辽东黄花甸地区古元古代花岗质岩浆作用及其地质意义

引用本文

王鹏森, 董永胜, 李富强, 高铂森, 甘宜成, 陈木森, 许王. 2017. 辽东黄花甸地区古元古代花岗质岩浆作用及其地质意义. 岩石学报, 33(9): 2708-2724 复制到剪切板

Wang PS, Dong YS, Li FQ, Gao BS, Gan YC, Chen MS and Xu W. 2017. Paleoproterozoic granitic magmatism and geological significance in Huanghuadian area, eastern Liaoning Province. Acta Petrologica Sinica, 33(9): 2708-2724(in Chinese with English abstract) 复制到剪切板

辽东黄花甸地区古元古代花岗质岩浆作用及其地质意义

王鹏森¹, 董永胜¹, 李富强¹, 高铂森¹, 甘宜成¹, 陈木森¹, 许王²

1. 吉林大学地球科学学院, 长春 130061;
2. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037

2017-04-12 收稿; 2017-07-15 改回.

基金项目: 本文受国家自然科学基金重点项目（41430210）和中国地质调查局地质调查项目（DD20160121）联合资助

第一作者简介: 王鹏森, 男, 1990年生, 博士生, 矿物学、岩石学、矿床学专业, E-mail:824700597@qq.com

通讯作者: 董永胜, 男, 1968年生, 博士生导师, 岩石学专业, E-mail:dongys@jlu.edu.cn

摘要: 胶-辽-吉古元古代造山/活动带的辽东黄花甸地区出露大量古元古代花岗质岩石，前人将该区的花岗质岩石统称为花岗质混杂岩。本文通过详细的野外地质调查和室内综合研究，将该套花岗质混杂岩解体为时代及性质完全不同的两类花岗岩——黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩。其中黑云母二长花岗岩具有块状、条痕状、片麻状的不同构造类型，均显示富SiO₂（72.37%~77.44%）、贫Al₂O₃（11.69%~13.21%）、富K₂O（3.97%~5.11%）的特征，Na₂O/K₂O=0.64~1.08，TiO₂含量在0.18%~0.34%之间，MnO、MgO和P₂O₅的含量较低，分别为0.01%~0.07%、0.12%~0.32%和0.01%~0.06%，铝饱和指数A/CNK集中分布在1.33~1.45之间，A/NK在1.49~2.60之间，属于过铝质高钾钙碱性系列；微量元素Sr、Ba、Ti、P强烈亏损，具有明显的Eu负异常，具有A型花岗岩的特征。黑云母二长花岗岩的锆石大部分为具有清晰震荡环带结构的岩浆锆石，从3个样品获得LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和年龄分别为2185±29Ma、2183±13Ma、2166±10Ma，据目前所获得南辽河群碎屑锆石年龄（1.95~2.15Ga），本文认为黑云母二长花岗岩的侵位时代要早于南辽河群地层沉积的时间，构成了南辽河群地层沉积的基底。花岗闪长岩呈岩枝状侵入黑云母二长花岗岩和里尔峪组地层中，富SiO₂（72.54%~74.31%）、Al₂O₃（15.01%~16.17%），全碱（K₂O+Na₂O）平均7.77%，相对富钠（Na₂O/K₂O=1.27~2.82），贫钙、镁，MgO平均为0.26%，CaO平均为1.59%，Mg^#值平均为54.0，铝饱和指数A/CNK集中分布在1.61~1.78之间，A/NK在1.49~2.60之间，属于过铝质钙碱性系列，具明显的Eu正异常，Y/Yb低，Sr/Y高，而且强烈亏损Th、Ta、Nb、Ti等高场强元素，富集Ba、K、Rb、Sr等低场强元素，具有埃达克质花岗岩的特征。花岗闪长岩的锆石大部分为具有清晰震荡环带结构的岩浆锆石，从2个样品获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为1995±18Ma、1995±13Ma。可以推断花岗闪长岩的侵位时代为2.0Ga左右。本文认为具有A型特征的黑云二长花岗岩是陆块内部拉伸减薄-裂解过程中下部地壳部分熔融的产物，具有埃达克质特征的花岗闪长岩是俯冲过程中所形成火山弧或活动大陆边缘岩浆活动的产物。以上研究表明胶-辽-吉古元古代造山/活动带可能经历了在2.2~2.15Ga左右的拉伸裂解过程和2.0Ga左右俯冲挤压的构造演化过程。

关键词: 胶-辽-吉造山带 A型花岗岩埃达克质花岗岩活动大陆边缘辽东黄花甸

Paleoproterozoic granitic magmatism and geological significance in Huanghuadian area, eastern Liaoning Province

WANG PengSen¹, DONG YongSheng¹, LI FuQiang¹, GAO BoSen¹, GAN YiCheng¹, CHEN MuSen¹, XU Wang²

1. College of Earth Science, Jilin University, Changchun 130061, China;
2. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China

Abstract: Paleoproterozoic granites are widely distributed in the Huanghuadian area of the eastern Liaoning Province, which belongs to the central part of Jiao-Liao-Ji orogenic/activities belts. In the past, some granitic plutons were considered as granitic melange in this area. In this paper, we divide the granitic melange into two types, biotite monzogranites and granodiorites on the basis of comprehensive studies of field observation, petrography, geochemistry and isotope chronology. The biotite monzogranites yield massive, gneissic and striate in structure, which are characterized by high SiO₂ (72.37%~77.44%) and K₂O (3.97%~5.11%) and low Al₂O₃ (11.69%~13.21%) contents, with Na₂O/K₂O=0.64~1.08; Their TiO₂ content are between 0.18%~0.34%, MnO, MgO and P₂O₅ contents are 0.01%~0.07%, 0.12%~0.32% and 0.01%~0.06%, respectively. The saturation index A/CNK is between 1.33 and 1.45 and A/NK between 1.49 and 2.60, which suggest that the biotite monzogranites should belong to the peraluminum high potassium calcium alkaline series. Some trace elements, e.g. Sr, Ba, Ti and P are strongly depleted, with an obvious anomaly of negative Eu. All the geochemical characteristics suggest that they should be A-type granites, most zircon grains of the biotite monzogranite show clear oscillating zoning structures. LA-ICP-MS zircon U-Pb harmonic ages from three samples are 2185±29Ma, 2183±13Ma, 2166±10Ma. Combined with the ages of detrial zircons in South Liaohe Group (1.95~2.15Ga), it was inferred that the biotite monzogranites are the basement of the South Liaohe Group. Granodiorites, occurring as apophyses, intrusted into the biotite monzogranites and the Li'eryu Formation. They characterized by high SiO₂ (72.54%~74.31%) and Al₂O₃ (15.01%~16.17%)contents, with Na₂O/K₂O=1.27~2.82 and the total alkali (K₂O+Na₂O) in average of 7.77%; The average value of Mg^# is 54.0 and the average contents of MgO and CaO is 0.26% and 1.59%, respectively. The saturation index A/CNK is between 1.61 and 1.78 and A/NK between 1.49 and 2.60, which suggest that the granodiorites should belong to the peraluminum calcium alkaline series. Granodiorites have obviously positive Eu anomalies. Besides, they are low in Y/Yb, high in Sr/Y and high field strength elements Th, Ta, Nb, Ti have strong depletion while large ion lithophile elements Ba, K, Rb, Sr are abundant. All the geochemical characteristics are similar to the feature of adakitic granite. Most zircons grains of the granodiorites show clear oscillating zoning structures. LA-ICP-MS zircon U-Pb ages from two samples are 1995±18Ma, 1995±13Ma. We infer that the emplacement age of granodiorites is about 2.0Ga. This paper considers that the biotite monzogranites with A-type characteristics are products of partial melting of the lower crust during the process of the internal thinning of the continental crust and the granodiorites which have characteristics of adakitic granite are products of magmatic activity formed by volcanic arc or active continental margin during subduction. The studies above indicate that Jiao-Liao-Ji orogenic/activities belts experienced stretching period at 2.2~2.15Ga; Then there is a process of subduction and compression around 2.0Ga.

