华北克拉通～2.7Ga 的BIF:来自莱州-昌邑地区含铁建造的年代学证据*

王惠初 康健丽 任云伟 初航 陆松年 肖志斌

WANG HuiChu，KANG JianLi，REN YunWei，CHU Hang，LU SongNian and XIAO ZhiBin

中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170

Tianjin Center，China Geological Survey，Tianjin 300170，China

2015-07-05 收稿，2015-09-09 改回.

BIF 型铁矿床是地球上最重要的铁矿类型，根据其产出环境和岩石组合一般划分为阿尔戈马型和苏必利尔湖型两类，其中新太古代阿尔戈马型尤为重要。地球上最早的BIF形成于3.8Ga，2.7Ga 达到峰值，到1.8Ga 年左右大规模BIF趋于结束(Klein，2005)。华北克拉通是我国BIF 型铁矿床的主要产区，占华北克拉通铁矿总探明储量的84%以上(沈保丰，2012)。华北克拉通上BIF 铁矿床主要分布在鞍山-本溪、冀东、五台-吕梁、霍邱-舞阳、鲁西和固阳等地，其中鞍本和冀东地区是我国最重要的两个铁矿资源基地。前人研究认为华北克拉通上的BIF 型铁矿床在古太古代(3.6 ～3.2Ga)、中太古代(3.2 ～2.8Ga)、新太古代(2.8 ～2.5Ga)、古元古代(2.5 ～1.8Ga)均有产出(Zhai and Windley，1990;沈保丰等，2006)，但主要形成于新太古代-古元古代。最近的研究表明，华北克拉通早前寒武纪条带状铁建造的成矿时代主要集中在新太古代晚期2.6 ～2.5Ga(万渝生等，2012b;张连昌等，2012;Li et al.，2014)，可确定的时代最古老的BIF位于鞍山地区，存在于～3.3Ga 陈台沟表壳岩之中，但规模很小，不构成工业矿体。华北克拉通上形成时代最新的BIF矿床位于吉南的临江地区，产于老岭群大栗子组的浅变质碎屑岩-碳酸盐中。

全球范围内，～2.7Ga 构造热事件十分发育，导致陆壳在短期内大量形成(Condie，2000;Condie et al.，2009)。华北克拉通以～2.5Ga 的构造热事件为特色，而不同于地球上大多数以～2.7Ga 构造热事件为标志的早前寒武纪克拉通。这一时期的地质体广泛分布于华北克拉通不同地区。在华北克拉通早前寒武纪基底的锆石年龄直方图上，存在一个明显的～2.5Ga 年龄峰值(Wan et al.，2011a，2014)。这一阶段的地质体包括不同类型表壳岩和(变质)深成岩，既有直接来自亏损地幔的物质，也有壳内再循环产物。近年来的研究表明，华北克拉通不仅存在一些～2.7Ga 变质岩系(变质表壳岩和变质深成岩)和广泛分布的～2.7Ga 碎屑锆石和残余锆石(Liu et al.，2002;Guan et al.，2002;程裕淇等，2004;Jahn et al.，2008;陆松年等，2008;Zheng et al.，2009;Jiang et al.，2010;Wan et al.，2011b;万渝生等，2012a;董晓杰等，2012;Han et al.，2012;Zhu et al.，2013;Yang et al.，2013)，而且许多壳内再循环或受陆壳物质影响的～2.5Ga 岩石具有2.7 ～2.9Ga 的全岩Nd 同位素和锆石Hf 同位素亏损地幔模式年龄(Wu et al.，2005;Geng et al.，2011;Wang and Liu，2012;Wan et al.，2014)，显示～2.7Ga 也是华北克拉通重要的陆壳形成期之一。

国际上BIF 成矿作用与～2.7Ga 的全球构造热事件密切相关。与国际上～2.7Ga BIF 的形成峰期相比，到目前为止，无确切证据表明华北克拉通存在新太古代早期～2.7Ga 的BIF (万渝生等，2012b)。杨晓勇等(2012)虽提出霍邱含铁建造形成于～2.7Ga 的认识，但尚未获得令人信服的年代学证据。作者等最近几年借助“华北克拉通对哥伦比亚超大陆事件的响应与大地构造格架”等地质调查项目的支持，对沂沭(郯庐)断裂东侧莱州-昌邑地区的变质岩系及其中的含铁建造开展了调查研究工作。研究结果表明，昌邑地区的BIF铁矿形成于～2.7Ga，为华北克拉通～2.7Ga 的成矿作用和地壳演化提供了新证据。

