南黄海千里岩岛榴辉岩的地球化学特征及成因分析*

李 敏，韩宗珠**，许 红，赵广涛，赵 利，张 贺，刘金庆

（1.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东 青岛 266100；2.中国地质调查局青岛海洋地质研究所，山东 青岛 266071）

苏鲁造山带是秦岭－大别造山带的东延部分，形成于印支期华北板块与扬子板块的陆陆碰撞。多数学者［1－7］认为苏鲁造山带向东通过黄海向朝鲜半岛延伸，但对该板块缝合线在海区的出露位置缺乏相关深入的研究。而确定板块缝合线是探讨板块构造的基础，因此苏鲁造山带的东延及华北与扬子板块边界在海区的位置是值得地质学家们深入思考的关键问题。南黄海海区中千里岩海岛上榴辉岩的发现［8］为研究以上问题提供了直接证据，但目前对该区榴辉岩仅进行了初步的岩相学和地球化学分析［8－10］。因此本文利用千里岩已有榴辉岩样品，通过地球化学特征及同位素特征分析，讨论该地榴辉岩的成因，初步探讨千里岩隆起的基底性质。

1 区域地质背景

千里岩隆起区位南黄海北部，属于苏鲁超高压变质带的北带［11］，南侧与南黄海北部盆地以嘉山－响水-海州NE向大断裂为界，是一个NEE向的狭长地带。该隆起为一长期隆起区，由前寒武纪变质岩系组成，其基底主要为早元古界地层，是一套强烈韧性变形的片麻岩［12］。隆起区内零星发育中生代陆相碎屑岩系和火山岩系，NE向断裂发育，沿断裂带有岩浆岩体侵入和中基性火山喷发。地层岩性主要有黑云母质混合岩、黑云母质条纹状混合岩、混合岩化浅粒岩、长石石英岩、黑云母片岩，并有黑云母花岗岩侵入体发育［10］。

图1 南黄海千里岩岛地质略图（据文献［9］、［14］、［15］修改）Fig.1 Sketch geological Map of Qianliyan Island in the southern Yellow Sea（According to literature［9］，［14］，［15］）

千里岩岛（见图1）是千里岩隆起在海上的出露，对该岛的地质调查表明它是一个构造基岩岛（36°15′57″N，121°23′09″E）［13］，岛上出露一套钾长片麻岩，在该岛的中央部位榴辉岩呈较小的透镜状或扁豆体产出于片麻岩中，两者之间整合接触，围岩片麻理产状150°∠60°。榴辉岩透镜体中心部位岩石相对较新鲜，中等程度的角闪石化和绿泥石化；在透镜体边缘榴辉岩退变质作用强烈，大多已完全退变质为榴闪岩，但红色的石榴石仍清晰可见［10］。

2 样品及分析方法

榴辉岩样品采自南黄海千里岩岛。多呈深褐色，也可见灰绿和灰黑色，发育中粗粒纤状粒状变晶结构及鳞片粒状变晶结构，片麻状构造和块状构造；榴辉岩主要矿物组成为石榴石（45%～55%）、绿辉石（10%～35%）、普通角闪石（10%～20%），次要矿物为白云母（3%～10%）、绿 泥 石 （5% ～10%）和 石 英 （5% ～10%），个别样品中可见少量的绿帘石，副矿物主要是金红石（2%）。岩相学观察显示千里岩榴辉岩的变形作用较弱，主要表现为多期退变质作用，具体表现为：（1）透辉石＋斜长石后成合晶，表明绿辉石退变为透辉石＋斜长石；（2）角闪石＋斜长石后成合晶，表明透辉石进一步转变为角闪石；（3）石榴石、角闪石组合，石榴石、绿辉石转变为角闪石粒状变晶；（4）石榴石、绿辉石转变为绿泥石、绿帘石的退变边。

将岩石样品切去表面风化的部分后，用碎样机碎至200目以下，用于地球化学分析。主量元素在中国海洋大学海洋地球科学学院XRF分析实验室完成，分析精度优于0.5%，标样采用国内玄武岩标样GBW07105（GSR-3）；微量元素和稀土元素的测定由中国地质调查局青岛海洋地质研究所实验中心用ICPAES完成，分析精度优于5%，内标采用In Re 1mg/mL。同位素分析在中国地质科学院地质研究所同位素地质研究实验室完成，Sr同位素采用MAT262固体同位素质谱计，Nd、Pb同位素分析采用 MC-ICP-MS，标样采用国际标样SRM 987SrCO387Sr/86Sr＝0.710 238±12（2σ）和JMC Nd2O3143Nd/144Nd＝0.511 127±10（2σ）；测试误差为2σ。

