内蒙古集宁地区徐武家变质辉长岩的形成背景及其地质意义

王智，王惠初，施建荣，常青松，张家辉，任云伟，相振群

（1.中国矿业报社，北京100037；2.中国地质调查局国际矿业研究中心，北京100037；3.中国地质调查局天津地质调查中心，天津300170；4.中国地质调查局前寒武纪地质研究中心，天津300170）

华北克拉通（NCC）是世界上最古老的克拉通块体之一，保存有自始太古代以来的地质记录，为研究地球早期的地壳演化提供了物质基础[1-2]。通常认为华北克拉通是在晚新太古代到古元古代由几个离散的微块体拼合而成[2，3-10]。华北克拉通西部的孔兹岩带是华北克拉通变质基底的一个重要构造单元，孔兹岩带被认为是北部的阴山地块和南部的鄂尔多斯地块之间的缝合带，形成于1.95～1.90Ga之间被～1.85 Ga形成的中部造山带截切[2，9]。

晋冀蒙交界地区是华北克拉通基底研究的热点地区，出露有中国规模最大的麻粒岩地体。大致以大同-兴和一线为界可以划分出两套高级变质岩系，分别是南东部麻粒岩系和北西部孔兹岩系[11]（图1b）。孔兹岩系主要分布在贺兰山-千里山-乌拉山-大青山-集宁一线，近东西延伸600 km，南北宽100～200 km，为一套特殊的含石墨、夕线石和石榴石的麻粒岩相变质的泥砂岩组合，并伴生大量同构造S型花岗岩[12]。该套岩石在集宁-丰镇-凉城一带出露最为典型，被称为集宁群[13]。长久以来，孔兹岩系被认为是中太古代或新太古代变质岩系[12，14-20]，但近年来对贺兰山、大青山、集宁等地孔兹岩进行的锆石U-Pb定年结果表明，碎屑锆石年龄主要集中于2.0～2.3 Ga之间，并经历了1.95～1.85 Ga变质作用[21-30]，孔兹岩系的形成时代为古元古代而非太古代。

在大青山-集宁地区的孔兹岩带中分布有较多规模不等的1.95～1.92 Ga的变质基性岩墙，以岩脉、岩床和小岩体的形式产在变质沉积岩中，或是以大小不等的包裹体或残留体残存于石榴花岗岩（俗称凉城花岗岩）中，这些岩墙在空间上与超高温麻粒岩（UHT）关系密切[31-33]，对孔兹岩系的形成演化具有重要制约作用。Peng et al.曾将此类变质基性岩统称为徐武家期辉长苏长岩，认为其形成于1.95～1.92 Ga，与超高温（UHT）变质作用和凉城花岗岩有密切的成因联系[31-32，34-35]。这些基性侵入体均遭受了麻粒岩相的变质作用，规模较大的依然保存有岩浆结晶的粒度较粗的辉长结构，规模较小的则均变为中细粒变晶结构。徐武家变质辉长岩是其中最典型代表，因其出露面积大且与含假蓝宝石的超高温变质岩关系密切而倍受关注。

近几年，作者等参加了集宁南部土贵乌拉地区的区域地质调查工作，对徐武家变质辉长岩进行了较细致的地质填图，从野外地质关系、岩石地球化学和同位素地质年代学等方面对徐武家岩体进行了研究，有助于加深对该期基性岩浆事件的认识，促进孔兹岩系形成演化的研究。

1 区域地质背景

研究区位于晋冀蒙交界地区靠近内蒙古自治区一侧，大地构造位置属华北克拉通西部孔兹岩带东段（集宁地体），临近中部造山带（TNCO）[9]。新近研究一般以大同-浑源窑断裂为界将晋冀蒙相邻地区高级变质地体划分为北西侧的孔兹岩系和东南侧的怀安杂岩（图1b）。北西侧的孔兹岩系主要由石墨夕线石榴黑云斜长片麻岩、石榴变粒岩/浅粒岩、长石石英岩以及大理岩等构成，时代归属于古元古代[22，36]。东南侧的怀安杂岩，主要由新太古代TTGG片麻岩-变质表壳岩构成，含有少量古元古代变质碎屑岩、花岗岩及高压麻粒岩[9，37-41]。两部分构成高温型“双变质带”[42]。

