2019, Vol. 35
华北克拉通在燕山期(侏罗纪-白垩纪)经历了巨量的减薄(邓晋福等, 1996, 2003, 2004; Fan and Menzies, 1992; Menzies et al., 1993; 吴福元和孙德有, 1999; 吴福元等, 2000, 2003, 2008; 徐义刚, 1999; 郑建平和路凤香, 1999; 郑建平, 2009; 路凤香等，2000; Gao et al., 2002; 嵇少丞等, 2008)，以及构造域的时空转换和大规模的岩浆事件(吴福元等, 2008, 2014; 朱日祥等, 2011; 郑永飞等, 2018)，并伴随有大规模的成矿作用(毛景文等, 2009)，因而被国内外学者视为古老克拉通岩石圈减薄和破坏的最佳研究对象。大陆岩石圈减薄既有多圈层相互作用有关的深部过程，也有岩石圈地壳构造变形、地壳表面的隆升和沉降等浅部响应(张长厚, 2009)。岩浆作用把深部热量带到浅部，加热、甚至部分熔融地壳，变形作用则促进熔体在挤压构造中从源区的分离、排除和上升(Percival et al., 2002)。因此，作为地球内部与浅表之间物质和能量交换的使者，岩浆系统过程的研究占据重要位置。
多年来，多数研究主要从地球化学方面来探讨华北中生代岩浆岩的成因机理。就成因机理而言，主要的观点有加厚地壳的部分熔融(王强等, 2001; 刘红涛等, 2002; 肖龙等, 2004)和壳幔岩浆混合(陈斌等, 2005; 张海东等, 2014; 杨金昆等, 2018)。然而，随着岩浆系统物理过程的不断揭示(Marsh, 1996; Marsh and Resmini, 1992)，学者们认识到火成岩中的晶体并非都结晶于携带岩浆，可能为外来晶(Jerram and Martin, 2008; Miller and Wark, 2008; 罗照华等, 2013; 刘显凡等, 2010; 祝新友等, 2012; 苏尚国等, 2014, 2018)。不同深度的岩浆房可能析出自身的晶体。当这些岩浆房发生相互串联，便会形成多重岩浆房或岩浆晶粥柱(Zellmer and Annen, 2008; Marsh, 1996)，最终可能表现为不同晶体以及熔浆的混合。
河北武安坦岭杂岩体位于华北克拉通中部，研究发现其中的斜长斑岩是由~70%的自形斜长石斑晶和~30%的显微晶质组成。笔者认为其岩浆上侵机制为流体活化机制，斑晶结晶于深部岩浆房，外部流体加入后，形成流体超压，携同斜长石斑晶在地表浅部定位(刘璐璐等, 2017)。但缺少其它岩体的研究。本文对该区的杂岩体进行系统的岩相学、矿物学、岩石地球化学及锆石年代学研究，试图揭示其岩浆组装过程, 以期获得华北克拉通岩石圈减薄过程的启示。
1 地质背景武安地区位于河北省西南部的邯郸-邢台地区(简称“邯邢地区”)，是我国重要的铁矿成矿富集区(陈斌等, 2005)。大地构造位置上，为华北克拉通中部赞皇隆起带以南(图 1)，大兴安岭-太行山-武陵山重力梯级带以南，东接华北平原(马吉群, 1984; 罗照华等, 1999)。研究区发育基底地层为太古宇赞皇群，与上覆中元古代长城系，古生代寒武系-奥陶系-石炭系-二叠系，中生代三叠系-白垩系，以及新生代第三系-第四系呈角度不整合接触(尹明等, 2014; 郑建民等, 2007)。区内中生代侵入岩侵位明显受近北北东向深大断裂控制和近南北向断裂控制，呈NNE向、似层状展布，分别为东部的新城、洪山、鼓山岩体，中部的綦村、矿山、武安、固镇岩体和西部的符山岩体。在坦岭地区，大面积出露的地层为奥陶系马家沟组灰岩及白云岩，见有少量石炭系本溪组的深灰色粉砂岩、铝土质页岩、泥岩等。
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图 1 研究区大地构造位置图(a)和研究区区域地质图(b) Fig. 1 Tectonic setting map of the North China Craton (a) and regional geological map of study area (b) |
坦岭村东南发育了一个以北白石为中心的大的穹窿构造(图 2a)。坦岭杂岩体主要出露于青龙山(图 2b), 穹隆构造的西部，岩体与奥陶纪灰岩的接触。坦岭杂岩体中各岩性结构比较复杂，本文采用侵入岩的命名原则为：对似斑状岩石采用斑状某某岩；对斑状结构岩石采用某某斑岩命名方法。坦岭杂岩体主要岩性为二长岩、斑状二长岩及斜长斑岩。野外观察可知，坦岭杂岩体的侵位顺序为细粒二长岩→斑状角闪二长岩→斑状斜长二长岩→斜长斑岩(图 3)。空间上，岩体总体呈厚板状分布，斑状角闪二长岩位于坦岭杂岩体北东侧最底层，中部分布着细粒二长岩，西侧上部为斑状斜长二长岩。山顶为含角砾斜长斑岩。斜长斑岩呈岩脉状侵入于其他岩体之中，侵入界线平直(图 3a)。岩体顶部多见少量椭圆状变质石英砂岩及变质页岩捕虏体，棱角-次棱角状的斑状斜长二长岩角砾和不规则状角闪石集合体。野外观察显示，山顶部的角砾为斑状斜长二长岩，具有明显的可拼合特点(图 3b)，是斜长斑岩岩脉的上侵致其破裂而成，暗示了流体超高压的存在。斑状角闪二长岩中常见暗色磁性包体，长轴约3~20cm不等。
