2016, Vol. 32
2. 朝鲜国家科学院地质研究所, 平壤 3812100
2. Institute of Geology, State Academy of Sciences, Pyongyang 3812100, DPRK
朝鲜半岛是中国大陆在亚洲东北部的重要延伸，是欧亚大陆的重要组成部分。前人的研究结果表明(Chang，1996; Chough et al.，2000; Ree et al.，1996; Yin and Nie，1993; Zhai et al.，2007a)，朝鲜半岛可以被细分为不同的构造单元，如冠帽(Kwanmo)、狼林(Nangrim或Rangrim)、京畿(Gyonggi)和岭南(Yeongnam或Ryongnam)等四个地块，平南盆地(Pyongnam)、太白山盆地(Taebaeksan)和庆尚盆地(Gyongsang)等三个主要的沉积盆地，临津江带(Imjinggang或Rimjingang)和沃川带(Ogcheon)等两个构造带(图 1)。
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图 1 朝鲜半岛构造单元划分以及前寒武纪岩石分布图(a，据Chough et al.，2000; Zhao et al.，2006; Peng et al.，2008修改)、朝鲜半岛在中朝克拉通的位置(b，据Peng et al.，2014修改)和研究区地质简图(c) Fig. 1 Tectonic units of the Korea Peninsula and distribution of the Precambrian rocks(a，modified after Chough et al.，2000; Zhao et al.，2006; Peng et al.，2008)，location of the Korean Peninsula in Sino-Korea Craton(b，after Peng et al.，2014)and geological sketch map of the study area(c) |
狼林地块、京畿地块和岭南地块都包含有太古宙-元古宙基底，而冠帽地块则被认为代表兴-蒙造山带(亚洲中部造山带)的一部分(Peng et al.，2011，2008)。平南盆地属中元古代到古生代，太白山盆地属古生代，而庆尚盆地属中生代，三者分别沉积于狼林地块、京畿地块和岭南地块的基底岩石之上(Chough et al.，2000)。临津江带主要由记录了晚二叠-早三叠高级变质作用的岩石组成，一些研究者认为临津江带是大别-苏鲁造山带在朝鲜半岛的延伸(Chang，1996; Ree et al.，1996)。沃川带则主要由新元古代到古生代的沉积岩和变质火山岩以及中生代花岗岩侵入体组成，新元古代和早古生代岩石记录了古生代中期和三叠纪的多期变质变形作用(Cheong et al.，2003; Min and Cho，1998)。Kim et al.(2006) 、Kwon et al.(2009) 和Oh et al.(2006) 报道了在京畿地块西南和东南部识别出的古生代晚期到早中生代榴辉岩和麻粒岩，并由此推测大别-苏鲁造山带延伸到了京畿地块。Zhai et al.(2005，2007a)认为狼林地块、京畿地块和岭南地块具有与华北类似的基底组成，并且临津江带和沃川带的岩石组成指示二者不具有碰撞造山带的特征，它们应该是俯冲的扬子板块下地壳岩石发生拆离、逆冲，并剥露于朝鲜半岛西部基底岩石之上的结果。
由此可见，大别-苏鲁造山带究竟是否以及如何延伸到朝鲜半岛，还存在诸多的争议。尽管如此，目前大多数研究者认为狼林地块属于华北克拉通(又称中朝克拉通)的一部分(Chough et al.，2000; Faure et al.，2004; Li et al.，2004; Zhai et al.，2007a; Zhao et al.，2006; 白瑾，1993; 张秋生，1988)。前人的大量研究结果表明，华北克拉通是世界上最为古老的陆块之一(Jahn et al.，1987; Liu et al.，1985，1992; Song et al.，1996; Wan et al.，2015; Zhao et al.，2016)，经历了太古宙的巨量陆壳增生以及第一期克拉通化、古元古代裂解-俯冲-增生-碰撞事件并完成第二次克拉通化、中新元古代的持续-多期次的裂解事件(Guo et al.，2015; Kusky，2011; Peng et al.，2014; Santosh et al.，2013; Zhai，2014; Zhai et al.，2014，2015; Zhai and Santosh，2013; Zhai and Zhou，2015; Zhao et al.，2012; Zhao and Zhai，2013; Zhao，2014)。然而，对狼林地块相关研究的匮乏严重制约了对其基底岩石组成和地质演化的认识。目前针对狼林地块的陆壳生长时限、地质演化规律以及其构造属性等方面都存在不同的认识(Faure et al.，2004; Li et al.，2006; Luo et al.，2008; Peng et al.，2012; 白瑾，1993; 王惠初等，2011，2015; 张秋生，1988)。本文选取位于平南盆地西侧的南浦群和甄山群中的混合岩为研究对象，通过详细的岩相学、锆石U-Pb年代学研究并结合与华北克拉通的对比，证实狼林地块在古元古代发生与华北克拉通的一些地区类似的高温变质和深熔作用。这一研究结果，将会为全面理解中朝克拉通古元古代地质演化提供重要的素材。
