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王世成, 杨仲杰, 杨菊, 等. 辽东石庙沟岩体岩石地球化学特征、锆石U-Pb年龄、Hf同位素及其地质意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(2): 429-441
Wang Shicheng, Yang Zhongjie, Yang Ju, et al. Geochemical, Zircon U-Pb Age, Hf Isotope and Geological Significance of Early Cretaceous Granite-Porphyry in Shimiaogou Area, Eastern Part of Liaoning Province[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2021, 51(2): 429-441.
辽东石庙沟岩体岩石地球化学特征、锆石U-Pb年龄、Hf同位素及其地质意义
王世成1, 杨仲杰2, 杨菊3, 张璟4, 孙守亮4, 刘长纯2     
1. 核工业二四三大队, 内蒙古 赤峰 024000;
2. 辽宁省地质矿产调查院有限责任公司, 沈阳 110031;
3. 河北省区域地质调查院, 河北 廊坊 065000;
4. 中国地质调查局沈阳地质调查中心, 沈阳 110034
收稿日期: 2019-10-08
作者简介: 王世成(1986-), 男, 高级工程师, 主要从事区域地质调查与固体矿产勘查方面的研究, E-mail: wangshicheng243@163.com
通信作者: 杨仲杰(1987-), 男, 高级工程师, 主要从事区域地质调查与固体矿产勘查方面的研究, E-mail: yangzj870227@163.com
基金项目: 中国地质调查局项目（DD20160049）
摘要: 辽东石庙沟地区位于华北陆块东部的辽吉造山/活动带上，该带经历了十分复杂的构造演化过程，记录了多期岩浆-构造-变质事件。石庙沟岩体为花岗斑岩，富SiO2、Na2O和K2O，贫CaO、MgO及Al2O3，亏损高场强元素（Nb、Ti、Ta、P），富集大离子亲石元素（K、Rb、Ba、U），A/CNK值大于1，REE配分曲线呈"海鸥"式分布，以具有显著的负Eu异常为特征，高Ga/Al值，与典型A型花岗岩特征一致。花岗斑岩中锆石的LA-ICP-MS U-Pb测年结果表明其成岩年龄为（123.0±1.6）Ma，为早白垩世。锆石Hf同位素分析表明，εHf（t）值均为负值，介于-15.72~-12.85之间，平均值为-14.14，二阶段模式年龄（TDM2）在2 164~1 989 Ma之间，平均为2 067 Ma，反映源岩以大陆壳成分为主。结合花岗斑岩高SiO2，低Mg、Co、Cr、Ni，且富集LREE和LILE，亏损HFSE等特征，表明早白垩世花岗斑岩岩浆应为大陆地壳物质熔融的产物。根据年代学和岩石地球化学研究认为，早白垩世花岗斑岩是古太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲所形成的活动大陆边缘弧花岗岩。研究区早白垩世花岗斑岩的形成主要受太平洋构造域的影响，形成环境受板块俯冲造山后伸展作用和下地壳拆沉作用的联合制约，是辽东地区岩石圈减薄的直接证据。
关键词: 早白垩世    花岗斑岩    岩石地球化学    锆石U-Pb年龄    Hf同位素    辽东石庙沟    
Geochemical, Zircon U-Pb Age, Hf Isotope and Geological Significance of Early Cretaceous Granite-Porphyry in Shimiaogou Area, Eastern Part of Liaoning Province
Wang Shicheng1, Yang Zhongjie2, Yang Ju3, Zhang Jing4, Sun Shouliang4, Liu Changchun2     
1. No. 243 Geological Party, China National Nuclear Corporation, Chifeng 024000, Inner Mongolia, China;
2. Liaoning Survey Academy Limited Liability Company of Geology and Mineral Resources, Shenyang 110031, China;
3. Regional Geological Survey of Hebei Province, Langfang 065000, Hebei, China;
4. Shenyang Center, China Geological Survey, Shenyang 110034, China
Foundation item: Supported by the Project of China Geological Survey(DD20160049)
Abstract: The Shimiaogou area in Liaodong is tectonically located in the Liao-Ji orogenic/active belt in the eastern part of the North China block, which has experienced a very complex tectonic evolution with multiple magma-tectono-metamorphic events. The Shimiaogou rock mass is of granite porphyry, rich in SiO2, Na2O, and K2O, poor in CaO, MgO, and Al2O3; It lacks high field strength elements (Nb, Ti, Ta and P) but is rich in large ion lithophile elements(K, Rb, Ba, U) with A/CNK values greater than 1; The REE distribution curve shows"seagull"type, characterized by significant negative Eu anomaly, and Ga/Al value is consistent with the typical characteristics of type A granite. The granite-porphyry magmatic zircon LA-MC-ICP-MS U-Pb dating results show that its rock age was (123.0±1.6) Ma in the Early Cretaceous. Through Hf isotope analysis, the εHf(t) values are between -15.72 and -12.85 with the average of -14.14 and the two stage model age(TDM2) is between 2 164 and 1 989 Ma with an average of 2 067 Ma, reflecting the main continental crust composition of the source rock. Furthermore, combined with the characteristics of high SiO2, low Mg, Co, Cr, Ni, enrichment of LREE and LILE and loss of HFSE, it is suggested that the Early Cretaceous granite porphyry magma should be the melting product of continental crust material formed under the subduction of the Pacific plate beneath the Eurasian plate in the active continental margin. The Early Cretaceous environment of Liaodong region is affected by the subduction post-tectonic extension and lower crust delamination. The formation of the Early Cretaceous granite porphyry is controlled by Pacific tectonic domain, the dynamic environment formed in the lithosphere stretching is a direct evidence of lithospheric thinning in Liaodong area.
Key words: Early Cretaceous    granite porphyry    rock geochemical    zircon U-Pb age    Hf isotope    Shimiaogou area, the eastern part of Liaoning Province    

