龐嵐尹 高昕宇 孫乾迎 胡波 趙太平**

1. 中國科學院廣州地球化學研究所礦物學與成礦學重點實驗室，廣州 5106402. 中國科學院大學，北京 1000493. 長安大學地球科學與資源學院，西安 710054

華北克拉通前寒武紀基底是由不同微陸塊拼合而成的(伍家善等, 1998; 翟明國和卞愛國, 2000; Kusky and Li, 2003; Zhaoetal., 2005; 趙國春, 2009)。Zhaoetal. (2005)將華北克拉通分成東部陸塊、西部陸塊和中部造山帶三個主要構造單元，其中西部陸塊又可分為北部的陰山陸塊、南部的鄂爾多斯陸塊和中部的孔茲巖帶(Zhaoetal., 2005, 2012; Zhao and Zhai, 2013)?？灼潕r帶是陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊碰撞拼合形成西部陸塊的產(chǎn)物，形成于～1.95Ga，是華北克拉通保存完好的古元古代構造帶之一(Zhaoetal., 2005, 2012; Wanetal., 2009; Yinetal., 2009, 2011, 2014, 2015; Gouetal., 2016; Qiaoetal., 2016)。因此，孔茲巖帶上各類巖石的成因研究對揭示華北克拉通西部陸塊古元古代構造演化具有重要意義。孔茲巖帶巖石自西向東不連續(xù)分布于賀蘭山-千里山、烏拉山-大青山以及集寧等地區(qū)，主要由孔茲巖系和古元古代S型花崗巖組成，其中孔茲巖系為一套高角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)沉積巖組合，主要由含石墨夕線石-石榴石片麻巖、石榴石石英巖、長英質(zhì)副片麻巖、鈣硅酸鹽巖和大理石組成(Condieetal., 1992; 盧良兆等, 1996)。由于孔茲巖系在研究深部地質(zhì)過程中具有一定的局限性，因此應結(jié)合該區(qū)廣泛出露的古元古代S型花崗巖來探究孔茲巖帶的構造演化歷史。

Yinetal. (2009)總結(jié)了孔茲巖帶的構造演化特征，共分為四個階段：①古元古代早期(>1.95Ga)，西部陸塊還沒有形成統(tǒng)一的基底，陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊呈分離狀態(tài)；② ～1.95Ga，陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊碰撞拼合形成孔茲巖帶；③ ～1.92Ga，孔茲巖帶進入碰撞后伸展階段；④ ～1.87Ga，位于下地殼的孔茲巖系發(fā)生折返作用。前人研究結(jié)果表明，孔茲巖帶S型花崗巖至少可分為三期，分別為～1.95Ga、1.93～1.90Ga和～1.85Ga(鐘長汀等, 2007; Yinetal., 2009, 2011; Pengetal., 2012; 李正輝等, 2013; Danetal., 2014; 劉金科等, 2016)。大量研究工作者對1.95～1.85Ga的S型花崗巖做了精細的年代學、源區(qū)性質(zhì)和構造背景等方面的分析(王成等, 2012; 李正輝等, 2013; Danetal., 2012, 2014; 劉金科等, 2016; Lietal., 2017; Zhangetal., 2017)。研究表明，三期S型花崗巖都主要來源于孔茲巖系的部分熔融，分別形成于陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊拼合過程中的碰撞擠壓階段、擠壓向碰撞后伸展的過渡階段以及碰撞后伸展階段(Yinetal., 2009; 李正輝等, 2013; Danetal., 2014; Zhangetal., 2017)。通常認為，陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊于～1.95Ga已碰撞拼合在一起(Zhaoetal., 2005, 2012; Yinetal., 2009)，但關于兩個微陸塊的開始碰撞時間以及孔茲巖帶早期演化尚無定論。近年來，在孔茲巖帶西部賀蘭山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一些～2.05Ga的S型花崗質(zhì)巖體，如出露于賀蘭山北段的黑云二長片麻巖(2053±58Ma; 耿元生等, 2009)、石榴石花崗巖(2047±42Ma; 耿元生等, 2009)、含石榴子石花崗巖(2045±17Ma; Lietal., 2017)和二云母花崗巖(～2069±25Ma; Lietal., 2017)以及賀蘭山中段的黃旗口巖體(～2.06Ga; 楊華本, 2013)，對賀蘭山地區(qū)～2.05Ga S型花崗巖的成因研究可以為孔茲巖帶古元古代構造演化提供更多證據(jù)。

本文圍繞華北克拉通孔茲巖帶西部賀蘭山中段的黃旗口花崗質(zhì)巖體開展相應的巖相學、全巖主微量元素、鋯石U-Pb年代學和Lu-Hf同位素地球化學研究，探討其代表的構造熱事件性質(zhì)，并對賀蘭山地區(qū)大規(guī)模出露的古元古代S型花崗巖進行綜合分析，為賀蘭山地區(qū)古元古代構造演化提供重要依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖體地質(zhì)

圖1 華北克拉通基底構造單元劃分圖(a, 據(jù)Zhao et al., 2005)、孔茲巖帶地質(zhì)簡圖(b, 據(jù)Zhao et al., 2005)和賀蘭山地區(qū)地質(zhì)圖(c, 據(jù)Dan et al., 2014)Fig.1 Tectonic division map of basement units of the North China Craton (a, after Zhao et al., 2005), geologic map of the Khondalite Belt (b, after Zhao et al., 2005) and geologic map of the Helanshan area (c, after Dan et al., 2014)

華北克拉通西部陸塊由陰山陸塊、鄂爾多斯陸塊和孔茲巖帶組成(圖1a)。其中，陰山陸塊主要由新太古代TTG片麻巖和少量的變質(zhì)表殼巖組成，變質(zhì)時代為～2.5Ga(Zhaoetal., 1999, 2012)。鄂爾多斯陸塊幾乎全部被顯生宙地層所覆蓋，少量的鉆孔資料揭示下部存在新太古代-古元古代麻粒巖相變質(zhì)基底(Huetal., 2013; Wanetal., 2013a; Zhangetal., 2015)。孔茲巖帶沿東西向展布，寬約220km，長約1000km。該帶自東向西主要由集寧、大青山-烏拉山、千里山和賀蘭山雜巖組成(圖1b)。巖石類型主要為麻粒巖相的變質(zhì)表殼巖、S型花崗巖和少量的TTG片麻巖、基性麻粒巖、紫蘇花崗巖(胡能高和楊家喜, 1993; Zhaoetal., 1999; 鐘長汀等, 2007; 周喜文等, 2010)。賀蘭山地區(qū)位于孔茲巖帶的最西端(圖1c)，北段出露的地質(zhì)體主要為古元古界賀蘭山巖群以及S型花崗巖侵入體，并有少量中元古代蓋層(黃旗口組和王全口組)出露；中段出露的地質(zhì)體主要為古元古界趙池溝巖群和黃旗口花崗質(zhì)巖體(本文研究對象)，并被中-新元古代蓋層覆蓋，蓋層包括中元古界黃旗口組、王全口組和新元古代正目觀組。

