2012, Vol. 28
2. 山东省第三地质矿产勘察院, 烟台 264000
2. The 3rd Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Yantai 264000, China
自从刘文军等(1998)在山东半岛早前寒武纪变质基底发现高压麻粒岩以来, 有关该地区变质基底中高压麻粒岩的产状、分布规律、成因机理的研究引起了国内外诸多学者的广泛关注。通过十多年的不断深入研究, 在岩石成因、地球化学性质、同位素年代学等诸多领域取得了一系列进展(详见Zhao et al., 2005；翟明国, 2010；Zhai and Santosh, 2012的评述)。尤其在高压麻粒岩和孔兹岩系的变质演化以及变质时代等方面取得了重要的科研成果, 如高压基性麻粒岩、高压超镁铁质岩石、高压泥质麻粒岩的准确识别及其顺时针变质演化P-T-t轨迹的建立(刘文军等, 1998；刘平华等, 2010, 2011；王舫等, 2010；Tam et al., 2011, 2012)；在对高压麻粒岩、超镁铁质岩以及高压泥质岩石的锆石中定年研究中, 发现变质锆石记录了两组具有重要地质意义的年代学信息(刘平华等, 2010, 2011；王舫等, 2010；Tam et al., 2011), 其中第一组年龄为1.93~1.88Ga, 代表了高压麻粒岩相变质时代, 而第二组年龄为1.86~1.80Ga之间, 代表了造山后(退变质阶段) 或非造山构造伸展过程以及区域A型花岗岩侵位的时代(刘平华等, 2011, 2012；Tam et al., 2011；Liu et al., 2012)。然而, 值得注意的是, 在山东半岛早前寒武纪变质基底, 特别是在高压麻粒岩和高压变泥质岩石中, 均发育形态各异、规模不同且分布十分不均匀的花岗质浅色脉体。有关该类花岗质浅色脉体的成因机制、形成时代及其与变质演化之间的成因关系, 至今仍缺乏深入而系统的研究。有鉴于此, 本文在前人研究的基础上, 通过野外的系统观察, 结合室内岩相学、岩石地球化学、锆石的U-Pb年代学和微量元素特征的综合研究, 准确厘定山东半岛早前寒武纪变质基底高压麻粒岩中花岗质浅色脉体的形成时代, 阐明变质演化与深熔作用之间的成因关系。
1 区域地质背景山东半岛早前寒武纪变质基底位于华北克拉通东南缘(图 1), 北临渤海, 西侧以郯庐断裂为界与鲁西地体相邻, 东南侧以烟台-青岛-五莲断裂(YQWF) 为界和苏鲁高压-超高压造山带相邻(图 1)。区内出露的岩石类型以早前寒武纪变质杂岩和中生代花岗岩为主, 局部地区分布中生代侏罗纪-白垩纪陆相火山岩或火山沉积岩系和少量的第三系玄武岩。
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图 1 山东半岛早前寒武纪变质基底及苏鲁超高压变质带地质简图 Fig. 1 Simplified geological map of the Early Precambrian metamorphic basement within Shandong Peninsula and Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic belt |
早前寒武纪变质杂岩主要包括太古代TTG片麻岩系、古元古代荆山群和粉子山群的孔兹岩系、新元古代蓬莱群的浅变质岩系以及镁铁-超镁铁质岩石和高压基性麻粒岩。其中, 太古代TTG片麻岩主要分布在栖霞地区(图 1), 主要岩性有英云闪长质片麻岩、奥长花岗质片麻岩和花岗闪长质片麻岩, 区域上普遍遭受强烈变形, 片麻理发育, 深熔现象明显并形成密集条带状构造。前人研究结果表明, 山东半岛早前寒武纪变质基底不仅存在2.9~2.7Ga的TTG片麻岩(Jahn et al., 2008), 也存在2.5~2.3Ga的TTG片麻岩-花岗质片麻岩(刘建辉等, 2011)。古元古代荆山群孔兹岩系主要分布在莱阳的荆山、旌旗山和莱西南墅等地, 岩性主要为石榴夕线黑云片岩-片麻岩、石榴蓝晶黑云片麻岩、石榴黑云片麻岩、大理岩、石墨片岩-片麻岩、长石石英岩等, 荆山群普遍经历角麻粒岩相变质作用的改造(王世进等, 2009；王舫等, 2010), 且深熔现象比较发育。粉子山群主要分布于栖霞庙后、门楼与莱州粉子山等地, 岩性主要为大理岩、黑云变粒岩、夕线黑云片岩、长石石英岩等, 并普遍经历了绿片岩相-角闪岩相变质作用。新元古代震旦系蓬莱群主要分布在蓬莱地区和栖霞北部, 主要岩性有结晶灰岩、板岩、石英岩等, 仅遭受了绿片岩相浅变质作用。
