2020, Vol. 36
2. 自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室, 济南 250013;
3. 吉林大学地球科学学院, 长春 130061;
4. 河北地质大学资源学院, 石家庄 050031;
5. 山东省物化探勘查院, 济南 250013;
6. 山东省地质科学研究院, 济南 250013
2. Key Laboratory of Gold Mineralization Processes and Resources Utilization Subordinated to the Ministry of Nature and Resources, Jinan 250013;
3. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China;
4. College of Resources, Hebei GEO University, Shijiazhuang 050031, China;
5. Shandong Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Jinan 250013, China;
6. Institute of Geological Sciences of Shandong Province, Jinan 250013, China
苏鲁超高压变质带(造山带)位于扬子板块和华北板块之间，为秦岭-大别造山带的东延部分。该带以发育高压-超高压变质岩为特征，为研究大陆深俯冲作用与过程的经典地区。前人在超高压变质岩的物质组成、变质作用与同位素地球化学等领域取得了丰富的研究成果(Faure et al., 2001; Liou et al., 2009; Liu et al., 2006, 2008a; Liu and Liou, 2011; Tang et al., 2006, 2007; Yang, 2004; Zhai, 2002; Zhang et al., 1995, 2002, 2009; Zhao et al., 2006; Zheng et al., 2003, 2009; Zheng, 2009;刘福来等, 2003;宋明春等, 2007;王来明等, 2005;薛怀民等, 2006;杨经绥等, 2002;张儒媛等, 1993)，研究表明扬子板块与华北板块之间的俯冲与拼贴时代为三叠纪前后(Zheng et al., 2003, 2009; Zheng, 2009; Liou et al., 2009; Liu et al., 2006, 2008a; Liu and Liou, 2011)，扬子板块可以俯冲到200余千米或者更深的地幔深度(Ye et al., 2000)。需要指出的是，以往的研究多集中在苏鲁地区的高压-超高压变质岩系，而对浅变质岩的关注较少。在苏鲁造山带内部及北缘零星分布有非超高压变质岩片，如造山带内部石桥一带的浅变质岩系(宋明春等, 2003;周建波等, 2001b, 2013; Zhou et al., 2008a)和造山带北缘=-0的浅变质杂岩等(赵达等, 1995; Zheng et al., 2005; Zhou et al., 2008b)，对这些浅变质岩的研究有利于揭示大陆板块深俯冲过程中高压-超高压岩石形成与折返过程，并对板块缝合线的位置具有重要的制约作用(Zheng et al., 2005; Zhou et al., 2008a, b )。本文在青岛王台地区1:5万区域地质调查基础上，在胡家-从家屯一带识别出非超高压变质岩片，并对其中的浅变质基性岩进行了深入剖析，不仅有助于加深对该区非超高压变质岩系演化的深入理解，而且对揭示大陆深俯冲过程及板块缝合带位置具有重要的意义。
1 地质背景 1.1 区域地质概况位于鲁东地区的苏鲁超高压变质带由北段(威海地体)和南段(胶南地体)两部分组成，二者之间被晚中生代胶莱盆地覆盖(图 1a)，威海地体与隶属于华北板块的胶北地体之间被晚中生代花岗岩类和断裂构造分割。苏鲁超高压变质带主要由新元古代变质花岗岩类组成，少量新太古代-古元古代地层残片，零星分布超高压变质的榴辉岩，有较多中生代花岗岩类侵入。胶北地体主要由新太古代TTG质片麻岩和古元古代变质地层组成，少量中-新太古代变质地层残片和新元古代变质地层，亦有较多中生代花岗岩类侵入。胶莱盆地是白垩纪陆相火山-沉积盆地，主要由河湖相碎屑岩沉积和钙碱性火山岩组成。
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图 1 苏鲁超高压变质带北缘区域地质简图 Fig. 1 Sketch map of northern margin of Sulu UHP metamorphic belt |
