2016, Vol. 32
2. 中国科学院广州地球化学研究所, 同位素地球化学国家重点实验室, 广州 510640
2. State Key Laboratory of Isotope Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China
华北克拉通是世界上古老克拉通遭受破坏的典型实例，是研究大陆地壳与岩石圈地幔相互作用的理想地区(Menzies et al., 1993; Xu，2001; Gao et al., 2004; 吴福元等，2008; Xu et al., 2010，2013; Ying et al., 2011)。华北克拉通东部古生代金伯利岩及其中地幔橄榄岩包体和新生代玄武岩及其中地幔橄榄岩包体的研究已经揭示，古生代以来克拉通发生了显著的岩石圈减薄或者破坏(Menzies et al., 1993)，并且近年来关于华北克拉通破坏的研究已经取得了丰富的研究成果，如多数学者提出了华北克拉通破坏可能以东部为主，西部很少发生破坏(吴福元等，2008; Xu et al., 2010，2013)；岩石圈地幔被改造和破坏的主体时间可能为晚中生代(Xu et al., 2010; Yang et al., 2012a)，破坏的机制可能以拆沉作用和热化学-机械侵蚀作用为主(Xu，2001; Gao et al., 2004; Xu et al., 2010，2013)等。然而，华北地块中部位于东部与西部块体拼贴-碰撞完成克拉通化的结合部位，该地区是否经历了克拉通的破坏作用？中生代岩石圈地幔的性质如何？这些问题仍然没有得到统一的认识。与华北地块东部相比，中部岩浆活动相对较少，以往的研究主要集中在对太行山地区早白垩世角闪辉长岩、闪长岩和正长岩、二长岩以及二长闪长岩的研究工作(Chen et al., 2004，2008; 许文良等， 2004，2009; Wang et al., 2006; 王春光等，2011)。然而，该区还存在一套早白垩世的富碱侵入岩，其具有来源深(通常形成于岩石圈地幔)和形成于伸展构造环境的特殊性，因此，是讨论华北地块中部岩石圈深部作用过程和大地构造背景的重要窗口。虽然前人对靠近华北地块中部的紫金山碱性侵入杂岩和狐偃山、二峰山二长岩进行了年代学和岩石成因研究(Ying et al., 2007，2011)，但对于富碱侵入岩的研究程度总体相对较低，仍缺乏系统的综合研究。鉴于此，本文选择华北地块中部早白垩世7个富碱侵入岩体进行岩石地球化学和Sr-Nd同位素分析，并对4个岩体进行了锆石U-Pb年代学和Hf同位素的系统研究，探讨了富碱侵入岩的岩石成因和形成的构造背景，进而揭示了华北地块中部早白垩世岩石圈地幔的属性和深部地球动力学过程。 2 地质背景和岩体地质
华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，位于秦岭-大别造山带以北，中亚造山带以南，主要由太古宙-古元古代变质基底和中元古代以后的沉积盖层组成，整体由东部陆块、西部陆块和古元古代中部造山带所构成(Zhao et al., 2001)(图 1a)。古元古代晚期(~1.85Ga)东部和西部陆块碰撞、拼合完成克拉通化。古生代以来，华北西部陆块相对稳定，而东部陆块岩石圈发生了显著的减薄或破坏，厚度由古生代时期的200km转变为新生代时期的80km，岩石圈地幔的性质也由太古代时期的亏损型转变为古生代之后的富集型。到了新生代时期，华北岩石圈地幔则以新增生的地幔为主(Menzies et al., 1993)。本文研究区位于华北地块中部(图 1a)，区内出露多个早白垩世富碱侵入体，代表性的岩体主要包括山西临汾二峰山和塔儿山岩体(图 1b)、河南安阳黄龙垴、水冶和东冶岩体(图 1c)、山西太原狐偃山岩体(图 1d)以及山西临汾万荣岩体(图 1e)。
 | 图 1 华北地块中部早白垩世富碱侵入岩的地质简图Fig. 1 Geologic sketch map showing the location of the Early Cretaceous alkali-rich intrusive rocks in the central North China Block |
二峰山岩体位于临汾市辛安村东约10km(图 1b)，呈不规则岩盖状出露，出露面积约4km2，岩体主要由正长岩和二长岩组成，其次为少量的酸性岩及脉岩，岩体侵入于二叠系。本文样品为霓辉二长岩(样号27-1)，中细粒半自形粒状结构，块状构造，主要由正长石(35%)，条纹长石(15%)、斜长石(43%)和霓辉石(5%)组成，含有少量的石英(2%)(图 2a)。霓辉石短柱状，正高突起，多色性明显，发育明显的颜色环带，由中心的黄绿色向外逐渐变为绿色，消光角30°~40°。副矿物为磷灰石、磁铁矿和锆石。