1 区域成矿背景

胶北地区的BIF 铁矿主要分布在沂沭(郯庐)断裂带东侧的莱州市西南部、平度市西北部、昌邑市东部及安丘市东北部一带，是莱州-安丘铁成矿带的主要矿床类型。铁矿带总体呈NE 向带状展布，长100km，宽10 ～20km，面积约1200km2，是山东省重要的铁矿分布区。这一带的铁矿勘查起步于20 世纪50 年代末期，当时主要围绕“祥山式”铁矿开展工作;20 世纪70 ～80 年代发现了东辛庄-莲花山铁矿、郑家坡铁矿;近年先后探明了东宋、洼子、大浞河、毛家寨、南任、常家屯、盘马埠、任家疃等数十处中小型铁矿床(图1)。目前，该区已成为山东省新兴的铁矿资源后备基地(徐洪岩等，2011)。莱州-安丘铁成矿带的铁矿根据成因类型可划分沉积变质型、岩浆熔离型和热液改造型。其中岩浆熔离型主要产于侵入荆山群和粉子山群的古元古代变质基性-超基性岩体中，代表性矿床为昌邑高戈庄铁矿和平度于埠铁矿。热液改造型主要是在沉积变质型和岩浆熔离型的基础上经后期岩浆热液改造的结果，前者以大浞河铁矿为代表，后者以南任铁矿为代表。大多数铁矿床为沉积变质型(BIF)，其中的东辛庄-莲花山铁矿规模最大，累计提交资源量六千多万吨。

BIF 铁矿主要产于粉子山群底部的小宋组中。在莱州附近的粉子山-游优山一带，粉子山群构成一个近东西向的向形构造，南北两侧和西端均有小宋组出露;20 世纪90 年代该地的早前寒武纪岩石单元划分为粉子山群、胶东群(即后来的小宋组)和太古宙TTG 片麻岩，并认为粉子山群不整合于胶东群之上，两者之间多呈韧性剪切或断层接触，粉子山群底部局部见有变质砾岩。在灰埠南部含铁建造与粉子山群祝家夼组为断层接触;在饮马镇南侧小宋组含铁建造与荆山群野头组和古元古代变质辉长岩呈韧性剪切接触。总体上含铁建造出露于粉子山群和荆山群的北西侧，可与不同的变质建造接触。这种接触关系与辽南鞍山-本溪地区辽河群和鞍山群之间的接触关系相似。

图1 胶北莱州-昌邑地区地质图(据山东省地质调查院，2004①山东省地质调查院.2004. 1∶25 万潍坊市幅地质图修改)Fig.1 Geological map of the Laizhou-Changyi area showing distribution of the BIF iron deposits

平度灰埠一带发育的这套以变粒岩为主的含铁岩系，前人认为其特征与粉子山群有别，故归于胶东群。20 世纪80～90 年代开展的区域地质调查及地层对比发现这套以黑云变粒岩为主的变质碎屑岩系，在原粉子山群祝家夼组之下普遍存在。为此，区调报告建议建立“小魏家组”或“五个庄组”。于志臣(1996)在进行区域地层对比研究时认为出露于灰埠一带的这套变质地层层序最全，岩性特征明显。其岩石组合较之“小魏家组”和“五个庄组”更具代表性，且认为这套变质碎屑岩与胶东群截然不同，而与粉子山群较为连续，故建立小宋组，归属于粉子山群，并将其置于粉子山群祝家夼组之下。山东地矿局四队在小宋组中曾获得2429Ma(UPb，五个庄，莱州菱镁矿附近)、2271Ma(单颗粒锆石年龄，平度灰埠)(于志臣，1996)。

图2 平度灰埠镇南铁矿采坑地质剖面示意图Fig.2 Schematic geological section of iron mining pit in south of Huibu，Pingdu

小宋组被划分为三个岩性段，分别为长石石英岩段、含铁岩系段和黑云变粒岩段。其中含铁岩系段是区内BIF 型铁矿赋存层位，岩石组合以变粒岩、斜长角闪岩为主夹磁铁石英岩、磁铁浅粒岩、角闪磁铁变粒岩、含石榴黑云片岩;在变粒岩和斜长角闪岩中偶见含透辉石。目前对小宋组以及其中的铁矿成矿时代尚有分歧，早期多认为这些变质沉积型铁矿与太古宙胶东群相关，现今多将其归属于古元古代(曾广湘等，1998;王松涛等，2007;蓝廷广等，2012;Lan et al.，2014b)。

2 岩石组合特征

本次工作主要是围绕条带状铁建造及其与围岩的接触关系、含铁建造的形成时代开展了相关研究工作。在莱州西侧的东宋、灰埠南侧和昌邑南部的饮马镇一带进行了野外考察，其中在东宋观察了采掘的矿石和散落的岩芯，在饮马镇洪秋铁矿附近观察了废弃的采坑，在灰埠镇南侧的岭西王家村和任家疃附近观察了正在采矿的露天采坑。

在灰埠镇南侧的岭西王家村和任家疃附近铁矿采坑观察到的岩石组合略有不同。岭西王家村东侧采坑中(图2)，铁矿层厚约30m，主要岩石类型为角闪磁铁石英岩夹角闪黑云变粒岩;铁矿石呈条带状构造，由富磁铁矿和角闪石的暗色条带和富石英的浅色条带构成，暗色条带中角闪石含量可达20% ～30%，磁铁矿占40% ～60%，石英含量10% ～20%;浅色条带中也有少量角闪石和磁铁矿。铁矿层底板(东南侧)主要为黑云母二长花岗岩，少量斜长角闪岩和黑云斜长变粒岩，二长花岗岩侵入到斜长角闪岩和黑云母变粒岩之中，在二长花岗片麻岩中见有片理化较强烈的斜长角闪岩和黑云斜长变粒岩夹层或透镜体，因共同遭受了变形变质作用，产状上已平行化，二长花岗岩已变为黑云二长花岗片麻岩，并发育一组与片麻理产状相近的拉伸线理构造。在采坑北东的一个探槽中，见有含石榴石的黑云片岩岩芯，石榴石呈变斑晶存在，粒度一般3 ～6mm，最大可达10mm;表明岩石组合中存在富铝的泥砂质岩;该地的石榴黑云片岩应位于目前开采的铁矿层之下。铁矿层上盘主要为斜长角闪岩夹黑云斜长变粒岩，往上逐渐过渡为以黑云斜长变粒岩为主;岩石中偶见暗色矿物较少的黑云斜长浅粒岩薄层。