TTG片麻岩中分布有众多大小不等的透镜状镁铁-超镁铁质岩、高压基性麻粒岩和斜长角闪岩包体, 在平度-莱西-栖霞一带呈北东向断续分布, 构成一条镁铁-超镁铁质岩与高压基性麻粒岩带(刘平华等, 2010)。该带中的高压基性麻粒岩、石榴斜长角闪岩等岩石普遍发育花岗质浅色脉体。本文研究的花岗质浅色脉体(HP1) 及其寄主岩石高压基性麻粒岩(HP0) 采自于栖霞东麻镇口村南河边露头。
区内中生代岩浆岩主要为燕山期玲珑复式花岗岩体, 集中分布在招远至平度一带, 在艾山地区也有少量出露, 它们侵入在太古代TTG片麻岩及古元古代荆山群变质岩中。主要岩性为黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩, 这些花岗岩体的锆石SHRIMP U-Pb年龄多数集中在120~160Ma (王沛成和安郁宏, 1996；苗来成等, 1998；王仁民等，1998；Wang et al., 1998)。
研究区东南侧以烟台-青岛-五莲断裂(YQWF) 为界与世界著名的苏鲁高压-超高压变质带相邻(图 1)。苏鲁高压-超高压变质带是秦岭-桐柏-大别-苏鲁高压-超高压变质带的东延部分, 北起威海-荣成, 经青岛-胶南-日照-莒南, 向西南延伸至东海, 全长约350km。其西北以烟台-青岛-五莲断裂(YQWF) 为界与华北克拉通相邻；西南则以嘉山-响水断裂(JXF) 为界与扬子克拉通相连。依据岩石组合和变质作用特征, 该地体可进一步划分为北部的超高压变质带和南部的高压变质带。超高压变质带的主体岩性为各种类型的花岗质片麻岩, 夹有各类副片麻岩、云母片岩、大理岩、含蓝晶石的石英岩。区内出露大量规模不同的榴辉岩和超镁铁质岩石的透镜体或团块, 小的只有几厘米, 大的则有上百米, 如著名的东海毛北榴辉岩体和东海芝麻坊的石榴橄榄岩体延伸长度达几百米, 宽度达几十米。在超高压变质带中除榴辉岩外, 其它类型的岩石均经历了强烈的退变质作用的改造, 基质中很难保存超高压变质矿物。然而, 无论在地表还是在系列钻孔中, 各种类型的强退变质的锆石中均保存以柯石英为代表的超高压矿物包体(详见Liu and Liou, 2011评述), 表明这些强退变质岩石同样也经历了超高压变质作用。此外, 在超高压变质带中还广泛分布中生代未变质的花岗岩。
高压变质带的主体岩性为强退变的花岗质片麻岩、各类副片麻岩, 夹有大理岩、石英片岩、石英云母片岩、蓝晶石英岩、绿帘斜长角闪岩及少量的蓝片岩等。在上述不同岩石类型的锆石中常保存文石+多硅白云母+石榴石+石英等高压包体矿物组合, 但并未发现柯石英等超高压矿物包体(Liu et al., 2004a, b), 表明上述岩石只经历了高压变质作用。
2 岩相学及地球化学特征研究区内高压基性麻粒岩十分常见, 主要以透镜状、不规则脉状体分布于TTG片麻岩中。由于遭受后期强烈的退变质作用的改造, 在与TTG片麻岩的接触部位, 高压基性麻粒岩已完全退变为斜长角闪岩。采自于麻镇口村南河边露头的高压基性麻粒岩(HP0) 呈灰黑色, 中粗粒粒状变晶结构, 块状构造或弱片麻状构造(图 2)。矿物组成主要为：石榴石+紫苏辉石+斜长石+角闪石+单斜辉石+斜长石±石英等。其中在变斑晶石榴石中常保存早期高压麻粒岩相包体矿物组合单斜辉石+斜长石±石英等, 而围绕残晶石榴石周围则转变为细小蠕虫状紫苏辉石+角闪石+钙长石+磁铁矿的后成合晶, 这种后成合晶在野外露头上常呈“白眼圈”结构(图 2a)。
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图 2 山东半岛高压基性麻粒岩(HP0) 和花岗质浅色脉体野外照片 (a)-高压基性麻粒岩(HP0)；(b、c、d)-高压基性麻粒岩(HP0) 中花岗质浅色脉体(HP1) Fig. 2 Outcrop photos of high-pressure (HP) mafic granulite (HP0) and granitic leucosome (HP1) in the Early Precambrian metamorphic basement of Shandong Peninsulu, SE North China Craton (a)-HP mafic granulite (HP0); (b, c, d)-granitic leucosomes (HP1) within HP granulite (HP0) |
在高压基性麻粒岩中, 常见有花岗质浅色脉体呈不规则脉状、网脉状、透镜状分布(图 2b-d)。脉体分布极不均匀, 特别是在高压基性麻粒岩变形、破碎强烈的位置更加集中(图 2b, c), 脉体宽约2~20cm左右。矿物组成主要为钠长石+钾长石+石英+磁铁矿, 局部可见有少量粗大的角闪石。浅色体与寄主岩石之间接触关系截然明显, 局部浅色脉体与寄主岩石呈渐变过渡关系。