 | 图 2 华北地块中部早白垩世富碱侵入岩的矿物组成和结构 (a)二峰山霓辉二长岩；(b)塔儿山二长闪长斑岩；(c、d)黄龙垴霓辉正长岩；(e)水冶霓霞正长岩；(f)东冶角闪闪长岩；(g、h)狐偃山石英二长岩；(i)万荣石英二长闪长岩. Aeg-霓石；Agt-霓辉石；Hb-普通角闪石；Ne-霞石；Or-正长石；Pet-条纹长石；Pl-斜长石；Qtz-石英Fig. 2 Field and microscopic views showing petrographic features of major minerals in the Early Cretaceous alkali-rich intrusive rocks in the central North China Block |
塔儿山岩体出露于临汾市辛安村西北约12km，出露面积约10km2(图 1b)，主要由二长闪长斑岩、二长斑岩和正长斑岩组成的杂岩体，岩体内含有少量的细粒闪长质包体(图 2b)。本文样品为二长闪长斑岩(样号26-1)，斑状结构，基质为细粒半自形粒状结构，块状构造，斑晶主要为中性斜长石(20%，占斑晶65%)和正长石(10%，占斑晶35%)，基质由中性斜长石(40%)、正长石(20%)、普通角闪石(8%)和少量的石英(2%)组成(图 2b)，副矿物为磷灰石、榍石、磁铁矿和锆石。许文良等(2004)对样品中普通角闪石的40Ar/39Ar定年结果为125Ma——即形成于早白垩世。
黄龙垴岩体位于安阳市水冶镇西北约12km(图 1c)，岩体出露面积约8km2，主要由霓辉正长岩组成(图 2c)，岩体中含有少量的辉石岩类包体(图 2d)。本文样品为霓辉正长岩(样号22-4)，中细粒半自形粒状结构，块状构造，主要由条纹长石(80%)、霓辉石(15%)和少量斜长石(5%)组成，副矿物为榍石、磁铁矿和锆石。
水冶岩体位于安阳市水冶镇西约6km(图 1c)，岩体出露面积约6km2，主要由霓辉正长岩和霓霞正长岩组成。本文样品为霓霞正长岩(样号24-2)，中细粒半自形粒状结构，块状构造，主要由正长石(65%)、霓石(18%)和霞石(15%)以及少量的斜长石(2%)组成(图 2e)。霓石呈半自形柱状，横切面呈六边形，发育近直交辉石式节理，正高突起，绿色-黄绿色多色性，消光角2°~10°；霞石为无色板状，双晶不发育，最高干涉色一级暗灰，副矿物为榍石、磁铁矿和锆石。
东冶岩体位于安阳市水冶镇西北约8km(图 1c)，出露面积约6km2，岩体主要由角闪闪长岩、辉长闪长岩和辉长岩组成，岩体中含有少量的橄榄岩类包体。本文样品为角闪闪长岩(样号21-5)，中细粒半自形粒状结构，块状构造，主要矿物有中性斜长石(58%)、普通角闪石(40%)和少量的石英(2%)(图 2f)，副矿物有榍石、锆石和磷灰石。许文良等(2004)对样品中普通角闪石的40Ar/39Ar定年结果为127Ma——即形成于早白垩世。
狐偃山岩体位于太原市矿泉村南约200m(图 1d)，岩体出露面积约50km2，主要由石英二长斑岩和石英二长岩组成。本文样品为石英二长岩(样号X-17-3)，中细粒半自形粒状结构，块状构造(图 2g)，主要矿物为正长石(50%)、斜长石(30%)、石英(10%)和普通角闪石(10%)(图 2h)，副矿物为榍石、磁铁矿和锆石。
万荣岩体位于临汾市万荣县西南约8km处(图 1e)，岩体呈椭圆状出露，面积约20km2，主要由石英二长闪长岩和花岗闪长岩组成，岩体中含有少量的斜长角闪岩类捕虏体。本文样品为石英二长闪长岩(样号25-1)，中细粒半自形粒状结构，块状构造，主要矿物有斜长石(55%)、正长石(25%)、石英(15%)和普通角闪石(5%)(图 2i)，副矿物为榍石、磷灰石和锆石。 3 分析方法
锆石分选在河北廊坊宇能地质服务公司完成。首先将新鲜无蚀变的样品粉碎至80~100目，并用淘选和电磁选方法进行分离，最后在双目镜下提纯。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，对样品靶抛光露出锆石颗粒表面，再对锆石进行透射光、反射光和阴极发光(CL)图像的采集。锆石CL的采集在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室完成。锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄和微量元素分析均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。将193nm的ArF准分子激光与Elan 6100DRC型ICP-MS仪器连接，采用He作为剥蚀物质的载气，U-Pb定年中采用标准锆石91500作为外标进行同位素分馏校正，用硅酸盐玻璃NIST 610作为标准参考物质进行仪器最佳化，详细的实验流程见文献Yuan et al.(2004)。锆石U-Pb谐和图和年龄处理均采用Isoplot/Ex_ver 3.0完成。
