2018, Vol. 34
2. 国土资源部东北亚矿产资源评价重点实验室, 长春 130061;
3. 东北亚生物演化与环境教育部重点实验室, 长春 130026
2. Key Laboratory of Mineral Resources Evaluation in Northeast Asia, Ministry of Land and Resources, Changchun 130061, China;
3. Key Laboratory for Evolution of Past Life and Environment in Northeast Asia, Ministry of Education, Changchun 130026, China
华北克拉通东南缘徐淮(徐州-淮北)地区因发育榴辉岩类捕掳体和埃达克质岩石，成为研究华北克拉通东部中生代岩石圈演化的热点地区之一(Xu et al., 2002, 2004a, b, 2006a, b; Gao et al., 2004)。前人通过对徐淮地区早白垩世侵入杂岩(利国、班井、夹沟岩体)及其中产出的榴辉岩、石榴辉石岩、单斜辉石岩、石榴角闪岩和石榴斜长片麻岩等深源捕虏体的研究，取得丰富的研究成果，确定了寄主埃达克质岩浆的形成时代和源区性质以及榴辉岩类捕掳体反应的地壳加厚时代和构造属性(林景仟等, 2000; Xu et al., 2002, 2004a, b, 2006a, b; 王清海等, 2004; Gao et al., 2004; 杨德彬等, 2008; 周群君等, 2014; Xiong et al., 2015)。然而，关于徐淮地区早白垩世埃达克质岩石的岩石成因还存在争议，多数学者认为它们起源于拆沉的榴辉岩相下地壳物质的部分熔融以及相继出现的与地幔橄榄岩的反应(Xu et al., 2002, 2006a, b; 王清海等, 2004; 杨德彬等, 2008; 周群君等, 2014)；少数学者则认为徐淮地区高镁埃达克质岩石为富集地幔起源的基性岩浆与壳源酸性岩浆的混合成因(Chen et al., 2013)以及俯冲洋中脊部分熔融成因(李印, 2008)。先前的研究主要集中在徐淮地区产出有榴辉岩类捕虏体的夹沟、利国和班井埃达克质岩石(林景仟等, 2000; Xu et al., 2002, 2004a, b, 2006a, b; 王清海等, 2004; Chen et al., 2013)，然而，在该地区南部还发育一套由二长闪长斑岩-闪长玢岩-石英闪长玢岩-花岗闪长斑岩组成的，不含榴辉岩类捕虏体的早白垩世丰山和蔡山埃达克质岩石。杨德彬等(2008)对丰山和蔡山埃达克质岩石进行了锆石U-Pb年代学和全岩Pb同位素研究，确定它们形成于早白垩世的129~131Ma，基于高的Pb同位素组成认为它们的源区为扬子基底物质的部分熔融。但是，它们的地球化学属性和岩石成因及其形成的构造背景如何，目前仍不清楚。鉴于此，本文对徐淮地区早白垩世丰山和蔡山埃达克质岩石进行了岩石地球化学、全岩Sr-Nd同位素和锆石原位Hf同位素以及石榴石残留晶的矿物化学研究，同时报道了徐淮地区利国、班井和夹沟埃达克质岩石中锆石原位Hf同位素组成，进而讨论了它们的岩石成因和形成的构造背景，这对于探讨华北克拉通东部早白垩世时期的构造演化具有重要意义。
1 地质背景和岩体地质徐淮地区位于华北克拉通东南缘，东与郯庐断裂带和苏鲁造山带相邻，南与大别造山带相接(图 1a)。中-晚三叠世扬子克拉通沿郯庐断裂带北西向俯冲于华北克拉通之下(Yang et al., 2010, 2012)，形成大别-苏鲁造山带，同时受板块俯冲和挤压的影响，形成徐州-宿州弧形构造带(图 1b)。研究区内出露多个早白垩世侵入杂岩体，它们侵位于徐州-宿州弧形构造带中已经褶皱变形的二叠系(林景仟等, 2000)。受徐州-宿州弧形构造带及东西向和北西向构造控制，区内出露的代表性岩体从北到南依次为利国、班井、夹沟、丰山和蔡山岩体，它们呈北东向与郯庐断裂平行展布(图 1b)(Xu et al., 2006a; 杨德彬等, 2008)。利国岩体主要由闪长玢岩组成，而班井和夹沟岩体主要由二长闪长斑岩组成(Xu et al., 2006a)。
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图 1 徐淮地区大地构造位置(a)和丰山、蔡山侵入岩地质简图(b)(据杨德彬等, 2008修改) Fig. 1 Tectonic sketch (a) and geological map (b) showing the locations of Fengshan and Caishan intrusive rocks in Xuzhou-Huaibei area (modified after Yang et al., 2008) |
