胶北地体侏罗纪花岗岩的成因及其构造意义
2021-11-04孟凡雪谢士稳
周 珊，孟凡雪，谢士稳
(1. 山东科技大学 地球科学与工程学院， 山东 青岛 266590； 2. 中国地质科学院 地质研究所， 北京离子探针中心，北京 100037)
胶北地体发育强烈的中生代岩浆作用，它们被认为与华北克拉通岩石圈的减薄、苏鲁造山带造山后伸展作用或古太平洋的俯冲过程等重大地质事件有关，其成因和形成构造环境等问题一直是众多学者关注的热点(Houetal., 2007； 张田等， 2008； Zhangetal., 2010； Jiangetal., 2012； Yangetal., 2012； Maetal., 2013； 黄涛等， 2014； 李洪奎等， 2017； 宋英昕等， 2019； Lietal., 2019； Wuetal., 2020)。胶北中生代岩浆岩主要形成于侏罗纪和早白垩世两个阶段，侏罗纪花岗岩是胶北地体已识别的最早的中生代岩浆岩，且最为发育，确定它们的岩浆源区、演化过程以及形成的构造背景对认识华北克拉通中生代构造转换的起始时限和动力学机制具有重要的意义。目前，胶北地区侏罗纪花岗岩的研究主要集中在胶北西部的玲珑花岗岩和栾家河花岗岩，已发表了一系列年代学和地球化学资料，但岩浆源区、成因等问题仍存在不同认识(Houetal., 2007； Zhangetal., 2010； Jiangetal., 2012； Yangetal., 2012； Maetal., 2013)。例如，Hou等(2007)认为玲珑花岗岩由华北克拉通加厚的下地壳部分熔融而成。但是，玲珑花岗岩中识别出新元古代的继承锆石，指示源区可能有来源于扬子板块的物质加入(Zhangetal., 2010； Jiangetal., 2012； Yangetal., 2012； Lietal., 2019； Wuetal., 2020)。由于报道的继承锆石年龄相对较少，且不同研究人员获得的继承锆石年龄分布特征存在差异，以致对岩浆岩源区扬子板块物质贡献的比例存在不同认识。例如，Zhang等(2010)仅获得少量新元古代的继承锆石，没有获得太古宙的继承锆石，认为玲珑花岗岩主要由深俯冲的扬子板块地壳物质部分熔融而成。除新元古代继承锆石外，太古宙和古元古代继承锆石的发现，表明源区也存在华北地壳物质，结合同岩浆锆石很低的εHf(t)和古老的Hf二阶段模式年龄，一些研究人员认为胶北晚侏罗世花岗岩的主要源区为华北下地壳岩石(Yangetal., 2012； Lietal., 2019)。
另一方面，前人对胶北地体其他地区侏罗纪花岗岩的研究相对较少，胶北其他地区侏罗纪花岗岩的形成时代、源区和成因与玲珑、栾家河花岗岩是否存在差异尚不清楚，这也制约了更加全面地认识胶北地区侏罗纪花岗岩源区物质来源和形成构造环境的研究。由于缺少可靠的年代学资料，除西部广泛出露的玲珑和栾家河岩体外，胶北地体其他地区识别出的侏罗纪花岗岩相对有限，特别在其东部。通过地质调查和SHRIMP锆石测年，笔者在胶北地体的北部和东部新识别出几处中晚侏罗世花岗岩露头(图1)，部分样品中还含有丰富的继承锆石，为探讨胶北地体侏罗纪岩浆岩源区性质提供了重要的研究对象。本文报道了新识别出的侏罗纪花岗岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄、全岩地球化学特征以及锆石氧同位素组成，并结合前人研究结果，为整体探讨胶北地体侏罗纪花岗岩的成因和大地构造背景提供一些新的制约。
1 地质背景
胶北地体位于华北克拉通东南缘，东南侧以五莲-即墨-牟平断裂与苏鲁造山带相连，南侧与中生代胶莱盆地相邻(图1)。胶北隆起区出露大量古老的变质基底，主要包括中-新太古代的岩浆岩，古元古代荆山群、粉子山群以及新元古代蓬莱群。太古宙岩浆岩主要由TTG(英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩)片麻岩组成，其中含有呈包体、透镜体出露的黑云变粒岩、黑云斜长片麻岩、角闪变粒岩和斜长角闪岩等表壳岩。古元古代粉子山群和荆山群不整合于太古宙基底之上。粉子山群由含石墨岩系、富铝片岩-片麻岩、钙硅酸盐大理岩、大理岩和少量角闪岩组成。荆山群由富铝的片岩-片麻岩、变粒岩、长石石英岩、钙硅酸盐岩、大理岩和少量镁铁质岩石组成。蓬莱群是胶北地体最年轻的基底单元，主要由结晶石灰岩、板岩和石英岩组成 (Faureetal., 2001)。 胶北隆起区中生代花岗质岩石广泛出露，约占总面积的3/4，年代学结果表明，该地区中生代岩浆岩主要形成于晚侏罗世(160～150 Ma)和早白垩世(130～110 Ma)两个时期(Miaoetal., 1997； Wangetal., 1998； Gossetal., 2010； Zhangetal., 2010； Yangetal., 2012； Maetal., 2013； Lietal., 2019)。晚侏罗世岩浆岩以出露在胶北地体西部的玲珑花岗岩和栾家河花岗岩为代表，玲珑花岗岩分布最为广泛，呈北东向分布，为一套偏铝质-过铝质花岗岩，主要由斜长石、钾长石、石英和黑云母组成，偶尔可以见到石榴子石和白云母。早白垩世花岗岩以分布在胶北北部和中部的郭家岭、艾山和牙山花岗岩为代表。