Key words: Jiao-Liao-Ji Paleoproterozoic orogenic belt/activities A-type granite Adakite-like granite Active continental margin Huanghuadian area, eastern Liaoning Province

1 引言

胶-辽-吉古元古代造山/活动带是华北克拉通内最复杂的构造带, 它是记录了自古元古代到中生代多期岩浆事件、变质事件和构造热事件的复合造山带, 是揭示华北克拉通形成演化、陆块聚合-裂解动力学过程的最佳窗口(刘福来等, 2015)。辽吉花岗岩作为胶-辽-吉古元古代造山/活动带的重要组成部分, 前人对其做了较为深入的研究, 如辽东宽甸地区的条痕状角闪花岗岩、黑云母花岗岩(张秋生, 1988)和片麻状花岗岩(Sun et al., 1993), 辽东虎皮峪条痕状花岗岩和吉南通化的“辽吉花岗岩”(路孝平等, 2004)以及对胶辽吉古元古代花岗岩的研究(李三忠和杨振生, 1997; 郝德峰等, 2004)。这些研究成果对认识辽吉地区花岗质岩石提供了大量的证据, 同时也对胶-辽-吉古元古代造山/活动带的成因机制和大地构造演化具有重要意义。但是目前对辽吉花岗岩的成因类型、形成的构造背景以及与古元古代地层的时间先后关系等一直存在争论：(1) 在成因类型和构造背景方面刘国平和艾永富(1998)认为是辽河群在变质作用过程中发生高度部分熔融形成, 称之同熔型花岗岩。赵凤顺和胡平(1989)则认为该花岗岩是辽河群下部火山-沉积岩发生重熔形成的, 应属“S”型花岗岩。陈树良等(2000)及曲洪祥等(2000)认为应属壳幔混源类型, 而其他一些学者对宽甸和海城-大石桥地区的研究显示, 该类型岩石应为A型花岗岩(Sun et al., 1993; 刘永江和李三忠, 1996; 李三忠和杨振生, 1997; 路孝平等, 2004)。刘俊来等(2002)通过对此花岗岩的研究, 提出了岩浆核杂岩的概念。杨明春等(2015)认为胶-辽-吉带内古元古代条痕状花岗岩为I型花岗岩。由于对该花岗岩的成因类型上存在上述争论, 导致对其形成构造背景存在认识上的混乱。(2) 关于与古元古代地层究竟是沉积接触还是侵位其中, 由于它们的实际地质关系主要表现为构造接触, 因此一直未能获得可靠的结论。张秋生(1988)和路孝平等(2004)研究认为, 该花岗岩是古元古代辽河群沉积的基底, 后发生“重就位”而又侵入于地层之中; 陈树良等(2001)则认为是伴随该区古元古代造山作用形成的同构造花岗岩。由于认识上的不确定性, 目前仍需要对该花岗岩做进一步的研究工作。

本文所研究的古元古代花岗岩大量出露于辽东黄花甸地区, 前人将其归为花岗质混杂岩。本次研究工作认为这些花岗质混杂岩实际为不同成因类型的古元古代花岗质岩石, 并在野外地质调查重新厘定的基础上进一步对区内出露的不同类型的代表性花岗质岩石的成因类型、侵位年代和形成的构造背景进行了详细研究, 并探讨了其与南辽河群地层的关系。希望能为解决关于辽吉花岗岩的争议和胶-辽-吉古元古代造山/活动带的构造背景及演化模式提供有价值的资料。

2 区域地质背景

在华北克拉通, 位于东部陆块内的胶-辽-吉带是最具代表性的一条古元古代造山/活动带, 它经历了十分复杂的构造演化过程, 记录了多期岩浆-变质事件(刘福来等, 2015)。根据前人的研究结果, 该带的南、北两侧分别与狼林地块和龙岗地块呈断层接触(图 1a)。胶-辽-吉造山/活动带以大面积分布变火山-沉积岩系为特征, 包括吉南地区的集安群和老岭群、辽东地区的南辽河群和北辽河群、胶北地区的荆山群和粉子山群, 总体呈NE向展布(图 1a; Zhao et al., 2005)。此外, 活动带内多处出露太古代-古元古代多期TTG片麻岩、多期-多时代的不同成因类型的花岗质岩石(A型花岗质片麻岩、碱性花岗岩、钙碱性花岗岩及环斑花岗岩等)、双峰式火山岩和基性岩墙(脉)、高压基性和高压泥质麻粒岩等(Lu et al., 2006; Jahn et al., 2008; Zhou et al., 2008; Tam et al., 2011, 2012a, b, c; Liu et al., 2013a, 2014c; Wu et al., 2014)。区内各类变质岩石记录了多期-多阶段变质热事件, 不同地区变质岩石呈现不同样式的变质演化P-T轨迹, 包括：高压基性和高压泥质麻粒岩顺时针近等温减压P-T轨迹、中-低压基性和泥质麻粒岩顺时针和逆时针P-T轨迹以及低角闪岩相-高角闪岩相顺时针和逆时针P-T轨迹(贺高品和叶慧文, 1998; Lu et al., 2006; Jahn et al., 2008; Zhou et al., 2008; 王舫等, 2010; Liu et al., 2013, 2014)。值得注意的是, 胶-辽-吉造山/活动带显示了多期的构造事件记录, 包括：古元古代复杂的裂谷-造山事件(Zhao et al., 2005, 2012; 翟明国, 2010, 2011; Zhai and Santosh, 2011, 2013)和三叠纪扬子板块和华北板块碰撞造山事件在胶-辽-吉造山/活动带东南缘的响应(Liu et al., 2014)。

图 1 胶-辽-吉造山/活动带地质简图(a, 据Zhao et al., 2005修改)和辽东黄花甸地区地质简图(b, 据辽宁省地质矿产局, 1989修改) Fig. 1 Simplified geological map of the Jiao-Liao-Ji orogenic/mobile belt (a, modified after Zhao et al., 2005) and the Huanghuadian area in eastern Liaoning Province (b, modified after BGMRL, 1989)

辽东黄花甸地区位于胶-辽-吉古元古代造山/活动带南辽河群分布区内, 研究区内南辽河群主要为一套绿片岩相-低角闪岩相的变火山-沉积岩石组合, 前人自下而上将其划分为里尔峪组、高家峪组、大石桥组、盖县组(图 1b)。里尔峪组主要为斜长角闪岩-(磁铁)黑云变粒岩-(磁铁)电气石变粒岩岩石组合; 高家峪组在区内出露较少, 主要为含石墨大理岩、片麻岩组合; 大石桥组分为两段, 一段为大理岩夹云母片岩、变粒岩组合, 二段为云母片岩夹变粒岩组合; 盖县组主要为变质石英砂岩-二云母片岩组合。另外区内出露大量古元古代花岗岩和中生代的火山岩、花岗岩和闪长岩。其中古元古代花岗质岩石在前人的地质资料中被定义为花岗质混杂岩(辽宁省地质矿产局, 1989)。

本文根据野外地质调查和室内研究将区内的古元古代花岗质混杂岩解体为黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩, 前者在黄花甸地区广泛分布, 位于里尔峪组地层的底部, 具有块状、条痕状、片麻状的不同构造类型, 后者呈岩枝状侵入黑云母二长花岗岩和里尔峪组地层中或以规模不等的构造透镜体赋存于里尔峪组内的逆冲推覆构造中, 推测在下部可能有规模较大的花岗闪长岩侵入体存在(图 2)。