在苏鲁超高压变质带北缘与胶莱盆地的结合部位，断续分布以五莲杂岩为代表的未遭受超高压变质的地质体残片(岩片)(图 1b, Zheng et al., 2005; Zhou et al., 2008b)。五莲杂岩主要由“五莲群”变质杂岩组成，为一套经历了绿片岩-角闪岩相变质的陆缘碎屑岩、火山岩和浅海碳酸盐岩沉积建造(Zheng et al., 2005; Zhou et al., 2008b)。传统上五莲群被划分为下部的海眼口组和上部的坤山组(宋明春和王沛成, 2003)，海眼口组下部以斜长角闪岩为主，上部则主要由云母变粒岩、片岩等组成；坤山组主要由大理岩，石英岩和云母片岩等组成(王世进等, 2012)。五莲群被前人划为古元古代或中元古代地层(王世进等, 2012)，也有人认为五莲群的形成时代相当于三峡地区的震旦纪陡山陀组到灯影组(赵达等, 1995)。近期研究表明，五莲杂岩为扬子板块北缘的新元古代岩石，是在扬子板块俯冲过程中被刮削下来构造叠置于俯冲带附近的增生杂岩(Zheng et al., 2005; Zhou et al., 2008b)。然而，传统的五莲群局限于五莲城附近(图 1b)，相关浅变质单元的延伸规模与展布范围没有得到深入研究，其构造属性及地质意义也没有引起足够重视。
笔者等在1:5万区域地质填图基础上结合专题研究，在青岛西海岸新区识别出了胡家和从家屯两处以斜长角闪岩为标志的非超高压变质岩片。其中，胡家岩片位于苏鲁超高压变质带北缘的中部，其北侧以五莲-青岛断裂与胶莱盆地白垩纪莱阳群相接，其南侧以石门-薛家庄韧性剪切带与超高压变质带毗邻。该岩片主要由斜长角闪岩和斜长花岗岩组成，见有超镁铁质岩(蛇纹岩)、闪长岩和零星的变质地层残片(图 2;宋明春和王来明, 2000)。前人曾报道了斜长花岗岩的单颗粒锆石Pb-Pb同位素年龄为1370.6±14.3Ma(宋明春等, 1998)。而从家屯岩片位于苏鲁超高压变质带北缘的东段，其北侧以五莲-青岛断裂与胶莱盆地白垩纪莱阳群相接，其南侧与胡家岩片毗邻(图 2)。该岩片主要由斜长角闪岩、古元古代变质地层和新元古代片麻岩类组成，曾被前人划归为古元古代胶南群或荆山群(宋明春和王沛成, 2003)，而斜长角闪岩曾被认为是古-中元古代基性熔岩(倪志耀等, 2001)。
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图 2 胡家-从家屯地区地质图和采样位置 1-第四系；2-白垩系；3-白垩纪石英二长岩；4-榴辉岩；5-新元古代花岗质片麻岩；6-新元古代斑纹状花岗岩类；7-新元古代片麻岩类；8-新元古代斜长角闪岩；9-中元古代斜长花岗岩；10-中元古代闪长岩类；11-古元古代斜长角闪岩；12-古元古代超镁铁质岩；13-古元古代变质地层；14-断裂；15-韧性剪切带；16-采样位置.注：7、8和部分13为从家屯岩片的组成部分；9-12和部分13为胡家岩片的组成部分 Fig. 2 The geological map of the Hujia-Congjiatun area and sample locations |
从家屯岩片的斜长角闪岩岩石较坚硬，岩层倾角变化较大，经历了强烈的褶皱变形。灰黑色，细粒粒状柱状变晶结构，片麻状构造(图 3a)。岩石由角闪石45%、斜长石45%、石英5%和少量绿泥石、绿帘石、磁铁矿组成。矿物粒径多在0.2~1.5mm，角闪石与斜长石平衡共生(图 3b)。角闪石呈黄色-棕绿色，斜长石多被绢云母、绿帘石交代。岩石的矿物组合及变质矿物特征表明，其经历了高绿片岩相-低角闪岩相变质作用。1:5万区域地质调查工作中，采用斜长石-角闪石温压计估算的温压条件为520℃和0.35GPa(山东省地质调查研究院, 1996 ①)。野外发育明显的层状构造并与变质碎屑岩呈互层产出，指示其原岩可能为玄武质岩类。
① 山东省地质调查研究院. 1996.中华人民共和国区域地质调查报告(1:50000胶南幅和王台幅).济南:山东省地质矿产勘查开发局, 331-359
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图 3 苏鲁超高压变质带北缘斜长角闪岩的野外和显微照片 (a)呈层状产出的从家屯斜长角闪岩野外露头；(b)从家屯斜长角闪岩显微照片，正交偏光；(c)胡家斜长角闪岩被斜长花岗岩侵入；(d)胡家斜长角闪岩显微照片，正交偏光. am-斜长角闪岩；pg-斜长花岗岩；Hb-角闪石；Pl-斜长石 Fig. 3 Field outcrop photos and thin section microphotographs of the amphibolites in northern margin of Sulu UHP metamorphic belt |