图 1 胶北地体地质简图(据Jiang et al., 2016修改)Fig. 1 Simplified geological map of the Jiaobei terrane (after Jiang et al., 2016)
在胶北地体东部的榆山、回里、烟台以及福山等地出露大量规模相对较小的花岗岩体，岩性主要为弱片麻状的中-细粒的二长花岗岩。这些岩体早期被认为形成于新元古代(山东省地质调查院， 2003)(1)山东省地质调查院. 2003. 1∶25万烟台市幅地质图.， 最近的研究表明它们形成于古元古代晚期和侏罗纪(Lietal., 2017； Liuetal., 2017； 本次研究)。
2 样品及特征
本文报道的花岗岩样品采自胶北东部的唐家泊镇、牟平区观水镇以及北部古现镇、龙口市下丁家镇等地，样品详细采样位置和GPS坐标见表1。样品JD1521和JD1523采自唐家泊镇南侧的榆山岩体，该岩体原被认为形成于新元古代(山东省地质调查院， 2003)(2)山东省地质调查院. 2003. 1∶25万烟台市幅地质图.。JD1521采自东五叫山村南，该地岩石出露很好，采样露头长约50 m，出露岩石为新鲜的弱变形二长花岗岩(图2a)。JD1523采自唐家泊镇南侧的榆山后村南，为弱变形的二长花岗岩，侵入太古宙胶东群齐山组。JD1525采自烟台市牟平区八甲村东北山坡上，出露大量新鲜弱变形的二长花岗岩(图2b)，该岩石单元原被认为是新元古代花岗岩，但采样露头原给出的锆石U-Pb年龄为2 694 Ma(山东省地质调查院， 2003)(3)山东省地质调查院. 2003. 1∶25万烟台市幅地质图.。JD1537采自玲珑花岗岩北侧，露头位于龙口市下丁家镇北邢家村西南，岩石出露良好，沿公路分布约100 m，出露岩石为片麻状二长花岗岩，片麻理走向为110°。JD1540采自苏家店镇小蔡家村口，露头规模大，长约150 m，出露岩石主体为弱-中等风化二长花岗片麻岩，岩石表面风化成土黄色，岩石内部相对新鲜，该处原被认为是印支期花岗岩(山东省地质矿产局第六地质队， 1997)(4)山东省地质矿产局第六地质队. 1997. 1∶5万赵格庄幅地质图.。JD1544采自古现镇石岚村，出露岩石为弱变形的含石榴子石二长花岗岩，露头较大，长约30余米，出露岩石弱风化，挑选相对新鲜的位置采样(图2c)，该岩石原被认为属于新元古代花岗岩，但采样露头原给出的锆石U-Pb年龄为2 277 Ma(山东省第三地质矿产勘查院， 2000)(5)山东省第三地质矿产勘查院. 2000. 1∶5万岗嵛、巨峰幅地质图.。
表 1 胶北地体侏罗纪花岗岩采样位置及GPS点位Table 1 Sampling location and GPS of Jurassic granites in the Jiaobei terrane
图 2 胶北地体侏罗纪花岗岩野外照片和正交偏光照片Fig. 2 Representative field photographs and cross-polarized microscopic photomicrograph of Jurassic granites from the Jiaobei terranea、b—弱变形的花岗岩； c—弱变形的含石榴子石花岗岩； d—花岗岩显微照片； Bi—黑云母； Qtz—石英； Pl—斜长石； Grt—石榴子石a， b—weakly deformed granite； c—weakly deformed garnet-bearing granite； d—photomicrograph of granite； Bi—biotite； Qtz—quartz； Pl—plagioclase； Grt—garnet
3 分析方法
全岩主、微量元素在中国地质科学院国家地质实验测试中心实验室完成。挑选新鲜、均匀的样品细碎至200目。主量元素分析采用XRF玻璃熔片法完成，分析不确定度为2%～8%，FeO由湿化学法获得，换算后，用XRF法获得的TFe2O3减去FeO获得Fe2O3。烧失量由将样品在1 000℃加热2 h，复称确定。微量元素采用ICP-MS溶液法分析。将粉末样放入溶样弹中，用HF+HNO3消解，然后将加好酸的溶样弹放入钢套，放置在烘箱中，190℃加热48 h以上。大多数微量元素的精确度和准确度分别优于5%和4%。