从岩石地球化学性质来看(表 1), 高压基性麻粒岩(HP0) SiO2含量为48.07%, Al2O3含量为14.79%, < FeO > (Fe2O3+FeO) 为12.30%, MgO含量为8.05%, CaO为10.25%, 而Na2O和K2O含量则分别为2.57%和0.91%。与其相对比, 花岗质浅色脉体(HP1) SiO2 (73.73%), < FeO > (0.46%), MgO (0.22%), CaO (2.14%) 含量显著偏低, Na2O和K2O含量则显著偏高, 分别为3.98%和3.24%, 而Al2O3含量(14.57%) 大体相当。
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表 1 山东半岛高压麻粒岩及浅色花岗质脉体的主元素化学成分(wt%) Table 1 Major element compositions (wt%) of high-pressure (HP) granulite and granitic leucosome (HP1) within the Early Precambrian metamorphic basement of Shandong Peninsulu, SE North China Craton |
样品全岩化学成分测试在中国地质科学院国家地质实验测试中心进行, 其分析方法及流程详见Liu et al.(2004c)的论述。花岗质浅色脉体(HP1) 中副矿物锆石的分选在河北省廊坊区调院矿物分离实验室进行。在对岩心破碎、清洗、烘干和筛选后, 首先采用磁选和重液分离技术将锆石选出, 然后在双目镜下挑选颗粒大、形态完整的锆石约1000粒, 用树胶制成直径2.5cm、高约0.5cm的符合激光拉曼、阴极发光、LA-ICP-MS U-Pb定年和REE测试要求的圆柱体。锆石微区矿物包体鉴定在国土资源部大陆动力学重点实验室RENISHAW-1000型拉曼谱仪上进行, 锆石阴极发光照像在北京大学电子系FEI PHILIPS XL30 SFEG电镜上进行, 锆石U-Pb定年、稀土元素和微量元素成分的LA-ICP-MS测试在德国歌德大学矿物研究所(the Mineralogical Institute, J. W. Goethe-University Frankfurt) 同位素实验室进行, 上述实验测试条件详见Liu et al.(2006, 2008) 的描述和说明。所有矿物代号据Whitney and Evans (2010)资料。
4 锆石的阴极发光图像特征及矿物包体性质激光拉曼和阴极发光图像研究结果表明, 研究区花岗质浅色脉体(HP1) 锆石中保存许多矿物包体, 自核部到边部均有矿物包体分布, 且核部和边部的矿物包体性质完全一致。矿物包体主要为, 石英(Qtz)、钾长石(Kfs)、斜长石(Pl) 以及少量的磷灰石(Ap) 等。该类包体矿物组合与花岗质浅色脉体基质中的矿物组合完全一致。
从花岗质浅色脉体锆石的阴极发光图像特征来看, 绝大多数锆石的CL图像十分相似, 具有相对强发光效应(灰白色) 的核以及相对弱发光效应(灰黑色) 的边, 且自核部到边部均具有比较典型的岩浆结晶环带(图 3), 只有个别颗粒的核部环带不明显(图 3b, f)。
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图 3 花岗质浅色脉体(HP1) 阴极发光图像及LA-ICP-MS U-Pb定年结果 (a)-样品第5粒锆石晶体(HP1-5) 的阴极发光图像, 具有强发光效应(灰白色) 的核和弱发光效应(灰黑色) 边, 自核部到边部均具有较明显的岩浆结晶环带；(b)-样品第12粒锆石晶体(HP1-12) 的阴极发光图像, 具有强发光效应(灰白色) 的核和弱发光效应(灰黑色) 边, 边部均具有较明显的岩浆结晶环带；(c)-样品第24粒锆石晶体(HP1-24) 的阴极发光图像, 具有强发光效应(灰白色) 的核和弱发光效应(灰黑色) 边, 自核部到边部均具有较明显的岩浆结晶环带；(d)-样品第30粒锆石晶体(HP1-30) 的阴极发光图像, 具有强发光效应(灰白色) 的核和弱发光效应(灰黑色) 边, 自核部到边部均具有较明显的岩浆结晶环带；(e)-样品第33粒锆石晶体(HP1-33) 的阴极发光图像, 具有强发光效应(灰白色) 的核和弱发光效应(灰黑色) 边, 自核部到边部均具有较明显的岩浆结晶环带；(f)-样品第36粒锆石晶体(HP1-36) 的阴极发光图像, 具有强发光效应(灰白色) 