徐武家变质辉长岩出露于集宁南部的土贵乌拉地区（图1a），侵入古元古代孔兹岩系中，并遭受了变质变形作用的改造。孔兹岩系总体呈北东东向展布，产状以陡倾为主。孔兹岩系可以划分为三套变质岩石组合：变粒岩-浅粒岩组合（Pt1bi）、夕线榴云片麻岩组合（Pt1sg）和尖晶夕线石榴片麻岩组合（Pt1pg）。超高温变质岩主要产于尖晶夕线石榴片麻岩组合中。区内S型花岗岩发育，与孔兹岩系呈侵入接触关系或深熔过渡关系（混合岩化）。

在察右前旗的土贵山公园也可见变质辉长岩侵入到尖晶夕线石榴片麻岩（麻粒岩）中，在变质辉长岩的边部，普遍发育石榴石岩，宽度10～50 cm不等。石榴石岩中石榴石含量占50%～80%，同时含有夕线石、紫苏辉石、堇青石、尖晶石、金红石和斜长石等，推测是超高温条件下泥质组分与基性组分反应的产物[32]。

石榴花岗岩中也常可见一些不同规模的变质辉长岩或基性麻粒岩残块。区域上最大的变质辉长岩残块出露于九龙湾水库边，产于斑状石榴花岗岩中，面积达4～5 km2，内部保存有变余辉长结构，并被未变质的中元古代辉绿岩墙切割。

2 岩体地质特征

2.1 产出特征

徐武家变质辉长岩出露于土贵乌拉南的红砂坝-徐家村一带（沟口子沟内徐家村与武家村相邻，故亦称徐武家村），平面上岩体呈“鞋底”状形态（图1a），北东东向展布。岩体宽约1.3～2.1 km，长约9.2 km，出露面积约为14.4 km2。因变形变质作用，辉长岩的矿物成分和结构构造均发生了较大变化，但主体仍可识别原岩的辉长岩特征。

沿徐家村-武家村一带实测了一条地质剖面（图2），控制了岩体两侧的接触边界以及内部的超高温麻粒岩块体、石榴花岗岩脉和辉绿岩脉。

岩体北侧自北向南发育榴云（二长）片麻岩、石榴浅粒岩、斑状石榴二长花岗岩及尖晶夕线石榴二长片麻岩；局部分布有晚石炭世拴马桩组砂砾岩。野外露头上可见变质辉长岩与混合质含尖晶夕线石榴（二长）片麻岩呈侵入接触关系，接触带附近可见多条细粒的变质辉长质脉穿切其中（图3a、b），在陡立断面上似乎是平行状产出，但在近水平断面上则可见明显的斜切混合质尖晶夕线石榴（二长）片麻岩的成分条带。含尖晶夕线石榴片麻岩出露不足30 m，其北侧出露肉红色斑状石榴黑云二长花岗岩，两者之间为侵入或渐变过渡关系。此处斑状石榴黑云二长花岗岩未见直接与辉长岩接触，但辉长岩中可见少量石榴二长花岗岩脉体，区域上也可见辉长岩呈残块状包裹在斑状石榴花岗岩中（如九龙湾变质辉长岩），因此徐武家辉长岩是在斑状石榴花岗岩形成之前侵位。

岩体南侧自北向南发育尖晶夕线石榴黑云片麻岩、石榴黑云（二长）片麻岩、石榴浅粒岩和斑状石榴二长花岗岩。变质辉长岩与尖晶夕线石榴黑云片麻岩呈平行片麻理接触，变质辉长岩呈条带状构造，属于深部构造层次的麻粒岩相韧性剪切带[43]。在韧性剪切带的长英质糜棱岩中可见一组向南西陡倾的拉伸线理。

图1 内蒙古集宁察右前旗地区地质图（a）和晋冀蒙相邻地区地质简图（b）及所处大地构造位置（c）（据参考文献[9]）Fig.1 Geological map of Chahar Right Front Banner area,Jining,Inner Mongolia(a)and geological sketch map of adjacent area of Shanxi,Hebeiand Inner Mongolia(b)and their geotectonic location(c)

岩体边部粒度较细，片麻理构造较发育（图3c、d），向岩体内部粒度变粗，片麻理微弱或无片麻理，局部可见粒度大于1 cm的长石斑晶。北侧总体产状150～159°∠65～75°，南 侧 总 体 产 状 300～323°∠75～85°。

岩体中可见少量超高温泥质麻粒岩残块，其中徐家村北山坡上超高温麻粒岩露头最为特征，规模达7×30 m，产状近直立。岩石薄片鉴定见有假蓝宝石。

徐武家辉长岩中见乡民开采铁矿痕迹，但并非岩浆熔离型磁铁矿，而是与后期的正长花岗岩脉有关，正长花岗岩脉不规则状产出，磁铁矿呈窝状存在于正长岩花岗岩脉边缘。

从徐武家岩体的磁异常看（图4），徐武家辉长岩显示强烈的正磁异常，磁异常的北东端收敛迅速，西南端向下扩展，显示岩体向西南端倾伏，与野外观察到的向西南陡倾的线理构造一致；徐武家磁异常的南侧也有正磁异常分布，有可能预示隐伏的基性岩体存在。

