2012, Vol. 28
华北克拉通是全球古老的克拉通之一，拥有大约3.8Ga的演化历史(Zhai et al., 2005; 翟明国, 2010; Moyen, 2011)。较之其它克拉通，以其复杂的多阶段构造演化和强烈的后期改造为特点(Zhai et al., 2005; Kusky et al., 2007b)。华北克拉通在其演化历史中，基底主要形成于太古宙，广泛发育岩浆活动与变质作用，克拉通化之后，华北随即进入稳定的盖层形成阶段。
近年来，有关华北克拉通前寒武纪地质的研究一直是学术界关注的焦点之一，比较一致的意见认为华北克拉通由一些古老的微陆块拼合而成(伍家善等, 1998; Zhao et al., 1998, 1999, 2000, 2002, 2005; 翟明国等, 2000；Kusky and Li, 2003), 但对于微陆块的划分和拼合时间、乃至拼合方式存在极大的分歧(Zhao et al., 2001, 2005; Kusky and Li, 2003; Zhai and Liu, 2003; Kröner et al., 2005a; Zhai et al., 2005; Zhai and Santosh, 2011; Kusky, 2011)。Zhao et al.(1998, 1999, 2001, 2002, 2005)认为华北克拉通是由东、西两个陆块沿现在的太行山-吕梁山一带的重力梯度带位置拼合形成，即华北克拉通由东、西两个陆块与其间的陆-陆造山带构成，导致东、西陆块发生拼合的俯冲自西而东、起始于新太古代晚期(~2.5Ga), 持续到~1.85Ga东、西陆块碰撞拼合。Kusky and Li (2003)、Kusky et al.(2007a)和李江海等(2000, 2004, 2006a, b)认为在辽西-冀东遵化存在一条蛇绿混杂岩带经五台山至赞皇地区，代表古老的洋壳，且俯冲的极向是自东向西，并在太古宙末东部陆块和西部陆块发生碰撞拼合。也有研究者认为华北克拉通中部构造带是由太行和吕梁两个洋盆分隔的东部陆块、中部的阜平陆块和西部陆块3个陆块通过太行山和吕梁山两个缝合带在古元古代聚合而成(Trap et al., 2008, 2009)。显然，华北克拉通前寒武纪研究方面还存在重大的分歧。上述认识大多建立在中部重力梯度带(简称中部带) 的北部地质调查基础上，而位于中部带中南部的中条山地区(图 1) 的研究则相对薄弱，开展该区研究，无疑将会更加全面和客观地理解华北克拉通的演化历史。本文以中条山前寒武纪较少受到关注的非TTG质花岗岩为研究对象，在岩相学、锆石年代学和地球化学研究基础上，进一步对花岗岩中锆石Lu-Hf同位素特征进行分析，围绕其形成时代、岩浆来源以及产出的环境等问题，为揭示华北克拉通中部带的构造演化提供证据。
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图 1 中条山地区地质简图(据山西省地质调查院, 2007①；张兆琪等, 2003) Fig. 1 Geological sketch map of the Zhongtiao Mountain (revised after Zhang et al., 2003) |
①山西省地质调查院.2007. 1:25万侯马市幅区域地质调查报告
2 地质背景中条山前寒武纪基底位于华北克拉通中部带的中南部，主要由太古代涑水杂岩及上覆的古元古代绛县群、中条群、担山石群和中元古代西阳河群、汝阳群组成。在中条山西北侧出露的涑水杂岩是该区最古老的岩石地质单元，呈北东向分布于绛县-夏县-解州-永济一带，与上覆的早、中元古界呈不整合接触关系(图 1)。涑水杂岩以强烈变形的TTG质片麻岩为主，仅发育少量表壳岩，以及变形较弱、非TTG质的花岗岩(孙勇和于在平, 1988)。就目前所知，构成涑水杂岩主体的TTG质片麻岩主要有两期形成历史，一期形成于2.7Ga (祝禧艳等，未发表数据)，另一期形成于2.5Ga。中条山前寒武纪杂岩中非TTG质的花岗岩主要有横岭关、解州黑云二长花岗岩和烟庄钾长花岗岩等岩体。横岭关黑云二长花岗岩体出露于中条山西北部冷口-烟庄-横岭关一带，与涑水杂岩中TTG质片麻岩呈侵入接触关系(图 1)。解州黑云二长花岗岩体出露于解州、韩阳和凤凰咀一带。烟庄钾长花岗岩出露于烟庄一带，呈NNE向展布，分别侵入于涑水杂岩TTG质片麻岩和横岭关花岗岩中。关于横岭关花岗岩体的形成年龄，有古元古代(孙大中和胡维兴, 1993; 白瑾等, 1997; Yu et al., 2006) 和新太古代(山西省地质调查院, 2007) 的说法；侯马市幅区域地质调查报告中虽将其形成时代定为新太古代晚期，但并无确切的年龄数据。孙大中和胡维兴(1993)认为解州花岗岩形成于古元古代。赵凤清(2006)曾报道烟庄花岗岩的形成时代为古元古代。
