胶北地块古元古代花岗伟晶岩脉的锆石SHRIMP U-Pb年代学特征及地质意义

张志刚

(山东省地质调查院，山东 济南 250013)

0 引言

伟晶岩作为一种特殊的岩浆岩类，前人研究认为其成因大致可以分为两种，即与岩浆活动有关的岩浆成因伟晶岩类和与变质活动有关的变质成因伟晶岩类；岩浆成因伟晶岩类一般形成于造山运动后的构造转换期，全球大型的伟晶岩矿床多发育于造山后地壳伸展环境，而发育于非造山环境的岩浆成因伟晶岩极少[1]；变质成因类伟晶岩一般与沉积地层的变质深熔作用有关，在国内外前寒武纪地质体中发育较为广泛。

华北陆块东部胶-辽-吉造山带是目前国内报道的最古老的造山带之一。其作为华北克拉通内3条古元古代造山带之一，造山带内物质组成丰富，以大面积分布的古元古代(火山)沉积岩系为主要特征。近年来，国内外学者在胶-辽-吉古元古代造山带开展了大量的研究工作，尤其在胶-辽-吉带北部吉辽带内，大多学者多以岩石地层、花岗岩、变质基性火山岩等为研究对象，在造山带物质来源、地层格架、岩浆作用、变质作用性质及演化过程等方面取得了很多重要的成果和进展[2-5]。但是在伟晶岩这一特殊岩类方面的研究开展的工作不多，仅在胶-辽-吉造山带北部见有花岗伟晶岩(～1.8Ga)锆石U-Pb年龄及锆石微量元素及Hf同位素的研究。认为该期伟晶岩具有岩浆及变质两种成因，其发育时代跨度较大(1.74～1.87Ga)，为造山后期区域伸展环境下，大量造山带残余岩浆或深熔脉体上涌至浅部地层中形成伟晶岩脉(墙)或岩体[1]。而在胶-辽-吉造山带南部胶北地块一带则未见同时代伟晶岩类相关报道，该次工作对胶东古元古代荆山群中的花岗伟晶岩脉进行了同位素年代学的研究，运用锆石SHRIMP U-Pb高精度测年来约束其形成时代，进一步探讨了1.8Ga深熔作用在胶-辽-吉造山带南段胶东地区与北段辽西地区联系。

1 地质背景

胶东地区受太平洋板块向欧亚板块的俯冲作用，古老的下部地壳物质抬升遭受剥蚀，现今存留的前寒武纪地质体包括新太古代中期至元古代岩浆岩和变质地层[6]。该造山带在胶东主要残留了同期碰撞花岗岩、基性岩脉及同期的火山-碎屑沉积物，残留体之间的大地构造属性尚不明确。其中古元古代花岗岩以大柳行序列为代表，岩性为片麻状中粒含角闪(黑云)二长花岗岩，多大面积出露；基性岩脉以莱州序列为代表，主要岩性为变纯橄岩、变辉长岩基性岩墙群；而火山-碎屑沉积物则以荆山群、粉子山群为代表，其中荆山群主要为一套高铝片岩、变粒岩、大理岩、含石墨岩系、片麻岩、透辉岩等为主的变质岩，变质程度达到角闪岩相-麻粒岩相，并在其中发现了高压泥质麻粒岩；粉子山群为一套含磁铁岩系、变粒岩、高铝片岩、长石石英岩、大理岩、含石墨岩系、透闪岩等，变质程度为绿片岩相-角闪岩相[7-8]。其中荆山群变质程度明显高于粉子山群，可能反映了深熔作用过程中变质相的深—浅层次的不同(图1)。元古代后调查区进入华北地块演化阶段，特别是进入中生代受扬子板块的俯冲作用影响，华北陆块东部岩石圈减薄，区内主要发育中生代侵入岩及地层，对早期形成的前寒武纪地质体破坏较大。

图1 胶东地区地质简图(据谢士稳等，2014)

2 样品采集及野外地质特征

2件花岗伟晶岩样品(CY04，CY08)取自莱西市西侧及南侧两地(图1)，莱西西侧花岗伟晶岩呈不规则状、网脉状产出于古元古代荆山群长石石英岩中，二者界线截然(图2)。伟晶岩一般为浅灰色、灰白色，花岗伟晶结构，块状构造。伟晶岩脉总体走向近SW—NE，宽度一般约0.2～0.5m，局部为不规则瘤状产出，顺脉体走向局部宽度可达2m左右。莱西南侧荆山群露头较差，伟晶岩呈脉状产于浅粒岩中，脉体宽约2m，二者接触界面平直，受后期构造影响，伟晶岩具轻度碎裂岩化。在对比了杨红等[1]在辽宁宽甸地区的花岗伟晶岩野外产出时空特征，宽甸地区的花岗伟晶岩侵入于古元古代地层辽河群中，而辽河群与荆山群在岩石组合及变质特征上具有可对比性[4]，推测可能与研究区的花岗伟晶岩具有可对比性，故在研究了调查区花岗伟晶岩的产出特征后，对其进行了年代学研究，以期获得其与宽甸地区古元古代花岗伟晶岩时间上的亲缘性。