黃旗口巖體分布于賀蘭山中段南水-白寺口溝一帶，呈近南北向展布，西部被中元古界黃旗口組不整合覆蓋，東部被第四系覆蓋，未見侵入于其它地質(zhì)體中。巖體呈巖株狀產(chǎn)出，1:20萬寧夏區(qū)域地質(zhì)調(diào)查將其大致劃分為中心相、過渡相和邊緣相，而楊華本(2013)認為黃旗口巖體包含兩期侵入體，早期侵入體與晚期侵入巖呈超動侵入接觸，沿著接觸帶發(fā)育細粒邊，并觀察到英云閃長巖侵入到花崗巖的地質(zhì)現(xiàn)象。巖體南北長約20km，平均寬約4.5km，出露面積約81km2(王成等, 2012)。本次研究的樣品主要采自賀蘭山中段大口子溝和大水渠溝內(nèi)，大口子溝主要巖性為二云母二長花崗巖和含石榴子石英云閃長巖，大水渠溝主要巖性為英云閃長巖(圖2a, b)。

圖2 黃旗口巖體野外照片(a、b)、手標本照片(c)和顯微照片(d-j)早期巖體——英云閃長巖(a)和晚期巖體——二云母二長花崗巖(b)野外照片；(c)晚期巖體——含石榴子石英云閃長巖手標本照片；二長花崗巖(d-f)、含石榴子石英云閃長巖(g、h)和英云閃長巖(i、j)顯微照片.礦物縮寫：Pl-斜長石；Mc-微斜長石；Q-石英；Bi-黑云母；Ms-白云母；Sil-夕線石；Grt-石榴子石；Crd-堇青石；Pth-條紋長石Fig.2 The field (a, b), sample (c) and microscopic (d-j) photos of the Huangqikou plutonsField photographs of tonalite in early stage (a) and two-mica monzonitic granites in late stage (b); (c) rock sample photograph of garnet-bearing tonalite in early stage; Microscopic photos of monzogranite (d-f), garnet-bearing tonalite (g, h) and tonalite (i, j). Pl-plagioclase; Mc-microcline; Q-quartz; Bi-biotite; Ms-muscovite; Sil-sillimanite; Grt-garnet; Crd-cordierite; Pth-perthite

大口子溝二云母二長花崗巖：巖石新鮮面呈灰白色，塊狀構造，中-粗粒花崗結(jié)構。主要礦物為斜長石(～33%)、石英(～30%)、微斜長石(～20%)、黑云母(～10%)、白云母(～5%)、夕線石(～1%)和堇青石(<1%)。其中斜長石發(fā)生絹云母化，具聚片雙晶，微斜長石具格子雙晶，夕線石多呈毛發(fā)狀、針柱狀集合體，具竹節(jié)狀結(jié)構；堇青石在正交偏光鏡下呈一級黃干涉色。副礦物主要有鋯石、鈦鐵礦、磷灰石和榍石(圖2c, d)。

圖3 黃旗口巖體代表性鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像紅色圈為LA-ICP-MS分析點，黃色圈為MC-ICP-MS分析點；鋯石下方數(shù)字為207Pb/206Pb年齡值Fig.3 Cathodoluminescence (CL) images of representative zircons from Huangqikou plutonsRed circles indicate the LA-ICP-MS analysis spots, and yellow circles denote the MC-ICP-MS analysis spot. Numbers below zircons are 207Pb/206Pb age

大口子溝含石榴子石英云閃長巖：巖石新鮮面呈灰色，塊狀構造，中-粗?；◢徑Y(jié)構。主要礦物為斜長石(～50%)、石英(～35%)、黑云母(～10%)、堿性長石(～5%)、白云母(<1%)和石榴子石(<1%)。其中斜長石多發(fā)生絹云母化，表面較臟；堿性長石含量少，為微斜長石和條紋長石；石榴子石自形為六邊形。副礦物主要為鋯石、鈦鐵礦和榍石(圖2e, f)。

大水渠溝英云閃長巖：巖石新鮮面呈灰白色，塊狀構造，中-粗粒花崗結(jié)構。主要礦物為斜長石(～55%)、石英(～30%)、鉀長石(～5%)、黑云母(～10%)和白云母(<1%)。巖石蝕變明顯，斜長石呈板狀、半自形狀，發(fā)生了較強的絹云母化；黑云母和白云母呈片狀自形-半自形。副礦物主要為鋯石、磷灰石、榍石和鈦鐵礦(圖2g, h)。

本文從黃旗口巖體中選擇了10個樣品進行主、微量測試分析，5個樣品進行全巖Nd同位素分析。其中，分別選取大口子溝和大水渠溝各1個代表性樣品進行鋯石U-Pb定年和Hf同位素分析。

2 分析方法

本文樣品的全巖主量元素在澳實礦物實驗室完成。全巖微量元素、全巖Sm-Nd同位素和鋯石Lu-Hf同位素測試工作在中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室完成。鋯石U-Pb年代學測試在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。

鋯石U-Pb年齡在LA-ICP-MS儀器上測定，激光束斑直徑為32μm，頻率為8Hz，詳細分析流程見Yuanetal. (2004, 2008)，鋯石U-Pb數(shù)據(jù)用Glitter處理。鋯石U-Pb年齡測定后，再在原位用LA-MC-ICP-MS進行Lu-Hf同位素分析，激光束斑直徑為32μm，剝蝕頻率為8Hz，能量密度為15～20J/cm2，剝蝕時間約為60s，詳細的分析流程見Wuetal. (2006)。全巖主量元素分析用X射線熒光光譜法(XRF)測試，分析精度優(yōu)于2%。微量元素分析測試采用Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)，使用USGS標準W-2和G-2，以及國內(nèi)標準GSR-1、GSR-2 和GSR-3來校正所測樣品的元素含量，分析精度一般高于5%，具體的流程見劉穎等(1996)。全巖Nd同位素分析運用Thermo Neptune Plus MC-ICP-MS(多接受等離子質(zhì)譜儀)完成，同位素分餾通過146Nd/144Nd=0.512085±0.000006 (2σ)，Nd同位素的全流程空白小于60pg。測試過程采用BCR-2作為監(jiān)控樣品，分析精度高于0.002%。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年齡

對采自大水渠溝的英云閃長巖(樣品17149N：38°39′32″N、105°55′38″E)和采自大口子溝的含石榴子石英云閃長巖(樣品17102N：38°36′11.71″N、105°5′08.92″E)進行鋯石U-Pb年齡測試，LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果詳見表1，鋯石CL圖像如圖3所示。