图 2 黄花甸地区古元古代花岗岩野外照片 (a)片麻状黑云母二长花岗岩(D1001-B1);(b)条痕状黑云母二长花岗岩(D3028-B1);(c)岩枝状花岗闪长岩(D1032-B1);(d)花岗闪长岩构造透镜体(D5002-B1) Fig. 2 Photograhps of outcrops of the Early Paleoproterozoic granite in Huanghuadian area (a) gneissic biotite monzogranitic granite (D1001-B1); (b) striate biotite granodiorite (D3208-B1); (c) apophysis granodiorite (D1032-B1); (d) granodiorite structural lens (D5002-B1)

3 样品及岩相学特征

本文所研究的花岗岩样品采集位置如图 1所示。黑云母二长花岗岩样品包括D1001-B1、D1029-B2、D3028-B1、D3083-B1、D3208-B1、D5132-B2, 花岗闪长岩样品包括D1032-B1、D5002-B1。

黑云母二长花岗岩的风化面为土黄色, 新鲜面为肉红色。中细粒半自形结构, 块状构造, 部分样品具有片麻状、条痕状构造。其主要矿物组成为：斜长石30%~35%;石英20%~25%;微斜长石35%~40%;次要矿物为黑云母3%~5%, 部分样品含有角闪石, 含量3%~10%;副矿物见少量磁铁矿。其中斜长石粒度为1~3mm, 板状, 聚片双晶发育, 部分样品长石发生弱变形。微斜长石格子双晶发育, 呈半自形板状。石英为他形粒状, 粒度1~2mm, 波状消光。黑云母呈鳞片状, 单偏光镜下为黄褐色, 部分转变为绿泥石(图 3a)。

图 3 黄花甸地区古元古代花岗岩显微照片 (a)条痕状黑云母二长花岗岩(D3028-B1);(b)片麻状花岗闪长岩(D1032-B1).Pl-斜长石; Mic-微斜长石; Qtz-石英; Bt-黑云母; Hbl-角闪石 Fig. 3 Photograhps of photomicrographs of the Early Paleoproterozoic granite in Huanghuadian area (a) striate biotite monzogranitic granite (D3028-B1); (b) gneissic granodiorite (D1032-B1). Pl-plagioclase; Mic-microline; Qtz-quartz; Bt-biotite; Hbl-hornblende

花岗闪长岩风化面为浅黄色, 新鲜面为浅灰白色。中细粒显晶粒状结构, 弱片麻状构造。其主要矿物组成为：斜长石35%~40%;微斜长石10%~15%;石英含量35%~40%;次要矿物黑云母约10%。部分斜长石轻度弯曲变形, 黑云母弱定向排列, 部分转变为绿泥石(图 3b)。

4 分析方法

本文对辽东黄花甸地区所出露的古元古代花岗岩共15个样品分散采样(图 1), 选取新鲜花岗岩样品进行初步破碎, 并送至河北省区域地质矿产调查研究所实验室进行全岩粉末样品磨制至200目, 然后进行全岩元素地球化学测试分析。其中主量元素采用Axios ^max X射线荧光光谱仪(XRF)分析, 微量元素和稀土元素采用X Serise²等离子体质谱仪(ICP-MS)分析, 灼失量采用P124S电子分析天平测试, FeO采用50ml滴定管分析。具体分析的测试条件和步骤参阅Qi et al. (2000)。

锆石制靶在河北省廊坊区域地质调查研究所完成, 采用常规方法进行粉碎, 并用浮选和电磁选方法进行分选, 在双目镜下将锆石颗粒粘贴在环氧树脂表面, 打磨抛光后进行透射光和反射光图像采集。锆石阴极发光(CL)图像是在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心采用GATAN公司Chroma阴极发光探头HTACHI S-3000N扫描电镜上完成。LA-ICP-MS锆石U-Pb原位定年及微区微量、稀土元素分析在中国地质大学(北京)科学研究院激光等离子体质谱实验室进行。分析仪器采用由美国New Wave Research公司生产的激光剥蚀进样系统(UP193SS)和美国AGLENT科技有限公司生产的Agilent 7500a型四级杆等离子体质谱仪联合构成的激光等离子质谱仪, 实验中采用He作为剥蚀物质的载气。激光束斑直径为36μm, 波长193μm, 频率为10Hz, 激光预剥蚀时间和剥蚀时间分别为5s和45s, U、Th、Pb元素积分时间为20ms, 其它元素积分时间为15ms。年龄计算时以国际标准锆石91500为外标进行同位素比值校正, 以TEM为监控盲样; 元素含量以国际标样NIST612为外标, ²⁹Si为内标。测试结果通过GLITTER 4.4.4软件计算得出, 实验获得的数据采用Andersen (2002)的方法进行同位素比值的校正以扣除普通Pb的影响, 谐和图的绘制采用ISOPLOT3.0完成(Ludwig, 2001)。详细的实验分析步骤和数据处理方法见文献Song et al. (2010)和Liu et al. (2008b)。所给定的同位素比值和年龄的误差均在1σ水平。

5 分析结果 5.1 地球化学

本文选取了研究区内两类花岗岩共15个样品进行了主量、微量和稀土元素地球化学分析, 表 1列出了所分析的15个样品的常量、微量及稀土元素的测定结果以及计算所得的相关参数。

表 1 黄花甸地区古元古代花岗岩地球化学数据表(主量元素：wt%; 稀土和微量元素：×10^-6) Table 1 The geochemical compositions for Early Paleoproterozoic granite in Huanghuadian area (Major elements: wt%; Trace elements: ×10^-6)