任家疃铁矿采坑中，主要观察了铁矿层的上盘，铁矿层厚约20m，产状为275°∠38°，铁矿层往上可观察露头约80m，自下而上岩性组合为斜长角闪片岩、黑云变粒岩、含石榴石黑云片岩、白云母石英片岩、白云母片岩等。其中斜长角闪片岩为糜棱岩化的斜长角闪岩，岩石呈“L”构造岩的形式产出，拉伸线理近水平。采坑边见有零散的岩芯，采样薄片鉴定其中1 块样品为角闪二长片麻岩，有可能是铁矿层下伏的变质深成岩。

洪秋矿业附近采坑已废弃，只能观察到零星露头，观察到的岩石类型有斜长角闪岩、黑云斜长角闪岩、黑云斜长变粒岩、角闪磁铁石英岩，岩石均呈中细粒变晶结构，薄层状或条带状构造，互层状产出。黑云斜长变粒岩中黑云母含量变化较大，偶见含石榴石。地层产状约120°∠50°。根据矿区钻孔资料，岩性组合主要为黑云变粒岩、磁铁黑云变粒岩、黑云透辉变粒岩、磁铁浅粒岩、角闪磁铁石英岩、斜长角闪岩、长石石英岩等。

从区域上含铁建造的产状观察，走向总体以北东向至近东西向为主，但倾角变化较大，有近水平的也有近直立的。如在灰埠镇南侧一带岭西王家村附近采坑产状350°∠60°，任家疃采坑为275°∠38°，而在任家疃东一个小采坑内见产状为290°∠85°。在昌邑东部的东辛庄一带的勘探线剖面揭示产状总体向东南缓倾，并可能存在紧闭平卧褶皱(图3);莲花山矿区第2 勘探线剖面则指示铁矿层向北缓倾。这表明含铁建造总体上呈现为较宽缓的片理褶皱和后期韧性剪切变形改造。

从岩石组合看，莱州-安丘地区的条带状铁建造与区域上以富铝碎屑岩-碳酸盐岩建造为主的粉子山群和荆山群存在较明显差异。

3 岩石地球化学特征

在含铁建造中采集了一批岩石化学分析样品，其中斜长角闪岩4 件，变粒岩7 件，铁矿石3 件，片岩类5 件。另外在侵入含铁建造的花岗片麻岩中采集了1 件。在天津地质矿产研究所实验测试室分析，化学分析结果见表1。

3.1 岩石化学特征及原岩恢复

野外观察斜长角闪岩呈层状与BIF 共生，其原岩应属于基性火山岩。斜长角闪质岩石总体SiO2含量较高(50.3%～52.1%)，K2O+Na2O 含量较低(2.4% ～4.21%)，在TAS图上均属亚碱性系列(图4)，投影到FAM 图上，显示出拉斑系列演化趋势。Lan et al. (2014a)采自东辛庄和莲花山铁矿的斜长角闪岩样品具有类似特征。

图3 昌邑东辛庄铁矿区第102 勘探线地质剖面图(据王松涛等，2007 修改)Fig.3 Profile map of drill holes along exploration line 102 from the Dongxinzhuang iron deposit area (modified after Wang et al.，2007)

图4 莱州-昌邑地区含铁建造中变质火山岩的TAS 图Fig.4 TAS diagram of metamorphic volcanic rocks from iron-bearing formation in Laizhou-Changyi area

图5 样品的(al+fm)-(c+alk)对Si 图解Fig.5 (al+fm)-(c+alk)vs. Si diagram of samples from iron-bearing formation in Laizhou-Changyi area

变粒岩类岩石化学成分变化较大，SiO2含量为59% ～71.68%，K2O+Na2O 含量变化在3.49% ～6.77%之间。野外观察，与片岩类互层状产出的黑云斜长变粒岩属变质碎屑岩的可能性大，而与斜长角闪岩互层状产出的黑云斜长变粒岩的原岩性质较难判断。借助岩石化学数据投图有一定效果，在(al+fm)-(c+alk)对Si 图上，斜长角闪岩均落在火成岩区，角闪变粒岩有1 个样品(1405-2)落在火成岩区，另1个落在火山岩区边缘;黑云斜长变粒岩中的1 个样品(1213-1)落在火山岩区边界线内侧，其它均落在沉积岩区(图5);在Si-mg 图上斜长角闪岩也落在火成岩区(图略)，但黑云变粒岩和角闪变粒岩也多落在火成岩区。结合岩石的矿物成分判断，变粒岩类除样品1213-1 外，其它应是以碎屑岩为主，可能不同程度地混入了一些火山凝灰质组份;而角闪变粒岩的原岩属火山岩可能性较大。