3 岩相学和岩石地球化学岩石主量、微量元素测试在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。主量元素测试采用X射线荧光(Rigaku RIX 2100) 玻璃熔饼法完成，分析精度优于2%。稀土和微量元素采用电感耦合等离子质谱(ICP-MS) 法测定, 每测10个分析样品，加测一个QC标准，同时在一批溶液分析中加测2个BHVO-2、AGV-2和1个BCR-2或其他国际标准物质，采用含量权重的线性拟合方式对样品进行最终的校正计算, 相对误差一般小于2%~5%。样品的主量、微量元素分析结果见表 1。
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表 1 中条山地区前寒武纪花岗质岩体主量、稀土和微量元素分析结果(主量元素：wt%；稀土和微量元素：×10-6) Table 1 Geochemical composition for samples from the Precambrian granitoids in Zhongtiao Mountain (Major elements: wt%; rare earth elements and trace elements:×10-6) |
样品采自山西省运城市夏县刘家村和大庙村(采样位置见图 1)。岩石呈浅肉红色(图 2A-a, b)，具半自形粒状结构，块状构造，局部发育微弱的片麻状构造；岩石的主要矿物组合是微斜长石(35%~45%)、斜长石(20%~25%)、石英(25%~30%) 和黑云母(5%)，以及少量角闪石，副矿物为磁铁矿、锆石等(图 2B-a, b)。斜长石(An=21) 多为自形板状，聚片双晶发育，可见表面蚀变成为绢云母的现象。微斜长石自形程度较低，以半自形-他形为主，发育纺锤状的格子双晶。黑云母为片状，其呈交叉状集合体产出。
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图 2 中条山地区前寒武纪花岗岩野外地质特征和镜下特征 (a, b)-横岭关花岗岩; (c)-解州花岗岩; (d)-烟庄花岗岩 Fig. 2 Field geological properties and photocrographs of the samples from the Precambrian granitoids in the Zhongtiao Mountain (a, b)-Henglingguan granite; (c)-Xiezhou granite; (d)-Yanzhuang granite |
从表 1可以看出，横岭关花岗岩有较高的SiO2(72.5%~75.34%)，Al2O3=13.57%~15.13 %，A/CNK=1.02~1.09，在A/CNK-A/NK图解中，落在弱过铝质区域(图 3)；Na2O+K2O含量(7.81%~8.40 %) 较高，里特曼指数σ=2.07~2.18( < 3.3)，在SiO2-K2O图解中(图 4)，样品落在中-高钾钙碱性区域内；横岭关二长花岗岩的Mg#=40.4~44.0。该岩体的∑REE=30.5×10-6~34.8×10-6，(La/Yb)N=22.3~22.7，表明轻重稀土元素分异较强；但相对较高的(La/Sm)N=3.74~5.6和较低的(Gd/Yb)N=2.27~3.09，说明轻稀土元素富集、且分馏较强，而重稀土元素亏损，分馏程度一般。稀土元素球粒陨石标准化曲线，呈右倾弱的铕正异常(δEu=1.22~1.32) 的特点(图 5a)。在微量元素原始地幔标准化图解中(图 5b)，横岭关二长花岗岩显示了富集大离子亲石元素(Rb、Ba等) 和高场强元素(Th、Zr、Hf等)，亏损Nb、Ti等元素的特点。
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图 3 中条山地区前寒武纪花岗岩的A/CNK-A/NK图解 图 4、图 9、图 10图例同此图 Fig. 3 Plots of A/NK vs. A/CNK for the Precambrian granitoids in the Zhongtiao Mountain Symbols in Fig. 4, Fig. 9, Fig. 10 as in this figure |