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图 2 坦岭侵入杂岩体地质图(a)和斜长斑岩岩体地质图(b) Fig. 2 Geological map of Tanling intrusive complex (a) and geological map of plagioporphyry (b) |
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图 3 坦岭杂岩体的野外地质特征及接触关系 (a)斜长斑岩侵入到细粒二长岩之中；(b)斜长斑岩穿切斑状斜长二长岩使其破裂；(c)斜长斑岩之中见斑状角闪二长岩、斑状斜长二长岩和细粒二长岩包体；(d)斑状角闪二长岩中的暗色包体 Fig. 3 Field characteristics of Tanling intrusive complex and its relationship |
细粒二长岩 浅灰白色，细粒结构，块状构造(图 4a)。由斜长石(~50%)、钾长石(~35%)、角闪石(8%~10%)、石英(~3%)、Fe-Ti氧化物(~3%)，榍石(~2%)和微量磷灰石、锆石等组成。角闪石为浅黄色-褐色，他形粒状，粒径0.8mm，部分晶体周围见Fe质析出。斜长石呈自形-半自形板状(~1mm)，偶见净边结构，绢云母化、高岭土化强烈。钾长石呈不规则状形成于斜长石之间(图 4b, c)，分布不均匀。Fe-Ti氧化物(0.1mm)，零星分布。
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图 4 坦岭杂岩体岩相学特征 (a)细粒二长岩，细粒结构，块状构造；(b、c)细粒二长岩显微照片，斜长石自形-半自形，钾长石呈填隙状；(d)斑状角闪二长岩，似斑状结构，部分角闪石斑晶呈聚集状；(e、f)斑状角闪二长岩显微照片，角闪石斑晶具反应边结构，内部有反应物黑云母、角闪石和钠长石等晶体；(g)斑状斜长二长岩，似斑状结构，斜长石斑晶分散分布；(h、i)斑状斜长二长岩，斜长石斑晶边部具有增生边，核部多遭受蚀变；(j)斜长斑岩，斑状结构，斜长石斑晶含量高；(k、l)斜长斑岩显微照片，斑晶边部具条纹长石边，核部嵌有黑云母、角闪石等晶体，基质为显微晶质，角闪石、条纹长石、石英，钾长石和钠长石，及少量磁铁矿、赤铁矿、钛铁矿、磷灰石、榍石和锆石等，多发育气孔. Pth-条纹长石；Pl-斜长石；Am-角闪石；Ap-磷灰石；Ab-钠长石；Bt-黑云母；Kfs-钾长石；Q-石英；Oxide-铁氧化物; Di-透辉石 Fig. 4 Field and microscope photos of Tanling intrusive complex |
斑状角闪二长岩 灰白色，具似斑状结构，块状构造。斑晶主要为角闪石(~8%)，部分呈单晶体散布于基质中，部分呈聚斑状产出(图 4d)，见个别斜长石。基质为显微晶质，主要有斜长石(~40%)、钾长石(~28%)、角闪石(~10%)、透辉石(~5%)、黑云母(~5%)、Fe-Ti氧化物(~3%)和微量榍石、磷灰石等。斑晶角闪石呈自形长柱状(图 4e, f)，粒径3~7mm，边缘多见反应边结构(黑云母+长石+Fe-Ti氧化物)，内部多见溶蚀成港湾状，多发育长石、榍石、磷灰石、Fe-Ti氧化物等。基质矿物斜长石呈半自形粒状(0.2~0.4mm)，偶见净边结构，具明显聚片双晶，微弱绢云母化、绿帘石化。角闪石半自形(~0.2mm)，多蚀变。黑云母除发育在斑晶角闪石内部和反应边外，自形黑云母和Fe-Ti氧化物还呈零散分布(~0.4mm)。
斑状斜长二长岩 灰白色，似斑状结构，块状构造(图 4g)。斑晶为斜长石(5%~8%)，偶见角闪石(~2%)。基质为斜长石(~40%)、钾长石(~25%)、角闪石(~8%)、石英(8%~15%)，Fe-Ti氧化物(3%)、磷灰石等，偶见黑云母。斑晶斜长石多为自形-半自形板状结构(图 4h, i)，1~3cm，核部遭受绿帘石化，边部发育增生边。基质斜长石呈自形粒状，0.2~0.5mm，发育聚片双晶和振荡环带。钾长石多呈他形充填在斜长石之间。角闪石多呈半自形(0.1~0.4mm)，少量呈长柱状。
斜长斑岩 暗红色，斑状结构，块状构造。斑晶为自形斜长石，含量高达70%，基质为显微晶质，可称其为多斑斜长斑岩(图 4j)。粒径变化较小(~3mm×1.6mm)，由一个宽广的斜长石核部+宽度可变的条纹长石边构成(图 4k)。基质主要由蓝透闪石、条纹长石、石英，钾长石和钠长石，及少量磁铁矿、赤铁矿、钛铁矿、磷灰石、榍石和锆石等组成(图 4l)(刘璐璐等, 2017, 2019)。斜长斑岩基质具明显气孔，是流体逃逸的表现，暗示了岩浆曾含有较多挥发分。
3 测试方法单矿物主量元素测试于中国冶金地质总局山东局测试中心完成。分析仪器型号为：日本(JEOL)JXA-8230。分析条件为:激发电压为15kV，激发电流为20nA，束斑直径为5μm，校正方法为ZAF法，标准样品采用美国SPI矿物、金属标准和中国国家标准样品GSB矿物。