含石榴石的黑云片岩、白云母片岩和白云母石英片岩等属于典型的变质泥砂质碎屑岩。化学分析结果显示SiO2含量变化较大，为55.24% ～82.56%，Al2O3含量为10.65% ～17.6%，K2O+Na2O 为3.25% ～5.98%。

铁矿石样品均为角闪磁铁石英岩，SiO2含量为39.45%～53.81%，Al2O3含量0.44% ～1.08%，FeOT为37.85% ～50.64%，因矿石中含10% ～15%的角闪石，CaO 和MgO 均有一定含量(1.4% ～2.6%)。

3.2 稀土及微量元素特征

斜长角闪岩的稀土总量较低(36.1 × 10-6～63.6 ×10-6)，轻重稀土分馏程度较低，(La/Yb)N为1.85 ～2.42，(La/Sm)N为1.51 ～1.96，(Gd/Yb)N为1.01 ～1.16，轻稀土分馏程度略高于重稀土。δEu 为0.94 ～1.10，基本无铕异常(图6)。稀土图谱介于岛弧拉斑玄武岩和岛弧钙碱性玄武岩之间(参见Wilson，1993，p177)。变粒岩样品的稀土图谱显示轻稀土明显富集(图7)，铕异常不明显，角闪变粒岩与黑云变粒岩差异不大。铁矿石的稀土含量总量低，并显示出明显的铕正异常。

斜长角闪岩的微量元素在初始地幔标准化图谱上具有明显的Nb、Ta、Ti 负异常，Pb、K 也显示出陆壳物质混染的特征(图8)。与大陆地壳比较，Th、U、Nb、Ta 及轻稀土含量均明显更低，而与岛弧拉斑玄武岩更为接近。变粒岩的微量元素初始地幔标准化图谱与大陆地壳相似(图9)。在Hf/3-Th-Ta 图解上，斜长角闪岩样品数据点投在岛弧玄武岩区，且靠近岛弧钙碱性玄武岩一侧(图10)。由于玄武岩受地壳混染易造成Ti、Nb、Ta 含量下降，利用包含有Ti、Nb、Ta 等元素作为判别因子的玄武岩判别图解，如Th/Yb-Ta/Yb、Ti/100-Zr-Y×3 和Hf/3-Th-Ta 等图解时，受到混染的大陆玄武岩样品也易投在岛弧玄武岩区，而地壳混染作用对于岩石中Zr

和Y 的含量影响不大(夏林圻等，2007)。故采用Zr-Zr/Y 图解进一步判断，本区斜长角闪岩样品均落入岛弧玄武岩区(图11)。

表1 莱州-昌邑地区含铁建造样品化学分析结果（主量元素：wt%；稀土和微量元素： ×10 -6 ）Table1 The geochemical data of the iron-bearing formation samples from Laizhou-Changyi area， Jiaobei terrane（majorelements： wt%； trace elements： ×10 -6 ）

续表1Continued Table1

图6 斜长角闪岩的稀土图谱(标准化值据Sun and MacDonough，1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns of amphibolites(normalization values after Sun and MacDonough，1989)

图7 变粒岩的稀土图谱(标准化值据Sun and MacDonough，1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of leptites(normalization values after Sun and MacDonough，1989)

图8 斜长角闪岩的微量元素蛛网图(标准化值据Sun and MacDonough，1989)Fig.8 Primitive mantle normalized trace element patterns for amphibolites (normalization values after Sun and MacDonough，1989)

图9 变粒岩的微量元素蛛网图(标准化值据Sun and MacDonough，1989)Fig.9 Primitive mantle normalized trace element patterns for leptites (normalization values after Sun and MacDonough，1989)

图10 斜长角闪岩的Hf/3-Th-Ta 图解(据Wood，1980)A:N 型洋脊玄武岩;B:富集型洋脊玄武岩+板内拉斑玄武岩;C:板内碱性玄武岩;D:岛弧拉斑玄武岩+岛弧钙碱性玄武岩Fig.10 Th-Hf-Ta diagram of amphibolite(after Wood，1980)A:N-type MORB;B:E-type MORB and within-plate tholeiites;C:alkaline within-plate basalts;D:volcanic-arc basalts

图11 斜长角闪岩的Zr-Zr/Y 图解(据Pearce，1982)Fig.11 Zr-Zr/Y diagram of amphibolite (after Pearce，1982)

值得注意的是样品1213-1(黑云斜长变粒岩)岩矿鉴定(见后)和原岩恢复均指示其原岩为酸性火山岩，锆石测年亦佐证其原岩为岩浆岩。其岩石化学特征具有埃达克质岩特点，SiO2含量为66%，Al2O3为15.8% (＞15%)，MgO 为2.56%，低Y 和Yb(分别为11.3 ×10-6和1.11 ×10-6)，高Sr(486 ×10-6)，δEu 为1.05，铕异常不明显，重稀土亏损且平坦分布，说明岩浆源区残留相为石榴石+角闪石+辉石，属于高压下玄武质岩石部分熔融的产物(张旗等，2006)。Mg#为57.3(＞50)，说明玄武岩部分熔融过程中有更基性物质的添加，很可能是岩浆上升过程中遭受了地幔楔橄榄岩的混染。