全岩的主量、微量元素和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。主量元素分析采用大型X射线荧光光谱(XRF)玻璃熔片法，其分析精度和准确度优于5%；微量元素分析采用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)法，其分析精度和准确度一般优于10%；Sr、Nd同位素分析采用HNO3+HF混合酸和溶样弹溶解，并用AG50×8阳离子交换树脂和LN特效树脂分离和纯化，分离的溶液在热电离同位素质谱仪(TIMS)上进行Sr和Nd同位素比值的测量。锆石原位Hf同位素测试在中国科学院地质与地球物理研究所配有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，分析时激光束直径为63μm，激光剥蚀时间为26s。测定时用锆石标样91500作外标，所用的激光脉冲速率为8Hz，激光束脉冲能量为100mJ，详细的分析流程见文献Wu et al.(2006)。
4 分析结果 4.1 锆石U-Pb年代学
对华北地块中部富碱侵入岩中4个典型岩体——二峰山、黄龙垴、狐偃山和万荣岩体进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb定年分析，代表性锆石的CL图像见图 3，U-Pb分析结果见表 1。
 | 图 3 富碱侵入岩中代表性锆石的阴极发光图像Fig. 3 Cathodoluminescence images of magmatic and inherited zircons from the alkali-rich intrusive rocks |
| 表 1 华北地块中部早白垩世富碱侵入岩中锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果 Table 1 LA-ICP-MS U-Pb data of zircons in the Early Cretaceous alkali-rich intrusive rocks in the central North China Block |
从CL图像中可以看出，4个侵入岩中锆石呈半自形-自形晶，内部结构清晰，其中二峰山、黄龙垴和万荣侵入岩中多数锆石为发育震荡生长环带的均一锆石，少量为具核边结构的继承锆石(图 3a，b，d)，锆石边部发育震荡生长环带，结合它们相对高的Th/U比值(0.13~4.40)，暗示它们为岩浆成因；狐偃山侵入岩中锆石不发育核边结构，具有条痕状吸收的特点(图 3c)，Th/U比值介于0.53~2.27之间，也反映了它们的岩浆成因特征。
二峰山、黄龙垴、狐偃山和万荣侵入岩中岩浆锆石的206Pb/238U定年结果分别介于128~132Ma、124~136Ma、123~139Ma和124~131Ma之间，其加权平均年龄分别为130±1Ma(n=11)(图 4a)、127±2Ma(n=7)(图 4b)、130±3Ma(n=15)(图 4c)和127±1Ma(n=14)(图 4d)，即它们的形成时代均为早白垩世。此外，在二峰山侵入岩中一个继承锆石核部的207Pb/206Pb年龄为1979Ma；黄龙垴侵入岩中三个继承锆石的核部发育震荡生长环带，具有相对高的Th/U比值(0.13~0.87)，表明它们应为岩浆成因，代表本区另一次岩浆事件的存在，其年龄介于207~226Ma之间，加权平均年龄为221±13Ma(n=3)(图 4b)，另外一个继承锆石的年龄误差相对较大为270Ma；狐偃山侵入岩中三个捕获锆石的207Pb/206Pb年龄分别为1791Ma、2088Ma和2559Ma；万荣侵入岩中一个继承锆石核部的年龄为2370Ma。
 | 图 4 富碱侵入岩中锆石的U-Pb年龄谐和图Fig. 4 Zircon U-Pb concordia diagram for the alkali-rich intrusive rocks |