3 地球化学特征

3.1 主量元素特征

千里岩榴辉岩主量元素含量见表1所示。

榴辉岩SiO2、K2O、Na2O和TiO2的含量分别为40.84% ～ 50.02%、0.19% ～ 0.61%、2.79% ～4.23%、0.66%～2.05%。其中 Na2O＞K2O，富钠贫钾，TiO2含量平均为1.68%，不同于岛弧拉斑玄武岩（0.8%），而接近 MORB（1.5%）［16］。榴辉岩主要氧化物的特征显示Al2O3低、MgO中等、CaO高、K2O极低，成分属于低钾拉斑玄武岩。里特曼指数σ25均小于4，属于钙碱性系列。在Zr/Ti＊0.000 1-Nb/Y分类图上（见图2）千里岩榴辉岩与苏鲁、大别山地区榴辉岩基本都落入亚碱性玄武岩范围内；AFM图解（见图3）中除仰口榴辉岩落在钙碱性系列的范围外，其余样品均为拉斑玄武岩系列。千里岩榴辉岩的Eu异常不明显，可以区别于辉长岩，由此可认为研究区榴辉岩的原岩为玄武岩。

表1 千里岩榴辉岩及片麻岩主量元素成分表Table 1 Major element composition for eclogite and gneiss from Qianliyan /%

图2 Zr/TiO2＊0.0001-Nb/Y图解（据 Winchester et al［17］）Fig.2 Zr/TiO2＊0.0001-Nb/Y diagram （after Winchester et al［17］）

3.2 微量元素地球化学特征

图3 AFM图解（图例同图2所示）Fig.3 AFM diagram （Legends are shown in Fig.2）

千里岩榴辉岩的微量元素及稀土元素含量见表2所示。

在相对于N-MORB的标准化微量元素蛛网图上（见图4），高场强元素特征基本与N-MORB一致，但大离子亲石元素K、Rb、Ba、Th相对于N-MORB明显富集。无Nb、Ta、Zr、Ti的负异常，也不同于产自岛弧的拉斑玄武岩类［22］；而总体上与 Pearce［23］总结的弧后盆地的火山岩相似。由于大离子亲石元素在变质过程中是活泼元素，而高场强元素基本上略低于N-MORB的含量，说明它们很可能来源于N-MORB或类似于N-MORB的地幔源区，基本上没有受到地壳物质的混染［24］。千里岩与大别苏鲁地区榴辉岩微量元素之间，苏鲁大别各地区榴辉岩之间微量元素均存在明显的不同（见图4），说明大别苏鲁造山带榴辉岩原岩类型较为复杂。

表2 微量元素和稀土元素化学成分表Table 2 Trace element and REE compositions of eclogite and gneiss /μg·g－1

续表2

图4 微量元素N-MORB标准化蛛网图Fig.4 The N-MORB normalized multi-element variation diagram of trace element

3.3 稀土元素特征

千里岩榴辉岩的稀土元素含量总量较低（见表2），∑REE为7.94×10－6～31.03×10－6，平均为18.55×10－6，与 N-MORB的稀土总量（39.9×10－6）较接近。LREE/HREE为0.64～1.04，平均为0.88；（La/Yb）N为0.12～1.23，平均为0.49，与N-MORB的（La/Yb）N值（0.59）接近［25］。La-Sm 都低于10倍的球粒陨石含量，表明它们来自于高亏损的地幔源区［26］。δEu为0.95～1.32，平均为1.15，Eu异常不明显，说明斜长石未发生明显的分离结晶作用。千里岩榴辉岩稀土元素配分模式明显区别于大别苏鲁地区除诸城、荣成大疃外的榴辉岩稀土元素模式，说明其原岩具有洋壳性质，但并非洋岛拉斑玄武岩［19］和岛弧拉斑玄武岩［10］。千里岩榴辉岩的稀土元素配分模式为轻稀土亏损的左倾型（见图5），与典型N-MORB的LREE亏损分布型式不完全相同，指示其并非形成于N-MORB型的开放大洋中脊环境［27］。