的核和弱发光效应(灰黑色) 边, 边部均具有较明显的岩浆结晶环带 Fig. 3 Cathodulinescence (CL) images of anatectonic zircons from granitic leucosome sample HP1 within HP mafic granulite in the Early Precambrian metamorphic basement of Shandong Peninsulu, SE North China Craton The 40μm spots and ages of LA-ICP-MS analysis are also shown. (a)-zircon grain HP1-5 showing high-luminescent (grey-white) magmatic core and low-luminescent (grey-black) magmatic rim, and a U-Pb age; (b)-zircon grain HP1-12 showing high-luminescent (grey-white) core and low-luminescent (grey-black) magmatic rim, and a U-Pb age; (c)-zircon grain HP1-24 showing high-luminescent (grey-white) magmatic core and low-luminescent (grey-black) magmatic rim, and a U-Pb age. (d)-zircon grain HP1-30 showing high-luminescent (grey-white) magmatic core and low-luminescent (grey-black) magmatic rim, and a U-Pb age; (e)-zircon grain HP1-33 showing high-luminescent (grey-white) magmatic core and low-luminescent (grey-black) magmatic rim, and a U-Pb age; (f)-zircon grain HP1-36 showing high-luminescent (grey-white) core and low-luminescent (grey-black) magmatic rim, and a U-Pb age |
本文对花岗质浅色脉体(HP1) 深熔锆石进行了系统的定年研究, 共计测试了40个锆石微区, 其分析结果列入表 2中, 相应的207Pb/235U-206Pb/238U关系图解和207Pb/206Pb加权平均年龄图解如图 4、图 5所示。16个具有相对强发光效应(灰白色) 岩浆锆石核部的U、Th含量分别为31×10-6~94×10-6和0.08×10-6~1.07×10-6之间, 相应的Th/U比值异常偏低, 只有0.0004~0.0081之间(表 2)。所有的测试点均显示了十分相近的207Pb/206Pb年龄, 变化于1869±23~1850±24Ma (2σ) 之间, 加权平均值为1858.8±5.1Ma (MSWD=0.34, n=16；表 2)。
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表 2 山东半岛花岗质浅色脉体中锆石(HP1) LA-ICP-MS定年结果 Table 2 LA-ICP-MS U-Th-Pb data of zircon from granitic leucosome (HP1) from the Early Precambrian metamorphic basement of Shandong Peninsula, SE North China Craton |
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图 4 花岗质浅色脉体中深熔锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果的207Pb/235U-206Pb/238U图解 Fig. 4 207Pb/235U-206Pb/238U diagram showing LA-ICP-MS U-Pb analyses of anatectic zircon from granitic leucosome within HP mafic granulite in the Early Precambrian metamorphic basement of Shandong Peninsulu, SE North China Craton |
