶巖樣品進(jìn)行巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)、鋯石LA-ICP-MS 稀土微量元素和U-Pb 定年的綜合研究，獲得花崗偉晶巖的原巖年齡，并對(duì)其巖石地球化學(xué)、成因和構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行了探討。花崗偉晶巖主要礦物組合為鉀長(zhǎng)石+斜長(zhǎng)石+石英±白云母±電氣石，花崗偉晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石地球化學(xué)分析結(jié)果顯示其均勻具有一致的地球化學(xué)特征。它們均顯示高的SiO2(72.1%～75.3%)、Al2O3(13.5%～16.4%)，低CaO(1.42%～2.03%)、MgO(0.15%～0.76%)、P2O5(0.01%～0.02%%)、TiO2(0.06%～0.17%)等含量；稀土元素總量偏低，稀土富集、重稀土虧損，稀土配分曲線右傾型，明顯的正δEu異常；微量元素富集大離子親石元素(Cs、Rb、Ba、U)，相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Ti)等特征。樣品(DST-TW1和WJG-TW1)鋯石CL圖像強(qiáng)度均較弱，前者大部分鋯石不能反映礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)，后者大部分鋯石能顯示弱振蕩環(huán)帶，這一特征與鋯石 U含量均較高(1253.1×10-6～12861.5×10-6、874.5×10-6～5319.1×10-6)相吻合。鋯石雖具有巖漿鋯石的自形特征，但其Th /U 值(0.01～0.26和0.01～0.62)較低，稀土配分模式顯示熱液鋯石特征，在(Sm/La)N—La和Ce /Ce* —( Sm/La)N圖解上偏熱液鋯石區(qū)域，此花崗偉晶巖脈可能是母巖漿高度結(jié)晶分異后的殘余巖漿熱液結(jié)晶而成，偏熱液性質(zhì)。本文研究的2件樣品(DST-TW1和WJG-TW1)年齡分別為1864±20 Ma(MSWD=0.19)和1903.6±4.7 Ma(MSWD=0.041)，其侵位時(shí)間介于1.9～1.86 Ga之間。從巖石地球化學(xué)、形成時(shí)代推測(cè)其物源與研究區(qū)周圍～1.87 Ga的S型花崗巖具有親緣關(guān)系。從構(gòu)造環(huán)境來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)古元古代花崗偉晶巖形成于膠—遼—吉造山帶弧陸碰撞結(jié)束后伸展的構(gòu)造體制下，在主期花崗質(zhì)巖漿上涌之后，地殼在不斷伸展和松弛垮塌，大量殘余巖漿或巖漿熱液上涌形成偉晶巖的巖脈、巖墻或巖體，侵位時(shí)代從～1.9 Ga到～1.74 Ga。從而推測(cè)膠—遼—吉造山帶在碰撞后的構(gòu)造折返過(guò)程中一直處于伸展的構(gòu)造機(jī)制，后造山階段至少持續(xù)了160 Ma。

隨著近些年國(guó)內(nèi)外大量偉晶巖型稀有金屬、白云母和寶石等礦床的發(fā)現(xiàn)，偉晶巖被國(guó)內(nèi)外研究者普遍關(guān)注，在偉晶巖的巖石成因、地球化學(xué)特征、形成大地構(gòu)造背景及成礦作用等方面有較多研究(任寶琴等，2011；李建康，2012；禹麗等，2015； 侯江龍等，2016)。偉晶巖在封閉的條件才能充分結(jié)晶分異，是由高度分異的、富揮發(fā)分的殘余巖漿結(jié)晶而成，是一種特殊的巖漿巖類(London et al.，2005)。偉晶巖的特征是礦物晶體顆粒粗大，這一特征為該類巖石在礦物學(xué)、同位素地球化學(xué)、地質(zhì)年代學(xué)等方面的研究有著便利的條件。偉晶巖作為一種特殊的巖石類型，不但在巖石成因與成礦方面占有不可忽視的地位，而且在示蹤物源與追溯形成構(gòu)造環(huán)境中同樣意義突出。偉晶巖定年可以作為還原地質(zhì)事件先后順序的理想標(biāo)尺，尤其對(duì)于原巖時(shí)代和變形時(shí)代難以確定的圍巖(Liu Fulai et al.，2010；楊紅等，2017)。偉晶巖在大陸演化的不同階段均有出現(xiàn)，但主要發(fā)生在造山運(yùn)動(dòng)后相對(duì)寧?kù)o的時(shí)期大規(guī)模出現(xiàn)。世界上規(guī)模大、分帶性好、礦種多、元素全的偉晶巖礦床主要形成于造山后地殼伸展的構(gòu)造背景下，而在非造山帶比較缺乏(Wang Tao et al.，2007； Lupulescu et al.，2012；Tang Yong et al.，2017；王登紅等，2017)。

