岩石学报  2017, Vol. 33 Issue (9): 2899-2924   PDF    
苏鲁超高压变质带东北端多种成因类型变基性岩:来自岩石学、同位素年代学及地球化学属性的制约
刘利双, 刘福来, 王伟     
中国地质科学院地质研究所, 北京 100037
摘要: 苏鲁超高压变质带是扬子板块与华北板块在三叠纪俯冲-碰撞的产物。变基性岩是苏鲁超高压变质带内出露最广泛的岩石类型之一,研究其岩石学、年代学、地球化学属性及成因机制,对于揭示扬子板块与华北板块之间的俯冲-碰撞-折返的动力学过程具有重要的科学意义。以(退变)榴辉岩为代表的超高压变质岩石广泛出露在威海-荣成一带,少量出露在乳山地区。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示,(退变)榴辉岩的原岩时代为792~760Ma,峰期榴辉岩相变质时代为243~226Ma,后期角闪岩相退变质时代为221~207Ma。非榴辉岩相变质的基性岩(麻粒岩和斜长角闪岩)主要出露在乳山地区,其原岩形成时代应不晚于古元古代(>1939Ma),峰期麻粒岩相变质时代为1895~1870Ma,后期角闪岩相退变质时代为1848~1806Ma,与胶北地体变基性岩的原岩时代和变质时代十分相似。全岩地球化学研究结果表明,(退变)榴辉岩的原岩显示高Fe拉斑玄武岩的特点,根据其稀土和微量元素特征,可将(退变)榴辉岩进一步划分为A、B和C三组。在球粒陨石标准化稀土配分模式和原始地幔均一化蛛网图解上,A、B和C三组样品分别具有轻稀土弱亏损、轻稀土弱富集和轻稀土富集的特点。轻稀土富集或弱富集型(退变)榴辉岩的原岩地球化学性质与岛弧或大陆玄武岩相似,它们的源区可能与深部富集地幔或受流体交代的地幔楔存在密切的成因关系;而轻稀土亏损型(退变)榴辉岩的原岩可能来自于亏损地幔的部分熔融。由此可见,(退变)榴辉岩的原岩具有成因多样性的特点。乳山地区的基性麻粒岩和斜长角闪岩的原岩也具有高Fe拉斑玄武岩的地球化学属性,Al2O3与MgO呈正相关变化,TiO2、P2O5与MgO表现出一定程度的负相关性。绝大多数非榴辉岩相变质基性岩的球粒陨石标准化稀土配分模式和原始地幔均一化蛛网配分曲线具有微右倾或明显右倾的特点。上述特征表明,研究区绝大多数非榴辉岩相变质的基性岩原岩来自于富集地幔,少数来自于原始地幔或亏损地幔,并经历了斜长石和辉石的分离结晶以及不同程度的部分熔融过程。由此可见,乳山地区出露的非超高压变质基性岩的原岩具有与胶北地体(高压)基性麻粒岩相近的成因特点。岩石学、同位素年代学和地球化学特征的综合对比研究结果表明,在苏鲁超高压变质带东北端的威海-荣成-乳山地区,既存在与华北板块古老变质基底相关的变基性岩,也存在与华南板块北缘新元古代变质基底相关的超高压榴辉岩,表明三叠纪时期华北板块东南缘胶北地体的部分古老变质基底曾卷入到扬子板块与华北板块之间的俯冲-碰撞造山过程,随后与超高压岩石一起抬升折返,形成当今的构造混杂岩带。
关键词: 变基性岩     锆石U-Pb年代学     地球化学     构造混杂岩     苏鲁超高压变质带     胶北地体    
The polygenetic meta-mafic rocks from the northeast of Sulu ultrahigh-pressure metamorphic belt:Insight from petrology, isotope geochronology and geochemistry
LIU LiShuang, LIU FuLai, WANG Wei     
Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
Abstract: Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic belt is a product of the subduction and collision between Yangtze Block and North China Block during Triassic. The polygenetic meta-mafic rocks and their petrogenesis is a key issue on revealing the geodynamic process of subduction-collision-exhumation between Yangtze Block and North China Block. As present study, sporadic outcrops of eclogite together with UHP country rocks are widely distributed in the Weihai-Rongcheng area, while non-UHP granulite and amphibolite outcrops are commonly identified in the Rushan area. Based on LA-ICP-MS U-Pb age data of zircons, the protolith ages of (retrograde) eclogites range from 792Ma to 760Ma, and the eclogite-facies metamorphic and subsequent retrogressive ages are constrained at 243~226Ma and 221~207Ma, respectively. In contrast, zircons from non-UHP granulites and amphibolites in the Rushan area record the Late Paleoproterozoic protolith ages (no younger than 1939Ma), whereas the granulite-facies metamorphism occurred at 1895~1870Ma with subsequent amphibolite-facies retrograde metamorphism at 1848~1806Ma. Both the protolith and metamorphic ages for the non-UHP meta-mafic rocks in the studied region are similar to those of the meta-mafic rocks within the Jiaobei terrane. Systematic analyses of whole-rock geochemistry indicate that the protolith of (retrograde) eclogites from both Weihai-Rongcheng and Rushan areas exhibit the geochemical characteristics of high-Fe tholeiite, and they can be subdivided into A, B and C three groups. In the chondrite-normalized REE patterns and the primitive mantle-normalized trace element diagrams, A, B and C groups show depleted, weak rich and rich in LREE, respectively. The protoliths of eclogites of B and C groups are similar to those of island arc basalt (IAB) or continental basalt (CB), which may be related to mantle heterogeneity or mantle wedge which were commonly influenced by enriched fluid. While the protolith of eclogites of group A may be derived from depleted lithospheric mantle. The protoliths of the non-UHP granulites and amphibolites in the Rushan area are also characterized by the high-Fe tholeiite contents and right-dipping chondrite-normalized REE patterns and the primitive mantle-normalized trace element plots. Their Al2O3, TiO2 and P2O5 contents show linearity relationships with MgO content. These non-UHP meta-mafic rocks show similar geochemical characteristics to those of the Paleoproterozoic Jiaobei terrane, and were mainly derived from the enriched mantle, which experienced subsequent fractional crystallization of plagioclase and pyroxene, as well as partial melting. A combined study of petrology, geochronology and geochemistry has revealed that the non-UHP meta-mafic rocks with affinities to the basement of both the North China Craton and the South China Craton did exist in the Sulu UHP belt. In this regards, we would have concluded that some Archean to Paleoproterozoic metamorphic rocks from the Jiaobei terrane involved into the subduction and collision process between Yangtze Block and North China Block during Triassic. Finally a possible tectonic mélange belt consisting mainly of UHP and non-UHP metamorphic rocks had been formed in the so-called Sulu UHP terrane.
Key words: Ploygenetic meta-mafic rocks     Zircon U-Pb dating     Geochemistry     Tectonic complex     The Sulu UHP belt     The Jiaobei terrane    
1 引言

苏鲁-大别造山带是连接华北板块与扬子板块之间的“纽带”,研究其物质组成、原岩性质、年代学格架及变质演化,对揭示陆-陆碰撞带的形成演化以及大陆板块的俯冲-碰撞-折返动力学过程具有重要意义。前人普遍认为苏鲁-大别造山带是三叠纪时期扬子板块向华北板块俯冲-碰撞形成的,其高压-超高压变质岩石的原岩均来自于扬子板块(Liou et al., 2009; Liu and Liou, 2011; Zhang et al., 2009a; Zheng et al., 2009, 2011)。一些学者认为苏鲁超高压变质带与华北板块的界线为烟台-青岛-五莲断裂(图 1) (Tang et al., 2007, 2008; Zhang et al., 2014),断裂带以东的胶东地体均属于苏鲁超高压变质带,其变质岩石以出现柯石英为代表的超高压变质矿物为标志(Liou et al., 2009; Liu and Liou, 2011; Zhang et al., 2009a),区别于华北克拉通东南缘胶北地区的变质岩石。以榴辉岩为代表的超高压变质岩石的原岩时代为新元古代(850~750Ma),超高压变质时代为(240~225Ma)(Liu et al., 2004a, 2005, 2006, 2007; Liu and Liou, 2011; 刘福来和薛怀民, 2007; 刘福来等, 2011)。

图 1 胶东半岛地质简图及采样位置 Fig. 1 Simplified geological map of Jiaobei and Jiaodong areas and sample locations

随着研究的深入,部分学者在苏鲁超高压变质带西北缘发现了一系列未经历超高压变质的构造岩片,一类为石英岩、千枚岩、石英云母片岩、变质碎屑岩等组成的浅变质岩系(Zhou et al., 2008a, b; 周建波等, 2001a);另一类为高压麻粒岩和花岗质片麻岩等组成的前寒武纪变质基底岩石(Liou et al., 2006; Zhang et al., 2006, 2014; Zhou et al., 2008b),上述岩石没有新元古代原岩时代和三叠纪变质年龄的记录。另一部分研究者在华北板块东南缘烟台-青岛-五莲断裂西北侧发现了具有华南板块性质的变质火山岩和大理岩(Huang et al., 2006; Jiang et al., 2012; Tang et al., 2006; Wu et al., 2004; Zhou et al., 2008b),并获得部分岩石的原岩时代为新元古代,变质时代为三叠纪(Tang et al., 2006)。部分研究者在辽南地体的古元古代孔兹岩系中也获得了三叠纪的变质年龄信息(Liu et al., 2014)。由此可见,扬子板块与华北板块缝合带边界的位置以及俯冲-折返动力学过程比以往的认识更加复杂(Liu et al., 2014; Tang et al., 2007)。