2 地质背景据早期的地质资料可知，狼林地块早前寒武纪基底岩石组成主要包括太古宙狼林群、古元古代甄山群(Jungsan)、摩天岭系(Machollyong System)、黄海群(Hwanghae)以及时代与之相当的一系列遭受强烈变形和混合岩化的中酸性侵入岩(Kim and Jon，1996; Paek and Jon，1996; Ri，1996a，b)。研究区位于狼林地块西南侧(平南盆地西缘)的南浦地区，研究区分布的早前寒武纪岩石包括狼林群和甄山群(也称义州群)变质沉积岩、南浦群(Nampo)紫苏辉石片麻岩(混合岩)，中新元古代司堂隅群(Sandangwoo)灰岩以及中生代大宝群(Taebo)砂岩和谭川(Tanchon)花岗岩杂岩体在南浦地区也有分布(图 1)。狼林群和甄山群变质沉积岩都显示明显的混合岩化现象，表现为浅色体和暗色体交错分布以及局部脉体的富集。二者的接触关系目前尚不明确，现有的资料推测二者为构造接触关系(Kim and Jon，1996; Paek and Jon，1996)。
太古宙狼林群主要岩石类型包括黑云母片麻岩、堇青石黑云母片麻岩、石榴堇青石片麻岩、紫苏辉石片麻岩、石英岩、石墨片麻岩、片岩、角闪岩、大理岩和各类混合岩，岩石普遍经受麻粒岩相变质作用，其中特征的岩石包括紫苏辉石片麻岩和石墨片麻岩(Kim and Jon，1996)。古元古代甄山群原属太古宙狼林群的一部分，基于变质级别、接触关系以及同位素年代学方面的证据，甄山群被单独剥离出来，并被划归到下元古界(转引自Paek and Jon，1996)。根据岩石组合的差异，甄山群被分为石榴石夕线石组、角闪岩组、含磷灰石组和碎屑片岩-片麻岩组。石榴石夕线石组是一套富铝组合，岩石类型包括石榴夕线黑云片麻岩、长石石英黑云片岩以及少量的辉石岩、角闪石岩包体。角闪岩组的岩石类型主要有角闪岩、角闪片岩、长石石英黑云片岩以及少量的黑云母片麻岩。含磷灰石组的主要岩石类型为黑云母片岩、长石石英黑云母片岩、角闪片岩以及注入型混合岩，该组特征是含有富磷灰石金云母大理岩、富磷灰石辉石岩-角闪石岩和黑云母片麻岩。碎屑片岩片麻岩组的主要岩石类型包括长石石英黑云片岩、石榴夕线黑云片岩-片麻岩、混合岩和角闪片岩。南浦群紫苏辉石片麻岩仅分布于南浦地区，现有的年代学资料(Sm-Nd同位素结果)表明，该紫苏辉石片麻岩的时代为3503±123Ma。狼林群中也包含有紫苏辉石片麻岩，Sm-Nd同位素结果表明狼林群紫苏辉石片麻岩的时代为3180~2951Ma(Lyang et al.，2009)。然而由于缺乏系统的锆石U-Pb年代学数据，并且这些传统方法获得的年龄数据究竟属于全岩Sm-Nd模式年龄还是等时线年龄(全岩或者单矿物+全岩？)，很难查到相关的文字记载，因此很难准确理解这些年代学数据所代表的具体地质含义。
3 样品描述及特征岩相结构本文所研究的10NK01、10NK03、10NK04和10NK05等4件样品采自于南浦群，10NK08、10NK09和10NK10等3件样品采自于甄山群。
南浦群的4件样品均采自于朝鲜西海岸的一个废弃采石场。10NK01整体呈现黑色，矿物粒度较小并且岩石相对均匀，片麻理不明显(图 2a)。10NK03发育明显的片麻理，混合岩化作用形成的浅色体和暗色体交错分布(图 2b)，局部浅色体富集的位置包含有大小不等的斑点状或片状暗色体(图 2c)。10NK04中熔体含量更为丰富，不发育片麻理，并且含有大量巨斑状石榴石(图 2d，e)。10NK05为混合岩化作用所形成的长英质伟晶岩，该样品为黄白色，局部包含有少量的暗色团块(图 2f)。上述南浦群几种岩石类型相互之间呈现渐变过渡关系，没有截然的接触界限。
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图 2 南浦群中4个样品的野外露头照片 (a)10NK01；(b、c)10NK03；(d、e)10NK04；(f)10NK05 Fig. 2 Outcrop photos of the four studied samples from the Nampo Group |
甄山群的3件样品均采自于朝鲜西海岸大同江入海口附近的一个路切剖面。10NK08和10NK09为片麻理发育明显的混合岩，补丁状浅色体和细脉状浅色体在岩石中都有分布，细脉状浅色体延长方向与岩石片麻理方向一致(图 3a-c)。二者的区别在于样品10NK08浅色体含量较少，而10NK09中浅色体含量较多。10NK10不发育明显的片麻理，岩石中含有大量巨斑状石榴石，浅色体作为斑晶和片状暗色体的填隙组分，在岩石中杂乱分布(图 3d)。甄山群的两种岩石类型也没有截然的接触界限，表现为渐变过渡的关系。
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图 3 甄山群中两类岩石的野外露头照片 (a-c)10NK08和10NK09；(d)10NK10 Fig. 3 Outcrop photos of the three studied samples from the Jungsan Group |
通过岩相学观察，10NK01为紫苏辉石片麻岩，其矿物组合为紫苏辉石+黑云母+角闪石+斜长石+钾长石+石英+钛铁矿。紫苏辉石显示嵌晶结构，内部包含浑圆状的石英、黑云母以及少量的斜长石，除此之外，基质中的许多长石和石英也表现出浑圆状外形(图 4a，c)。基质中的少量黑云母发育明显的反应边结构，反应边多由石英+钛铁矿+长石组成(图 4b)。在长石和石英的接触部位，可以经常看到棱角尖锐的不规则的薄膜状(thin films)长石或者石英，但是在长石和长石，以及石英和石英的接触部位，通常边界比较平直，不发育薄膜结构(图 4c)。10NK03为含石榴石的黑云母片麻岩，其矿物组合为石榴石+黑云母+斜长石+钾长石+石英+绿泥石+绢云母+钛铁矿等。岩石蚀变严重，黑云母多蚀变为绿泥石，斜长石多蚀变为绢云母和绿泥石(图 4d-f)。该黑云母片麻岩中的石榴石颗粒较小，并且形态不规则，呈现被拉长的“梭形”(图 4d，e)。石英表现出两种截然不同的形态，一种为多晶石英(图 4e)，另一种为大颗粒的石英斑晶(图 4f)。两种石英都表现出浑圆状外形，并且多晶石英与相邻的黑云母颗粒交界处，多发育由棱角状石英或钾长石组成薄膜结构。10NK04为含有巨斑状石榴石的混合岩，其矿物组合为石榴石+黑云母+斜长石+钾长石+石英+钛铁矿。黑云母颗粒一般比较小，多以填隙矿物充填于基质中大颗粒的长石和石英的颗粒边界(图 4g)。在长石和石英的边界，也发育类似上述岩石的薄膜结构，薄膜组分多为石英和钾长石。部分大颗粒的钛铁矿发育主要由细粒黑云母组成的后成合晶，巨斑状石榴石裂隙中大多由细粒黑云母充填(图 4h)。熔体伟晶岩样品10NK05的矿物组合为斜长石+石英+钾长石，后期裂隙中还充填有方解石脉(图 5b)。斜长石颗粒显示出明显的蚀变特征，与10NK03类似，本样品中石英颗粒也显示多晶石英和单晶石英两种样式，并且由石英或钾长石组成的薄膜结构，在不同矿物颗粒的边界也广泛发育(图 5a，b)。