锆石U-Pb测年在北京离子探针中心SHRIMP Ⅱ上完成。测试时一次流O2-强度为3~5nA，测试束斑直径为25~30μm。用于锆石U含量和年龄校正的标样为M257 (U=840×10-6, Nasdala et al., 2008)和TEM年龄为417Ma(Black et al., 2003)。每分析3~4个未知样品数据，插入1次标准锆石TEM。每个分析点采用5组扫描。数据处理程序为SQUID和ISOPLOT。据实测204Pb校正普通铅，同位素比值和单点年龄误差均为1σ。加权平均年龄误差为95%置信度。
全岩主量元素分析在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。主量元素检测标准为GB/T14506.28—2010，检测仪器为4000/40 AxiosmaxX射线荧光光谱仪；FeO含量的测试方法为滴定法，测试的准确性和重现性通过标准样品BHVO-2检验和校正，分析精度和准确度优于4%。
全岩微量元素分析在中国地质科学院国家地质实验测试中心完成，采用Agilent 7500a型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定，标样为GBW07120、GBW07103、GBW07105和GBW07187，对于含量小于10×10-6的元素分析误差为10%，对于含量大于10×10-6的元素分析精度优于5%。
4 分析结果 4.1 锆石年代学坦岭斑状角闪二长岩的锆石多呈灰褐色(图 5a)，自形-半自形，长柱状-粒状，长径介于70~130μm之间，部分180μm，长宽比为1:1~4:1。锆石颗粒大小差距不大。多数长柱状锆石振荡环带不明显，仅个别粒状锆石显示震荡环带(图 5a)。锆石样品有效数据15个点(表 1、图 5b)，U和Th含量分别为103×10-6~320×10-6和107×10-6~534×10-6，Th/U比值为1.01~1.86，具有岩浆锆石的成因特点(Hermann et al., 2001)。206Pb/238U加权平均年龄为128.5±1.7Ma(MSWD=1.7)，代表了斑状角闪二长岩岩体的结晶年龄。
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图 5 坦岭杂岩的锆石CL图像和锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 5 Zircon CL images and U-Pb concordia diagrams for the Tanling intrusive complex |
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表 1 坦岭杂岩体SHRIMP锆石U-Pb定年数据 Table 1 SHRIMP zircon U-Pb data of Tanling intrusive complex |
斑状斜长二长岩中既有岩浆锆石又有老的继承锆石。岩浆锆石为长柱状和粒状，长径范围为100~350μm。阴极发光图像显示较明显的振荡环带结构(图 5c)，有的锆石边部有溶蚀现象。锆石U和Th含量分别为55×10-6~219×10-6和15×10-6~100×10-6，Th/U比值为0.27~0.69。7个分析点在一致曲线中成群分布(表 1、图 5d)，206Pb/238U加权平均年龄为125.2±2.2Ma(MSWD=1.3)。另外两颗代表性老锆石的207Pb/206Pb平均年龄为2474±15Ma，应为继承锆石(Hermann et al., 2001)。
斜长斑岩中的锆石主要呈长柱状，自形程度高。长径范围为120~300μm。阴极发光图像显示锆石具有清晰的振荡环带(图 5e)。锆石U和Th含量分别为116×10-6~1771×10-6和38×10-6~1291×10-6，Th/U比值为0.31~0.75，具有岩浆锆石的成因特点(Hermann et al., 2001)。12个点有效数据分析点(表 1、图 5f)，206Pb/238U加权平均年龄为129.31±0.75Ma(MSWD=0.86)。
霍延安等(2019)对区内的细粒二长岩进行过测年，测得其形成时代为133.7±3.2Ma。
4.2 岩石地球化学坦岭杂岩体的全岩主、微量数据详见表 2，其均值的变化范围为：SiO2含量在56.98%~67.02%之间(平均61.69%)变化，为中性岩类。Al2O3含量为15.78%~19.79%。全碱含量为7.01%~10.34%，平均为7.99%。岩体整体相对富钾，K2O/Na2O为1.47~1.92。SiO2-K2O图解显示，多数岩体落入高钾钙碱性系列范围(图 6a)。TAS分类图解显示(图 6b)，坦岭杂岩体的岩性主要为：二长岩和石英二长岩。稀土和微量元素(图 7a, b)显示出非常一致的特点，稀土总量为124.7×10-6~176.5×10-6(平均144.9×10-6)。轻、重稀土比值分馏较明显(图 7)，富集LREE，LREE/HREE为8.49~12.8(平均10.3)。无明显Eu异常。微量元素富集LILE(如K、Ba、Sr)，相对亏损HFSE(Th、Nb、Ta、Hf等)。另外，斜长斑岩则相对富集Rb。