样品号	D1001-B1①	D1001-B1②	D1029-B2①	D1029-B2②	D3028-B1①	D3083-B1①	D3208-B1①	D3208-B1②	D3208-B1③	D5132-B2①	D5132-B2②	D1032-B1①	D5002-B1①	D5002-B1②	D5002-B1③
岩性	黑云母二长花岗岩											花岗闪长岩
SiO₂	77.41	77.44	72.90	72.75	75.05	73.86	74.66	74.28	72.73	72.86	72.37	72.54	74.31	72.96	73.38
Al₂O₃	12.27	12.24	12.50	12.74	12.32	12.42	12.51	12.13	13.21	11.69	12.37	15.39	15.01	16.17	16.09
Fe₂O₃	0.34	0.46	1.49	1.26	0.84	2.58	1.83	2.01	2.24	3.97	3.59	0.23	0.01	0.06	0.04
FeO	0.43	0.40	2.62	2.32	1.60	1.15	1.19	1.56	1.27	2.08	1.77	0.75	0.32	0.25	0.27
CaO	0.62	0.60	1.48	1.22	1.53	0.40	0.54	0.96	0.45	0.31	0.30	2.00	1.24	1.29	1.83
MgO	0.32	0.30	0.18	0.32	0.26	0.12	0.26	0.12	0.18	0.12	0.14	0.36	0.24	0.22	0.22
K₂O	2.55	2.59	4.46	4.68	4.05	4.94	3.95	5.08	4.72	4.72	5.02	2.10	3.50	3.33	1.89
Na₂O	5.30	5.31	3.09	3.00	3.14	3.34	4.25	3.07	4.37	3.23	3.45	5.47	4.46	4.70	5.33
TiO₂	0.18	0.19	0.34	0.38	0.27	0.26	0.25	0.25	0.27	0.23	0.27	0.15	0.04	0.03	0.04
MnO	0.02	0.02	0.07	0.04	0.05	0.03	0.02	0.04	0.01	0.01	0.01	0.02	0.01	0.01	0.01
P₂O₅	0.01	0.01	0.04	0.06	0.04	0.02	0.02	0.03	0.04	0.02	0.03	0.04	0.04	0.05	0.05
H₂O⁺	0.21	0.20	0.48	0.55	0.30	0.62	0.26	0.20	0.22	0.41	0.20	0.43	0.62	0.68	0.48
H₂O^-	0.10	0.12	0.16	0.21	0.13	0.14	0.07	0.05	0.11	0.08	0.12	0.09	0.20	0.23	0.14
Total	99.91	99.91	99.79	99.79	99.74	99.86	99.89	99.81	99.87	99.91	99.91	99.85	99.80	99.82	99.87
LOI	0.46	0.34	0.63	1.03	0.59	0.75	0.42	0.28	0.36	0.67	0.59	0.78	0.62	0.75	0.69
La	17.16	15.60	28.43	67.60	35.18	40.02	29.88	29.44	29.83	32.23	85.26	6.85	5.33	3.94	6.91
Ce	37.23	36.60	79.68	145.1	89.96	84.69	71.00	78.59	72.15	105.3	216.5	13.68	10.14	6.32	13.09
Pr	5.60	5.25	8.61	13.7	9.14	9.21	9.45	8.37	9.40	11.3	20.1	1.37	0.93	0.59	1.20
Nd	22.91	21.42	34.66	63.09	37.84	34.07	37.51	32.95	37.24	48.80	72.55	5.31	3.23	1.94	4.26
Sm	4.48	4.12	7.53	11.7	9.41	6.39	7.74	7.07	8.06	11.6	13.1	0.97	0.58	0.35	0.70
Eu	0.70	0.68	2.03	2.28	2.18	1.33	1.63	2.08	1.72	1.56	1.70	0.49	1.05	1.04	0.89
Gd	3.91	3.63	6.87	9.82	8.20	5.62	6.50	6.30	6.83	9.65	12.3	0.80	0.56	0.36	0.67
Tb	0.72	0.67	1.40	1.40	1.90	1.10	1.20	1.20	1.40	2.10	2.10	0.12	0.08	0.052	0.10
Dy	4.60	4.23	9.01	6.42	12.3	6.92	6.73	7.80	8.59	13.4	12.5	0.70	0.41	0.31	0.50
Ho	0.94	0.87	1.80	0.98	2.30	1.40	1.20	1.50	1.70	2.70	2.50	0.14	0.07	0.06	0.08
Er	2.70	2.46	4.96	2.28	6.38	4.10	3.39	4.26	4.75	7.79	7.26	0.41	0.19	0.18	0.23
Tm	0.42	0.39	0.74	0.28	1.10	0.71	0.51	0.69	0.76	1.30	1.20	0.071	0.03	0.03	0.03
Yb	2.72	2.47	4.49	1.60	6.06	4.64	3.18	4.35	4.98	8.33	7.26	0.48	0.18	0.21	0.23
Y	22.80	21.38	39.32	21.38	50.18	26.31	32.04	32.38	35.23	58.20	55.68	4.501	2.057	1.76	2.11
Lu	0.41	0.37	0.69	0.25	0.81	0.70	0.49	0.63	0.72	1.30	1.10	0.08	0.03	0.03	0.03
Sc	2.62	2.11	8.57	7.24	11.88	4.85	4.12	5.24	3.64	2.85	3.24	1.54	1.99	1.47	1.34
Rb	48.7	52.4	144	154	117	118	112	121	119	121	121	76.5	161	155	68.7
Sr	40.3	45.8	108	155	262	68.9	74.7	93.9	74.2	33.5	34.4	536	1022	844	654
Ba	396	422	1393	1342	1864	905	714	1401	857	593	566	761	2043	1805	625
Zr	262	273	324	276	409	351	258	269	258	292	358	72.6	115	167	98.0
Hf	8.61	8.22	9.70	7.98	14.0	12.0	9.07	8.95	8.93	10.8	12.4	2.43	2.84	4.04	2.86
U	1.94	1.98	1.69	3.13	1.46	2.00	1.73	1.40	4.27	4.21	3.90	0.76	0.52	0.53	0.41
Th	13.2	15.8	13.6	23.0	19.1	17.9	14.1	14.2	26.6	16.8	23.5	1.84	0.39	0.13	0.45
Nb	15.16	15.89	14.95	11.57	21.29	19.14	18.47	14.94	17.01	17.76	14.45	2.17	1.73	1.41	1.91
Ta	1.54	1.45	1.00	0.59	2.10	1.43	1.94	0.90	1.57	1.00	0.79	0.12	0.17	0.14	0.17
Cr	3.77	1.33	3.65	4.43	2.87	4.05	3.55	3.77	3.93	1.26	2.84	2.67	3.79	1.33	2.10
Co	0.42	0.54	1.63	1.97	1.36	0.51	0.85	0.43	2.61	4.93	1.35	23.69	1.02	0.69	2.01
Ni	1.19	1.04	1.02	0.99	1.47	1.78	0.47	1.00	0.54	1.37	1.03	0.58	1.54	1.18	1.31
Ga	19.61	20.33	19.92	18.90	17.78	21.00	22.01	20.44	21.13	21.14	22.64	17.07	14.24	16.96	15.72
Cs	0.39	0.41	4.05	4.59	0.61	0.80	1.26	1.60	1.24	1.62	1.70	3.37	5.20	5.96	5.46
Pb	6.11	7.34	15.49	19.95	16.87	15.79	19.27	12.52	23.56	16.02	13.42	19.55	44.72	43.97	35.65
ΣREE	104.5	98.77	190.9	326.4	222.7	200.9	180.5	185.3	188.1	257.2	455.3	31.47	22.81	15.43	28.92
δEu	0.50	0.52	0.85	0.64	0.74	0.66	0.68	0.93	0.69	0.44	0.40	1.65	5.53	8.93	3.95
δCe	0.93	0.99	1.24	1.10	1.20	1.04	1.03	1.21	1.05	1.35	1.24	1.03	1.03	0.90	1.02
(La/Yb)_N	4.52	4.52	4.54	30.3	4.17	6.19	6.74	4.85	4.30	2.78	8.42	10.3	21.0	13.7	21.6
Y/Yb	8.38	8.64	8.75	13.3	8.29	5.67	10.1	7.44	7.08	6.99	7.67	9.42	11.2	8.52	9.20
Sr/Y	1.77	2.14	2.76	7.27	5.22	2.62	2.33	2.90	2.11	0.58	0.62	119	499	479	310
Mg^#	44.0	39.9	7.6	14.5	16.9	5.4	14.0	6.0	8.8	3.6	4.6	41.3	58.9	58.3	57.7
A/NK	1.56	1.55	1.66	1.66	1.72	1.50	1.53	1.49	1.45	1.47	1.46	2.03	1.88	2.01	2.23
A/CNK	1.45	1.44	1.39	1.43	1.41	1.43	1.43	1.33	1.38	1.42	1.41	1.61	1.63	1.74	1.78

5.1.1 主量元素特征

主量元素分析结果(表 1)显示, 黑云母二长花岗岩SiO₂含量在72.37%~77.44%之间, 具有高SiO₂含量的特征, Al₂O₃含量在11.69%~13.21%之间, 除D1001-B1的2个样品外Na₂O和K₂O含量分别在3.95%~5.08%和3.00%~4.37%之间, 相对富钾(Na₂O/K₂O=0.64~1.08), D1001-B1的2个样品Na₂O和K₂O含量分别为2.57%和5.30%, TiO₂含量在0.18%~0.34%之间, MnO、MgO和P₂O₅的含量较低, 分别为0.01%~0.07%、0.12%~0.32%和0.01%~0.06%。花岗闪长岩SiO₂含量在72.54%~74.31%之间, Al₂O₃含量在15.01%~16.17%之间, 具有富铝的特征, 全碱(K₂O+Na₂O)平均7.77%, 相对富钠贫钾(Na₂O/K₂O=1.27~2.82), MgO平均为0.26%, CaO平均为1.59%, Mg^#值平落在钙碱性区域, 其余均落入到高钾钙碱性区域内(图 4a), 可能与源区原岩成分差异有关。花岗闪长岩均落入钙碱性区域。两类花岗岩铝饱和指数A/CNK集中分布在1.38~1.77之间, A/NK在1.49~2.60之间, 均属于过铝质系列(图 4b)。