胡家岩片的斜长角闪岩在野外露头中与斜长花岗岩交互分布(图 3c)，岩石较松软。暗灰绿色，变余半自形粒状结构、柱粒状变晶结构，片麻状构造。岩石主要由60%±的角闪石和30%±的斜长石组成(图 3d)，少量黑云母(7%±)、辉石、磁铁矿(2%±)和磷灰石(1%±)。角闪石有两种类型，一种呈他形柱状，具填隙状特征，浅黄色-棕褐色多色性，柱长一般0.2~0.5mm；另一种具强烈纤闪石化，呈纤柱状集合体组成原矿物假象，有的分布于其它矿物边缘或沿岩石中的裂隙分布。斜长石为他形粒状，粒度一般0.2~1mm，大部分颗粒已强烈绢云母化，个别颗粒可见双晶。黑云母呈片状及鳞片状集合体，浅黄色-褐色多色性，有扭折弯曲现象。辉石局部可见，呈柱状残留体。岩石学特征显示，胡家岩片曾遭受了低角闪岩相变质作用的改造。1:5万区域地质调查工作中，采用斜长石-角闪石温压计估算的温压条件为510℃和0.7GPa(山东省地质调查研究院, 1996)。野外特征显示，胡家岩片呈较大面积的岩株状分布(分布范围>10km2)，且岩石成分单一，推测其原岩可能为辉长岩类。
2 样品采集和测试方法 2.1 采样位置样品分别采自胡家岩片和从家屯岩片的斜长角闪岩，采样位置详见图 2。其中，胡家岩片样品采自青岛西海岸新区崔家屯、胡家北和迟家，3个采样点的编号及坐标位置分别为，16SD46：E119°56′59″、N36°01′52″；18SD21-24：E119°52′49″、N36°01′11″；18SD30-34：E119°57′59″、N36°02′49″。从家屯岩片样品采自青岛西海岸新区从家屯附近，3个采样点的编号及坐标位置分别为，16SD44：E119°54′49″、N36°03′05″；16SD45：E119°54′48″、N36°03′04″；18SD15-20：E119°54′38″、N36°03′02″。
2.2 锆石U-Pb测年方法用于同位素测年的锆石在河北廊坊市宏信地质勘查技术服务有限公司利用单矿物常规分离技术完成分选，优选无裂痕、环带发育良好的锆石进行U-Pb同位素定年。测年工作在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，等离子质谱仪为Agilent 7500a，激光剥蚀系统为GeoLas 2005，激光能量70mJ，频谱8Hz，激光束斑直径32μm。采用标准锆石91500作为外标(Wiedenbeck et al., 1995)计算锆石年龄，采用美国国家标准物质局研制的人工合成硅酸盐玻璃NIST SRM610作为外标(Pearce et al., 1997)计算元素含量，29Si作为内标元素进行校正(Liu et al., 2008b)。
2.3 全岩主、微量元素测试方法样品的主、微量元素分析在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成，样品分析包括前处理和上机测试。主量元素采用硅酸盐岩石化学分析X射线荧光光谱法(XFR)测定，实验仪器为PW2404顺序扫描型X射线荧光光谱仪，前处理包括溶样和烧失量测试，溶样包括称量、烧熔、溶样、定容等步骤；烧失量测量包括称量、灼烧和再称量等步骤，分析精度和准确度优于5%。微量和稀土元素采用ELEMENTI电感耦合等离子体质谱仪测定，当元素含量大于10-6时，分析精度优于5%，当含量小于10-6时，分析精度优于10%。
3 测试结果 3.1 锆石U-Pb年代学 3.1.1 从家屯斜长角闪岩(16SD44、16SD45)16SD44样品，锆石晶体呈柱状、粒状，粒径50~180μm，多在100μm±，长短轴之比在1:1~3:1之间。锆石边缘比较圆滑，内部结构较均匀，少量锆石的边部显示不甚清晰的震荡环带或扇形条带，具有岩浆成因锆石的主要特征(图 4a)。选取20颗锆石进行微区LA-ICP-MS U-Pb测年，结果显示(表 1)，锆石的U含量在38.21×10-6~440.3×10-6之间，Th/U值为0.30~0.79。锆石206Pb/238U年龄值范围是726~840Ma，所有测点均位于谐和线上，大部分数据集中分布在766~820Ma之间，所有数据的加权平均年龄为797±11Ma(MSWD=3.3；图 4b)。锆石的同位素年龄值区间较集中，没有测到受后期岩浆热事件影响及早期残留锆石的年龄记录。
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图 4 从家屯斜长角闪岩锆石CL图和U-Pb年龄谐和图 锆石CL图中的红色圈示分析点位置 Fig. 4 Representative cathodoluminescence images and LA-ICP-MS U-Pb concordia diagrams of zircons from the amphibolites in the Congjiatun area |