莱州-昌邑地区含铁建造与鞍山地区新太古代鞍山式铁矿的含矿建造类似，均由斜长角闪岩、黑云变粒岩、云母片岩、云母石英片岩等岩石类型构成，变质程度略高于鞍山地区。莱州-昌邑地区含铁建造中酸性火山岩不发育，并有中性的火山岩成分(角闪斜长变粒岩)，双峰式火山岩组合特点不明显，斜长角闪岩具有岛弧玄武岩的地球化学特征，而酸性火山岩具有埃达克质岩石特点，故作者等倾向于认为这套含铁建造可能形成于与岛弧相关的构造背景，属大陆裂谷环境的可能性不大。

4 同位素年代学

本次工作在平度灰埠镇南采集了3 件同位素年龄样品，分别是斜长角闪岩(1212-1)、黑云斜长变粒岩(1405-3)和黑云母二长花岗片麻岩(1405-1)，斜长角闪岩和黑云斜长变粒岩均位于铁矿层的上盘，黑云母二长花岗片麻岩位于铁矿层的下盘，侵入到铁矿层的围岩中(图2)。另外在饮马镇南侧的洪秋矿业附近采集了1 件黑云斜长变粒岩样品(1213-1)，也位于铁矿层上盘。

4.1 样品岩石特征

样品1212-1(斜长角闪岩):岩石为深灰色，细粒粒柱状变晶结构，片麻状(薄层状)构造，由斜长石、角闪石、少量黑云母组成。斜长石呈他形粒状，少量近半自形板状，粒度一般0.1 ～1mm;集合体略显定向分布，轻绢云母化、少帘石化、土化，具聚片双晶，含量约50%。角闪石呈柱、粒状，长轴多定向分布，粒度一般0.1 ～0.7mm;集合体定向分布，呈褐色，含量约45%，黑云母呈鳞片状，零星状分布，含量5%。

样品1213-1(黑云斜长变粒岩):岩石呈深灰色，细粒鳞片粒状变晶结构，薄层状构造(片麻状构造)。岩石由斜长石、石英、黑云母组成。斜长石呈他形粒状，粒间镶嵌状分布，粒度一般0.1 ～0.6mm;集合体定向分布，局部轻绢云母化，少量近半自形板状，含量约65%;偶见微斜长石。石英呈他形粒状，粒间镶嵌状分布，粒度一般0.1 ～1mm;集合体略显定向分布，粒内可见波状消光，边界呈不规则状，含量20%。黑云母呈细小叶片状，长轴定向，粒度一般0.1 ～0.6mm;集合体定向分布，含量约15%。岩矿鉴定推测原岩为石英闪长质岩石，根据化学成分则投在An-Ab-Or 图解的花岗闪长岩区。

样品1405-3(黑云斜长变粒岩):岩石呈棕灰色，细粒鳞片粒状变晶结构，片麻状构造。主要矿物成分为斜长石、石英、黑云母、少量磁铁矿和锆石。斜长石:他形、粒状，聚片双晶，An33，主要粒径0.5 ～1mm，含量约40% ～45%。石英:他形、粒状，压扁拉长，长轴定向，与片麻理方向一致，主要粒径0.1 ～0.5mm，约占总量40% ～45%。黑云母:自形、柱状，褐色，主要片径0.5 ～1mm，断续定向排列呈片麻状构造，含量约占总量10% ～15%。磁铁矿:自形、粒状，粒径0.1 ～0.2mm，少量。

样品1405-1(黑云母二长花岗片麻岩):岩石新鲜面呈灰色，风化面土黄色，中细粒鳞片粒状变晶结构，片麻状构造。主要矿物成分为斜长石、石英、钾长石、黑云母，副矿物为磁铁矿、锆石。钾长石:他形、粒状，主要为微斜长石、条纹长石，主要粒径0.5 ～1mm，含量约30 ～35%。斜长石:他形、粒状，聚片双晶，An28，主要粒径0.5 ～1mm，含量约20% ～25%。石英:他形、粒状，波状消光，压扁、拉长长轴定向，与片麻理方向一致，主要粒径0.1 ～5mm，约占岩石总量30% ～35%。黑云母:自形、片状，褐色，断续性定向排列，主要粒径0.1 ～1mm，含量10% ～15%。

4.2 样品锆石特征

斜长角闪岩(1212-1)样品的锆石较少，且大小不一(粒度一般不足100μm)，形态各异(图12a)。多数颗粒呈不规则椭球状或长条状，阴极发光图像内部斑纹暗淡或呈斑杂状色块，应为变质锆石;部分锆石具有岩浆结晶生长的震荡环带，少量具有中基性岩石中锆石的板状条纹。样品中还存在几颗晶型较好、晶体表面光洁，晶内生长环带较清晰的颗粒，测试数据显示出晚古生代的年龄，尚不清楚锆石来源。