锆石U-Pb 定年在北京离子探针中心采用SHRIMP II完成。详细分析方法见Williams(1998)。测试时一次流O-2强度为3～5 nA，束斑直径为25～30 μm。标样M257(U = 840 ×10-6，Nasdalaetal., 2008)和TEMORA 2(年龄为417 Ma， Blacketal., 2004)分别用于锆石U含量和年龄校正。每分析3～4个未知样品数据，分析1次标准锆石TEM。每个分析点采用5组扫描。数据处理采用SQUID和ISOPLOT程序。根据实测204Pb含量进行普通铅校正，采用206Pb/238U年龄为锆石年龄，同位素比值和单点年龄误差均为1σ。加权平均年龄误差为95%置信度。
锆石原位氧同位素分析在北京离子探针中心采用多接收SHRIMP II完成。将样品靶重新抛光，抛去测年留下的坑，氧同位素在原测年位置分析。采用强度为～13.5 nA的一次Cs+离子束通过加速电压15 keV轰击锆石表面，束斑直径为～25 μm。分析过程中，18O和16O由两个法拉第杯同时接收，每个测试点进行两组扫描，每组扫描6次，单次扫描积分时间为10 s，总积分时间约为120 s。两组扫描之间，仪器自动优化一次离子流和二次离子流参数。在每个分析点测试之前，调整二次离子流和测定静电计的背景噪声150 s。标准锆石TEMORA 2(δ18O=8.20‰； Blacketal., 2004)用于校正仪器的质量分馏(IMF)。每分析3个未知样品，分析1次标准锆石。详细的分析流程见Ickert 等(2008)。
4 分析结果
4.1 全岩主、微量元素
全岩主、微量元素分析结果见表2。样品SiO2含量为70.89%～73.58%，全碱(Na2O+K2O)含量为7.90%～8.64%，在TAS图解中全部落在花岗岩范围内(图3a)。除样品JD1522的K2O含量较低(1.51%)外，其他样品的K2O含量较高(3.80%～4.70%)，在K2O-SiO2图解中均落在高钾钙碱性系列区域(图3b)。SiO2-A.R.图解显示这些样品为碱性花岗岩(图3d)。样品的铝饱和指数(A/CNK)为1.02～1.26，呈弱-强过铝质花岗岩(图3c)。样品MgO含量较低(0.19%～0.43%)，对应的Mg#值为19.30～35.80。在哈克图解中，SiO2和Al2O3、TiO2、MgO、CaO呈负相关关系(图4)。
样品多表现为高Sr含量(220.00×10-6～763.00×10-6)和低Y含量(3.43×10-6～20.60×10-6)及高Sr/Y值(85～222)的特征。稀土元素配分图上，除JD1544具有较高的重稀土元素含量外，其余所有样品均显示轻稀土元素相对于重稀土元素富集的右倾趋势，轻重稀土元素分异明显(图5b)，(La/Yb)N值为24.2～71.3，显示弱的负Eu异常到正Eu异常(Eu/Eu*=0.83～1.23)。在微量元素原始地幔标准化蛛网图中，所有样品具有明显的Nb、Ta、Ti等高场强元素亏损，富集大离子亲石元素，具有明显的Pb和Sr正异常(图5a)。
4.2 锆石U-Pb年龄
对胶北地区6件花岗岩样品进行锆石U-Pb定年，分析结果见表3。锆石均较自形，为长柱状或短柱状(长100～200 μm，宽50～125 μm)(图6)。阴极发光图像表明大多数锆石具有明显的震荡环带(图6)，为典型岩浆成因锆石，这与其较高的Th/U值(0.07～1.24)相一致。部分锆石保留清晰的继承核， 继承核的年龄变化较大，对于年龄小于1 Ga的锆石采用206Pb/238U年龄； 对于大于1 Ga的锆石，采用207Pb/206Pb年龄。
表 2 胶北地体侏罗纪花岗岩全岩主量(wB/%)和微量元素(wB/10-6)数据Table 2 Whole-rock major(wB/%) and trace elements (wB/10-6) data of Jurassic granites from the Jiaobei terrane