以往研究表明,原来被认为属于苏鲁超高压变质一部分的乳山地区出露的早前寒武纪变质基底显示出华北板块变质基底的属性。其中,海阳所地区主要出露新太古代-古元古代高压基性麻粒岩、花岗片麻岩和副片麻岩,并经历古元古代(1850Ma)麻粒岩相变质作用(Liou et al., 2006; Zhang et al., 2006),一些岩石记录了三叠纪变质事件(Liu et al., 2017)。午极地区出露的古元古代(~1850Ma)花岗质片麻岩与栖霞地区的S-型花岗质片麻岩具有相似性(Zhang et al., 2014)。因此,乳山地区可以作为进一步研究苏鲁超高压变质带与华北克拉通之间成因关系的窗口,是探索苏鲁超高压变质带与华北板块的边界位置、揭示华北板块与华南板块俯冲-碰撞-折返过程的关键地区之一。

变基性岩是整个苏鲁超高压变质带分布最广泛的岩石类型之一,其成因具有多样性。本文选取威海-荣成-乳山一带的变基性岩为研究对象,通过岩石学、锆石U-Pb年代学和全岩地球化学对比研究,限定它们的原岩形成时代和变质时代,查明不同变基性岩石的地球化学属性及成因,为进一步探讨苏鲁超高压变质带与华北克拉通东南缘胶北地体之间的共存关系及动力学背景提供依据。

2 地质背景

苏鲁-大别造山带在三叠纪时期形成后,经北北东向郯庐断裂发生“左”行走滑,造山带东段向北东错断500km,形成北东-南西向展布的苏鲁造山带。以往研究认为,华北板块与苏鲁造山带以烟台-青岛-五莲断裂为界(图 1),断裂带西北侧的胶北地体主要由太古宙TTG片麻岩、新太古代表壳岩系和花岗质岩石(Jahn et al., 2008; Liu et al., 2013a; Wang et al., 2014)、古元古代孔兹岩系(荆山群和粉子山群)、变镁铁-超镁铁质岩(Wan et al., 2006)和中-新元古代浅变质岩(蓬莱群)组成(Zhou et al., 2008c; 唐俊等, 2004)。有研究表明,胶北地体的变质基底在古元古代普遍经历了高角闪岩相-麻粒岩相变质作用,并伴随广泛的深熔作用,其变质演化P-T轨迹具有近等温减压到近等压冷却的顺时针型式(Liu et al., 2013b; Tam et al., 2012a, b, c; 刘平华等, 2010; 王舫等, 2010)。年代学研究表明,胶北地体内变基性岩的原岩时代有三期:2550~2500Ma、2300~2000Ma和1950~1800Ma (刘平华等, 2015),其中高压基性麻粒岩和变泥质岩石的变质时代为1950~1850Ma (Zhou et al., 2008c; Tam et al., 2011),高压麻粒岩相峰期变质时代为1900~1850Ma (刘平华等, 2011)。

烟台-青岛-五莲断裂东南侧的苏鲁超高压变质带,出露的地质体主要由新元古代花岗质片麻岩和表壳岩构成,普遍发育大小不等的透镜或岩块状榴辉岩(Cong and Wang, 1999; Liu and Liou, 2011; Zheng et al., 2003)。花岗质片麻岩的原岩主要为I型和A型花岗岩。表壳岩主要包括大理岩、硬玉石英岩、多硅白云母和富绿帘黑云(二云)斜长(二长)片麻岩,原岩层序被强烈破坏,多呈透镜状或薄层状产于花岗质片麻岩中。镁铁-超镁铁质岩石呈无根状产出,长轴方向与区域片麻理总体方向一致,根据野外产状及围岩岩石组合将榴辉岩分为G型、M型和P型三类(Smith, 1998; Zheng et al., 2003),其中大部分为G型榴辉岩,与花岗质片麻岩相伴生。苏鲁超高压变质带中的岩石普遍发生超高压变质作用,总体上经历了高压石英榴辉岩相进变质阶段、峰期超高压柯石英/金刚石榴辉岩相变质阶段、峰后石英榴辉岩-麻粒岩相退变质阶段和晚期角闪岩相退变质阶段等四个变质阶段(Liu and Liou, 2011; Zhang et al., 1996, 2005, 2009b; Zheng et al., 2003),其变质温压条件分别为570~690℃、17~21kbar,750~850℃、34~40kbar,600~750℃、12~24kbar和550~650℃、7~10.5kbar。同位素年代数据结果显示,大面积出露的花岗质片麻岩和榴辉岩等超高压变质岩石的原岩时代(850~750Ma)与扬子板块记录的新元古代强烈的构造热事件年龄一致(Ames et al., 1996; Hacker et al., 1998; Liu et al., 2004a, b; Tang et al., 2008; Zheng et al., 2003, 2004, 2007; 许志琴等, 2006),超高压变质时代(240~225Ma)代表了大陆板块发生深俯冲的时代(Liu et al., 2004a, 2005, 2006, 2007; Liu and Liou, 2011; 刘福来和薛怀民, 2007; 刘福来等, 2011)。由此可见,苏鲁造山带内地质体的物质组成、变质作用和年代学记录与胶北地体具有明显差别。

位于胶东半岛东南端的乳山地区一直被认为是苏鲁超高压变质带的一部分(郭敬辉等, 2002; 李曙光等, 1994; 叶凯等, 1999),主要由TTG-花岗质片麻岩、副片麻岩和变基性岩等组成,其中变基性岩以似层状或透镜状产于片麻岩中,片麻理与围岩一致,上述岩石均被晚期的花岗质岩脉切穿,岩石局部发生强烈的变形。乳山南侧海阳所地区出露的变基性岩石包括高压基性麻粒岩和斜长角闪岩,高压基性麻粒岩保存有多期/阶段变质演化的岩石学、矿物学和年代学记录。第一期峰期变质矿物组合Grt1+Cpx1+Pl1±Qtz组合记录的温压条件为T=725~845℃、P=9.5~12.4kbar (刘利双等, 2015),此阶段变质锆石记录的变质时代为古元古代(~1850Ma)(Liu et al., 2017; Zhang et al., 2006);第二期峰期高压麻粒岩相变质矿物组合石榴石(Grt21)+单斜辉石(Cpx21)+斜长石(Pl21)±石英(Qtz)记录温压条件为T=765~845℃、P=14.8~17.5kbar (刘利双等, 2015),其对应的变质时代为中-晚三叠世(250~230Ma)(Liu et al., 2017)。年代学研究表明,乳山地区片麻岩和高压基性麻粒岩的原岩时代为新太古代-古元古代(Liou et al., 2006; Liu et al., 2017; Zhang et al., 2006, 2014)。由此可见,乳山地区是苏鲁造山带内极为特殊的地质块体,其物质组成、变质作用及年代学信息记录均不同于苏鲁超高压变质带,而变质记录与胶北高压基性麻粒岩既具有相似性又存在不同。进一步研究该区变质基底的成因具有十分重要的科学意义。

3 变基性岩特征

本文研究变基性岩样品包括(退变)榴辉岩和非榴辉岩相变质的基性岩,其中,(退变)榴辉岩主要分布在威海-荣成一带,在乳山地区出露较少,而非榴辉岩相变质的基性岩主要出露在乳山地区,具体采样位置见图 1

3.1 (退变)榴辉岩

苏鲁超高压变质带内广泛分布的(退变)榴辉岩,据岩性可细分为榴辉岩、石榴斜长角闪岩、辉石斜长角闪岩和斜长角闪岩,榴辉岩的绝大多数变质锆石中保留石榴石(Grt)、绿辉石(Omp)、多硅白云母(Phe)、金红石(Rut)、钛铁矿(Ilm)等矿物包体,部分退变质岩石的锆石中含有单斜辉石(Cpx)和角闪石(Amp),以往研究发现,这些岩石中的石榴石和绿辉石中发现柯石英包体,证实这些岩石曾普遍经历了榴辉岩相变质作用,并受到后期角闪岩相退变质作用的改造。

本文研究的榴辉岩和退变榴辉岩绝大多数为G型榴辉岩,与花岗质片麻岩共生,少数为M型榴辉岩,与大理岩共生,出露宽度从不足一米至数十米不等,部分榴辉岩以较小的透镜体形式产于斜长角闪岩核部(图 2)。典型的榴辉岩表面呈灰绿色-暗红色,斑状变晶结构,主要由石榴石(40%~45%)、单斜辉石或绿辉石(25%~35%)、白云母(5%~10%)和少量的角闪石(10%~20%)组成(图 3a, b),手标本中肉眼可见石榴石呈浑圆状变斑晶产出(图 2b),显微镜下见石榴石碎斑,与绿辉石平衡共生(图 3b)。部分榴辉岩中的单斜辉石发生蚀变,单偏光下呈深灰黑色(图 3a)。石榴斜长角闪岩手标本和榴辉岩相似,但主要由石榴石(20%~30%)、角闪石(20%~30%)、斜长石(15%~20%)、石英(5%~15%)和绿帘石(3%~8%)组成(图 3c, d),石榴石周围发育由斜长石组成“白眼圈”,外围分布粒度相对较粗的绿色角闪石及角闪石+斜长石+石英±单斜辉石组成的后成合晶(图 3c)。显微镜下观察绿辉石已完全消失。辉石斜长角闪岩呈绿色,粗粒变晶结构,块状构造,主要由单斜辉石(15%~25%)、角闪石(25%~35%)和斜长石(30%~40%)组成。单斜辉石沿边缘和解理缝均退变为角闪石(图 3e),表明该样品经历了角闪岩相变质作用的改造。部分榴辉岩已完全退变为斜长角闪岩(图 3f)。