图12 莱州-昌邑地区样品中部分锆石的阴极发光图像及测点数据(a)斜长角闪岩(1212-1);(b)黑云斜长变粒岩(1213-1，变火山岩);(c)黑云斜长变粒岩(1405-3，变碎屑岩);(d)黑云二长花岗片麻岩(1405-1)Fig.12 CL image and dating spots of zircons in samples from iron-bearing formation in Laizhou-Changyi area(a)amphibolites (Sample 1212-1);(b)Bi-Pl-leptite (Sample 1213-1，metamorphic volcanic rock);(c)Bi-Pl-leptite (Sample 1405-3，metamorphic clastic rock);(d)Bi-Granitic gneiss (Sample1405-1)

黑云斜长变粒岩(1213-1)原岩恢复推测为变质英安质火山岩，从样品中选出的锆石较多，锆石颗粒多呈半自形，部分浑圆状;粒度介于100 ～200μm 之间(图12b)。阴极发光图像较暗淡，但仍可分辨出岩浆结晶生长的震荡环带，内部结构总体较均一，显示出同一成因锆石的特点。仅个别锆石具有不完整的窄的亮边。

黑云斜长变粒岩(1405-3)样品中的锆石多呈浑圆状，部分晶形残缺，粒度多在100μm 左右，阴极发光图像显示锆石形态各异，极大多数锆石内部具有不同形状的岩浆结晶生长震荡环带，大部分为同心环状，少数为板条状。多数锆石具有不完整的窄的生长边(图12c)。

黑云母二长花岗片麻岩(1405-1)中的锆石多数形态不规则，晶型不完整，破碎较严重，粒度一般在50 ～100μm。阴极发光照片显示锆石有不同程度的残缺，内部具有较清晰的岩浆结晶生长的震荡环带，极少数具有不完整的变质生长边(图12d)。

4.3 锆石年龄测试结果

图13 斜长角闪岩样品的锆石U-Pb 年龄谐和图Fig.13 SHRIMP U-Pb concordia diagram for the zircon from amphibolite

样品1212-1(斜长角闪岩)采用SHRIMP 锆石U-Pb 测年，共测试了15 个点(表2)，其中1 个无效点，2 个给出晚古生代的年龄值，明显与样品的地质背景不符，可能是其它原因混入的锆石;其余12 个测点中有4 个给出了＞2.68Ga的207Pb/206Pb 年龄值(2682 ±10Ma ～2899 ±11Ma)，8 个测点给出的207Pb/206Pb 年龄介于1778 ±23Ma ～1976 ±23Ma 之间，剔除离散程度较大的2 个点后剩余的6 个点构成的不一致线上交点年龄为1839 ±24Ma，207Pb/206Pb 年龄加权平均年龄为1850 ±17Ma(图13);这6 个锆石测点中有3 个Th/U 比值＜0.10。从锆石形态和阴极发光图像判断，斜长角闪岩中的锆石均为变质锆石或继承/捕获锆石，其原岩形成时的结晶锆石可能非常稀少。207Pb/206Pb 年龄＞2.68Ga 的锆石应为继承/捕获的岩浆锆石，变质作用的时代应在1850Ma 左右。

样品1213-1(黑云斜长变粒岩)的锆石采用LA-ICPMS法进行年龄测试，共测试了72 个测点(测试的锆石未经选择，在样品靶上依次测试)(表3)。测试数据显示部分锆石铅丢失较严重，但所有72 个测点可构成一条不一致线，其上交点年龄为2726 ±10Ma。有43 个测点的谐和度＞95%，207Pb/206Pb 年龄最大值为2783 ± 28Ma，最小值为2623 ±29Ma，207Pb/206Pb 加权平均年龄为2720 ±8.8Ma(图14)。锆石的Th/U 比值均大于0.1，大多数介于0.3 ～0.8 之间。年龄测试结果也印证样品应为变质中酸性火山岩，缺少捕获或继承锆石，且变质作用改造较弱，故～2720Ma 的年龄值应代表样品的岩浆结晶年龄，亦即是地层的形成时代。

样品1405-3(黑云斜长变粒岩)原岩恢复为变质碎屑岩，从中分选出的锆石较多，采用LA-ICPMS 法进行了年龄测试，也测试了72 个数据点(表4)，绝大多数数据点位于一致线附近(图15)，仅有5 个测点数据谐和度＜95%。锆石的Th/U 比值＞0.16，最大为1.44。67 个谐和度较高的数据点中207Pb/206Pb年龄最小值为2634Ma，最大为2939Ma。可构成2组峰值，分别是2733 ±12Ma 和2899 ±8Ma(图15);谐和程度较差的几个数据点与～2.73Ga 的一组数据也可构成一条不一致曲线，上交点年龄为2734 ±16Ma，与207Pb/206Pb 加权平均年龄一致。