图 3 胶北地体侏罗纪花岗岩TAS图(a，底图据Middlemost, 1994)、K2O-SiO2图(b，底图据Peccerillo and Taylor, 1976)、A/NK-A/CNK图(c，底图据Maniar and Piccoli, 1989)和SiO2-A.R.图(d，底图据Xia et al., 2016)Fig. 3 TAS diagram (a, after Middlemost, 1994), K2O-SiO2 diagram (b, after Peccerillo and Taylor, 1976), A/NK-A/CNK diagram (c, after Maniar and Piccoli, 1989) and SiO2 versus A.R. diagram (d, after Xia et al., 2016) of Jurassic granites in Jiaobei terreneA.R. = w[Al2O3+CaO+(Na2O+K2O)]/w[Al2O3+CaO-(Na2O+K2O)] (文献数据根据Yang et al., 2012; 林博磊等， 2013； Ma et al., 2013; Wu et al., 2020)A.R. (alkalinity ratio) = w[Al2O3+CaO+(Na2O+K2O)]/w[Al2O3+CaO-(Na2O+K2O)] (data from Yang et al., 2012; Lin Bolei et al., 2013; Ma et al., 2013; Wu et al., 2020)
选取样品JD1521中14颗锆石进行17个样点的年龄分析，它们的U含量为25×10-6～2 648×10-6，Th/U值为0.06～1.24。14个同岩浆锆石测试点的206Pb/238U年龄为165～146 Ma，剔除误差较大、明显离群的数据点(1.1、3.1、6.1、9.2、10.1、11.1)，8个相对集中的测试点给出的206Pb/238U加权平均年龄为160.6±2.9 Ma(MSWD=1.9，n=8)(图7a)，解释为岩浆结晶年龄。其余3个测点给出的206Pb/238U年龄分别为608.8±7.7 Ma、242.3±7.9 Ma和177.3±2.2 Ma(图7a、8b)。
对样品JD1523中23颗锆石进行34个年龄分析，其中21颗锆石 U-Pb年龄集中在165～155 Ma之间，这些锆石的Th/U=0.05～1.00，其低的Th/U值主要是高的U含量造成的，其加权平均年龄为159.8±1.4 Ma(MSWD=1.7，n=21)(图7b)，代表岩体结晶年龄。13颗锆石给出相对较老的206Pb/238U年龄(770.0～179.3 Ma)，应代表继承锆石年龄(图7b、8c)。值得注意的是，8颗继承锆石的年龄分布在230.8～197.1 Ma，且这些锆石的Th/U值均较低(除一颗Th/U值为0.31外，其他为0.02～0.11)，应为继承的变质锆石。
由极大值原理可知0
选取样品JD1525中16颗锆石测试了19个U-Pb年龄，其中17个锆石分析点给出的206Pb/238U年龄为169～155 Ma，剔除两颗年龄相对较老的锆石外(4.1、10.1)，其余15个测试点的206Pb/238U加权平均年龄为158.8±1.4 Ma(MSWD=0.7，n=15)(图7c)，代表岩浆形成年龄。另外两颗继承锆石年龄分别为244.8±4.1 Ma(点4.1)、983.0±17.5 Ma(点10.1)。值得注意的是，点4.1的Th/U值为0.09，为继承的变质锆石，而点10.1明显偏离谐和线(图7c)。
图 4 胶北地体侏罗纪花岗岩哈克图解(数据引自Yang et al., 2012； 林博磊等，2013； Ma et al., 2013； Wu et al., 2020)Fig. 4 Harker diagrams of Jurassic granites in Jiaobei terrane(data from Yang et al., 2012; Lin Bolei et al., 2013; Ma et al., 2013; Wu et al., 2020)
图 5 胶北地体侏罗纪花岗岩原始地幔标准化微量元素蛛网图(a)及球粒陨石标准化稀土元素配分模式(b)(标准化值据Sun and McDonough， 1989； 文献数据引自Yang et al., 2012； 林博磊等， 2013； Ma et al., 2013； Wu et al., 2020)Fig. 5 Primitive mantle-normalized spider diagram (a) and chondrite-normalized REE patterns (b) of Jurassic granites from the Jiaobei terrane (normalization values after Sun and McDonough, 1989； data from Yang et al., 2012; Lin Bolei et al., 2013； Ma et al., 2013; Wu et al., 2020)
表 3 胶北地体侏罗纪花岗岩SHRIMP锆石U-Pb年代学数据Table 3 SHRIMP zircon U-Pb age data of Jurassic granites from the Jiaobei terrane
