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
鲁西地区位于华北克拉通东部，东与郯庐断裂带和苏鲁造山带相邻，该区发育有丰富的晚中生代镁铁质岩浆岩及其携带的地幔橄榄岩包体，成为研究华北克拉通东部中生代岩石圈地幔的性质以及揭示华北克拉通岩石圈地幔减薄过程和机制的天然实验室(Zhang et al., 2004; Xu et al., 2004, 2008, 2013; 裴福萍等, 2004; 杨承海等, 2005; Yang et al., 2005, 2008, 2010, 2012; Huang et al., 2012; 钟军伟和黄小龙, 2012; Li and Li, 2016)。近年来，鲁西地区晚中生代辉长岩-辉长闪长岩-玄武岩的研究已经取得了丰富的成果，如Yang et al. (2012)基于对鲁西地区典型镁铁质岩石的全岩Sr-Nd-Pb同位素和锆石Hf同位素的空间变异研究认为，靠近郯庐断裂带一侧的鲁西岩石圈地幔(方城、费县玄武岩)主要受到了俯冲扬子板片部分熔融形成的熔体的改造，而远离郯庐断裂带一侧的鲁西西北部的岩石圈地幔(济南、邹平辉长岩)主要为华北克拉通古老下地壳物质的改造，进而提出扬子克拉通深俯冲对华北克拉通东南缘岩石圈地幔改造的空间范围约200km。此外，Zhang et al. (2004)认为鲁西地区中生代岩石圈地幔具高度不均一性，济南、邹平和莱芜等地区的岩石圈地幔表现出EMⅠ特征，继承了古老岩石圈地幔的属性并且很少受到富硅质流体的交代。而Huang et al. (2012)认为济南和邹平地区的岩石圈地幔不能用简单的地壳混染进行解释，鲁西西北部的岩石圈地幔在古元古代时期可能已经受到了拆沉陆壳物质的影响，鲁西地区的早白垩世基性岩浆起源于混合的地幔源区。由此可见，关于鲁西地区早白垩世岩石圈地幔的属性和改造过程仍存在较大争议。鉴于此，本文选择研究程度较低的鲁西大昆仑辉长岩和辉绿岩进行锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学、岩石地球化学和全岩Sr-Nd-Pb同位素以及锆石Hf同位素研究，探讨它们的源区性质和岩石成因及其形成的构造背景，进而为揭示鲁西地区早白垩世岩石圈地幔的属性和深部作用过程提供依据。
1 地质背景与样品描述华北克拉通由东部陆块、西部陆块和中部造山带组成(Zhao et al., 2001)。鲁西地区位于华北克拉通东部陆块的东部，郯庐断裂带以西，东南与苏鲁造山带相邻(图 1a)。该区地层发育良好，属典型华北地层区，基底主要由新太古代泰山群组成，其上依次为元古界济宁群和土门群，古生界寒武系、中-下奥陶统、石炭系-二叠系(山东省地质矿产局, 2003)。中生界主要为断陷盆地沉积，发育三叠系刘家沟组、侏罗系坊子组和三台组以及白垩系汶南组，新生界主要为河湖相沉积(Yang et al., 2013)。鲁西地区除广泛分布有前寒武纪岩浆岩外，中生代侵入岩和火山岩也较为发育(Yang et al., 2012)。本文研究的大昆仑辉长岩以及侵入辉长岩中的辉绿岩是其典型代表之一。
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图 1 华北克拉通构造简图(a)和鲁西大昆仑辉长岩地质图及采样位置(b) Fig. 1 Tectonic sketch map of North China Craton (a) and geological map showing the locations of the samples from the Dakunlun gabbros in western Shandong (b) |
大昆仑辉长岩位于淄博市大昆仑镇宋家坊村附近(图 1b)，出露面积约3km2，岩体侵入三叠系刘家沟组和侏罗系坊子组及三台组砂岩中，与围岩接触处多发育冷凝边(图 2a)，辉长岩和侏罗系砂岩中发育较多北西向展布的晚期辉绿岩脉。大昆仑辉长岩(样号ZB-K)，风化面呈土黄色，新鲜面呈灰黑色，辉绿辉长结构，块状构造。主要矿物为斜长石(~60%)、普通辉石(~38%)和少量的普通角闪石(~2%)，粒度介于0.5~2mm之间(图 2b)，斜长石牌号为55~58，属于拉长石，副矿物主要为磁铁矿。斜长石发育聚片双晶，少量绢云母化，普通辉石具二级中部干涉色，普通角闪石发生少量的绿泥石化，岩石中不含橄榄石。大昆仑辉绿岩(样号SK1)侵入大昆仑辉长岩中，新鲜面呈灰黑色，辉绿结构，块状构造。主要由斜长石(~60%)、普通辉石(~38%)和少量的石英(~2%)组成，粒度为0.5~1.5mm(图 2c)。斜长石呈自形长板状，斜长石牌号为53~55，属于拉长石，粒间被他形普通辉石充填构成辉绿结构，部分斜长石发育绢云母化，普通辉石存在少量的绿泥石化，副矿物主要为磁铁矿。