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表 2 坦岭杂岩体的主量(wt%)和微量(×10-6)元素组成 Table 2 Major (wt%) and trace (×10-6) elements compositions of Tanling intrusive complex |
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图 6 坦岭侵入杂岩体SiO2-K2O图解(a, 据Middlemost, 1991)和TAS图解(b, 据Frost et al., 2001) Fig. 6 SiO2 vs. K2O diagram (a, after Middlemost, 1991) and TAS diagram (b, after Frost et al., 2001) of Tanling intrusive complex |
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图 7 坦岭侵入杂岩体球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)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) Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized multielement patterns (b) of the Tanling intrusive complex (normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
岩相学观察表明，坦岭杂岩主要以似斑状/斑状二长岩和细粒二长岩为主，似斑状/斑状岩体中的斑晶种类和含量各有差别。斑状角闪二长岩主要以角闪石(具反应边结构)为斑晶；斑状斜长二长岩主要以斜长石为斑晶(发育溶蚀面)，少或无角闪石；斜长斑岩以斜长石(具反条纹长石反应边)为斑晶。这些多样性表明岩浆系统中同种矿物可能含有不同成因，揭示了斑晶和基质之间强烈的热力学不平衡。为此，本节对代表性矿物进行详细地分析，以阐述晶体的成长过程。
4.3.1 斜长石斜长石主要以斑晶和基质两种形式出现。斑晶主要出现在斜长斑岩和斑状斜长二长岩之中。斜长斑岩在先前的研究中已有详细描述(刘璐璐等, 2017)，在此仅做对比。根据测试结果(表 3)及在长石三角分类图(图 8)可看出，斜长石成分变化范围较大，测点多数落在中长石区，少量落在拉长石区，个别落在更长石和钠长石区。从斜长石的成分剖面图可以看出，斜长石多具有明显的环带特征。
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表 3 长石电子探针成分分析结果(wt%) Table 3 Electron microprobe analyses of selected feldspar (wt%) |
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图 8 坦岭杂岩体中不同斜长石分类图解(底图据Deer et al., 2001) Fig. 8 Classification diagram of the plagioclase compositions in Tanling complex intrusive (base map after Deer et al., 2001) |
斜长斑岩中的斜长石斑晶以发育反条纹长石边为主要特征(图 9a, b)。先前的研究表明，该条纹长石是由富碱的流体交代而成的(刘璐璐等, 2017, 2019)。斜长石斑晶有两种，一种(图 9a)核部中心的An牌号高(高达27)，向幔部逐渐降低(12)，平均为20；另一种(图 9b)An牌号较为均一(6~8)，平均为7。且核部多包含有深部带来的角闪石、磷灰石、黑云母等晶体。从BSE图像及数据也可看出，FeO含量从内环反条纹长石向外环逐渐增高，显示了交代斜长石斑晶的富碱流体中也富含Fe。
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图 9 坦岭杂岩体中各岩体代表性斜长石BSE图像(上)和成分剖面(下) (a、b)斜长斑岩中的斜长石斑晶；(c)斑状斜长二长岩中的斜长石斑晶；(d、e)斑状斜长二长岩中的基质斜长石；(f)斑状角闪二长岩中的基质斜长石；(g)细粒二长岩中的斜长石 Fig. 9 BSE images (above) and the composition profiles (below) of the representative plagioclase grains in Tanling intrusive complex |