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图 5 花岗质浅色脉体中深熔锆石207Pb/206Pb年龄加权平均结果 Fig. 5 The weighted mean of 207Pb/206Pb ages recorded in the anatectic zircons from granitic leucosome within HP mafic granulite in the Early Precambrian metamorphic basement of Shandong Peninsulu, SE North China Craton |
与此相对比, 24个具有相对弱发光效应(灰黑色) 的岩浆锆石边部的U含量明显偏高, 且变化范围大, 为115×10-6~779×10-6之间, 相应的Th含量及Th/U比值也异常偏低, 分别为0.1×10-6~1.3×10-6和0.0002~0.0074之间(表 2)。所有微区记录了十分一致的207Pb/206Pb年龄, 变化于1870±11Ma~1847±20Ma (2σ) 之间, 加权平均值为1859.7±2.4Ma (MSWD=0.98, n=2；表 2), 与锆石核部记录的年龄完全吻合。上述分析结果表明, 尽管锆石核部和边部的阴极发光特征存在明显差异, 但记录的207Pb/206Pb年龄大体相当, 40个207Pb/206Pb年龄数据的加权平均值为1859.6±2.2Ma (MSWD=0.74, n=40；图 5), 这与所有分析数据在207Pb/235U-206Pb/238U图解中不一致线上交点的年龄1858.7±4.2Ma (MSWD=0.37；图 4) 也十分接近, 应代表花岗质浅色脉体的形成时代。
6 锆石稀土元素和微量元素成分特征本文对花岗质浅色脉体(HP1) 中锆石共进行了40个微区的稀土元素和微量元素化学成分测试, 其中18个具有代表性结果列入表 3中。从表中可以明显看出, 无论是锆石核部, 还是边部的稀土元素和微量元素含量十分相似。18个锆石微区P、Ca、Sr和Ti的含量变化范围不大, 分别为30×10-6~123×10-6、32×10-6~48×10-6、0.24×10-6~2.6×10-6和1.3×10-6~8.7×10-6。Th、U含量及Th/U比值与U-Pb定年的测试结果大体一致(表 2)。其中锆石核部的U、Th含量变化于41×10-6~88×10-6和0.1×10-6~0.5×10-6之间, 相应的Th/U比值为0.001~0.009之间；而锆石的边部U含量明显偏高, 为109×10-6~879×10-6之间, Th含量及Th/U比值异常偏低, 分别为0.2×10-6~1.9×10-6和0.0003~0.005之间。Nb和Hf平均含量分别为1.4×10-6~4.3×10-6和13548×10-6~28037×10-6, 相应的Lu/Hf小于0.0003 (表 3)。
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表 3 山东半岛花岗质浅色脉体中锆石(HP1) 微量元素LA-ICP-MS测试结果(×10-6) Table 3 LA-ICP-MS trace element data of zircon from granitic leucosome (HP1) within the Early Precambrian metamorphic basement of Shandong Peninsula, SE North China Craton (×10-6) |
从球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(图 6) 特征可以明显看出, 无论是锆石核部还是边部的稀土元素成分十分相似, HREE配分曲线相对平坦, 具有较明显的负Eu异常, Eu/Eu*比值变化于0.13~0.59之间。这些锆石的微量元素及稀土元素配分曲线特征与典型花岗质岩浆成因的锆石存在明显差异(Liu et al., 2009；Liu and Liou, 2011)。