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图 2 大昆仑辉长岩野外产状(a)和辉长岩(b)、辉绿岩(c)的矿物组成 Aug-普通辉石；Pl-斜长石；Hb-普通角闪石；Q-石英 Fig. 2 Field photo (a) for the Dakunlun gabbro and micrographs for the Dakunlun gabbro (b) and diabase (c) |
锆石分选在河北省廊坊市区域地质矿产调查研究所实验室完成。野外采集样品10kg左右，首先将岩石进行粉碎，然后采用淘选与电磁选方法进行锆石分选。在双目镜下挑选出没有包体和裂隙，透明度与晶形较好的锆石颗粒，将其用双面胶粘在载玻片上并套上靶环。注入环氧树脂后，冷却和打磨并露出锆石表面，在此基础上对锆石进行透射光、反射光和阴极发光(CL)图像的采集。锆石U-Pb定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用GeoLas 2005型激光剥蚀系统和Agilent 7500a型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析完成。激光剥蚀过程中采用氦气作为载气，氩气作为补偿气以调节灵敏度。U-Pb定年中采用国际锆石标样91500作为外标进行同位素分馏校正，锆石微量元素采用NIST 610作为外标、Si作为内标的方法进行定量计算。样品的U-Th-Pb同位素比值和年龄以及元素含量处理均采用ICPMSDataCal软件完成。详细的实验条件和数据处理方法见Liu et al. (2010)。
主量元素、微量元素以及Sr-Nd-Pb同位素分析均在中国地质大学(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X射线荧光光谱法(XRF)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，分析精确度和准确度优于5%。微量元素采用Agilent 7500a型ICP-MS完成，分析精确度和准确度优于10%。Sr-Nd同位素分析采用HF+HNO3混合酸液解，用阳离子交换技术进行分离，分析精度优于0.002%。国际标样La Jolla和BCR-2的143Nd/144Nd测定平均值分别为0.511859±6(2σ, n=20)和0.512637±3(2σ, n=12)，NBS-987给出的87Sr/86Sr值为0.710245±15(2σ, n=9)。Pb同位素采用AG50W-X12，200-400mesh离子交换树脂在超净实验室内进行化学分离，在测定样品之前，用NBS 981标准校定仪器，测试过程中采用NBS 997 Tl作为内标进行质量分馏校正，随时测定NBS981来监测仪器。分析过程中NBS 981标准测定值的平均值为：206Pb/204Pb=16.940、207Pb/204Pb=15.486和208Pb/204Pb=36.722。锆石Hf同位素在中国科学院地质与地球物理研究所配备193nm激光取样系统的Neptune MC-ICP-MS上进行。测定时锆石标样91500作为外标，所用的激光脉冲速率为6~8Hz，能量为100mJ。仪器的运行条件和分析流程见Wu et al. (2006)。对176Yb的干扰校正采用TIMS测定值176Yb/172Yb=0.5886，而对每个分析点的βYb和βHf则利用对该分析点实测得出的平均值进行校正，锆石标样91500的176Hf/177Hf=0.2822934±24(2σ, n=35)。
3 分析结果 3.1 锆石U-Pb年代学鲁西地区大昆仑辉长岩和辉绿岩中典型锆石CL图像如图 3所示。辉长岩中锆石主要分为两种类型(图 3a)，一种为自形-半自形晶，数量少且粒径小，大小为30~50μm，不发育核边结构，CL图像呈均匀的条痕状吸收，与基性岩中锆石的特征相一致，暗示其为岩浆锆石(Koschek, 1993)，这与它们高的Th/U比值(0.73~1.64) (表 1)吻合；另一种锆石呈浑圆状，粒径为80~100μm，发育核边结构，具有岩浆生长环带，结合相对高的Th/U比值(0.11~1.99)(表 1)，表明其为具岩浆成因的捕获锆石。辉绿岩中锆石较单一，均为自形-半自形晶(图 3b)，内部结构均匀，发育条痕状吸收，粒径50~100μm，其Th/U比值较高为0.83~3.12，暗示它们为岩浆锆石。