图2 内蒙古徐武家变质辉长岩（Pt1ν）剖面图Fig.2 Profile of Xuwujia metagabbro（Pt1ν）,Inner Mongolia

图3 徐武家变质辉长岩野外照片Fig.3 Field photos of Xuwujia metagabbro

2.2 岩石特征

野外路线和实测剖面观察显示，徐武家变质辉长岩内部岩性不均匀，从边缘到中心，岩性及变形程度、结构均有较大变化。变质辉长岩新鲜面呈灰黑色，风化面呈灰黄色，中细粒柱粒状变晶结构，总体为块状构造，局部地段暗色矿物略显定向排列呈条纹或条痕状构造，黑云母增多时呈片麻状构造。主要岩石类型有（角闪）二辉斜长麻粒岩、角闪紫苏斜长麻粒岩、黑云角闪紫苏斜长麻粒岩（片麻岩）、角闪紫苏二长麻粒岩等。岩石浅色矿物主要为斜长石、条纹长石、反条纹长石、石英等，暗色矿物主要为紫苏辉石、透辉石、角闪石、黑云母等；暗色矿物含量一般在40%左右，石英含量一般不超过5%。不同岩性之间无明显界线而表现为一种渐变过渡关系。

图4 徐武家变质辉长岩的磁异常图[43]Fig.4 Magnetic anomaly map of Xuwujia metagabbro

镜下观察显示，岩石组构不均匀，不具备麻粒岩的近等粒结构特征，矿物可以明显分为两种粒级，一组为斑状矿物，以紫苏辉石和斜长石为主，少量透辉石和条纹长石，一般占岩石组成的50%以上；矿物呈它形粒状或板条状，边缘残缺，呈残晶（残斑）状产出，粒度一般为0.5～2 mm，大者可达4 mm；斜长石可见明显的波状消光和双晶弯曲；条纹长石，多见蠕英及补块等交代结构。另一组为基质矿物，主要由长石、辉石、石英，角闪石、黑云母等组成，粒度一般在0.1～0.3 mm，往往环绕在斑晶矿物周边，呈糜棱岩化的核幔结构（图5）。

电子探针分析结果也指示细粒重结晶相中黑云母和角闪石高钛等成分特征形成于麻粒岩相变质条件，而且紫苏辉石和透辉石的斑晶和细粒重结晶相没有明显的成分差别[44]。和斑晶相比，斜长石细粒重结晶相的钙长石含量略有增加。

3 岩石地球化学特征

本次工作沿徐武家沟剖面（图2）系统采集了岩石分析样品，其中样品18X01采自侵入围岩的辉长岩脉，18X05配套采集了同位素年龄样品，18X06附近北侧山坡有钾长花岗岩侵入并有开采铁矿的采坑。样品的测试分析由中国地质调查局天津地质调查中心实验室完成。

3.1 主量元素特征

图5 徐武家变质辉长岩镜下照片（+）Fig.5 Microscope photographs of Xuwujiametagabbro(+)a.二辉斜长麻粒岩；b.角闪紫苏斜长片麻岩（Pl.斜长石；Opx.斜方辉石；Cpx.单斜辉石；Hbl.角闪石）

变质辉长岩化学成分（表1）SiO2含量为48.58%～55.25%，平均为51.69%，属基性-中性岩。Al2O3含量较高，介于15.79%～18.80%之间。碱质含量较高，Na2O为1.83%～3.44%，平均为2.98%；K2O为1.12%～3.44%，平均为2.51%；全碱Na2O+K2O为4.56%～6.72%，平均为5.49%，K2O/Na2O为0.33～1.68，变化范围较大，9个样品中4个K2O/Na2O＞1，5个K2O/Na2O＜1。从野外观察和样品镜下特征看，钾质含量高可能与围岩混染、钾质交代作用相关，样品18X01为侵入围岩中的岩脉，受围岩影响较大，样品18X04-18X06之间有多条石榴花岗岩脉贯入，尤其是样品18X06附近有规模较大钾质花岗岩侵入，并形成热液型的铁矿点。K2O与SiO2呈正相关关系，K2O与P2O5、Al2O3与SiO2含量存在负相关关系，但Na2O与SiO2无相关性，也说明存在钾质交代。岩石中MgO含量介于3.01%～5.47%之间，平均为4.16%；全铁（FeOT=FeO+0.899×Fe2O3）为9.29%～11.38%；Mg#（Mg#=Mg/（Mg+Fe2+）（原子数比）为37.5～52.1，镁指数相对较低，表明非原生岩浆，随SiO2增高Mg#有降低趋势。Ti、P 含量较高，TiO2为1.71%～2.37%，平均为2.04%，明显高于高钾钙碱性和钾玄质系列岩石；P2O5为0.76%～1.32%，显示幔源成因特点。