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图 6 花岗质浅色脉体中深熔锆石球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns of anatectic zircons from granitic leucosome within HP mafic granulite in the Early Precambrian metamorphic basement of Shandong Peninsulu, SE North China Craton (normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
以往许多野外观察表明, 山东半岛早前寒武纪变质基底, 包括孔兹岩系、角闪黑云斜长片麻岩等典型的变质表壳岩以及斜长角闪岩、TTG片麻岩等均经历了普遍的部分熔融作用。新生的长英质脉体呈不规则的网脉状、细脉状、雾迷状以及豆荚状、透镜状分布于寄主岩石中。这些浅色脉体的主要矿物组成为石英+钾长石+钠长石以及极少量的角闪石、黑云母及磁铁矿等, 而本文在高压基性麻粒岩中识别的花岗质浅色体的矿物组成也具有类似的特点。这些典型的长英质脉体具有明显的花岗结构, 钾长石和钠长石的含量相近, 而石英的含量相对偏低(30%~35%), 有的斜长石具有典型反条纹结构, 其特征与典型变泥质岩石部分熔融的长英质脉体的矿物组成及其结构特征十分相近(Gilotti and Elvevold, 2002；Lang and Gilotti, 2007)。反条纹斜长石的存在表明长英质熔体中的富钾斜长石的结晶是在相对高温的条件下进行(Spear, 1993；Godard et al., 1996；Gilotti and Eleveold, 2002)。这些宏观和微观的观察及证据充分表明了山东半岛早前寒武纪变质基底的确经历了部分熔融作用。
值得注意的是, 变基性岩石的麻粒岩相变质过程通常是在相对干体系的条件下进行。在如此干体系条件下, 即使温度达到或超过850℃, 基性的麻粒岩也是很难发生部分熔融形成长英质熔体。然而, 山东半岛的早前寒武纪变质基底, 大量形态各异的长英质脉体的确分布于高压基性麻粒岩中(图 2), 其全岩化学成分也具有类似花岗岩的特点, 所有深熔锆石中均保存Qtz+Kfs+Pl+Ap等矿物包体。上述证据表明高压麻粒岩中的花岗质浅色脉体不可能是寄主岩石部分熔融的产物, 而更有可能是其围岩, 如变质表壳岩发生部分熔融而成的花岗质熔体侵位于高压基性麻粒岩中。此外, 野外及室内系统的岩相学观察发现, 高压基性麻粒岩并不存在含水矿物脱水熔融和长英质矿物部分熔融的证据。而研究区高压基性麻粒岩的围岩, 如角闪黑云片麻岩以及孔兹岩系均经历了强烈的部分熔融作用。高压麻粒岩中的花岗质浅色脉体集中分布于构造变形相对较强、破碎较明显的部位, 这进一步充分证明高压麻粒岩中的花岗质浅色脉体可能来源于围岩变质表壳岩的部分熔融。
花岗质浅色脉体中的绝大多数深熔锆石具有完好的自形晶, 自核部到边部均显示明显的岩浆结晶环带(图 3), 激光拉曼系统研究结果表明, 所有的锆石均保存Qtz+Kfs+Pl±Ap等矿物包体。上述特征充分表明这些岩浆锆石是由变质表壳岩部分熔融形成的长英质熔体结晶而成(Keay et al., 2001；Rubatto et al., 2001；Andersson et al., 2002)。
根据前人的研究结果, 部分熔融过程中形成的深熔锆石具有以下三种成因机制, 一是寄主岩石中的岩浆或变质锆石发生溶解-再结晶(dissolution-reprecipitation) (Keay et al., 2001；Rubatto et al., 2001；Anderssson et al., 2002)；二是除了锆石以外的其它含Zr矿物发生分解(Fraser et al., 1997；Andersson et al., 2002；Flowerdew et al., 2006)；三是外来的含Zr流体或熔体的结晶(Foster et al., 2001；Andersson et al., 2002；Flowerdrew et al., 2006)。以往研究表明, 研究区高压基性麻粒岩基本不存在继承性岩浆锆石、变质锆石以及其它的含Zr矿物, 因此, 第一、第二种成因模式不适用于花岗质浅色脉体中深熔锆石的生长机理。前述研究结果表明, 研究区高压基性麻粒岩中的花岗质浅色脉体直接来源于围岩的部分熔融, 因此, 第三种成因模式能够合理解释花岗质浅色脉体中深熔锆石的成因机理。