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图 3 大昆仑辉长岩(a)和辉绿岩(b)中典型锆石阴极发光图像 Fig. 3 Cathodoluminescence images of selected zircons from the Dakunlun gabbro (a) and diabase (b) |
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表 1 大昆仑辉长岩和辉绿岩锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data from the Dakunlun gabbros and diabases |
大昆仑辉长岩和辉绿岩锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果见表 1和图 4。对辉长岩中锆石U-Pb同位素分析结果，较老的锆石(＞1000Ma)采用207Pb/206Pb年龄，而对于年轻锆石(＜1000Ma)采用206Pb/238U年龄，结果显示，岩浆锆石的年龄介于129~137Ma之间，206Pb/238U加权平均年龄为132±3Ma(MSWD=0.6, n=5)，该年龄代表了大昆仑辉长岩的形成时代(图 4a)。捕获锆石的年龄主要介于2669~1432 Ma之间，少量锆石发生Pb丢失，但它们均沿不一致线分布，下交点均位于岩体形成时代附近，说明最晚期岩浆事件可能是造成Pb丢失的主要原因，其中谐和年龄可分为4个主要年龄段：2469~2386Ma、2263~2232Ma、2147~1997Ma和1908~1752Ma，其加权平均年龄分别为2411Ma(n=7)、2252Ma(n=4)、2039Ma(n=6)和1844Ma(n=10)。辉绿岩中岩浆锆石的年龄比较均一，不存在捕获锆石，其年龄介于109~114Ma之间，加权平均年龄为112±1Ma(MSWD=1.7, n=18)，代表了辉绿岩的形成时代(图 4b)。
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图 4 大昆仑辉长岩(a)和辉绿岩(b)锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 Concordia diagrams showing LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for the Dakunlun gabbro (a) and diabase (b) |
大昆仑辉长岩3个样品和辉绿岩2个样品的主量元素和微量元素分析结果见表 2。辉长岩和辉绿岩具有类似的主量元素组成，整体具低硅和富镁特征，它们的SiO2介于49.08%~52.61%之间，TiO2变化于0.92%~1.65%之间，Al2O3为12.90%~14.83%，MgO为4.52%~9.67%，Mg#[Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)×100]值为45~65，CaO为7.59%~9.27%，Na2O为2.58%~3.49%，K2O为0.85%~2.11%。在TAS图上(图 5)，辉长岩样品投影在辉长岩和二长辉长岩区域，辉绿岩样品分布在辉长闪长岩及其与辉长岩分界线附近，除ZB-K1样品外，其它样品均位于亚碱性系列范围内。在主量元素组成上，大昆仑辉长岩和辉绿岩与济南辉长岩相类似(Yang et al., 2012)，而与同时代的鲁西地区辉绿岩墙相比(Liu et al., 2016)，具有相对低的碱含量。在Harker图解上(图 6)，大昆仑辉长岩和辉绿岩的SiO2总体上与Fe2O3T、MgO、P2O5和CaO呈负相关性，而与Na2O呈正相关性，Al2O3含量的变化趋势不明显，其演化趋势整体与济南辉长岩相类似(Yang et al., 2012)。
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表 2 大昆仑辉长岩和辉绿岩主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析结果 Table 2 Major (wt%) and trace (×10-6) element data of the Dakunlun gabbros and diabases |