表1 徐武家变质辉长岩岩石化学分析Tab.1 Petrochemical analysis of Xuwujia metagabbro

在TAS分类图解中投点落在辉长岩和二长闪长岩区（图6），且位于碱性橄榄玄武岩系列与亚碱性系列分界线附近，靠近碱性橄榄玄武岩系列一侧。由于K、Na为活动性元素，在变质和蚀变过程中容易活化，TAS图可能难以真实反映岩石性质。应用微量元素图解判别，在Zr/Ti-Nb/Y图解中，样品投点主要落在碱性玄武岩和粗面安山岩区域，少部分落在亚碱性玄武岩-玄武安山岩区（图7），整体反映为偏碱性中基性岩特点。

图6 徐武家变质辉长岩TAS分类图（据参考文献[45]）Fig.6 TAS classification of Xuwujia metagabbro

图7 徐武家变质辉长岩Zr/Ti-Nb/Y图解（据参考文献[46]）Fig.7 Zr/Ti-Nb/Y diagram of Xuwujia metagabbro

3.2 微量元素特征

从变质辉长岩稀土元素球粒陨石标准化模式曲线图可看出（图8），变质辉长岩稀土元素球粒陨石标准化模式曲线右倾明显，稀土总量较高，ΣREE在234.05×10-6～509.99×10-6，平均为406.38×10-6，高于OIB的稀土总量（199×10-6）。LREE/HREE比值为12.83～21.57，(La/Yb)N比值为14.13～48.84，轻、重稀土分馏强烈，属轻稀土富集型，轻重稀土分馏程度略大于OIB（图8）。δEu值为0.58～0.98，除18X02样品基本无铕异常外，其它样品具有较明显的铕负异常。(Ce/Yb)N=11.2～45.8，平均20.7，与太古宙下地壳平均值23相近[47]。

图8 徐武家变质辉长岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.8 Normalized distribution pattern of rare earth elements chondrite of Xuwujia metagabbro

徐武家变质辉长岩微量元素大离子亲石元素Rb、Ba、K、Sr、Pb富集，高场强元素Th、U、Nb、Ta、Ti亏损明显，说明与陆壳物质有密切关系，Pb的轻微富集也反映有不同程度的陆壳混染。样品中Zr、Hf含量出现了分化，部分样品富集显正异常，部分样品亏损显负异常，样品18X01则无异常；Zr、Hf的负异常可能与辉长岩的岩浆分异堆晶作用有关，而Zr、Hf正异常的样品则是岩石钾质交代较强烈的样品，可能与热液交代作用相关，Zr、Hf负异常的样品更能反映岩石的成因性质。

微量元素蛛网图的分布型式则与OIB明显不同（图9），虽然大多数元素的标准化值与OIB可比，但Th、U、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti等高场强元素含量却有较大差异。这种微量元素含量特征（蛛网图型式）与太古宙下地壳平均成分较为相似[47]。样品的Rb/Sr=0.007～0.073，平均0.032，大于太古宙下地壳的0.019，与 E-MORB 相当；K/Rb=404～719，平均为601.7，略小于太古宙下地壳的755。变质辉长岩Th、U含量平均值分别为1.03和0.22，与E-MORB的0.6和0.18较为接近，略大于太古宙下地壳平均值的0.42和0.05，但在原始地幔标准化蛛网图上显示出与太古宙下地壳平均值相似的Th、U负异常。

图9 徐武家变质辉长岩微量元素初始地幔标准化蛛网图Fig.9 Primitive mantle standardization spider web of trace elements of Xuwujia metagabbro

地壳混染可以导致La/Sm值迅速增高，一般在5.0以上[48]。本次工作所采样品La/Sm值界于4.4～5.6之间，平均值为5.0，说明在岩浆演化过程中经历了不同程度的地壳混染作用。