图 2 威海-荣成地区(退变)榴辉岩的野外露头照片 Fig. 2 Outcrop photographs of (retrograde) eclogites in Weihai-Rongcheng area

图 3 威海-荣成地区代表性(退变)榴辉岩样品的显微照片 (a)含高Si石榴石(Grt)和蚀变单斜辉石(Cpx)的榴辉岩;(b)榴辉岩中保存大量的石榴石+绿辉石(Omp);(c、d)石榴石和单斜辉石退变形成角闪石(Amp)+斜长石(Pl)+石英(Qtz)组成的后成合晶;(e)单斜辉石沿边部和解理缝退变为角闪石;(f)退变榴辉岩中的角闪石+斜长石+石英±绿帘石(Ep)组成的后成合晶 Fig. 3 Microphotographs of representative eclogites and retrograde eclogites in Weihai-Rongcheng area (a) high-Si garnet and altered clinopyroxene-bearing eclogite; (b) micro-texture of the typical eclogite, consisting mainly of garnet and omphacite; (c, d) symplectites of amphibole+plagioclase+quatz surounding relic garnet, and completely replacing omphacite; (e) light-green amphibole assemblages surrounding relic clinopyroxene; (f) amphibolite (retrograded eclogite) consisting mainly of amphibole+plagioclase+quatz±epidote

在乳山午极镇之北出露的少量退变榴辉岩,以不规则岩块形式产于片麻岩中(图 4)。该退变榴辉岩样品含大量互层产出的石榴石(20%~30%)和角闪石(35%~45%)。部分角闪石核部仍保留辉石假象(图 4b),已退变为角闪石和石英组成的后成合晶。

图 4 乳山午极地区退变榴辉岩的野外露头和显微结构照片 (a)退变榴辉岩露头;(b)退变榴辉岩中层状分布的石榴石,角闪石核部保留辉石假象 Fig. 4 Photographs of outcrop and micro-texture of retrograde eclogite in Rushan area (a) retrograde eclogite outcrop; (b) interlayered assemblages of garnets and amphiboles, clinopyroxene completely replaced by amphiboles
3.2 非榴辉岩相变质的基性岩

非榴辉岩相变质的基性岩可细分为(含榴)斜长角闪岩、石榴角闪岩、二辉麻粒岩、辉石斜长角闪岩等,变质锆石中不含绿辉石等超高压变质矿物。它们以岩墙、大小不等的岩块或透镜体产出,出露数米至数十米,与围岩片麻岩的片麻理构造线一致。非榴辉岩相变质基性岩的野外露头或手标本、显微照片如图 5所示。(含榴)斜长角闪岩是乳山地区分布最广的变基性岩(图 5a),一般分布在麻粒岩的周围。不含石榴石的斜长角闪岩主要由角闪石(60%~75%)、斜长石(15%~20%)、钛铁氧化物(1%~5%)和少量石英组成;含榴斜长角闪岩由角闪石(60%~70%)、斜长石(10%~15%)、石英(10%~15%)、石榴石(5%~8%)、榍石(1%~3%)和一些钛铁氧化物(1%~5%)等组成,部分样品保存退变结构,石榴石沿边缘或缝隙退变为角闪石和石英(图 5b),甚至仅保留石榴石假象,部分角闪石斑晶显示核部棕褐色边部蓝绿色的环带。其中,不含斜长石或含极少量的斜长石的石榴角闪岩样品,主要产于乳山南海阳所镇浪暖口一带,以似层状或透镜体产于花岗质片麻岩中(图 5c),富石榴石(40%~50%)、石英(20%~30%)和角闪石(10%~20%),含相对较多的钛铁氧化物(3%~5%),石榴石斑晶较大(0.3~2mm),裂隙发育,并退变形成角闪石(图 5d)。二辉麻粒岩和辉石斜长角闪岩主要分布在乳山北午极地区,二者产状与海阳所地区的斜长角闪岩类似,手标本新鲜面呈绿黑色,中粗粒变晶结构,块状构造,主要由辉石、斜长石、角闪石、石榴石、石英组成(图 5e, g)。单斜辉石和斜方辉石含量相当,约15%~20%,沿边部和解理缝退变为角闪石(图 5f)。辉石斜长角闪岩中单斜辉石(图 5h)含量约为5%~15%,大部分已退变为角闪石和斜长石。岩相学特征显示这两种样品均经历了麻粒岩相变质作用。

图 5 乳山地区非榴辉岩相变质基性岩的野外产状、手标本及显微照片 (a)含榴斜长角闪岩透镜体露头;(b)斜长角闪岩中保存的石榴石边部和缝隙被角闪石充填;(c)石榴角闪岩与片麻岩互层;(d)石榴角闪岩中的石榴石+石英+角闪石组合;(e)二辉麻粒岩手标本;(f)单斜辉石和紫苏辉石(Opx)沿边部和解理缝退变形成角闪石;(g)辉石斜长角闪岩手标本;(h)辉石斜长角闪岩中保存的浅绿色细粒单斜辉石 Fig. 5 Photographs of outcrops, samples, and micro-textures of non-UHP meta-mafic rocks in Rushan area (a) garnet-bearing amphibolite outcrop; (b) green amphiboles surrounding the relic garnet or distributing along the inter-cracks; (c) garnet amphibolites as thin layers distributing within the gneissic rocks; (d) micro-texture of garnet amphibolites consisting mainly of garnet+quartz+amphibole; (e) clinopyroxene-orthopyroxene granulite sample; (f) fine-grained amphibole surrounding coarse-grained clinopyroxene and orthopyroxene; (g) clinopyroxene amphibolite sample; (h) micro-texture of clinopyroxene-bearing amphibolite
4 锆石U-Pb年代学 4.1 实验测试方法

单矿物分选在河北省廊坊市区域地质调查研究院进行。首先将每件样品破碎至适当粒级,经清洗、烘干和筛选,采用磁选和重液分选法分选出不同粒级的锆石晶体。然后在双目镜下挑选出颗粒较好的锆石晶体制靶。CL图像拍摄在北京锆年领航科技有限公司完成,LA-ICP-MS U-Pb定年在北京科荟测试技术有限公司完成,采用的激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪是德国生产的Jena elite,激光器型号是美国生产的Newwave 193-UC。根据锆石的阴极发光图像、透射光图像选取无包裹体、没有裂隙的合适锆石位置,采用193nm准分子激光器对锆石表面进行剥蚀,激光剥蚀直径是25μm,剥蚀频率10Hz。以He气作为剥蚀物质的载气,将剥蚀物质运送至质谱仪进行测试分析。ICPMS的高频发射器功率是1200W,冷却气(Ar)流是9L/min,采用锥的材质为镍,分析的积分时间共40s,空白采集时间30s。样品数据处理以NIST 610和GJ-1作为内部锆石标准,软件使用ICPMSData程序(Liu et al., 2010)和Isopolot程序(Ludwing, 2003)进行分析和作图。

4.2 锆石中阴极发光图像及矿物包体特征 4.2.1 (退变)榴辉岩

威海-荣成地区榴辉岩样品LX185-1的锆石呈浑圆状或不规则粒状,锆石颗粒较小,粒径为30~100μm之间,含大量矿物包体。根据晶体形态、阴极发光图像(图 6a),锆石主要为变质成因锆石,呈灰-灰白色,发光性较均匀。变质锆石(域)内包体主要为石榴石和单斜辉石。

图 6 不同变基性岩中锆石的阴极发光图像及矿物包体 (a)榴辉岩LX185-1,威海-荣成;(b)退变榴辉岩LX117-1,乳山午极;(c)二辉麻粒岩LX114-2,乳山午极;(d)斜长角闪岩LX192-2,乳山海阳所 Fig. 6 Mineral inclusions, cathodoluminescence (CL) images of zircons from meta-mafic rocks (a) eclogite LX185-1 from Weihai-Rongcheng area; (b) retrograde eclogite LX117-1 from Wuji area in Rushan; (c) Cpx-Opx granulite LX114-2 from Wuji area in Rushan; (d) amphibolite LX192-2 from Haiyangsuo area in Rushan

乳山午极地区退变榴辉岩样品LX117-1的锆石呈半自形或不规则粒状,锆石粒径变化于60~200μm之间,含极少的杂质和包体。根据晶体形态、阴极发光图像(图 6b),锆石可分为2种类型:第一种锆石具有核边结构,核部呈灰-灰白色,发育岩浆环带,边部发光性较强且均匀,呈亮白色或灰白色;第二种较少的锆石发光性均匀,呈浅灰色,是典型的变质成因锆石。

4.2.2 非榴辉岩相变质的基性岩

乳山午极地区二辉麻粒岩样品LX114-2的锆石呈不规则状或浑圆粒状,颗粒大小不一,粒径变化于80~300μm之间,多集中在100~150μm之间,含少量杂质和包体。根据晶体形态、阴极发光图像(图 6c),锆石主要为变质成因锆石,部分发光性较强(亮白色-灰白色),部分发光性较弱(灰黑色-深灰色),具有不均一的弱环带或无环带,部分变质锆石核部保留较小的继承性锆石核。

乳山海阳所地区斜长角闪岩样品LX192-2的锆石呈椭圆状或半自形状,粒径100~200μm,含极少量的石英和角闪石包体。根据晶体形态、阴极发光图像(图 6d),锆石可分为2种类型:第一种锆石呈浑圆状,深灰色或灰白色,发光性均匀或具有较弱的不均匀环带,是典型的变质成因锆石;第二种锆石具有核边结构,核部保留岩浆环带,发光性弱,呈深灰色,边部发光性相对较强,呈灰白色-亮白色,发光性均匀,是典型的变质锆石边。