膠—遼—吉造山帶位于華北克拉通東部陸塊內(nèi)，是中國(guó)境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最古老的造山帶，也是華北克拉通內(nèi)三條古元古代構(gòu)造帶之一(楊明春等，2015)。膠—遼—吉造山帶的北端部分，物質(zhì)組成豐富，主要分布大面積的古元古代變質(zhì)巖系和侵入巖等。近年來(lái)，許多學(xué)者在該造山帶開展了大量的研究工作，從區(qū)域地層格架、構(gòu)造演化和地質(zhì)體的物質(zhì)來(lái)源、巖漿作用、變質(zhì)作用性質(zhì)及演化過(guò)程等方面取得了一系列重要的成果和進(jìn)展，但是對(duì)偉晶巖這種特殊巖類的研究相對(duì)較薄弱。近年來(lái)，除王惠初等(2011)和楊紅等(2017)分別對(duì)遼東河欄地區(qū)和遼東寬甸和三家子地區(qū)花崗偉晶巖樣品進(jìn)行鋯石U-Pb 定年外，遼東地區(qū)有關(guān)偉晶巖的巖石地球化學(xué)、形成時(shí)代等缺乏相應(yīng)的資料。

遼東岫巖地區(qū)的遼河巖群中廣泛發(fā)育巖脈、巖墻、巖體狀的花崗偉晶巖，多數(shù)偉晶巖還含有電氣石粗大晶體，這些花崗偉晶巖對(duì)于追蹤造山演化過(guò)程和相關(guān)熔流體的活動(dòng)規(guī)律具有重要的意義。本文依托筆者在該地區(qū)完成的1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，對(duì)研究區(qū)古元古代花崗偉晶巖的巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)結(jié)合精確的鋯石U-Pb定年結(jié)果，來(lái)限定偉晶巖的侵位年齡并進(jìn)一步探討其成因及其對(duì)膠—遼—吉古元古代造山過(guò)程與地殼演化的制約，為今后正確理解膠—遼—吉古元古代構(gòu)造帶的構(gòu)造屬性提供重要的依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

遼東岫巖地區(qū)位于華北克拉通東南緣呈北東—南西向展布的膠—遼—吉古元古代造山/活動(dòng)帶上，其南北兩側(cè)均以斷層接觸分別與狼林地塊和龍崗地塊相鄰，它經(jīng)歷了十分復(fù)雜的構(gòu)造演化過(guò)程，記錄了多期巖漿—變質(zhì)事件(劉福來(lái)等，2005；Zhao Guochun et al.，2005)(圖1a)。研究區(qū)內(nèi)地層、侵入巖、變質(zhì)巖及構(gòu)造均比較發(fā)育。地層主要出露古元古界遼河巖群，由一套變質(zhì)的火山—沉積巖系組成，包括里爾嶼巖組、高家峪巖組、大石橋巖組和蓋縣巖組。侵入巖主要發(fā)育古元古代的二長(zhǎng)花崗巖、變質(zhì)基性巖墻、花崗偉晶巖和中生代的花崗巖(圖1b)。變質(zhì)巖主要分布在遼河巖群各巖組中，包括：片巖、變粒巖、淺粒巖、大理巖、片麻巖和斜長(zhǎng)角閃巖等。研究?jī)?nèi)構(gòu)造十分發(fā)育，主要受呂梁期、印支期、燕山期構(gòu)造作用影響，形成了以近東西向、北東向、北西向的斷裂帶以及較大型的褶皺帶。

本文所研究的古元古代花崗偉晶巖呈脈狀、巖群及巖體狀出露于遼東岫巖地區(qū)，前人區(qū)調(diào)工作將其歸并到遼河巖群和混合花崗巖中。通過(guò)本次工作將其從中解體出來(lái)，并在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)該類巖石的成因類型、侵位年代和形成的構(gòu)造背景進(jìn)行了詳細(xì)研究。由于研究區(qū)內(nèi)都是早期90年代的基礎(chǔ)資料，也未曾圈定處該類巖石，缺少相應(yīng)的高精度測(cè)年數(shù)據(jù)和巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)的報(bào)道。通過(guò)本次研究希望能限定花崗偉晶巖的形成時(shí)代，通過(guò)探討其巖石地球化學(xué)特征及成因，為今后研究膠—遼—吉古元古代造山/活動(dòng)帶的構(gòu)造背景及演化模式提供有價(jià)值的資料。

2 樣品采集及巖石學(xué)特征

樣品分別在遼東岫巖縣哈達(dá)碑鎮(zhèn)大石頭溝采石場(chǎng)和興隆鎮(zhèn)王家溝附近采集，共采集2件同位素測(cè)年樣品和6件套樣(主量、稀土、微量)，即大石頭溝一帶花崗偉晶巖(DST-TW1)，采樣坐標(biāo)(E123°11′05.57″；N40°24′36.85″)和王家溝一帶的含電氣石花崗偉晶巖(WJG-TW1)，采樣坐標(biāo)(E123°16′27.77″；N40°23′28.50″)，具體采集位置見(圖1b)。