0 引言

受太平洋板块俯冲作用影响，华北克拉通东部的辽吉造山带上广泛出露大面积的中生代花岗岩。近些年的同位素年代学资料[1]表明，该带上的中生代花岗岩根据形成年龄可划为晚三叠世(230~200 Ma)、侏罗纪(190~156 Ma)和早白垩世(141~110 Ma) 3个世代。而且，大量文献[2-3]报道的各世代花岗岩的成因和地球动力学背景研究在认识上基本一致。随着后期新一轮区调工作的开展，笔者在前人资料[4-6]的基础上，对已往中生代侵入体进行了新的划分与研究，从中识别出新的花岗斑岩岩体，但对新识别的花岗斑岩的成因及其构造背景尚缺少进一步的研究。本文以辽东石庙沟地区新识别的花岗斑岩岩体为例，通过其岩石地球化学特征、锆石U-Pb年龄及Hf同位素分析结果，探讨早白垩世花岗斑岩的形成时代、成因及其形成时的构造环境等，以期为辽东地区岩石圈减薄提供直接的证据。

1 区域地质背景

辽东石庙沟地区位于华北陆块东部的辽吉造山/活动带上(图 1)，该带经历了十分复杂的构造演化过程，记录了多期岩浆-构造-变质事件[4]。研究区内岩石、地层及构造均比较发育(图 2)。主要出露古元古界变质地层和中生界沉积地层。古元古界主要为辽河岩群，是一套变质的火山-沉积岩系组成的变质地层，包括盖县岩组、大石桥岩组、高家峪岩组和里尔屿岩组；中生界主要为小岭组，是一套陆相火山-沉积碎屑岩组成的沉积地层。侵入岩主要发育古元古代条痕状、片麻状花岗岩及变质基性岩墙和中生代晚三叠世、晚侏罗世及早白垩世花岗岩。区域变质岩主要分布在辽河岩群各岩组中，包括片岩、浅粒岩、变粒岩、片麻岩和大理岩等。火山岩主要为一套以中—酸性为主，局部夹中基性的火山岩组合，包括安山岩、粗安岩、英安岩和流纹岩等。研究区内构造比较发育，主要受控于吕梁期、印支期和燕山期构造作用，形成了以北东向、北西向、近东西向为主的断裂带和较大型的褶皱带[5]。

据文献[4]修编。 图 1 研究区大地构造简图 Fig. 1 Tectonic diagram of the study area
图选项
据文献[5]修编。 图 2 研究区区域地质简图 Fig. 2 Regional geological map of the study area
图选项

研究区内中生代侵入岩主要分布在石庙沟、佟家堡子和黄岭子等地区。其中，早白垩世花岗斑岩仅分布在石庙沟一带。本文对该岩体中具有一定代表性的露头进行了重点研究，本次研究的SM-TW1样品采样点坐标为123°25′20.16″E，40°27′54.52″N，具体采样位置如图 2所示。