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表 1 从家屯和胡家斜长角闪岩的锆石LA-ICPMS U-Pb分析结果 Table 1 LA-ICPMS U-Pb data of zircon from the amphibolites in Congjiatun and Hujia |
16SD45样品，锆石颗粒多呈长柱状或柱状，粒径50~200μm，多在70μm±，长短轴之比在1:1~3:1之间。锆石边缘比较圆滑，内部多无环带(图 4c)，少量锆石的边部有较窄的环带，部分锆石显示核边结构。选取20颗锆石进行微区LA-ICP-MS U-Pb测年，结果显示(表 1)，锆石的U含量变化较大，为25.98×10-6~2176×10-6，Th/U值除1个数据为1.25外，其他为0.03~0.23。锆石206Pb/238U年龄除1个数据异常外，范围是503~875Ma。除去4个不谐和年龄数据，16个数据的加权平均年龄为782±16Ma(MSWD=7.3；图 4d)。
3.1.2 胡家斜长角闪岩(16SD46、16SD30)16SD46样品，锆石晶体呈圆粒状、椭圆状，粒径50~200μm，多在70μm±，长短轴之比在1:1~2.5:1之间。锆石边缘比较圆滑，多数内部结构较均匀，部分具有模糊的震荡环带，指示了岩浆成因(图 5a)；部分锆石具有弱的扇状分带或内部结构不均匀，显示变质成因特点。选取20颗锆石进行微区LA-ICP-MS U-Pb测年，结果显示(表 1)，锆石的U含量在147.7×10-6~457.7×10-6之间，Th/U比值在0.23~0.55。锆石206Pb/238U(< 1000Ma)或者207Pb/206Pb(>1000Ma)年龄范围介于810~1889Ma之间，其中17颗锆石的年龄值为1671~1889Ma，3颗锆石的年龄值为810~884Ma。位于不一致曲线上部的14颗锆石的207Pb/206Pb加权平均年龄为1790±27Ma(MSWD=1.6；图 5b)，为岩浆锆石的形成年龄；3颗锆石年龄略微偏离谐和线，可能为受变质作用影响导致铅丢失所致。
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图 5 胡家斜长角闪岩锆石CL图像和U-Pb年龄谐和图 锆石CL图中的红色圈示分析点位置 Fig. 5 Representative cathodoluminescence images and LA-ICP-MS U-Pb concordia diagrams of zircons from the amphibolites in the Hujia area |
18SD30样品，锆石与16SD46相似，晶体呈粒状、短柱状，粒径50~300μm，多在100~150μm±，长短轴之比在1:1~3:1之间。锆石边缘比较圆滑，多数内部结构较均匀，部分具有震荡环带，指示了岩浆成因(图 5c)；部分锆石具有弱的扇状分带或内部结构不均匀，显示变质成因特点；个别锆石保留较清晰的核，为早期地质体的残余锆石。选取50颗锆石进行微区LA-ICP-MS U-Pb测年，结果显示(表 1)，锆石的U含量在62.98×10-6~481.0×10-6之间，Th/U比值在0.15~0.80。锆石206Pb/238U(< 1000Ma)或者207Pb/206Pb(>1000Ma)年龄范围介于531~2402Ma之间，除30.2和30.24两个不谐和测点外，其余48颗锆石构成了较好的一致曲线，其与不一致曲线下交点年龄为732±31Ma，上交点为1853±15Ma(MSWD=1.4；图 5d)。
3.2 岩石地球化学 3.2.1 主量元素本文对22件斜长角闪岩进行了地球化学测试分析，其中13件采自从家屯岩片，另外9件采自胡家岩片，分析结果详见表 2。其中，从家屯岩片样品的SiO2含量为49.80%~51.99%，TiO2为1.24%~1.80%，Na2O为2.46%~4.48%，K2O为0.41%~1.14%，Na2O/K2O为3.03~8.98，Al2O3为12.81%~15.19%，CaO为7.32%~8.85%，Fe2O3T为13.58%~15.81%，MgO为4.71%~7.13%，P2O5为0.09%~0.15%；胡家岩片样品的SiO2含量为47.20%~52.60%，TiO2为0.98%~3.30%，Na2O为1.28%~4.83%，K2O为1.12%~2.37%，Na2O/K2O为1.48~4.76，Al2O3为13.06%~16.85%，CaO为5.66%~8.38%，Fe2O3T为9.31%~16.78%，MgO为3.76%~5.71%，P2O5为0.27%~0.56%。
