李海洋,王玉平,吳文彬,李 超,劉永俊,王曉亮

(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限責(zé)任公司,沈陽 110032)

晚中生代以來，華北克拉通的破壞主要表現(xiàn)為大規(guī)模的巖石圈減薄, 遼東半島便是其中一處典型的巖石圈強(qiáng)烈減薄的地區(qū), 該地區(qū)中生代巖漿活動(dòng)頻繁、 伸展構(gòu)造發(fā)育,形成了大量侵入巖體[1-6]。 前人對(duì)中生代巖漿巖的研究, 主要以出露廣泛的侵入巖體或典型構(gòu)造為研究對(duì)象, 由于工作程度限制,部分侵入巖體未被發(fā)現(xiàn)。原1∶25萬區(qū)調(diào)資料認(rèn)為，袁家堡一帶主要為古元古代遼河群,并發(fā)育少量脈巖,但通過本單位承擔(dān)的區(qū)調(diào)工作,在袁家堡一帶新發(fā)現(xiàn)了一處規(guī)模較大的石英二長斑巖巖株,這在前人資料中并未提及。因此,本文擬通過對(duì)袁家堡石英二長斑巖進(jìn)行詳細(xì)的年代學(xué)及地球化學(xué)特征研究,討論其形成時(shí)代、巖石成因和構(gòu)造背景,為遼東地區(qū)巖石圈演化提供新的研究資料。

1 地質(zhì)背景及樣品描述

遼東半島屬于華北克拉通北部邊緣的東段, 位于遼吉古元古代裂谷帶的西南部位,其北部與龍崗地塊相接,南部與狼林地塊相接[1,7],遼東半島基底巖石便是由龍崗地塊、狼林地塊及古元古代遼河群、遼吉花崗巖組成,之上發(fā)育有中生代巖漿巖[8-9]。

研究區(qū)位于莊河-桓仁巖石圈斷裂帶內(nèi),區(qū)內(nèi)構(gòu)造以北東向的平移斷層為主,袁家堡石英二長斑巖緊鄰陡嶺子-雞冠山-二道河子斷裂,位于其東側(cè)。區(qū)內(nèi)地層以古元古代遼河群為主,包括大石橋巖組(Pt1d)、 里爾峪巖組(Pt1lr)和高家峪巖組(Pt1g), 巖性主要為大理巖、 淺粒巖和變粒巖。 研究區(qū)西南部有二疊系莝草溝組(P3c)和溫家溝組(P3w)出露,莝草溝組巖性以板巖和千枚巖為主, 溫家溝組巖性以復(fù)成分礫巖為主。 區(qū)內(nèi)侵入巖以大面積分布的晚三疊世似斑狀二長花崗巖(ηγ2T3)、 二長花崗巖(ηγ1T3)為主, 局部有古元古代二長花崗巖(ηγPt1)(遼吉花崗巖)和本次工作新發(fā)現(xiàn)的早白堊世石英二長斑巖(ηοπK1)。 袁家堡石英二長斑巖(ηοπK1)位于雞冠山鎮(zhèn)南部, 主體巖性單一,出露面積約10 km2, 侵入周圍遼河群及遼吉花崗巖之中。 本次研究的巖石樣品即為來自該巖體的石英二長斑巖,采樣位置為E 123°54′53″, N 40°28′37″(圖1), 巖石新鮮面呈肉紅色,斑狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造(圖2a)。

基質(zhì)主要由正長石、 斜長石及石英組成, 具顯微文象結(jié)構(gòu), 含量約85%; 斑晶為正長石(6%)、石英(5%)和斜長石(4%),其中正長石為半自形板狀,單偏光下無色透明,正交偏光下干涉色一級(jí)灰白,具兩組近直交解理,粒徑為1～3 mm;石英為他形晶,粒狀,單偏光下無色透明,正低突起,正交偏光下干涉色一級(jí)黃白,一軸晶正光性,粒徑為1～3 mm;斜長石為半自形板狀,單偏光下無色透明,正交偏光下干涉色一級(jí)灰白,發(fā)育有聚片雙晶,具絹云母化,粒徑為1～3 mm(圖2b)。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a,據(jù)文獻(xiàn)[7])和袁家堡地區(qū)地質(zhì)簡圖(b)Fig.1 Geodetic location map of the study area(a)and geological map of Yuanjiapu area(b)P3c—二疊系莝草溝組;P3w—二疊系溫家溝組; Pt1lr—古元古界里爾峪巖組; Pt1g—古元古界高家峪巖組; Pt1d—古元古界大石橋巖組; ηγK1—白堊紀(jì)二長花崗巖; ηοπK1—白堊紀(jì)石英二長斑巖; ηγPt1—古元古代二長花崗巖; ηγ1T3—三疊紀(jì)二長花崗巖; ηγ2T3—三疊紀(jì)似斑狀二長花崗巖; 1—平移斷層;2—采樣位置