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图 4 南浦群样品的岩相照片 (a)紫苏辉石片麻岩(10NK01) 中紫苏辉石的嵌晶结构以及包裹体矿物的浑圆状外形；(b)10NK01中黑云母的熔融结构；(c)10NK01中石英和斜长石边界的薄膜结构以及斜长石的浑圆状外形；(d)含石榴石黑云母片麻岩(10NK03) 的他形石榴石以及蚀变矿物绿泥石等；(e)10NK03中的多晶石英以及他形石榴石；(f)10NK03中的浑圆状石英斑晶以及细粒黑云母+钛铁矿组合；(g)含巨斑石榴石混合岩(10NK04) 中的小颗粒黑云母以及石英和斜长石边界的薄膜结构；(h)10NK04中的斑晶石榴石、其裂隙充填的黑云母以及钛铁矿的后成合晶结构.(b、d、h)为单偏光照片，其余为正交偏光照片.矿物缩写：Qtz-石英；Amph-角闪石；Pl-斜长石；Opx-斜方辉石；Bt-黑云母；Ilm-钛铁矿；Grt-石榴石；Chl-绿泥石；Kf-钾长石 Fig. 4 Photomicrographs of samples from the Nampo Group (a)poikilitic texture of orthopyroxene in the orthopyroxene gneiss(10NK01) and the rounded inclusions in orthopyroxene;(b)melting texture of biotite in orthopyroxene gneiss(10NK01) ;(c)melt films between quartz and plagioclase boundaries and rounded plagioclase;(d)anhedral garnet and the altered minerals like chlorite in garnet bearing biotite gneiss(10NK03) ;(e)anhedral garnet and polycrystal quartz in garnet bearing biotite gneiss(10NK03) ;(f)fine-grained quartz，plagioclase，biotite and ilmenite intergrowth and rounded porphyroblastic quartz in garnet bearing biotite gneiss(10NK03) ;(g)melt films along the boundaries of plagioclase and quartz，fine-grained biotite grains in megaporphyritic garnet migmatite(10NK04) ;(h)megaporphyritic garnet grains in 10NK04. Cracks in garnet are filled with fine-grained biotite and the ilmenite grains are surrounded by symplectite composed of fine-grained biotite.(b，d，h)are in plane polarized light while all the others are in cross polarized light. Mineral abbreviates: Qtz-quartz; Amph-amphibole; Pl-plagioclase; Opx-orthopyroxene; Bt-biotite; Ilm-ilmenite; Grt-garnet; Chl-chlorite; Kf-K-feldspar |
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图 5 南浦群伟晶岩和甄山群样品的岩相照片 (a)熔体伟晶岩(10NK05) 中的大颗粒长石和多晶石英；(b)熔体伟晶岩(10NK05) 中的方解石脉体；(c、d)甄山群中黑云母片麻岩(10NK08和10NK09) ；(e、f)甄山群中含巨斑石榴石的混合岩(10NK10) ，钛铁矿周围发育主要由黑云母组成的后成合晶，石英和长石显示圆化特征.(c、f)为单偏光，其余为正交偏光 Fig. 5 Photomicrographs of samples from the Nampo and Jungsan groups (a)coarse-grained feldspar grains and polycrystal quartz in melt pegmatite(10NK05) ;(b)calcite veins in melt pegmatite(10NK05) ;(c，d)biotite gneiss from the Jungsan Group(10NK08 and 10NK09) ;(e，f)megaporphyritic garnet migmatite(10NK10) from the Jungsan Group. Ilmenite grains are surrounded by symplectite composed of fine-grained biotite. Quartz and feldspar grains are rounded.(c，f)are in plane polarized light and all the others are in cross polarized light |