典型岛弧玄武岩具有亏损高场强元素Nb、Ta、Ti、Zr、Hf和重稀土元素Yb、Y，富集大离子亲石元素Rb、Cs、Ba、Sr、Pb、K和轻稀土La、Ce的特点，徐武家辉长岩似乎部分符合这些特征，但Th、U亏损与岛弧玄武岩不同；Nb含量虽达到13.7～31.1×10-6，但并非富铌辉长岩。

4 锆石U-Pb年龄及Hf同位素特征

本次工作在徐武家变质辉长岩中采集了2件同位素测年样品（18X05和1614-1）。样品的锆石分选由河北宇能公司完成，锆石制靶和阴极发光照相委托北京锆年领航科技有限公司完成。锆石U-Pb定年和Hf同位素分析测试分析均在天津地质调查中心同位素实验室完成。

4.1 锆石U-Pb年龄

样品18X05采自徐家村东南约600 m，岩性为中粗粒二辉斜长麻粒岩，具微弱片麻理。从中分选出的锆石颗粒直径大小多数集中在150～300μm，以长条状居多，部分浑圆状，长条状锆石长宽比在2/1左右。从阴极发光图像看（图10），该样品中的锆石晶形不完整，形态不规则；以岩浆结晶锆石为主，几乎所有锆石都不同程度地有变质生长边，变质生长边残缺不全，颜色较浅，以灰色-灰白色为主，内部无明显生长条纹。部分浅色的变质生长边外侧出现颜色较深的镶边。锆石核部一般颜色较深，多数具有宽窄不均的板条状晶纹，具有较典型的辉长岩中结晶锆石特征。锆石的变质生长边截切了核部锆石的晶纹条带。

图10 样品18X05和1614-1的锆石阴极发光图像及测点位置Fig.10 Zircon CL images and dating sits of sample 18X05 and 1614-1

对样品18X05的39颗锆石测试了40个数据点（表2），其中25、26测点分别为同一颗锆石的边部和核部。所有测点数据均位于谐和线上或其附近（图11a）。Th/U比值总体分布于0.33～1.49，从锆石阴极发光图像判断为变质锆石的测点Th/U比值为0.38～0.71，无法从锆石的Th/U比值判别锆石的性质。测试数据显示锆石的207Pb/206Pb年龄界于1 883～1 943 Ma之间，40个数据点的207Pb/206Pb的加权平均年龄为1 912±7 Ma（MSWD=0.45，n=40）。其中锆石阴极发光图像具有辉长岩岩浆结晶锆石特征的4、5、13～15、17、23、30、35～38、40等13个测点的207Pb/206Pb加权平均年龄为 1 917±12 Ma（MSWD=0.26，n=13）（图11b），可代表辉长岩的结晶年龄。4个（6、19、25、29）变质锆石特征较明显的测点207Pb/206Pb加权平均年龄为1 910±26 Ma（MSWD=0.25），可以代表辉长岩的变质年龄。虽然两个年龄数据在误差范围内相近，但总体上仍可判断岩浆结晶年龄稍大。

区调工作中还在徐家村附近采集了一个年龄样品（1614-1），岩性为弱片麻状角闪二辉斜长麻粒岩，从中分选出的锆石以浑圆状为主，粒径多在100～200μm之间，锆石的阴极发光图像显示多为变质锆石（图10），少量锆石核部保留有岩浆结晶锆石的残留，但与样品18X05有所不同，具辉长岩中锆石结晶习性的极少，个别锆石具有不清晰的中酸性火成岩中结晶锆石的震荡环带。

表2 徐武家变质辉长岩样品（18X05）锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果Tab.2 Zircon LA-ICP-MS U-Pb analysis results of Xuwujia metagabbro(18X05)

续表2

图11 样品18X05和1614-1的U-Pb同位素年龄谐和图和207Pb/206Pb加权平均年龄Fig.11 U-Pb zircon concordia diagrams and 207Pb/206Pb weighted average age for sample 18X05 and 1614-1

该样品共测试了32个数据点（表2），有两个测点数据铅丢失较严重，其它均落在谐和线上或附近。锆石的Th/U比值除一个数据为0.099外，其它均大于0.15，无法从Th/U比值上判别是岩浆结晶锆石还是和变质锆石。32个数据点构成的不一致线上交点年龄为1 913±11 Ma（图11c）；剔除铅丢失严重的2个点和误差较大的6个数据点，24个数据点的207Pb/206Pb加权平均年龄为1 915±9 Ma（图11d）；两个年龄值基本一致，可代表辉长岩遭受变质作用的时代。