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表 2 从家屯和胡家斜长角闪岩的全岩主量(wt%)和微量(×10-6)元素含量 Table 2 Whole-rock major elements (wt%) and trace elements (×10-6) composition of the amphibolites from Congjiatun and Hujia |
两类斜长角闪岩样品的SiO2含量大部分位于基性岩范畴。TiO2含量中等，均高于岛弧拉斑玄武岩(TiO2=0.80%, Wilson, 1989)，多数样品TiO2含量低于洋岛拉斑玄武岩(TiO2=2.63%, Wilson, 1989)，胡家岩片有5件样品的TiO2值高于洋岛拉斑玄武岩。岩石富钠贫钾，相比而言，胡家岩片样品的K2O含量较高，Na2O/K2O值(1.48~4.76)较低。岩石的全铁和铝含量较高，磷含量低。Mg#含量介于0.39~0.49，低于原生岩浆(Mg=0.68~0.75)，表明岩浆演化过程中经历了一定程度的结晶分异。σ为1.33~4.22，主要为钙碱性系列。总体看，研究区基性岩显示低Mg、P、K，高Si、Al、Na、Fe的特征。
在硅碱关系图中，岩石化学成分大部分投点于玄武岩区(图 6a)，少量投点于粗面玄武岩区。在FAM图解上，大多数样品均落入拉斑玄武岩系列区内(图 6b)。因此，研究区的斜长角闪岩类原岩属于拉斑玄武岩质岩石。
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图 6 从家屯和胡家斜长角闪岩硅碱关系(a, 据Le Bas et al., 1986)和FAM图解(b, 据Irvine and Barager, 1971) Fig. 6 TAS diagram (a, after Le Bas et al., 1986) and FAM diagram (b, after Irvine and Barager, 1971) of the amphibolites in Congjiatun and Hujia |
岩石的稀土总量介于45.8×10-6~289.0×10-6之间(表 2)。其中，从家屯岩片样品的稀土总量较低(45.8×10-6~94.5×10-6)，其LREE/HREE为1.29~2.42，(La/Yb)N为0.45~1.66，岩石的稀土配分曲线较平坦(图 7a)，无铕异常(δEu=0.99~1.37)，指示斜长石没有发生分异，其稀土配分型式相似于洋中脊玄武岩(MORB)。胡家岩片样品的稀土总量相对较高(123.4×10-6~289.0×10-6)，其LREE/HREE为3.49~11.6，(La/Yb)N为2.33~17.3，岩石的稀土配分曲线略右倾(图 7b)，无铕异常(δEu=0.75~1.10)，同样指示斜长石没有发生分异，其稀土配分型式相似于洋岛玄武岩(OIB)。
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图 7 从家屯和胡家斜长角闪岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图(标准化值据Boynton, 1984) 洋岛玄武岩(OIB)、E型洋中脊玄武岩(E-MORB)和N型洋中脊玄武岩(N-MORB)据Sun and McDonough, 1989; Stern, 2002 Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns of the of the amphibolites in Congjiatun and Hujia (normalization values after Boynton, 1984) |
岩石微量元素含量见表 2。微量元素原始地幔标准化图解显示(图 8)，各类样品具有相似的微量元素配分模式，曲线略右倾，相对富集Ba、Rb和Sr，亏损Zr、Hf、Th和Nb。胡家斜长角闪岩以略富集La和Hf，Sr异常不明显而区别于从家屯斜长角闪岩。与原始玄武岩(Ni>200×10-6, Cr>400×10-6; Tatsumi and Eggins, 1995)相比，样品的Cr和Ni含量明显偏低。与洋中脊型和洋岛型玄武岩相比，从家屯斜长角闪岩除Rb、Ba含量偏高、Hf含量偏低外，相似于E型洋中脊玄武岩(图 8a)；胡家斜长角闪岩除Th、Nb、Ta和Hf含量明显偏低外，相似于洋岛型玄武岩(图 8b)。