2 样品制备与测试方法 2.1 样品制备

在辽宁省地质矿产研究院将本次选取的新鲜岩石样品破碎成200目以下粉末，并进行全岩主量元素、稀土元素和微量元素测试。在河北省区域地质调查院矿物分选实验室进行了锆石分选以及CL图像拍摄工作。首先将大约5 kg的锆石分选样品破碎至粒级，清洗、烘干和筛选；然后采用磁选和重液分离技术分选出不同粒级的锆石晶体，并在双目镜下挑选出颗粒相对完整的锆石晶体约150粒，进行锆石制靶；最后进行锆石阴极发光照相(CL)，以观察其内部结构。

2.2 测试方法

主量元素测定采用熔片X荧光光谱法(XRF)，所用仪器为岛津XRF-1800，测试精度为5%。全岩稀土、微量元素测定采用溶样法，利用Agilent 7500ce ICP-MS分析完成。锆石原位微区U-Pb同位素定年工作由北京科荟测试技术有限公司采用LA-ICP-MS分析方法完成。ICP-MS为Analytikjena Plasma Quant MS Elite ICP-MS，U-Pb同位素定年激光剥蚀系统为ESI NWR 193 nm。激光剥蚀过程中用氩气作为补偿气以调节灵敏度，用氦气作载气，二者在进入ICP之前通过1个Y型接头进行混合。每个时间分辨分析数据包括大约45 s的样品信号和15~20 s的空白信号。对分析数据的离线处理(包括对空白信号和样品的选择、元素含量、仪器灵敏度漂移校正及U-Pb-Th同位素年龄和比值计算)采用软件ICPMSDataCal[6-7]完成。U-Pb同位素定年采用标准锆石GJ-1作外标进行同位素分馏校正，每分析5~10个测年点分析2次GJ-1。对于与分析时间有关的U-Pb-Th同位素比值漂移，利用GJ-1的变化采用线性内插的方式进行校正[6]。所有样品年龄数据的U-Pb年龄权重平均计算、年龄谐和图和年龄分布频率图绘制采用Isoplot4.5程序[8]完成。

在北京科荟测试技术有限公司采用Neptune多接收器电感藕合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)和NWR 213 nm固体激光取样系统进行锆石Hf同位素测试，分析时激光剥蚀时间约26 s，激光束直径为55 um。测定时采用标样锆石GJ-1作外标，分析中所用的激光脉冲频率为10 Hz，激光束脉冲能量密度为7~8 J/cm2。本次实验测定过程中，GJ-1的测定结果为0.282 013±0.000 020，该值与目前用溶液法获得的值在误差范围内一致[9-10]。

3 岩石学特征

研究区出露的花岗斑岩岩体形态呈不规则椭圆形岩株，呈北东向展布产出(图 2)。空间上，花岗斑岩与古元古代辽吉花岗岩、辽河岩群盖县岩组以及晚三叠世侵入岩均呈侵入接触关系。该类岩石风化面呈黄褐色，新鲜面呈浅肉红色，斑状结构，块状构造(图 3a)。该岩体主要由斑晶和基质组成。斑晶主要为斜长石、石英、正长石。斜长石为更长石，呈自形—半自形板状结构，单偏光下无色透明，正交偏光下干涉色一级灰白，发育有聚片双晶，具绢云母化，粒径为1~2 mm，体积分数为10%左右；石英呈他形粒状结构，具熔蚀现象，单偏光下无色透明，正低突起，正交偏光下干涉色一级黄白，粒径为0.5~1.0 mm，体积分数为5%左右；正长石呈自形—半自形板状结构，单偏光下无色透明，正交偏光下干涉色一级灰白，具两组近直交解理，具黏土化，粒径为1.0~1.5 mm，体积分数为15%左右。基质具显微晶质结构及文象结构，成分主要由石英、长石及少量云母组成，体积分数为70%左右(图 3b)。副矿物主要有锆石、磷灰石、石榴子石和磁铁矿等。

图 3 研究区早白垩世花岗斑岩典型岩石宏观(a)及显微构造(b)照片 Fig. 3 Typical rock macroscopic(a) and microscopic structure (b) of Early Cretaceous granite-porphyry in the study area
图选项
4 分析结果 4.1 岩石地球化学特征