华北地块中部富碱侵入岩的主量元素分析结果见表 2。整体为低硅(SiO2=55.33%~65.00%)和富碱(Na2O=3.45%~9.52%、K2O=2.44%~5.41%、(Na2O+K2O)=5.89%~14.38%)的特征。除东冶角闪闪长岩外，其它富碱侵入岩的MgO=0.21%~1.38%、Mg#=19~44、TiO2=0.10%~0.59%、Al2O3=16.20%~20.50%、Fe2OT3=1.79%~5.91%，而东冶角闪闪长岩具有相对高的镁、铁含量(MgO=7.66%、Mg#=62、Fe2OT3=8.73%)。TAS图解上，除塔儿山和万荣侵入岩落在靠近分界线的亚碱性系列范围内，其它侵入岩均位于碱性系列范围内(图 5a)；在化学成分分类上，除塔儿山二长闪长斑岩落在石英二长岩、狐偃山石英二长岩落在正长岩、万荣石英二长闪长岩落在石英二长岩、东冶角闪闪长岩落在二长闪长岩区域外(图 5a)，其它分类均与矿物组成分类相一致。在里特曼指数(σ)图解上，除万荣和东冶侵入岩位于碱性和钙碱性分界线附近，其它样品均分布于σ>3.3的碱性-过碱性区域(图 5b)。综合上述化学成分可以看出，东冶、塔儿山和万荣侵入岩属于偏碱性岩石，而其它侵入岩均为碱性-过碱性岩石，这与岩石中碱性暗色矿物的存在相一致，表明它们属于偏碱性-碱性的富碱侵入岩。在Harker图解上，结合研究区前人发表的富碱侵入岩数据显示，随着SiO2含量的升高，MgO、Fe2OT3、CaO、TiO2呈负相关关系，而Na2O呈正相关关系，Al2O3则表现为先升高后降低的相关性(图 6)。
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| 表 2 富碱侵入岩的主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析结果 Table 2 Major(wt%) and trace(×10-6)element data of the alkali-rich intrusive rocks |
 | 图 5 富碱侵入岩的TAS(a)和里特曼指数图解(b)Fig. 5 TAS(a) and Na2O+K2O vs. SiO2(b)variation diagram for the alkali-rich intrusive rocks |
 | 图 6 富碱侵入岩的主量元素Harker图解Fig. 6 Harker diagram of major elements for the alkali-rich intrusive rocks |
华北地块中部富碱侵入岩的稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(图 7a)显示，它们整体具有相类似的配分型式，表现为轻稀土元素(LREE)相对富集，重稀土元素(HREE)相对亏损的右倾斜型(LREE/HREE=8.27~26.5、(La/Yb)N=8.53~26.1)，具有无或弱的Eu异常(δEu=0.88~1.13)，ΣLREE=83.2×10-6~183×10-6、ΣHREE=3.13×10-6~17.8×10-6、ΣREE=86.3×10-6~196×10-6(表 2)。其中水冶和黄龙垴侵入岩的中稀土元素相对于其它侵入岩具有更低的特点。微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 7b)显示，它们具有类似的微量元素特征，富集大离子亲石元素(LILEs)(Rb、Ba、Sr)，强烈亏损高场强元素(HFSEs)(Nb、Ta)，具有明显的Pb正异常和P、Ti的负异常，其中水冶样品的Pb正异常和P、Ti负异常更加明显。除东冶角闪闪长岩外，其它富碱侵入岩的Cr、Co、Ni含量偏低，为Cr=2.18×10-6~19.5×10-6、Co=1.27×10-6~9.39×10-6、Ni=1.69×10-6~16.1×10-6，东冶侵入岩的Cr、Co、Ni含量分别为402×10-6、35.3×10-6、148×10-6。
 | 图 7 富碱侵入岩的球粒陨石标准化配分型式(a)和原始地幔标准化蛛网图(b)Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns(a) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams(b)for the alkali-rich intrusive rocks |