4.3 锆石U-Pb年代学 4.3.1 (退变)榴辉岩

威海-荣成地区榴辉岩样品LX185-1中42颗锆石微区记录的U-Pb年龄可分为3组(图 7a和电子版附表 1)。第一组6颗锆石(核)记录的206Pb/238U年龄变化范围较大,为610±6Ma~327±3Ma,相应的Th、U含量和Th/U比值分别为42×10-6~383×10-6、74×10-6~980×10-6、0.14~1.12,可能为捕获围岩锆石或经历Pb丢失的继承性岩浆锆石。第二种锆石为变质成因锆石,年龄可分为两组,其中一组24颗锆石记录的206Pb/238U年龄为243±4Ma~226±4Ma,加权平均年龄为231±2.4Ma (MSWD=2.4),相应的Th、U含量和Th/U比值分别为1×10-6~39×10-6、17×10-6~491×10-6、0.03~0.41,该组锆石(域)内的矿物包体多为石榴石和单斜辉石,因此该年龄应对应于榴辉岩的榴辉相变质时代;另一组12颗锆石记录的206Pb/238U年龄为224±4Ma~217±3Ma,加权平均年龄为221.3±1.8Ma (MSWD=0.74),相应的Th、U含量和Th/U比值分别为1×10-6~19×10-6、30×10-6~243×10-6、0.01~0.19,应代表榴辉岩晚期退变质时代。三组年龄数据组成的不一致线上交点为763±76Ma,有可能代表该样品的原岩时代,下交点年龄为208±20Ma,可能代表榴辉岩的角闪岩相退变质时代。

图 7 不同变基性岩的锆石U-Pb年龄谐和图 (a)榴辉岩LX185-1,威海-荣成;(b)退变榴辉岩LX117-1,乳山午极;(c)二辉麻粒岩LX114-2,乳山午极;(d)斜长角闪岩LX192-2,乳山海阳所 Fig. 7 Zircon U-Pb concordia diagram (207Pb/235U-206Pb/238U) of meta-mafic rocks (a) eclogite LX185-1 from Weihai-Rongcheng area; (b) retrograde eclogite LX117-1 from Wuji area in Rushan; (c) Cpx-Opx granulite LX114-2 from Wuji area in Rushan; (d) amphibolite LX192-2 from Haiyangsuo area in Rushan

附表 1 不同变基性岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果 Appendix1 LA-ICP-MS U-Pb analysis results of zircons from meta-mafic rocks

乳山午极地区退变榴辉岩样品LX117-1中50颗锆石微区记录的U-Pb年龄可分为3组(图 7b附表 1)。第一组3颗锆石记录了1902±24Ma~1843±15Ma的207Pb/206Pb年龄,应为捕获的围岩中的古老锆石。第二组45个继承性锆石记录的206Pb/238U年龄为786±10Ma~407±3Ma,相应的Th、U含量和Th/U比值分别为94×10-6~1632×10-6、116×10-6~827×10-6、0.43~1.97,其中最老的锆石年龄集中变化于786±10Ma~741±6Ma,加权平均年龄为760±11Ma (MSWD=3.4),与上交点年龄(792±29Ma, MSWD=6.9) 接近,代表该样品的原岩形成时代,而其他位于谐和线之下的年龄可能是受后期构造热事件的改造发生铅丢失的结果。第三组2颗变质锆石记录的206Pb/238U年龄为212±4Ma~207±4Ma,相应的Th、U含量和Th/U比值分别为3×10-6~10×10-6、82×10-6~198×10-6、0.04~0.05,应代表该样品的退变质时代。

4.3.2 非榴辉岩相变质的基性岩

乳山午极地区二辉麻粒岩样品LX114-2中78颗变质锆石记录了两组207Pb/206Pb年龄(图 7c附表 1)。第一组16颗变质锆石记录的207Pb/206Pb年龄变化于1933±17Ma~1870±25Ma之间,加权平均年龄为1892±12Ma (MSWD=2.2),相应的Th、U含量和Th/U比值分别变化于19×10-6~715×10-6、60×10-6~1315×10-6、0.30~0.81之间。第二组62颗变质锆石记录的207Pb/206Pb年龄为1869±17Ma~1806±12Ma,加权平均年龄为1848±4Ma (MSWD=1.5),相应的Th、U含量和Th/U比值为27×10-6~594×10-6、64×10-6~1558×10-6、0.22~0.63。

乳山海阳所地区斜长角闪岩样品LX192-2中20个锆石微区记录的U-Pb年龄可分为4组(图 7d附表 1)。第一组3颗继承性锆石核记录了2800±22Ma~2343±14Ma,相应的Th、U含量和Th/U比值分别变化于29×10-6~144×10-6、173×10-6~309×10-6、0.17~0.47之间,可能为捕获的围岩中的古老锆石。第二组4颗变质锆石记录了1939±20Ma~1865±39Ma的207Pb/206Pb年龄,加权平均年龄为1895±46Ma (MSWD=2.3),相应的Th、U含量和Th/U比值分别为20×10-6~119×10-6、60×10-6~738×10-6、0.15~1.98。第三组8颗变质锆石记录的207Pb/206Pb年龄为1847±17Ma~1809±16Ma,加权平均年龄为1830±13Ma (MSWD=0.51),相应的Th、U含量和Th/U比值分别为47×10-6~147×10-6、50×10-6~245×10-6、0.35~2.11。第四组5颗变质锆石记录的207Pb/206Pb年龄相对年轻,变化于1787±20Ma~1776±16Ma,相应的Th、U含量和Th/U比值分别为47×10-6~147×10-6、50×10-6~245×10-6、0.35~2.11。

5 地球化学特征 5.1 分析方法

变基性岩样品的全岩粉末(200目)制备在河北省区域地质矿产调查研究所完成,全岩主量和微量元素化学成分测试在国家地质实验测试中心完成。主量元素测试采用X射线荧光光谱仪(XRF,型号PW4400),执行GB/T 14506.28-2010标准,检测项目包括Al2O3、CaO、Fe2O3、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5、SiO2、TiO2等10项;稀土元素和微量元素采用PE300D型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)完成测试,执行DZ/T 14506.30-2010标准;H2O+按GB/T 14506.2-2010标准;CO2按GB 9835-1988标准;LOI按LY/T 1253-1999标准;FeO按GB/T 14506.14-2010标准。

5.2 地球化学特征 5.2.1 (退变)榴辉岩

苏鲁超高压变质带内(退变)榴辉岩的主、微量元素分析结果见表 1,主要包括11件G型榴辉岩和1件M型榴辉岩(LX150-2)。尽管有研究表明M型榴辉岩成因区别于G型榴辉岩(Chen et al., 2014),但从全岩成分来看尚不足以区别M型和G型榴辉岩,因此本文将二者地球化学特征暂做统一描述并简单讨论。

表 1 (退变)榴辉岩的主量(wt%)、微量和稀土(×10-6)元素组成 Table 1 Major element (wt%), trace and rare earth element (×10-6) compositions of (retrograde) eclogites in the Sulu UHP belt

12件样品的SiO2含量变化较大(40.52%~56.26%),其中有2个样品(LX159-1和LX185-1) 的SiO2含量(40%~45%)与超基性岩相当,并具有较高的Fe2O3含量,2个样品(LX152-1和LX180-2) 的SiO2含量(53%~57%)介于中性岩范围,其余样品的SiO2含量均介于45%~53%之间,表明(退变)榴辉岩原岩的主体为基性岩系。该地区(退变)榴辉岩的Al2O3、FeOT、CaO和MgO的含量分别变化于11.21%~18.70%、8.74%~23.52%、6.86%~13.83%和4.35%~14.92%之间,整体上贫TiO2(0.30%~2.81%)、MnO (0.13%~0.68%)和P2O5(0.02%~0.58%)。全碱ALK (K2O+Na2O)含量变化较大,介于0.78%~4.94%之间。多数样品的Mg#值介于33~56之间,2个样品Mg#值较高(LX178-4为73,LX178-1为75)。(退变)榴辉岩主量元素SiO2、Al2O3、FeOT、TiO2、MnO、P2O5变化范围较大,与MgO没有明显的协变关系(图 8)。

图 8 变基性岩MgO与SiO2、Al2O3、FeOT、TiO2、MnO、P2O5协变关系图解 图 10图 12图 13图例同此图 Fig. 8 MgO vs. SiO2, Al2O3, FeOT, TiO2, MnO and P2O5 diagrams for the meta-mafic rocks The legends in Fig. 10, Fig. 12 and Fig. 13 are same as in this figure

根据稀土和微量元素组成,可将(退变)榴辉岩分为三组。A组和B组(含1件M型榴辉岩)样品具有相对平坦的球粒陨石标准化稀土配分模式和原始地幔均一化蛛网图解(图 9a-d),(La/Yb)N=0.74~2.42,(Gd/Yb)N=1.05~1.91。稀土总量较低,变化于15.77×10-6~65.94×10-6之间,高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf和Ti)亏损不明显。其中A组轻稀土弱亏损,B组轻稀土弱富集。C组样品具有右倾型球粒陨石标准化稀土配分模式(图 9e),(La/Yb)N=3.64~10.10,(Gd/Yb)N=1.56~2.81,稀土元素总量变化范围较宽,变化于43.66×10-6~219.7×10-6之间,其中来自乳山地区的LX117-1和来自威海地区的LX178-1稀土总量偏低,其余3件样品的稀土元素总量与OIB相当。除LX159-1和LX157-2外,三组样品均无明显的Eu异常。