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图 5 大昆仑辉长岩和辉绿岩TAS图解 数据来源：铁铜沟辉石闪长岩据Yang et al. (2005)；上峪辉长闪长岩据Yang et al. (2008)；济南辉长岩据Yang et al. (2012)；鲁西辉绿岩墙据Liu et al. (2016)；图 6-图 9、图 12同 Fig. 5 Total alkali vs. SiO2 variation diagram for Dakunlun gabbros and diabases |
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图 6 大昆仑辉长岩和辉绿岩Harker图解 Fig. 6 Harker diagrams for Dakunlun gabbros and diabases |
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图 7 大昆仑辉长岩和辉绿岩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) 数据来源：方城-费县玄武岩据Zhang et al. (2002)和Yang et al. (2012), 图 8同 Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns (a, normalization values after Boynton, 1984) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b, normalization values after Sun and McDonough, 1989) for the Dakunlun gabbros and diabases |
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图 8 大昆仑辉长岩(87Sr/86Sr)i-εNd(t)变异图 华北克拉通下地壳和大陆上地壳据Jahn et al. (1999)；金岭黑云母闪长岩据Yang et al. (2005)，图 9同 Fig. 8 Initial (87Sr/86Sr)i vs. εNd(t) diagram for the Dakunlun gabbros |
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图 9 大昆仑辉长岩Pb同位素组成(据Yang et al., 2012修改) 数据来源：华北克拉通中生代镁铁质岩据Li and Yang (2003)；扬子克拉通中生代铁镁质据Li and Yang (2003)和闫峻等(2003)；北半球参考线据Hart (1984)；地球等时线据Zindler and Hart (1986)；徐淮高镁闪长岩据杨德彬等(2008) Fig. 9 Pb isotopic compositions of the Dakunlun gabbros (modified after Yang et al., 2012) |
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图 12 大昆仑辉长岩和辉绿岩的Ba/Rb-Rb/Sr (a)和K/Yb-Dy/Yb (b)图解(据Ma et al., 2014修改) Fig. 12 Ba/Rb vs. Rb/Sr (a) and K/Yb vs. Dy/Yb (b) for Dakunlun gabbros and diabases (modified after Ma et al., 2014) |
大昆仑辉长岩和辉绿岩具有类似的球粒陨石标准化稀土元素配分型式和原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 7)。它们整体具轻稀土元素(LREE)中等程度富集、重稀土元素(HREE)亏损的特征(图 7a)，轻、重稀土元素分异明显[LREE/HREE=7.52~8.72，(La/Yb)N=8.98~10.2]，Eu负异常不明显，δEu值介于0.83~0.93之间。类似于同时代的鲁西地区辉绿岩墙的REE丰度(Liu et al., 2016)，而与鲁西地区方城-费县玄武岩相比(Zhang et al., 2002; Yang et al., 2012)，大昆仑辉长岩和辉绿岩具有相对偏低的LREE丰度，但它们整体高于济南辉长岩的REE丰度(Yang et al., 2012)。