样品1405-1(黑云母二长花岗片麻岩)为侵入含铁建造的黑云二长花岗片麻岩，共测试了32 个数据点(表5)，其207Pb/206Pb 年龄基本一致，介于2133 ～2206Ma 之间，不一致线上交点年龄为2170.6 ±6.4Ma，207Pb/206Pb 年龄加权平均值为2170 ±8Ma(图16)，两者极为一致。锆石的Th/U 比值为0.159 ～1.445，以0.5 ～0.9 之间居多。～2170Ma 可代表岩体的形成年龄。该年龄数据与Lan et al. (2015)在东辛庄铁矿区钾长花岗岩和钠长花岗岩中获得的锆石U-Pb 年龄在误差范围内一致。

Lan et al.(2014b)从昌邑东南的东辛庄铁矿围岩中采集了3 个样品，2 个为黑云斜长变粒岩(片麻岩)(CY2-01、CY2-83)，1 个为含石榴黑云片岩(片麻岩)(CY2-40)，利用LAICP-MS 获得的锆石207Pb/206Pb 年龄除1 个数据点为～2.55Ga外，其他均＞2.7Ga，以2.8 ～3.0Ga 居多。与灰埠南侧一带样品获得的结果一致。

上述测年结果表明，莱州-昌邑地区的含BIF 变质建造形成时代应该在2.72Ga 左右，变质碎屑岩的碎屑源区来自新太古代早期(～2.73Ga)和中太古代晚期(～2.9Ga)的地质体，没有明显的～2.5Ga 的构造岩浆热事件记录，被～2.17Ga的花岗岩侵入，并不同程度地遭受了古元古代末期的变形变质作用改造。

5 讨论与结论

5.1 条带状铁建造的形成时代

莱州-昌邑地区的条带状铁建造最初归属于胶东群，在20 世纪90 年代的区域地质调查工作中厘定为小宋组，并归属于古元古代粉子山群，此后的地质矿产工作者均沿用这一划分方案(曾广湘等，1998;王松涛等，2007;王世进等，2009)。最近蓝廷广等对昌邑莲花山-东辛庄铁矿及其围岩开展了同位素年代学和地球化学研究(蓝廷广等，2012;Lan et al.，2014a，b，2015)。Lan et al. (2014b)根据1 个铁矿围岩黑云斜长变粒岩样品(CY2-65)中存在少量2240 ～2446Ma的锆石测年数据，认为昌邑铁矿的形成年龄在2240 ～2193Ma 之间，并遭受了～1864Ma 变质作用的改造，是古元古代形成的袁家村式铁矿。但其报道的另外3 个铁矿围岩样品除1 个～2.55Ga 的数据外，其它均大于～2.7Ga(Lan et al.，2014a)。胶东地区存在强烈而广泛的～2.5Ga 构造岩浆热事件(Tang et al.，2007;Jahn et al.，2008;刘建辉等，2011，2012;Liu et al.，2013)，但碎屑锆石中并无该期构造岩浆热事件的反映。Lan et al. (2014b)在样品CY2-65 中获得的少量2240 ～2446Ma 的锆石测年数据有可能是遭受后期变质作用叠加改造的结果，不一定具有制约碎屑锆石源区时代的地质意义。

表3 黑云斜长变粒岩(1213-1)锆石U-Pb 测年结果Table 3 LA-ICP-MS U-Pb age data of zircons separated from biotite-plagioclase leptite (Sample 1213-1)

续表3Continued Table 3

表4 黑云斜长变粒岩(1405-3)锆石U-Pb 测年结果Table 4 LA-ICP-MS U-Pb age data of zircons separated from biotite-plagioclase leptite (Sample 1405-3)

续表4Continued Table 4

图14 黑云斜长变粒岩(1213-1)的锆石U-Pb 年龄Fig.14 Zircon U-Pb age of the Bi-Pl-leptite (Sample 1213-1)

图15 黑云斜长变粒岩(1405-3)的锆石U-Pb 年龄谐和图Fig.15 Zircon U-Pb concordia diagram of the Bi-Pl-leptite(Sample 1405-3)

图16 黑云二长花岗片麻岩(1405-1)的锆石U-Pb 年龄谐和图Fig.16 Zircon U-Pb concordia diagram of the Bi-granitic gneiss (Sample 1405-1)

本次工作在变质酸性火山岩(埃达克质岩)中获得了2726±10Ma 的锆石U-Pb 年龄;在变质泥砂岩中获得了～2.73Ga和～2.9Ga 两组碎屑锆石U-Pb 年龄，且缺少胶北地块广泛存在的新太古代晚期(～2.5Ga)构造岩浆热事件信息;在斜长角闪岩中获得的变质年龄为～1850Ma，并有＞2.68Ga 的继承锆石年龄信息。在含铁建造中获得的碎屑锆石年龄谱(本文及Lan et al.，2014a)与粉子山群和荆山群变质碎屑岩中获得的碎屑锆石年龄谱(Wan et al.，2006;谢士稳等，2014)截然不同。粉子山群底部祝家夼组长石石英