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图 8 从家屯和胡家斜长角闪岩原始地幔标准化微量元素蛛网图(标准化值据Sun and McDonough, 1989) 洋岛玄武岩(OIB)、E型洋中脊玄武岩(E-MORB)和N型洋中脊玄武岩(N-MORB)据Sun and McDonough, 1989；Stern, 2002 Fig. 8 Primitive mantle-normalized spider diagram of trace elements of the of the amphibolites in Congjiatun and Hujia (normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
从家屯岩片斜长角闪岩样品的同位素年龄为797±11Ma和782±16Ma，表明其形成于新元古代。这一时代的基性岩浆事件在苏鲁超高压变质带及邻近的胶东地块和鲁西地块较少发现。在同属于中央造山带的大别造山带北淮阳带西段存在760~720Ma的变玄武岩(刘贻灿等, 2013)。苏鲁超高压变质带最主要的地质组成是花岗质片麻岩，其同位素年龄集中于800~650Ma，如威海、文登、荣成、五莲、东海等地的花岗质片麻岩中岩浆锆石核部的U-Pb同位素年龄分别为772±14Ma、752±9Ma~758±5Ma、738±17Ma、714±14Ma等(李向辉等, 2007;唐俊等, 2004; Wu et al., 2004;刘福来等, 2003)。新元古代同位素年龄及相应地质体的广泛出现，指示苏鲁地区曾广泛发育与Rodinia超大陆聚合相关的岩浆事件(Acharyya, 2000)。
4.1.2 古元古代岩浆活动胡家岩片两件斜长角闪岩样品的加权平均及一致线上交点同位素年龄分别为1853±15Ma和1790±27Ma，其中样品18SD30下交点年龄为732±31Ma。指示其原岩形成于古元古代末，在新元古代遭受了变质作用改造。在苏鲁超高压变质带的莒南-日照一带及乳山-威海一带的花岗质片麻岩中零星分布一些变质超基性-基性岩、变质表壳岩残片和榴辉岩包体。基性岩主要为斜长角闪岩，其原岩为辉长岩。徐扬等(2017)测得威海市郊变辉长岩岩浆锆石LA-ICP-MS 207Pb/206Pb加权平均年龄为1870±34Ma，乳山海阳所变辉长岩207Pb/206Pb加权平均年龄为1839±37Ma；李曙光等(1994)测得海阳所斜长角闪岩岩浆结晶锆石年龄数据的不一致线上交点年龄为1784±37Ma，并认为这一年龄指示了一次玄武质火山岩事件。杨经绥等(2002)对威海大屯榴辉岩中含柯石英锆石的SHRIMP U-Pb定年结果表明，一致线上交点年龄为1821±19Ma，下交点为228±29Ma，认为下交点代表超高压变质时代，上交点代表原岩年龄。上述研究结果表明，苏鲁超高压变质带广泛发育时代为~1800Ma的古元古代末基性岩浆事件。这些基性岩浆岩多数遭受了大陆深俯冲的改造并发生了超高压变质作用，少量岩片(如胡家岩片)没有俯冲下去，以绿片岩相-角闪岩相变质的斜长角闪岩形式残留在超高压带北缘，这些浅变质岩片的存在为深入探讨大陆深俯冲与差异折返的动力学过程提供了重要的制约。
4.2 岩浆活动的大地构造背景分析 4.2.1 新元古代岩浆活动新元古代的从家屯斜长角闪岩野外宏观上具有清晰的层状构造(图 3a)，局部见有变余杏仁构造(山东省地质调查研究院, 1996)，微观上矿物粒度较均匀(图 3b)，岩石化学成分在相关地球化学图解上投点于火成岩区(山东省地质调查研究院, 1996)，这些特征指示其原岩为玄武岩类或玄武质火山岩(倪志耀等, 2001)，岩石形成后被区域变质作用改造为斜长角闪岩。
变质作用常影响岩石中元素含量的变化，尤其是主量元素在变质过程中活动性强，不适宜用于判断原岩的构造环境。但有些受变质作用影响小的不活动元素，可用于判断岩石形成的构造环境，常用的不活动元素如：Ti、Zr、Y、Cr、Hf、Nb、Ta、Th等。本文主要根据不活动元素分析研究区岩石形成的大地构造环境。从家屯斜长角闪岩样品具有高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf)和稀土总量较低的特点，与洋中脊玄武岩相比，岩石的Rb、Ba等大离子亲石元素适度富集，大于洋中脊玄武岩的值(Rb=1.33×10-6~7.52×10-6；Ba=13.63×10-6~86.69×10-6)，还略富集Tb(洋中脊为0.56×10-6)，亏损Zr、Hf(洋中脊分别为90×10-6和2.87×10-6)，Ta含量接近(洋中脊为0.47×10-6)。与洋岛玄武岩相比，亏损Zr、Nb、Ta(洋岛分别为200×10-6、40×10-6、270×10-6)，其他元素含量均接近。大陆裂谷玄武岩一般Ta相对于Hf富集，以Th为代表的大离子亲石元素含量较高；研究区斜长角闪岩的Ta相对于Hf明显亏损，Ta/Hf和Th/Hf比值一般小于1，明显低于裂谷，不应属于大陆裂谷产物。岛弧拉斑玄武岩的不相容元素Ba、La、U、Th、Zr、Ta是球粒陨石的10~30倍，而钙碱性岩套(玄武岩)则是球粒陨石的30~100倍(Ringwood, 1974)；研究区斜长角闪岩虽然U、Th、Zr、Ta值(表 2)相似于岛弧拉斑玄武岩，但Ba、La值偏高。