华北地块中部富碱侵入岩的Sr、Nd同位素组成列于表 3 。结果显示，样品的初始87Sr/86Sr比值相对分散，其中3个样品的初始87Sr/86Sr比值小于0.7040，主要是由于样品本身具有很高的87Rb/86Sr比值(表 3)，导致初始87Sr/86Sr比值存在很大的误差而不可信，但其它样品的(87Sr/86Sr)i值相对集中，介于0.7049~0.7062之间，平均值为0.7055。Nd同位素的组成整体比较集中，所有样品的εNd(t)值变化于-20.1~-13.3之间，平均值为-16.30，这与华北地块中部白垩纪辉长岩和白垩纪煌斑岩具有类似的εNd(t)值(图 8)，而不同于华北地块中部白垩纪富集岩石圈地幔和新生代玄武岩的Nd同位素组成(图 8)。狐偃山和东冶侵入岩具有相对高的初始87Sr/86Sr比值(0.7062、0.7057)和εNd(t)值(-13.3、-13.5)，水冶侵入岩具有最低的εNd(t)值(-20.1)，但由于Sr同位素的缺少而没有投影在图 8上。
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| 表 3 富碱侵入岩的Sr-Nd同位素分析结果 Table 3 Sr-Nd isotopic ratios for the alkali-rich intrusive rocks |
 | 图 8 富碱侵入岩的Sr-Nd同位素组成 资料来源：太行山地区新生代玄武岩据Tang et al.(2006)；白垩纪和三叠纪富集型岩石圈地幔以及白垩纪煌斑岩据Chen and Zhai(2003)和Zhang et al.(2004)；白垩纪辉长岩据Chen et al.(2004)和许文良等(2009)；华北克拉通下地壳和上地壳据Jahn et al.(1999). 模拟曲线的端元：华北克拉通下地壳：Sr=300×10-6，Nd=38×10-6，εNd=-28，Isr=0.7090；三叠纪富集岩石圈地幔：Sr=1100×10-6，Nd=30×10-6，εNd=-5.4，Isr=0.7064；早白垩世富集岩石圈地幔：Sr=1100×10-6，Nd=30×10-6，εNd=-8，Isr=0.7054Fig. 8 Initial 87Sr/86Sr vs. εNd(t)diagram for alkali-rich intrusive rocks |
在锆石LA-ICP-MS U-Pb定年的基础上，对二峰山、黄龙垴、狐偃山和万荣侵入岩进行了锆石原位Lu-Hf同位素分析(表 4)。结果显示，岩浆锆石边部的Hf同位素组成相类似，其176Hf/177Hf比值分别变化于0.281926~0.282119、0.282006~0.283010、0.281905~0.282219和0.281878~0.281994之间，利用侵入岩形成时代计算的εHf(t)值分别介于-27.7~-20.7、-24.4~-18.8、-28.4~-17.4和-28.9~-24.8之间(图 9)，平均值分别为-24.8、-21.2、-21.6和-27.3，它们均位于早白垩世富集岩石圈地幔和华北克拉通下地壳Hf同位素组成范围之间(图 9)。黄龙垴侵入岩中三叠纪(207~226Ma)继承锆石的εHf(t)值均为正值，介于8.2~12.8之间，投影于球粒陨石和亏损地幔演化线之间(图 9)。
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| 表 4 富碱侵入岩中锆石Hf同位素组成 Table 4 Zircon Hf isotopic compositions of the alkali-rich intrusive rocks |
 | 图 9 富碱侵入岩中锆石的Hf同位素组成 资料来源：早白垩世富集岩石圈地幔据Yang et al.(2006)和Chen et al.(2008)；华北克拉通下地壳据Jahn et al.(1999)Fig. 9 Zircon Hf isotopic compositions of the alkali-rich intrusive rocks |