丰山岩体位于宿北断裂北部，青龙山断裂西侧，出露于淮北市宋疃镇北约2km处(图 1b)。岩体平面上呈椭圆状，出露面积约1.6km2，受NE向张性断裂控制，呈岩株状侵位于已褶皱变形的寒武-奥陶系中。岩体主要由花岗闪长斑岩组成(样号HF1)(图 2a)，斑状结构，块状构造，斑晶为石英(斑晶的37%)、斜长石(斑晶的30%)和普通角闪石(斑晶的20%)以及少量的正长石(斑晶的10%)和石榴石(斑晶的3%)，基质由微粒和细粒的石英、斜长石和普通角闪石组成。石英发育熔蚀结构；斜长石可见聚片双晶，多发生绢云母化；普通角闪石多呈长柱状，黄绿色多色性；正长石发育卡式双晶，多发生高岭土化；石榴石因含量较少薄片中未见，野外呈粒状、红褐色、玻璃光泽。副矿物主要为磷灰石、榍石和锆石(图 2b)。
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图 2 丰山花岗闪长斑岩(a、b)和蔡山石英闪长玢岩(c、d)的矿物组成 Hb-普通角闪石；Or-正长石；Pl-斜长石；Qtz-石英 Fig. 2 Field and microscopic photos showing petrographic features of major minerals from Fengshan granodiorite porphyrys (a, b) and Caishan quartz dioritic porphyrites (c, d) |
蔡山岩体位于宿北断裂北部，出露于淮北市濉溪县赵集乡西北约1km处(图 1b)。岩体平面上呈椭圆状，出露面积约3.1km2，呈岩株状侵位于已经褶皱变形的寒武-奥陶系中。岩体主要由石英闪长玢岩组成(样号C5)(图 2c)，斑状结构，块状构造，斑晶为中性斜长石(斑晶的55%)和普通角闪石(斑晶的40%)以及少量的石英(斑晶的5%)，基质主要由细粒中性斜长石和普通角闪石组成。斜长石表面干净无蚀变，发育聚片双晶和环带结构；普通角闪石呈黄绿色多色性、正中突起。副矿物主要为磁铁矿、榍石和锆石(图 2d)。
2 分析方法锆石分选在河北廊坊宇能地质服务公司完成。将新鲜样品进行人工粉碎，研磨至~200目，采用磁选和重液分选方法进行分离，最终在双目镜下手动挑纯。将分选出的锆石颗粒粘在双面胶上，套上靶环，灌入环氧树脂后冷却，对样品靶进行抛光，再进行透射光、反射光和阴极发光(CL)图像的采集。锆石CL图像和全岩的主量、微量元素以及Sr、Nd同位素均在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。主量元素采用大型X荧光光谱(XRF)玻璃熔片法分析，在XRF上运用外标法测定样品中氧化物的含量，分析过程中运用BCR-2标样进行校正，其分析精度和准确度优于5%。微量元素在Agilent 7500a型电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)上完成，其分析精度和准确度优于10%，详细的样品消解处理过程同文献Liu et al. (2008)。全岩Sr-Nd同位素分析采用AG50×8阳离子交换树脂和LN特效树脂分离和纯化，分离的溶液在TritonTI型热电离同位素质谱仪(TIMS)上进行Sr和Nd同位素比值的测量。测得的87Sr/86Sr和143Nd/144Nd比值分别用86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219标准化。锆石原位Hf同位素和石榴石电子探针测试均在中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室完成。锆石Hf同位素在配有193nm激光取样系统的Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)上完成，激光束直径为60μm，剥蚀时间为26s，激光脉冲速率为8Hz，脉冲能量为100mJ，采用国际标准锆石91500作外标进行校正，分析过程中对176Yb的校正采用新的TIMS测定值176Yb/172Yb=0.5886，而对每个分析点的βYb和βHf利用对该分析点实测得出的平均值进行校正，详细的分析流程见文献Wu et al. (2006)。石榴石的矿物化学在CAMECA SX51电子探针仪上完成，测试电压为20kV，电流为10nA，束斑为1~3μm。