7.2 花岗质浅色脉体中深熔锆石的稀土元素及微量元素特征前述研究结果表明, 花岗质浅色脉体中所有锆石的稀土元素、微量元素含量以及球粒陨石标准化稀土元素配分曲线十分相似(表 3、图 6)。这些锆石Th的含量异常偏低, 为0.03×10-6~1.3×10-6, 相应的Th/U比值小于0.0081 (表 2)。稀土元素配分曲线重稀土HREE相对平坦, 并具有明显的负Eu异常, Eu/Eu*=0.13~0.65之间(表 3、图 6)。重稀土HREE相对亏损表明发生部分熔融的寄主岩石中的石榴石相对富集, 且并未参与部分熔融作用。而明显的负Eu异常则与花岗质浅色脉体中含有大量斜长石和钾长石关系密切。花岗质浅色脉体中锆石异常低的Th含量及Th/U比值与central Alps和Teynolds Range, central Australia混合岩中的深熔锆石完全一致(Rubatto et al., 2001, 2009；Imayama et al., 2012)。上述稀土、微量元素性质表明研究区花岗质浅色脉体中的锆石为深熔成因的岩浆锆石, 同时也进一步证明高压麻粒岩中花岗质浅色脉体来源于围岩富石榴石孔兹岩系或石榴角闪黑云斜长片麻岩部分熔融而成。
7.3 山东半岛早前寒武纪变质基底部分熔融作用的时代到目前为止, 有关山东半岛高压麻粒岩及其相关的岩石已进行了大量的锆石U-Pb定年测试, 但有关山东半岛高压麻粒岩峰期变质时代仍然存在分歧。部分研究者认为山东半岛基底岩石的高压麻粒岩相变质时代为1.95~1.85Ga (Wan et al., 2006；Tam et al., 2012)；另一部分研究者则认为是1.85~1.80Ga (Tang et al., 2007)。针对研究区高压麻粒岩峰期变质时代所存在的分歧, Liu et al.(2012)采用激光拉曼技术在石榴紫苏麻粒岩、角闪二辉麻粒岩以及含辉斜长角闪岩中均识别出高压麻粒岩相变质阶段形成的变质锆石, 该类锆石含有石榴石(Grt) +单斜辉石(Cpx) +斜长石(Pl) +金红石(Rt)±石英(Qtz) 等典型的高压麻粒岩相包体矿物组合。SIMS U-Pb定年结果显示这些高压麻粒岩相变质锆石记录的207Pb/206Pb年龄十分相似, 集中变化于1872±12Ma~1866±11Ma之间, 部分变质锆石记录的最老年龄在1900Ma左右。结合前人的年代学资料, 厘定山东半岛早前寒武纪变质基底高压麻粒岩峰期变质时代应在1900~1866Ma左右。
本文对高压麻粒岩中花岗质浅色脉体中的深熔锆石进行了系统的LA-ICP-MS U-Pb定年测试, 40个分析点均显示了类似的207Pb/206Pb年龄, 最老为1870±11Ma, 最新为1843±20Ma, 集中变化于1865~1847Ma之间, 加权平均年龄为1859.6±2.2Ma, 应代表研究区早前寒武纪变质基底的部分熔融时代。值得注意的是, 花岗质浅色脉体中锆石记录的年龄比研究区高压麻粒岩相变质时代明显偏新, 表明区域深熔事件不是在高压麻粒岩相峰期阶段发生的。
前人研究表明, 山东半岛早前寒武纪变质基底, 无论是高压麻粒岩还是孔兹岩系或其它变质表壳岩, 均经历了峰后近等温减压中-低压麻粒岩相退变质作用的改造(刘文军等, 1998；刘平华等, 2010；王舫等, 2010)。其中变基性岩发生典型的减压反应为Grt+Cpx+Qtz=Opx+Pl；而孔兹岩系及其它变泥质岩石发生的典型减压反应为Grt+Ky/Sil+Qtz=Cord。不同岩石类型在该阶段形成的退变质锆石记录的207Pb/206Pb年龄为1855~1830Ma (刘平华等, 2011；Liu et al., 2012), 与花岗质浅色脉体中深熔锆石记录的年龄比较接近, 表明山东半岛早前寒武纪变质基底的深熔作用是在近等温加压初始阶段开始发生的。该阶段的温压条件可达到780~850℃, 0.5~0.7GPa (刘平华等, 2010；王舫等, 2010), 孔兹岩系及相关变质表壳岩发生明显的深熔作用, 主要表现为含水矿物黑云母的脱水熔融和长英质矿物的部分熔融(另文详述), 这为高压基性麻粒岩中的花岗质浅色脉体的形成提供了源区物质。
致谢 沈其韩院士对本文提出了许多宝贵的修改意见, 作者受益匪浅。| [] | Andersson T, Möller C, Johansson L. 2002. Zircon geochronology of migmatite gneisses along the mylonite zone (S Sweden): A major Sveconorwegian terrane boundary in the Baltic Shield. Precambrian Research, 114: 121–147. DOI:10.1016/S0301-9268(01)00220-0 |
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