冀东高家店和蛇盘兔花岗岩体：年代学、地球化学及地质意义

尹业长,郝立波,赵玉岩,石厚礼,田 午,张豫华,陆继龙

1.吉林大学地球探测科学与技术学院，长春 130026 2.山东省第五地质矿产勘查院，山东 泰安 271021 3.云南省有色地质局地质地球物理化学勘查院,昆明 650216

0 引言

冀东地区在大地构造上属华北地台北缘东段，经历了相当复杂的地质演化过程， 是我国最古老的地体之一，地壳演化程度较高，构造活动强烈，主要构造带的展布有EW向、NE向弧形带和NNE向构造带等[1]。多种构造的相互作用在冀东形成了隆起带和沉降带相间排列的格局。隆起带主要出露太古代、元古代、古生代地层，沉降带主要为中生代地层。隆起带岩浆作用以侵入为主，形成大量花岗岩，包括都山、蛇盘兔花岗岩基以及青山口、高家店、贾家山、峪耳崖、牛心山、罗文峪等岩株；沉降带以火山作用为主，形成大量火山熔岩、火山碎屑岩及次火山岩。

冀东金矿矿集区内，分布着金厂峪金矿、峪耳崖金矿、铧尖金矿等大中型金矿床，这些金矿床的产出位置分布于花岗岩体的周围或内部[2-4]。前人对研究区内花岗岩的年代学、岩石地球化学特征及其与金成矿关系进行了大量研究，并取得了一定的认识[5-10]。但作为区内重要的花岗岩体----高家店岩体和蛇盘兔岩体，前人对其研究较少，目前未见或少见相关岩体的精确报道，现有资料中只有关于蛇盘兔岩体通过K-Ar全岩法测定的岩体年龄(192.3 Ma)[11]。为了补充这方面的资料，本文采用激光多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)锆石U-Pb定年法，对高家店和蛇盘兔花岗岩体的形成时代进行测定。

1 地质背景

冀东地区位于华北地台东部燕山台褶带的东段(图1)，是一个古隆起区。区内分布着马兰峪复背斜，复背斜的核部分布着太古宙—古元古代结晶基底，包括太古宇迁西岩群、八道河岩群，古元古界青龙群、双山子群和同时代的深成岩[13]，复背斜的南北两翼为中新元古代—古生代的沉积岩盖层覆盖；中生代的陆相碎屑岩和火山岩分布在中生代断陷盆地中。区内从太古宙至中生代构造运动强烈，尤其印支、燕山期发生多期强烈的构造运动，产生了强烈的岩浆侵入[14]，形成了都山、蛇盘兔花岗岩基和罗文峪、高家店、青山口、贾家山、峪耳崖及牛心山等花岗岩株，岩体出露于太古宇地层的斜长角闪片麻岩中。区内构造格局十分复杂，褶皱和断裂相当发育，印支及燕山运动期形成近东西向的压扭性断裂带，燕山运动中期出现了NNE向压扭性断裂带。本区花岗岩侵入体的空间展布正是受这2组方向的断裂带控制。

高家店岩体：岩体位于高家店乡，出露于太古宇地层的斜长角闪片麻岩中，出露面积约为45 km2，岩性主要为中粒花岗岩、中粒正长岩和中粒黑云母闪长岩。岩样为中粒黑云母闪长岩，样号为JD028，岩石新鲜面呈灰黑色，中粒结构，块状构造，主要矿物为石英、钾长石、中性和酸性斜长石、角闪石以及黑云母等。副矿物有磁铁矿、榍石、锆石、磷灰石等。

蛇盘兔岩体：岩体位于青龙大断裂(近EW向)、喜峰口—冷口断裂带(NW向)及青龙河断裂带(NE向)交汇处，出露于太古宇地层的斜长角闪片麻岩中，出露面积约230 km2，岩体呈不规则椭圆状，NE向展布。样号为JD050，岩石新鲜面呈浅肉红色，岩石由钾长石、斜长石、石英、黑云母等组成，副矿物有磁铁矿、榍石、锆石、磷灰石等。

2 LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄

冀东金矿集区作为我国重要的金矿产出地之一，前人对该区花岗岩进行了大量的研究，采用SHRIMP和LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年对青山口岩体((199.1±2.0) Ma)[8]、峪耳崖岩体((175±1) Ma)[9]、牛心山岩体((173.0±2.0) Ma)[6]、罗文峪岩体((196.7±7.0) Ma)[4]进行了测年。但前人对高家店岩体和蛇盘兔岩体形成时代的研究较少，所以本文对这2个岩体进行了LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年。