续表 3-1 Continued Table 3-1
续表 3-2 Continued Table 3-2
续表 3-3 Continued Table 3-3
对样品JD1537中21颗锆石进行23个点分析。21个测试点的206Pb/238U年龄分布在162～151 Ma之间，加权平均年龄为156.0±1.2 Ma(MSWD=1.7，n= 21)(图7d)，代表其结晶年龄。另外两个测试点年龄较老(8.1、10.1)，但均偏离谐和线(图7d)。
选取样品JD1540中的23颗锆石进行26个年龄测试。除去两个偏年轻的数据点，16个同岩浆测试点的206Pb/238U年龄为162～153 Ma，加权平均年龄为157.8±1.7 Ma(MSWD=1.7，n=16)(图7e)，代表岩体结晶年龄。其余8个测试点给出的年龄较老，除3个明显偏离谐和线外，另外5颗的年龄分别为3 650±5 Ma、2 543±9 Ma、2 529±12 Ma、2 480±10 Ma和752±11 Ma(图7e、8f)。
对样品JD1544进行20颗锆石的26个年龄测试。15个分析在同岩浆锆石区域。除4个测试点U含量较高，年龄离群外(2.2、11.2、12.1、15.1)，其余11个测试点给出的206Pb/238U年龄为169～161 Ma，加权平均年龄为166.0±2.2 Ma(MSWD=1.7，n=11)，代表岩体形成年龄(图7f)。11个测试点给出较老的继承年龄，除1个测试点明显偏离谐和线外，其他继承年龄分布在3 472～2 445 Ma之间，可分为2.55～2.45 Ga和3.47～3.29 Ga两组(图7f、 8g)。
图 6 胶北地体侏罗纪花岗岩典型锆石阴极发光图像Fig. 6 Representative cathodoluminescence (CL) images of zircons from Jurassic granites from the Jiaobei terrane
4.3 锆石O同位素
本次共对147个锆石点进行氧同位素分析，分析结果见表4。数据表明大部分锆石显示高于典型地幔锆石氧同位素的δ18O值(5.3‰±0.6‰， Valley, 2003； Pageetal., 2007)，部分锆石显示较低的δ18O值，结合锆石U-Pb年龄，其主要为继承锆石(图9)。
样品JD1521，22个样品点分析在同岩浆锆石区域，得到的δ18O变化范围较大(4.3‰～8.7‰)，加权平均值是7.5‰±0.2‰，一颗新元古代和一颗三叠纪继承锆石氧同位素较低，δ18O值分别为3.6‰±0.2‰和0.5‰±0.3‰(图9a)。此外，一颗未测年的继承锆石给出的δ18O值为4.1‰±0.4‰。样品JD1523，22个同岩浆锆石区域样品点给出δ18O为4.5‰～8.8‰，加权平均值为7.3‰±0.4‰，继承锆石δ18O变化范围较大，尤其新元古代和三叠纪的继承锆石具有低氧同位素特征，δ18O值从-4.4‰～8.4‰(图9b)。样品JD1525中，18个样品点分析在同岩浆锆石区域，其δ18O分布在6.5‰～7.9‰之间，加权平均值为7.3‰±0.2‰。两个继承锆石氧同位素偏轻，δ18O值分别是4.9‰±0.2‰(244.8 Ma)和5.9‰±0.5‰(983 Ma，不谐和)(图9c)。样品JD1537的18个分析在同岩浆锆石区域测试点的δ18O值为7.2‰～8.3‰，加权平均值为7.9‰±0.2‰。两颗继承锆石均不谐和，给出δ18O值均为7.4‰(图9d)。样品JD1540中，18个测试点分析在同岩浆锆石区域，它们的δ18O为6.6‰～9.0‰，加权平均值为7.5‰±0.3‰。7颗太古宙-新元古代继承锆石的δ18O值为0.8‰～6.7‰(图9e)。除一个测试点外(点17.1的δ18O值偏低，为4.0‰)，样品JD1544其他11个同岩浆锆石区域测试点的δ18O值介于6.9‰～8.4‰之间，加权平均值为7.7‰±0.3‰。11个继承锆石δ18O分布在4.5‰～8.3‰之间(图9f)。
图 7 胶北地体侏罗纪花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig. 7 Zircon U-Pb concordia age diagrams of Jurassic granites from the Jiaobei terrane
图 8 胶北地体侏罗纪花岗岩锆石年龄分布直方图Fig. 8 Histograms of zircon U-Pb ages of Jurassic granites in the Jiaobei terrane
5 讨论