本文选取研究区内3件新鲜样品进行主量、稀土和微量元素全岩地球化学分析，测定结果以及计算所得的相关参数见表 1。

表 1 研究区早白垩世花岗斑岩主量、微量和稀土元素质量分数及有关参数值 Table 1 Main, trace and REE elements's mass fraction and related parameter values of the Early Cretaceous granite-porphyry in the study area
样品号 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 烧失量 总和 A/CNK
SM-TY1 76.22 0.10 12.54 1.25 0.36 0.05 0.10 0.19 3.43 4.95 0.02 0.72 99.93 1.46
SM-TY2 77.28 0.08 11.64 1.39 0.26 0.04 0.05 0.20 3.39 4.75 0.02 0.67 99.77 1.40
SM-TY3 75.96 0.09 12.49 0.91 0.44 0.04 0.11 0.14 3.16 5.62 0.02 0.52 99.50 1.40
样品号 A/NK La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
SM-TY1 1.50 38.20 96.40 8.09 26.90 4.42 0.22 4.51 0.74 4.22 0.89 2.68 0.46 3.04
SM-TY2 1.43 24.70 70.50 5.31 18.80 3.20 0.15 3.40 0.59 3.69 0.78 2.21 0.38 2.62
SM-TY3 1.42 19.20 46.10 4.68 15.80 2.97 0.25 2.74 0.52 2.69 0.64 1.79 0.33 2.08
样品号 Lu Y ΣREE LREE/HREE (La/Yb)N δEu δCe Rb Sr Ba Ga Nb Ta Zr
SM-TY1 0.48 24.90 191.25 10.24 8.47 0.15 1.26 216 22.2 206 21.0 19.2 1.66 135.0
SM-TY2 0.41 21.30 136.74 8.71 6.36 0.14 1.42 210 19.3 216 19.6 17.7 1.52 105.0
SM-TY3 0.34 16.90 100.13 8.00 6.22 0.26 1.14 174 23.7 187 19.6 16.5 1.59 89.2
样品号 Hf Th V Cr Co Ni Sc U K Ti P Ga/Al
SM-TY1 5.01 23.6 3.53 20.7 1.26 3.47 3.34 3.54 164.37 0.46 0.92 3.16
SM-TY2 3.99 22.1 2.06 16.2 0.78 2.55 2.73 3.42 157.72 0.37 0.92 3.18
SM-TY3 3.77 19.1 5.89 23.3 1.26 3.20 3.64 3.09 186.61 0.42 0.92 2.97
注：主量元素质量分数单位为%；微量、稀土元素质量分数单位为10-6。
表选项
4.1.1 主量元素特征

主量元素分析结果(表 1)显示，花岗斑岩w(SiO2)在75.96%~77.28%之间，w(Al2O3)在11.64%~12.54%之间，具有高SiO2、低Al2O3质量分数的特征。w(Na2O)、w(K2O)分别在3.16%~3.43%、4.75%~5.62%之间，岩石是相对富钾(K2O/Na2O=1.40~1.78)的特征。TiO2、MnO、MgO、CaO和P2O5的质量分数较低，依次为0.08%~0.10%、0.04%~0.05%、0.05%~0.11%、0.14%~0.20%、0.02%。样品投入w(Na2O+K2O)- w(SiO2)图解(图 4a)中，均落入亚碱性系列花岗岩区域内；投入w(K2O)-w(SiO2)图(图 4b)中，均落在钙碱性系列区；投入w(K2O)- w(SiO2)变异图(图 5)中，均落在高钾岩系列区内。花岗斑岩铝指数A/CNK集中分布在1.40~1.46之间，A/NK在1.42~1.50之间，属于过铝质岩石。综上表明，研究区内花岗斑岩属于过铝质高钾钙碱性系列岩石。