3 分析结果 3.1 主量元素丰山花岗闪长斑岩和蔡山石英闪长玢岩的主量元素分析结果见表 1。从表 1中可以看出，它们具有高SiO2，富Al2O3和Na2O以及高的Mg# [molar 100(Mg/(Mg+Fetot2+)]和Na2O/K2O比值的特征。其中丰山花岗闪长斑岩的SiO2=67.55%~67.88%、Al2O3=14.98%~15.04%、MgO=1.87%~2.12%、Na2O=4.64%~4.99%、Na2O/K2O=1.58~1.71、Mg#=57~58；蔡山石英闪长玢岩中2个样品的SiO2均为60.98%，Al2O3为14.37%、14.50%，MgO为4.36%、4.72%，Na2O为3.83%、4.39%，Na2O/K2O为1.73、2.24，Mg#为64、66。在TAS图中(图 3a)，丰山花岗闪长斑岩投影在花岗闪长岩范围内，蔡山石英闪长玢岩投影在闪长岩范围内，它们均属于亚碱性系列岩石，这与徐淮地区侵入杂岩相一致(Xu et al., 2006a)；在SiO2-K2O图上(图 3b)，丰山和蔡山样品与徐淮地区侵入杂岩一起落在钙碱性系列区域(Xu et al., 2006a)；在SiO2-MgO图中(图 3c)，丰山和蔡山样品全部落在埃达克岩区域及附近，这与徐淮地区埃达克质侵入杂岩的属性相吻合，暗示它们均为埃达克质岩石(Xu et al., 2006a)。
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图 3 丰山和蔡山埃达克质岩石的TAS(a, 据Le Maitre, 1989)、SiO2-K2O(b, 据Le Maitre, 1989)和SiO2-MgO变异图(c, 据Defant and Kepezhinskas, 2001) Fig. 3 TAS (a, after Le Maitre, 1989), K2O vs. SiO2 (b, after Le Maitre, 1989) and MgO vs. SiO2 (c, after Defant and Kepezhinskas, 2001) diagrams for Fengshan and Caishan adakitic rocks |
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表 1 丰山花岗闪长斑岩和蔡山石英闪长玢岩主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析数据 Table 1 Major (wt%) and trace element (×10-6) data for Fengshan granodiorite porphyrys and Caishan quartz dioritic porphyrites |
丰山和蔡山埃达克质岩石的微量元素分析结果见表 1和图 4。从图 4中可以看出，它们具有相类似的球粒陨石标准化稀土元素配分型式(图 4a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 4b)，整体呈轻稀土元素(LRRE)相对富集，重稀土元素(HREE)相对亏损的右倾斜型(LREE/HREE=8.10~10.4、(La/Yb)N=8.63~13.7)，具弱的Eu负异常(δEu=0.90~0.97)。丰山和蔡山埃达克质岩石富集大离子亲石元素(LILEs，如Rb、Ba、Sr)和亏损高场强元素(HFSEs，如Nb、Ta)，具有明显的Pb正异常和P、Ti的负异常。它们具有高的Sr含量(579×10-6~778×10-6)和Sr/Y比值(33~69)以及低的Y(10.5×10-6~17.8×10-6)和Yb(0.74×10-6~1.17×10-6)含量，这与徐淮地区侵入杂岩的稀土和微量元素组成相类似(Xu et al., 2006a)。
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图 4 丰山和蔡山埃达克质岩石的球粒陨石标准化稀土元素配分型式(a, 标准化值据Boynton, 1984)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b, 标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 4 Chondrite-normalized REE patterns (a, normalization values after Boynton, 1984) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams (b, normalization values after Sun and McDonough, 1989) for Fengshan and Caishan adakitic rocks |