图 9 (退变)榴辉岩的球粒陨石标准化稀土元素配分曲线和原始地幔均一化微量元素蛛网图 Fig. 9 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized spider diagrams for (retrograde) eclogites The rare earth and trace elements contents of chondrite, primitive mantle, N-MORB, E-MORB and OIB cited from Sun and McDonough (1989), also in Fig. 11

表 1可以看出,(退变)榴辉岩样品的Cr、Ni变化范围较大,分别为8.92×10-6~291×10-6和31.6×10-6~285×10-6。原始地幔均一化蛛网图解显示,C组样品以高场强元素明显亏损区别于A、B两组样品(图 9f)。三组样品大离子亲石元素配分模式变化较大且没有明显的变化规律,这可能与威海-荣成地区榴辉岩和退变榴辉岩经历的高级变质作用有关。

由变基性岩地球化学分类图解(图 10)可以判断,研究区(退变)榴辉岩的原岩大部分属于高Fe拉斑玄武岩系列,2个Mg#值较高的样品具有高镁玄武岩-科马提质玄武岩的特征。

图 10 变基性岩的Zr/TiO2-Nb/Y图解(a, 据Winchester and Floyd, 1977)、Y-Zr图解(b, 据Miyashiro, 1974)、FeOT-Na2O+K2O-MgO图解(c, 据Irvine and Baragar, 1971)和(Fe+Ti)-Al-Mg图解(d, 据Rollinson, 1995) Fig. 10 Zr/TiO2 vs. Nb/Y (a, after Winchester and Floyd, 1977), Y vs. Zr (b, after Miyashiro, 1974), FeOT-Na2O+K2O-MgO (c, after Irvine and Baragar, 1971) and (Fe+Ti)-Al-Mg (d, after Rollinson, 1995) diagrams of meta-mafic rocks
5.2.2 非榴辉岩相变质的基性岩

8件非榴辉岩相变质的基性岩样品均来自于乳山地区,其中3件(LX114-2、LX116-1和LX206-1) 来自于午极地区,其余5件来自于海阳所地区,其主、微量元素分析结果见表 2。该8件非榴辉岩相变质的基性岩样品SiO2含量为44.77%~50.27%,Al2O3、FeOT、CaO和MgO含量较高,分别变化于12.82%~14.65%、10.80%~15.75%、8.65%~11.55%和5.84%~7.69%之间,贫TiO2(0.67%~2.10%)、MnO (0.17%~0.26%)和P2O5(0.07%~0.18%)。全碱ALK (K2O+Na2O)含量较低,变化于2.35%~4.47%之间。Mg#值为42~56之间,低于原生玄武质岩石(~70; Dupuy and Dostal, 1984)。在元素协变图解中,Al2O3与MgO呈正相关变化,FeOT、TiO2、P2O5与MgO表现出一定程度的负相关性,其它元素与MgO的协变关系不明显(图 8a-f)。从微量元素地球化学特征(表 2)可以看出,非榴辉岩相变质基性岩的相容元素Cr、Ni含量变化范围较大,分别为76.8×10-6~244×10-6和57.7×10-6~93×10-6,Co含量介于45.7×10-6~60.9×10-6之间。大离子亲石元素(Rb、Ba、Th和U)含量变化较大,一些样品的Th强烈亏损,这可能与大离子亲石元素在变质作用过程中具有较强的活动性有关。根据稀土元素和微量元素特征,大部分非榴辉岩相变质基性岩具微右倾的球粒陨石标准化稀土配分模式和原始地幔均一化蛛网配分曲线(图 11a, b),设为A组,稀土元素总量较低,变化于36.55×10-6~66.84×10-6之间,(La/Yb)N比值为0.65~2.68之间,(Gd/Yb)N比值变化于0.95~1.40之间,没有明显的Eu异常和Ce异常。轻稀土轻微富集,高场强元素不亏损或弱亏损,总体特征可与富集型洋中脊玄武岩(E-MORB)对比。而样品LX192-2的球粒陨石标准化稀土配分曲线和原始地幔均一化蛛网配分曲线具有明显右倾的特点(图 11c, d),设为B组,稀土元素总量较高,为114.6×10-6之间,(La/Yb)N和(Gd/Yb)N比值分别为4.82、1.63,相对富集轻稀土,其稀土配分模式和微量元素配分曲线介于E-MORB与OIB之间,没有明显Eu和Ce异常,而Nb和Ta元素表现出一定程度的亏损。

图 11 非榴辉岩相变质基性岩的球粒陨石标准化稀土元素配分曲线和原始地幔均一化微量元素蛛网图 Fig. 11 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized spider diagrams for non-UHP meta-mafic rocks

表 2 非榴辉岩相变质的基性岩的主量(wt%)、微量和稀土(×10-6)元素组成 Table 2 Major element (wt%), trace and rare earth element (×10-6) compositions of non-UHP meta-mafic rocks in Sulu UHP belt

在Zr/TiO2-Nb/Y分类图解中,绝大部分非榴辉岩相变质的基性岩样品位于亚碱性玄武岩区(图 10a),在区分钙碱性与拉斑玄武岩的Y-Zr和FeOT-(Na2O+K2O)-MgO分类图解中,基本上所有样品均落入拉斑玄武岩区(图 10b, c),在(Fe+Ti)-Al-Mg图解中投影点均落入高Fe玄武岩区(图 10d)。绝大多数非榴辉岩相变质的基性岩的原岩具有高Fe拉斑玄武岩系的地球化学特征。

由此可见,本文乳山午极与海阳所地区非榴辉岩相变基性岩主体与以往研究的海阳所高压基性麻粒岩、胶北高压基性麻粒岩具有十分一致的全岩地球化学特征(图 10图 11)。

6 讨论 6.1 变基性岩的原岩时代/变质时代 6.1.1 (退变)榴辉岩

以威海-荣成为代表的胶东地体作为苏鲁超高压变质带的一部分,经历了三叠纪时期的板块俯冲-碰撞事件和超高压变质作用(Liu and Liou, 2011)。尽管前人在苏鲁超高压变质带荣成地区获得少量原岩时代为古元古代(1950~1740Ma)的超高压变质岩(Yang et al., 2003; Zhang et al., 2014; 刘福来等, 2011),但是新元古代(800~690Ma)的榴辉岩和花岗质片麻岩仍占统治地位(Liu and Liou, 2011; Zhang et al., 2014)。本文采自于荣成地区的代表性榴辉岩样品LX185-1,最老的锆石年龄为610±6Ma~327±3Ma,其成因分为两种情况:一是捕获成因;二是它们是岩浆锆石受到后期变质事件改造发生Pb丢失的结果。如果这些较老的锆石是榴辉岩形成时的岩浆锆石,它们与变质锆石年龄组成的不一致线上交点年龄763±76Ma则代表该榴辉岩的原岩时代。此外,采自乳山午极地区的退变榴辉岩样品LX117-1,继承性锆石的年龄为786±10Ma~407±3Ma,其中较老的锆石年龄集中变化于786±10Ma~741±6Ma,加权平均年龄为760±11Ma,与LX185-1的不一致线上交点年龄接近,且与苏鲁超高压岩石的原岩时代相吻合。LX117-1不一致线上交点年龄为792±29Ma。因此,榴辉岩和退变榴辉岩的原岩时代应在792~760Ma范围内。

前人对苏鲁-大别造山带超高压变质岩石的年代学展开过大量的研究,将苏鲁超高压变质时代限定在240~225Ma (Liu et al., 2004a, 2005, 2006, 2007; 刘福来和薛怀民, 2007; 刘福来等, 2011)。Liu and Liou (2011)根据不同变质锆石微区矿物包体及锆石U-Pb年代学综合研究结果,进一步精确限定出大别-苏鲁造山带不同变质阶段的时代:早期石英榴辉岩相进变质时代为246~244Ma,峰期超高压变质时代为235~225Ma,角闪岩相退变质时代为215~208Ma。本文榴辉岩样品LX185-1的变质锆石记录的年龄范围跨度为26Ma (243~217Ma),如前所述,含大量石榴石和单斜辉石包体的锆石明显偏老,年龄集中在243±4Ma~226±4Ma,加权平均年龄为231±2.4Ma,虽然尚未在锆石中发现柯石英包体,但与前人年代学研究结果对比,该年龄应代表该榴辉岩的超高压变质时代。含较少矿物包体的变质锆石明显偏年轻,年龄集中在224±4Ma~217±3Ma,加权平均年龄为221±1.8Ma,不一致线下交点年龄为~208Ma,应代表榴辉岩样品LX185-1的晚期退变质时代。退变榴辉岩(石榴斜长角闪岩)样品LX117-1,变质锆石记录的时代为212±4Ma~207±4Ma,与LX185-1的晚期变质时代相吻合,且与苏鲁带超高压变质岩的角闪岩相退变质时代相一致。综合上述研究结果,本文研究的榴辉岩和退变榴辉岩的超高压时代应限定为243~226Ma,晚期角闪岩相退变质时代为221~207Ma。