1. 橄榄辉长岩；2a. 碱性辉长岩；2b. 亚碱性辉长岩；3. 辉长闪长岩；4. 闪长岩；5. 花岗闪长岩；6. 花岗岩；7. 硅英岩；8. 二长辉长岩；9. 二长闪长岩；10. 二长岩；11. 石英二长岩；12. 正长岩；13. 副长石辉长岩；14. 副长石二长闪长岩；15. 副长石二长正长岩；16. 副长石正长岩；17. 副长深成岩；18. 霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩。Ir. Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性。SHO. 钾玄岩系列；CA. 钙碱性系列；LKT. 低钾拉斑系列。a底图据文献[11]；b底图据文献[12-13]。 图 4 研究区花岗斑岩w(Na2O+K2O) -w(SiO2)图 (a)和w(K2O)- w(SiO2)图(b) Fig. 4 w(Na2O+K2O) -w(SiO2) diagram(a) and w(K2O)- w(SiO2) diagram(b) of the Early Cretaceous granite-porphyry in the study area
图选项
底图据文献[13]。 图 5 研究区花岗斑岩w(K2O)- w(SiO2)变异图 Fig. 5 Variation of w(K2O)- w(SiO2) diagram of the Early Cretaceous granite-porphyry in the study area
图选项
4.1.2 稀土和微量元素特征

稀土及微量元素分析结果见表 1。表 1中显示，早白垩世花岗斑岩的稀土总量(∑REE)较高，质量分数在(100.13~191.25)×10-6之间。LREE/HREE=8.00~10.24，(La/Yb)N=6.22~8.47，说明轻重稀土分馏程度较高，且重稀土亏损，轻稀土富集。从稀土配分曲线模式图(图 6a)可以看出，该类花岗斑岩具有比较明显的轻重稀土分馏现象，配分曲线呈明显的右倾型，相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素。在配分曲线图上呈明显的铕负异常，δEu在0.14~0.26之间，均值为0.18，说明在岩浆演化过程中该类花岗斑岩发生了斜长石的分离结晶作用[14-15]。在原始地幔标准化的微量元素蛛网图(图 6b)上，该类花岗斑岩各样品以富集大离子亲石元素K、Rb、Ba、U和亏损高场强元素为特征，其中Nb、Ti、Ta、P等高场强元素相对亏损，说明岩浆在演化过程中可能发生了分异结晶作用。

球粒陨石数据和原始地幔数据据文献[14]。 图 6 研究区早白垩世花岗斑岩稀土元素配分曲线模式图(a)与微量元素蛛网图(b) Fig. 6 Chondrite-normalized REEdist ribution patterns (a) and primary mantle-normalized incompatible element patterns (b) of the Early Cretaceous granite-porphyry in the study area
图选项
4.2 锆石U-Pb年龄

本文对1件花岗斑岩样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb分析，其锆石呈黄粉色，金刚光泽，以透明为主，自形至半自形柱状、断柱状，可见锥柱不对称的歪晶；晶体裂纹较发育，晶体表面常见浅坑、浅凹槽等溶蚀痕迹。锆石颜色单一，晶群集中，改造程度相近为同源产物[15-20]。锆石粒径大部分在20~150 μm之间，少数在150~350 μm之间。锆石长短轴之比大部分在1.2~2.5之间，少数在2.5~4.0之间。据锆石阴极发光CL图像显示，大部分锆石呈现清晰的震荡环带，少数锆石核部结构不清晰(图 7)。所有锆石Th/U值在0.42~1.21之间，均大于0.4，具有典型岩浆锆石的特点。年龄计算结果显示，该样品的206Pb/238U年龄在132~118 Ma之间(表 2)，加权平均值为(123.0±1.6)Ma(MSWD=4.2，n=19，图 8)，应代表该岩石的岩浆结晶年龄。