丰山和蔡山埃达克质岩石的Sr、Nd同位素组成见表 2。从表 2中可以看出它们具有类似的Sr、Nd同位素组成，丰山花岗闪长斑岩的初始87Sr/86Sr比值变化于0.7084~0.7086之间，εNd(t)值介于-9.67~-7.18之间，它们的二阶段Nd模式年龄(tDM2)为1504~1702Ma；蔡山石英闪长玢岩2个样品的初始87Sr/86Sr比值均为0.7079，εNd(t)值为-10.77、-9.81，tDM2为1717Ma、1793Ma。丰山和蔡山埃达克质岩石在Sr-Nd同位素图中，均落在球粒陨石演化线之下，并投影于北大别镁铁质岩石组成附近(图 5)，与徐淮地区侵入杂岩的Sr-Nd同位素组成相类似(Xu et al., 2006a)。
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图 5 丰山和蔡山埃达克质岩石的Sr-Nd同位素组成 Fig. 5 Sr-Nd isotopic compositions of Fengshan and Caishan adakitic rocks |
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表 2 丰山和蔡山埃达克质岩石Sr-Nd同位素数据 Table 2 Sr-Nd isotopic data for Fengshan and Caishan adakitic rocks |
丰山和蔡山埃达克质岩石中锆石的原位Hf同位素分析结果列于表 3。丰山和蔡山埃达克质岩石中锆石均发育继承核和岩浆环带生长边(图 6a, b)，前者的定年结果介于1763~3452Ma之间，后者的定年结果为129~131Ma，代表了岩石的形成时代(杨德彬等, 2008)。丰山花岗闪长斑岩中早白垩世岩浆锆石的εHf(t)值变化于-14.2~-6.3之间(图 7)，tDM2介于2185~2898Ma之间，新太古代-古元古代继承锆石的εHf(t)值介于-8.5~3.4之间；蔡山石英闪长玢岩中早白垩世岩浆锆石的εHf(t)值介于-12.4~-5.3之间(图 7)，tDM2=2101~2740Ma，新太古代-古元古代锆石的εHf(t)值变化于-7.6~5.4之间。
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图 6 徐淮地区埃达克质岩石中代表性锆石的CL图像 Fig. 6 Cathodoluminescence images of representative zircon from adakitic rocks in Xuzhou-Huaibei area |
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图 7 徐淮地区埃达克质岩石中锆石Hf同位素组成 Fig. 7 Hf isotopic compositions of zircons from adakitic rocks in Xuzhou-Huaibei area |
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表 3 徐淮地区埃达克质岩石中锆石Hf同位素数据 Table 3 Zircon Hf isotopic data for adakitic rocks in Xuzhou-Huaibei area |
徐淮地区利国、班井和夹沟侵入杂岩已经报道了详细的年代学和地球化学以及全岩Sr-Nd同位素组成(王清海等, 2004; Xu et al., 2006a)，本文在前人研究的基础上对它们进行了锆石原位Hf同位素分析。结果显示，利国闪长玢岩中早白垩世(125Ma)岩浆锆石的εHf(t)值介于-13.4~-7.0之间(图 6c、图 7)，tDM2=2248~2825Ma，新太古代(~2520Ma)锆石的εHf(t)变化于-4.2~9.4之间；班井二长闪长斑岩中锆石不发育继承核(图 6d)，其早白垩世(127Ma)岩浆锆石的εHf(t)值介于-13.4~-7.9之间(图 7)，tDM2=2331~2824Ma；夹沟二长闪长斑岩中早白垩世(131Ma)岩浆锆石的εHf(t)值变化于-15.9~-4.5之间(图 6e、图 7)，tDM2=2030~3048Ma；古元古代(1810~2474Ma)锆石的εHf(t)变化于-8.6~8.9之间。丰山和蔡山埃达克质岩石中早白垩世岩浆锆石和新太古代-古元古代继承锆石的Hf同位素组成总体与徐淮地区利国、班井和夹沟埃达克质侵入杂岩相一致(图 7)。