图 4 黄花甸地区古元古代花岗岩SiO₂-K₂O图解(a, 据Le Maitre, 1989; Rickwood, 1989)和A/NK-A/CNK图解(b, 据Maniar and Piccoli, 1989) Fig. 4 SiO₂ vs. K₂O diagram (a, after Le Maitre, 1989; Rickwood, 1989) and plot of A/CNK vs. A/NK (b, after Maniar and Piccoli, 1989) for Early Paleoproterozoic granite in Huanghuadian area

5.1.2 微量和稀土元素特征

稀土元素及微量元素分析结果(表 1)显示, 黑云母二长花岗岩的稀土元素总量(ΣREE)较高, 在98×10^-6~455×10^-6之间, 而花岗闪长岩的稀土元素总量(ΣREE)偏低, 仅在15×10^-6~32×10^-6之间。在稀土元素球粒陨石标准化配分曲线模式图上(图 5a), 两类花岗岩轻重稀土元素均分馏明显(LREE/HREE分别为4.5~13.2和10.2~13.7), 配分曲线均表现为明显的右倾型模式, 富集轻稀土元素、亏损重稀土元素, (La/Yb)_N在2.78~30.3之间变化。黑云母二长花岗岩具有明显的铕负异常(Eu/Eu^*在0.4~0.93之间, 平均值为0.63), 而花岗闪长岩具有明显的铕正异常(Eu/Eu^*在1.65~5.53之间, 平均值为5.02)。

图 5 黄花甸地区古元古代花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(标准化值据Sun and McDough, 1989) Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element diagrams for Early Paleoproterozoic granite in Huanghuadian area (b) (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

在原始地幔标准化的微量元素蛛网图上(图 5b), 黑云母二长花岗岩表现为强烈亏损Sr、Ba、Ti、P。而花岗闪长岩表现为强烈亏损Th、Ta、Nb、Ti等高场强元素, 富集Ba、K、Rb、Sr等低场强元素。

5.2 锆石U-Pb定年 5.2.1 黑云母二长花岗岩(D1001-B1、D3208-B1、D5132-B2)

本文对3个黑云母二长花岗岩样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb分析, 其中D1001-B1样品为片麻状黑云母二长花岗岩, 锆石呈紫红色, 自形晶, 以双锥柱状为主, 少量为椭球状或不规则粒状, 粒径在100~300μm之间, 锆石长短轴之比在1~4之间, 根据锆石CL图像显示, 大部分锆石具有清晰的震荡环带结构, 少量锆石核部结构模糊, 基本没有变质增生边(图 6a)。所有分析点的Th/U比值均大于0.2, 具有岩浆锆石的特点。其中15个具有岩浆结晶环带锆石分析点的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在2045~2234Ma之间(表 2), 谐和年龄为2185±29Ma (MSWD=20, 图 7a), 应代表该岩石的岩浆结晶年龄。

图 6 黄花甸地区古元古代花岗岩岩浆锆石微区阴极发光图像及U-Pb年龄 Fig. 6 The cathodoluminescence (CL) images and U-Pb ages of magmatic zircon domains from Early Paleoproterozoic granite in Huanghuadian area

表 2 黄花甸地区古元古代花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb数据表 Table 2 The LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic data for Early Paleoproterozoic granite in Huanghuadian area