虽然10NK08和10NK09在浅色体含量方面有些差异，2个样品都属于黑云母片麻岩，而且二者有相同的矿物组合：黑云母+斜长石+石英+少量钾长石和钛铁矿。这2个样品受后期蚀变作用影响较为明显，部分黑云母已经发生绿泥石化，斜长石发生绢云母化，部分石英和斜长石显示浑圆状外形(图 5c，d)。由于受到蚀变作用以及同变质的变形作用影响，矿物间细微的结构关系很难辨认。10NK10为含巨斑状石榴石的混合岩，其矿物组合为石榴石+斜长石+黑云母+钛铁矿+石英+微斜长石+少量夕线石+蚀变矿物如绿泥石等(图 5e，f)。岩石中的石榴石斑晶颗粒巨大，多为厘米级，并且裂隙发育，裂隙内部充填黑云母以及黑云母的蚀变矿物如绿泥石(图 5f)。斜长石和石英的颗粒边界多被侵蚀而呈圆化特征，钛铁矿和黑云母中的包裹体石英以及周围的石英颗粒均呈现浑圆状，钛铁矿周围发育由细粒黑云母组成的后成合晶(图 5f)。
4 实验测试方法本文对上述的7件样品全部进行了锆石U-Pb年龄测试以及锆石的微量元素分析。样品的前处理过程中，首先对每件样品(约3kg)进行破碎，而后采用标准重液和磁选从破碎样中分选出锆石颗粒(不少于800粒)。其次，在双目镜下对每个样品中选出的锆石进行粘靶，粘靶时对大、中、小颗粒的锆石均匀选取，每件样品粘靶的锆石颗粒数量均不少于200颗。粘靶完成后，对每件样品的锆石进行透反射光和阴极发光(CL)照相。锆石的CL图像在中国科学院地质与地球物理研究所电子探针与电镜实验室完成。锆石的LA-ICP-MS在中国科学院地质与地球物理研究所多接收-电感耦合等离子体质谱实验室完成。该实验室的激光剥蚀等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)可以同时完成锆石U-Pb年龄测试和锆石的微量元素分析，仪器型号以及实验测试流程的描述参见(谢烈文等，2008)。实验测试过程中，选取NIS610玻璃作为校正外标，Si作为校正内标，91500锆石作为U-Pb同位素分馏效应的校正外标(Wiedenbeck et al.，1995)，GJ-1作为监控盲样。实验测得的GJ-1的206Pb/208U表面年龄分布在609~621Ma之间，与推荐值613±6Ma基本一致(Elhlou et al.，2006; 谢烈文等，2008)。使用Andersen(2002) 推荐的方法进行普通铅校正，并使用ISOPLOT软件对锆石U-Pb测试数据进行相关处理(Ludwig，2003)。
5 测试结果南浦群和甄山群中的7个样品的锆石CL图像、稀土配分曲线以及锆石U-Pb年龄结果如图 6、图 7、图 8和图 9，具体的锆石U-Pb年龄结果和微量元素结果见表 1和表 2。
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图 6 南浦群样品锆石的球粒陨石标准化稀土配分曲线(标准化值据Sun and McDonough，1989)和CL图像 Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns(normalization values after Sun and McDonough，1989)and CL images of zircons from the four samples from the Nampo Group |
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图 7 甄山群样品锆石的球粒陨石标准化稀土配分曲线(标准化值据Sun and McDonough，1989)和CL图像 Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns(normalization values after Sun and McDonough，1989)and CL images of zircons from the three samples from the Jungsan Group |
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图 8 南浦群样品锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 8 Zircon U-Pb concordia diagrams of the samples from the Nampo Group |
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图 9 甄山群样品锆石U-Pb年龄谐和图以及所有7件样品的207Pb/206Pb年龄与Th/U比值关系图 Fig. 9 Zircon U-Pb concordia diagrams of the samples from the Jungsan Group and the 207Pb/206Pb vs. Th/U ratio diagram of all the seven samples of this study |