3.5 石榴石的矿物化学丰山花岗闪长斑岩中含有少量的石榴石(图 2a)，因其含量较少，未在薄片中识别，因此本文将全岩粉碎并挑选出石榴石单矿物(图 8a, b)，对其进行背散射和矿物化学分析。石榴石的电子探针分析数据列于表 4。结果显示，不同颗粒石榴石之间成分差别较小，同一颗粒从核部-幔部-边部，石榴石的FeO、Al2O3、CaO和MgO含量变化较小，这与不发育环带结构的背散射图像特征相一致(图 8c)。丰山花岗闪长斑岩中石榴石以铁铝榴石(Alm)分子为主，镁铝榴石(Pyr)和钙铝榴石(Gro)分子较低，其端元分子为Pyr17-23Alm63-67Gro9-17，锰铝榴石(Spe)分子小于2%(以mol为单位)，具有C类榴辉岩中石榴石的特征(Coleman et al., 1965)(图 9)，这与徐淮地区埃达克质岩石中产出的石榴辉石岩类捕掳体中石榴石(Pyr19-31Alm35-58Gro15-44)的成分相类似，而不同于榴辉岩和夹沟主岩中石榴石残留晶(Pyr42-43Alm35-36Gro19-21)的成分(王清海等, 2004; Xu et al., 2006a)(图 9)。
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图 8 丰山花岗闪长斑岩中石榴石的结构和背散射图像 Fig. 8 The backscattered electron images and structure of garnet from Fengshan granodiorite porphyrys |
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图 9 丰山花岗闪长斑岩中石榴石的分类图 Alm-铁铝榴石；And-钙铁榴石；Gro-钙铝榴石；Pyr-镁铝榴石；Spe-锰铝榴石 Fig. 9 Classification diagram of garnet from Fengshan granodiorite porphyrys |
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表 4 丰山花岗闪长斑岩中石榴石电子探针分析结果(wt%) Table 4 Electron microprobe analytical results of garnet from Fengshan granodiorite porphyrys (wt%) |
埃达克质(adakitic)岩石通常是具有特定地球化学性质的一套中-酸性火成岩，其SiO2≥56%，Al2O3≥15%，富Na、贫K，具有高的Sr含量(>400×10-6)和Sr/Y(>20)以及(La/Yb)N(>10)比值，低的HREE和Y(≤18×10-6)含量，无Eu异常或轻微的负异常(Defant and Drummond, 1990; 张旗等, 2001; Martin et al., 2005; Xu et al., 2006a; Yang et al., 2016; He et al., 2017)。关于埃达克质岩石的成因主要有五种观点：1)与俯冲弧相关的年轻(≤25Ma)大洋板片的部分熔融形成(Defant and Drummond, 1990; Martin et al., 2005)；2)含石榴石富集地幔来源的玄武质岩浆在高压下演化过程中经过同化混染和结晶分异作用(AFC)形成(Chiaradia et al., 2009)；3)富集地幔来源的基性玄武质岩浆与壳源酸性长英质岩浆发生岩浆混合作用形成(Chen et al., 2013)；4)幔源镁铁质岩浆底侵作用下玄武质加厚下部大陆地壳的直接部分熔融(Chung et al., 2003; Wang et al., 2005; Huang et al., 2009; Yang et al., 2016)；5)拆沉的玄武质加厚榴辉岩相下地壳与地幔橄榄岩的反应(Gao et al., 2004; Xu et al., 2006a)。
丰山花岗闪长斑岩和蔡山石英闪长玢岩具高SiO2(60.98%~67.88%)、富Al2O3(14.37%~15.04%)和高的Na2O/K2O比值(1.58~2.24)，以及高的Sr含量(579×10-6~778×10-6)和Sr/Y(33~69)、(La/Yb)N(8.63~13.7)比值，同时表现出低的Y含量(10.5×10-6~17.8×10-6)和亏损的HREE丰度，具有弱的Eu负异常(δEu=0.90~0.97)特征，暗示它们属于埃达克质岩石(Defant and Drummond, 1990; 张旗等, 2001)。在SiO2-MgO图中(图 3c)，丰山花岗闪长斑岩和蔡山石英闪长玢岩均落在埃达克岩范围内及附近，这与徐淮地区侵入杂岩相类似(Xu et al., 2006a)。在Sr/Y-Y和(La/Yb)N-YbN图中(图 10)，丰山花岗闪长斑岩和蔡山石英闪长玢岩与徐淮地区侵入杂岩一起均投影在埃达克岩区域(Xu et al., 2006a)，图 10b中样品均投影在埃达克岩(La/Yb)N比值的低值区域，这可能与徐淮地区加厚下地壳的部分熔融程度相对较高有关(Huang et al., 2009)，相对较低的轻稀土元素丰度也证明了这一点(图 4a)。