原始地幔标准化微量元素蛛网图显示，大昆仑辉长岩与辉绿岩富集大离子亲石元素(LILE，如Cs、Rb、Ba)，明显亏损高场强元素(HFSE，如Nb、Ta、Zr、Hf)，具有明显的Ti负异常和Pb正异常(图 7b)。整体与鲁西地区同时代的济南辉长岩特征相类似(Yang et al., 2012)，而与方城和费县玄武岩以及鲁西辉绿岩墙相比(Zhang et al., 2002; Yang et al., 2012; Liu et al., 2016)，大昆仑辉长岩与辉绿岩具有相对低的Th、U和Pb丰度，它们的分布模式与大陆弧钙碱性玄武岩相类似，而不同于碱性洋岛玄武岩和板内玄武岩的特征。此外，大昆仑辉长岩与辉绿岩的微量元素组成与MORB相比(Pearce, 1982)，具有相对高的Rb、Ba、Th含量(19.6×10-6~53.7×10-6、519×10-6~1129×10-6、1.12×10-6~2.30×10-6)和相对低的Nb和Ta含量(4.29×10-6~7.74×10-6和0.19×10-6~0.35×10-6)。
3.3 全岩Sr-Nd-Pb同位素大昆仑辉长岩的Sr-Nd-Pb同位素组成列于表 3。从表 3和图 8中可以看出，大昆仑辉长岩3个样品整体具有相对低的初始87Sr/86Sr比值和εNd(t)值，它们分别变化于0.7046~0.7060之间和-16.71~-15.54之间, 其中样品ZB-K2具有相对较低的初始87Sr/86Sr比值，而样品ZB-K1和ZB-K3的Sr-Nd同位素组成相接近。与亏损地幔相比(Sun and McDonough, 1989)，大昆仑辉长岩表现出相对较高的初始87Sr/86Sr比值和较低的εNd(t)值。与同时代的鲁西地区济南辉长岩和金岭黑云母闪长岩及铁铜沟辉石闪长岩相比(Yang et al., 2008, 2012)，大昆仑辉长岩的εNd(t)值较低，而与方城和费县玄武岩、鲁西辉绿岩墙以及上峪辉长闪长岩相比(Zhang et al., 2002; Yang et al., 2008, 2012; Liu et al., 2016)，大昆仑辉长岩的初始87Sr/86Sr比值明显偏低，而εNd(t)值相近(图 8)。
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表 3 大昆仑辉长岩Sr-Nd-Pb同位素组成 Table 3 Sr-Nd-Pb isotopic composition of the Dakunlun gabbros |
大昆仑辉长岩的(206Pb/204Pb)t、(207Pb/204Pb)t和(208Pb/204Pb)t比值分别变化于16.596~16.776、15.255~15.290和36.328~36.648之间。在Pb同位素组成图解上(图 9)，大昆仑辉长岩整体具有较低的Pb同位素组成，均位于北半球参考线之上，与鲁西地区金岭黑云母闪长岩和济南辉长岩(Yang et al., 2012)相类似，但低于铁铜沟辉石闪长岩和上峪辉长闪长岩(Yang et al., 2008, 2012)。鲁西地区多数样品的初始Pb同位素组成投影于华北克拉通中生代镁铁质岩浆岩Pb同位素组成范围内(图 9)，而明显低于徐淮地区高镁闪长岩的Pb同位素组成(杨德彬等, 2008)，后者均投影在扬子克拉通中生代镁铁质岩浆岩Pb同位素组成范围内(图 9)。
3.4 锆石原位Hf同位素在锆石U-Pb年代学分析的基础上，对大昆仑辉长岩和辉绿岩进行了锆石原位Hf同位素分析，因辉长岩中代表岩浆形成时代的岩浆锆石粒度较小，在锆石定年过程中已全部消耗掉，因此仅对辉长岩中少量捕获锆石进行了Hf同位素分析，结果见表 4和图 10。从表 4中可以看出，辉长岩中1752Ma、1755Ma锆石的176Hf/177Hf值是0.281324、0.281341，其εHf(t)值分别为-13.1、-14.1，而2147Ma、2248Ma锆石的176Hf/177Hf值是0.281261和0.281271，其εHf(t)值分别为-6.9、-3.6。辉绿岩中岩浆锆石的176Hf/177Hf值介于0.282369~0.282644之间，其εHf(t)值介于-12.0~-2.5之间。在εHf(t)对U-Pb年龄图中(图 10)，辉绿岩锆石的Hf同位素组成均投影于球粒陨石之下，而明显低于亏损地幔组成。
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表 4 大昆仑辉长岩和辉绿岩锆石Hf同位素分析结果 Table 4 Zircon Hf isotopic data for the Dakunlun gabbros and diabases |
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图 10 大昆仑辉长岩和辉绿岩锆石Hf同位素组成 Fig. 10 Zircon Hf isotopic compositions of the Dakunlun gabbros and diabases |