6.1.2 非榴辉岩相变质的基性岩

传统观点认为,苏鲁超高压变质带内的所有岩石均经历了超高压变质作用,但随着研究的深入,越来越多的未经历超高压变质的构造岩片被发现,其中以乳山海阳所地区为代表(Liou et al., 2006; Zhang et al., 2006)。该区出露的主要岩石类型包括高压基性麻粒岩、斜长角闪岩、TTG-花岗质片麻岩和副片麻岩等,记录了多期岩浆事件和变质事件(Liu et al., 2017)。变质基性岩原岩时代为2600~2500Ma,TTG-花岗质片麻岩的原岩时代分为2700Ma、2550~2500Ma和2400Ma三期,副片麻岩碎屑锆石记录的沉积时代为2100~1900Ma (Liu et al., 2017)。锆石U-Pb定年结果及变质作用研究表明,海阳所地区变基性岩经历了两期变质作用(Liu et al., 2017; 刘利双等, 2015),第一期高压麻粒岩相变质时代为1870~1860Ma,角闪岩相退变质时代为~1840Ma;第二期高压麻粒岩相变质时代为245~225Ma,角闪岩相退变质时代为220~214Ma (Liu et al., 2017)。

本文采自于海阳所地区的斜长角闪岩样品LX192-2,变质锆石记录了两阶段变质时代,分别为1939±20Ma~1865±39Ma和1847±17Ma~1809±16Ma,加权平均年龄分别为1895±46Ma和1830±13Ma,U-Pb定年结果位于后者区间的居多,且包体多为石英、角闪石和斜长石,表明该样品记录了1847~1809Ma的角闪岩相退变质时代,而少数相对较老的变质锆石可能是高压变质阶段形成并保存下来的。此外,乳山午极地区二辉麻粒岩样品LX114-2中变质锆石记录了1933~1806Ma的变质时代,变化范围较宽,但结合本文及其它对海阳所变基性岩的定年结果(Liu et al., 2017),LX114-2的变质年龄可分为两组,第一组207Pb/206Pb年龄的加权平均年龄为1892±12Ma,第二组207Pb/206Pb年龄的加权平均年龄为1848±3.5Ma,前者可能代表高压麻粒岩相的变质时代,而后者则代表角闪岩相退变质时代。结合上述两个非榴辉岩相变质基性岩的年代学研究,表明苏鲁超高压变质带内的确存在原岩时代大于1939Ma的非超高压变质基性岩,其高压麻粒岩相变质时代为1895~1870Ma,角闪岩相退变质时代为1848~1806Ma。由此可见,乳山地区变基性岩古元古代的高压变质-角闪岩相退变质时代与胶北地区高压基性麻粒岩的变质时代具有可比性。

6.2 不同变基性岩原岩的成因

本文研究的变基性岩样品均经历了高级变质作用,因此仅利用相对稳定的主量元素、稀土元素和高场强元素对变基性岩原岩的性质进行研究。除个别样品(LX178-1和LX192-2) 外,其他变基性岩均以较低的烧失量(LOI < 1%)和没有明显的Ce异常为特征,指示后期蚀变和碳酸盐化作用对变基性岩的影响较弱,所获得的地球化学数据基本可以代表其原岩形成时的地球化学组成。此外,岩相学和地球化学对比结果表明,所研究样品的地球化学组成与岩石的矿物组合没有明显的对应关系,具有不同矿物组合的样品可能具有相似的地球化学组成,可见变基性岩的全岩成分直接受控于原岩,与变质过程中矿物的变化没有明显关系。

6.2.1 (退变)榴辉岩

本文研究重点G型(退变)榴辉岩全岩成分变化较大,但主体均有高Fe拉斑玄武岩的主量元素特征(图 10)。根据稀土和微量元素配分模式,A组具有平坦或轻稀土略微亏损的稀土配分模式,但稀土总量变化较大(图 9a),高场强元素负异常不明显(图 9b)。在REE与Zr相关性图解中,A组样品主体分布在PM和亏损地幔(DM)之间(图 12a-c),且(La/Sm)N比值基本不随(Nb/La)PM比值的增加而变化(图 12d-e)。因此推测,A组样品原岩的源区为亏损的软流圈或岩石圈地幔,岩浆可能没有受到明显的地壳混染。V-Cr相关图解显示A组变基性岩原岩形成过程中可能有斜长石的分离结晶作用(图 13b)。B组样品的稀土和微量元素配分模式具有轻微右倾特点,主量和微量元素的组成与A组样品没有类似的演化趋势(图 8图 12),因此B组样品的原岩源区与A组不同,有向富集地幔源区演化的趋势(图 13b)。Ni-Cr和V-Cr相关图解显示,B组变基性岩原岩可能经历了辉石的结晶分异(图 13a, b)。C组样品具有右倾型稀土配分模式,以较高的轻重稀土分异特征区别于其他样品(图 9a),同时具有明显Nb、Ta和Ti元素的亏损(图 9b),该特征与岛弧或大陆钙碱性玄武岩系具有可比性。在REE-Zr以及(Gd/Yb)N-(La/Sm)N和(La/Sm)N-(Nb/La)PM图解中,C组样品以较高的(La/Sm)N和较低(Nb/La)PM为特征(图 12d-e),在Nb/Y-Zr/Y图解中,样品介于PM和UC之间(图 12f)。上述地球化学特征表明,C组样品原岩形成于流体交代后富集地幔楔的部分熔融,源区基本没有亏损地幔的贡献,其源区特征均不同于A、B两组(退变)榴辉岩。

图 12 变基性岩微量元素含量(比值)协变关系图解 OIB-洋岛玄武岩;N-MORB正常洋中脊玄武岩;E-MORB富集型洋中脊玄武岩;PM-初始地幔;UC-大陆上地壳;DM-浅部亏损地幔;HIMU-高U/Pb源区;EM1、EM2-富集地幔;ARC-弧相关玄武岩;DEP-深部亏损地幔;EN-富集组分;REC-循环组分;(e)据Weaver, 1991; Condie, 2003 Fig. 12 Element content (ratio) diagrams for the meta-mafic rocks in the Sulu UHP belt UC-upper continental crust; PM-primitive mantle; DM-shallow depleted mantle; HIMU-high mu (U/Pb) source; EM1 and EM2-enriched mantle sources; ARC-arc-related basalts; NMORB-normal ocean ridge basalt; OIB-oceanic island basalt; DEP-deep depleted mantle; EN-enriched component; REC-recycled component; (e) after Weaver, 1991; Condie, 2003

图 13 变基性岩的Ni-Cr与V-Cr协变图解 不同矿物的箭头方向根据Cr、Ni和V在矿物/基质中富分配系数计算,分配系数引自Bougault and Hekinian (1974), Dostal et al. (1983)Adam and Green (2006) Fig. 13 Relationship plots Ni vs. Cr (a) and V vs. Cr (b) showing fraction trends of the meta-mafic rocks in the Sulu UHP belt Vectors are calculated based on mineral/matrix partition coefficients of Cr: 1.1 (Ol), 7.78 (Opx), 13 (Cpx), 12.5 (Hb), 0.02 (Pl); Ni: 12.2 (Ol), 11.3(Opx), 4.4 (Cpx), 6.8 (Hb), 0.06 (Pl); V: 0.088 (Ol), 1.65 (Opx), 0.74 (Cpx), 3.4 (Hb), 0.1 (Pl) after Bougault and Hekinian (1974), Dostal et al. (1983) and Adam and Green (2006)

图 14 不同类型榴辉岩的主量元素与SiO2协变图解 Fig. 14 Relationship between major oxides for various eclogites in the Sulu UHP belt (a) CaO vs. SiO2; (b) Na2O vs. SiO2; (c) MgO vs. SiO2; (d) Fe2O3 vs. SiO2

本文研究样品存在少量的M型榴辉岩,有研究表明M型榴辉岩以较高的δ18O值、δ18O变化范围和较高的CaO含量区别于G型和P型榴辉岩(Chen et al., 2014),他们推测M型榴辉岩的原岩为火山碎屑沉积形成的玄武质凝灰岩(Wu et al., 2006; Zhu et al., 2009),与大理岩同时沉积并在成岩过程中经历了低温的水岩作用,从而获得较高的δ18O值,其较宽的δ18O变化范围是由于成岩过程中地表水与孔隙水的原地混合(Rumble et al., 2000)或变质作用的影响(Zheng et al., 2003),较高的CaO含量可能与大理岩的相互作用有关。本文研究的M型榴辉岩数量较少,其主量元素CaO、Na2O、MgO和Fe2O3与G型榴辉岩相互重叠(图 14),且从微量元素组成上尚无法进一步区分M型榴辉岩与G型榴辉岩(图 12图 13),故有关M型榴辉岩的成因尚需今后深入探讨,后文将重点讨论G型榴辉岩。

6.2.2 非榴辉岩相变质的基性岩

本文及以往地球化学研究结果显示,非榴辉岩相变质的基性岩原岩主体(A组)具有轻稀土弱富集型高Fe拉斑玄武岩的地球化学特征,少数样品具有介于E-MORB与OIB之间的稀土和微量元素组成(B组)(图 7a-d; 刘利双等, 2015),表明轻稀土富集型玄武质岩石是乳山地区早前寒武纪基性岩的主要原岩,而E-MORB和OIB的混合可能是B组基性岩的成因。在REE与Zr元素的相关性图解中(图 12a-c),A组样品基本介于原始地幔(PM)与E-MORB之间。在(Gd/Yb)N-(La/Sm)N和(La/Sm)N-(Nb/La)PM图解中,非榴辉岩相变质的基性岩样品(Gd/Yb)N比值明显低于OIB,并且向(La/Sm)N和(Nb/La)PM比值增大的地壳混染方向演化(图 12d, e)。在Nb/Y-Zr/Y图解中,多数样品位于E-MORB和上地壳(UC)成分端员之间(图 14f),少数向原始地幔和深部亏损地幔(DEP)方向演化。乳山地区上述变基性岩地球化学特征与胶北地区(高压)基性麻粒岩的地球化学特征(图 12a-f)(Tang et al., 2007; 刘平华等, 2012)具有可比性。因此乳山地区绝大部分变基性岩(A组)的轻稀土富集型基性岩与胶北地区(高压)基性麻粒岩源区一致,均来自于原始地幔或深部亏损地幔,少数样品(B组)是受到一定程度地壳混染的结果。