在La/Nb-La和Nb/Th-Nb图解中(图 9a, b)，样品主要投点于洋中脊玄武岩区。在Hf/3-Th-Ta和Hf/3-Th-Nb/16图解中(图 10a, b)，样品的投点位置在E型洋脊玄武岩区附近。
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图 9 La/Nb-La和Nb/Th-Nb图解(a, 据Meschede, 1986；b, 据Pearce and Cann, 1973) IAT-岛弧拉斑玄武岩；MORB-洋中脊玄武岩；OIB-洋岛拉斑玄武岩 Fig. 9 Diagrams of La/Nb vs. La and Nb/Th vs. Nb (a, after Meschede, 1986; b, after Pearce and Cann, 1973) |
根据上述微量元素特征，结合稀土元素和微量元素模式综合分析认为，从家屯斜长角闪岩具有E-MORB的典型特征。新元古代斜长角闪岩在苏鲁造山带中少量发育(Zhou et al., 2008b)，在大别北淮阳带西段原“定远组”奥陶纪变质火山岩中发现有720~760Ma侵位的变质花岗岩和变玄武岩，被认为是三叠纪扬子陆块深俯冲初始阶段陆壳表层被拆离折返的岩片(刘贻灿等, 2013)。大别造山带北部卢镇关杂岩斜长角闪岩的U-Pb锆石同位素年龄为725Ma左右，指示卢镇关杂岩是扬子板块北缘俯冲基底的一部分(Zheng et al., 2005; Jiang et al., 2005;周建波等, 2001a)。前人研究指出，晋宁期构造-岩浆事件的存在与否是鉴别中朝与扬子板块的重要标志(万天丰, 2001)。从家屯斜长角闪岩与大别造山带中的这些基性岩相似，应当是来自扬子板块北缘的产物。
4.2.2 古元古代岩浆活动古元古代的胡家斜长角闪岩野外宏观上呈块状构造，没有成层性(图 3c)；微观上岩石结构不均匀，显示变余半自形粒状结构(图 3d)；岩石化学成分在相关地球化学图解上投点于火成岩区(山东省地质调查研究院, 1996)。这些特征指示其原岩为辉长岩类。
胡家斜长角闪岩与从家屯斜长角闪岩同样显示高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf)和稀土总量较低的特点。与洋中脊玄武岩相比，样品的Rb、Ba等大离子亲石元素适度富集，Zr、Hf亏损。与洋岛玄武岩相比，亏损Zr、Nb、Ta、Th、Hf(洋岛玄武岩Th、Hf值分别为4×10-6、7.8×10-6)，其他元素含量均接近。与岛弧拉斑玄武岩相比，U、Th、Zr、Ta含量(表 2)相似，但Ba、La值偏高。与大陆裂谷玄武岩相比，Ta、Hf、Th特征差异明显，不是大陆裂谷产物。
在La/Nb-La图解中(图 9a)，样品投点于接近洋岛拉斑玄武岩的岛弧拉斑玄武岩区；在Nb/Th-Nb图解中(图 9b)，投点于洋岛拉斑玄武岩区。在Hf/3-Th-Ta和Hf/3-Th-Nb/16图解中(图 10a, b)，样品的投点位置在洋岛拉斑玄武岩区附近。
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图 10 大地构造环境判别图解(a, 据Pearce and Cann, 1973; b, 据Wood, 1980) BON-玻质古铜安山岩；CAB-钙碱质玄武岩；IAT-岛弧拉斑玄武岩；MORB-洋中脊玄武岩；OIB-洋岛拉斑玄武岩 Fig. 10 Geochemical discrimination diagrams for Geotectonic setting (a, after Pearce and Cann, 1973; b, after Wood, 1980) |
地球化学特征综合反映，胡家斜长角闪岩多表现为洋岛拉斑玄武岩的特征，不同于从家屯斜长角闪岩的大地构造环境。在苏鲁超高压变质带中分布有较多镁铁质-超镁铁质变质岩片，如乳山海阳所、荣成大疃、青岛仰口、日照梭罗树、莒南洙边和东海芝麻坊等地，许多人认为梭罗树超镁铁质岩为岩石圈地幔残片，有人认为海阳所和仰口的镁铁质-超镁铁质岩属蛇绿岩残片(李曙光等, 1992;王仁民等, 1995)。许多镁铁质-超镁铁质变质岩片中伴生有榴辉岩，被认为经历了超高压变质作用。已经测试的镁铁质-超镁铁质岩同位素年龄是1784~1663Ma(宋明春和王沛成, 2003;李曙光等, 1994)。鉴于胡家岩片斜长角闪岩的同位素年龄与苏鲁超高压变质带中的镁铁质-超镁铁质岩的形成时代一致，而且其岩性组合相似，因此本文认为这些镁铁质-超镁铁质岩原始为一条规模较大的岩浆岩带。前人研究表明，扬子板块缺乏古元古代的地质事件记录，华北板块在1.8~1.7Ga经历了一次伸展事件(邵济安等, 2002)，胶北荆山群和粉子山群的变质年龄为1.8~1.7Ga(Li et al., 2012)。可见，胡家斜长角闪岩的同位素年龄与华北板块古元古代末的地质构造事件时代吻合，应当是来自于华北板块北缘的产物。在板块俯冲过程中，苏鲁造山带中的大部分镁铁质-超镁铁质岩(如胡家林超镁铁质岩)经历深俯冲发生了超高压变质作用(谢志鹏等, 2018)，而胡家岩片是没有俯冲下去的低级变质岩残片。在之后的超高压岩石折返过程中超高压变质岩与非超高压变质岩聚合在一起。