4.2 锆石Hf同位素特征

变质辉长岩样品（18X05）锆石Hf同位素分析结果如表3所示。由于锆石中具有较高的Hf含量，Lu的含量极低，从而导致其176Lu/177Hf有非常低的比值，由Lu衰变形成的176Hf很少，因此锆石在形成后基本没有明显的放射性成因的积累，所测定样品中的176Hf/177Hf基本可以代表其形成时体系的Hf同位素组成。根据测试结果，样品中锆石的176Hf/177Hf初始值较低（0.281 429～0.281 594），加权平均值为（0.281 511±0.000 020）。εHf(t)值除一个点为正的1.05外，其余均为负值（-5.37～-0.83）（图12）。Hf模式年龄（TDM）为2 273～2 501 Ma。对于地幔来源的玄武质岩石而言，如果εHf(t)值多为正值，且Hf模式年龄（TDM）与其形成年龄相近，则表明该玄武质岩石来源于亏损地幔；如果Hf模式年龄大于其形成年龄，则表明其岩浆源区受到过地壳物质的混染或来自于富集型地幔[49]。徐武家变质辉长岩的Hf模式年龄均大于其形成年龄，但基本处于古元古代的年龄范围，指示岩浆可能来源于富集地幔或遭受了地壳物质的混染。

表3 徐武家变质辉长岩样品（18X05）锆石Hf同位素分析结果Tab.3 Zircon Hf isotope analysis of Xuwujia metagabbro samples(18X05)

图12 徐武家变质辉长岩εHf(t)-207Pb/206 Pb年龄图Fig.12εHf(t)-207Pb/206 Pb age diagram of Xuwujia metagabbro

5 讨论

5.1 徐武家变质辉长岩的形成时代

前人对徐武家变质辉长岩及区域上同期辉长质岩体开展过同位素年代学工作。

1/25万大同市幅[50]对徐武家变质辉长岩（称为林场麻粒岩）进行了同位素测年，所采样品（03RZ3，对应的岩石化学分析号为03Gs7）获得三组锆石U-Pb年龄（LA-ICP-MS），其中锆石核部测点构成的不一致线上交点年龄为1 977±9 Ma，认为可代表岩浆结晶年龄；锆石变质边获得加权平均年龄1 933±13 Ma（MSWD=0.17，n=16），代表麻粒岩相变质作用的时代；另有三颗锆石的加权平均年龄为1 885±23 Ma，认为是晚期退变质作用阶段的反映[50]。

Peng et al.对徐武家苏长辉长岩体（样品号02SX021）进行了SHRIMP锆石U-Pb测年，获得一组1 929±8 Ma的年龄，解释为变质年龄[51]。Peng et al.对该样品的锆石核部数据进行了重新计算，得到207Pb/206Pb加权平均为 1 931±8 Ma（MSWD=0.71，n=14），这些锆石有较高的Th/U比值，解释为辉长岩的锆石结晶年龄[31]。

区域上，Guo et al.曾报道凉城鞍子山变质闪长岩墙1 921±1 Ma的TIMS锆石年龄，解释为岩浆结晶年龄[52]。Peng et al.对凉城红庙子变质辉长岩（样品号06LC17）中的锆石分别进行了SHRIMP和SIMS（CAMECA）测试，所得结果基本一致，锆石核部年龄为1 954±6 Ma（MSWD=2.3，n=27），边部年龄为1 925±8 Ma（MSWD=0.38，n=13），认为分别代表岩浆结晶和变质作用的时代[31]。Wang et al.对凉城三苏木元子沟变质辉长岩（苏长岩）进行了SIMS锆石U-Pb测年，核部岩浆结晶锆石获得一组1 917±6 Ma（MSWD=2.2，n=14）的年龄，而变质边的年龄则稍大为1 924±11 Ma（MSWD=0.84，n=6）[53]。

由上可知，前人从徐武家期变质基性岩（墙）中获得的年龄数据仍有较大差异，其中被认为是岩浆结晶年龄的数据有1 977±9 Ma、1 954±6 Ma、1 931±8 Ma、1 921±1 Ma和1 917±6 Ma。本次工作所采样品18X05中部分锆石具有辉长岩中岩浆结晶锆石较典型的板条状晶纹，获得207Pb/206Pb加权平均年龄为1 917±12 Ma（MSWD=0.26，n=13），可代表辉长岩的结晶年龄，这一年龄数据与前人获得的1 931±8 Ma、1 921±1 Ma和1 917±6 Ma等数据在误差范围内一致，因此我们认为徐武家辉长岩的结晶年龄在1 920 Ma左右。从样品18X05中获得的变质年龄为1 910±26 Ma；样品1614-1的变质年龄为1 913±11 Ma（不一致线上交点年龄）和1 915±11 Ma（207Pb/206Pb加权平均年龄），故推测徐武家辉长岩遭受麻粒岩相变质作用的时代为1 910～1 920 Ma。这一年龄数据与孔兹岩系中超高温变质作用的时代十分接近[54-56]。