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表 1 南浦群和甄山群中的7件样品的锆石U-Pb年龄测试结果 Table 1 Zircon U-Pb age results of the seven samples from the Nampo and Jungsan groups |
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表 2 南浦群和甄山群中7件样品的锆石稀土含量测试结果(×10-6) Table 2 REE results of the seven samples from the Nampo and Jungsan groups(×10-6) |
紫苏辉石片麻岩(10NK01) 和含石榴石黑云母片麻岩(10NK03) 中的锆石显示类似的形态、内部结构和微量元素组成特征。相比于南浦群另外2个样品，紫苏辉石片麻岩和含石榴石黑云母片麻岩中的锆石长宽比较大，通常可达2∶1到3∶1，并且核边结构发育，锆石核多显示弱的岩浆振荡环带，锆石边的发光性一般强于核部(图 6)。虽然部分锆石的长宽比较大，但是锆石晶体颗粒显示出被“圆化”的浑圆状特征，这些被“圆化”的颗粒特征明显不同于机械搬运所造成的磨圆，因为这些“圆化”锆石颗粒显示多晶面特征。紫苏辉石片麻岩(10NK01) 中的锆石大都不发育明显的环带特征，或者发育冷杉叶状环带以及带状分带特征。含石榴石黑云母片麻岩(10NK03) 中的锆石则部分表现出岩浆振荡环带，部分锆石不发育环带特征或者显示冷杉叶状、带状分带特征，锆石裂隙表现出明显的愈合特征，愈合的原始裂隙发光性较强(图 6)。从2个样品锆石的稀土配分曲线可以看出，紫苏辉石片麻岩的锆石都表现出强烈的重稀土富集、正Ce异常和负Eu异常，配分曲线都显示明显的左倾型(图 6)。含石榴石黑云母片麻岩(10NK03) 中的锆石，则一部分显示强烈重稀土富集，并且重稀土左倾，另一部分锆石的重稀土配分曲线则显得略微平坦(图 6)。
含石榴石巨斑的混合岩(10NK04) 以及熔体伟晶岩(10NK05) 样品中的锆石大都浑圆状，并显示多晶面特征。2个样品中锆石的不同之处在于含石榴石巨斑的混合岩(10NK04) 中部分锆石显示明显的核边结构(图 6)。这2个样品中的锆石多不发育岩浆振荡环带，而显示出无环带、弱的宽环带或者冷杉叶状环带。含石榴石巨斑的混合岩(10NK04) 中锆石的微量元素含量表现出比较大的分散性，重稀土配分从左倾到右倾都有分布。这一稀土配分特征表明部分锆石生长时受到石榴石生长的影响(如富含石榴石的暗色体中的锆石)，而另外一部分锆石则可能结晶于开放的体系中(如石榴石较少的淡色体也即熔体中的锆石)。熔体伟晶岩(10NK05) 中的锆石微量元素含量相对集中，表现出较为平坦的重稀土配分。这一配分样式，表明锆石结晶于熔体当中，并且熔体在结晶锆石之前与石榴石达到化学平衡。
对紫苏辉石片麻岩(10NK01) 中的22个锆石点进行了U-Pb年龄分析，这些锆石点的207Pb/206Pb年龄分布在1830~2361Ma之间，Th/U比值在0.03到0.83之间(表 1)。在U-Pb年龄谐和图上，年龄结果分为以下四组：2016±31Ma(n=4) 、1917±15Ma(n=6) 、1871±22Ma(n=4) 和1833±15Ma(n=2) ，Th/U比值小于0.1的锆石主要属于中间两组(图 8和表 1)。后三组年龄结果均来自于锆石边部，或者不发育核边结构、不发育振荡环带的锆石，而207Pb/206Pb年龄大于1944Ma的年龄结果，均在发育振荡环带的锆石核部获得。对含石榴石黑云母片麻岩(10NK03) 中的24个锆石点进行了U-Pb年龄分析，这些锆石点的207Pb/206Pb年龄分布在1855~2320Ma之间，Th/U比值在0.09到0.66之间(表 1)。在所有24个分析点中，有9个点的207Pb/206Pb年龄值大于1950Ma，这些年龄结果来自于锆石核部以及发育岩浆环带的锆石。在U-Pb年龄谐和图上，年龄结果分为以下两组：1981±12Ma(n=3) 和1877±10Ma(n=14) ，仅有两颗锆石的Th/U比值小于0.1，并且第一组年龄结果来自于锆石核部和发育岩浆环带的锆石，第二组年龄结果来自于不发育环带或者显示冷杉叶状或者具有带状分带特征的锆石(图 8和表 1)。对含石榴石巨斑的混合岩(10NK04) 24个锆石点进行了U-Pb年龄分析，这些锆石点的207Pb/206Pb年龄分布在1833~2550Ma之间，Th/U比值在0.02到0.59之间(表 1)。在U-Pb年龄谐和图上，年龄结果主要落在1855Ma左右，这些锆石的Th/U比值有的大于0.1，有的小于0.1。24个年龄结果中，仅有一颗锆石给出太古宙的年龄信息，其207Pb/206Pb年龄为2550±11Ma，Th/U比值为0.08(图 8和表 1)。207Pb/206Pb年龄在2550~1900Ma之间的测试结果，均来自于锆石核部。对熔体伟晶岩(10NK05) 24个锆石点进行了U-Pb年龄分析，这些锆石点的207Pb/206Pb年龄分布在1801~1863Ma之间，Th/U比值在0.02到0.22之间(表 1)。该样品的年龄结果较为集中，在U-Pb年龄谐和图上，年龄结果主要落在1842Ma左右(图 8和表 1)。南浦群样品中锆石的Th/U比值与U-Pb年龄结果，没有明显的对应关系(图 9)。