测点号	含量(×10^-6)			Th/U	同位素比值							年龄(Ma)
测点号	Pb	Th	U	Th/U		1σ		1σ		1σ			1σ		1σ		1σ
D1001-B1
1	368	607	720	0.84	7.7720	0.1038	0.4071	0.0039	0.1384	0.0019		2208	11	2205	12	2202	18
2	174	124	378	0.33	7.7046	0.1039	0.4127	0.0040	0.1354	0.0019		2169	11	2197	12	2227	18
4	185	91	400	0.23	7.9157	0.1066	0.4134	0.0041	0.1356	0.0019		2171	11	2221	12	2276	18
5	123	61	279	0.22	7.3172	0.0958	0.4035	0.0039	0.1261	0.0018		2045	12	2114	12	2185	18
7	110	118	229	0.51	7.5764	0.1040	0.4087	0.0040	0.1344	0.0019		2157	12	2182	12	2209	18
8	589	980	1140	0.86	7.7373	0.1086	0.4085	0.0039	0.1445	0.0020		2281	11	2246	12	2208	18
10	459	474	1027	0.46	7.4272	0.0995	0.3939	0.0038	0.1368	0.0019		2186	11	2164	12	2141	17
11	128	150	268	0.56	7.4124	0.1015	0.4039	0.0039	0.1331	0.0019		2139	12	2162	12	2187	18
12	368	644	694	0.93	7.7329	0.1120	0.4120	0.0043	0.1367	0.0019		2186	11	2268	12	2359	19
13	557	1269	1227	1.03	7.6686	0.1028	0.4055	0.0039	0.1371	0.0019		2191	11	2193	12	2194	18
14	388	509	812	0.63	7.7579	0.1043	0.4008	0.0039	0.1404	0.0020		2232	11	2203	12	2173	18
15	236	162	487	0.33	8.0145	0.1085	0.4122	0.0042	0.1345	0.0019		2157	11	2233	12	2315	19
16	455	448	967	0.46	7.8038	0.1252	0.4028	0.0040	0.1405	0.0027		2234	33	2209	14	2182	18
17	364	641	686	0.94	7.7652	0.1050	0.4082	0.0039	0.1380	0.0020		2202	11	2204	12	2207	18
19	272	272	549	0.50	7.9432	0.1105	0.4024	0.0041	0.1398	0.0020		2225	11	2247	12	2272	18
D3208-B1
1	184	191	377	0.51	7.9615	0.1049	0.4203	0.0038	0.1334	0.0019		2143	12	2227	12	2318	17
2	116	145	238	0.61	7.7934	0.1042	0.3991	0.0037	0.1375	0.0020		2196	12	2207	12	2219	17
4	310	282	654	0.43	8.0625	0.1064	0.4062	0.0037	0.1398	0.0020		2225	12	2238	12	2252	17
5	113	111	240	0.46	7.7635	0.1047	0.3977	0.0037	0.1375	0.0020		2196	12	2204	12	2212	17
8	149	169	325	0.52	7.3588	0.0995	0.3827	0.0035	0.1355	0.0020		2170	12	2156	12	2141	16
9	295	265	595	0.45	8.1871	0.1097	0.4247	0.0039	0.1358	0.0020		2174	12	2252	12	2338	17
10	157	86	344	0.25	7.7279	0.1047	0.4065	0.0037	0.1339	0.0020		2150	12	2200	12	2253	17
11	369	414	746	0.55	8.1717	0.1102	0.4097	0.0038	0.1405	0.0021		2234	12	2250	12	2268	17
12	107	116	232	0.50	7.3808	0.1227	0.3983	0.0037	0.1358	0.0026		2175	34	2159	15	2142	17
13	293	283	603	0.47	8.0473	0.1092	0.4098	0.0038	0.1383	0.0021		2206	12	2236	12	2269	17
14	106	83	224	0.37	7.8920	0.1093	0.4083	0.0038	0.1362	0.0021		2179	12	2219	12	2262	17
15	274	319	536	0.60	8.2658	0.1130	0.4211	0.0039	0.1383	0.0021		2206	12	2261	12	2321	17
16	206	261	412	0.63	7.9434	0.1093	0.4082	0.0038	0.1371	0.0021		2191	12	2225	12	2261	17
17	126	128	257	0.50	7.9072	0.1101	0.4077	0.0038	0.1366	0.0021		2185	13	2220	13	2259	17
18	258	273	503	0.54	8.3478	0.1150	0.4286	0.0039	0.1372	0.0021		2192	12	2270	12	2356	18
19	327	347	664	0.52	8.1289	0.1118	0.4104	0.0038	0.1395	0.0021		2222	12	2245	12	2272	17
20	193	206	373	0.55	8.5115	0.1181	0.4190	0.0041	0.1357	0.0021		2173	12	2287	13	2417	18
21	127	80	275	0.29	7.6083	0.1065	0.4062	0.0038	0.1319	0.0020		2124	13	2186	13	2252	17
22	134	72	298	0.24	7.7490	0.1087	0.4036	0.0037	0.1353	0.0021		2167	13	2202	13	2240	17
23	324	415	636	0.65	8.0608	0.1121	0.4133	0.0038	0.1374	0.0021		2195	13	2238	13	2285	17
24	200	111	399	0.28	8.4365	0.1182	0.4139	0.0041	0.1339	0.0020		2149	13	2279	13	2426	18
25	136	161	285	0.56	7.6395	0.1083	0.4051	0.0038	0.1329	0.0020		2136	13	2190	13	2247	17
D5132-B2
1	78	74	167	0.44	7.7786	0.0989	0.4018	0.0036	0.1370	0.0019		2189	11	2206	11	2223	17
2	74	66	168	0.39	7.2991	0.0934	0.3919	0.0035	0.1351	0.0019		2165	11	2149	11	2132	16
3	103	132	215	0.61	7.7732	0.0996	0.4081	0.0037	0.1366	0.0019		2184	11	2217	11	2252	17
5	129	169	270	0.63	7.5665	0.0957	0.4024	0.0035	0.1363	0.0019		2181	11	2181	11	2180	16
6	74	69	164	0.42	7.3880	0.0952	0.3990	0.0035	0.1343	0.0019		2155	11	2160	12	2164	16
7	130	171	281	0.61	7.3947	0.0936	0.4096	0.0036	0.1309	0.0018		2110	11	2160	11	2213	16
9	94	92	210	0.44	7.4408	0.0954	0.3961	0.0035	0.1362	0.0019		2180	11	2166	11	2151	16
12	156	197	322	0.61	7.8351	0.0996	0.4146	0.0037	0.1338	0.0019		2149	11	2212	11	2281	17
13	89	77	195	0.40	7.6022	0.0983	0.4052	0.0036	0.1361	0.0019		2178	11	2185	12	2193	16
14	190	199	403	0.49	7.7153	0.0984	0.4010	0.0036	0.1364	0.0019		2181	11	2198	11	2216	17
16	92	78	204	0.38	7.5757	0.0992	0.4055	0.0036	0.1355	0.0020		2170	11	2182	12	2194	17
17	89	75	204	0.37	7.2311	0.0948	0.3905	0.0035	0.1343	0.0019		2155	11	2140	12	2125	16
18	239	342	476	0.72	7.7633	0.1013	0.4187	0.0037	0.1362	0.0019		2179	11	2215	12	2255	17
21	103	83	226	0.37	7.4843	0.0986	0.4057	0.0036	0.1338	0.0019		2148	12	2171	12	2195	17
22	125	154	257	0.60	7.6227	0.1003	0.4101	0.0036	0.1348	0.0020		2161	12	2188	12	2215	17
23	108	113	237	0.48	7.3268	0.1169	0.3919	0.0036	0.1356	0.0025		2172	33	2152	14	2131	17
25	125	162	262	0.62	7.5609	0.0998	0.4037	0.0036	0.1358	0.0020		2175	12	2180	12	2186	16
D1032-B1
2	561	646	1247	0.52	6.5380	0.0974	0.3764	0.0036	0.1260	0.0020		2059	17	2051	13	2042	14
3	217	131	503	0.26	6.0769	0.0898	0.3612	0.0034	0.1220	0.0019		1988	16	1987	13	1986	14
4	442	167	1132	0.15	5.9154	0.0896	0.3475	0.0033	0.1235	0.0020		1922	16	1964	13	2007	14
6	620	571	1504	0.38	6.1856	0.0919	0.3640	0.0034	0.1232	0.0020		2001	16	2002	13	2004	14
8	393	510	884	0.58	6.5550	0.0978	0.3744	0.0035	0.1270	0.0020		2050	17	2053	13	2056	14
9	312	373	692	0.54	6.1441	0.0915	0.3565	0.0034	0.1250	0.0020		1966	16	1997	13	2028	14
10	694	765	1626	0.47	6.5080	0.0984	0.3741	0.0035	0.1261	0.0020		2049	17	2047	13	2045	14
14	219	370	472	0.78	6.1237	0.0933	0.3628	0.0034	0.1224	0.0020		1995	16	1994	13	1991	14
15	244	319	521	0.61	6.7055	0.1018	0.3841	0.0036	0.1266	0.0021		2096	17	2073	13	2051	14
16	310	297	717	0.41	5.9248	0.0876	0.3557	0.0033	0.1208	0.0019	1962	16	1965	13	1968	14
17	239	123	586	0.21	5.8930	0.0895	0.3516	0.0033	0.1215	0.0020	1942	16	1960	13	1979	14
18	513	285	1310	0.22	6.5704	0.0965	0.3751	0.0035	0.1270	0.0020	2053	16	2055	13	2057	13
D5002-B1
1	598	21	1612	0.01	5.9956	0.1023	0.3530	0.0033	0.1232	0.0024	2003	35	1975	15	1949	15
2	452	13	1130	0.01	6.4573	0.1169	0.3619	0.0036	0.1226	0.0023	1995	19	2040	16	2085	17
3	362	9	953	0.01	6.1785	0.1121	0.3617	0.0034	0.1239	0.0024	2013	19	2001	16	1990	16
4	510	16	1387	0.01	5.9949	0.1029	0.3503	0.0032	0.1241	0.0024	2016	35	1975	15	1936	15
5	554	29	1549	0.02	5.9717	0.0991	0.3596	0.0031	0.1221	0.0024	1987	36	1934	15	1885	15
6	678	405	1822	0.22	5.9821	0.1064	0.3560	0.0032	0.1256	0.0024	2037	19	1950	16	1868	15
7	334	10	893	0.01	5.9250	0.1090	0.3573	0.0034	0.1203	0.0023	1960	19	1965	16	1969	16
9	354	76	863	0.09	6.3208	0.1171	0.3585	0.0037	0.1188	0.0023	1938	20	2021	16	2104	17
12	489	21	1235	0.02	6.3891	0.1200	0.3753	0.0036	0.1234	0.0024	2006	20	2031	16	2054	17
13	384	12	993	0.01	6.1254	0.1155	0.3678	0.0035	0.1208	0.0024	1968	20	1994	16	2019	17
14	508	275	1250	0.22	6.3258	0.1196	0.3552	0.0036	0.1236	0.0025	2008	20	2022	17	2035	17
16	435	11	1183	0.01	5.9687	0.1091	0.3452	0.0032	0.1254	0.0026	2035	37	1971	16	1911	15
17	357	170	860	0.20	6.4348	0.1230	0.3532	0.0036	0.1250	0.0025	2029	20	2037	17	2044	17
18	391	15	874	0.02	6.0823	0.1367	0.3643	0.0041	0.1210	0.0024	1971	21	2122	17	2280	19
19	371	8	977	0.01	6.0281	0.1160	0.3603	0.0035	0.1213	0.0024	1976	21	1980	17	1983	16
21	488	13	1378	0.01	5.7615	0.1052	0.3552	0.0031	0.1247	0.0026	2024	37	1941	16	1863	15
23	662	22	1660	0.01	6.3737	0.1240	0.3574	0.0037	0.1225	0.0025	1992	21	2029	17	2064	17
24	426	12	1130	0.01	6.0031	0.1173	0.3573	0.0035	0.1218	0.0025	1983	21	1976	17	1970	16
25	541	18	1455	0.01	6.0152	0.1178	0.3518	0.0034	0.1240	0.0025	2014	21	1978	17	1943	16