研究區(qū)內(nèi)偉晶巖貫穿或侵入的遼河巖群的里爾峪巖組、高家峪巖組和蓋縣組和古元古代二長(zhǎng)花崗巖(圖2a、b)中，出露寬度從幾百米、幾米至幾十厘米，外觀上呈淺灰白色、灰白色，其出露產(chǎn)狀或?yàn)轫槍忧秩氲膸r墻、巖脈，或?yàn)樨灤┣秩氲膸r脈，或?yàn)橐缌鳡畹膸r體 。花崗偉晶巖圍巖的巖石類型包括變粒巖、片麻巖、片巖和二長(zhǎng)花崗巖等。花崗偉晶巖礦物顆粒比較粗大，呈花崗偉晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物由鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、白云母及石英組成(圖2d)。王家溝附近采集的花崗偉晶巖中可少量電氣石單晶或集合體，或具文象結(jié)構(gòu)，或呈不規(guī)則狀，或呈放射狀，或呈自形板柱狀，其橫斷面為球面三角形(圖2c)。

3 樣品制備與分析方法

3.1 樣品制備

本文選擇新鮮、無(wú)蝕變的的巖石樣品，破碎至200目以下的粉末，用來(lái)分析全巖主量元素、微量元素和稀土元素組成。用來(lái)進(jìn)行U-Pb同位素定年的鋯石分選、制靶以及陰極發(fā)光(CL)、反射光和透射光圖像拍攝工作由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院礦物分選實(shí)驗(yàn)室完成。鋯石分選樣品大約5 kg重。經(jīng)過(guò)碎樣、淘洗、烘干、電磁法、重液法、高頻介電法、鏡下挑選等步驟后，挑選出顆粒相對(duì)完整的鋯石晶體，經(jīng)環(huán)氧樹膠澆鑄制成樣品靶。再通過(guò)顯微單偏光、反射光、陰極發(fā)光圖像中鋯石顯微結(jié)構(gòu)的綜合分析，選擇合適的鋯石微區(qū)位置以用于原位年齡、微量、稀土元素的測(cè)試。

圖2 遼東岫巖地區(qū)花崗偉晶巖及圍巖的野外產(chǎn)狀照片: (a) 侵入遼河巖群蓋縣巖組中的偉晶巖脈；(b) 侵入遼河巖群高家峪巖組中偉晶巖脈；(c) 含電氣石花崗偉晶巖脈巖石特征；(d) 花崗偉晶巖脈巖石特征Fig. 2 Field-photographs showing the relationships between granitic pegmatite and their country-rocks in Xiuyan area in eastern Liaoning Province: (a) pegmatite dyke intrusiving in the Gaixian Formation of Liaohe Group；(b) pegmatite dyke intrusiving in the Gaojiayu Formation of Liaohe Group；(c) petro-characteristics of tourmaline bearing granitic pegmatite dyke；(d) (petro-characteristics of granitic pegmatite dyke

3.2 分析方法

巖石全巖分析由遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院完成。主量元素分析是采用X射線熒光光譜儀(PW4400)測(cè)定，測(cè)試精度優(yōu)于2%。微量元素、稀土元素分析利用等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定，測(cè)試精度優(yōu)于5%。鋯石原位微區(qū)U-Pb同位素定年利用北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司的LA-ICP-MS分析完成。U-Pb同位素定年采用的儀器是澳大利亞Resolution公司生產(chǎn)的193 nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)和德國(guó)耶那公司生產(chǎn)的電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)。分析時(shí)每個(gè)時(shí)間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約15～20 s的空白信號(hào)和45 s的樣品信號(hào)，激光束斑直徑為25 μm。對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U—Th—Pb同位素比值和年齡計(jì)算)采用軟件ICPMSDataCal(Liu Yongsheng et al.，2010a，b)完成。U—Th—Pb同位素定年采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1 作外標(biāo)，國(guó)際標(biāo)樣91500作為內(nèi)標(biāo)。對(duì)于與分析時(shí)間有關(guān)的U—Th—Pb 同位素比值漂移，利用GJ-1的變化采用線性內(nèi)插的方式進(jìn)行了校正(Liu Yongsheng et al.，2010a)。所有樣品年齡數(shù)據(jù)的U-Pb 諧和圖、年齡分布頻率圖繪制和年齡權(quán)重平均計(jì)算采用Isoplot3.0程序完成(Ludwig，2003)。

圖3 遼東岫巖地區(qū)古元古代花崗偉晶巖鋯石CL、BSE圖像和U-Pb年齡測(cè)試位置Fig. 3 The CL, BSE images of zircons and the U-Pb age analyses locations on the zircons from early Paleoproterozoic granitic pegmatites in Xiuyan area，eastern Liaoning

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石稀土、微量元素特征

本文對(duì)岫巖地區(qū)的2件花崗偉晶巖樣品(DST-TW1和WJG-TW1)進(jìn)行了鋯石LA-ICP-MS 微量元素微區(qū)分析，分析數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。