斑状斜长二长岩中的斜长石斑晶(图 9c)具有明显的核-边结构，核部遭受强烈蚀变。BSE图像和探针数据显示，晶体核部凹凸不平，发育较强的绿帘石化，成分具不规律振荡的特点。牌号变化很大，An最大值55，最小值27，相邻测点间最大变化幅度为12。晶体边部为更-中长石，且An值由内环(48)向外环(28)逐渐减少。此外，FeO含量环边有向外增加趋势，核部的变化则与An值变化较为一致。这些特征可能暗示了斜长石斑晶遭受了急剧变化的生长环境。
斑状斜长二长岩基质中的斜长石晶体有两种，一种则具有明显振荡环带(图 9d)，BSE图像可见明显明暗相间的带，明亮条带较宽，指示了晶体较缓慢的生长环境；灰暗条带较窄，指示了晶体生长过程的快速改变。不同于斑晶的是，晶体核部具有一个亮白的区域，具较高的An值(68和60)，白色区域以外的部分An值突然大幅下降至28，且整个核部发育较多气孔。边部未见振荡环带，由内(An35)向外(An21)同样表现出降低趋势。其他整体较低(平均为32)，且除个别点外FeO含量(平均为0.24%)变化不大。边部和核部之间见一个圆弧形溶蚀面，期间发育明显气孔，暗示了晶体生长环境的突然变化。第二种是以具较窄的净化边(图 9e)，无明显环带发育为主要特征。BSE图像显示，晶体边部具暗色边，且内环边界线呈锯齿状。探针成分显示，晶体净化边的成分富钠，Ab≈69。核部也有2个测点的Ab分别为72和60，可能是测到富钠成分的结果。其余测点的An平均值为44。FeO含量在净化边处有向外增加的趋势，最高为0.45%；核部的含量则变化不大，平均为0.23%。这些特征暗示其可能形成于稳定的结晶环境。
斑状角闪二长岩中的斜长石(图 9f)为长板状，具核-边结构。晶体核部多发育明显裂隙，发育正常的环带结构，An值最高为59，向外侧降至35；边部具有一条很窄的边(约0.03mm)，且进入边部，An值突然变高至40，中间存在1个An最低点为20，最边部为27。核部与边部存在一条很细的溶蚀面。FeO含量随An值变化不明显。
细粒二长岩中的斜长石(图 9g)结构与斑状斜长二长岩中斑晶斜长石(图 9c)和斑状角闪二长岩中的晶体(图 9f)相同，核-边结构明显，同样存在溶蚀面。但边部更为宽广，核部到溶蚀面之间为正常环带，An值呈渐变，范围为60~41。溶蚀面再向外，有小幅度增高再降低的趋势，An由42降低到31。FeO在溶蚀面外侧随An值也有小幅度增加。
4.3.2 钾长石钾长石有三种，一种是呈填隙状形成于斜长石之间，局部见钠长石条纹，如细粒二长岩、斑状角闪二长岩及斑状斜长二长岩中的钾长石；另两种为自形钾长石和半自形-他形粒状条纹长石，分别出现在斜长斑岩的基质和花岗细晶岩脉中。数据显示(表 3)，填隙状钾长石中kfs变化较大，Ab30An2Or68~Ab16An1Or83。钠长石条纹，Ab72An26Or3。斜长斑岩中的粒状条纹长石成分变化不大，钾长石条纹为Ab4Or96，钠长石条纹为Ab98An1Or1。
4.3.3 角闪石角闪石则以斑晶和基质出现，斑晶主要出现在斑状角闪二长岩中，斑状斜长二长岩中偶见；基质角闪石在坦岭各个岩体中均有发育。角闪石的分析测试结果见表 4。据2012年的角闪石分类方案(Locock, 2014)，斑状角闪二长岩中斑晶晶体核部多为韭闪石，仅1个点为镁绿钙闪石，边部为阳起石；基质角闪石的核部为阳起石，边部则为浅闪石。斜长斑岩基质角闪石核部为钠透闪石，边部为蓝透闪石。细粒二长岩中的角闪石的核部为阳起石，边部为浅闪石。斜长斑岩斑晶中的包含的角闪石为韭闪石。
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表 4 角闪石电子探针成分分析结果(wt%) Table 4 Electron microprobe analyses of selected amphiboles (wt%) |
斜长石斑晶中的磁铁矿多为嵌晶，角闪石中的磁铁矿则多是以反应物的形式出现在晶体的周围。其他岩体中的磁铁矿多以自形-半自形粒状分布，钛铁矿以及含钛磁铁矿则多与榍石共生，可能是榍石交代了磁铁矿的结果。个别出现在角闪石斑晶内部。
4.3.5 辉石和黑云母坦岭杂岩中，辉石和黑云母都作为反应矿物和基质矿物，出现在斑状角闪二长岩中。基质辉石晶体多自形，个别可见明显辉石式解理，也有辉石作为反应矿物发育在角闪石斑晶的反应边中，两者成分一致，都为透辉石。核部和边部成分变化不明显(表 5)，MgO平均值为14.08%，FeO为7.82%，CaO为22.44%，并含少量Al2O3，为2.12%。
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表 5 辉石和黑云母电子探针成分分析结果(wt%) Table 5 Electron microprobe analyses of selected pyroxene and biotite (wt%) |
黑云母与辉石相似，除了作为反应物和基质矿物出现在斑状角闪二长岩中，还作为嵌晶出现在斜长斑岩的斜长石斑晶之中。前者成分较为一致(表 5)，更富Fe和Ti，贫Si，FeO、TiO2和SiO2分别为17.4%、5.1%和36.6%；后者则相反，FeO 14.9%、TiO2 2.8%、SiO2 38.2%。