白色圈为锆石U-Pb测试点位；红色圈为Hf测试点位。 图 7 研究区早白垩世花岗斑岩典型锆石CL图像 Fig. 7 CL imeges of zircons of the Early Cretaceous granite-porphyry in the study area
图选项
表 2 研究区早白垩世花岗斑岩样品中锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果 Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data of the Early Cretaceous granite-porphyry in the study area
样品号 wB/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma
Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ
SM-TW1-01 356 677 0.53 0.049 1 0.001 1 0.139 7 0.004 4 0.020 6 0.000 4 150 56 133 4 132 3
SM-TW1-02 743 1 086 0.68 0.048 0 0.000 8 0.130 5 0.003 0 0.019 7 0.000 2 98 43 125 3 126 2
SM-TW1-03 495 818 0.61 0.049 4 0.001 1 0.136 5 0.003 3 0.020 1 0.000 2 169 49 130 3 128 2
SM-TW1-04 512 828 0.62 0.052 0 0.000 9 0.139 9 0.002 3 0.019 5 0.000 2 287 34 133 2 125 1
SM-TW1-05 395 646 0.61 0.049 9 0.002 7 0.129 8 0.008 6 0.018 8 0.000 3 191 124 124 8 120 2
SM-TW1-06 240 330 0.73 0.062 1 0.004 0 0.163 4 0.010 6 0.019 1 0.000 3 676 140 154 9 122 2
SM-TW1-07 558 866 0.64 0.049 2 0.000 8 0.131 3 0.002 3 0.019 4 0.000 2 167 37 125 2 124 1
SM-TW1-09 329 331 1.00 0.048 8 0.001 5 0.124 0 0.004 1 0.018 5 0.000 2 200 72 119 4 118 2
SM-TW1-10 279 659 0.42 0.054 3 0.001 9 0.145 4 0.004 8 0.019 6 0.000 2 389 80 138 4 125 1
SM-TW1-13 675 1 112 0.61 0.057 2 0.001 9 0.150 6 0.004 9 0.019 2 0.000 4 498 68 142 4 123 2
SM-TW1-14 287 595 0.48 0.048 4 0.000 9 0.130 6 0.002 8 0.019 6 0.000 3 120 44 125 2 125 2
SM-TW1-15 276 446 0.62 0.048 5 0.001 4 0.124 5 0.003 5 0.018 7 0.000 2 124 69 119 3 119 1
SM-TW1-16 118 184 0.64 0.048 0 0.001 8 0.125 2 0.004 8 0.019 0 0.000 2 102 89 120 4 121 2
SM-TW1-17 130 186 0.70 0.049 6 0.001 7 0.129 9 0.004 4 0.019 1 0.000 3 176 77 124 4 122 2
SM-TW1-18 505 818 0.62 0.048 8 0.000 8 0.135 2 0.002 5 0.020 1 0.000 2 200 39 129 2 128 2
SM-TW1-19 1 470 1 666 0.88 0.048 4 0.001 0 0.133 2 0.002 7 0.020 0 0.000 3 117 44 127 2 128 2
SM-TW1-20 217 288 0.75 0.046 8 0.002 0 0.121 9 0.005 4 0.018 9 0.000 3 39 100 117 5 120 2
SM-TW1-23 301 494 0.62 0.048 1 0.001 3 0.126 2 0.003 4 0.019 0 0.000 2 106 63 121 3 122 1
SM-TW1-24 515 424 1.21 0.051 5 0.001 6 0.134 0 0.004 3 0.018 9 0.000 2 265 75 128 4 120 1
表选项
图 8 研究区早白垩世花岗斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 8 U-Pb Concordia diagram of LA-ICP-MS zircons of the Early Cretaceous granite-porphyry in the study area
图选项
4.3 锆石Hf同位素

花岗斑岩Hf同位素分析结果及计算参数见表 3。从表中可以看出，锆石的176Yb/ 177Hf和176 Lu/177Hf值相对较低，分别为0.021 963~0.057 526和0.000 784~0.001 987，表明该样品中锆石的Lu-Hf同位素体系相对稳定，自结晶后无其他放射性Hf同位素加入。经计算得出，εHf(t)值为-15.72~-12.85，平均值为-14.14。二阶段模式年龄(TDM2)在2 164~1 989 Ma之间，平均为2 067 Ma。

表 3 研究区早白垩世花岗斑岩样品中锆石Hf同位素分析结果 Table 3 Zircon Hfisotope analysis results of the Early Cretaceous granite-porphyry in the study area
样品号 t/Ma 176Yb/177Hf 2σ 176Lu/177Hf 2σ 176Hf/177Hf 2σ εHf(t) TDM1/Ma fLu(t) TDM2/Ma
SM-TW1-1 126 0.040 078 0.000 583 0.001 427 0.000 022 0.282 319 0.000 019 -13.39 1 332 -0.96 2 023
SM-TW1-2 125 0.032 542 0.000 382 0.001 109 0.000 013 0.282 276 0.000 020 -14.90 1 381 -0.97 2 116
SM-TW1-3 122 0.057 526 0.002 662 0.001 987 0.000 085 0.282 274 0.000 026 -15.11 1 416 -0.94 2 127
SM-TW1-4 118 0.043 766 0.000 676 0.001 502 0.000 022 0.282 296 0.000 029 -14.38 1 367 -0.95 2 078
SM-TW1-5 125 0.030 289 0.000 196 0.001 039 0.000 008 0.282 333 0.000 022 -12.85 1 297 -0.97 1 989
SM-TW1-6 125 0.043 938 0.000 411 0.001 462 0.000 013 0.282 322 0.000 021 -13.31 1 329 -0.96 2 017
SM-TW1-7 121 0.021 963 0.000 631 0.000 784 0.000 023 0.282 254 0.000 026 -15.72 1 399 -0.98 2 164
SM-TW1-8 122 0.029 777 0.000 964 0.001 074 0.000 034 0.282 311 0.000 028 -13.73 1 331 -0.97 2 041
SM-TW1-9 120 0.035 450 0.000 461 0.001 258 0.000 017 0.282 295 0.000 024 -14.33 1 359 -0.96 2 077
SM-TW1-10 120 0.035 782 0.000 583 0.001 287 0.000 024 0.282 315 0.000 024 -13.64 1 332 -0.96 2 034
表选项
5 讨论 5.1 花岗斑岩的侵位年代