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图 4 中条山地区前寒武纪花岗岩的SiO2-K2O相关性图解 Fig. 4 SiO2 vs. K2O geochemical diagrams for the Precambrian granitoids in the Zhongtiao Mountain |
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图 5 中条山地区前寒武纪花岗岩的球粒陨石标准化稀土元素配分图和原始地幔标准化微量元素蛛网图(标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element diagrams for the Precambrian granitoids in the Zhongtiao Mountain (normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
样品采自山西省运城市解州县岳窑头(采样位置见图 1)。岩石呈浅肉红色、中粗粒，具花岗结构，块状构造，局部发育片麻状构造(图 2A-c)。主要由斜长石(40%)、碱性长石(20%)、石英(25%)、黑云母(10%) 组成，副矿物为磁铁矿、锆石等(图 2B-c)。斜长石多为半自形板状体，聚片双晶和钠长石双晶发育，偶见具有环带结构的中长石，斜长石由于发生绢云母化而表面变得浑浊; 碱性长石主要为条纹长石，发生高岭土化。黑云母呈鳞片状，定向排列显示出弱片麻状构造。
相对于横岭关花岗岩，解州花岗岩有明显低的SiO2(67.54%)，Al2O3(15.94%)，A/CNK>1.1，Na2O+K2O=7.0%，σ=1.99，表现了过铝质高钾钙碱性系列岩石特征(图 3、图 4)。解州花岗质岩石的Mg#=57.8，相对较高，暗示有幔源物质的加入。与横岭关二长花岗岩相比，解州花岗岩除有相对较高的∑REE外，表现出基本类似的右倾铕正异常(δEu=1.28) 的稀土模式(图 5a)。同样，在微量元素原始地幔标准化图解中，该二长花岗岩也显示了具有大离子亲石元素(Rb、Ba等) 和高场强元素(Th、Zr、Hf等) 富集，亏损Nb、Ti等元素的特点(图 5b)。
3.3 烟庄钾长花岗岩样品采自山西省运城市绛县烟庄村(采样位置见图 1)。岩石呈肉红色、中细粒，具有似斑状结构(图 2B-d)，块状构造(图 2A-d)。主要矿物组合为碱性长石(60%)、石英(25%)、斜长石(12%) 和黑云母(3%)，副矿物为磁铁矿、锆石等。碱性长石以条纹长石为主，次为微斜长石。微斜长石晶形多为半自形板状，具有格子双晶，局部发生高岭土化；斜长石多为自形-半自形板状体，以更长石为主，聚片双晶发育，表面发生绢云母化。黑云母单体自形程度较差，并有一定的绿泥石化改造的现象。
地球化学数据显示，烟庄钾长花岗岩具有高SiO2(74.44%~78.50%)，高碱(Na2O+K2O=8.30%~9.96%), 低CaO (0.20%), TiO2(0.05%~0.06%), P2O5(0.02%), 贫Fe、Mg (Fe2O3T=0.67%~0.95%, MgO=0.15%~0.23%，Mg#=34.3~36.1) 的特征。A/CNK=1.06~1.07，σ=1.94~3.16, 表现为弱过铝质高钾钙碱性-钾玄岩系列岩石特征(图 3、图 4)。它们的ΣREE=61.7×10-6~63.9×10-6, (La/Yb)N=12.6~18.0，(La/Sm)N=5.14~5.61，δEu=0.58~0.76，呈现了铕中等负异常的右倾稀土模式(图 5c)。在微量元素上，该花岗岩具有富集Rb、Th、U等大离子亲石元素和Zr、Hf等高场强元素，明显亏损Ba、Sr、Nb、Ti等元素的特点(图 5d)，与“A”型花岗岩的稀土和微量元素特点有一定相似性。但从烟庄花岗岩中重要的主、微量元素参数与世界各类型花岗岩平均值(Whalen et al., 1987) 对比表中可以看出(表 2)，其MnO含量是A型花岗岩平均值(0.06%)(Whalen et al., 1987) 的1/6，特别是10000×Ga/Al值(1.73~1.77) 明显低于A型花岗岩的下限值2.6(Whalen et al., 1987)。岩石具有很低的Sr含量(73.6×10-6~83.0×10-6) 和Yb含量(0.59×10-6~0.76×10-6), 类似于张旗等(2006)划分的低Sr低Yb的喜马拉雅型花岗岩类。