非榴辉岩相变质的基性岩样品的Mg#( < 60) 低于原生玄武质岩石(~70) (Dupuy and Dostal, 1984),表明这些基性岩浆在形成后经历一定程度的结晶分异作用。主量元素与MgO的协变关系图解显示,Al2O3与MgO呈一定的正相关关系(图 8b),在Ni-Cr和V-Cr相关图中,表现出Cpx分异的趋势(图 13a, b)。由此可见,乳山地区非榴辉岩相变质的基性岩主体的地球化学特征是轻稀土富集型玄武质岩浆经单斜辉石结晶分异和少量地壳混染的结果。

6.3 区域多成因变基性岩对比研究 6.3.1 苏鲁超高压带内多成因(退变)榴辉岩对比

众多研究表明,苏鲁超高压变质带内的(退变)榴辉岩及其围岩共同经历了三叠纪时期超高压变质作用和不同程度的退变质作用,其变质演化的P-T-t轨迹具有典型碰撞造山带的顺时针型式(Liu and Liou, 2011)。本文2件(退变)榴辉岩的原岩时代为新元古代(792~760Ma),超高压变质时代为中-晚三叠世(243~226Ma),角闪岩相退变质时代为晚三叠世(221~207Ma),均与以往对超高压变质岩的同位素年代学研究结果相似(Liu and Liou, 2011; Zhang et al., 2014; 刘福来和刘平华, 2009),表明苏鲁超高压变质岩石具有华南板块的年代学属性,其原岩成因与罗迪尼亚超大陆裂解事件有关。

大量地球化学研究表明,苏鲁超高压地体中的榴辉岩原岩的源区具有多样性和不均一性,经历不同程度的分离结晶、部分熔融、变质重结晶和流体交代作用,往往使其原岩判断更具复杂性(Jahn et al., 1995, 1996)。Jahn et al.(1996, 2005)、Jahn (1998)统计了苏鲁-大别造山带内榴辉岩的地球化学数据,其SiO2含量具有很宽的变化范围(36%~60%),主要集中在45%~50%,表明榴辉岩其原岩多属于基性岩范畴。本文研究区(退变)榴辉岩的SiO2含量范围为40.52%~56.26%,相对稳定的主量元素与MgO没有明显的协变关系,与统计数据相吻合。榴辉岩较大的主量元素化学组份变化可以用原岩的不均一性、榴辉岩相变质前后流体交代作用以及变质分异过程中石榴石、单斜辉石的堆晶作用来解释(Beard et al., 1992; Jahn, 1998)。其中,少数具有安山质SiO2组份的榴辉岩样品(LX152-1, 54.45%; LX180-2, 56.26%)的Cr和Ni含量较低(见表 1),结合碎屑锆石及包体多为斜长石的特征,暗示两件样品原岩可能形成于扬子板块南缘的大陆碎屑沉积环境。它们不同于Jahn et al. (1996)报道的威海2件安山质组份榴辉岩,其Cr和Ni含量较高(分别为280×10-6~410×10-6和73×10-6~200×10-6),被解释为基性原岩被后期变质流体交代作用的结果(Jahn et al., 1996)。由于本文研究重点是原岩为玄武质岩石的榴辉岩,故对安山质榴辉岩的地球化学成因不做进一步阐述。此外,威海-荣成地区退变榴辉岩LX159-1和乳山午极地区的退变榴辉岩LX117-1的SiO2 < 45%,且具有重稀土亏损特征(图 9),可能与原岩的石榴石和单斜辉石“堆晶”有关。

微量元素方面,G型(退变)榴辉岩样品同时具有轻稀土平坦或略亏损型-轻微富集型-富集型的高Fe玄武岩的特征(图 9图 10),且三种稀土配分模式的榴辉岩数量相当,暗示榴辉岩原岩成因的复杂性。轻稀土富集或轻微富集型榴辉岩与大陆玄武岩和早前寒武纪地体中斜长角闪岩或基性麻粒岩类似(Hall and Hughes, 1990),轻稀土富集型榴辉岩存在高场强元素Nb、Ta、Zr、Hf、Ti亏损,与岛弧或大陆地壳玄武岩的特征相吻合,这在以前的研究中被广泛报道,他们可能与原始地幔的不均一性有关或者是地幔楔被轻稀土富集流体交代作用的结果。而本文A组轻稀土亏损型(退变)榴辉岩前人研究较少,微量和稀土元素特征表明它们的原岩来自于亏损的软流圈或岩石圈地幔。

由此可见,苏鲁超高压变质带内(退变)榴辉岩不同样品间主量和微量元素具有十分显著的差异,一方面原因可能是其原岩来自不均一的地幔(富集或亏损),另一方面原因可能与形成环境有关,并且受到三叠纪大陆俯冲并发生超高压变质作用的影响。

6.3.2 乳山地区非榴辉岩相变质的基性岩与胶北地区高压基性麻粒岩对比

乳山地区绝大多数变基性岩完全不同于苏鲁超高压带内榴辉岩和退变榴辉岩,而与胶北地区高压基性麻粒岩具有可比性。变质作用方面,以海阳所为代表的乳山地区两类变基性岩经历了两期变质作用,其中第一期中高压麻粒岩相变质变质演化P-T-t轨迹及峰期条件与胶北地体中的麻粒岩接近(Liu et al., 2013b; Tam et al., 2012a, b, c; Zhang et al., 2006; Zhou et al., 2008d; 刘平华等, 2010; 刘利双等, 2015; 王舫等, 2010)。这些变基性岩新太古代(2600~2500Ma)的原岩形成时代(Liou et al., 2006; Liu et al., 2017)与胶北地区新太古代高压基性麻粒岩、TTG-花岗质片麻岩和荆山群、粉子山群变沉积岩的原岩时代相吻合。本文与以往研究表明,非榴辉岩相变质的基性岩第一期麻粒岩相变质时代为1895~1870Ma,角闪岩相退变质时代为1848~1806Ma,这与胶北地区(高压)基性麻粒岩的麻粒岩相变质时代(1900~1860Ma)也十分吻合(Liu et al., 2013b; 刘福来等, 2015; 刘平华等, 2015)。

此外,本文研究的午极和海阳所地区的非榴辉岩相变基性岩样品中,没有发现原生的岩浆锆石。因此,无法获得非榴辉岩相变基性岩的原岩形成时代。然而,研究区样品均存在大量的变质锆石,记录的古元古代峰期麻粒岩相变质时代和后期角闪岩相退变质时代,与前人研究的海阳所地区和胶北地体中大量变基性岩相应的变质时代完全吻合,表明午极地区和海阳所地区非榴辉岩相变基性岩的原岩应来源于胶北地体,它们共同经历了古元古代变质热事件的改造。

另一方面,根据前人大量的研究结果,苏鲁超高压变质带中的榴辉岩的原岩形成时代为850~700Ma,其原岩应来自于扬子板块的北缘,与Rodinia超大陆裂解存在密切的成因关系(Zheng et al., 2003)。这一强有力的证据表明,午极和海阳所地区出露的大量非榴辉岩相的变基性岩,不可能来自扬子板块北缘的变质基底。

前人研究发现,海阳所地区非榴辉岩相变质的基性岩,普遍经历了三叠纪变质事件的叠加,标志着来源于胶北地体的部分变基性岩曾卷入到三叠纪碰撞-造山事件中(Liu et al., 2017)。然而,本文研究的非榴辉岩相变质的基性岩中,并未发现该阶段的变质锆石。其原因可能是,由于流体缺乏等因素,抑制变质锆石的生长,进而缺少该阶段的年代学记录。

本文对乳山地区非榴辉岩相变质的基性岩进一步开展地球化学及其对比研究。结合已发表数据,A、B两组变基性岩的稀土和微量元素地球化学组成及演化趋势可分别与胶北地区两类早前寒武纪变质基性岩进行对比(图 11a-d图 12a-f)(Tang et al., 2007; 刘利双等, 2015; 刘平华等, 2012),他们以低至中等的轻稀土富集、无明显高场强元素的亏损以及较高的(Nb/La)N比值为主要特征。在一定程度上,胶北和乳山地区识别出的两类富集型玄武质岩石组合与广泛存在于全球太古宙绿岩带中的“过渡碱性玄武岩”有类似之处(Polat, 2009; Said and Kerrich, 2009; Wang et al., 2013)。没有明显Nb、Ta和Ti元素负异常以及较高的(Nb/La)N比值,指示低程度的地壳混染或未受到俯冲流体交代的地幔楔源区的影响,显示岛弧拉斑玄武岩的特征(McCulloch and Gamble, 1991)。此外,乳山地区与胶北地区均存在少量的轻稀土弱亏损型的变基性岩,一些研究显示他们初始Nd同位素比值介于+3.4~+3.6之间(Tang et al., 2007),指示这些玄武质岩浆来自弱亏损的地幔源区。尽管变质程度较高,但它们和“过渡碱性玄武岩”组合的地球化学特征均与太古宙绿岩带中广泛分布的洋底高原型拉斑玄武岩组合可以对比。轻、重稀土平坦型和轻稀土富集型玄武岩在空间上产状类似且共生,它们均可能来自同样的地幔源区(原始地幔或亏损地幔),在地幔柱构造背景下不同地幔深度发生不同程度部分熔融的结果,其中轻稀土平坦型玄武岩的成因与浅部地幔高程度部分熔融有关,轻稀土富集型玄武岩是深部地幔低程度部分熔融的产物(Polat, 2009)。另有学者认为这种共生的玄武岩组合是不均一的地幔源区同时发生部分熔融的结果(Said and Kerrich, 2010; Said et al., 2010)。从本文研究数据来看,轻稀土富集型变基性岩占统治地位,而平坦型或弱亏损型变基性岩只占少部分,并具有正(+3.4~+3.6) (Tang et al., 2007)的初始Nd同位素比值,表明它们很可能共同来自于原始地幔或亏损地幔,在不同地幔深度发生不同程度部分熔融的结果。