5.2 徐武家变质辉长岩的形成构造背景

Peng et al.曾将集宁-凉城一带的变质辉长岩及基性麻粒岩团块统称为徐武家期辉长苏长岩，并从化学成分上将其划分为两组：高镁组（6.2～22.9 wt.%MgO）和相对低镁组（2.2～5.7 wt.%MgO）[31]。高镁组显示负Eu异常（Eu/Eu*=0.53～0.72）、轻稀土元素富集（La/YbN=0.56～1.53）和高场强元素弱负异常，εNd(t)值在+0.3到+2.4之间变化。低镁组显示不同程度的Eu异常（Eu/Eu*=0.48～1.05），富含轻稀土元素（La/YbN=1.51～11.98）。大多数高场强元素（如Th、Nb、Zr和Ti）出现负异常，低镁辉长岩的εNd(t)值从-5.0到0不等。认为徐武家期变质辉长岩具有弧亲缘性且岩体具有小规模带状分布的特征，推测形成于洋脊俯冲环境[31-32]。本文所述徐武家辉长岩是其低镁组中的典型代表。

徐武家辉长岩主体属于碱性系列中基性岩，具有碱性系列与亚碱性系列的过渡性质（图6、图7），在TiO2-MnO-P2O5图解上落在OIA（洋岛碱性玄武岩）区域（图13）[57]，P的富集暗示起源于富集型地幔。辉长岩稀土富集，ΣREE总量为234～510×10-6，高于OIB的稀土含量（199×10-6）。常量元素和稀土元素总体特征指示板内构造背景。

图13 徐武家辉长岩TiO 2-MnO-P2O 5图解[57]Fig.13 TiO2-MnO-P2O5 diagram of Xuwujia gabbro CAB.钙碱性玄武岩；IAT.岛弧拉斑玄武岩；MORB.洋脊玄武岩；OIT.洋岛拉斑玄武岩；OIA.洋岛碱性玄武岩

在微量元素蛛网图上Rb、Th、U、Nb、Ta均显负异常（图8），Nb、Ta与Rb、Th负异常共存被认为是受下地壳麻粒岩相岩石混染的标志，而非岛弧火成岩特点。Th、U贫化是麻粒岩相变质岩的一个典型特征[48，58-62],一般认为这种亏损是因麻粒岩相变质作用中流体（或熔体）流出造成了U丢失。辉长岩作为堆晶岩，岩浆结晶分异及堆晶作用也可能是Th-U贫化的一个影响因素。

样品中Zr、Hf含量出现了分化，18X04-06号样品Zr-Hf富集，说明地壳物质的混染（富硅钾质热液交代），18X02-03和18X07号样品Zr-Hf显负异常，指示上地幔起源。在Zr/Y-Zr图解上（图14）总体上落在板内区域；在Ti/100-Zr-3Y和2Nb-Zr/4-Y图解上均显示出与板内碱性玄武岩的产出环境更接近（图略）。

图14 徐武家辉长岩Zr/Y-Zr图解[63]Fig.14 Zr/Y-Zr diagram of Xuwujia gabbro

应用Th/Hf-Ta/Hf图解判别（图略）[63]，样品投点主要与张性构造背景相关，包括板块发散边缘NMORB区（Ⅰ区）、大洋板内洋岛、海山玄武岩区及T-MORB、E-MORB区（Ⅲ区）和地幔热柱玄武岩区（Ⅴ区）。

辉长岩锆石Hf同位素测试结果显示，εHf(t)除一个点为正的1.05外，其余均为负值（-5.37～-0.83）；TDM=2 273～2 501 Ma，平均为2 395 Ma，TDM明显大于辉长岩的形成时代（～1.92 Ga），指示徐武家辉长岩可能来源于富集地幔。

综上所述，徐武家辉长岩属于碱性-亚碱性过渡类型（剔除陆壳混染和后期钾质交代影响），微量元素特征没有明显的岛弧印记，其形成与岛弧构造背景无关，在构造环境判别图上主要落在张性构造背景区域。结合辉长岩侵入到孔兹岩系中，而孔兹岩系表壳岩因深俯冲作用已进入麻粒岩相变质条件的地壳深部，因此推测辉长岩形成于陆-陆碰撞后由挤压向伸展背景的转换阶段，因俯冲板片断离、地幔上涌导致镁铁质岩浆侵位的产物。而辉长岩的源区可能具有富集地幔性质，在侵位过程中遭受了地壳物质的混染。