英云閃長巖(17149N)中的鋯石多為無色透明-半透明，半自形-自形長柱狀，粒徑約為60～130μm，長寬比約為3:1～2:1。CL圖像顯示鋯石的陰極發(fā)光性較好，顯示清晰的震蕩環(huán)帶(圖3)。其Th/U比值除了24、25和26號點小于0.1外，其余測得均大于0.1(0.11～0.49)，表明這些鋯石為巖漿成因(Belousovaetal., 2002; Williamsetal., 2009)。對該樣品進行了22個點的分析，在U-Pb年齡諧和線圖上(圖4a)，大部分樣品都經(jīng)歷了不同程度的鉛丟失，但構成了較好的不一致線，上交點年齡為2056±24Ma(MSWD=2.0，n=22)，與楊華本(2013)獲得的2067±60Ma、2051±40Ma和2051±21Ma(LA-ICP-MS U-Pb年齡)及Lietal. (2018)獲得的2023±14Ma～2034±16Ma在誤差范圍內(nèi)基本一致，代表了早期巖體的形成時代，為目前在賀蘭山地區(qū)發(fā)現(xiàn)的最早的一期S型花崗巖，本文將該期巖體稱為黃旗口早期巖體。

含石榴子石英云閃長巖(17102N)中的鋯石多為無色透明-半透明，半自形-自形長柱狀，粒徑約為50～150μm，長寬比約為3:1～2:1。CL圖像顯示鋯石的陰極發(fā)光性較好，顯示清晰的震蕩環(huán)帶(圖3)。其Th/U比值均大于0.1(0.11～0.39)，表明這些鋯石為巖漿成因(Belousovaetal., 2002; Williamsetal., 2009)。對該樣品進行了28個點的分析，在U-Pb年齡諧和圖上(圖4b)，大部分樣品都經(jīng)歷了不同程度的鉛丟失，但構成了較好的不一致線，上交點年齡為1965±14Ma(MSWD=0.39，n=28)。其中，有5個數(shù)據(jù)點位于諧和線上，其加權平均年齡為1967±33Ma(MSWD=0.056，n=5)，兩者在誤差范圍內(nèi)一致。同時，該年齡值與Danetal. (2012)年測得的1956±19Ma(SIMS U-Pb年齡)在誤差范圍內(nèi)基本一致。上交點年齡較加權平均年齡誤差較小，本文選取上交點年齡1965±14Ma代表晚期巖體的侵位時代，本文將該期巖體稱為黃旗口晚期巖體。黃旗口早期巖體和晚期巖體相隔～80Myr，說明黃旗口巖體為至少存在兩次巖漿事件的花崗質(zhì)復式巖體。

表1 黃旗口巖體鋯石LA-ICP-MS 分析結(jié)果

Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb results for the Huangqikou plutons

測點號ThU(×10-6)Th/U同位素比值年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ諧和度17149N英云閃長巖01404240.090.12280.00263.87270.04870.22870.0026199737.5160810.2132813.67902373420.110.12180.00264.08660.05190.24330.0028198237.7165210.4140414.38203244810.050.12050.00273.45170.04690.20770.0024196438.7151610.7121712.87504622980.210.12200.00265.12790.06400.30470.0034198637.4184110.6171517.09305352370.150.12500.00275.36090.06860.31100.0035202937.5187911.0174517.49206761540.490.12740.00286.62020.08730.37670.0044206337.7206211.6206120.410009304580.060.12490.00273.80090.04710.22070.0025202737.1159310.0128613.17610293050.090.12120.00264.42320.05610.26470.0030197337.5171710.5151415.387121024520.230.11580.00253.41850.04250.21410.0024189237.615099.8125112.87913441520.290.12680.00286.55000.08850.37460.0044205437.9205311.9205120.410014532140.250.12920.00286.15070.07810.34530.0039208736.9199811.1191218.996151014800.210.11560.00243.21700.03990.20180.0023189037.614619.6118512.27717483680.130.12040.00263.38660.04240.20400.0023196137.315019.8119712.37518403010.130.12130.00264.71540.05830.28190.0032197637.0177010.4160116.08920604450.130.12020.00253.58600.04410.21640.0024195937.015469.8126312.97821532790.190.12310.00264.77330.05950.28120.0032200237.0178010.5159716.08922172600.060.12200.00264.50910.05720.26800.0030198637.3173310.5153015.58724183090.060.11840.00254.01030.04880.24570.0028193237.016369.9141614.38425173390.050.12450.00264.32260.05280.25180.0028202136.6169810.1144814.68326722270.320.12310.00264.95370.06240.29180.0033200237.0181110.6165116.59027354650.080.11990.00253.53540.04300.21370.0024195536.815359.6124912.77728645550.120.12130.00253.21940.03890.19250.0022197536.614629.4113511.67117102N含石榴子石英云閃長巖01542350.230.11990.00265.85630.07560.35370.0040195438.1195511.2195219.010002442320.190.12130.00265.65670.07100.33760.0038197537.6192510.8187518.29703373120.120.11860.00254.57220.05630.27920.0031193537.6174410.3158715.79004732100.350.12150.00265.91250.07520.35240.0040197837.7196311.1194618.99905322870.110.12040.00265.57880.06960.33530.0038196337.6191310.7186418.19706482530.190.11750.00254.43840.05530.27350.0031191837.8172010.3155915.49007522190.240.12100.00265.97100.07560.35720.0040197237.7197211.0196919.110008442880.150.11780.00254.70170.05800.28890.0032192437.6176810.3163616.19209521900.270.12090.00265.42590.06890.32490.0036197037.7188910.9181317.79610411850.220.12080.00265.94670.07410.35660.0040196737.5196810.8196618.910011593100.190.11660.00254.41240.05430.27400.0030190537.7171510.2156115.490121684340.390.11530.00253.60680.04490.22650.0025188537.915519.9131613.28213654210.160.11410.00243.62310.04400.22990.0025186637.715559.7133413.38314562440.230.11940.00255.48750.06680.33280.0037194837.2189910.5185217.89715683590.190.11450.00243.59330.04400.22730.0025187237.715489.7132013.283161414200.340.11400.00243.24520.03970.20620.0023186437.814689.5120912.27917412420.170.11890.00255.25580.06440.32020.0036193937.4186210.5179117.39618873230.270.11570.00253.97660.04900.24900.0028189037.7162910.0143414.28619683700.180.11280.00243.56720.04350.22910.0025184537.815429.7133013.28420502370.210.11850.00255.03380.06160.30770.0034193437.4182510.4172916.89421743210.230.11660.00254.54530.05600.28240.0031190537.6173910.3160315.79222595200.110.10980.00232.87250.03450.18960.0021179637.813759.1111911.27723642260.280.11840.00255.06360.06210.30980.0034193237.4183010.4174016.89524533870.140.11440.00243.78840.04590.23980.0026187137.515909.7138613.785261265610.220.10990.00232.52620.03030.16660.0018179737.712808.799310.07127513330.150.11620.00244.52570.05440.28230.0031189837.3173610.0160315.69228402490.160.11830.00255.33960.06550.32700.0036193137.3187510.5182417.59730481450.330.12040.00265.97110.07720.35930.0040196337.8197211.3197919.1100