区域上辽东地区在燕山期发生过多期次的大范围岩浆活动，本文研究的花岗斑岩岩体的岩浆演化及形成时代也发生在该时期。早期研究主要依据野外接触关系等证据，将花岗斑岩形成时代确定为早白垩世。本次工作通过LA-ICP-MS高精度测试方法对该岩体进行测试，测得其锆石U-Pb年龄加权平均值为(123.0±1.6)Ma(MSWD=4.2，n=19，图 8)，据前面所述测得锆石均为岩浆结晶锆石，测得的年龄代表该岩石的岩浆结晶年龄，故确定辽东石庙沟地区花岗斑岩形成时代为早白垩世。

5.2 岩石成因

一些学者将花岗岩大致分为洋壳、陆壳以及两者之间过渡的3种源区，认为其都是壳源成因 [21]。本次研究的早白垩世花岗斑岩富SiO2、Na2O和K2O，贫CaO、MgO及Al2O3，亏损高场强元素(Nb、Ti、Ta和P)，富集大离子亲石元素(K、Rb、Ba和U)，A/CNK值大于1，REE配分曲线呈“海鸥”式分布，以具有显著的负Eu异常为特征，高Ga/Al值，与典型A型花岗岩特征一致。并且将花岗斑岩投入花岗岩成因类型图解(图 9)之中，均落入A型花岗岩区域内。Rb/Sr值为7.34~10.88，Rb/Ba值为0.93~1.05，其变化范围与国内A型花岗岩基本一致[26]。由此表明，研究区早白垩世花岗斑岩为A型花岗岩。Hf同位素测试结果表明，εHf(t)值均为负值，介于-15.72~-12.85之间，平均值为-14.14。二阶段模式年龄在2 164~1 989 Ma之间，平均为2 067 Ma，反映源岩可能以大陆壳成分为主。进一步结合该类岩石样品具有高SiO2，低Mg、Co、Cr、Ni的特征，与Patiño Douce[27]通过实验得出地壳物质部分熔融产物的地球化学特征一致，且富集LREE和LILE，亏损HFSE，为地壳物质部分熔融形成的岩浆所具有的特征，由此也表明研究区早白垩世花岗斑岩岩浆应为大陆地壳物质熔融的产物[27]。

FG. 分异长英质花岗岩区域；OGT. I型和S型花岗岩区域。底图据文献[22-25]。 图 9 研究区早白垩世花岗斑岩A型花岗岩判别图 Fig. 9 Discrimination diagrams of A-type granite of the Early Cretaceous granite-porphyry in the study area
图选项
5.3 岩浆活动的构造背景

近年一些学者认为中国东部大陆岩石圈在晚中生代发生了强烈的岩石圈减薄作用和构造格架的重大转折事件[28-29]，而辽东是晚中生代岩石圈破坏与减薄最为强烈和典型的地区。自侏罗纪以来强烈的构造-岩浆活动是华北克拉通岩石圈减薄和破坏的结果，尤其在晚中生代异常强烈伸展作用引起大规模的火山活动，从而进一步提高了上地壳的渗透性，为以后岩浆侵位提供了条件[30-31]。最近几年的研究表明，在华北板块东部由挤压构造向伸展构造转折始于150~140 Ma，在130~120 Ma的早白垩世达到高潮，终于110~100 Ma[29, 32]。在早白垩世时期，太平洋板块漂移方向发生改变，沿平行欧亚大陆边缘走滑，引起大陆岩石圈发生大规模伸展作用，从而引起郯庐断裂发生大幅度左行平移[3, 33]。在辽东地区出现的数个变质核杂岩和拆离断层构造就是岩石圈在辽东地区发生大规模伸展作用和减薄的最有利证明。俯冲造成的地壳伸展和岩石圈减薄使得软流圈地幔岩浆大量底侵，巨量的热能促使具有幔源特征的下地壳物质部分熔融，形成花岗质岩浆。这些花岗质岩浆沿着活化的断裂侵位，形成了晚中生代众多的侵入岩体[3]。