樣品DST-TW1鋯石多呈半自形晶體，多為長(zhǎng)柱狀，部分短柱狀，顆粒較大(長(zhǎng)約100～200 μm，長(zhǎng)寬比1.5∶1～3∶1)，陰極發(fā)光強(qiáng)度較弱，呈黑色、暗灰色，陰極發(fā)光圖(CL)不能反映礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖3)，背散射電子圖像(BSE)顯示其內(nèi)部多見包裹體，裂隙不發(fā)育，可見弱的巖漿振蕩環(huán)帶。樣品WJG-TW1鋯石晶性完整，晶棱清晰略有鈍化，多為長(zhǎng)柱狀，部分短柱狀，顆粒較大(長(zhǎng)約150～220 μm，長(zhǎng)寬比2∶1～3∶1)，陰極發(fā)光強(qiáng)度較弱，CL圖像多呈暗灰色，大部分鋯石能顯示弱振蕩環(huán)帶，且部分鋯石邊部可見明顯的亮邊，BSE圖像顯示其內(nèi)部裂隙發(fā)育，包裹體較少(圖3)。

鋯石的U含量均較高(見表2)，樣品DST-TW1的U含量(1253.1×10-6～12861.5×10-6)高于樣品WJG-TW1的U含量(874.5×10-6～5319.1×10-6)，這一結(jié)果與2件樣品鋯石陰極發(fā)光強(qiáng)度相吻合。本文2件樣品的鋯石雖具有巖漿鋯石的自形特征，但其Th /U 值較低(見表2)，分別為0.01～0.26和0.01～0.62。稀土元素特征見表2和圖4(a、b)，稀土總量較高，∑REE>500×10-6。樣品DST-TW1的∑REE在502.38×10-6～3621.32×10-6之間，平均值為1438.61×10-6；樣品WJG-TW1的∑REE在593.28×10-6～2486.11×10-6之間，平均值為1535.74×10-6。樣品DST-TW1輕稀土含量變化大，少數(shù)鋯石顯示輕稀土含量高，而樣品WJG-TW1輕稀土含量變化不大，樣品DST-TW1的鋯石BSE圖像顯示該類型鋯石內(nèi)部含有大量包體，說(shuō)明鋯石稀土元素含量與其內(nèi)部包體的多少有關(guān)。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線總體呈左傾趨勢(shì)，HREE明顯富集，LREE相對(duì)虧損；2件樣品除個(gè)別鋯石測(cè)點(diǎn)外，稀土配分曲線顯示明顯的正δCe異常(δCe平均值分別為6.06和1.41)和負(fù)δEu 異常(δEu平均值分別為0.36和0.52)，其稀土元素配分曲線具有似熱液鋯石的特征，偏熱液性質(zhì)(Hoskin et al.，2000，2003； Hoskin， 2005；Belousova et al.，2002；Rubatto，2002；Liu Fulai et al.，2011)。

4.2 鋯石U-Pb年代學(xué)

岫巖地區(qū) 2件花崗偉晶巖樣品(DST-TW1和WJG-TW1)的 LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 原位定年結(jié)果見表2。測(cè)點(diǎn)位置主要依據(jù)CL和BSE圖像選在鋯石表面干凈，無(wú)包裹體略顯環(huán)帶或陰極發(fā)光強(qiáng)度較弱略顯示環(huán)帶的微區(qū)。

樣品DST-TW1分析了20個(gè)測(cè)點(diǎn)，有效點(diǎn)17個(gè)。鋯石陰極發(fā)光強(qiáng)度較弱，CL圖像顯示較黑或弱的巖漿環(huán)帶，少部分鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)反映不明顯，BSE圖像顯示大部分鋯石內(nèi)部多見包裹體，裂隙不發(fā)育，可見弱的巖漿振蕩環(huán)帶，少數(shù)鋯石存在重結(jié)晶和變質(zhì)邊，可能受后期構(gòu)造演化和巖漿作用改造。樣品DST-TW1年齡數(shù)據(jù)可分兩組：第一組由3個(gè)分析點(diǎn)，鋯石207Pb/206Pb年齡分別為2206.5 Ma、2090.4 Ma、2060.8 Ma，這一組年齡值與本次工作所獲得圍巖遼河巖群、古元古代花崗巖的鋯石年齡一致，反映其來(lái)源于捕獲的圍巖鋯石；第二組的14個(gè)分析點(diǎn)均落在一致曲線上或其附近，顯示出很好的諧和性；分析點(diǎn)207Pb/206Pb年齡介于1886.7～1816.7 Ma，跨度較大，鋯石207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1864±20 Ma(MSWD=0.19)(圖5a)，代表花崗偉晶巖脈的形成年齡。

圖5 岫巖地區(qū)古元古代花崗偉晶巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb諧和圖Fig. 5 LA-ICP-MS U-Pb condordlia diagram for zircons of Early Paleoproterozoic granitic pegmatites fromXiuyan area