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图 10 丰山和蔡山埃达克质岩石的Sr/Y-Y (a)和(La/Yb)N-YbN (b)变异图(据Defant and Drummond, 1990; Martin et al., 2005) Fig. 10 Sr/Y vs. Y (a) and (La/Yb)N vs. YbN (b) diagrams for Fengshan and Caishan adakitic rocks (after Defant and Drummond, 1990; Martin et al., 2005) |
丰山和蔡山埃达克质岩石表现出类似的地球化学和同位素组成特征，暗示它们具有相似的岩石成因。我们认为丰山和蔡山埃达克质岩石起源于拆沉的玄武质加厚下地壳部分熔融的熔体与地幔橄榄岩的反应。证据如下：首先，丰山和蔡山埃达克质岩石具有较高的K2O含量(1.96%~3.04%)和初始87Sr/86Sr比值(0.7079~0.7086)以及较低的Cr(75.9×10-6~256×10-6)、Ni(26.4×10-6~85.9×10-6)含量和εNd(t)值(-10.77~-7.18)，同时具有低的锆石εHf(t)值(-14.20~-5.30)，后者与徐淮地区利国、班井和夹沟埃达克质岩石中锆石的εHf(t)值(-15.9~-4.5)相类似，上述特征与年轻的俯冲洋壳部分熔融形成的埃达克岩的地球化学和亏损的同位素组成(εNd(t)>6, (87Sr/86Sr)i＜0.7045; Defant and Drummond, 1990)明显不同，并且徐淮地区属于克拉通型的大陆内部环境而与年轻的俯冲弧环境不一致，同时，较高的Rb/Sr比值(0.04~0.09)与典型俯冲洋壳部分熔融产生埃达克岩的Rb/Sr比值(＜0.05)明显不同，而与加厚的下地壳部分熔融形成埃达克岩的Rb/Sr比值相类似(图 11a)，因此排除了它们由俯冲年轻大洋板片发生部分熔融形成埃达克质熔体的可能。其次，富集地幔来源的玄武质岩浆的AFC过程或者玄武质岩浆和长英质岩浆的岩浆混合也不可能形成丰山和蔡山埃达克质岩浆，因为该地区没有发现同时代的幔源玄武质岩浆或幔源捕掳体(杨德彬等, 2008; Xu et al., 2006a)，并且在徐淮地区利国、班井和夹沟侵入杂岩中也主要发育代表地壳组分的榴辉岩类和片麻岩类捕掳体，而没有幔源的捕掳体产出(Xu et al., 2002, 2006b; 王清海等, 2004)。此外，岩石中Eu异常不明显，说明不存在显著的玄武质岩浆的分离结晶过程，同时这些岩石具有相对高的SiO2(60.98%~67.88%)含量和LREE丰度(59.0×10-6~69.5×10-6)以及相对低的Cr、Ni含量也证明了这一点。最后，丰山和蔡山埃达克质岩石具有高的Mg#值(57~66>50)，暗示它们不可能直接由加厚的玄武质下地壳部分熔融形成，因为这样的埃达克质岩石通常形成低的MgO含量和Mg#值(＜50)(Yang et al., 2016)，这也被熔体与橄榄岩反应的实验岩石学结果所证明(Rapp et al., 1999)。此外，在MgO-SiO2和TiO2-SiO2图中(图 11b, c)，丰山和蔡山埃达克质岩石与徐淮地区侵入杂岩均投影在拆沉下地壳部分熔融形成的埃达克岩范围内及附近，而与加厚下地壳直接部分熔融形成的埃达克岩不同。因此，我们认为丰山和蔡山高镁埃达克质岩浆起源于拆沉的玄武质加厚下地壳部分熔融的熔体与地幔橄榄岩的反应，这与徐淮地区早白垩世利国、班井和夹沟高镁埃达克质岩石的成因相吻合(Xu et al., 2006a)，同时与鲁西地区高镁闪长岩的岩石成因相一致(Xu et al., 2008)。
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图 11 丰山和蔡山埃达克质岩石的Th-Rb/Sr (a)、MgO-SiO2 (b)和TiO2-SiO2 (c)变异图 俯冲洋壳和拆沉下地壳部分熔融形成的埃达克岩区域据Wang et al., 2006；加厚下地壳部分熔融形成的埃达克岩区域据Xiong et al., 2003；藏南钾质埃达克岩区域据Chung et al., 2003和Wang et al., 2005 Fig. 11 Th vs. Rb/Sr (a), MgO vs. SiO2 (b) and TiO2 vs. SiO2 (c) diagrams for Fengshan and Caishan adakitic rocks |