山东省区域地质志(山东省地质矿产局, 2003)基于岩体与围岩的接触关系，即大昆仑辉长岩侵入三叠系刘家沟组和侏罗系三台组(图 2)，将该辉长岩的时代定为早白垩世，但长期以来缺乏精确同位素年代学的制约。大昆仑辉长岩中少量锆石为自形-半自形晶，呈条痕状均匀吸收，与典型基性岩中锆石的特征相一致，结合较高的Th/U比值(0.73~1.64)，表明它们为岩浆锆石，其206Pb/238U年龄介于129~137Ma之间，加权平均年龄为132±3Ma，这表明辉长岩的结晶年龄为早白垩世，这与辉长岩侵入侏罗系三台组的地质事实相一致(山东省地质矿产局, 2003)。此外，对侵入辉长岩中辉绿岩脉的锆石U-Pb定年结果表明，辉绿岩中锆石均呈条痕状吸收，暗示它们为岩浆成因。岩浆锆石的定年结果介于109~114Ma之间，其206Pb/238U加权平均年龄为112±1Ma，即形成于早白垩世晚期，稍晚于辉长岩的结晶时代，并与野外的侵入接触关系相吻合(图 1)。上述定年结果表明，大昆仑辉长岩和辉绿岩均形成于早白垩世，这与济南辉长岩的时代相一致(127~131Ma; 杨承海等, 2005)，同时与鲁西地区辉绿岩墙的锆石U-Pb定年结果相类似(122~124Ma; Liu et al., 2016)，也与鲁西地区金岭黑云母闪长岩和铁铜沟辉石闪长岩的锆石U-Pb定年结果(131~135Ma; Yang et al., 2005)和上峪辉长闪长岩锆石U-Pb定年结果相类似(129~134Ma; Yang et al., 2008)，并与华北克拉通东部(蚌埠、徐淮、胶东和辽东地区)早白垩世侵入岩(辉长岩和花岗质岩石)中锆石LA-ICP-MS和SHRIMP U-Pb定年结果相一致(Xu et al., 2004; Yang et al., 2004, 2010; Wu et al., 2005)。鲁西地区大昆仑辉长岩和辉绿岩以及鲁西地区乃至华北克拉通东部辉长质和花岗质岩石的形成时代主要为早白垩世，这与华北克拉通最强烈的一次岩浆活动相吻合(Xu et al., 2004; Yang et al., 2004, 2005, 2008, 2010, 2017; Wu et al., 2005; Li et al., 2017)。
4.2 源区性质和岩石成因鲁西早白垩世大昆仑辉长岩和辉绿岩具有低硅(SiO2=49.08%~52.61%)、高镁(MgO=4.52%~9.67%)和高的Mg#值(45~65)以及富钠(Na2O=2.58%~3.49%)的特征，结合相对高的Sc、Co、Ni含量(25.3×10-6~32.5×10-6、30.0×10-6~47.8×10-6和14.5×10-6~91.6×10-6)，表明它们具有地幔的源区性质(Rapp and Watson, 1995)。大昆仑辉长岩相对高的87Sr/86Sr初始比值(0.7046~0.7060)、低的εNd(t)值(-16.71~-15.54)，暗示大昆仑辉长岩应起源于富集岩石圈地幔的部分熔融，而非软流圈地幔，因为后者通常具有亏损的Nd同位素组成(εNd(t)值＞0)和低的87Sr/86Sr初始比值。此外，大昆仑辉长岩富集LREE和LILE，与类似MORB具有亏损LREE、LILE特征的软流圈地幔明显不同也证明了这一点(Sun and McDonough, 1989)。锆石Hf同位素组成很少受到后期地质事件的影响，是探讨岩浆源区属性的重要工具(Griffin et al., 2002)。早白垩世大昆仑辉绿岩中岩浆锆石的εHf(t)值介于-12.0~-2.5之间，这与大昆仑辉长岩全岩的εNd(t)值(-16.71~-15.54)相类似，总体上也显示出富集的锆石Hf同位素组成。结合大昆仑辉长岩和辉绿岩具有相同的产出位置和相类似的主量和微量元素组成，暗示它们应具有相类似的源区性质，即起源于富集岩石圈地幔的部分熔融。大昆仑辉长岩和辉绿岩明显亏损高场强元素Nb、Ta、Zr和Hf以及具有Pb的正异常，暗示它们的地幔源区存在陆壳物质的改造，这与辉长岩中古元古代(2421~1837Ma)捕获锆石的存在相一致(图 4a)。