2.1 测试方法

按照常规方法进行锆石靶制定，进行锆石阴极发光成像，并对CL图像(图2)进行分析。LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年测试分析由中国地质科学院国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室LA-MC-ICP-MS实验室完成，定年分析所用仪器为Finnigan Neptune型LA-MC-ICP-MS及与之配套的NewwaveUP213激光剥蚀系统。LA-MC-ICP-MS激光剥蚀采用单点剥蚀的方式，数据分析前用锆石GJ-1(为澳大利亚Mac Quarie大学大陆地球化学与成矿作用研究中心(GEMOC) 实验室的U-Pb测定标准[15]) 进行调试仪器，使之达到最优状态，锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标，U、Th质量分数以M127 (U：923×10-6；Th：439×10-6；Th/U: 0.475)[16]为外标进行校正。数据处理采用ICP-MS Data Cal程序，锆石年龄谐和图用Isoplot(ver3.0)程序获得[17]。

2.2 测试结果

高家店岩体锆石样品共测得11个数据点。在样品测得的同位素比值和年龄数据曲线(表1)上可看出，所选样品的锆石具有很高的Th/U值(0.98～2.67)，大部分Th/U>1.2，因此属于典型岩浆成因锆石[18]。同时，Th和U同位素在质量分数上呈现较好的正相关关系，也说明高家店岩体中的锆石属于典型岩浆成因类型[19]。实验测得的样品有效数据点显示Th的质量分数变化于32.2×10-6～284.4×10-6，U的质量分数变化于31.0×10-6～106.5×10-6，这些测点多位于明显的岩浆环带上(图2)，也显示了岩浆成因的锆石特征。在这些有效数据点中207Pb/206Pb值近似一致，为0.050 1～0.062 3(表1)。说明此类锆石是同期岩浆结晶的产物。由于235U的衰变速度比238U快6.3倍，放射成因的207Pb在地球早期历史中更为丰富，而显生宙以来的207Pb生成速率低，这种变化使显生宙的207Pb的计数速率低，造成207Pb测定误差较大，这就使得207Pb/206Pb和207Pb/235U的值可信度降低。因此，对于显生宙锆石一般采用206Pb/238U年龄。所测锆石样品的测试数据点中206Pb/238U 年龄集中在196.6～199.9 Ma，样品中锆石的206Pb/238U的加权平均年龄为(198.8±0.8)Ma(图3)。蛇盘兔岩体锆石样品共测得13个数据点，同高家店岩中同位素质量分数分布、Th/U值等相似(表1)，在此不再赘述。因此，蛇盘兔岩体中的锆石也属于典型岩浆成因类型。蛇盘兔岩样的测试点中206Pb/238U年龄集中在182.8～187.9 Ma，样品中锆石的206Pb/238U加权平均年龄为(184.7±1.0)Ma(图3)。综上可推断，高家店岩体和蛇盘兔岩体形成时代都为燕山期早侏罗世。

图2 高家店、蛇盘兔岩体锆石CL图像及年龄Fig.2 Cathodoluminescence and age of zircons from Gaojiadian & Shepantu granite

图3 高家店、蛇盘兔花岗岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图及加权平均年龄图Fig.3 LA-MC-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams and histograms of weighted average ages of the Gaojiadian & Shepantu granite

3 岩石地球化学特征

3.1 常量元素地球化学

本研究区内的岩石类型主要以花岗岩和二长花岗岩为主。从表2中可以看出：主量元素SiO2的质量分数为56.00%～75.36%，大部分集中于64.48%～75.36%；Al2O3质量分数为12.78%～16.12%，大部分集中于13.23%～16.12%；A/CNK大部分集中于1.02～1.25，主要为弱过铝质；Na2O质量分数为1.91%～5.84%，大部分集中于3.80%～5.84%；K2O质量分数为1.99%～5.64%，大部分集中于3.58%～5.64%。整体上K2O的质量分数大于Na2O的质量分数，表明岩石具有相对富钾贫钠的特性，在w(K2O)-w(SiO2)判别图解(图4)中可以看出高家店岩体和蛇盘兔岩体均与其他岩体岩性相一致，为高钾钙碱性系列。

底图据文献[20]。图4 冀东研究区花岗岩w(K2O)-w(SiO2)判别图解Fig.4 w(K2O)-w(SiO2) discriminant diagrams for the granites in eastern Hebei Province

研究区内岩石里特曼指数(δ)为1.90～4.90，大部分集中于2.04～3.78，因此，岩石属于钙碱性系列，又称为太平洋型。花岗岩岩石分异指数(ID)为77.99～97.82(除1个岩样为52.34)，说明岩石的结晶分异程度较高。岩石氧化度(OX)为0.41～0.58，岩石具较高的氧化系数, 反映了岩石成岩部位相对较浅、氧分压高的特性。在w(SiO2)相同的条件下，碱度率(AR)越大则表示岩石或岩系越偏碱性。研究区内花岗岩类岩石AR值为1.82～5.74，平均值为3.68，显示岩性为碱性系列。固结指数(IS)是反映岩浆分异程度和岩石基性程度的重要岩石化学参数。该研究区域岩石样品中花岗岩的IS值一般为1.00～13.60，平均值为3.83，说明该地区的岩浆分异程度较低，且岩石的酸性程度也相对较低。