5.3 对孔兹岩系形成时代和造山峰期时限的制约

（1）对于孔兹岩系形成时代的限定

徐武家辉长岩侵入超高温变质的孔兹岩系，野外露头上岩体边部可见辉长岩脉切割尖晶矽线石榴二长片麻岩的岩性条带，表明～1.92 Ga之前孔兹岩系已经进入了20～30 km的地壳深部，孔兹岩系的沉积时限应大于1.92 Ga，结合集宁地区“S”型花岗岩的同位素年龄[65]，孔兹岩系的沉积时限应大于1.95 Ga，这也得到了区域上高温-超高温麻粒岩相变质作用的年代学记录（1.95～1.92 Ga）的印证。区域上，近年来针对孔兹岩带变质沉积岩的碎屑锆石进行了大量微区原位U-Pb年代学研究，碎屑锆石年龄峰值介于2.2～2.0 Ga之间，结合变质锆石年龄，限定孔兹岩系沉积时间在 2.0～1.95 Ga[22，24，28，30，66-71]。徐武家辉长岩的侵入关系与孔兹岩系碎屑锆石年龄谱可以相互印证。但是以最小一组碎屑锆石年龄来限定造山带的变质岩原岩的沉积下限并不十分妥当，造山带中的变质地层不同于克拉通上的沉积盖层，是不同时代沉积地层的堆叠体，即孔兹岩系的原岩应该是2.2～1.95 Ga之间不同时代的沉积地层的堆叠体（类似于增生杂岩），由于高温-超高温变质作用和大规模的深熔作用破坏了构造岩片的堆叠形式。

（2）对古元古代造山峰期时限的制约

碰撞造山带都经历俯冲、碰撞到伸展抬升的过程，在碰撞造山过程中有强烈的岩浆作用和变形变质作用。麻粒岩相变质的孔兹岩带作为造山带的根部带被抬升到地表，使许多俯冲阶段在中部地壳中形成的岩浆岩被剥蚀，这也造成了孔兹岩系碎屑来源的困惑。从构造过程上看，碰撞造山带先俯冲碰撞地壳加厚然后才有升温变质过程，因此造山作用的压力峰期要早于温度峰期，造山变质作用的P-T-t轨迹正是这一过程的描述。怀安地块高压麻粒岩相变质可代表压力峰期的变质，而集宁地区超高温变质则是温度峰期的记录。故而可以推断高压麻粒岩相变质作用的时限应大于～1.92 Ga（甚至大于～1.93 Ga），这与怀安地块上～1.95 Ga高压麻粒岩相变质年龄一致[41，72-75]。前文已述，徐武家辉长岩是板片断离、软流圈上涌、地幔岩浆侵位的产物，形成于挤压背景向伸展背景转换的阶段，记录了压力峰期的上限和温度峰期的下限。结合同位素年龄证据，可以推断造山带的高压麻粒岩相变质时限为1.95～1.92 Ga，超高温变质作用的时限是1.92～1.90 Ga。

6 结论

（1）徐武家辉长岩属偏碱性辉长岩，侵入孔兹岩系，并遭受了麻粒岩相变质作用。岩浆源区可能为富集地幔，在上升过程中遭受了地壳物质的混染，并在侵位后遭受了富钾质流体的交代作用。其内部含有超高温变质岩包体，超高温变质作用与辉长岩的侵位可能存在成生联系。

（2）从徐武家变质辉长岩中获得了1 917±12 Ma的岩浆结晶锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄，可代表辉长岩侵位的时限。而1 910±26 Ma和1 915±11 Ma的年龄数据代表辉长岩变质作用的时限。集宁地区孔兹岩系在辉长岩侵位前已进入了地壳深部，结合怀安地块上高压麻粒岩的形成年龄，推断集宁孔兹岩系原岩沉积时代应早于1.95 Ga。考虑到造山带岩石-构造的复杂性，区域上孔兹岩系原岩的沉积时限应在2.2～1.95 Ga之间，孔兹岩系是2.2～1.95 Ga之间不同时代沉积物在造山过程中变形变质的堆叠体。

（3）徐武家变质辉长岩形成于古元古代陆-陆碰撞造山峰期由挤压背景向伸展背景转换阶段，对造山峰期的时限有重要制约作用。推测辉长岩是碰撞造山峰期后俯冲板片断离、岩石圈拆沉、幔源岩浆侵位的产物。

致谢：谨以此文祝贺陆松年先生八十华诞！