那么，改造富集岩石圈地幔源区属性的壳源物质是来自于大陆上地壳还是下部大陆地壳。首先，大昆仑辉长岩的87Sr/86Sr初始比值介于0.7046~0.7060之间，整体表现出EMⅠ的演化特征，与受下地壳物质改造的济南辉长岩的Sr-Nd同位素组成相接近(Yang et al., 2012)，而与受上地壳物质影响的方城和费县玄武岩的同位素组成明显不同(图 8)；其次，大昆仑辉长岩全岩Pb同位素初始比值[(206Pb/204Pb)t=16.596~16.776、(207Pb/204Pb)t=15.255~15.290]与全球麻粒岩相下地壳岩石Pb同位素组成相接近(西格陵兰和北美拉布拉多地区206Pb/204Pb=12~18、207Pb/204Pb=13.5~15.0；苏格兰Lewisian麻粒岩206Pb/204Pb=13.3~16.8、207Pb/204Pb=14.5~15.3；南印度麻粒岩206Pb/204Pb=14.2~16.0、207Pb/204Pb=15.2~15.6)，并且介于华北麻粒岩相下地壳物质Pb同位素组成范围内(206Pb/204Pb=14.3~17.8、207Pb/204Pb=14.8~15.5)(涂湘林等, 1993)；最后，大昆仑辉长岩中存在大量的古元古代捕获锆石(图 3)，也暗示了古老下部大陆地壳物质的参与。综上所述，我们认为改造大昆仑辉长岩和辉绿岩地幔源区的陆壳物质主要来自于下部大陆地壳。然而，对于地幔源区部分熔融形成的岩石，被下地壳物质改造的机制主要有两种，即拆沉陆壳物质对岩浆源区的直接改造和岩浆上升侵位过程中被陆壳物质的同化混染。这两种岩浆演化过程的本质区别在于，前者对岩浆源区的改造是地幔物质与地壳物质发生熔融并最终形成均一的元素-同位素地球化学体系，而后者是幔源岩浆上升侵位到地壳深度过程中同化混染了地壳物质，并导致岩浆的元素-同位素组成发生明显的变化(Yang et al., 2008)。在εNd(t)值-SiO2和(87Sr/86Sr)i-SiO2图中(图 11)，大昆仑辉长岩样品没有显示明显的线性关系，而与分离结晶的演化趋势相一致，表明岩浆演化过程中同化混染作用不明显，因此，下地壳物质对幔源源区的改造应主要发生在岩浆源区，而辉长岩中古元古代锆石被捕获的过程应主要发生在岩浆房内，而非岩浆上升过程中捕获浅部陆壳物质的。鲁西地区铁铜沟高镁闪长岩中地幔橄榄岩包体(Xu et al., 2008)和费县玄武岩中幔源捕掳体和捕虏晶的岩相学、矿物化学和矿物原位Sr-O同位素研究表明(裴福萍等, 2004; Xu et al., 2013)，鲁西地区早白垩世岩石圈地幔受到了拆沉大陆下地壳物质的强烈改造。因此，改造鲁西地区大昆仑辉长岩和辉绿岩富集岩石圈地幔源区的壳源熔体主要来自于拆沉的古老下地壳物质的部分熔融。
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图 11 大昆仑辉长岩的(87Sr/86Sr)i-SiO2 (a)和εNd(t)-SiO2 (b)变异图 Fig. 11 (87Sr/86Sr)i vs. SiO2 (a) and εNd(t) vs. SiO2 (b) for the Dakunlun gabbros |
那么，改造富集岩石圈地幔源区属性的大陆下地壳物质是拆沉的华北古老下地壳还是俯冲断离的扬子陆壳物质，这可以通过Pb同位素的示踪得到回答(Yang et al., 2012)。中国东部几个重要构造块体之间Pb同位素组成具有明显的差异，Li and Yang (2003)根据中国东部中生代镁铁质岩浆岩的Pb同位素研究表明，华北克拉通的镁铁质岩浆岩具有较低的放射性Pb同位素初始比值，通常206Pb/204Pb＜17.80、207Pb/204Pb＜15.50和208Pb/204Pb＜38.00，而扬子克拉通镁铁质岩浆岩则以高的放射成因Pb同位素初始比值为特征，其中206Pb/204Pb>17.80、207Pb/204Pb＞15.50和208Pb/204Pb＞38.00，并以此作为区别扬子克拉通基底和华北克拉通基底物质的重要标志(杨德彬等, 2008; Yang et al., 2010, 2012, 2016)。鲁西早白垩世大昆仑辉长岩具有低的全岩Pb同位素初始比值[(206Pb/204Pb)t=16.596~16.776、(207Pb/204Pb)t=15.255~15.290、(208Pb/204Pb)t=36.328~36.648]，介于华北克拉通麻粒岩相带Pb同位素组成范围内(206Pb/204Pb=14.3~17.8、207Pb/204Pb=14.8~15.5、208Pb/204Pb=33.4~37.8，涂湘林等, 1993)，它们均投影在华北克拉通中生代镁铁质岩的Pb同位素组成范围内(图 9)，与济南辉长岩的Pb同位素组成相类似，但低于具有扬子和华北克拉通基底混合源区特征的上峪和铁铜沟辉长闪长质岩石的Pb同位素组成(Yang et al., 2012)，而与徐淮地区具有高放射性Pb同位素组成的早白垩世高镁闪长岩明显不同，后者具有扬子克拉通中生代镁铁质岩浆的属性(杨德彬等, 2008)。因此，上述结果进一步表明，改造鲁西地区早白垩世大昆仑辉长岩和辉绿岩岩浆源区的壳源熔体主要来源于拆沉的华北克拉通下地壳物质的部分熔融，这与岩石中大量古元古代捕获锆石的存在相吻合。