5.2 甄山群样品虽然10NK08和10NK09这2个黑云母片麻岩样品具有相同的矿物组合，二者的锆石显示出不同的形态、内部结构和稀土配分特征(图 7)。10NK08中的锆石多为浑圆状、多晶面、不发育环带特征或者显示出冷杉叶状、带状分带特征，稀土配分曲线整体显示左倾型，但是重稀土略平(图 7)。10NK09中的锆石显示多种形态，部分锆石为长的棱柱状，部分为浑圆状。然而不管是棱柱状锆石还是浑圆状锆石，其边部都显示“圆化”的特征，锆石多晶面的存在可以将这些“圆化”特征与机械搬运过程中的磨蚀相区别。10NK09中的锆石内部特征为不发育环带或者发育宽板状环带，不同锆石颗粒的发光性差别较大，稀土配分曲线为明显的左倾型，并表现出强烈的正Ce异常以及明显的负Eu异常(图 7)。含巨斑状石榴石的混合岩(10NK10) 中的锆石颗粒较小，大都为浑圆状，发育核边结构(图 7)。不论核或锆石边，均不发育明显的环带特征，不同锆石颗粒的发光性差异较大。稀土配分曲线显示正Ce异常以及负Eu异常，但是重稀土的含量差异很大，有的锆石显示平坦的重稀土配分模式，有的则显示左倾的重稀土配分模式(图 7)。与南浦群中含巨斑状石榴石的混合岩(10NK04) 的锆石稀土配分模式类似，这一稀土配分特征表明一部分锆石生长时受到石榴石生长的影响(如富含石榴石的暗色体中的锆石)，而另外一部分锆石则可能结晶于开放的体系中(如石榴石较少的淡色体也即熔体中的锆石)。
对含有较多浅色体的黑云母片麻岩样品(10NK08) 的23个锆石点进行了U-Pb年龄测试，这些锆石点的207Pb/206Pb年龄分布在1748~1828Ma之间，Th/U比值在0.01到0.74之间(表 1)。在U-Pb年龄谐和图上，年龄结果主要落在1785Ma左右，这些锆石的Th/U比值有的大于0.1，有的小于0.1(图 9和表 1)。对另一个含浅色体较少的黑云母片麻岩的24个锆石点进行了U-Pb年龄测试，这些锆石点的207Pb/206Pb年龄分布在1791~2075Ma之间，Th/U比值在0.04到1.47之间，大多数锆石颗粒的Th/U比值大于0.1(表 1)。在U-Pb年龄谐和图上，年龄结果主要落在1830Ma左右，还有几颗锆石给出2.0Ga左右的年龄值(图 9和表 1)。对含巨斑状石榴石的混合岩(10NK10) 的25个锆石点进行了U-Pb年龄测试，这些锆石点的207Pb/206Pb年龄分布在1734~1924Ma之间，Th/U比值在0.03到0.94之间，大多数锆石颗粒的Th/U比值大于0.1(表 1)。在U-Pb年龄谐和图上，年龄结果主要落在1841Ma左右，还有几颗锆石给出1.7~1.8Ga左右的年龄值(图 9和表 1)。
6 讨论 6.1 锆石成因以及年代学微区锆石U-Pb定年技术目前已经十分成熟，而且前人对不同岩石中不同成因的锆石的形态、内部结构、包裹体和微量元素组成、Lu-Hf同位素组成、Th/U比值等都进行过系统而全面的研究和总结(Geisler et al.，2007; Hoskin and Schaltegger，2003; Rubatto，2002; Rubatto et al.，1999; Zhao et al.，2015)，这为我们全面理解锆石成因和锆石U-Pb年代学所代表的实际地质意义提供了便利。南浦群的紫苏辉石片麻岩(10NK01) 的锆石发育核边结构，锆石边部显示被“圆化”的特征，CL图像显示锆石核部发育振荡环带，而边部和不含有核的锆石多不发育环带或显示冷杉叶状以及带状分带，这些特征都与变质锆石特征相一致(Corfu et al.，2003; Kröner et al.，2006; Vavra，1990)。值得一提的是，部分不发育环带特征的锆石具有较高的Th/U比值(>0.1) ，似乎指示岩浆成因锆石(Rubatto et al.，1999)。然而大量的研究证实，虽然许多变质成因锆石具有较低的Th、U含量和Th/U比值，但是低Th/U比值并不是变质锆石必然满足的条件(Hidaka et al.，2002; Möller et al.，2002; 吴元保等，2002; 张华锋等，2013)。据此，可以认为从锆石边部和其他具有变质成因特征的锆石获得的三组年龄：1917±15Ma(n=6) 、1871±22Ma(n=4) 和1833±15Ma(n=2) ，代表了紫苏辉石片麻岩不同阶段的变质和深熔作用年龄。具体每一组年龄所代表的实际地质意义，还需要通过下面的综合对比得出。这些锆石的稀土配分曲线，都显示明显的左倾型，表明锆石结晶时没有石榴石的生长或者重结晶(Harley and Kelly，2007; Kelly et al.，2006)，这与该紫苏辉石片麻岩中不含有石榴石一致。另外一些分散于2361~1944Ma之间、从锆石核部获取的年龄值，可能代表碎屑或者继承锆石的时代，其具体的地质意义还有待于进一步研究。
含石榴石黑云母片麻岩(10NK03) 中锆石的Th/U比值多大于0.1，但是除了9个207Pb/206Pb年龄值大于1950Ma的测试点之外，剩余的测试结果均来自于不发育环带结构或者发育冷杉叶状环带、带状环带的锆石，这些锆石具有浑圆状外形和多晶面特征，属于特征的变质锆石(Corfu et al.，2003; Kröner et al.，2006; Vavra，1990)。此外，部分变质锆石显示平坦的重稀土配分曲线特征，表明变质一部分变质锆石的生长于石榴石生长同步(Harley and Kelly，2007; Kelly et al.，2006)，从而导致这部分锆石显示出“石榴石效应”，这一特征与该样品中含有石榴石相互印证。据此，可以认为1877±10Ma(n=14) 可能代表变质作用时代，而且这一变质时代与石榴石的生长同期。该期生长的锆石，显示不同的稀土配分曲线，表明当时熔体已经产生。由于熔体的不均匀分布，一部分锆石结晶于熔体丰富的开放体系，从而可以显示富集的重稀土特征；而另一部分锆石结晶于熔体较少的封闭体系，而显示重稀土平坦的配分曲线特征。样品中的另外9个207Pb/206Pb年龄值大于1950Ma的U-Pb年龄结果，可能代表碎屑锆石年龄或者继承锆石年龄。
含石榴石巨斑的混合岩(10NK04) 的24个测试点中，大多数年龄结果集中在1855Ma左右，其余几个测试点的年龄结果较为古老并且均来自于锆石核部。与上述几个样品中的变质锆石类似，含石榴石巨斑的混合岩年龄在1855Ma左右的锆石也显示明显的变质锆石特征，如浑圆状外形、多晶面、不发育岩浆振荡环带，而是显示出无环带、弱的宽环带或者冷杉叶状环带等。因此，可以认为1855±7Ma代表了该岩石的变质作用时代。此外，这部分锆石显示不同的稀土配分曲线，表现为一部分锆石的重稀土配分曲线为左倾型，一部分锆石的重稀土的配分曲线较为平坦甚至表现为右倾型。根据前面的讨论可知，该期锆石结晶伴随着大量的石榴石生长，而且体系中应当有相当规模的熔体存在。在规模较大的熔体(开放体系)中结晶的锆石，重稀土富集，而在规模较小的熔体甚至是石榴石斑晶(封闭体系)中结晶的锆石，则表现为重稀土的亏损。