表2 冀东地区花岗岩常量元素分析表

注：常量元素质量分数单位为%。

CIPW标准矿物计算结果表明，岩石矿物组合以石英、钙长石、钠长石、正长石为主，含少量刚玉、紫苏辉石、磁铁矿等。石英的质量分数一般为 17.36%～37.47%。在Q-A-P图解上岩石定名为碱长花岗岩和花岗岩(图5)；花岗岩类TAS分类图中岩石为花岗岩和石英闪长岩，主要以花岗岩为主(图6)。

Q.石英；A.碱性长石；P.斜长石。1.富石英花岗岩类;2.碱长花岗岩;3a.花岗岩(钾长花岗岩);3b.花岗岩(二长花岗岩);4.花岗闪长岩;5.英云闪长岩;6*.石英碱长正长岩;6.碱长正长岩;7*.石英正长岩;7.正长岩;8*.石英二长岩;8.二长岩;9*.石英二长闪长岩、石英二长辉长岩;9.二长闪长岩、二长辉岩;10*.石英闪长岩、石英辉长岩、石英斜长岩;10.闪长岩、辉长岩、斜长岩。图5 侵入岩石分类Q-A-P 图解Fig.5 Rocks discrimination diagram

1.苦橄岩;2.辉长岩;3.辉长闪长岩;4.闪长岩;5.花岗闪长岩;6.花岗岩;7.石英闪长岩;8.二长岩;9.二长闪长岩;10.粗面玄武岩;11.碧玄岩和碱玄岩;12.响岩质碱玄岩;13.碱玄质响岩;14.响岩;15.似长石岩。底图据文献[21]。图6 冀东花岗岩类TAS分类图Fig.6 TAS classification diagram for the granite of eastern Hebei Province

3.2 微量元素和稀土元素地球化学

从微量元素原始地幔标准化蛛网图(图7)中可以看出，微量元素分配型式不规则，亏损和富集元素相间排列使得蛛网图的分配型式呈锯齿状，岩石富集Th、U、K等大离子亲石元素，亏损Ti高场强元素。其Ti偏低可能与磷灰石、钛铁氧化物和斜长石的结晶分异有关。

稀土元素球粒陨石标准化后的分布图(图8)及表3显示出轻重稀土强烈分异的特征，其中w(∑LREE)为28.38×10-6～359.05×10-6，w(∑HREE)为7.62×10-6～59.24×10-6，∑LREE/∑HREE为1.55～23.86，为轻稀土富集型，δEu变化范围为0.14～1.01，具有负铕异常的特性。(La/Sm)N值为0.82～7.83，大多数≥3.02；(Gd/Yb)N值为0.50～3.87，大多数≥0.96；(La/Yb)N值为1.10～45.48，大多数≥9.59；说明轻重稀土元素分馏明显。

4 讨论

4.1 岩石成因类型

本区岩石总体上Fe、Mg的质量分数较高，CaO质量分数主要集中于0.56%～2.49%，Na2O+K2O的质量分数为5.27%～9.53%，具有I-A型花岗岩的特性[25]，A/CNK值主要为1.02～1.25。

在微量元素中，出现Nb、Sr、Ti亏损，尤其是Ti亏损显著，Rb、K、Hf等元素相对富集，微量元素的这些特性具有I型花岗岩的特性； Sr、Ti的强烈亏损，Rb、K、Hf等元素相对富集，具有A型花岗岩的特点。稀土元素的质量分数较高，轻、重稀土比重较大，为轻稀土富集型，在球粒陨石标准化图中可以看出，岩石负铕异常明显。综上可知，所测岩体岩石类型为I-A过渡型花岗岩。

4.2 岩石构造环境判别

对于花岗岩构造环境的判别，利用多种判别图解和区域地质环境分析相结合，在一定程度上可以厘定花岗岩形成的构造背景。

在研究碰撞带岩浆作用的元素地球化学特征时，将碰撞带岩浆侵入体划分为火山弧侵入体、同碰撞侵入体、后碰撞侵入体及板内侵入体。后碰撞环境形成的高钾钙碱性侵入体的地球化学特征与火山弧环境所形成的高钾钙碱性侵入体的地球化学特征极为相似。从Rb-Hf-Ta构造环境判别图解(图9)可看出，岩石样品点都落于后碰撞构造环境区域内，表明冀东主要金矿集区内的花岗岩为后碰撞构造环境形成的高钾钙碱性花岗岩；同时，研究区内花岗岩体Sr质量分数大部分为36.62×10-6～197.00×10-6，也反映了其为后造山阶段的产物[26-27]。