表 2 黄花甸地区古元古代花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb数据表 Table 2 The LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic data for Early Paleoproterozoic granite in Huanghuadian area

图 7 黄花甸地区古元古代花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 7 LA-ICP-MS U-Pb condordia diagram for analyse of zircon domains from Early Paleoproterozoic granite in Huanghuadian area

样品D3208-B1为条痕状黑云母二长花岗岩, 锆石呈紫红色, 自形晶, 以短柱状为主, 少量长柱状, 其余为不规则粒状, 粒径在50~150μm之间, 锆石长短轴之比在1~2.5之间。阴极发光图像显示大部分锆石具有清晰的震荡环带结构, 环带形态不规则, 少量具有较窄的变质增生边(图 6c)。22个岩浆环带锆石分析点的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在2124~2225Ma之间(表 2), 谐和年龄为2183±13Ma (MSWD=5.5, 图 7b), 代表了该岩石的岩浆结晶年龄。

样品D5132-B2为块状黑云母二长花岗岩, 锆石呈紫红色, 自形晶, 以短柱状为主, 少量长柱状, 其余为椭圆或不规则粒状, 粒径在30~200μm之间, 锆石长短轴之比在1~3之间。阴极发光图像显示大部分锆石具有清晰的震荡环带结构, 环带形态不规则, 极个别具有变质增生边(图 6a)。17个岩浆环带锆石分析点的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在2110~2189Ma之间(表 2), 谐和年龄为2166±10Ma (MSWD=3.0, 图 7c), 它们的Th/U比值均大于0.37 (表 2)。应该代表了花岗岩的岩浆结晶年龄。

5.2.2 花岗闪长岩(D1032-B1、D5002-B1)

本文对3个花岗闪长岩样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb分析, 其中D1032-B1样品的锆石呈紫红色, 自形晶, 以双锥柱状为主, 少量为椭球状, 粒径在50~200μm之间, 锆石长短轴之比在1~3之间。根据锆石阴极发光图像显示, 大部分锆石具有岩浆结晶环带结构, 少量锆石核部结构模糊, 基本没有变质增生边(图 6b)。7个岩浆环带锆石分析点的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在1968~2028Ma之间(表 2), 加权平均年龄为1995±18Ma (MSWD=2.0, 图 7d), 环带锆石的Th/U比值均大于0.2 (表 2), 应代表该岩石的岩浆结晶年龄。

样品D5002-B1的锆石呈紫红色, 自形晶, 以长柱状为主, 其余为椭圆或不规则粒状, 粒径在30~120μm之间, 锆石长短轴之比在1~5之间。阴极发光图像显示大部分锆石具有清晰的震荡环带结构, 环带较宽, 形态规则, 具有明显的岩浆锆石特征(图 6b)。19个岩浆环带锆石分析点的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄在1925~2015Ma之间(表 2), 谐和年龄为1995±13Ma (MSWD=1.6, 图 7e)。应该代表了花岗岩的岩浆结晶年龄。

6 讨论 6.1 花岗岩的侵位年代及与南辽河群地层沉积的时间关系

野外和室内研究工作表明, 区内前人所厘定的花岗质混杂岩实为不同类型的花岗质岩石, 主体为黑云母二长花岗岩, 且不同构造特征的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为2166~2185Ma之间。前人对辽吉地区古元古代花岗岩(辽吉花岗岩)的年代学做过较多的研究工作, 定年结果大都在2100~2200Ma之间, 并将其侵位时代大体限定在~2160Ma(Sun et al., 1993; 路孝平等, 2004; Li et al., 2005, 2006, 2011; Li and Zhao, 2007), 本文所获年龄数据在误差范围内与区域上辽吉花岗岩形成时代一致。

区域上辽河群与上述花岗岩的时间先后关系是一个长期未得到解决的基础问题。刘福来等(2015)认为胶-辽-吉造山/活动带巨量变沉积岩系原岩形成时代在1.95~2.15Ga左右。张秋生(1988)认为条痕状花岗岩总是出现在辽河群的底部或大型褶皱构造的核部, 并在大多数情况下经历过变形作用的改造, 但局部又可见其“侵入”于辽河群之中, 从而有条痕状花岗岩在元古代“重就位”之说。黄花甸地区的黑云母二长花岗岩出现在南辽河群里尔峪地层的底部, 其上里尔峪组地层主体岩石类型磁铁黑云电气变粒岩中岩浆成因的碎屑锆石U-Pb年龄数据存在2100~2200Ma的主峰和2450~2550Ma的弱峰, 呈夹层或透镜体状的两个变质基性火山岩(斜长角闪岩)样品岩浆锆石U-Pb年龄分别为2150±21Ma和1995±13Ma(高铂森等, 2017), 表明这些碎屑锆石主要来自于上述古元古代花岗质岩石。

因此, 本文认为黄花甸地区黑云母二长花岗岩应形成于南辽河群地层沉积之前, 是南辽河群地层沉积的基底。侵入黑云母二长花岗岩和里尔峪组地层中的花岗闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为2000Ma左右, 限定该区里尔峪组的沉积时限应在2000Ma之前。

6.2 岩石成因

辽东黄花甸地区黑云母二长花岗岩富SiO₂、贫Al₂O₃(11.69%~13.21%)、富K₂O(3.97%~5.11%), 铝饱和指数A/CNK集中分布在1.33~1.45之间, A/NK在1.49~2.60之间, 属于过铝质高钾钙碱性系列, 同时岩石学特征显示含有角闪石, 并没有出现堇青石、白云母和石榴石等富铝矿物, 以上特征均显示它可能属于铝质A型花岗岩。微量元素Sr、Ba、Ti、P强烈亏损, 稀土元素具有明显的Eu负异常, 也证实了该岩石具有A型花岗岩的特征(张旗等, 2012), 岩体中Nb、Ta、Sr、Hf等高场强元素含量及Ga/Al(2.70~3.43) 均较之高分异的I型花岗岩偏高(Whalen et al., 1987), 在A型花岗岩判别图解中黑云母二长花岗岩也全部落入A型区域内(图 8a)。另外, 在Y+Nb-Rb判别图解中(图 9b), 岩石主要位于板内花岗岩和弧花岗岩区, 也反映出该花岗岩的A型性质。在A型花岗岩亚类判别图解中, 该花岗岩也全部落入到A₂型花岗岩中(图 10)。

图 8 A型花岗岩判别图解(a, 据Whalen et al., 1987)和埃达克质花岗岩Sr/Y-Y判别图解(b, 据Defant and Drummond, 1990) Fig. 8 Discriminant diagrams of A-type granitoid (a, after Whalen et al., 1987) and adakite granites Sr/Y vs. Y (b, after Defant and Drummond, 1990)

图 9 微量元素环境判别图解(据Pearce et al., 1984) (a) (Yb+Ta)-Rb; (b) (Y+Nb)-Rb. 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 Fig. 9 Tectonic discrimination diagrams (after Pearce et al., 1984)