5.1 胶北地体侏罗纪岩浆作用
胶北地体侏罗纪岩浆岩主要包括玲珑花岗岩和栾家河花岗岩，针对这些岩浆岩的形成时代，前人开展了一系列的测年工作，目前所获得的岩浆年龄主要集中在160～156 Ma之间(Wangetal., 1998； Yangetal., 2012； Lietal., 2019； Wuetal., 2020)。例如，Wang等(1998)通过SHRIMP锆石测年，获得玲珑花岗岩结晶年龄为160～153 Ma，栾家河花岗岩结晶年龄为154～152 Ma。Yang等(2012)报道的2件玲珑花岗岩结晶年龄均为159 Ma，2件栾家河花岗岩结晶年龄为158～157 Ma。Ma等(2013)对焦家金矿钻孔中的玲珑花岗岩进行锆石测年，获得的年龄为160～157 Ma。最近，Wu等(2020)报道的玲珑花岗岩年龄为156.7±1.3 Ma，2件栾家河花岗岩的年龄为161～159 Ma。本次对胶北东部和北部6件弱变形的花岗岩进行锆石SHRIMP测年，其中5件样品给出的结晶年龄为161～156 Ma，与前人报道的玲珑和栾家河花岗岩结晶年龄一致。除以上晚侏罗世花岗岩外，古现镇石岚村的花岗岩(JD1544)给出了略早的中侏罗世晚期的结晶年龄(166.0±2.2 Ma)，与胶北北部1件玲珑花岗岩(166±1 Ma； Lietal., 2019)和1件磁山花岗岩(166.2±1.4 Ma； Wuetal., 2020)的形成时代一致。综合以上结果可以发现，胶北地体侏罗纪花岗岩的形成时代较为集中，主体形成于晚侏罗世，不同地区晚侏罗世花岗岩的形成时代未见明显区别。除晚侏罗世花岗岩外，胶北地体还发育少量中侏罗世花岗岩。
5.2 源区性质和岩石成因
本次研究的花岗岩样品均具有高SiO2(>70.89%)、低MgO(<0.43%)、A/CNK>1.0，富集大离子亲石元素，亏损高场强元素Nb、Ta、Ti的特征。高硅、低镁的特征与陆壳来源或岩浆源区经历高度演化相关； 富集大离子亲石元素，亏损高场强元素Nb、Ta、Ti的特征，以及明显的Pb、Sr正异常(图5a)指示其地壳来源。样品普遍具有高Na2O(>3.5%)、 Sr(均>400 ×10-6)、Sr/Y值(>20)和相对低的Y(<18 ×10-6)和Yb(<1.9×10-6)含量(表2、图10)等类似埃达克岩地球化学特征。通过对比，可以发现本次研究的侏罗纪花岗岩与前人研究的玲珑、栾家河花岗岩形成时代一致，并具有相似的地球化学特征(图3、图4、图5)、锆石氧同位素组成，暗示胶北不同地区侏罗纪花岗岩的成因机制可能没有显著的区别(Houetal., 2007； Yangetal., 2012； Maetal., 2013； Lietal., 2019； Wuetal., 2020)。
表 4 胶北地体侏罗纪花岗岩锆石氧同位素分析结果Table 4 Oxygen isotopes of zircon from Jurassic granites from the Jiaobei terrane
续表 4Continued Table 4
关于埃达克岩的成因，目前仍有争议，一般认为其来自： ① 俯冲洋壳的部分熔融(Kay， 1978； Defant and Drummond, 1990； Yogodzinskietal., 1995； Wangetal., 2007)； ② 加厚下地壳的部分熔融(Atherton and Petford, 1993； Xuetal., 2002； Chungetal., 2003； Gaoetal., 2004； Houetal., 2004)以及 ③ 玄武质母岩浆高压结晶分异(Prouteau and Scaillet, 2003； Macphersonetal., 2006； Rodríguezetal., 2007； Rooneyetal., 2011; Mengetal., 2018)。胶北侏罗纪花岗岩低的MgO和Cr、Ni含量，演化的全岩Nd和锆石Hf同位素特征，普遍含有多期次古老的岩浆继承锆石(Houetal., 2007； Jiangetal., 2012； Yangetal., 2012； Maetal., 2013； Lietal., 2019； Wuetal., 2020； 本次研究)以及高于地幔值的同岩浆锆石δ18O值(Jiangetal., 2012； Lietal., 2019； 本次研究)，均不支持俯冲洋壳部分熔融和玄武质母岩浆高压结晶分异成因。演化的放射性同位素特征、普遍含有古老的继承锆石，暗示这些花岗岩可能由古老地壳物质部分熔融而成。同岩浆锆石重的氧同位素组成，暗示源区中有地表沉积物的贡献。在埃达克岩成因判别图解中，所有样品也均落在加厚下地壳起源的埃达克岩区域(图10)。以上结果表明胶北侏罗纪花岗岩可能是加厚下地壳部分熔融的结果。