熔体伟晶岩中锆石的年龄结果比较集中，而且锆石的形态、内部结构显示明显的变质锆石特征。其稳定的微量元素含量、略微平坦的重稀土配分曲线特征，指示这部分锆石结晶于化学成分均匀、且经历了与石榴石平衡的体系当中(Harley and Kelly，2007; Kelly et al.，2006)。从野外地质关系可知，南浦群除熔体伟晶岩之外的上述几种岩石，在经历变质和混合岩化作用并排出熔体的过程中，石榴石作为残留相保留在了残留体当中。虽然熔体伟晶岩中不含有石榴石，这些熔体在结晶锆石之前其实已经与石榴石达到了化学平衡，从而导致结晶于熔体伟晶岩中的锆石，一方面显示均一的化学组成，另一方面也显示平坦的重稀土配分曲线。据此可知，熔体伟晶岩锆石的年龄1842±6Ma，代表了熔体伟晶岩结晶冷却时代，这一年龄晚于熔体抽取的时间，也晚于峰期变质和深熔作用发生的时代。
甄山群中3个样品与南浦群中的年龄结果类似，浅色体含量较少的黑云母片麻岩(10NK08) 的锆石年龄结果集中，并且显示明显的变质锆石特征，如浑圆状外形、多晶面以及无环带或发育冷杉叶状环带等(Corfu et al.，2003; Kröner et al.，2006; Vavra，1990)。其锆石微量元素含量相对稳定、稀土配分曲线显示重稀土略微平坦，因此可以推断，与南浦群中的熔体伟晶岩类似，10NK08的年龄结果1785±9Ma，代表了变质和深熔作用晚期，与石榴石平衡之后的熔体冷却结晶的时代。浅色体含量较多的黑云母片麻岩(10NK09) 中的锆石微量元素含量稳定、重稀土富集，表明锆石结晶于熔体丰富的开放体系中。其年龄结果1830±11Ma，代表了变质和深熔作用的某一阶段。甄山群中的含巨斑状石榴石的混合岩(10NK10) 的锆石稀土配分特征，与南浦群中的含巨斑状石榴石混合岩(10NK04) 类似，其年龄结果1841±12Ma可以认为是代表了深熔和石榴石大量生长的时代。此外，该混合岩中还有几颗石榴石给出了1781Ma的年龄值，与10NK08的年龄结果类似。
综上所述，1877~1855Ma可能代表了南浦群变质深熔和石榴石持续生长的时代1842M的时代，1842Ma则可能代表了深熔作用过程中，抽取的熔体冷却结晶的时代。紫苏辉石片麻岩中的另外一组年龄值1917Ma，可能代表了1877~1842Ma之前的一个麻粒岩相变质作用阶段(期)。甄山群锆石U-Pb年龄结果给出的变质深熔和石榴石生长的时代为1841~1830Ma，1785Ma可能代表深熔作用中抽取的熔体冷却的时代。南浦群和甄山群中熔体冷却时代分为何有如此大的年龄跨度，尚需进一步研究。
6.2 朝鲜古元古代高温变质和深熔作用岩石中流体/熔体以及矿物熔融反应结构、熔体/流体蚀变结构等的识别对于认识岩石的变质和混合岩化作用，具有十分重要的意义。综合前人研究结果可知，混合岩(migmatite)的形成可通过以下4种不同的机制：岩浆注入、原地深熔、变质分异和交代作用(任留东等(2010，2012)的总结)。而辨认岩石是否发生深熔作用(anatexis)并产生熔体(melt)，可以从宏观特征和微观特征两个方面进行(Sawyer，1999; Sawyer and Brown，2008)。岩石深熔作用的发生一般与变形作用同期，这种情况下最简单而直接的宏观证据，是岩石的变质界别以及岩石中的层状暗色体以及呈片状、补丁状镶嵌的熔体，还有浅色体，其中前面两者可能代表熔体产生的部位，而浅色体可能代表熔体汇聚的部位(也有例外，如Kriegsman，2001)。如果岩石发生深熔作用时没有同期变形，就会形成浑圆状的新成体，其中既包含有熔体，也会有产生熔体的固相组分。深熔作用的微观特征主要包括两种，其一称为“薄膜”结构，也即环绕矿物颗粒边界的、通常由石英、钾长石、斜长石等组成的薄膜，代表熔体的结晶现象；其二是熔体与残留体形成的各种反应结构。深熔作用的微观结构通常容易受到后期变形作用的破坏。其它的诸如熔融反应的矿物组合、全岩化学组成，也会指示岩石的深熔作用，但是会受到各种限制(Sawyer，1999; Sawyer and Brown，2008)。至于另外一种常见的混合岩类型，也即注入型混合岩，混合岩中的浅色体通常来源于周围的岩浆，其与混合岩中的原岩变质部分在成分、地球化学特征等方面没有任何关系。注入型混合岩不代表区域变质作用，通常仅反映一期岩浆活动事件。
从野外露头和手标本可以看出，本文研究的南浦群和甄山群样品普遍含有浅色体、暗色体。岩石中的浅色体从小片状到细脉状再到宽大的熔体脉，最后显示为熔体伟晶岩，这些不同的浅色体保存了熔体从产生到经熔体通道，达到最终汇聚的证据宏观证据；岩石中的暗色体有的个体较小，周围环绕浅色体，有的暗色体较大，从其内部到周围都分布有浅色体(图 2和图 3)。除此之外，从这些样品的薄片中，可以看到特征的“薄膜”结构(图 4和图 5)，没有观察到“薄膜”结构的样品中(如10NK08、10NK09和10NK10) ，可以看到被“圆化”的石英和长石颗粒。这些“圆化”的石英和长石明显不是沉积过程中的机械搬运造成的，因为这些矿物颗粒要么以包裹体的形式存在于大颗粒的黑云母、钛铁矿和石榴石当中，要么被黑云母颗粒环绕。这些被“圆化”的矿物颗粒，常常是在混合岩化过程中由矿物熔融反应和熔蚀作用所致(Holness and Sawyer，2008; Sawyer，2001)。综合宏观的的岩石野外露头、手标本以及微观的岩相学证据，可以确定南浦群和甄山群经历了普遍的混合岩化作用。