本文研究的花岗斑岩样品投入w(TFeO)- w(MgO)图解(图 10a)和w(TFeO+MgO)-w(CaO)图解(图 10b)中，样品均落入岛弧+大陆弧+大陆碰撞区域内；投入构造环境判别图解w(Rb)-w(Yb+Ta) (图 10c)和图解w(Rb)-w(Yb+Nb) (图 10d)中，样品基本落入火山弧花岗岩+同碰撞花岗岩区域中，反映其具有岛弧花岗岩的特征。进一步将样品点投在R2-R1图解(图 11)上，均落入造山期后花岗岩区域内，指示造山后伸展环境。

IAG. 岛弧；CAG. 大陆弧；CCG. 大陆碰撞；POG. 造山后；RRG. 与裂谷有关；CEUG. 陆内造陆降起；ORG. 洋中脊花岗岩；VAG. 火山弧花岗岩；WPG. 板内花岗岩；syn-COLG. 同碰撞花岗岩。底图据文献[34-35]。 图 10 研究区早白垩世花岗斑岩构造环境判别图解 Fig. 10 Tectonic environment plots of the Early Cretaceous granite-porphyry in the study area
图选项
①地幔斜长花岗岩；②破坏性活动板块边缘(板块碰撞前)花岗岩；③板块碰撞后隆起期花岗岩；④晚造期花岗岩；⑤非造山区A型花岗岩；⑥同碰撞(S型)花岗岩；⑦造山期后A型花岗岩。底图据文献[36]。 图 11 研究区早白垩世花岗斑岩R2-R1构造环境判别图解 Fig. 11 Tectonic environment plots of R2-R1 of the Early Cretaceous granite-porphyry in the study area
图选项

综上所述，笔者认为研究区内的早白垩世花岗斑岩是在晚中生代受古太平洋板块向欧亚大陆俯冲造山后伸展作用和拆沉作用联合制约的条件下，造成幔源岩浆上涌，在上涌过程中，中下地壳受到高温加热而部分熔融所形成。

6 结论

通过对辽东石庙沟早白垩世花岗斑岩岩石地球化学特征、锆石U-Pb-Hf同位素的研究，可以得出以下结论：

1) 早白垩世花岗斑岩属于过铝质钙碱性系列的A型花岗岩。

2) LA-ICP-MS U-Pb测年结果为(123.0±1.6) Ma, 花岗斑岩形成于早白垩世；Hf同位素测试结果的εHf(t)值均为负值，介于-15.72~-12.85之间，岩浆应为大陆地壳物质熔融的产物。

3) 辽东地区燕山晚期构造环境受板块俯冲造山后的伸展作用和下地壳拆沉作用的联合制约。早白垩世花岗斑岩的形成受太平洋构造域的影响，形成环境受板块俯冲造山后伸展作用和下地壳拆沉作用的联合制约，是辽东地区岩石圈减薄的直接证据。

致谢: 河北省廊坊区域地质调查院实验室在锆石分选中给予了帮助, 北京科荟测试技术有限公司在LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb及其痕量元素测试分析中给予了大力帮助, 在此一并表示感谢。

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吉林大学主办、教育部主管的以地学为特色的综合性学术期刊
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文章信息

王世成, 杨仲杰, 杨菊, 张璟, 孙守亮, 刘长纯
Wang Shicheng, Yang Zhongjie, Yang Ju, Zhang Jing, Sun Shouliang, Liu Changchun
辽东石庙沟岩体岩石地球化学特征、锆石U-Pb年龄、Hf同位素及其地质意义
Geochemical, Zircon U-Pb Age, Hf Isotope and Geological Significance of Early Cretaceous Granite-Porphyry in Shimiaogou Area, Eastern Part of Liaoning Province
吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(2): 429-441
Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2021, 51(2): 429-441.
http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20190214

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收稿日期: 2019-10-08

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