鲁西彩山地区变角闪辉长岩地球化学特征及其地质意义

刘伟，靳立杰，孙天河 ，于松 ，江振国 ，杨帆

(1. 山东省第一地质矿产勘查院, 山东 济南 250010；2. 山东省富铁矿勘查技术开发工程实验室, 山东 济南 250010)

鲁西是华北克拉通新太古代岩浆作用最为发育的地区之一，存在从新太古代早期到晚期不同阶段、不同类型的岩浆记录[1-3]。前人对鲁西地区新太古代侵入岩已经进行了较为深入的研究[4-8]，万渝生等[4]在综合了众多新太古代样品的一系列数据成果后，将鲁西地区太古宙基底从东北到西南依次划分为A、B、C 三个岩带: A 带为新太古代晚期的壳源花岗岩，B 带为新太古代早期的TTG片麻岩和变质表壳岩，C 带为新太古代晚期的新生岩浆岩。王跃等[5]认为鲁西地区新太古代花岗岩和二长花岗岩构造背景为同碰撞背景，该构造模式是大陆地壳有效增生。南涝坡序列变角闪辉长岩，是鲁西地区新太古代晚期侵入岩的重要组部分，其隶属于新太古代晚期第一构造阶段，但是该岩体的地质资料几乎仅是20世纪获得的地质调查成果，研究程度相对薄弱。在野外地质工作的基础上，对磁窑镇彩山地区变角闪辉长岩进行详细镜下岩相学观察，并开展全岩地球化学分析，为鲁西地区构造-岩浆演化活动提供矿物学、地球化学尺度上的约束。

1 区域地质概况

磁窑镇西部彩山地区在地理位置上属于山东省鲁西南地区，大地构造单元属于华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)鲁中隆起(Ⅲ)蒙山-蒙阴断隆(Ⅳ)蒙山凸起(Ⅴ)的西北边缘[9]，北侧与汶东凹陷相接(图1)。区内构造以北东向脆性断裂为主，主要有北侧的云亭山断裂和东侧的磁窑断裂。彩山地区主要发育新太古代晚期变质侵入岩，岩性主要有二长花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩以及变角闪辉长岩。北侧汶东凹陷以沉积盖层为主，主要发育寒武纪长清群地层以及第四系全新世沉积物。

1-南涝坡序列；2-姚营单元石英闪长岩；3-龟蒙顶单元花岗闪长岩；4-松山单元二长花岗岩；5-调军顶二长花岗岩；6-长清群；7-第四系；8-不整合接触；9-断层；10-采样位置。

2 地质及岩石学特征

南涝坡序列变角闪辉长岩主要出露于磁窑镇西部彩山一带，分布较广，规模较小。岩体沿NW向区域构造线方向呈不规则带状或椭圆状分布，多呈包体赋存于峄山岩套和傲徕山岩套中(图2)，遭受角闪岩相和后期退变质作用的叠加改造。岩石发育较弱的片麻理，风化后呈灰黄色，由于差异风化作用在地貌形态上常表现为负地形。

(a)岩石被姚营单元石英闪长岩侵入

显微镜下特征显示：岩石新鲜面呈墨绿色，半自形粒状结构，块状构造，主要矿物成分(质量分数)为斜长石50%～55%、普通角闪石30%～35%、黑云母10%～15%，其次含少量的微斜长石、石英以及副矿物。斜长石：无色，自形-半自形板状，中心普遍具较强粘土矿化、绢云母化蚀变而显得较污浊，环带构造发育，具较细密的聚片双晶，粒径一般为0.4～2.2 mm。普通角闪石：多色性明显，自形-半自形柱状、粒状，可见闪石式解理，多成群分布在一起，充填在斜长石之间，局部被黑云母交代充填，粒径一般为0.3～2.0 mm，部分角闪石由辉石退变质而成，保留辉石假象。黑云母：褐色，褐-黄多色性明显，为半自形片状，平行消光，干涉色受自身颜色影响不明显，多沿角闪石周围交代充填，粒径一般为0.4～1.5 mm。

3 地球化学特征

样品主量元素测试分析在山东省第一地质矿产勘查院实验室完成。选取新鲜未蚀变样品，并对表皮进行去风化壳处理，然后用破碎机粉碎，再用球磨仪研磨至粉末状(>200 目)。主量元素采用硼酸锂熔融消解、X射线荧光光谱法(XRF)测试，FeO应用氢氟酸-硫酸溶液、重铬酸钾滴定的容量法，分析偏差优于1%。微量元素在山东省物化探勘查院岩矿测试中心完成，采用四酸消解、等离子质谱综合分析(ICP-MS)，分析偏差优于5%。分析结果见表1。

表1 变角闪辉长岩主量元素、微量元素测试分析结果

3.1 主量元素特征

岩石主量元素含量测试结果表明，变角闪辉长岩中SiO2质量分数为52.72%，为典型的基性岩-基偏中性岩。与世界辉长岩以及中国辉长岩平均含量相比，Al2O3质量分数偏低，为15.62%；全碱含量偏低，K2O + Na2O为2.36%；富铁(TFe2O3的质量分数为14.54%)；富钛(TiO2的质量分数1.13%) ；贫磷(P2O5的质量分数为0.22%)；MnO的质量分数为0.14%，属正常范围。里特曼指数为0.54，属钙碱性岩类。在深成岩全碱-硅(TAS)分类图上(图3a)，其主要属于亚碱性辉石闪长岩;在SiO2-K2O 图中(见图3b)，样品投点在钙碱性系列区。岩石镁铁指数(MF)为74.41，固结指数(SI)为23.67，分异指数(DI)为30.99，碱度指数A·R为1.23，长英指数FL为25.05。由上述参数特征可知，岩浆分离结晶程度一般，属于中等偏低的分异，这与基性程度较高的岩体特征相吻合。