由此可见,本文研究的非榴辉岩相变基性岩与以往研究的海阳所高压基性麻粒岩、斜长角闪岩具有十分吻合的年代学格架和全岩地球化学特征,表明以往海阳所变基性岩的研究成果(Liu et al., 2017; 刘利双等, 2015)对于整个乳山地区非榴辉岩相变基性岩很有可能具有普适性,它们在成因上与胶北地体以高压基性麻粒岩为代表的变基性岩具有十分密切的联系。

7 地质意义

作为典型的陆-陆俯冲-碰撞造山带,苏鲁造山带内出露的变质岩系为客观恢复华北板块与扬子板块俯冲-碰撞-折返的动力学过程提供了重要的基础资料。前人研究认为,苏鲁超高压变质岩的变质演化P-T-t轨迹具有典型的近等温减压顺时针碰撞-造山型式(Liu and Liou, 2011)。以威海-荣成地区为代表的苏鲁超高压变质带内广泛出露超高压变质岩石,其原岩时代为新元古代,均经历了三叠纪时期的超高压变质作用,其原岩均来自于华南板块,成因与罗迪尼亚超大陆裂解事件有关。

与苏鲁超高压变质带紧邻的胶北地体,其前寒武纪基底岩石的原岩形成时代普遍老于1800Ma,并经历了古元古带的高压麻粒岩相变质作用(Tam et al., 2011; 刘平华等, 2011),与苏鲁超高压变质带内超高压变质岩石具有截然不同的变质作用记录和年代格架。因此,前人基本认定胶北地体并未卷入三叠纪时期扬子板块与华北板块的俯冲事件。通过岩石学、变质作用和地球化学研究,一些学者认为苏鲁造山带与胶北地体以烟台-青岛-五莲断裂为界,断裂带西北部的大陆地壳具有华北板块的构造属性,断裂带东南侧均是扬子板块北缘深俯冲及快速折返至地表的产物(Tang et al., 2007, 2008; Zhang et al., 2014)。

随着研究的深入,部分学者在烟台-青岛-五莲断裂东南侧的苏鲁带内发现大量未经历超高压变质的“构造岩片”,其成因及构造属性颇具争议。五莲和坪上地区出露的石英岩、片岩、变质碎屑岩和大理岩等浅变质岩系,记录了新元古代的原岩年龄和二叠-三叠纪的变质年龄信息,被认为是扬子板块在俯冲过程中被刮削下来的构造残片(Zhou et al., 2008a, b, c; 周建波等, 2001a, b, 2004, 2005a, b)。然而,石桥浅变质岩的地球化学性质明显不同于超高压变质岩,而类似于澳大利亚后太古宙平均页岩(PASS)的微量元素组成,且碎屑锆石U-Pb年龄为2660~2500Ma、2350~2150Ma和2100~1900Ma,表明其可能形成于华北板块南缘的大陆边缘构造环境(Zhou et al., 2008a, b)。

值得注意的是,苏鲁超高压变质带内的乳山地区,出露的岩石类型多样,变形构造异常复杂。一方面,非榴辉岩相变基性岩无论古元古代麻粒岩相变质作用、原岩形成时代和变质时代还是地球化学特征,与胶北地区高压基性麻粒岩均具有可比性。乳山海阳所地区变基性岩围岩TTG-花岗质片麻岩的原岩形成时代为2700Ma、2550~2500Ma和2400Ma (Liu et al., 2017; Liou et al., 2006; Zhang et al., 2006),变沉积岩的原岩形成时代为2100~1900Ma (Liu et al., 2017),均与华北克拉通变质基底相似岩石的原岩时代一致。午极地区古元古代(~1850Ma)的S型花岗质片麻岩,与胶北栖霞地区S型花岗岩具有相似性,而不同于华南地区古元古代的A型花岗岩(Zhang et al., 2014)。上述研究结果表明海阳所甚至整个乳山地区均存在具有华北板块属性的古老变质基底。然而,这些经历高级变质作用的非榴辉岩相变质基性岩,第二期变质演化P-T-t轨迹及变质时代与苏鲁超高压变质岩具有可比性(Liu and Liou, 2011; Liu et al., 2017)。由此可见,乳山地区非榴辉岩相变基性岩可能源自于华北克拉通古老变质基底,经历了古元古代的麻粒岩相变质作用,并在三叠纪时期卷入扬子板块与华北板块的俯冲-碰撞过程(Liu et al., 2017)。此外,部分研究者在胶-辽-吉古元古构造带南侧的长海列岛及胶北烟台地区的变沉积岩系中发现大量三叠纪的变质时代信息(Liu et al., 2014; 曹汇等, 2016),进一步表明华北克拉通东南缘胶北地体部分岩石单元很可能卷入到三叠纪扬子板块与华北板块的俯冲-碰撞-折返过程。

另一方面,乳山地区与苏鲁超高压变质带其他地区一样,出露典型的退变榴辉岩。石榴斜长角闪岩样品LX117-1的新元古代(792~760Ma)原岩形成时代和晚三叠世(212~207Ma)角闪岩相退变质时代,与苏鲁超高压变质带内典型榴辉岩的原岩时代和角闪岩相退变质时代一致。地球化学研究也表明该类岩石与苏鲁超高压变质带内典型的榴辉岩(LX178-1) 特征一致。

综上所述,乳山地区不仅存在具有华北克拉通属性的岩石构造单元,而且存在苏鲁超高压变质带典型的退变榴辉岩,表明扬子板块与华北板块的构造接触关系及俯冲-碰撞-折返动力学过程远比以往的认识更复杂,以烟台-青岛-五莲断裂作为苏鲁超高压变质带的北界需要进一步商榷。扬子板块与华北板块之间更有可能存在一条构造混杂岩带(图 1)。三叠纪时期扬子板块与华北板块俯冲-碰撞过程并非如前人所述的单向俯冲-折返模式,而更有可能是双向(相向)俯冲-折返模式(Liu et al., 2014)。有关该项研究有待进一步深入。

8 结论

通过苏鲁超高压变质带内不同成因变基性岩岩石学、同位素年代学和全岩地球化学的综合研究,得出以下结论:

(1) 苏鲁超高压变质带东北端内出露多成因的变基性岩,包括(退变)榴辉岩和非榴辉岩相变质的麻粒岩和斜长角闪岩,前者广泛分布在威海-荣成一带,而后者主要产于乳山地区。

(2) 锆石U-Pb同位素年代学研究表明,苏鲁超高压变质带东北端(退变)榴辉岩的原岩时代可能为792~760Ma,榴辉岩相变质时代为243~226Ma,角闪岩相退变质时代为221~207Ma,与整体苏鲁超高压变质岩的原岩时代和变质时代一致;乳山地区存在原岩时代不晚于古元古代(>1939Ma)的非榴辉岩相变质的基性岩,经历了1895~1870Ma的麻粒岩相变质作用和1848~1806Ma的角闪岩相退变质作用,其原岩时代和变质时代与胶北(高压)基性麻粒岩/斜长角闪岩吻合。

(3) 全岩地球化学研究表明,(退变)榴辉岩的原岩多数显示高Fe拉斑玄武岩特征,其地球化学特征具有多样性。轻稀土富集型或微富集型(退变)榴辉岩的原岩与岛弧或大陆玄武岩相似,可能与地幔不均一性或地幔楔被富集流体交代有关,轻稀土亏损型(退变)榴辉岩的原岩,可能来自于亏损的岩石圈地幔。乳山地区非超高压变质的麻粒岩和斜长角闪岩的原岩也为高Fe拉斑玄武岩,但其原岩可能与胶北高压基性麻粒岩相似,绝大多数来自于富集地幔,少数来自于原始地幔或亏损地幔,经历了斜长石和辉石的分离结晶以及不同程度的部分熔融过程。

(4) 威海-荣成一带广泛分布的(退变)榴辉岩的原岩具有扬子板块的构造属性,与以往研究结果一致。而乳山地区同时出露具有扬子板块属性的(退变)榴辉岩和具有华北板块基底属性的麻粒岩和斜长角闪岩,表明华北板块东南缘胶北地体的部分变质基底曾卷入三叠纪时期扬子板块与华北板块的俯冲-碰撞-折返的造山过程,并形成了由亲扬子板块变质基底的超高压岩石和亲华北板块古老变质基底的非超高压岩石共同构成的混杂岩带。这一强有力的证据,充分证明华北板块东南缘和扬子板块北缘在三叠纪发生了相向(双向)俯冲-折返的造山过程,而并非如前人所述的扬子板块俯冲至华北板块之下,并经历了超高压变质的单向俯冲-折返模式。

致谢 本文在野外和室内分析测试以及成文过程中,得到项目组刘建辉研究员、刘超辉、刘平华、王舫和田忠华副研究员、杨红助理研究员和蔡佳博士的大力帮助。审稿人吴元保教授与一位匿名审稿人对本文提出了宝贵的修改意见。在此一并表示衷心的感谢!
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