樣品WJG-TW1分析了29個(gè)測(cè)點(diǎn)，有效點(diǎn)22個(gè)。據(jù)CL和BSE圖像顯示：鋯石陰極發(fā)光強(qiáng)度較弱，大部分鋯石內(nèi)部裂隙發(fā)育，包裹體較少，大部分鋯石可見弱的巖漿振蕩環(huán)帶，且部分鋯石邊部可見明顯的亮邊，可能受后期巖漿熱液作用改造。樣品WJG-TW1的22個(gè)鋯石分析點(diǎn)207Pb/206Pb年齡介于1898.2～1914.5 Ma，年齡相對(duì)比較集中，加權(quán)平均年齡為1903.6±4.7 Ma(MSWD=0.041)(圖5b)。鋯石發(fā)生一定程度鉛丟失，產(chǎn)生了1908.9±9.5 Ma的上交點(diǎn)年齡，其加權(quán)平均年齡與上交點(diǎn)年齡相近，同時(shí)分析點(diǎn)均落在一致曲線上或其附近，顯示出很好的諧和性。該樣品207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡1903.6±4.7 Ma代表含電氣石花崗偉晶巖脈的形成年齡。

4.3 全巖地球化學(xué)特征

研究區(qū)花崗偉晶巖樣品主量元素、微量元素及稀土元素分析結(jié)果、標(biāo)準(zhǔn)礦物及主要參數(shù)見表3。結(jié)果顯示:花崗偉晶巖樣品均具有高的SiO2(72.1%～75.3%)、Al2O3(13.5%～16.4%)含量，較低的MgO(0.15%～0.76%)、CaO(1.42%～2.03%)和P2O5(0.01%～0.02%)含量含量，其TiO2含量為0.06%～0.17%，K2O含量偏低，Na2O 含量偏高，分別為1.77%～2.58%和3.58%～4.57%，K2O/Na2O 值為0.39～0.71。分異指數(shù)DI為85.32～88.38，平均86.96，表明花崗偉晶巖分異程度較高(鄧晉福等，2015a)。在侵入巖TAS圖中(圖6)，樣品均落入亞堿性系列花崗巖區(qū)。在SiO2—K2O巖石判別圖解中(圖7a)，樣品均投點(diǎn)于鈣堿性系列。樣品的含鋁指數(shù)A/CNK=1.07～1.39，A/NK=1.51～1.92，為過(guò)鋁質(zhì)系列巖石(圖7b)。分異指數(shù)DI為85.32～88.38，平均86.96，表明花崗偉晶巖分異程度較高。在標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算結(jié)果中，出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)剛玉分子，含量在2.35%～6.74%之間(表3)，綜合表明花崗偉晶巖屬于過(guò)鋁質(zhì)巖漿巖(鄧晉福等，2015b)。

圖6 岫巖地區(qū)古元古代花崗偉晶巖SiO2—(Na2O+K2O)圖(據(jù)Middlemost，1994)Fig. 6 SiO2 — (Na2O+K2O) diagram for Early Paleoproterozoic granitic pegmatites in Xiuyan area(after Middlemost，1994)Ir-Irvine 分界線，上方為堿性，下方為亞堿性

圖7 岫巖地區(qū)古元古代花崗偉晶巖 SiO2— K2O 圖(a， 據(jù)Le Maitre，1989；Rickwood，1989)和A/CNK—A/NK圖(b， 據(jù) Maniar et al.，1989)Fig. 7 SiO2— K2O diagram(a， after Le Maitre，1989；Rickwood，1989)and A/CNK—A/NK diagram(b, after Maniar et al.，1989)for Early Paleoproterozoic granitic pegmatites in Xiuyan area

4.4 微量和稀土元素特征

稀土元素及微量元素分析結(jié)果(表3)顯示，2件樣品的稀土元素總量(∑REE)分別為18.45～27.05、73.56～102.76，輕重稀土比值LR/HR分別為6.33～8.94、17.51～21.43，(La/Yb)N分別為5.1～16.96、39.22～60.25，表明輕重稀土元素均分異明顯。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖中(圖8a)，各樣品呈現(xiàn)出輕稀土元素相對(duì)富集的右傾型，均具有明顯的銪正異常，δEu在1.1～1.88之間。從表3及圖8a中可以明顯看出，花崗偉晶巖的輕稀土總量明顯低于含電氣石花崗偉晶巖，說(shuō)明二者可能屬于兩種不同類型花崗質(zhì)偉晶巖，二者在成因上存在一定類似之處，同時(shí)也存在一定差異。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖8b)，樣品的微量元素含量比上地殼低一個(gè)數(shù)量級(jí)，總體上顯示富集 Cs、Rb、Ba、U 等大離子親石元素(LILE)，相對(duì)虧損 Nb、Ta、Ti 等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)。2件樣品的Rb/Nb 值為9.6～20.22，遠(yuǎn)大于大陸殼的Rb/Nb 值(2.2～4.7)，說(shuō)明花崗偉晶巖受陸殼影響大，導(dǎo)致Rb 的含量增加(Sylvester，1989)；Nb/Ta值范圍為26.1～56.16，平均值為32.19，明顯高于于原始地幔的Nb/Ta值17.5±2.0(Green，1995)。