华北地块中部早白垩世4个典型富碱侵入岩中锆石CL显示，其边部发育震荡环带生长边，具有相对高的Th/U比值(0.13~4.40)，表现出岩浆锆石的特征，其定年结果应代表岩浆结晶的年龄。二峰山霓辉二长岩、黄龙垴霓辉正长岩、狐偃山石英二长岩和万荣石英二长闪长岩中岩浆锆石的206Pb/238U年龄分别介于128~132Ma、124~136Ma、123~139Ma和124~131Ma之间，其加权平均年龄分别为130Ma、127Ma、130Ma和127Ma，即它们的形成时代为早白垩世，这与前人对狐偃山二长岩(130Ma)、二峰山石英二长岩(128~134Ma)和万荣花岗岩闪长岩(132Ma)的锆石U-Pb定年结果相吻合(齐玥等，2011; Ying et al., 2011)，表明华北地块中部富 碱侵入岩的形成时代均为早白垩世。 此外，许文良等(2004)对塔儿山二长闪长斑岩和东冶角闪闪长岩中角闪石的40Ar/39Ar测年结果分别为125Ma和127Ma，而东冶岩体中闪长玢岩、辉长岩和角闪闪长岩中锆石的U-Pb定年结果为123~126Ma(彭头平等，2004; Wang et al., 2006; 陈艳等，2014)，这与华北地块中部太行山地区符山高镁闪长岩(125Ma，许文良等，2009)、西安里角闪闪长岩(130Ma，王春光等，2011)和太行山北段基性岩(129~138Ma，Chen et al., 2008)的形成时代相类似，同时与华北地块东部蚌埠花岗岩(130Ma，Yang et al., 2010)和鲁西中-基性火山岩-侵入岩(108~135Ma，Yang et al., 2012b)的形成时代相一致，暗示岩浆侵入和喷出的时代主要集中在108~135Ma，表明华北地块乃至中国东部中生代最强烈的一次岩浆事件发生在早白垩世，这与华北克拉通岩石圈减薄的峰期年龄相对应(许文良等，2004; Wu et al., 2005; Yang et al., 2010，2012b)。 5.2 富碱侵入岩的岩石成因
富碱的岩浆岩在地球上分布十分有限，但其具有特殊的地质意义，即源区深度大、部分熔融程度低、通常形成于岩石圈伸展的构造背景(Lynch et al., 1993; Ying et al., 2007)。因此，对研究岩石圈深部的物质组成、岩浆演化和地球动力学过程等提供了重要信息。关于富碱岩浆的成因研究一直存在较多争论，其主要观点包括：1)由富集型地幔橄榄岩低程度的部分熔融形成(Lynch et al., 1993)；2)由上地幔橄榄岩熔融形成的碱性玄武岩浆通过结晶分异作用形成(Litvinovsky et al., 2002)；3)由地壳物质熔融形成的花岗质岩浆演化到晚期的残余熔体形成(Lubala et al., 1994)；4)由幔源玄武质岩浆演化或玄武质岩浆在浅部或源区同化陆壳岩石形成(Sheppard，1995)。
华北地块中部富碱侵入岩总体具有类似的岩石地球化学和同位素组成，暗示它们可能具有相似的岩石成因。富碱侵入岩整体具有相对高的LREE丰度(83.2×10-6~183×10-6)和富集的同位素组成(εNd(t)=-20.1~-13.3、εHf(t)=-28.9~-17.4)，排除了它们由上地幔橄榄岩熔融形成的碱性玄武岩浆通过结晶分异作用形成的可能，因为这样的岩浆具有低的LREE丰度和亏损的同位素组成，同时在该地区出露的相同时代的基性岩浆非常少也不支持上述观点(Wang et al., 2006)。富碱侵入岩相对低的SiO2含量(55.33%~65.00%)和富集的同位素组成也与单纯由地壳物质熔融形成的花岗质岩浆演化到晚期的残余熔体形成的观点不一致，后者通常形成高的SiO2含量和低的同位素组成。然而，华北地块中部富碱侵入岩相对偏高的初始87Sr/86Sr比值(多数为0.7049~0.7062)、偏低的εNd(t)值和较低的锆石εHf(t)值，结合HFSEs(Nb、Ta)的亏损和明显的Pb正异常，确显示了源区中华北地块下地壳物质的明显存在，这与侵入岩中代表华北基底年龄的古元古代-新太古代继承锆石的存在相一致(Zhao et al., 2001)。但是，在符山和东冶角闪闪长岩中均发现有地幔橄榄岩包体(许文良等， 2004，2009; Xu et al., 2010)，而在塔儿山和黄龙垴岩体中也发现了少量闪长质和辉石岩类的包体(图 2b、d)，结合富碱侵入岩整体低的SiO2含量、富Na和相对富集LILEs(Rb、Ba、Sr)的特征，说明它们同时具有地幔源区的属性，这也得到了本文样品与东冶辉长岩相类似的微量元素(图 7)和Nd同位素组成(图 8)的支持(Wang et al., 2006)，并且从偏低的Nd同位素和锆石Hf同位素组成上可以看出，幔源岩浆应来源于富集的岩石圈地幔而非软流圈地幔。因此，华北地块中部富碱侵入岩的原始岩浆可能源于两个不同性质熔体的混合，这两种熔体分别为富集型地幔和古老下地壳物质的部分熔融。黄龙垴侵入岩中存在三叠纪(207~226Ma)继承锆石，该年龄与华北南缘中部嵩县三叠纪霓辉正长岩的时代相一致(226Ma，曾广策，1990)，暗示黄龙垴侵入岩的源区可能存在三叠纪岩浆事件的影响。