3 测试方法

样品碎样工作由河北省区域地质研究所实验室完成，锆石U-Pb定年在北京离子探针中心SHRIMP Ⅱ上完成[9]。首先样品经机械破碎后，过100目筛，按常规重力和磁选方法从花岗伟晶岩样品中分选出锆石来，最后在双目镜下挑选。将待测样品锆石和数粒TEM标样置于环氧树脂制靶，然后磨至一半，使锆石内部结构暴露，再抛光镀上金膜，用于阴极发光图像分析及SHRIMP U-Pb分析。测试时，一般一次流O-2强度为3～5nA，束斑直径为25～30μm。标样M257(U=840×10-6[10])和TEM(年龄为417Ma[11])分别用于锆石U含量和年龄校正。每分析3～5个未知样品数据，分析1次标准锆石TEM。未知样品每个分析点采用5组扫描，同时标准锆石TEM为5组扫描。数据处理采用SQUID和ISOPLOT程序[12]。根据实测204Pb含量校正普通铅，采用207Pb/206Pb年龄为锆石年龄，同位素比值和单点年龄误差均为1σ。

图2 胶东莱西地区古元古代荆山群长石石英岩及伟晶岩脉野外接触关系照片

4 锆石U-Pb同位素年代学特征

4.1 锆石成因分析

锆石在体视镜下显示为玫瑰色，其大小不一，一般50～200μm，少量大者可达250μm，半自形柱状、断柱状、次浑圆粒状，有裂纹，晶棱晶锥略显钝化，可见锥柱不对称的歪晶，表面少见凹坑沟槽等溶蚀痕迹，两件锆石样品颜色单一，显示为同期次同成因锆石。锆石CL图像显示出清晰的震荡环带，未见明显的变质增生边，应为岩浆结晶锆石，锆石受后期变质改造不显著，锆石表面未见明显的溶蚀特征(图3)。两组样品锆石的Th/U比值介于0.34～1.48(表1)，显示出岩浆锆石的Th/U比值特征。说明两件样品的锆石在形成后，保持了较好的U-Pb同位素封闭体系。

4.2 锆石U-Pb测年结果

该次工作所获得的伟晶岩锆石U-Pb同位素加权平均年龄为1.83～1.84Ga，其核部与边部年龄一致，与前人获得的变质深熔作用年龄在误差范围内是一致的(图4)。其中CY04样品所测13点，其206Pb/207Pb加权平均年龄为1840±8Ma，CY08样品所测14点，其206Pb/207Pb加权平均年龄为(1837±16)Ma，两件样品数据置信度极好，在误差范围内完全一致，代表了花岗伟晶岩的结晶年龄。

5 花岗伟晶岩脉的地质意义

前人的研究认为胶北地块的古元古代变质岩组合，是华北克拉通东部陆块古元古代胶-辽-吉造山带在胶东半岛的延伸[13-17]。其精细的构造属性尚需进一步研究，但基本确定的胶东地区存在～1.8Ga的变质深熔作用。

近年来，胶北地区古元古代大地构造运动的机制备受瞩目，目前普遍认为胶北地区主要由古元古代胶-辽-吉造山带早期伸展作用所形成的裂解型花岗岩类及后期的火山-沉积建造，且有岛弧性质的高压麻粒岩存在[18-22]，指示胶北隆起区在2.1Ga后期可能发育了一套相对较完整的弧盆体系。

而调查区发育的～1.8Ga变质深熔作用指示了弧盆体系向碰撞造山体系转变，其大地构造演化模式与辽宁一带的狼林地块与龙岗地块间的构造演化具有时间一致性，但研究区陆陆碰撞模式两侧的块体属性尚不明确。随后的碰撞造山作用导致了古元古代火山-沉积岩系(荆山群)发生了熔融作用。造山带深部层次的荆山群变质程度较高，变质程度达到角闪岩相-麻粒岩相，而浅部层次的粉子山群变质程度相对较低，仅达到绿片岩相。该期深熔作用过程中形成了研究区荆山群中大量发育的花岗质岩脉，但规模较小。其后区域进入(后造山)伸展环境，俯冲岩片发生折返作用抬升至地表，受强烈的减压作用，大量分异较高的花岗质岩浆上涌侵入上部地壳，形成了现今胶东地区的古元古代地质体组合，进入华北陆块的演化阶段。

图3 莱西地区花岗伟晶中锆石CL图像和U-Pb年龄

表1 胶东莱西地区花岗伟晶岩锆石SHRIMP U-Pb年龄

Pb*为放射性成因铅

图4 莱西地区花岗伟晶岩锆石206Pb/238U-207Pb/235U年龄谐和图

胶东地区的深熔作用多有变质深熔脉体发育[23-28]，深熔脉体为花岗质(脉)体，其规模一般较小，多为原地熔融产物，且形成时代为18.6～19Ga。而本次工作获得的侵入荆山群的伟晶岩脉年龄较深熔作用晚约20～60Ma。一般认为造山带从陆陆碰撞的挤压应力场到造山后伸展应力场所需时间约50～100Ma[29]，而深熔作用一般发生在陆陆碰撞中后期，研究区花岗伟晶岩从时间尺度上符合造山后期伸展作用成因，结合花岗伟晶岩的野外产出特征及规模，笔者认为研究区花岗伟晶岩是胶-辽-吉造山带晚期伸展作用产物，造山后期大量的残余岩浆上涌侵入至古元古代地层中形成。

6 结论

(1)获得了胶东地区荆山群内的伟晶岩脉的精确结晶年龄为～1.84Ga，与杨红等在辽宁宽甸一带取得的伟晶岩年龄一致，代表了一次区域伸展事件。

(2)通过区域对比及同位素年代学的研究，进一步证实了1.84Ga的伸展事件在胶北地区的存在。

(3)研究区花岗伟晶岩成因与辽西地区可对比，暗示胶北地区～1.84Ga伸展作用与辽西地区同期花岗伟晶岩具有时空一致性。