4.3.6 磷灰石、榍石和锆石磷灰石多呈针状，较多地出现在暗色微粒包体中及斜长斑岩的基质中。粒状磷灰石及榍石，多为粒状，呈分散状分布在坦岭杂岩体中。磷灰石和榍石多自形，属于流体晶，暗示了大量流体的存在。锆石及其他矿物多以副矿物形式出现，零星分布。
5 讨论坦岭杂岩形成时地壳深部是否存在多重岩浆房？各岩体的形成经历了怎样的组装过程？想要解决这些问题就需要先了解不同晶体群的生长过程，而斜长石的成分剖面通常可以揭示岩浆系统和岩浆过程的特点(Müller, 2003; Ginibre and Wörner, 2007)。因此，首先分析各颗代表性斜长石的结晶环境及生长过程。
5.1 晶体生长过程分析斜长石成分的变化取决于八面体位置CaNa-1和四面体位置AlSi-1的对偶置换，其扩散速率非常小(Grove et al., 1984)。成分上的微小波动多是自组织(吴平霄等, 1998)的结果，暗示其结晶于近平衡的岩浆(Haase et al., 1980; Pearce and Kolisnik, 1990; Pearce, 1994)。此外，斜长石的成分环带与熔体成分(Castro, 2001)、过冷度(罗照华等, 2018)和物理化学条件(温度、压力、水和挥发分等)的变化关系密切。因此，突然的、大尺度变化以及溶蚀结构的出现通常与岩浆系统的大规模扰动或者开放体系下的结晶作用有关，如：岩浆混合作用、岩浆结晶压力的突然改变或者挥发组分的快速逸散(Nelson and Montana, 1992; Bateman, 1995; Barbarin, 1990, 2005; Pearce and Kolisnik, 1990; Izbekov et al., 2002; Eichelberger et al., 2006)。
斜长石An值往往随着温度的降低而减小，因此在岩浆固结过程中会形成正环带结构。携带斜长石晶体的熔浆温度发生变化时，An值会出现小范围(5~10)波动(Singer and Pearce, 1993)，可能会形成溶蚀面(Tsuchiyama, 1985)。压力的变化不会使深成岩中斜长石An值发生太大变化，实验显示当斜长石从1GPa(地幔深度条件)上升至1个大气压(地表条件)时，An值升高不到10(覃锋等, 2006)。本文计算得出的最大压力仅为390MPa，因此在本文中，压力的影响甚小。相比之下，流体对斜长石的成分变化影响更大(Yoder et al., 1957; Waters et al., 2015)。且在相同温度下，PH2O的增加将导致已晶出的矿物发生溶蚀并晶出更富钙的晶体(Gençaliogğlu Kuşcu and Floyd, 2001)。反之，则形成富钠的斜长石(Lange et al., 2009)。电子探针分析结果可看出，坦岭杂岩中的斜长石的An值多发生大尺度地突变。这可能是多种因素叠加的结果，暗示其经历了复杂的结晶过程。
晶体a(图 9a)和晶体b(图 9b)为斜长斑岩中的斜长石斑晶，代表的两种斜长石晶体群都具核-幔-边结构。然而，斑晶核部的成分剖面却给出了不同的信息，晶体a的核部表现出明显的正环带，表明其结晶于正常的岩浆冷却过程；晶体b的核部较均一的成分剖面，而边部则同样为条纹长石边，可能与其经历了较强烈的或者长时间的钠长石化有关。交代条纹长石边的发育及FeO含量的变化则是其遭受富碱高铁流体或熔体交代的结果。
晶体c(图 9c)代表斑状斜长二长岩的斑晶晶体，具有蚀变(绿帘石化)核部和较新鲜的环边。这种结构可被认为是原先的斜长石晶体发生溶蚀后或同时又有新组分的加入形成的。此种现象很难解释为岩浆期后热液，因为基质斜长石并未发现绿帘石化。罗照华等(2010)认为是岩浆固结过程中流体性质发生改变的结果。核部表现出的振荡环带则可能暗示了PH2O的断续变化。核部FeO含量的变化趋势与An较为相似，也暗示了造成其蚀变的流体中富集较多的Fe。
晶体d、e(图 9d, e)分别代表了斑状斜长二长岩的两种基质斜长石。晶体d具核-幔-边结构，以明显的振荡环带和明亮的核部为特征。据成分剖面来看，晶体d核部中心的An值(68)最高，向外突然降低；幔部和幔-边处的An值出现两段峰，其余An均值为35；最外侧为一条窄的富Na的边。据前文分析，核部中心出现高An值，可认为晶体初始结晶于偏基性的高温岩浆或是饱和挥发分岩浆，向外侧突然降低则暗示发生了快速降温或挥发分的排出事件。幔部表现出明显的振荡环带，其中的一段峰值可能暗示了镁铁质岩浆的贯入，或是流体的忽然注入。最后，温度的快速下降或流体的逃逸造成了边部An值的快速下降。晶体e具核-边结构。An值除因测到富钠的两个谷值外，未见振荡环带。这指示该晶体群可能也是由于强烈的钠长石化或长时间的钠长石化。边部和核部两个An值突降的点则暗示了流体的快速逃逸。
以晶体f(图 9f)为代表的晶体核部呈现较为正常的成分环带，由核部向外逐渐降低。因其不具有振荡环带，说明其生长环境黏度较低，可能是高温、富挥发分的环境，也可能是由于无水矿物的结晶造成残余熔体挥发份升高，导致环带不明显的结果。晶体中个别测点的变化可能说明了PH2O的突变。进入边部An突然升高，可能同样暗示了新熔体或流体的注入。