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表 2 花岗岩与世界各类型花岗岩的重要主、微量元素参数对照 Table 2 Parameter comparison of important major and trace elements in A-, I-, M-and S-type granites among the Precambrian granitoids in the Zhongtiao Mountain and the world |
锆石是由河北省廊坊区域地质调查研究所采用常规方法进行粉碎，用电磁选方法进行分选所得。锆石阴极发光(CL) 图像的采集、LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和锆石原位Lu-Hf同位素测定均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。LA-ICP-MS分析的详细方法、流程以及数据处理方法见参考文献(Yuan et al., 2004; 柳小明等, 2007)。锆石原位Lu-Hf同位素测定是在英国Nu公司生产的Nu Plasma HR多接收器等离子体质谱仪上完成，激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的GeoLas200M，锆石原位Lu-Hf同位素测定用176Lu/177Lu=0.02669和176Yb/172Yb=0.5886进行同量异位干扰校正计算测定样品的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf比值(Chu et al., 2002)。εHf(t) 的计算采用176Lu衰变常数为1.865×10-11a (Albarède et al., 2006)，球粒陨石现今的176Hf/177Hf=0.282772，176Lu/177 Lu=0.0332(Bouvier et al., 2008)；Hf亏损地幔模式年龄(tDM1) 的计算采用现今的亏损地幔176Hf/177Hf=0.28325和176Lu/177Lu=0.0384(Vervoort et al., 1999)。Hf同位素单阶段模式年龄(tDM1) 的计算是以亏损地幔为参考的。两阶段Hf模式年龄(tDM2) 计算时，平均地壳的176Lu/177 Lu比值为0.015(Rudnick and Gao, 2003)。
横岭关、解州和烟庄花岗质岩石中锆石的CL图像见图 6，锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果见表 3。对锆石进行微区原位Hf同位素分析，分析数据见表 4。
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图 6 中条山地区前寒武纪花岗岩的锆石CL图像 (a)-横岭关花岗岩; (b)-解州花岗岩; (c)-烟庄花岗岩.锆石年龄值为207Pb/206Pb；圆圈代表激光定年位置 Fig. 6 CL images of zircons from the Precambrian granitoids in the Zhongtiao Mountain (a)-Henglingguan granite; (b)-Xiezhou granite; (c)-Yanzhuang granite. The circles represent the analytical spot by LA-ICPMS and corresponding 207Pb/206Pb ages |
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表 3 中条山地区前寒武纪花岗质岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果 Table 3 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data for the Precambrian granitoids samples from the Zhongtiao Mountain |
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表 4 中条山地区前寒武纪花岗质岩体的锆石Hf同位素数据 Table 4 Lu-Hf isotopic compositions of zircons from the Precambrian granitoids in the Zhongtiao Mountain |