实验岩石学研究证明含水矿物金云母和角闪岩只能稳定存在于岩石圈地幔(Olafsson and Eggler, 1983)。Rb和Ba元素在金云母中为不相容元素，而Rb、Sr和Ba在角闪石中为中等相容性(LaTourrette et al., 1995)，因此，含金云母源区的熔体具有低的Ba和Ba/Rb比值(＜20)，而含角闪石源区的熔体具有较低的Rb/Sr(＜0.1)和高的Ba/Rb比值(＞20)(Furman and Graham, 1999)。大昆仑辉长岩和辉绿岩的Rb/Sr比值为0.03~0.07，Ba/Rb比值为18.6~32.5，在图 12a中可以看出，大昆仑辉长岩和辉绿岩样品均位于源区为含交代成因角闪石的岩石圈地幔区域，角闪石为难熔的古老岩石圈地幔提供了绝大多数不相容元素，这与鲁西地区上峪辉石闪长岩和济南辉长岩的源区性质相似(Yang et al., 2008, 2012)。此外，K/Yb和Dy/Yb比值可用于区分含金云母石榴石相或含角闪石尖晶石相二辉橄榄岩部分熔融的源区(Duggen et al., 2005)。大昆仑辉长岩和辉绿岩轻稀土元素中等程度富集[LREE/HREE=7.52~8.72; (La/Yb)N=8.98~10.2]，表明它们经历了较高程度的部分熔融，大昆仑辉长岩和辉绿岩的K/Yb×1000=4.37~6.92，Dy/Yb=2.11~2.37，在图 12b中投影于源区深度在尖晶石和石榴石转换带附近，暗示它们的源区深度可能在60~80km左右(Lambert and Wyllie, 1968)。大昆仑辉长岩和辉绿岩中具有Ti的负异常，表明岩浆演化过程中存在钛铁矿的分离结晶，而弱的Eu负异常暗示，斜长石不是源区主要的残留相矿物。在Harker图解上(图 6)，大昆仑辉长岩和辉绿岩的SiO2含量总体上与Fe2O3T、MgO、P2O5和CaO含量呈负相关性(图 6)，也说明了存在钛铁矿和橄榄石以及辉石等矿物的分离结晶。
4.3 构造背景大昆仑辉长岩和辉绿岩形成于早白垩世(112~132Ma)，这与华北克拉通东部广泛发育的早白垩世岩浆活动相一致，暗示它们具有一个共同的形成环境。鲁西地区早白垩世岩浆活动广泛而强烈，形成了大量的侵入岩和火山岩，这包括济南辉长岩(杨承海等, 2005)、鲁西辉绿岩墙(Liu et al., 2016)和金岭黑云母闪长岩、铁铜沟辉石闪长岩(Yang et al., 2005)以及上峪辉长闪长岩(Yang et al., 2008)和早白垩世方城和费县玄武岩等(Zhang et al., 2002; 裴福萍等, 2004)。此外，形成于早白垩世的蚌埠隆起区花岗岩(Yang et al., 2010)、徐淮高镁闪长岩(Xu et al., 2004)、胶东花岗岩(Yang et al., 2004)以及辽东地区大面积的早白垩世花岗岩(Wu et al., 2005)均为中国东部早白垩世时期最重要的一次岩浆事件。早白垩世的岩浆事件在华北克拉通东部乃至中国东部主要表现为双峰式的火成岩组合(许文良等, 2004)，表明它们形成于伸展的构造背景，这与华北克拉通东部变质核杂岩和大型伸展构造以及拉分盆地的形成时间相吻合(Wu et al., 2007)，同时与华北克拉通东部岩石圈强烈减薄的峰期时间相对应(许文良等, 2004)。综上所述，鲁西地区大昆仑辉长岩和辉绿岩形成于华北克拉通东部早白垩世时期岩石圈强烈伸展的构造背景，而这一时期与古太平洋板块向欧亚大陆东缘之下的斜向俯冲时间相一致，包括大昆仑辉长岩和辉绿岩在内的鲁西地区大量早白垩世辉长质和花岗质岩石均应形成于这一共同的构造背景之下。
5 结论(1) 鲁西大昆仑辉长岩和辉绿岩中岩浆锆石的206Pb/238U加权平均年龄分别为132Ma和112Ma，即它们均形成于早白垩世。
(2) 大昆仑辉长岩和辉绿岩整体具有低SiO2、高MgO、Na2O含量以及高Mg#值特征，富集轻稀土元素和大离子亲石元素、贫重稀土元素和高场强元素，具有相对高的初始87Sr/86Sr比值和低的εNd(t)值、εHf(t)值，暗示它们起源于含交代成因角闪石的富集岩石圈地幔源区的部分熔融，同时岩浆源区受到了拆沉华北克拉通古老下地壳物质的强烈改造。
(3) 大昆仑辉长岩和辉绿岩形成于华北克拉通东部早白垩世时期岩石圈强烈伸展的构造背景。
致谢 样品分析得到了中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室和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的大力支持；两位匿名审稿专家和编辑提供了建设性修改意见；谨此一并表示感谢。
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