晶体g(图 9g)的变化特点与f极为相似，可能暗示了和f同样的生长过程。其更宽的边部可能暗示了更长的结晶时间。
综上所述，这些晶体具有不同的生长历史，很难将其作为同一岩浆房的产物。多重岩浆房系统或者岩浆晶粥系统的提出(Zellmer and Annen, 2008; Marsh, 1996)，可以很好的解释这一矛盾。不同的岩浆房的晶体在经过其他岩浆房时，会留下相应的记录(Marsh, 1996)。通过剖析这些记录，便能还原整个岩浆系统的形成过程。
5.2 多重岩浆房模型野外接触关系表明，坦岭杂岩体的由老至新的侵位顺序为：细粒二长岩→斑状角闪二长岩→斑状斜长二长岩→斜长斑岩。组成锆石U-Pb测年结果和野外接触关系表明，坦岭杂岩体中具似斑状/斑状结构岩体的侵位年龄平均为127Ma。坦岭单个岩体的锆石年龄值为斑状角闪二长岩为128.5±1.7Ma，斑状斜长二长岩为125.2±2.2Ma，斜长斑岩为129.31±0.75Ma，它们基本同时形成。而细粒二长岩和部分斑状斜长二长岩的古老锆石应来源于太古代下地壳的继承锆石，暗示其经历了强烈的地壳物质的改造。坦岭西侧的固镇杂岩中的中细粒二长岩年龄为133.7±3.2Ma(霍延安等, 2019)，明显早于坦岭似斑状岩体的年龄，与野外观察结果相一致。
坦岭杂岩中暗色微粒包体、斜长石振荡环带的发育，通常也暗示了岩浆混合作用的发生(马昌前等, 1992; 莫宣学等, 2002)。假设坦岭杂岩体的下部存在多重岩浆房，以上现象便能得到合理的解释。据角闪石温压计计算(Ridolfi et al., 2010)得出，斑状角闪二长岩中斑晶角闪石的核部和边部结晶压力相差很大，核部范围为高达347~390MPa，对应深度13~15km；边部结晶压力很低，为27~37MPa，对应深度1.04~1.39km。斑状角闪二长岩的基质角闪石核部的结晶压力为23~33MPa，对应深度平均为0.85~1.23km。斜长斑岩基质角闪石边部的形成压力和深度略低于核部，结晶压力均值为24~34MPa，对应深度平均为0.92~1.29km。细粒二长岩中的角闪石核部结晶温度要高于边部，核部结晶压力为223MPa，对应深度约8.44km；边部则结晶压力为163~171MPa，对应深度约6.17~6.46km。斜长斑岩中包含的角闪石的结晶压力为~179MPa，对应深度约为7km，暗示了斜长斑岩中斜长石斑晶的结晶深度至少为7km。暗色微粒包体中的角闪石的计算结果显示出与围岩不同的信息，结晶压力变化范围为95~152MPa，对应深度为3.61~5.74km，可能是在岩浆混合作用过程中结晶的。整体来看，计算结果可以归为三个深度范围，可能分别代表了两个岩浆房及一个定位深度：斑状角闪二长岩中的斜长石斑晶结晶深度最大，为13~15km；细粒二长岩中和斜长斑岩斑晶中包含的角闪石结晶深度为7~8km；细粒二长岩侵位深度为~6km，斜长斑岩基质、斑状斜长二长岩中的晶体则结晶于~1km。
然而，各岩浆房内岩浆的上升机制是什么？前期研究认为，斜长斑岩中含大量斜长石斑晶(~70%)，已达到流变学锁定点，基本不具流动能力(Caricchi et al., 2007; Petford and Koenders, 2003)。鉴于流体超压及斜长石晶体未见明显溶蚀等特点，提出了冻结岩浆房的流体活化模型(刘璐璐等, 2017, 2019)。斜长斑岩为坦岭杂岩体中较晚侵位的岩体。野外及镜下的接触关系可表明，斜长斑岩在形成过程中，发生了多次岩浆或熔体-流体流(苏尚国等, 2014)脉动，且随着次数的增多，其中的斜长石晶体含量越来越小。个别小体积、少斑斜长斑岩的出现进一步证实了斜长斑晶是由富流体的基质岩浆带上来的，斑晶含量的减少则暗示了流体超压作用强度的减弱。
根据晶粥柱模型(Marsh, 1996)，不同深度的岩浆房以补给通道连接，则7个斜长石晶体可能揭示了以下过程：晶体a和b可能正常结晶于上部的岩浆房，不同An值的核部和幔部则可能经历了不同程度的钠长石化，边部的交代条纹长石边则可能受外部流体或熔体交代在岩浆房中，亦或是被携带在上升通道中形成。晶体e与晶体b有着同样变化趋势的核部，暗示其均遭受了强烈的钠长石化，而更高的An值及钠长石边则暗示其形成略早于钾长石化。晶体d核部具有很高的An值，可能形成于最底部的1岩浆房，然后被携带到2岩浆房，并经历了岩浆混合作用，形成具有振荡环带的幔部，边部则是在浅部侵位时形成的。晶体f和g分别为斑状角闪二长岩和细粒二长岩中的基质角闪石晶体，核部结构简单，成分剖面变化快速，可以认为该晶体在最浅部的岩浆房2开始生长。核-边之间出现的溶蚀面和边部内侧An值的增高，则可能暗示了某种混合岩浆的加入。晶体c与晶体f和g具有同样的结构，表明他们经历了相似的过程。但c的核部遭受了强烈的绿帘石化，这可能是因为斑状斜长二长岩比细粒二长岩和斑状角闪二长岩侵位时间晚，新加入的熔体或流体性质发生了变化，致使原先的晶体遭受到了蚀变。