圖4 黃旗口早期巖體和晚期巖體U-Pb諧和年齡圖Fig.4 U-Pb concordia diagrams of zircons from early and late Huangqikou plutons

圖5 黃旗口巖體 R1-R2圖解(a, 據(jù)De La Roche et al., 1980)和A/NK-A/CNK圖解(b, 據(jù) Maniar and Piccoli, 1989)Fig.5 R1 vs. R2 (a, after De La Roche et al., 1980) and A/NK vs. A/CNK diagrams (b, after Maniar and Piccoli, 1989) for Huangqikou plutons

3.2 全巖主、微量元素特征

黃旗口早期和晚期花崗質(zhì)巖體的主、微量元素列于表2。早期巖體與晚期巖體主量元素特征基本一致，都具有高SiO2(62.77%～74.79%)、K2O(2.37%～7.20%)、Al2O3(13.67%～18.05%)，低Na2O(1.36%～3.47%)、CaO(0.28%～3.25%)和MnO(0.01%～0.11%)的特征，F(xiàn)e2O3T含量變化在0.15%～8.82%之間。在R1-R2圖解(R1=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti)、R2=6Ca+2Mg+Al)中(圖5a)，黃旗口巖體樣品點落入英云閃長巖-花崗閃長巖-花崗巖區(qū)域，主要落入花崗巖區(qū)域。樣品具有高的A/CNK比值(1.10～1.52)和A/NK比值(1.34～1.86)，在A/NK-A/CNK圖解上落于強過鋁質(zhì)系列區(qū)域(圖5b)。在Harker圖解上，TiO2、Al2O3、Fe2O3T、MnO、MgO和CaO都與SiO2具有負相關關系(圖6)。

圖6 黃旗口巖體的Harker圖解Fig.6 Harker variation diagrams for the Huangqikou plutons

圖7 黃旗口巖體球粒隕石標準化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標準化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized spidergrams (b) of the Huangqikou plutons (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

黃旗口早期巖體和晚期巖體具有相似的微量元素特征。在球粒隕石標準化稀土元素配分圖上，所有樣品都具有稀土元素總量較高(∑REE=75.2×10-6～291×10-6)，輕稀土元素富集(∑LREE=70.0×10-6～259×10-6)，重稀土元素虧損(∑HREE=5.26×10-6～32.7×10-6，輕重稀土元素分異明顯(LREE/HREE=6.25～21.5，(La/Yb)N=6.75～54.5)的特征，并且絕大多數(shù)樣品具有明顯的負Eu異常(Eu*=0.33～0.93)(圖7a)。在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖上，所有的樣品都虧損高場強元素(Nb、Ta、Zr、Hf和Ti)(圖7b)。巖體的Rb含量為112×10-6～276×10-6，Sr含量為67.6×10-6～321×10-6，Ba含量為159×10-6～1215×10-6，Zr含量為22×10-6～243×10-6，Rb/Ba為0.14～0.96，Rb/Sr為0.35～2.21。

3.3 全巖Sm-Nd同位素特征

選取1個早期巖體和4個晚期巖體進行全巖Nd同位素分析，數(shù)據(jù)列于表3。早期巖體(17149N)147Sm/144Nd為0.1177，143Nd/144Nd為0.511633，εNd(t=2056Ma)值為+1.26，Nd二階段模式年齡為2399Ma，在εNd(t)-t圖中，數(shù)據(jù)點投于虧損地幔Nd同位素演化線與球粒隕石Nd同位素演化線之間(圖8a)。晚期巖體(17101N、17102N、17112N和17116N)147Sm/144Nd為0.0891～0.1184，143Nd/144Nd為0.511411～0.511730，εNd(t=1956Ma)值變化于+2.05～+3.78之間，Nd二階段模式年齡變化于2122～2260Ma，在εNd(t)-t圖中，數(shù)據(jù)點均投于虧損地幔Nd同位素演化線與球粒隕石Nd同位素演化線之間(圖8a)。

3.4 鋯石Lu-Hf同位素特征

鋯石Lu-Hf同位素組成數(shù)據(jù)列于表4。早期巖體(17149N)176Hf/177Hf變化于0.281524～0.281676(平均值為0.281617)，εHf(t)為+0.7～+5.5(t=2056Ma)，二階段模式年齡為2428Ma～2821Ma，在εHf(t)-t圖中，樣品的原位Hf同位素分析數(shù)據(jù)點均投于虧損地幔Hf同位素演化線與球粒隕石Hf同位素演化線之間(圖8b)。晚期巖體(17102N)176Hf/177Hf變化于0.281650～0.281838(平均值為0.281732)，εHf(t)為+2.6～+8.7(t=1965Ma)，二階段模式年齡為2089～2622Ma，在εHf(t)-t圖中，樣品的原位Hf同位素分析數(shù)據(jù)點均投于虧損地幔Hf同位素演化線與球粒隕石Hf同位素演化線之間(圖8b)。

表3 黃旗口巖體全巖Nd同位素數(shù)據(jù)

Table 3 Whole-rock Nd isotopic data of the Huangqikou plutons

樣品號Age (Ma)Sm (×10-6)Nd (×10-6)147Sm144Nd143Nd144Nd2σεNd(t)t1DM(Nd) (Ma)t2DM(Nd) (Ma)fSm/Nd17101N19655.4427.790.11840.5117300.0000092.0622612260-0.4017102N19654.8430.540.09570.5114820.0000082.9421472189-0.5117112N196510.0556.920.10670.5116670.0000103.7821052122-0.4617116N19656.0541.050.08910.5114110.0000083.2221202167-0.5517149N20564.7524.390.11770.5116330.0000081.2623982399-0.40

注：(147Sm/144Nd)CHUR=0.1967；(143Nd/144Nd)CHUR=0.512638.t1DM(Nd)和t2DM(Nd)值是根據(jù)現(xiàn)代值(147Sm/144Nd)DM=0.2137和(143Nd/144Nd)DM=0.51315計算. λSm=6.54×10-12y-1

圖8 黃旗口巖體εNd(t)-t (a)和εHf(t)-t (b)圖解Fig.8 εNd(t) vs. t (a) and εHf(t) vs. t (b) diagrams of Huangqikou plutons

圖9 黃旗口巖體ACF圖解Fig.9 ACF diagram of the Huangqikou plutons

4 討論

4.1 源區(qū)性質(zhì)