全岩Sr、Nd同位素和锆石Hf同位素是示踪岩浆源区的有效指示剂。华北地块中部富碱侵入岩的初始87Sr/86Sr比值主体为0.7049~0.7062，εNd(t)值介于-20.1~-13.3之间(图 8)，它们低于华北地块中部白垩纪富集岩石圈地幔和新生代玄武岩的Nd同位素组成，明显高于华北地块下地壳同位素组成(Jahn et al., 1999)，而与华北地块中部白垩纪辉长岩和白垩纪煌斑岩以及角闪闪长岩相类似，后者的研究已经表明它们的源区也具有壳-幔混合的属性(Chen and Zhai， 2003; Wang et al., 2006; 许文良等，2009; 王春光等，2011)。在华北克拉通下地壳和早白垩世富集岩石圈地幔的两端元简单混合模拟曲线上可以看出，富碱侵入岩的原始岩浆可能为20%~40%下地壳物质熔融的熔体与60%~80%的富集岩石圈地幔部分熔融熔体的混合(图 8)，这与Ying et al.(2011)对二峰山和狐偃山二长岩获得的结果相一致。岩浆锆石的εHf(t)值变化于-28.9~-17.4之间，与华北地块中部西安里和符山岩体(许文良等，2009；王春光等，2011)以及Ying et al.(2011)获得的二峰山和狐偃山二长岩中锆石Hf同位素组成相类似，它们均具有相对宽的变化范围，投影在早白垩世富集岩石圈地幔和华北克拉通下地壳的Hf同位素组成范围之间(图 9)。综合上述讨论可以看出，华北地块中部富碱侵入岩的原始岩浆应起源于富集的岩石圈地幔部分熔融的熔体与华北地块古老下地壳熔融熔体的混合。东冶角闪闪长岩具有最低的SiO2和最高的MgO、Cr、Co和Ni含量以及相对高的Nd同位素组成，暗示其源区中幔源组成可能相对较多，而万荣石英二长闪长岩具有最高的SiO2含量和相对低的MgO、Cr、Co和Ni含量以及Nd同位素组成，表明它们的源区可能以拆沉的壳源组分占重要比例，这也得到了样品具有埃达克质岩石的地球化学属性的支持，其Sr/Y比值介于59~71之间(齐玥等，2011)。
那么，壳-幔相互作用的过程和机制如何，是加厚下地壳物质的拆沉对岩石圈地幔的改造，还是富集型岩石圈地幔的部分熔融形成底侵于地壳底部的基性岩浆进而受到下部陆壳物质的混染，目前单纯从富碱侵入岩或者该地区已发表的早白垩世侵入岩的岩石地球化学和同位素特征并不能得到回答，因为所有的研究者都得出了相类似的地球化学特征——富集LILEs和LREE、亏损HFSEs和HREE，具有相对富集的Sr、Nd、Hf同位素组成(Chen et al., 2004，2008; Wang et al., 2006; 许文良等，2009; 齐玥等，2011; 王春光等，2011; Ying et al., 2011)。然而，华北地块中部符山岩体中地幔橄榄岩包体的岩相学、矿物化学和全岩地球化学研究为解决这一问题提供了重要途径(许文良等，2009; Xu et al., 2010)。符山岩体中代表古老岩石圈地幔的方辉橄榄岩中次生角闪石和金云母以及代表岩石圈地幔被强烈改造的纯橄岩中网状斜方辉石的存在，表明它们受到了富硅质熔体的交代，而方辉橄榄岩低的Nd同位素组成(-23.6~-15.4)和次生角闪石的矿物化学成分显示，富硅质熔体主要源于拆沉的古元古代造山带下地壳物质的部分熔融(许文良等，2009; Xu et al., 2010)，也就是说加厚的古元古代造山带下地壳物质首先发生了拆沉，进而在地幔深度发生了富硅质熔体与富集岩石圈地幔熔融的熔体之间的壳-幔相互作用，这一过程不仅造成了符山岩体中地幔橄榄岩包体受到了强烈的壳源熔体改造，同时也形成了具有相对富集同位素组成的富碱侵入岩岩浆。壳源熔体与幔源熔体之间的相互作用可能主要发生在岩浆源区，这与华北地块中部富碱侵入岩中古元古代-新太古代继承锆石多数出现在锆石的核部相一致(图 3)。综上所述，华北地块中部富碱侵入岩的原始岩浆应起源于受拆沉的古元古代造山带下地壳物质熔融的熔体交代的富集型岩石圈地幔的部分熔融。
华北地块中部早白垩世富碱侵入岩与该地区同时期的辉长岩和角闪辉长岩具有相类似的稀土元素和微量元素特征以及同位素组成(富集LILEs和LREE、亏损HFSEs和HREE、相对富集Nd同位素，Wang et al., 2006; 王春光等，2011; Ying et al., 2011)，暗示它们可能具有相似的岩石成因和岩浆演化。在Harker图解上，华北地块中部早白垩世辉长岩和角闪闪长岩以及富碱侵入岩具有大致的相关关系，其中MgO、Fe2O3T、CaO、TiO2等主量元素和Sc、Co、V等微量元素与SiO2含量呈负相关关系(图 6、图 10)，暗示岩浆演化过程中存在辉石和橄榄石等铁镁矿物的显著分离结晶，这也造成了早白垩世富碱侵入岩具有较原始地幔来源的熔体明显低的MgO、Ni、Cr和Co含量，而东冶角闪闪长岩的分离结晶作用可能相对较弱。此外，岩石中Eu异常不明显，表明斜长石的分离结晶较弱或者源区残留相中不存在斜长石，而P和Ti的强烈亏损可能与磷灰石和钛铁矿的分离结晶有关。黄龙垴和水冶侵入岩的中稀土元素丰度相对偏低，可能与源区残留相中存在角闪石或者岩浆演化过程中角闪石的分离结晶有关。由此可见，在幔源熔体与壳源熔体不同程度岩浆混合的过程中，在岩浆源区或者岩浆上升过程中同时也发生了分离结晶作用，从而形成了不同类型的富碱侵入岩。