基于上述分析，笔者建立了坦岭杂岩的多重岩浆房作用模型(图 10)：13~15km处的岩浆房初始晶出了斜长石晶体d和角闪石斑晶的核部；7~8km处的岩浆房初始晶出了斜长石晶体c、晶体f、晶体g的核部和晶体d的幔部；1km处侵位部位形成了似斑状岩石斜长石的边部、斜长斑岩的基质矿物和斑晶角闪石的边部。深部幔源上升过程中，在不同深度水平发生停留，亦或是外部能量作用于岩石圈导致不同深度水平层位发生部分熔融，至少形成两个岩浆房。岩浆房中的岩浆在上侵过程中，携带了上部岩浆房中的晶体，混合形成二长质岩浆于6km处定位形成细粒二长岩。后更多深部流体上升经过底部岩浆房时形成了流体超压，发生岩浆房的活化，携带了下部岩浆房中的大粒径角闪石和上部岩浆房中的斜长石形成斑状角闪二长岩。部分被带入上部岩浆房的斜长石在该岩浆房发生岩浆混合，并因底部岩浆的多次脉动而使核部形成明显的振荡环带。随后，新的熔体-流体流携带上部岩浆房中具增生边的斜长石晶体c、遭不同程度钠长石化的斜长石晶体e、具振荡环带的斜长石晶体d及残余熔浆上侵形成斑状斜长二长岩。此后，越来越多的流体形成更大的流体超压，携带岩浆房中的大量斜长石晶体快速冲破已结晶的岩体，于1km处晶出显微晶质角闪石、磷灰石、石英等基质矿物，最终形成斜长斑岩。在此过程中，各个斜长石晶体群均遭受不同程度的钠长石化和钾长石化。
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图 10 武安坦岭中生代杂岩组装过程 Fig. 10 Assembling processes of Mesozoic Tanling intrusive complex, Wuan |
坦岭位于华北克拉通中部，锆石SHRIMP U-Pb测年结果显示，细粒二长岩为134Ma，坦岭地区杂岩体的年龄范围平均为127Ma，是晚中生代岩浆岩的代表。对其岩浆深部过程的分析可以为区域上的岩石圈减薄问题提供参考。
角闪石温压计计算表明，细粒二长岩的侵位深度为~6km，斑状及似斑状侵入岩的侵位深度约~1km。然而，野外关系显示坦岭杂岩体均形成于相近的海拔高度，但其年龄相差却有数个百万年。同时，在该深度范围内，由于地壳渗透率随深度增加而急剧减小(Ingebritsen and Manning, 2010)，且存在地热梯度，岩浆较容易达到热力学平衡，先存晶体很容易被吸收。然而，坦岭杂岩中各侵入体却保留有多种斜长石晶体。因此，在坦岭岩浆的组装过程中，可以认为二长岩的埋藏深度在不断变浅。~1km的深度条件下，围岩温度较低，渗透率高，有利于岩浆的快速固结，以致存留多种斜长石晶体。因此，多种晶体群的共存可能揭示了地壳的快速抬升和剥蚀(罗照华等, 2009)。
拆沉作用作为华北克拉通减薄机制的认识已被多数人被认可。地壳的隆升和伸展可作为岩石圈拆沉的标志(Kay and Kay, 1993; Turner et al., 1993; 高山和金振民, 1997; Duggen et al., 2003; Whitney et al., 2004)。上文分析可看出，细粒二长岩的年龄约为134Ma，斑状/似斑状岩石的平均年龄约127Ma，也即是研究区在7Myr的时间内地壳抬升了约5km。前人资料表明：华北克拉通中部中生代岩浆活动主要集中在138~120Ma，其中源自加厚陆壳拆沉或经历快速上升侵位的岩体形成时代集中在127Ma(许文良等, 2004; 陈斌等, 2005; 苏尚国等, 2006; 霍腾飞等, 2016; 霍延安等, 2019), 与本文所得时间节点相一致。因此，研究区岩石圈拆沉作用可能开始于134Ma，127Ma结束。坦岭杂岩体所反映的地壳抬升和剥蚀则正是岩石圈减薄的浅部响应。
6 结论(1) 坦岭杂岩体中各侵入岩的侵入顺序为：细粒二长岩→斑状角闪二长岩→斑状斜长二长岩→斜长斑岩。暗色微粒包体的存在及斜长石振荡环带的发育暗示了复杂的岩浆混合作用。
(2) 角闪石温压计计算结果及斜长石成分剖面分析表明，暗示了各岩浆经历了3个不同的结晶环境：13~15km处的底部岩浆房，形成角闪石斑晶和具振荡环带斜长石晶体的核部；7~8km处的岩浆房，形成斜长石斑晶的核部和具振荡环带斜长石晶体的幔部；1km处岩浆冷凝就位，形成基质中的矿物微晶。
(3) 深部幔源岩浆上升过程中，各个岩浆房中的岩浆发生混合，形成细粒二长岩，于~6km深度定位；经历了地壳抬升和剥蚀后，大规模流体的注入形成流体超压，引发了冻结岩浆房的活化，使得各岩浆房的晶体快速上升，同时与上覆岩浆房中的残余岩浆混合成熔体-流体流，侵位于地表浅部~1km，形成似斑状和斑状岩石。
(4) 坦岭细粒二长岩形成于134Ma, 斑状/似斑状岩石形成的平均年龄为127Ma，表明该区在7Myr间抬升了约5km。暗示拆沉作用可能是岩石圈减薄的主要方式，该抬升事件正是华北克拉通岩石圈减薄的浅部响应。
致谢 在野外考察中，得到武安冶金局李海良工程师的帮助；分析测试得到山东冶金局测试中心林培军师兄、李增胜博士实验员的帮助；在研究过程中得到罗照华老师、邓晋褔老师、肖庆辉老师、侯建光、胡伟武老师等给予的教导与帮助；成文过程中，与孟维一、崔晓亮、鲁鑫、蒋俊毅以及其他同门进行了有益的交流讨论；审稿人提出了宝贵的意见；在此一并表示感谢！
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