黃旗口早期巖體和晚期巖體具有相似的特征，它們具有高的SiO2、Al2O3和K2O含量，低的TiO2、Na2O和FeOT含量，鋁飽和指數(shù)A/CNK=1.10～1.42，屬強過鋁質(zhì)花崗巖(圖5b)。礦物組合中出現(xiàn)S型花崗巖特征礦物，如石榴子石、白云母和堇青石。在n(A=Al-Na-K)-n(C=Ca)-n(F=Fe+Mg)圖解(n為物質(zhì)的量，mol)中(圖9)，幾乎所有樣品均落在S型花崗巖區(qū)域。以上證據(jù)表明，黃旗口早期巖體和晚期巖體都為強過鋁質(zhì)S型花崗巖(Chappell and White, 2001; Clemens, 2003)。在球粒隕石標準化稀土元素配分圖上，早期巖體和晚期巖體特征一致，都表現(xiàn)為輕重稀土元素分異明顯和Eu負異常顯著的特征，與上地殼配分模式一致(圖7a)。在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖上，所有樣品虧損高場強元素(Nb、Ta、Zr、Hf和Ti)，也與上地殼分布模式相一致(圖7b)。巖體的全巖εNd(t)(早期巖體為+2.05～+3.78，晚期巖體為+1.26)和鋯石εHf(t)(早期巖體為+0.7～+5.5，晚期巖體為+2.6～+7.7)大于0。以上特征與陸殼物質(zhì)所形成的花崗巖的特征相一致。

表4 黃旗口巖體鋯石Hf同位素數(shù)據(jù)

Table 4 LA-MC-ICP-MS zircon Hf isotopic compositions of the Huangqikou plutons

測點號Age (Ma)176Yb177Hf176Lu177Hf176Hf177Hf2σεHf(0)εHf(t)tDM1 (Ma)t2DM(Ma)fLu/Hf17149N0120560.0303740.0013380.2815780.000008-42.211.923632743-0.96020.0151660.0005850.2815240.000009-44.141.023912821-0.98030.0188990.0006730.2816400.000007-40.035.022382472-0.98040.0292490.0010170.2816280.000008-40.464.122752551-0.97050.0299540.0010760.2816280.000008-40.474.022792559-0.97090.0270920.0009270.2816560.000008-39.465.222312453-0.97100.0284300.0010170.2816340.000008-40.244.322672532-0.97150.0262390.0010190.2815320.000010-43.840.724062848-0.97170.0218360.0008770.2816620.000009-39.255.522202428-0.97180.0217200.0008010.2815940.000009-41.653.223082629-0.98200.0509910.0017980.2816760.000010-38.764.722552497-0.95210.0334630.0012140.2816570.000009-39.434.922472484-0.96220.0248290.0008720.2816210.000009-40.694.122752553-0.97240.0378900.0012840.2816050.000010-41.292.923232656-0.96250.0327770.0011270.2815850.000008-41.992.423412698-0.97260.0296460.0010560.2816260.000009-40.514.022792560-0.97270.0169940.0006200.2816140.000009-40.964.122712547-0.98280.0379100.0013270.2816440.000009-39.894.222722539-0.9617102N0119650.0356160.0011950.2816500.000010-39.672.622552617-0.96020.0402070.0013840.2817470.000009-36.255.821322338-0.96030.0498060.0016830.2818380.000009-33.038.720212089-0.95040.0310190.0010230.2817230.000010-37.105.421452371-0.97050.0337400.0011250.2817150.000009-37.385.021622408-0.97060.0392050.0013000.2816520.000008-39.602.622582622-0.96070.0513640.0017370.2817410.000010-36.485.121612399-0.95080.0496760.0016170.2816750.000010-38.812.922462590-0.95090.0389910.0012620.2817650.000012-35.616.621002268-0.96100.0380980.0012670.2816550.000007-39.512.722532611-0.96110.0356810.0011780.2816830.000008-38.533.822092514-0.96120.0494260.0016190.2817700.000012-35.456.321142295-0.95130.0413280.0013950.2817520.000010-36.076.021252323-0.96140.0369980.0012210.2816760.000009-38.773.522222541-0.96150.0464910.0015220.2817950.000008-34.567.320732206-0.95170.0423940.0014360.2817000.000008-37.914.122002490-0.96180.0338900.0011060.2817360.000007-36.655.821322342-0.97200.0368610.0013170.2817590.000010-35.846.321122294-0.96210.0363720.0011910.2817200.000010-37.195.121582399-0.96230.0478250.0015360.2817690.000010-35.486.421102288-0.95240.0501890.0016560.2817560.000009-35.925.821342340-0.95270.0367490.0011930.2817920.000010-34.667.720592176-0.96280.0392370.0012590.2817370.000008-36.625.621392356-0.96300.0512800.0016670.2817740.000008-35.316.421112288-0.95

注：εHf(0)=((176Hf/177Hf)S/(176Hf/177Hf)CHUR, 0-1)×10000；εHf(t)=((176Hf/177Hf)S-(176Lu/177Hf)S×(eλt-1))/((176Hf/177Hf)CHUR, 0-(176Lu/177Hf)CHUR×(eλt-1))-1)×10000；tDM1(Ma)=1/λ×ln(1+((176Hf/177Hf)S-(176Hf/177Hf)DM)/((176Lu/177Hf)S-(176Lu/177Hf)DM))；t2DM(Ma)=tDM1-(tDM1-t)((fCC-fDM))；fLu/Hf=((176Lu/177Hf)S/(176Lu/177Hf)CHUR-1)，(176Lu/177Hf)S和(176Hf/177Hf)S是樣品的測定值；(176Lu/177Hf)CHUR=0.03321和(176Hf/177Hf)CHUR, 0=0.282772(Blichert-Toft and Albarède, 1997)；(176Lu/177Hf)DM=0.03842和(176Hf/177Hf)DM=0.28325(Griffinetal., 2000)，t=鋯石結(jié)晶年齡；λ=1.867×10-11y-1(S?derlundetal., 2004)，fLu/Hf=-0.55(Vervoortetal., 1996)

圖10 黃旗口花崗質(zhì)巖體物源區(qū)判別圖解(a) n(Al2O3)/n(MgO+FeOT)-n(CaO)/n(MgO+FeOT)(據(jù)Altherr et al., 2000),n為物質(zhì)的量，mol；(b) (Na2O+K2O)/(FeOT+MnO+TiO2)-(Na2O+K2O+FeOT+MnO+TiO2)(據(jù)Patio Douce, 1999)；(c) Rb/Ba-Rb/Sr和(d) CaO/Na2O-Al2O3/TiO2(據(jù)Sylvester, 1998)Fig.10 Source discrimination diagrams for Huangqikou pluton