横岭关花岗岩中的锆石自形程度较好，晶形以柱状为主。锆石的CL图像(图 6a) 显示，锆石均具有清晰的韵律环带，锆石的Th/U比值范围是0.08~0.63，属于典型的岩浆锆石(Belousova et al., 2002; Hoskin and Schaltegger, 2003)。样品11DMC中锆石的分析测试点数为22，获得的锆石207Pb/206Pb年龄范围为2429±34Ma~2664±34Ma, 从锆石的U-Pb年龄谐和图(图 7a) 可以看出，分析点沿着不一致线分布，不一致线与谐和线的上交点年龄为2609±31Ma, 代表横岭关花岗岩的形成年龄。锆石的Lu-Hf同位素原位测定结果显示(图 8)，锆石176Hf/177Hf比值变化范围是0.281103~0.281275，对应的εHf(t) 分别为两组，即-2.3~-0.2和+1.2~+4.8，相应的两阶段模式年龄tDM2的变化范围是3097~3222Ma和2791~3007Ma。横岭关花岗岩的εHf(t) 值变化范围较大，表明该岩体可能为新生地壳物质和古老地壳物质参与熔融的结果。
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图 7 中条山地区前寒武纪花岗岩的锆石U-Pb年龄谐和图 (a)-横岭关花岗岩; (b)-解州花岗岩; (c)-烟庄花岗岩 Fig. 7 Concordia diagrams of LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for samples from the Precambrian granitoids in the Zhongtiao Mountain (a)-Henglingguan granite; (b)-Xiezhou granite; (c)-Yanzhuang granite |
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图 8 中条山地区前寒武纪花岗岩的Hf同位素特征 Fig. 8 Plots of εHf(t) vs. 207Pb/206Pb ages of zircons for each sample from the Precambrian granitoids in the Zhongtiao Mountain |
解州花岗岩中锆石以自形-半自形长柱状为主。从图 6b可以看出，锆石的韵律环带很清晰，少数颗粒具有核边结构。Th的含量为25×10-6~403×10-6，U的含量为81×10-6~912×10-6，Th/U比值为0.13~0.7，平均值为0.41，属岩浆成因锆石(Belousova et al., 2002; Hoskin and Schaltegger, 2003)。该样品的锆石LA-ICP-MS分析点数为24，其中，核部22个点的207Pb/206Pb年龄介于2529±33Ma~2665±34Ma之间，另外2个位于锆石的边部区域测试点的年龄为2209±34Ma~2211±33Ma。如图 7b所示，锆石在形成过程中发生不同程度的铅丢失，不一致线与谐和线的上交点年龄为2620±14Ma，代表岩体的形成时代。另外，两粒锆石的边部年龄(2209±34Ma和2211±33Ma) 似乎表明该区在~2200Ma发生过构造-热事件。锆石176Hf/177Hf比值变化范围是0.281262~0.281363，εHf(t)=+4.4~+7.6，两阶段模式年龄tDM2的变化范围是2628~2823Ma (表 4)。
4.3 烟庄花岗岩烟庄花岗中锆石粒径较小，大多数为半自形、柱状。阴极发光(CL) 图像(图 6c) 显示大部分锆石具有明显的韵律环带, 锆石Th、U含量分别为72×10-6~1467×10-6和100×10-6~1275×10-6，Th/U比值范围是0.26~1.81, 平均为0.97, 表明锆石为岩浆成因(Belousova et al., 2002; Hoskin and Schaltegger, 2003)。对锆石的20个点进行LA-ICP-MS分析，207Pb/206Pb年龄在2049±35Ma~2374±33Ma之间。如图 7c所示，锆石沿着不一致线分布，与谐和线的上交点年龄为2351±37 Ma，代表该花岗岩体的形成年龄，其形成时代为古元古代。样品中锆石的Lu-Hf同位素测定结果显示(图 8)，锆石176Hf/177Hf比值变化范围是0.281297~0.281669，εHf(t)=+0.1~+7.8，以正值为主, 计算所得的两阶段模式年龄tDM2的变化范围是2408~2880Ma。此外，2个点的εHf(t) < 0(取值是-1.8和-0.9)，对应的模式年龄为2937~2996Ma。