圖8岫巖地區(qū)古元古代花崗偉晶巖巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(據(jù) Sun et al.，1989)Fig. 8 Chondrite-normalized REE patterns(a) and primitive mantle-normalized trace element diagram(b)for Early Paleoproterozoic granitic pegmatites in Xiuyan area(after Sun et al.，1989)

5 討論

5.1 鋯石成因

本文研究的花崗偉晶巖樣品(DST-TW1和WJG-TW1)的鋯石在形態(tài)和陰極發(fā)光特征上表現(xiàn)出巖漿鋯石與熱液鋯石過(guò)渡特征。鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖4a、b)中，花崗偉晶巖鋯石重稀土元素(HREE)強(qiáng)烈富集，輕稀土元素(LREE)相對(duì)虧損，LREE含量比典型的巖漿鋯石相對(duì)低，且具有較明顯的正Ce 異常和負(fù)Eu 異常，與巖漿鋯石相似，然而鋯石極低的Th/U值(Th /U值分別為0.01～0.26和0.01～0.62)，又明顯不同于巖漿鋯石(Hoskin et al.，2000)。對(duì)于熱液成因的鋯石，鋯石稀土元素表現(xiàn)為L(zhǎng)REE富集，其又明顯不同于典型的熱液鋯石。花崗偉晶巖鋯石分析結(jié)果投在圖解(Sm/La)N—La(圖9a)和Ce/Ce*—(Sm/La)N(圖9b)(Hoskin，2005)圖中，絕大多數(shù)的分析點(diǎn)落于巖漿鋯石和熱液鋯石的過(guò)渡區(qū)域，而且靠近熱液鋯石區(qū)域，說(shuō)明花崗偉晶巖的成巖介質(zhì)是母巖漿高度結(jié)晶分異后的殘余巖漿熱液，且揮發(fā)分組分含量較高。結(jié)合鋯石CL及BSE圖像，少數(shù)鋯石遠(yuǎn)離巖漿鋯石和熱液鋯石區(qū)域，可能受鋯石內(nèi)部包體影響。

圖9 岫巖地區(qū)古元古代花崗偉晶巖鋯石的(Sm/La)N—La(a)和Ce/Ce*—( Sm/La)N(b) 判別圖解(據(jù)Hoskin,2005)Fig. 9 Discrimination diagrams of (Sm/La)N—La (a) and Ce/Ce*—(Sm/La)N (b) for zircons of Early Paleoproterozoic granitic pegmatites in Xiuyan area(after Hoskin,2005

5.2 形成時(shí)代

遼東地區(qū)以往的地質(zhì)工作主要集中在古元古代遼河巖群、花崗質(zhì)和鎂鐵質(zhì)侵入巖，并取得了豐碩的進(jìn)展和成果。近些年，許多學(xué)者對(duì)膠—遼—吉造山帶不同地區(qū)的古元古代花崗巖和遼河巖群均進(jìn)行了報(bào)道，古元古代花崗巖形成時(shí)代大都在2200～2100 Ma之間，并將其侵位時(shí)代大體限定在～2160 Ma；遼河巖群變質(zhì)火山巖的形成時(shí)代限定在2200～2150 Ma之間，并將其侵位時(shí)代大體限定在～2180 Ma，而變質(zhì)沉積巖的原巖形成時(shí)代依據(jù)大量碎屑鋯石測(cè)年結(jié)果限定在晚于～2030 Ma，同時(shí)確定其物質(zhì)來(lái)源于膠—遼—吉活動(dòng)帶內(nèi)2000～2200 Ma的中酸性巖漿巖、遼吉花崗巖及遼河巖群火山巖，少部分來(lái)自北側(cè)龍崗地塊的太古宙結(jié)晶基底(Sun Min et al.，1993；郝德峰等，2004；路孝平等，2004；Li Sanzhong et al.，2005，2006，2007，2011；李超等，2017；楊明春等，2015；Li Zhuang et al.，2017；楊仲杰等，2019)。膠—遼—吉活動(dòng)帶內(nèi)古元古代變質(zhì)地質(zhì)體的峰期變質(zhì)作用年齡為～1900 Ma，變質(zhì)變形作用應(yīng)發(fā)生于1837～1946 Ma之間(Luo Yan et al.，2004，2008；Zhao Guochun et al.，2012；劉福來(lái)等，2015；楊仲杰等，2018)。區(qū)域上古元古代花崗偉晶巖的報(bào)道相對(duì)較少，且研究區(qū)內(nèi)缺少相應(yīng)的報(bào)道。