通常認為S型花崗巖可由變雜砂巖和變泥質(zhì)巖的部分熔融產(chǎn)生(White and Chappell, 1988; Patio Douce and Beard, 1995; Chappell, 1999; Caietal., 2011)。Chappell and White (1992)認為強過鋁質(zhì)S型花崗巖的CaO和Na2O含量變化反映了其原巖中粘土成分含量的不同。實驗巖石學證據(jù)表明，由泥質(zhì)巖和雜砂巖部分熔融形成的熔體顯示出不同的CaO和Na2O含量，受溫度(熔融程度)、壓力、H2O活性以及原巖成分等多方面的影響(Holtz and Johannes, 1991; Skjerlie and Johnston, 1996)，而CaO/Na2O比值則主要受原巖的中斜長石/粘土比值的控制。因此，CaO/Na2O比值是判定過鋁質(zhì)S型花崗巖源巖中泥質(zhì)物質(zhì)含量的一個較好參數(shù)，CaO/Na2O比值小于0.3為泥質(zhì)巖的部分熔融，大于0.3為雜砂巖的部分熔融(Sylvester, 1998)。此外，過鋁質(zhì)S型花崗巖中的Rb-Sr-Ba變化特征與源區(qū)物質(zhì)為泥質(zhì)巖和雜砂巖有關。在花崗巖體系中，由于許多微量元素存在于副礦物相中而使其含量變化的解釋變得復雜，但是Rb、Sr和Ba幾乎只賦存于云母和長石中(Harris and Inger, 1992)，Sr和Ba是斜長石中的相容元素，Rb為其中的不相容元素，對解釋過鋁質(zhì)S型花崗巖的源巖成分特征具有重要意義。雜砂巖產(chǎn)生的熔體相對于泥質(zhì)巖產(chǎn)生的熔體常具有更低的Rb/Sr和Rb/Ba比值(Sylvester, 1998)。黃旗口巖體的大多數(shù)樣品都具有較高的CaO/Na2O比值(0.15～1.06，僅三個樣品<0.3)以及較低的Rb/Sr(0.35～2.21)和Rb/Ba比值(0.14～0.96)。在Rb/Sr與Rb/Ba比值協(xié)變圖解上，主要落在由高CaO/Na2O比值的雜砂巖熔融產(chǎn)生的熔體區(qū)(圖10)，表明黃旗口巖體可能主要來自混有少量泥質(zhì)巖組分、富長石的雜砂巖源區(qū)物質(zhì)的部分熔融。

研究區(qū)位于孔茲巖帶西段賀蘭山地區(qū)，區(qū)內(nèi)主要出露有孔茲巖系(賀蘭山巖群和趙池溝巖群)和S型花崗質(zhì)巖體(Zhaoetal., 1999; 鐘長汀等, 2007)。可能作為黃旗口過鋁質(zhì)S型花崗巖源區(qū)物質(zhì)的地質(zhì)體為賀蘭山巖群和趙池溝巖群。賀蘭山巖群巖性主要為石榴二長片麻巖、石榴黑云二長片麻巖和黑云斜長片麻巖，夾二云石英片巖、白云石英片巖和淺粒巖(盧良兆等, 1996)，原巖為含粘土質(zhì)長石雜砂巖-富粘土質(zhì)長石雜砂巖-泥質(zhì)巖組合(鐘焱等, 2016)，碎屑鋯石主要分布于2.0～2.2Ga，變質(zhì)年齡為1.95Ga，表明賀蘭山巖群的原巖沉積作用主要發(fā)生在2.0～1.95Ga(Danetal., 2012)。趙池溝巖群巖性主要為黑云斜長片麻巖、二云母片巖和含石墨二長片麻巖，夾二長片麻巖和片理化蝕變安山巖，原巖為長石石英砂巖、長石雜砂巖和含砂質(zhì)泥巖，陸彥俊和周喜文(2012)通過測定趙池溝巖群中原巖為火山沉積巖的黑云母石英片巖中獲得了2047～2060Ma的鋯石U-Pb年齡，基本可以代表趙池溝巖群的沉積時代。研究區(qū)附近的賀蘭山巖群和趙池溝巖群的原巖巖石組合特征與黃旗口花崗質(zhì)巖體源區(qū)物質(zhì)特征相一致，并且孔茲巖系與巖體相距很近，可能為黃旗口S型花崗巖的源區(qū)物質(zhì)。

黃旗口S型花崗巖與孔茲巖系具有相似的主、微量元素地球化學特征，在A/NK-A/CNK圖解(圖5)、ACF圖解(圖9)、稀土元素配分模式圖和微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7)上都落入相同區(qū)域，且二階段Hf模式年齡(早期巖體為2.43～2.82Ga，晚期巖體為2.18～2.62Ga)與孔茲巖系(2.1～2.8Ga; Yinetal., 2011; Danetal., 2012)基本一致。同時，有許多研究者對孔茲巖帶內(nèi)其他S型花崗巖的研究也支持該解釋(李正輝等, 2013; Danetal., 2014; 劉金科等, 2016; Zhangetal., 2017)。趙池溝巖群和賀蘭山巖群形成時代早于黃旗口晚期巖體，推測其可能為晚期巖體的主要物質(zhì)來源。賀蘭山巖群沉積時代晚于黃旗口早期巖體，不能作為其源區(qū)物質(zhì)，而趙池溝巖群形成時代與早期巖體侵位時代大致相同，在特定構造背景下，趙池溝巖群可以快速埋藏并發(fā)生部分熔融形成黃旗口早期巖體，因此我們推測趙池溝巖群可能為早期巖體的物質(zhì)來源。另外，早期巖體和晚期巖體的εNd(t)和εHf(t)值均為正值，表明源區(qū)物質(zhì)除古老地殼物質(zhì)外，還有一定量新生地殼成分的加入，其中晚期巖體較早期巖體具有更高的εNd(t)和εHf(t)值，表明晚期巖體源區(qū)中新生地殼物質(zhì)的貢獻更為明顯。

4.2 構造背景及地質(zhì)意義

大洋巖石圈的俯沖最終導致洋盆封閉，島弧與大陸塊體碰撞，并沿碰撞縫合線發(fā)育一系列花崗質(zhì)巖漿作用(Pitcher, 1983; Pearceetal., 1984; Harrisetal., 1986)。碰撞構造環(huán)境可分為三個階段：碰撞前、同碰撞和碰撞后。碰撞前階段通常在活動大陸邊緣一側(cè)的島弧環(huán)境下形成鈣堿性侵入體；同碰撞階段通常在陸-陸碰撞帶發(fā)育過鋁質(zhì)侵入體(如淡色花崗巖)，碰撞后階段通常在陸-陸碰撞帶和原為被動大陸邊緣一側(cè)的板塊內(nèi)部分別發(fā)育鈣堿性和堿性侵入體(Harrisetal., 1986)。本文所研究的黃旗口巖體屬強過鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖，位于華北克拉通西部孔茲巖帶西段的賀蘭山地區(qū)，可能是古元古代陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊碰撞拼合背景下的產(chǎn)物，需結(jié)合區(qū)域大地構造演化歷史來判斷巖體形成的具體構造環(huán)境。