圖2 石英二長斑巖手標(biāo)本(a)和顯微鏡下照片(b)Fig.2 Hand specimen(a)and micrograph(b)of beschtauiteQ—石英;Or—正長石;Pl—斜長石

2 分析方法

在袁家堡石英二長斑巖體內(nèi)采集了1件12 kg的年齡樣品和5件巖石全分析樣品。鋯石挑選工作在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成；在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成制靶和陰極發(fā)光(CL)圖像的采集；在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,采用鋯石LA-MC-ICP-MS方法完成測年工作,具體的實(shí)驗(yàn)操作流程參見文獻(xiàn)[10]。測年所得數(shù)據(jù)用ICPMSDataCal軟件[11-12]進(jìn)行處理,利用鉛校正排除普通鉛的影響[13],再使用Isoplot 3.0軟件進(jìn)行年齡計(jì)算及諧和圖繪制。

主量元素、稀土元素和微量元素分析測試在國土資源部沈陽礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。主量元素分析采用X射線熒光光譜儀,分析精度優(yōu)于2%～5%；稀土元素和微量元素分析采用的是電感耦合等離子質(zhì)譜儀,分析精度優(yōu)于10%。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年齡

袁家堡石英二長斑巖的鋯石陰極發(fā)光CL圖像(圖3)顯示, 鋯石晶型發(fā)育較好, 形態(tài)呈短柱狀-長柱狀, 長軸長90～240 μm, 短軸寬50～100 μm。 鋯石生長環(huán)帶發(fā)育,Th/U值為0.62～1.33(Th/U>0.1),為典型的巖漿鋯石[14-15]。本次選取了其中20個(gè)晶型較好、表面干凈、裂隙和包體少的顆粒進(jìn)行年齡測試,剔除結(jié)果中諧和度低于90%的數(shù)據(jù),有14個(gè)分析點(diǎn)位于U-Pb諧和線上及其附近,分析結(jié)果見表1。206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為129±1 Ma(MSWD=0.40)(圖4),代表了石英二長斑巖形成的時(shí)代。

3.2 地球化學(xué)特征

袁家堡石英二長斑巖的主量元素、 稀土元素、微量元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)見表2。

圖3 鋯石陰極發(fā)光圖Fig.3 Cathodoluminescence images of zircon grains

圖4 鋯石U-Pb年齡諧和圖及年齡加權(quán)平均值Fig.4 U-Pb concordia diagram and weighted mean age for zircons

3.2.1 主量元素 袁家堡石英二長斑巖的5個(gè)樣品均具有較高的SiO2(72.20%～74.36%)、 Al2O3(13.14%～14.19%)和K2O(4.78%～5.44%)含量，較低的MgO(0.13%～0.46%)、 MnO(0.03%～0.06%)、 TiO2(0.08%～0.18%)、 P2O5(0.02%～0.06%)含量。 K2O+Na2O為8.22%～9.01%,K2O/Na2O值為1.39～1.67, 相對(duì)富鉀。 在SiO2-K2O巖石系列判別圖解中, 樣品落入高鉀鈣堿性系列范圍內(nèi)(圖5)。 含鋁指數(shù)A/CNK為1.05～1.16,A/NK為1.12～1.28, 均屬于過鋁質(zhì)系列巖石(圖6)。

3.2.3 稀土元素及微量元素 巖石稀土總量(ΣREE)為162.31×10-6～261.42×10-6, 輕重稀土元素比值(LREE/HREE)為12.31～15.85, δEu值為0.16～0.58。 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(圖7a)顯示, 袁家堡石英二長斑巖為輕稀土元素富集的右傾海鷗型, 輕稀土分餾明顯, 曲線較陡, 重稀土分餾不明顯, 為相對(duì)平滑的曲線, 具有明顯的銪負(fù)異常。 在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7b)中,明顯虧損Ba、Sr等大離子親石元素和Nb、P、Ti等高場強(qiáng)元素,相對(duì)富集Rb、Th、La、Nd、Hf等元素。

表1 袁家堡石英二長斑巖U-Pb年齡分析測試結(jié)果

圖5 SiO2-K2O圖解Fig.5 SiO2-K2O diagram

圖6 A/CNK-A/NK圖解Fig.6 A/CNK-A/NK diagram

表2 袁家堡石英二長斑巖主量元素(wB/%)、稀土元素和微量元素(wB/10-6)分析結(jié)果

4 討 論

4.1 巖體形成時(shí)代

遼東半島侵入巖發(fā)育,其中不乏白堊紀(jì)巖體[16-18],劉杰勛等[1]對(duì)帽盔山二長花崗巖(137 Ma)、 荒地花崗閃長巖(139 Ma)和朝陽蘇長輝長巖(139 Ma)進(jìn)行了研究,三者均屬于早白堊世侵入巖,本文研究的袁家堡石英二長斑巖位于三者的東部,與三者緊鄰。通過對(duì)袁家堡石英二長斑巖進(jìn)行LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb測年,獲得其年齡加權(quán)平均值為129±1 Ma,結(jié)合前人的研究成果,確定該巖體形成于早白堊世。