研究區(qū)內(nèi)2件花崗偉晶巖的39個(gè)有效鋯石測(cè)年數(shù)據(jù)見表3。樣品DST-TW1第一組鋯石207Pb/206Pb年齡(2206.5 Ma、2090.4 Ma、2060.8 Ma、1920.4 Ma)與本次工作所獲得圍巖遼河巖群、古元古代花崗巖的鋯石年齡一致，說(shuō)明這一組年齡值的鋯石來(lái)源于早期的圍巖之中。樣品DST-TW1另一組鋯石207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1864±20 Ma(MSWD=0.19)(圖5a)與樣品WJG-TW1的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1903.6±4.7 Ma(MSWD=0.041)(圖5b)均晚于研究區(qū)及區(qū)域上的早期侵入巖和遼河巖群的形成時(shí)代，介于膠—遼—吉活動(dòng)帶內(nèi)變質(zhì)變形作用發(fā)生階段，這一結(jié)果與野外實(shí)地調(diào)查結(jié)果基本吻合，花崗偉晶巖侵入于早期的古元古代花崗巖和遼河巖群之中。本文研究的樣品WJG-TW1形成時(shí)代～1.9 Ga與區(qū)域變質(zhì)峰期年齡一致；樣品DST-TW1形成時(shí)代～1.86 Ga與區(qū)域上王惠初等(2015)報(bào)道的大石橋組中偉晶巖脈的年齡1.87 Ga與楊紅等(2017)報(bào)道的寬甸地區(qū)偉晶巖年齡1.84～1.86 Ga、大三家子地區(qū)偉晶巖年齡1.87～1.74 Ga接近；二者分別代表了造山作用的峰期和后造山階段的開始。研究區(qū)花崗偉晶巖的侵位時(shí)代介于1.9～1.86 Ga，近而推測(cè)膠—遼—吉造山帶內(nèi)古元古代花崗偉晶巖侵位時(shí)代介于1.9～1.74 Ga，至少持續(xù)了160 Ma。

5.3 成因環(huán)境及地質(zhì)意義

偉晶巖的母巖漿類型多樣，可為不同鋁質(zhì)的S型、I型或A型花崗巖(Collies et al.，1982)。研究區(qū)2件花崗偉晶巖樣品SiO2的含量較高(72.1%～75.3%)，Al2O3的含量較高(13.5%～16.4%)，全堿含量(K2O+Na2O)為5.66%～6.45%，鋁飽和指數(shù)A/CNK (1.07～1.39，平均為1.22)<1.1。同時(shí)，具有低Ti(0.06%～0.17%)，低Mg(0.15%～0.76%)，低P(<0.02%)的特點(diǎn)。上述主量元素特征表明研究區(qū)花崗偉晶巖具有明顯的殼源特征(Collies et al.，1982；Whalen et al.，1987；Eby，1990；Frost et al.，2001)。此外，研究區(qū)花崗偉晶巖具有較高的分異指數(shù)(DI)為85.32～88.38，表明了該巖體經(jīng)歷了明顯的結(jié)晶分異作用。典型的S型花崗巖為含白云母、堇青石、電氣石、石榴子石等礦物的過(guò)鋁質(zhì)花崗巖巖石(Frost et al.，2001)。在手標(biāo)本上可以看出，該花崗巖中含有白云母這一過(guò)鋁質(zhì)礦物，可以初步認(rèn)定該偉晶巖具有S型花崗巖的特征。在FeOT/MgO—10000Ga/Al、(K2O+ Na2O)/CaO—10000Ga/Al、Nb—10000Ga/Al、Y—10000Ga/Al判別圖解中(圖10a、b、c、d)，絕大多數(shù)花崗巖都投影在I&S型花崗巖區(qū)域。2兩件樣品的巖石學(xué)特征顯示不含有角閃石，出現(xiàn)白云母云等富鋁礦物。CIPW 標(biāo)準(zhǔn)礦物中出現(xiàn)剛玉分子(>1%)。綜合上述研究，花崗偉晶巖的形成可能與過(guò)鋁質(zhì)S型花崗巖巖漿作用有關(guān)。

圖10 岫巖地區(qū)古元古代花崗偉晶巖I、S、A型花崗巖判別圖(據(jù)Whalen et al.，1987)Fig. 10 Discrimination diagrams of I， S， A-type granite for Early Paleoproterozoic granitic pegmatites in Xiuyan area(Whalen et al.，1987)

最新地質(zhì)資料顯示，研究區(qū)及區(qū)域上分布的花崗巖主要分為兩期: 2.2～2.1 Ga的A型花崗巖(部分為高鉀鈣堿性)和1.89～1.82 Ga的鈣堿性I型花崗巖或S型花崗巖(楊紅等，2017)。而且在研究區(qū)北部大三家子一帶分布的大頂子細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖為1.87 Ga的過(guò)鋁質(zhì)S型花崗巖(宋運(yùn)紅等，2016)。從時(shí)代對(duì)應(yīng)關(guān)系上來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)花崗偉晶巖與1.87 Ga的過(guò)鋁質(zhì)S型花崗巖具有親緣性，為花崗巖體后期巖漿演化的結(jié)果。