華北克拉通北緣主要發(fā)育三期古元古代花崗質(zhì)巖漿事件(耿元生等, 2009)，早期階段(2.05～2.0Ga)巖體主要出露在賀蘭山地區(qū)，主要巖性為黑云斜長片麻巖(原巖為英云閃長巖)(Lietal., 2017, 2018)；第二階段(2.0～1.87Ga)巖體在孔茲巖帶東部和西部都有出露，主要巖性為閃長巖類和英云閃長巖類(Zhangetal., 2017; Danetal., 2014; 耿元生等, 2009; 陳佩嘉等, 2017; Wangetal., 2017)；第三階段(1.85～1.8Ga)巖體僅在孔茲巖帶東部發(fā)育，孔茲巖帶西段(賀蘭山地區(qū)和千里山地區(qū))缺少該期巖漿事件(Wanetal., 2013b)。

對第二階段地質(zhì)事件巖漿的研究最為廣泛，巖漿作用的峰期時間為1.97～1.95Ga(Wanetal., 2013b)，該期巖漿事件在孔茲巖帶伴隨有廣泛的變質(zhì)作用，變質(zhì)峰期為～1.95Ga(Wanetal., 2013b; Yinetal., 2009, 2011)，孔茲巖帶西部賀蘭山雜巖(周喜文等, 2010; Yinetal., 2015)、千里山雜巖(Yinetal., 2014)以及東部的烏拉山雜巖(Caietal., 2015)和集寧雜巖(Wangetal., 2011)經(jīng)歷了麻粒巖相變質(zhì)作用，具有相似的順時針P-T演化軌跡，指示近等溫降壓過程，表明在～1.95Ga孔茲巖帶處于陸-陸碰撞造山過程的峰期，限定了陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊碰撞的峰期時間。本文研究的黃旗口晚期巖體，形成于～1.97Ga，為1.97～1.95Ga峰期巖漿活動階段的產(chǎn)物，形成于陸-陸碰撞構造背景下，該結(jié)論與賀蘭山地區(qū)同期S型花崗巖的構造背景相一致，如形成于1958±30Ma的沙巴臺花崗巖(李正輝等, 2013)。

賀蘭山中段位于孔茲巖帶南緣，要判定黃旗口早期巖體(～2.05Ga)形成于碰撞前島弧環(huán)境還是陸-陸碰撞環(huán)境，首先應弄清陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊碰撞拼合前鄂爾多斯陸塊北緣的大地構造背景。鄂爾多斯陸塊北緣發(fā)育花崗片麻質(zhì)基底，但缺乏與島弧作用相關的火山巖，而陰山陸塊南緣在晚太古代至早元古代期間處于活動大陸邊緣，在大青山和烏拉山地區(qū)形成了晚太古代-古元古代TTG侵入體和鎂鐵質(zhì)-長英質(zhì)火山巖組合(Liuetal., 1993; 趙國春等, 2002)。島弧作用下形成的花崗巖通常會有地幔組分的加入，而黃旗口早期巖體的微量元素特征、Nd同位素特征和鋯石Hf同位素特征均未顯示有地幔成分的加入。因此，排除了早期巖體形成于碰撞前島弧環(huán)境下。本文認為黃旗口早期巖體形成于陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊碰撞拼合的早期階段。

板塊匯聚階段會引起陸殼增厚，伴隨大量揮發(fā)性組分的釋放，同時，K、U和Th等元素衰變以及剪切構造作用會釋放大量的熱，引起增厚地殼部分熔融，形成溫度較低(<875℃)的花崗質(zhì)巖漿(Harrisetal., 1986)。黃旗口兩期花崗質(zhì)巖體的鋯石飽和溫度均較低，早期巖體鋯石飽和溫度范圍為735～815℃(平均值為772℃)，晚期巖體為703～829℃(平均值為794℃)，巖漿溫度較低，與加厚地殼部分熔融形成的花崗質(zhì)巖漿特征一致。

表5 華北克拉通西部賀蘭山地區(qū)古元古代巖體同位素年齡

Table 5 Isotopic ages of the Paleoproterozoic complex rocks in the Helanshan area from the western of North China Craton

樣品號巖石類型定年方法巖漿年齡(Ma)變質(zhì)年齡(Ma)參考文獻HL0702-2石榴堇青鉀長片麻巖SHRIMP1950±8HL0706-1石榴堇青二長片麻巖SHRIMP1950±8HL0707-1石榴黑云斜長片麻巖SHRIMP1950±8周喜文和耿元生, 200917149N黑云母英云閃長巖LA-ICP-MS2056±2417102N含石榴子石黑云母英云閃長巖LA-ICP-MS1965±14本文HL1-2含石榴石長石石英巖LA-Q-ICP-MS1958±7HL1-5S型花崗巖LA-Q-ICP-MS1840±15HL2-1含石榴石S型花崗巖LA-Q-ICP-MS1858±23HL2-3石榴石-黑云母片麻巖LA-Q-ICP-MS1953±71869±29HL2-4石榴石-夕線石-黑云母片麻巖LA-Q-ICP-MS1952±91865±26HL2-5夕線石-石榴石-堇青石片麻巖LA-Q-ICP-MS1955±151865±12HL3-1石榴石-堇青石片麻巖混合巖LA-Q-ICP-MS1946±13HL3-2夕線石-石榴石-堇青石片麻巖LA-Q-ICP-MS1963±15HL3-3石榴石-堇青石片麻巖LA-Q-ICP-MS1962±14Yin et al., 201111HL-01二云母花崗巖LA-ICP-MS1958±30李正輝等, 2013HL0673黑云斜長片麻巖SHRIMP2053±581871±21HL0635石榴子石花崗巖SHRIMP2047±42HL0657斑狀花崗巖SHRIMP1940±11HL0659片麻狀變質(zhì)閃長巖SHRIMP1920±7耿元生等, 200909AL233環(huán)斑鉀長花崗巖SIMS1947±609AL258黑云母花崗巖SIMS1956±19Dan et al., 2012HL01-1石榴石-堇青石-夕線石片麻巖SIMS1953±151923±9Qiao et al., 2016B2127似斑狀花崗巖LA-ICP-MS1922±31劉金科等, 20161902±22Zhang et al., 2017HL17-8含石榴子石花崗巖SIMS2045±17HL17-16二云母花崗巖SIMS2069±25Li et al., 2017