南浦群岩石样品中紫苏辉石以及黑云母分解反应结构的存在(图 4)，证明南浦群岩石经历了达到麻粒岩相的变质作用，并且其深熔作用类型应当属于无水深熔作用(Spear and Peacock，1989; 任留东等，2010，2012; Clemens and Vielzeuf，1987)。至于甄山群的几个岩石样品，除了10NK10样品中有大量的石榴石斑晶，可能指示不一致熔融(Incongruent melting)之外，另外2个样品中大量含水矿物(黑云母)的存在，暗示岩石可能曾经发生了水致熔融反应(任留东等，2010，2012; Kriegsman，2001)。但是由于各种客观原因，目前还不能为这一推论提供更多证据。钛铁矿周围和粗粒石榴石裂隙中充填的细粒黑云母颗粒，表明混合岩在晚期发生逆反应或退变质反应(魏春景和王伟，2007; 魏春景和张景森，2007)。
6.3 地质意义鉴于朝鲜半岛在中朝克拉通所处的特殊位置，以及它在联系欧亚大陆与日本岛链中所起到的关键作用，其地质演化以及与之相关的其它各方面的研究一直备受人们关注。传统观点认为，朝鲜半岛北段的狼林地块与华北克拉通的龙岗地块类似，都是主要由太古宙TTG-花岗岩组成的早前寒武纪微陆块。Zhao et al.(2006) 和赵磊等(2016) 的研究结果表明，狼林地块存在有太古宙的岩浆活动，并且这些经历晚太古代/古元古代变质作用的片麻岩中还包含有中太古代的锆石年龄信息。根据~1.9Ga的S型花岗岩，Zhao et al.(2006) 推测狼林地块的古元古代甄山群和摩天岭群经历了与华北类似的古元古代变质作用。Wu et al.(2007a，b)和吴福元等(2016) 针对对狼林地块花岗岩和现代河流河沙的研究结果显示，狼林地块早前寒武纪花岗岩的就位时代主要在~2.1Ga和1.9~1.8Ga，河沙的锆石U-Pb年龄主要集中在~1.8Ga，河沙年龄峰值与早前寒武纪花岗岩的就位时代一致，狼林地块太古宙的年龄信息显著少于华北克拉通。Zhai et al.(2005，2007b)通过研究朝鲜半岛1.86~1.84Ga的非造山岩浆活动(环斑花岗岩)，认为整个朝鲜半岛与华北克拉通含有统一的前寒武纪基底。
本文针对南浦群和甄山群的研究结果表明，狼林地块在古元古代经历了~1.92Ga、1.88~1.84Ga和1.84~1.83Ga的多阶段(期)变质作用，熔体冷却结晶时代分别在1.84Ga和1.79Ga，南浦群和甄山群的熔体冷却时代存在一个较大的跨度。除了~1.92Ga的变质事件，其余的变质深熔-石榴石生长时代与朝鲜半岛广泛发育的非造山岩浆活动同期(Zhai et al.，2005，2007b)。类似的古元古代多阶段(期)变质和深熔作用，在华北克拉通的辽吉活动带、晋豫活动带和丰镇活动带广泛存在(Peng et al.，2014; Zhai and Santosh，2011; Zhai，2014; Zhai and Santosh，2013; Zhai et al.，2014; Zhai and Zhou，2015; 翟明国，2009; Zhao，2014; Zhao and Zhai，2013)，如丰镇活动带的超高温变质岩以及深熔作用形成的大量的S型花岗岩(Guo et al.，2015; Zhang et al.，2016)，辽吉活动带的泥质和石榴石基性高压麻粒岩(Liu et al.，2012; Tam et al.，2011)，晋豫活动带的泥质和石榴石基性麻粒岩(Wei et al.，2014; Zhao et al.，2001; Wu et al.，2016)。三条活动带的古元古代变质岩都记录了顺时针演化的P-T轨迹，变质时代分布于约1.80~1.95Ga之间，并且表现出明显的期次性(阶段性)特征(Zhao et al.，2015，2016; Guo et al.，2015; Peng et al.，2014; 刘福来等，2015)。由此可见，狼林地块在古元古代经历了与华北克拉通类似的构造热事件，导致了区域麻粒岩相变质作用和深熔作用的发生，表明二者可能至少在古元古代之前就形成了统一的大陆，也即中朝克拉通，这些古元古代的岩浆-高温变质和深熔倾向于指示狼林地块具有陆缘岩浆弧的特征(Peng et al.，2014; 白瑾，1993; 贺高品和叶慧文，1998)。
7 结论(1) 朝鲜半岛狼林地块西部的南浦群和甄山群，记录了深熔作用的宏观和微观的证据，岩相学观察和岩石矿物组合表明南浦群和甄山群混合岩经历了达到麻粒岩相的变质作用，并且在晚期熔体结晶过程中发生了逆反应过程。
(2) 7件样品的锆石U-Pb定年结果表明，南浦群岩石在1917Ma可能经历了第一阶段(期)变质作用，在1877~1855Ma经历了第二阶段(期)变质深熔和石榴石持续生长，熔体冷却结晶时代为1842Ma。甄山群变质深熔和石榴石生长的时代为1841~1830Ma，1785Ma可能代表深熔作用中抽取的熔体冷却的时代。南浦群和甄山群中熔体冷却时代为何有如此大的年龄跨度，尚需进一步研究。
(3) 狼林地块与华北东部辽吉活动带类似的古元古代变质-深熔作用的时代特征，表明二者可能至少在古元古代之前就形成了统一的大陆，并且狼林地块在古元古代具有陆缘岩浆弧的特征，表现出与龙岗地块不同的构造属性。
致谢 翟明国院士、张晓晖研究员、彭澎研究员、侯泉林教授帮助完成野外地质工作，并在成文过程中给予了很多建设性意见；刘富博士协助完成了实验测试；成文过程中，与中国地质科学院地质研究所周喜文研究员进行了有益的讨论；刘福来研究员与任留东研究员提供的深入而全面的评审意见，使得本文更加完善；在此一并致谢！| [1] | Andersen T. 2002. Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report 204Pb. Chemical Geology , 192 (1-2) :59–79. DOI:10.1016/S0009-2541(02)00195-X |
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