徐淮地区侵入杂岩中榴辉岩类捕掳体的发现为早白垩世时期华北克拉通东部存在加厚的下部大陆地壳提供了关键的岩石学证据(Xu et al., 2004a, 2006a, b)。通常认为，玄武质下地壳加厚以后首先发生角闪岩相变质，随着压力和变质程度的逐渐增加，进而发生榴辉岩相变质，形成由榴辉岩类物质组成的加厚下地壳。那么，丰山和蔡山埃达克质岩石的源区岩石性质如何，这可从它们的地球化学示踪和丰山花岗闪长斑岩中石榴石残留晶的矿物化学得到回答。首先，丰山和蔡山埃达克质岩石与徐淮地区利国、班井、夹沟埃达克质岩石共同具有低的εNd(t)值和εHf(t)值以及明显的Pb正异常(Xu et al., 2006a)，暗示它们起源于古老的下部大陆地壳物质的部分熔融。其次，加厚下地壳的部分熔融通常石榴石作为残留相矿物存在，从而导致熔体强烈亏损Y和HREE以及Y/Yb比值大于10(Yang et al., 2016)，同时，岩浆源区石榴石残留矿物的存在也表明加厚下地壳物质的部分熔融至少发生在30~50km。丰山和蔡山埃达克质岩石的Y/Yb比值介于12~21之间，暗示石榴石为岩浆源区的主要残留相，这与岩石强烈亏损的Y含量和HREE丰度相一致(图 4b)，同时与丰山、夹沟埃达克质岩石中石榴石残留晶的存在相吻合(王清海等, 2004; Xu et al., 2006a)。最后，丰山花岗闪长斑岩中石榴石残留晶的矿物化学分析表明，石榴石的端元分子分别为Pyr17-23Alm63-67Gro9-17，以Alm分子为主，Spe分子小于2%，具有C类榴辉岩中石榴石的特征(Coleman et al., 1965)(图 9)，同时与徐淮地区早白垩世埃达克质岩石中石榴辉石岩捕掳体中石榴石的矿物成分相类似(Pyr19-31Alm35-58Gro15-44; 王清海等, 2004; Xu et al., 2006a)，而明显不同于榴辉岩和夹沟寄主岩中石榴石残留晶(Pyr42-43Alm35-36Gro19-21)的成分(图 9; 王清海等, 2004; Xu et al., 2006a)，暗示丰山埃达克质岩浆的源区岩石可能为石榴辉石岩类加厚下地壳物质，而非榴辉岩。丰山和蔡山埃达克质岩石具弱的Eu负异常(δEu=0.90~0.97)也暗示了斜长石不可能为源区重要的残留相，其源岩也不可能是麻粒岩。因此，我们认为丰山和蔡山埃达克质岩浆起源于拆沉的石榴辉石岩相下地壳物质组成的源区。
那么，拆沉的石榴辉石岩相下地壳物质是来源于加厚的华北克拉通基底还是深俯冲到华北克拉通之下的扬子断离板片，这可通过下面的讨论得到回答。首先，徐淮地区榴辉岩类捕掳体的发现及其中新太古代-古元古代和新元古代岩浆锆石以及中晚三叠世变质锆石的定年研究表明，中晚三叠世时期，因扬子板片向华北克拉通之下的俯冲碰撞导致华北克拉通东部存在一次重要的陆壳加厚过程，深俯冲的扬子板片和华北下地壳物质共同发生了榴辉岩相变质进而拆沉进入到软流圈地幔(Xu et al., 2006a, b)，并为徐淮地区埃达克质岩浆的产生提供了源区物质。其次，丰山和蔡山埃达克质岩石的Sr-Nd同位素组成明显高于华北克拉通下地壳(图 5)，而与北大别镁铁质岩石相类似(Xu et al., 2006a)，它们具有相对年轻的Nd模式年龄(tDM2=1.50~1.79Ga)，类似于徐淮地区利国、班井和夹沟埃达克质岩石的Nd模式年龄(1.38~1.84Ga; Xu et al., 2006a)，同时与扬子克拉通基底的tDM2值(1.3~2.4Ga; Chen and Jahn, 1998)相一致，明显不同于华北克拉通基底的Nd模式年龄(2.4~3.6Ga; Wu et al., 2005)，暗示它们可能起源于俯冲断离的扬子克拉通基底物质。再次，Pb同位素是区别扬子和华北克拉通基底的有效标志之一(Yang et al., 2010, 2016)。杨德彬等(2008)对徐淮地区早白垩世丰山和蔡山以及利国、班井和夹沟埃达克质岩石进行了详细的Pb同位素研究，结果显示它们具有高的放射性成因Pb同位素组成，其全岩的初始206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分别变化于17.957~18.620、15.508~15.655和38.129~38.710之间，这与扬子克拉通基底的Pb同位素组成相一致(Yang et al., 2010, 2016)，进而认为它们起源于俯冲断离的扬子克拉通加厚下地壳物质的部分熔融。最后，丰山和蔡山埃达克质岩石中还存在新太古代-古元古代继承锆石(杨德彬等, 2008)，它们具有相对高的εHf(t)值(-8.5~5.4)和古老的Hf模式年龄(2619~3956Ma)，这与华北克拉通基底的属性相类似(Gao et al., 2004; Yang et al., 2013)，也暗示了华北克拉通基底物质的存在。