孔茲巖帶西段賀蘭山地區(qū)記錄有大規(guī)模的～1.95Ga構造-熱事件， 通常將這一期區(qū)域性的構造-熱事件解釋為陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊碰撞拼合的結(jié)果(Zhaoetal., 2005, 2010; Yinetal., 2009, 2011, 2014; Wangetal., 2011; Zhao and Guo, 2012)。通常認為，陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊于～1.95Ga已碰撞拼合在一起(Zhaoetal., 2005, 2012)，但關于兩個微陸塊開始碰撞的時間尚無定論。黃旗口早期巖體為目前在賀蘭山地區(qū)發(fā)現(xiàn)的最早的形成于碰撞構造背景下的S型花崗巖，該巖體的年代學以及成因研究將陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊開始碰撞的時間提前至～2.05Ga之前。黃旗口晚期巖體形成于陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊碰撞的晚期階段。兩期巖漿事件表明陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊的碰撞階段至少持續(xù)了～80Myr。碰撞時間可以持續(xù)80Myr以上是存在實驗模擬和研究實例支持的，例如Grenville造山帶的模擬研究表明，其造山時間可以持續(xù)100Myr(Jamieson and Beaumont, 2011)；華北克拉通中部造山帶的中段到南段構造-熱事件，可能持續(xù)了～150Myr(1.96～1.86Ga)(Luetal., 2015)。另外，大部分研究認為喜馬拉雅陸-陸造山帶已經(jīng)持續(xù)了～50Myr的碰撞，至今仍處于陸-陸碰撞階段(Dingetal., 2016)，但最新的研究成果表明，拉薩南部存在～62Ma的淡色花崗巖，形成于碰撞作用下的板片后撤背景下(Maetal., 2017)，表明喜馬拉雅陸-陸造山作用至少已經(jīng)持續(xù)了62Myr。以上實驗模擬結(jié)果和研究實例表明碰撞時間持續(xù)～80Myr是有可能的。

4.3 賀蘭山地區(qū)古元古代晚期(2.1～1.8Ga)多期S型花崗質(zhì)巖漿事件總結(jié)

耿元生等(2009)將華北克拉通北緣古元古代晚期花崗巖分為三期，第一階段大于2.0Ga，第二階段為2.0～1.87Ga，第三階段為1.85～1.80Ga，與古元古代晚期造山過程的不同階段相對應。本文收集了賀蘭山地區(qū)古元古代晚期(2.1～1.8Ga)已經(jīng)發(fā)表的高精度花崗質(zhì)巖漿事件和變質(zhì)事件的年齡(表5)，年齡數(shù)據(jù)結(jié)果主要集中于～1.95Ga、～2.05Ga、～1.92Ga和～1.85Ga。因此，本文依據(jù)賀蘭山地區(qū)巖漿事件年齡將該地區(qū)的巖漿事件分為四期，分別為～2.05Ga、～1.95Ga、～1.92Ga和～1.85Ga，對應于三期不同的古元古代構造事件。

第一期和第二期S型花崗質(zhì)巖漿巖為陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊碰撞階段的產(chǎn)物。碰撞階段早期(～2.05Ga)，賀蘭山地區(qū)記錄的巖漿事件主要包括黑云母英云閃長巖(2056±24Ma; 本文)、黑云斜長片麻巖(2053±58Ma; 耿元生等, 2009)和石榴子石花崗巖(2047±42Ma; 耿元生等, 2009)，代表陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊碰撞的早期階段。碰撞階段晚期(～1.95Ga)，賀蘭山地區(qū)記錄的巖漿事件主要為S型花崗巖和輝綠巖墻(周喜文和耿元生等, 2009; 耿元生等, 2009; 李正輝等, 2013; 宋新華等, 2010; Danetal., 2012; 本文)，同期的變質(zhì)事件為高壓麻粒巖相變質(zhì)作用，對應于陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊陸-陸碰撞的峰期(Zhaoetal., 2005, 2010; Yinetal., 2009, 2011, 2014, 2015; Jiaoetal., 2013; Caietal., 2014)。

第三期S型花崗質(zhì)巖漿巖為碰撞擠壓過程向碰撞后伸展過程轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。前人已報導出賀蘭山地區(qū)存在～1.92Ga的S型花崗巖(1922±31Ma; 劉金科等, 2016; 1902±22Ma; Zhangetal., 2017)和閃長巖(1920±7Ma; 耿元生等, 2009)。研究區(qū)泥質(zhì)麻粒巖廣泛分布，其變質(zhì)年齡為1923±9Ma和1903±9Ma(Qiaoetal., 2016)。雖然在孔茲巖帶西部賀蘭山地區(qū)并未發(fā)現(xiàn)～1.92Ga的基性巖，但是在孔茲巖帶東部，Guoetal. (2012)發(fā)現(xiàn)輝長巖墻與超高溫變質(zhì)巖相伴生。趙國春(2009)和Zhaoetal. (2012)認為碰撞后地幔上涌可以很好的解釋該期巖漿事件和變質(zhì)事件。千里山-賀蘭山孔茲巖系高壓泥質(zhì)麻粒巖中～1.92Ga的變質(zhì)鋯石溫度為697～794℃，與780～820℃峰后減壓溫度重疊，表明在該時間可能發(fā)生了近等溫減壓作用(Qiaoetal., 2016)?？紤]到該地區(qū)有～1.92Ga超鎂鐵質(zhì)巖脈的侵入，碰撞后地幔上涌(趙國春, 2009; Zhaoetal., 2012)有利于解釋該地區(qū)～1.92Ga的巖漿/變質(zhì)事件，表明其構造背景已由擠壓環(huán)境變?yōu)樯煺弓h(huán)境。

第四期S型花崗質(zhì)巖漿巖為造山后減壓過程的產(chǎn)物。該期巖漿事件在賀蘭山地區(qū)以未發(fā)生變形的S型花崗巖(1840±15Ma和1858±23Ma; Yinetal., 2011)為主。該區(qū)記錄有～1.85Ga的變質(zhì)年齡，主要巖性為石榴石-夕線石-黑云母(-堇青石)片麻巖(1865Ma; Yinetal., 2011)和黑云斜長片麻巖(1871±21Ma; 耿元生等, 2009)，記錄了麻粒巖相變質(zhì)峰期之后減壓冷卻階段的年齡。這些巖漿事件被解釋為與孔茲巖帶折返發(fā)生減壓部分熔融有關(Yinetal., 2009, 2010; Jiaoetal., 2013; Wanetal., 2013b)。

綜上所述，以上多期巖漿事件和變質(zhì)事件記錄了陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊從陸-陸碰撞到碰撞后伸展形成孔茲巖帶的過程，代表著華北克拉通西部陸塊的拼合過程。

5 結(jié)論

(1)賀蘭山地區(qū)古元古代黃旗口花崗質(zhì)巖體屬于至少存在兩期巖漿事件的花崗質(zhì)復式巖體，早期巖體形成于2056±24Ma，晚期巖體形成于1965±14Ma。

(2)黃旗口兩期巖體均屬于典型的過鋁質(zhì)S型花崗巖，可能主要來自于孔茲巖系的部分熔融，并含有一定量新生地殼物質(zhì)的加入，其中晚期巖體新生地殼物質(zhì)的貢獻更為明顯。

(3)黃旗口早期巖體形成于陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊陸-陸碰撞的早期階段，表明兩個微陸塊初始碰撞時間早于～2.05Ga。晚期巖體形成于兩個微陸塊碰撞階段的峰期，表明陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊的碰撞持續(xù)時間大于80Myr。

致謝 在野外工作過程中，得到了中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所胡國輝博士的幫助；審稿人杜利林研究員、第五春榮教授、張華鋒副教授和王洛娟博士提出了許多寶貴意見。在此對他們表示衷心感謝！