 | 图 10 富碱侵入岩SiO2-微量元素变异图解Fig. 10 SiO2 vs. trace element variation diagram for the alkali-rich intrusive rocks |
华北地块中部富碱侵入岩的U-Pb年代学研究表明，它们均形成于早白垩世，这与华北地块乃至中国东部中生代最强烈的一次岩浆事件相一致(许文良等， 2004，2009; Wu et al., 2005; Yang et al., 2010，2012b)，表明它们形成于相类似的构造背景。中国东部早白垩世的岩浆活动以分布面积广和表现为双峰式岩石组合为特点(林强等，2003; 许文良等，2004; Yang et al., 2010，2012b)，暗示它们形成于岩石圈减薄的伸展构造背景，这与华北地块中部富碱侵入岩的形成也是相吻合的，后者也产出于拉张的构造环境，同时它们与中国东部NNE向大型伸展构造和拉分盆地的广泛发育相对应(Zhang et al., 2003)。因此我们认为，华北地块中部早白垩世富碱侵入岩形成于岩石圈伸展的构造背景，这与古太平洋板块向欧亚大陆斜向俯冲的时期相对应(Maruyama and Send， 1986; Green and Falloon， 2015)。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，导致华北地块中部加厚的古元古代造山带下地壳物质发生拆沉，拆沉的榴辉岩相陆壳物质密度和比重较大，进而对软流圈进行强烈的扰动，引起热的软流圈地幔物质上涌，在岩石圈伸展的构造背景下，导致富集岩石圈地幔发生部分熔融，然后已经拆沉的华北地块中部造山带下地壳物质熔融的熔体在岩浆源区交代富集岩石圈地幔，进而发生壳-幔的相互作用，不同程度混合和反应的岩浆在源区或者上升过程中又发生了橄榄石、辉石等铁镁矿物的分离结晶作用，在此过程中由于两种性质的熔体混合比例以及分离结晶程度的不同，从而形成了华北地块中部早白垩世时期不同岩石类型的富碱侵入岩。从符山岩体中地幔橄榄岩包体的类型、比例以及Re亏损模式年龄来看，华北地块中部代表晚太古代和古元古代难熔地幔的方辉橄榄岩和二辉橄榄岩构成了橄榄岩包体的主体(~95%)，而被拆沉陆壳物质强烈改造的纯橄岩只有5%(Xu et al., 2010)，这与华北地块东部早白垩世时期岩石圈地幔的属性明显不同，后者则以受陆壳物质强烈改造的纯橄岩为主(~95%)(Xu et al., 2008)，因此我们认为，华北地块中部主体可能并没有发生克拉通的破坏，只是局部存在因加厚下地壳拆沉和软流圈上涌引起的岩石圈减薄，华北克拉通的破坏主要发生在东部。 6 结论
(1)华北地块中部富碱侵入岩中锆石206Pb/238U加权平均年龄介于127~130Ma之间，即它们形成于早白垩世。
(2)早白垩世富碱侵入岩的原始岩浆起源于受拆沉的古元古代造山带下地壳物质熔融的熔体交代的富集岩石圈地幔的部分熔融。壳源和幔源熔体混合比例以及分离结晶程度的不同，形成了华北地块中部早白垩世时期不同类型的富碱侵入岩。
(3)华北地块中部早白垩世富碱侵入岩形成于古太平洋板块西向俯冲的地球动力学背景和岩石圈伸展的构造环境。
致谢 两位匿名审稿专家和编辑提供了建设性的意见，李建华和王枫博士对修改稿提供了建议，这些对提高本文的质量起到了重要作用; 野外工作得到王冬艳和王清海教授的帮助；在此一并感谢。| [1] | Chen B and Zhai MG. 2003. Geochemistry of Late Mesozoic lamprophyre dykes from the Taihang Mountains, North China, and implications for the sub-continental lithospheric mantle. Geological Magazine, 140(1):87-93 |
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