尽管研究人员普遍接受胶北侏罗纪花岗岩是由壳源岩石在相对高压的条件下部分熔融而成的观点，但是其源区的物质来源仍存在不同认识(Houetal., 2007； Zhangetal., 2010； Yangetal., 2012； Maetal., 2013； Lietal., 2019； Wuetal., 2020)。一种观点认为胶北侏罗纪花岗岩源岩主要来自华北克拉通加厚的下地壳，岩浆中混染了扬子板块的地壳物质(Houetal., 2007； Yangetal., 2012； Lietal.,2019)； 另一种观点认为岩浆源区主要为俯冲的扬子板块地壳物质 (Zhangetal., 2010； Wuetal., 2020)。 深俯冲的扬子板块物质以新元古代花岗质岩石为主，且发育低δ18O岩浆岩(Tangetal., 2008a, 2008b; Zhengetal., 2009; Liu and Liou， 2011; Heetal., 2016)，而胶北地体发育大量太古宙-古元古代岩浆岩(Jahnetal., 2008； 刘建辉等， 2011； Xieetal., 2014)。因此，继承锆石年龄和δ18O特征可以有效地区分岩浆源区物质来自扬子克拉通还是华北克拉通。本文报道的样品JD1544中含多颗继承锆石，除两颗年龄为～174 Ma、一颗年龄不谐和外，其余10颗的年龄为3 471～2 446 Ma(图7、图8)，δ18O为4.5‰～8.3‰，表明岩浆源区可能主要来自华北克拉通古老下地壳。与JD1544明显不同，样品JD1523中13个继承锆石给出的最古老206Pb/238U年龄为770 Ma，不含太古宙-古元古代继承锆石(图7、图8)。值得注意的是，该样品中8颗继承锆石的206Pb/238U年龄为230.8～197.1 Ma，与苏鲁造山带的超高压变质峰期-退变质作用的年龄相当。此外，这几颗三叠纪的继承锆石的δ18O值为-4.4‰～6.1‰。这些特征表明，JD1523的源区可能主要来自深俯冲的扬子板块。此外，样品JD1540中，同时含有新元古代和太古宙-新元古代的继承锆石， 表明可能来自扬子和华北的混合源区。与本文认识相似，胶北部分侏罗纪花岗岩同岩浆锆石εHf(t)值很低(绝大多数小于-20)，落在太古宙-古元古代继承锆石以及胶北太古宙基底的Hf同位素大陆地壳演化值范围内，指示可能主要由胶北加厚的古老下地壳部分熔融而成(Jiangetal., 2012； Yangetal., 2012, 2018； Lietal., 2019)。而部分侏罗纪花岗岩同岩浆锆石的εHf(t)值明显偏高(大多数分布在-20～-10之间)，与新元古代-三叠纪继承锆石以及苏鲁造山带新元古代花岗片麻岩的Hf同位素大陆地壳演化值一致，表明该部分花岗岩可能主要来自扬子板块地壳物质的部分熔融(Zhangetal., 2010； Jiangetal., 2012； Maetal., 2013)。综合以上资料可见，胶北侏罗纪花岗岩的源区并不是单一的来自胶北地体下地壳或俯冲的扬子地壳岩石，而是来自多源区。扬子板块地壳物质在三叠纪时发生大陆地壳的俯冲-折返作用，在这些过程中，扬子板块的地壳物质会混入并停留在胶北地体因造山作用而加厚的下地壳中，在之后的部分熔融过程中，胶北下地壳以及混入胶北下地壳的扬子地壳残片均可发生部分熔融。由于胶北下地壳和扬子地壳残片在岩浆源区中所占比例不同，导致了胶北侏罗纪花岗岩同位素组成以及继承锆石年龄分布特征的差异。
图 9 胶北地体侏罗纪花岗岩锆石δ18O值直方图Fig. 9 Histograms of zircon δ18O values of Jurassic granites from the Jiaobei terrane
图 10 胶北地体侏罗纪花岗岩成因类型判别图(a底图据Defant and Drummond， 1990； b～d底图据Wang et al., 2006)Fig. 10 Discrimination diagrams of the genetic types of Jurassic granites from the Jiaobei terrane (a after Defant and Drummond; b～d after Wang et al., 2006)
5.3 胶北地区古老结晶基底年龄信息