5 讨论和结论 5.1 岩浆源区如前所述，横岭关和解州花岗岩属于弱过铝质中-高钾钙碱性岩浆演化系列，显示轻微Eu正异常右倾稀土配分曲线。它们的微量元素特征也十分一致，具有大离子亲石元素(Rb、Ba等) 和高场强元素(Th、Zr、Hf等) 富集，亏损Nb、Ti等元素的壳源物质熔融产物的特点。在10000Ga/Al-K2O+Na2O图解和10000Ga/Al-Fe2O3T/MgO图解(图 9) 中，二者均落在I型花岗岩的区域，总体显示了高钾钙碱性I型花岗岩的特点。目前，花岗岩的源岩是花岗岩研究中的热点问题之一，花岗岩类有壳源、幔源和壳幔混合等三种来源的说法(Barbarin, 1999)，也有人主张大多数花岗岩是壳幔相互作用的产物(Huppert and Sparks, 1988; Bergantz, 1989) 和花岗岩都是壳源的(张旗等, 2008) 观点。通常，如果花岗岩的Hf模式年龄与其形成年龄相近，则表明其来自于一个新生地壳源区(吴福元等, 2007)。新太古代横岭关和解州花岗岩除前者个别锆石有负的εHf(t) 值外，均为正εHf(t) 值，对应的两阶段模式年龄(tDM2) 主要集中在2700Ma左右，显然证明这两个岩体主要源自一新生陆壳熔融的产物。然而，个别锆石负的εHf(t) 值和对应的3097~3222Ma古老模式年龄的出现，说明它们主要来源于初生地壳的部分熔融，同时有古老地壳物质的混入。从逻辑上讲，当热流升高导致初生地壳物质发生部分熔融上侵过程中，不可避免地引起上升岩浆通道周围古老地壳物质发生部分熔融而发生混合。若伴生的古老地壳物质属于硅铝质，则发生更大程度的分熔。另一方面，涑水杂岩中TTG质片麻岩的主体成岩年龄分别为2.7Ga (祝禧艳等, 未发表资料) 和2.5Ga两期，TTG质岩石直接来源于幔源玄武质岩浆，无疑继承了许多幔源岩石的特征，从而使得锆石的εHf(t) 值较高。横岭关和解州花岗岩锆石样品的模式年龄tDM2值大多集中于2700Ma, 并显示较老的模式年龄值3097~3222Ma，我们更倾向于认为横岭关和解州花岗岩源于底侵作用导致区域热流值升高，~2.7Ga左右的TTG岩石部分熔融而成，当然不排除存在部分初生地壳分熔物质加入的可能。
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图 9 中条山地区前寒武纪花岗岩的10000Ga/Al对(K2O+Na2O) 和Fe2O3T/MgO图解(据Whalen et al., 1987) Fig. 9 10000Ga/A1 vs. (K2O +Na2O) and 10000Ga/A1 vs. Fe2O3T/MgO diagrams of the Precambrian granitoids in the Zhongtiao Mountain (after Whalen et al., 1987) |
古元古代烟庄花岗岩体的岩石类型为钾长花岗岩，岩相学和地球化学特征类似张旗等(2006)划分的低Sr、Yb的喜马拉雅型花岗岩，其成因与地壳加厚有关。张旗等(2007)曾提出如果花岗岩富钾且规模巨大，围岩为古老变质基底，则很可能是陆壳来源的。烟庄花岗岩的SiO2含量高, MgO含量以及Mg#值(34.3~36.1) 较低，具有高分异花岗岩的特点，并且该岩体的Nd/Th值为0.32~0.41，该值更接近壳源岩石的Nd/Th值(≈3, Bea et al., 2001)，而不同于幔源岩石(>15, Bea et al., 2001)，与壳源花岗岩特征十分一致。烟庄钾长花岗岩的εHf(t) 值以正值为主，模式年龄集中在2.5~2.7Ga之间, 表明该区在~2.3Ga存在一期重要的岩浆事件，并改造了先前形成的中下地壳物质，包括该区发育的涑水杂岩中~2.7Ga和~2.5Ga的TTG质岩石等。
5.2 构造背景讨论利用花岗岩岩石学、矿物学、岩石化学及微量元素地球化学特征差异探讨形成环境和成因是花岗岩研究的关键之一。在微量元素环境判别(Pearce et al., 1984) 图解中(图 10)，横岭关和解州新太古代花岗岩样品基本落入火山弧花岗岩区，结合二者的岩石地球化学特征、锆石U-Pb年代学结果以及Hf同位素组成，认为它们可能形成于新太古代大陆边缘弧的构造环境。古元古代烟庄钾质花岗岩具有低Sr、Yb特征，结合岩相学和其它地球化学特征，推测烟庄花岗岩的形成可能代表一期地壳加厚事件。