图5 稀土元素球粒陨石标准化模式图解Fig.5 Chondrite normalized REE patterns

3.4 同位素地球化学

前人对Pb同位素的研究成果为判断千里岩隆起的基底性质提供了基础，邢光福［28］认为207Pb/204Pb的现代比值基本可以代表岩石形成时的初始比值，对显生宙的岩石更为适用。张本仁等［29，30］曾经根据壳幔放射性成因铅、壳幔源地球化学特征等方面的比较认为北秦岭与扬子陆块和南秦岭相同，认为北秦岭在新元古代之前属于扬子陆块。为确定千里岩基底的归属，将千里岩榴辉岩的207Pb/204Pb比值（见表3）与北秦岭和华北板块的207Pb/204Pb比值进行直接对比。千里岩榴辉岩207Pb/204Pb的比值变化范围为15.470 7～15.518 5，与华北陆块南缘玄武岩207Pb/204Pb比值范围15.198～15.490相比，更接近于北秦岭玄武岩如207Pb/204Pb比值范围15.456～15.774［31］。因此，认为千里岩隆起的基底是属于扬子板块的。

表3 榴辉岩的同位素分析结果Table 3 Isotopic analysis results of eclogite

4 构造环境探讨

主微量元素判别图解（见图6）中大别苏鲁造山带不同地区榴辉岩投影点较为分散，说明榴辉岩形成环境较为复杂（岛弧［10］、洋盆［18］等）；而千里岩榴辉岩样品投影点与大别苏鲁造山带存在明显的区别，基本都落在洋中脊玄武岩和岛弧玄武岩的区域中，说明千里岩榴辉岩既有洋中脊拉斑玄武岩的性质，又有岛弧玄武岩的性质，表明其构造环境应为洋中脊和火山弧之间的过渡环境。

另外，千里岩榴辉岩的Ce/Zr、Zr/Nb、Th/Yb、Zr/Y、La/Nb和Y/Nb平均比值分别为0.06、27.41、0.08、2.55、0.89和11.34，接近N-MORB的对应值（0.1、31.8、0.04、2.64、1.07和11.2），表明本区榴辉岩显示出N-MORB的性质，原岩可能来自亏损的地幔源区［25，33］。Nb、Ti/V、Th/Nb、Zr/TiO2、Ba/La平均为1.88、20.44、0.09、0.0027、70.52，具有岛弧玄武岩的性质（＜12、＜30、＞0.07、＜3、＜0.01、＞30）［34］。因此千里岩榴辉岩的微量元素特征其兼具洋中脊玄武岩和岛弧玄武岩的特征，具有弧后盆地的特征。

综上可知，千里岩榴辉岩的地球化学特征既不同于典型的洋中脊玄武岩，也不同于典型的岛弧拉斑玄武岩，而是兼有二者的特征。因此有理由认为千里岩榴辉岩的岩石源区是洋中脊玄武岩和岛弧拉斑玄武岩两个端元的混合，形成于弧后盆地的构造环境［16，35］。张安达等［18］认为北秦岭官坡榴辉岩也形成于弧后盆地环境，但其微量稀土元素特征与千里岩有明显区别，说明两地区榴辉岩的原岩成分存在差异。

此外，千里岩榴辉岩继承性锆石SHRIMP U-Pb加权平均年龄为（747±19）Ma［36］，说明榴辉岩的原岩在经历榴辉岩相的高压超高压变质作用之前经历过晋宁期热事件（约800Ma），这一事件仅在扬子板块有记录，因此可以推测该区所在的千里岩隆起区代表扬子板块的基底。

5 结论

（1）千里岩榴辉岩原岩与大别苏鲁造山带榴辉岩一致，为拉斑玄武岩系列。

图6 （a）TiO2－MnO-P2O5 图解，（b）Zr/Y-Zr图解，（c）V-Ti/1000图解，（d）Nb＊2-Zr/4-Y图解（据文献［32］）（图例同图2所示）Fig.6 （a）Diagram of TiO2－MnO-P2O5，（b）Diagram of Zr/Y-Zr，（c）Diagram of V-Ti/1000，（d）Diagram of Nb＊2-Zr/4-Y（According to literature［32］）（legends are shown in Fig.2）

（2）千里岩榴辉岩微量与稀土元素配分模式均与大别苏鲁造山带榴辉岩有较大差异。大离子亲石元素相对于N-MORB富集，高场强元素特征与N-MORB基本一致，无Nb、Ta、Zr、Ti负异常。稀土元素配分形式为LREE亏损的左倾型。主微量元素判别图与微量元素特征值均指示千里岩榴辉岩兼具岛弧玄武岩和洋中脊玄武岩的性质，说明其形成的构造环境为弧后盆地。

（3）千里岩榴辉岩207Pb/204Pb比值更接近于北秦岭（新元古代前属于扬子板块）玄武岩的207Pb/204Pb比值；而锆石中记录的（747±19）Ma的年龄说明榴辉岩的原岩经历了仅在扬子板块有记录的晋宁期热事件。该区所在的千里岩隆起区应代表了扬子板块的基底。

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