综上所述，丰山和蔡山埃达克质岩石主要起源于俯冲断离的扬子克拉通加厚下地壳物质的部分熔融，同时有拆沉的华北克拉通古老加厚下地壳物质的参与。徐淮地区早白垩世埃达克质岩石中榴辉岩类捕虏体的锆石U-Pb年代学研究也表明，除了体现榴辉岩相变质作用的三叠纪(206~227Ma)变质锆石被发现外，榴辉岩类捕掳体中还存在代表华北克拉通基底属性的古元古代和新太古代岩浆锆石(1.75~1.85Ga、2.4~2.6Ga；Xu et al., 2006b)以及反映扬子克拉通基底特征的新元古代岩浆锆石(733~758Ma; Xu et al., 2009)。
4.2 构造背景中晚三叠世时期，扬子克拉通沿郯庐断裂带北西向深俯冲于华北克拉通之下以及相继发生的顺时针旋转拼贴，最终形成了大别-苏鲁造山带(Xu et al., 2009; Yang et al., 2010)。徐淮地区早白垩世埃达克质岩石中榴辉岩类捕掳体的发现和锆石U-Pb年代学以及地球化学的研究表明，华北克拉通东部存在一次重要的陆壳加厚过程，加厚的时间为中晚三叠世，其动因为扬子克拉通向华北克拉通之下的俯冲(王清海等, 2004; Xu et al., 2006a, b, 2009; 杨德彬等, 2008; Xiong et al., 2015)。这一地质过程与华北克拉通东部早白垩世高镁闪长岩带的确定相一致(Xu et al., 2008)，也与华北克拉通东部蚌埠隆起区和苏鲁造山带晚中生代花岗岩中扬子克拉通基底属性的识别相吻合(Yang et al., 2010; Jiang et al., 2012)，同时也得到了华北克拉通东部鲁西地区镁铁质岩石的Sr-Nd-Pb同位素空间变异的支持(Yang et al., 2012)。上述研究均表明，中生代早期扬子克拉通沿郯庐断裂带北西向深俯冲于华北克拉通之下这一地质过程的存在。中晚三叠世时期深俯冲的扬子板片和华北东部加厚的下地壳发生榴辉岩相变质，榴辉岩的密度较大，因重力的不稳定必然发生加厚下地壳的拆沉和俯冲扬子板片的断离进入到软流圈地幔。在晚侏罗世-早白垩世时期，华北东部发育大规模的岩浆活动和NNE向大型伸展构造以及拉分盆地，这与古太平洋板块西向俯冲速率的增加和俯冲方向改变的时间相一致(Maruyama and Send, 1986)。此外，华北克拉通自东向西中生代岩浆活动具有逐渐变年轻的趋势，这与古太平洋板块西向俯冲的极性相吻合(陈斌等, 2005)。同时，郭慧丽等(2014)对华北克拉通东部及邻区的地震层析成像研究表明，太平洋板块在西向俯冲和后撤过程中，可能发生俯冲板片的断离，进而引起软流圈地幔物质的上涌并在上覆地幔楔中形成对流。因此我们认为，晚侏罗世-早白垩世时期由于古太平洋板块向欧亚大陆之下的斜向俯冲和后撤，在这一地球动力学背景下华北克拉通东部软流圈地幔受到强烈的扰动产生热异常，导致先前拆沉的华北克拉通加厚下地壳物质和俯冲断离的扬子克拉通加厚下地壳物质共同发生部分熔融形成埃达克质熔体，熔体在上升过程中与上覆地幔橄榄岩发生反应，进而形成徐淮地区高镁埃达克质岩浆。徐淮地区早白垩世丰山和蔡山高镁埃达克质岩石以及利国、班井、夹沟高镁埃达克质侵入杂岩均在这一动力学背景下形成。该时期与华北克拉通东部早白垩世时期强烈的岩浆活动和双峰式火成岩的形成相对应，同时与华北克拉通东部岩石圈减薄的峰期时间相一致，暗示它们均形成于岩石圈减薄的伸展构造背景。
5 结论(1) 徐淮地区早白垩世丰山花岗闪长斑岩和蔡山石英闪长玢岩具高SiO2、富Al2O3和高的Na2O/K2O比值、Mg#值以及高的Sr含量和Sr/Y、(La/Yb)N比值，亏损HREE，具低的Y和Yb含量，暗示它们属于高镁埃达克质岩石。
(2) 丰山和蔡山高镁埃达克质岩石主要起源于俯冲断离的扬子克拉通石榴辉石岩相下地壳物质熔融的熔体与地幔橄榄岩的反应，同时也存在拆沉的华北克拉通基底物质的参与。
(3) 丰山和蔡山高镁埃达克质岩石形成于古太平洋板块西向俯冲和后撤动力学背景下，华北克拉通东部岩石圈减薄的伸展环境。
致谢 野外工作得到王清海和王冬艳教授的帮助，审稿专家和编辑提供了建设性修改意见，在此一并表示感谢。
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