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图 10 中条山地区前寒武纪花岗岩的微量元素环境判别图解(据Pearce et al., 1984) 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. 10 Tectonic discrimination diagrams of Nb vs. Y, Ta vs. Yb, Rb vs. (Y+Nb) and Rb vs. (Y+Ta) of the Precambrian granitoids in the Zhongtiao Mountain (after Pearce et al., 1984) ORG-oceanic ridge granites; VAG-volcanic arc granites; WPG-within-plate granites; syn-COLG-syn-collision granites |
在华北克拉通中部带，由南向北发育大量新太古代杂岩体(太华、登封、涑水、赞皇、阜平、五台、恒山、怀安杂岩等)，其中的TTG质片麻岩分别形成于2.7~2.8Ga和~2.5 Ga (Guan et al., 2002; Zhao et al., 2002; Wilde et al., 2005; Kröner et al., 2005a, b; 田伟等, 2005; 郭丽爽等, 2008；第五春荣等, 2008, 2010; Zhao et al., 2008; 杨崇辉等, 2011)。本次研究中获得的横岭关和解州花岗岩的形成年龄为~2.6Ga，表明在上述两期地壳生长事件之间尚存在~2.6Ga的岩浆事件。此外，针对古元古代华北克拉通中部带的演化，王惠初等(2005)对古元古代锆石年龄数据的统计结果表明存在2.3~2.4Ga、2.0~2.2Ga和1.8~1.95Ga三组年龄峰值。此外，~2.1Ga的钾质花岗岩在华北克拉通中部带也较为发育，如赞皇地区的许亭花岗岩，阜平地区南营片麻岩中的二长-钾长片麻状花岗岩等，最近有学者提出它们可能形成于统一的裂谷环境，而不是与板块俯冲有关的岛弧环境(杨崇辉等, 2011)，认为华北克拉通“中部带”在2.1Ga之前已经存在稳定的大陆地壳。张旗(2011)根据华北古元古代花岗岩的资料提出在2.0Ga之前，华北克拉通中部有一个地壳加厚地带。我们新获得的解州花岗岩锆石边缘带~2.2Ga定年结果以及烟庄花岗岩形成于~2.3Ga的数据支持上述研究结果。如果我们仅着眼于华北克拉通中部带2.8~1.8Ga这一长达10亿年阶段的地壳生长演化，则明显地看出至少在该区这个时间段内并不存在显著的地壳生长的所谓“幕式”特点(Condie, 1998, 2000)，而显示出小频率持续脉冲的特点，表明华北的东部、西部和中部带在晚太古代末之前已经是统一的陆块。
5.3 结论(1) 横岭关、解州花岗岩形成于新太古代，LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为2609±31Ma和2620±14Ma; 烟庄钾长花岗岩形成于古元古代, 锆石U-Pb年龄为2351±37Ma。
(2) 新太古代横岭关、解州黑云二长花岗岩是同一期岩浆活动的产物，属高钾钙碱I型花岗岩，推测为~2.7Ga TTG质岩石和下地壳镁铁质岩石的部分熔融混合而成；古元古代烟庄花岗岩属于低Sr、Yb的喜马拉雅型花岗岩，其成因与地壳加厚引起陆壳熔融相关。
(3) 综合前人及本项研究成果发现，华北克拉通中部带在2.8~1.8Ga这一长达10亿年的地壳演化过程中，并不存在明显的“幕式”地壳生长特点，而显示出小频率持续脉冲生长的特点，表明华北的东部、西部和中部带在晚太古代末之前已经是统一的陆块。
致谢 研究工作中得到翟明国院士颇有教益的建议；翟明国院士和张旗研究员阅读初稿全文并提出宝贵修改意见，在此一并表示感谢！感谢审稿人提出的修改意见。| [] | Albarède F, Scherer EE, Blichert-Toft J, Rosing M, Simionovici A, Bizzarro M. 2006. γ-ray irradiation in the early Solar System and the conundrum of the 176Lu decay constant. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 70(5): 1261–1270. DOI:10.1016/j.gca.2005.09.027 |
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