(a)TAS图解 (b)K2O-SiO2图解

3.2 微量元素特征

原始地幔标准化的微量元素蛛网图(图4a)显示，曲线呈“M”形缓右倾，表明随着元素不相容性的增加，岩石的富集度逐渐降低。岩石中大离子亲石元素中 Rb 、Ba、Sr相对富集， K明显亏损；高场强元素 Zr、Hf相对富集，Ti、Nb、Ta、P 元素相对亏损。

(a)微量元素原始地幔标准化蛛网图 (b)稀土元素球粒陨石标准化分布型式图

3.3 稀土元素特征

岩石稀土元素总量较高，∑REE为165.62×10-6，其中∑LREE为149.88×10-6，∑HREE为15.74×10-6，LREE/HREE为9.52，轻重稀土分馏明显；δEu为0.88，显示为弱负Eu异常，表明岩石具有较弱的斜长石堆积作用。在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(图4b)上显示轻稀土相对富集、重稀土比较平坦的右倾配分模式。

4 地质意义

南涝坡序列变角闪辉长岩具有较低的SiO2含量(52.72%)，较高的TFe2O3(14.54%)及Cr(128.7×10-6)含量，指示岩浆起源于地幔源区，但是样品的Sr含量(Sr=502.5×10-6)显著高于地幔值(17.8×10-6)，指示岩浆源区并不是单一来自地幔，可能受到围岩混染，而使其Sr含量增高[10]。

由于火成岩岩石化学成分的某些高场强元素不易受后期热液蚀变和低于角闪石相的变质作用影响[11],可以用ω(La)/ω(Nb)与ω(La)/ω(Ta)值来判别岩浆源区。源于软流圈地幔的玄武岩ω(La)/ω(Nb)<1.5,ω(La)/ω(Ta)<22，反之，则指示源区为岩石圈地幔[12]。调查区辉长岩ω(La)/ω(Nb)=3.04,ω(La)/ω(Ta)= 68.92, 指示该辉长岩岩浆源区为岩石圈地幔。

高原始地幔标准化(Th/Nb)N比值(>1)、低Nb/La比值(<1)、具有明显的Nb、Ta、Ti负异常的微量元素分配形式是受到地壳混染大陆玄武岩的最鲜明特点[13]。辉长岩样品具有较高的(Th/Nb)N=3.37，Nb/La=0.33，且亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，表明辉长岩受过地壳物质混染。

综上所述，辉长岩岩浆可能来自岩石圈富集地幔的部分熔融,并在上升过程中与地壳物质发生同化混染作用 。

南涝坡序列变角闪辉长岩岩体侵入新太古代早、中期侵入岩，呈包体状分布于峄山序列侵入岩和傲来序列山侵入岩中。在蒙阴县桃墟乡余粮店村变辉长岩锆石内核得到的SHRIMP U-Pb年龄为2 550 Ma[14]，推测该岩体岩浆活动发生在2 550 Ma前后。该岩体多呈NW向带状或包体状产出，分布在构造活动强烈区域，反映岩浆侵位与基底构造活动密切相关，构造运动可能导致了岩浆作用的发生。

全球范围内，太古宙克拉通广泛记录了2 700 Ma的构造岩浆热事件，与之不同的是，华北克拉通不仅记录了2 700 Ma构造岩浆热事件，还记录了大量2 500～2 550 Ma构造热事件信息[15]；新太古代晚期岩浆活动非常强烈，可能是地壳重新活动加剧的反映[16]。作为华北克拉通重要组成部分，鲁西地区前寒武纪变质基底形成时代与华北克拉通其他地区十分相近，主要在2 500～2 560 Ma的新太古代晚期大规模岩浆侵入活动形成[17-18]。南涝坡变角闪辉长岩是2 550 Ma地幔岩浆活动的产物，作为鲁西地区新太古代晚期第一阶段的侵入岩[19]，该期岩浆活动代表了鲁西大规模陆壳增生和克拉通化阶段的开始。

5 结论

1)变角闪辉长岩岩体呈条带状或椭圆状的包体赋存于新太古代晚期峄山侵入岩和傲来山侵入岩中，岩石主要由斜长石、角闪石、黑云母以及少量的微斜长石、石英以及副矿物组成。

2)根据岩石的地球化学分析结果显示，岩浆来自岩石圈富集地幔的部分熔融,并在上升过程中与地壳物质发生同化混染作用。岩浆的形成与基底构造活动密切相关。

3)以野外地质调查为基础，结合前人年代学成果，岩体形成于2 550 Ma前后，是鲁西地区新太古代晚期第一阶段的侵入岩，该期岩浆活动代表了鲁西大规模陆壳增生和克拉通化阶段的开始。