古老的地壳物质的发现和识别对认识地球早期陆壳形成过程、演化历史具有重要的意义。华北克拉通是全球最古老的克拉通之一，在鞍山地区出露和保存～3.8 Ga的古老岩石(Liuetal., 1992; Songetal., 1996; Wanetal., 2012)。近年来，研究人员在华北克拉通多地识别出古太古代-始太古代的继承/碎屑锆石(Wanetal., 2019及文中参考文献)。尽管胶北地体出露大量太古宙基底岩石，但最古老岩石为～2.9 Ga的TTG片麻岩(例如，Jahnetal., 2008； Xieetal., 2014)。本次研究在采自苏家店小蔡家村的侏罗纪花岗岩中识别出年龄为3 650±5 Ma的古老继承锆石。该锆石发育岩浆成因的振荡环带(图6e)，Pb丢失较弱(不谐和度为6%)，指示胶北地体可能存在始太古代的结晶基底。此外，样品JD1544中含有3颗3.47～3.29 Ga的继承锆石。前人在玲珑花岗岩中识别出3.45 Ga的继承锆石(Wangetal., 1998)。除中生代花岗岩中的古老继承锆石外，前人在古元古代粉子山群、中元古代芝罘群等变沉积岩中也识别出多颗3.68～3.00 Ga的碎屑/继承锆石(Liuetal., 2013； 刘建辉等，2014； 谢士稳等， 2014)，部分古太古代锆石的两阶段Hf模式年龄高达～4.1 Ga(Liuetal., 2013； 刘建辉等，2014)，这些结果也表明胶北地区可能存在古太古代早期甚至冥古宙的古老结晶基底(Liuetal., 2013； 刘建辉等， 2014)。
5.4 地球动力学意义
如前文所述，扬子板块和华北板块在三叠纪时发生拼合，扬子板块超高压变质的峰期年龄为240～220 Ma(例如，Hackeretal., 1998； Xuetal., 2006； Zhengetal., 2009； Liu and Liou, 2011)。胶北侏罗纪花岗岩结晶年龄大多集中在晚侏罗世160～156 Ma之间，晚于超高压变质年龄峰期80～60 Ma。扬子板块的俯冲碰撞过程导致华北克拉通南缘(山东半岛为胶北地体)地壳的加厚。因此，胶北地体侏罗纪花岗岩被认为形成于碰撞后的岩石圈伸展过程(Zhangetal., 2010； Jiangetal., 2012； Yangetal., 2012)。但是除胶北地体外，华北克拉通辽东、辽西、蚌埠等地也均发育晚侏罗世花岗岩(Wuetal., 2005； Zhangetal., 2008, 2014； Yangetal., 2010)，而同样由三叠纪扬子板块和华北板块俯冲-碰撞作用形成的大别造山带却未见侏罗纪花岗岩报道，表明胶北侏罗纪花岗岩可能不是简单的由碰撞后的伸展作用导致的加厚地壳熔融而成。晚侏罗世，向华北克拉通俯冲的Izanagi板块发生回撤，引起大陆弧-裂谷作用(continental arc-rifting)，该过程被认为可能诱发了胶北侏罗纪的岩浆作用(Jiangetal., 2010； Maetal., 2013； Yangetal., 2018)。最近，Wu等(2020)发现胶北侏罗纪花岗岩的形成时代与郯庐断裂带大规模走滑的活动时代一致，提出胶北侏罗纪岩浆作用与郯庐断裂带的左旋走滑有关，郯庐断裂带的左旋走滑由古太平洋板块西北向的俯冲引发。值得注意的是，华北不同地区侏罗纪花岗岩被认为形成于不同的动力学过程(Wuetal., 2005； Zhangetal., 2008, 2014； Jiangetal., 2010； Lietal., 2014)。除华北克拉通外，华南板块发育更大规模的晚侏罗世花岗岩，岩石类型多样，形成的构造机制也存在差异(例如，Huangetal., 2015； Wangetal., 2016； Lietal., 2018)。尽管这些侏罗纪岩浆岩被认为形成于多种动力学过程，但普遍认为它们的成因直接或间接地与古太平洋板块或Izanagi板块的俯冲作用有关(Wuetal., 2005； Jiangetal., 2010； Maoetal., 2013； Huangetal., 2015； Wangetal., 2016； Lietal., 2018)。现有资料还很难准确限定导致胶北地体侏罗纪岩浆活动精细的动力学过程，但该过程应该与古太平洋或Izanagi板块的俯冲作用有关。
6 结论
(1) 胶北地体东部和北部新报道的侏罗纪花岗岩的结晶年龄为166～156 Ma，含有3 650～3 294 Ma、2 660～2 445 Ma、770～600 Ma以及245～197 Ma的继承锆石。
(2) 本文报道的侏罗纪花岗岩具有埃达克岩的地球化学特征，与玲珑、栾家河花岗岩的地球化学特征、形成时代未见明显区别，胶北不同地区侏罗纪花岗岩具有相同的成因机制，是加厚的地壳物质部分熔融的产物。这些侏罗纪花岗岩源区的物质来源存在差异，部分花岗岩源区主要为胶北地体加厚的下地壳，部分花岗岩主要由俯冲的扬子板块地壳岩石熔融而成。
(3) 胶北侏罗纪花岗岩形成的动力学机制可能不是简单的碰撞后伸展过程,古太平洋或Izanagi板块的俯冲作用可能直接或间接地诱发了加厚地壳的熔融。