最新研究資料顯示，關(guān)于膠—遼—吉造山/活動(dòng)帶形成的構(gòu)造背景及演化過(guò)程越來(lái)越趨向與弧陸碰撞模式。研究區(qū)及區(qū)域上南遼河巖群建立的順時(shí)針P—T軌跡和高鉀鈣堿性花崗巖的確認(rèn)也為此模式提供了較為關(guān)鍵的證據(jù)(劉福來(lái)等，2015)。膠—遼—吉造山帶在古元古代巖漿侵入作用強(qiáng)烈。造山帶在早期伸展環(huán)境下，2.2～2.1 Ga的巖漿侵位形成了大面積分布的A型花崗巖，此階段形成的花崗巖作為造山物質(zhì)的一部分卷入了造山作用(Li Sanzhong et al.，2006，2007；王惠初等，2015；楊明春等，2015；李超等，2017；王登紅等，2017)；在經(jīng)歷約1.9 Ga前的擠壓碰撞造山作用后，動(dòng)力模式又從擠壓變?yōu)樯煺苟M(jìn)入后造山階段，區(qū)域上大量1.89～1.82 Ga的S型或I型花崗質(zhì)巖漿先后侵位，地殼在不斷伸展和松弛垮塌的環(huán)境下又為殘余巖漿的上升、賦存和緩慢結(jié)晶提供了空間，最終大量殘余巖漿或巖漿熱液上涌形成偉晶巖的巖脈、巖墻或巖體。

通過(guò)以上研究，筆者認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)古元古代花崗偉晶巖侵位時(shí)間介于1.9～1.86 Ga之間，其形成于膠—遼—吉造山帶弧陸碰撞結(jié)束后伸展的構(gòu)造體制下。結(jié)合近年新的研究成果，推測(cè)膠—遼—吉帶內(nèi)古元古代花崗偉晶巖的侵位時(shí)代介于1.9～1.74 Ga，膠—遼—吉造山帶弧陸碰撞結(jié)束后伸展的構(gòu)造體制下的后造山階段至少持續(xù)了160 Ma。

6 結(jié)論

(1)LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測(cè)年結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)花崗偉晶巖成巖年齡為1864±20 Ma(MSWD=0.19)，含電氣石花崗偉晶巖成巖年齡為1903.6±4.7 Ma(MSWD=0.041)，記錄的原巖侵位時(shí)間介于1.9～1.86 Ga，反映研究區(qū)內(nèi)花崗偉晶巖的侵位時(shí)間最早～1.9 Ga。

(2)從鋯石巖相學(xué)及稀土微量元素特征可以看出，研究區(qū)內(nèi)花崗偉晶巖的鋯石形成于巖漿與熱液的過(guò)渡階段，更接近與熱液型鋯石，進(jìn)而反映花崗偉晶巖成巖介質(zhì)是母巖漿高度結(jié)晶分異后的殘余巖漿，是花崗巖后期殘余巖漿熱液作用形成的偉晶巖。

(3)研究區(qū)出露的花崗偉晶巖均為過(guò)鋁質(zhì)鈣堿性系列的S型花崗巖，具有高的SiO2、Al2O3，低得K2O、Th、Y，極低的CaO、MgO、P2O5、TiO2等含量；稀土元素總量偏低，稀土富集、重稀土虧損，稀土配分曲線右傾型，明顯的正δEu異常；微量元素富集大離子親石元素(LILE)，相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)等特征。偉晶巖成巖介質(zhì)與研究區(qū)1.89～1.82 Ga的S型花崗巖具有親緣關(guān)系，說(shuō)明研究區(qū)花崗偉晶巖與遼吉造山帶伸展構(gòu)造體制下的花崗質(zhì)巖漿作用有關(guān)。

(4)結(jié)合近些年最新研究成果，認(rèn)為膠—遼—吉造山帶在擠壓碰撞造山作用結(jié)束后，動(dòng)力模式又從擠壓變?yōu)樯煺苟M(jìn)入后造山階段，而區(qū)域上分布的古元古代花崗偉晶巖的侵位時(shí)代介于1.9～1.74 Ga之間，說(shuō)明膠—遼—吉造山帶在弧陸碰撞結(jié)束后伸展的構(gòu)造體制下的后造山階段至少持續(xù)了160 Ma，與近期一些學(xué)者報(bào)道的相鄰地區(qū)觀點(diǎn)較接近，為今后的正確理解膠—遼—吉古元古代構(gòu)造帶的構(gòu)造屬性提供重要的依據(jù)。

致謝：感謝吉林大學(xué)劉正宏教授、鄭常青教授對(duì)項(xiàng)目科技創(chuàng)新等方面的精心指導(dǎo)；感謝河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室在鋯石分選中給與的幫助；同時(shí)感謝北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司在LA-ICP-MS鋯石U-Pb及其痕量元素測(cè)試分析中給與的大力幫助；感謝審稿專家認(rèn)真審閱了本文并提出寶貴的修改意見。