4.3 苏鲁超高压变质带北部边界位置本文报道的两处非超高压变质岩片中的斜长角闪岩，其矿物组合主要是普通角闪石+斜长石，角闪石呈蓝绿色，斜长石为更长石，胡家岩片斜长角闪岩中的角闪石发生强烈纤闪石化，斜长石发生强烈绢云母化。岩相学特征及前人的温压条件计算表明，这些斜长角闪岩经历了高绿片岩相-低角闪岩相变质，与经历超高压变质的榴辉岩的矿物组合和温压条件完全不同。胡家岩片中有较多斜长花岗岩，从家屯岩片曾被划为古元古代地层，二者中均未发现高压-超高压变质岩石。这说明，本文研究的变质岩片没有经历超高压变质作用。
由于苏鲁超高压变质带北缘被脆性断裂叠加及被白垩纪胶莱盆地覆盖，关于其北边界的位置尚未达成共识(Tang et al., 2006, 2007; Zhou et al., 2008b; Faure et al., 2001; Zhai, 2002)。许多研究者认为，位于苏鲁地区变质基底与其北侧的中生代胶莱盆地之间的五莲-青岛断裂或五莲-荣成断裂是超高压变质带的北边界(曹国权等, 1990)；也有研究者提出，苏鲁超高压变质带的北界被胶莱盆地覆盖，位于胶莱盆地中的百尺河断裂附近(Zhou et al., 2008b)。本文非超高压变质岩片的发现指示，原始位置分别处于扬子板块北缘(从家屯岩片)和华北板块南缘(胡家岩片)的不同大地构造位置和性质的前寒武纪基性岩，在三叠纪板块俯冲、碰撞过程中被刮削叠置于板块缝合线附近，构成了大陆板块俯冲的加积杂岩。这说明，超高压变质带的边界应当位于非超高压变质岩片与超高压变质岩之间。
在苏鲁超高压变质带北缘有一条韧性剪切带，被称为石门-薛家庄韧性剪切带。剪切带全长约60km，宽度0.5~3.5km，总体走向60°，倾向北西，统计的拉伸线理主极密为284°∠48°，显示了左行正滑运动特征(宋明春和马文斌, 1997)。带内构造岩主要为花岗质变余糜棱岩、糜棱岩和超糜棱岩，少量基性岩质构造片岩。剪切带的北侧被五莲-青岛断裂切割，并与其近平行展布。剪切带的南侧与苏鲁超高压变质带的花岗质片麻岩呈渐变过渡关系，在剪切带南侧的糜棱岩中包有透镜状强烈退变质的榴辉岩，形成时代为三叠纪前后。我们曾对韧性剪切带之南构造片岩中的白云母进行Ar-Ar测定，得到的39Ar/40Ar坪年龄为158.94±2.5Ma和153.18±1.87Ma(宋明春和吕发堂, 1997)，指示该剪切带具有多期活动特征。综上所述，我们认为石门-薛家庄韧性剪切带为发育在超高压变质岩与浅变质杂岩带之间的重要边界，其构造意义应与大别造山带北淮阳构造带南侧的晓天-磨子潭断裂相当(周建波等, 2001a, b ; Zheng et al., 2005)。因此，分布在超高压变质带与五莲浅变质杂岩带之间的石门-薛家庄韧性剪切带具有重要的板块缝合线意义，而不是传统认为的五莲-荣成脆性断裂。
5 5结论(1) 苏鲁超高压变质带北缘从家屯-胡家地区发育高绿片岩相-低角闪岩相斜长角闪岩类，形成以浅变质基性岩为标志的非超高压变质岩片，其与超高压变质岩系以石门-薛家庄韧性剪切带为界，并与五莲杂岩带断续相连，构成了苏鲁造山带北缘非超高压变质杂岩带。
(2) LA-ICPMS锆石U-Pb测试结果显示，胡家斜长角闪岩形成时代为古元古代末1790±27Ma和1853±15Ma，与苏鲁造山带中榴辉岩和超镁铁质岩的原岩年龄一致；而从家屯斜长角闪岩时代为797±11Ma和782±16Ma，与苏鲁造山带广泛发育的花岗质片麻岩年龄一致。
(3) 从家屯-胡家地区发育的斜长角闪岩均具拉斑玄武岩地球化学特征。其中，从家屯岩斜长角闪岩原岩为玄武岩类或玄武质火山岩类，具有E-MORB地球化学特征；而胡家斜长角闪岩原岩为辉长岩类，具有OIB地球化学特征。
(4) 从家屯和胡家浅变质基性岩分别与扬子板块及华北板块具有构造亲缘性，它们应为三叠纪扬子板块向华北板块俯冲过程中被刮削并叠置于板块俯冲带附近的加积杂岩。据此推测，非高压变质岩片与超高压变质岩系之间的石门-薛家庄韧性剪切带具有重要的板块缝合线意义，而不是传统认为的五莲-荣成断裂。
致谢 本文引用了胶南地区150000区域地质调查的部分成果。参加项目的研究人员还有张京信、房德庆、李远友、刘瑞国、宋家军等；并承蒙二位匿名审稿专家提出了宝贵的修改意见；在此一并衷心感谢！
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