4.2 巖石成因類型

袁家堡石英二長斑巖主要由長英質(zhì)基質(zhì)和石英、 正長石、 斜長石等斑晶組成, 主量元素具有高硅、 富堿、貧鈣、 低鎂的特征,Rb含量較高, 強(qiáng)烈虧損Ba、 Sr、 Eu、 P、 Ti, 貧Fe、 Mg, Rb/Sr值為1.67～7.80, 以上特征與吳鎖平等[19]和蘇玉平等[20]總結(jié)的A型花崗巖總體特征相同, 在巖石成因類型判別圖(圖8)中, 5件樣品全部落入A型花崗巖區(qū)域。 袁家堡石英二長斑巖稀土總量(ΣREE)高, 具有強(qiáng)烈的銪負(fù)異常,稀土配分曲線呈“右傾海鷗型”, 這種稀土配分模式是判別A型花崗巖的較重要標(biāo)志之一[19,21]。袁家堡石英二長斑巖的Al2O3含量較高(均大于12%),A/CNK值均大于1,屬于鋁質(zhì)A型花崗巖[21]。本次研究采集的5件樣品,其SiO2含量均大于70%,除P3-5外,其余樣品的FeOT/MgO值均大于8,這個(gè)比值特征是A型花崗巖區(qū)別于I、S型花崗巖的有效判別方法[21]。前人對(duì)A型花崗巖的物質(zhì)來源和成因作了很多研究,主要觀點(diǎn)包括殼源物質(zhì)的部分熔融、殼幔物質(zhì)的混合熔融和幔源巖漿的分異或部分熔融[1,22-24]。袁家堡石英二長斑巖具有明顯的Eu負(fù)異常,Sr含量低,Nb和Zr相對(duì)富集,表明巖漿源區(qū)有大量斜長石殘留[25-26],代表其成因?yàn)榛◢徺|(zhì)地殼的部分熔融,而非幔源巖漿分異而來或鎂鐵質(zhì)源巖的部分熔融[26]。

圖8 袁家堡石英二長斑巖成因類型判別圖Fig.8 Discrimination diagrams of beschtauite from Yuanjiapu

4.3 巖體的構(gòu)造背景

近年來對(duì)華北克拉通東部的研究表明,在晚中生代期間其發(fā)生了強(qiáng)烈的巖石圈減薄作用,構(gòu)造格架發(fā)生了重大轉(zhuǎn)折,遼東地區(qū)便是晚中生代華北克拉通遭受破壞和巖石圈減薄最強(qiáng)烈的典型地區(qū),形成了自侏羅紀(jì)以來的強(qiáng)烈構(gòu)造-巖漿活動(dòng)事件[1-6],遼東地區(qū)發(fā)現(xiàn)的變質(zhì)核雜巖和拆離斷層構(gòu)造便是地殼伸展與巖石圈變薄的有利證明[1，27-29],本次研究新發(fā)現(xiàn)的袁家堡石英二長斑巖屬于A型花崗巖,A型花崗巖是判斷伸展構(gòu)造環(huán)境的重要巖石學(xué)標(biāo)志[26]。遼東地區(qū)的構(gòu)造環(huán)境由擠壓向伸展的轉(zhuǎn)折起于140～150 Ma,止于100～110 Ma[30],早白堊世時(shí),太平洋板塊沿平行歐亞大陸邊緣的方向走滑,導(dǎo)致大陸巖石圈發(fā)生了大規(guī)模的伸展作用,郯廬斷裂大幅左行平移[31-32],早白堊世伸展構(gòu)造發(fā)育[30],引起大規(guī)模火山活動(dòng),增加了上地殼的滲透性,為后期巖漿侵位提供了有利條件[33]。地殼伸展和巖石圈減薄使軟流圈地幔巖漿大量底侵,在巨大熱能作用下使地殼物質(zhì)部分熔融,形成花崗質(zhì)巖漿,巖漿沿?cái)嗔亚治?形成不同侵入巖體[1]。

袁家堡石英二長斑巖在成分上屬于花崗質(zhì)巖石,從時(shí)空角度看,形成于早白堊世遼東雞冠山鎮(zhèn)附近,結(jié)合其巖石學(xué)、地球化學(xué)特征,認(rèn)為其形成于華北克拉通東部伸展構(gòu)造和巖石圈減薄的背景下,是由軟流圈幔源巖漿底侵下地殼,使下地殼物質(zhì)部分熔融,沿活化斷裂上升侵位形成,是遼東地區(qū)大規(guī)模地殼伸展活動(dòng)和巖石圈減薄的證據(jù)[1]。

5 結(jié) 論

袁家堡石英二長斑巖LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果為129±1 Ma,表明該巖體為早白堊世侵入巖；巖石地球化學(xué)特征表明，其成因類型為花崗質(zhì)地殼部分熔融形成的鋁質(zhì)A型花崗巖，形成于遼東地區(qū)地殼伸展環(huán)境下,是巖石圈減薄過程中的產(chǎn)物。