图 10 A型花岗岩亚类判别图解(据Eby, 1992) Fig. 10 Discriminant diagram of subgroup A-type granites (after Eby, 1992)

花岗闪长岩富SiO₂、Al₂O₃, 全碱(K₂O+Na₂O)平均7.77%, 铝碱质量分数偏高, 相对富钠贫钾(Na₂O/K₂O=1.27~2.82), 贫钙、镁, Mg^#值平均为54.0, 铝饱和指数A/CNK集中分布在1.61~1.78之间, A/NK在1.49~2.60之间, 属于过铝质钙碱性系列, 轻稀土相对富集, 重稀土相对亏损, 具明显的Eu正异常, Y/Yb低, Sr/Y高, 而且强烈亏损Th、Ta、Nb、Ti等高场强元素, 富集Ba、K、Rb、Sr等低场强元素, 具有埃达克质花岗岩的特征(Defant and Drummond, 1990; 张旗等, 2001), 在埃达克质花岗岩Sr/Y-Y判别图解上全部落入埃达克岩区域(图 8b)。因此, 本文倾向于认为花岗闪长岩为埃达克质花岗岩。

6.3 地质意义

辽吉古元古代造山/活动带处于鞍山-辽北-吉南太古宙地体(龙岗地块)和辽南-朝鲜狼林太古宙地体之间, 前人对胶-辽-吉古元古代造山/活动带的构造属性及其演化模式一直存在不同的认识。主要包括陆内裂谷开启-闭合模式(张秋生, 1988; 李三忠等, 2004; Li et al., 2005, 2006; Luo et al., 2004, 2008; Li and Zhao, 2007)、弧-陆碰撞模式(白瑾, 1993; Faure et al., 2004; Lu et al., 2006)以及陆-陆碰撞模式(贺高品和叶慧文, 1998; Zhao et al., 2012)等, 每种模式既有证据支持, 又存在无法合理解释的地质事实(刘福来等, 2015)。

新近的研究资料显示, 传统认为的太古宙狼林地块主要由18~19亿年的古元古代岩石组成, 太古宙岩石比例极为有限(吴福元等, 2016), 辽南太古宙地质体除路孝平等(2004)发表的金州-瓦房店一带3件太古宙样品年龄数据外, 缺乏细致的年代学研究。刘福来等(2015)对辽南地块以南的长海列岛变质杂岩的年代学研究, 发现其变质锆石普遍记录了18.5~19.5Ga的变质年龄, 并显示1.88Ga的主峰, 表明出露于长海列岛的太古代结晶基底和上覆的原辽河群变沉积岩系均卷入到古元古代的造山事件, 同样应归属于胶-辽-吉古元古代造山/活动带。据此, 吴福元等(2016)认为辽南地块可能是北侧更大的太古宙地体的一部分, 或者是广布的辽-吉-朝古元古代地体中一个残存的太古宙地块。

研究区位于龙岗地块和辽南地块之间, 区内古元古代花岗质岩石包括具A型花岗岩特征的黑云母二长花岗岩和具埃达克质特征的花岗闪长岩。在微量元素的环境判别图解上, 黑云母二长花岗岩落入板内花岗岩和弧花岗岩区, 花岗闪长岩则落入弧花岗岩和同碰撞花岗岩区域内(图 9)。在Lg[CaO/(K₂O+Na₂O)]-SiO₂图解中, 黑云母二长花岗岩基本上都落到了伸展型构造背景当中, 而花岗闪长岩也全部落入到挤压型构造背景中(图 11)。张旗等(2012)认为A型花岗岩对源岩没有选择, 形成于低压条件下, 产于地壳伸展减薄的构造背景中。而埃达克质花岗岩也并非都形成在岛弧环境, 底侵玄武岩和下地壳熔融都可以形成埃达克质岩石(Atherton and Petford, 1993)。此处需要指出的是, 尽管辽东黄花甸地区的黑云母二长花岗岩属于A₂型(造山后)花岗岩, 但对于铝质A型花岗岩形成于非造山的板内环境还是造山后环境目前仍存在分歧(Bonin, 1990; Pitcher, 1993; King et al., 1997), 而且我们还没有确定区域上在2.2Ga之前存在过一次造山作用(Zhao et al., 2003)。因此, 考虑到实际地质情况, 本文认为该花岗岩可能形成于非造山的地壳伸展减薄的构造背景中。

图 11 Lg[CaO/(K₂O+Na₂O)]-SiO₂图解(据Allègre and Minster, 1978) Fig. 11 Lg[CaO/(K₂O+Na₂O)] vs. SiO₂ diagrams (after Allègre and Minster, 1978)

翟明国和彭澎(2007)认为辽吉造山/活动带的形成, 与初始裂解形成的原始洋盆、再经历了俯冲-碰撞导致洋盆闭合的构造演化过程有关, 并形成一系列高压麻粒岩和超高温麻粒岩等。Luo et al.(2008)根据对南、北辽河群继承性碎屑锆石和辽吉花岗岩岩浆锆石U-Pb定年和Hf同位素研究结果显示, 南、北辽河群继承性碎屑锆石年龄一致, 并且主要来自于辽吉花岗岩和晚太古代基底岩石, 从而更倾向于认为它们都属于同一太古代陆块而不是两个不同的块。

综合以上资料分析, 本文认为黄花甸地区出露的古元古代黑云母二长花岗岩可能形成于东部陆块内部拉伸减薄-裂解过程中的下地壳部分熔融, 因而兼具板内花岗岩和弧花岗岩的特征。该套花岗质岩石成为了辽河群早期里尔峪组的主要物质来源, 里尔峪组基性火山岩夹层地球化学特征显示了与活动大陆边缘有关的沉积环境(李富强等, 2017; 高铂森等, 2017)。而埃达克质特征的花岗闪长岩, 具有弧花岗岩和同碰撞花岗岩的特征, 且形成时代与辽河群变质时代接近, 可能是在俯冲过程中形成的火山弧或活动大陆边缘岩浆活动的产物。

7 结论

根据详细的野外地质调查和岩相学、地球化学和年代学数据, 对辽东黄花甸地区古元古代花岗岩得出以下几点认识：

(1) 前人对辽东黄花甸地区所厘定的花岗质混杂岩可以解体为黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩两种类型。

(2) 黑云母二长花岗岩侵位于2170Ma左右, 构成了南辽河群地层沉积的基底。花岗闪长岩侵位于2000Ma左右。

(3) 黑云母二长花岗岩富SiO₂、贫Al₂O₃、富K₂O, Sr、Ba、Ti、P强烈亏损, 具有明显的Eu负异常, 成因类型为过铝质A型; 花岗闪长岩富SiO₂、Al₂O₃, 相对富Na₂O, 具明显的Eu正异常, Y/Yb低, Sr/Y高, 强烈亏损Th、Ta、Nb、Ti, 富集Ba、K、Rb、Sr, 为埃达克质花岗岩。

(4) A型黑云母二长花岗岩是在陆块内部拉伸减薄-裂解过程中下部地壳部分熔融的产物。具埃达克质特征的花岗闪长岩则是俯冲过程中所形成火山弧或活动大陆边缘岩浆活动的产物。因此, 本文认为胶-辽-吉古元古代造山/活动带经历了在2.2~2.15Ga左右的拉伸裂解过程和2.0Ga左右俯冲挤压的构造演化过程。

致谢感谢吉林大学地球科学学院许文良教授、于介江教授在本文写作过程中给予的指导意见; 感谢中国地质大学(北京)实验室的苏犁教授在年龄数据测试分析方面的帮助; 感谢审稿专家提出的宝贵意见。

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