底图据文献[23]。图7 微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.7 Primitive mantle-normalized trace elements spider diagram

岩体样号YBaHfRbScSrGaNbTa高家店JD02822．3021841．0557．005．11600．0021．000．77罗文峪JD02980．801777．64171．0011．6543．0084．303．06贾家山JD03412．909400．6632．0021．32669．006．100．24青山口JD03513．006072．34136．002．53158．0022．801．57青山口Q1[22]16．684322．17130．641．90128．1416．4428．783．93青山口Q2[22]12．657173．84144．422．00156．6416．2225．384．08峪耳崖JDY00918．103906．23138．003．56191．0021．801．93蛇盘兔JD05027．607032．3286．005．10197．0031．802．83都山JD10712．7014212．1462．007．22945．0021．201．76牛心山JDH01537．502289．41289．005．1646．0080．4017．96牛心山H2[12]35．281904．02277．804．6536．6222．20102．2017．33岩体样号ThULaCePrNdSmEuGd高家店JD0287．4010．7372．56207．0015．0654．588．181．676．81罗文峪JD02949．306．2125．9793．678．1233．5710．040．429．89贾家山JD0344．60156．3017．2738．155．0420．193．581．033．15青山口JD03512．909．1724．7162．464．8915．912．700．432．66青山口Q1[22]4．765．1125．9049．525．4018．283．270．432．88青山口Q2[22]6．447．9333．8258．525．6418．032．700．472．30峪耳崖JDY00924．0015．5827．2959．556．3521．604．050．693．72蛇盘兔JD05013．8025．6176．12155．7016．9359．579．311．408．19都山JD10712．8063．7565．88128．7013．2344．326．231．455．43牛心山JDH01536．401．938．6121．923．0312．284．690．394．53牛心山H2[12]31．700．534．4811．301．607．333．430．244．66岩体样号TbDyHoErTmYbLu∑LREE∑HREE高家店JD0280．894．320．782．230．311．910．29359．0517．54罗文峪JD0292．4317．123．5510．541．8512．081．78171．7959．24贾家山JD0340．442．080．391．160．171．000．1585．268．54青山口JD0350．402．350．461．350．241．530．21111．109．20青山口Q1[22]0．412．630．511．570．231．590．22102．8110．05青山口Q2[22]0．311．880．371．150．171．260．18119．187．62峪耳崖JDY0090．563．120．632．030．342．370．39119．5313．16蛇盘兔JD0501．166．061．133．270．523．380．49319．0324．20都山JD1070．562．230．381．160．140．860．13259．8110．89牛心山JDH0151．016．301．173．240．533．610．5850．9220．97牛心山H2[12]0．855．330．962．770．412．930．4128．3818．32

续表3

注：微量、稀土元素质量分数单位为10- 6。

图9 Rb-Hf-Ta花岗岩构造环境判别图解Fig.9 Rb-Hf-Ta tectonic setting discrimination diagrams of granite

4.3 花岗岩体的地质意义

冀东地区金矿是在多期次叠加成矿作用基础上形成的，矿集区内叠加成矿作用的时代为燕山早期，该时期是冀东地区金矿的主要成矿期，其主要成矿年龄为181.1～110.0 Ma。在冀东主要金矿集区内，众多金矿床与花岗岩在空间上的关系非常密切，金厂峪、峪耳崖、牛心山等大中型金矿床或产在花岗岩体的周围或产在花岗岩体的内部，金矿床分布在距花岗岩体0～5 km范围内。采用LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年测得的高家店岩体((198.8±0.75) Ma)和蛇盘兔岩体年龄((184.7±1.0) Ma)与青山口岩体((199.1±2.0) Ma)、峪耳崖岩体 ((175.0±1.0) Ma)、牛心山岩体((173.0±2.0) Ma)、罗文峪岩体年龄((196.7±7.0) Ma)都处于为燕山期早侏罗世；并且由青山口岩体、峪耳崖岩体、牛心山岩体等花岗岩体的成岩年龄和冀东金矿的成矿年龄可以看出，在冀东地区花岗岩体的形成时代与金的成矿时代一致。

5 结论

1)通过LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年测得高家店岩体的形成时代为(198.8±0.8)Ma，蛇盘兔岩体的形成时代为(184.7±1.0)Ma。

2)结合地质构造背景和岩石地球化学分析，岩石类型为I-A过渡型高钾钙碱性系列花岗岩，岩体的构造环境为后碰撞构造环境。

致谢:中国地质科学院国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室LA-MC-ICP-MS实验室相关人员对样品的LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年分析给与了悉心指导和大力支持，在此表示衷心的感谢。

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