片岩中存在大量2.1 ～2.2Ga 和～2.5Ga 的碎屑锆石，～2.7Ga和～2.9Ga 的碎屑锆石极少(谢士稳等，2014)。这说明莱州-昌邑地区的含铁建造与粉子山群的碎屑源区截然不同，并非同一沉积盆地的沉积建造，而是不同时代的产物，含铁建造的形成时代应为新太古代早期(～2.7Ga)，与胶东岩群的郭格庄岩组相当(Jahn et al.，2008)。 ～2.73Ga 和～2.9Ga的两组碎屑锆石年龄应代表碎屑源区的岩石年龄，与胶东栖霞新太古宙早期-中太古代变质杂岩的物质组成相似(Jahn et al.，2008;王世进等，2009;刘建辉等，2011;Liu et al.，2013;Wang et al.，2014;Wu et al.，2014)。故含BIF的小宋组应从粉子山群中解体出来，重新厘定为新太古代早期(～2.7Ga)的沉积建造。

表5 黑云二长花岗片麻岩(1405-1)锆石U-Pb 测年结果Table 5 LA-ICP-MS U-Pb age data of zircons separated from biotite-bearing monzonitic granite (Sample 1405-1)

5.2 条带状铁建造的形成构造背景

条带状铁建造形成时代的分歧也制约着对其形成构造背景的认识。Lan et al.(2014a)根据铁矿及其围岩样品的同位素年代学和岩石地球化学研究认为昌邑铁矿形成于古元古代中期的大陆裂谷环境，昌邑铁矿中钾质和钠质花岗岩的年代学和地球化学研究进一步论证了～2.18Ga 的裂谷构造背景(Lan et al.，2015)。但是莱州-昌邑地区的古元古代花岗岩明显侵入到含铁建造中，条带状铁建造的形成应早于古元古代花岗岩的侵位时代，其形成构造背景与胶-辽-吉构造带2.1 ～2.2Ga 的裂谷背景没有必然的联系。莱州-昌邑地区2.17 ～2.19Ga 的古元古代二长花岗岩与辽吉地区的“辽吉花岗岩”形成时代一致，区域上目前未观察到该期岩浆作用与荆山群或粉子山群(小宋组含铁建造除外)的直接接触关系，但可见侵入到新太古宙胶东岩群及其相伴的TTG 片麻岩中(Liu et al.，2014 及作者等的工作)，结合从粉子山群和荆山群中获得的碎屑锆石年龄(Wan et al.，2006;王世进等，2009;谢士稳等，2014)，可以推测2.17 ～2.19Ga 的古元古代花岗岩是荆山群和粉子山群沉积前或开始沉积时地壳伸展(裂解)产物，而小宋组则形成于～2.19Ga 之前。含铁建造中的斜长角闪岩具有岛弧玄武岩的地球化学特点，酸性火山岩具有埃达克质岩特点，表明小宋组含铁建造更可能形成于与岛弧相关的构造环境，而与粉子山群形成时的裂谷背景无关。

本次调查和研究结果显示莱州-昌邑地区的含铁建造岩石组合中含有较多的斜长角闪岩，并含有一些中性和酸性火山岩，这一特征与吕梁地区的“袁家村式”铁矿明显不同，也不同于吉南临江老岭群中的“大栗子式”铁矿。含铁建造中变质泥砂质碎屑岩占相当大的比重，与华北克拉通上广泛分布新太古代晚期的条带状铁建造比较也略有不同。岩石组合及其岩石地球化学特征均指示含铁建造可能形成于与岛弧相关的构造背景。蓝廷广等(2012)(Lan et al.，2014a)的研究也认为昌邑铁矿与华北克拉通太古宙BIF 相比，总体上没有显著差别，但Al2O3、CaO、MgO 和K2O 含量相对偏高，Eu正异常相对较弱，应形成于具有更多碎屑物质和更少热液参与的浅水环境;SiO2/Al2O3比值亦显示含矿建造总体上是以火山沉积为主，但有大量碎屑物质的参与。这也许正是华北克拉通上～2.7Ga 条带状铁建造不同于新太古代晚期鞍山式(阿尔戈马型)和古元古代袁家村式(苏必利尔湖型)BIF之处。

万渝生等(2012b)对栖霞苏家店镇固山水库附近胶东岩群中角闪变粒岩样品(S1108)进行了SHRIMP 定年，得出一组～2.52Ga 岩浆结晶年龄和一组～2.45Ga 的变质年龄，认为胶东地区的胶东岩群至少一部分形成于新太古代晚期，并推测这也代表了BIF 形成时代，但不排除存在～2.7Ga 的表壳岩系的可能性。莱州-昌邑地区的条带状铁建造中尚未观察到明显的新太古代晚期的变质作用记录，但斜长角闪岩中记录了古元古代晚期～1.85Ga 的变质热事件。这可能意味着:(1)莱州-昌邑地区的条带状铁建造与栖霞地区的含铁建造并非同一套岩石建造，栖霞地区的含铁建造的组成更复杂;(2)莱州-昌邑地区和栖霞地区在新太古代早期所处的构造背景不同，前者可能为靠近古陆核(～2.9Ga)的边缘盆地，而后者为新太古代早期(～2.7Ga)的岩浆弧;(3)莱州-昌邑地区和栖霞地区在新太古代晚期(～2.5Ga)所处的构造背景不同，前者位于古陆块内部，而后者为古陆块边缘的岩浆弧。

5.3 ～2.7Ga 含铁建造的地质意义

～2.7Ga BIF 的确认，不仅填补了我国该时期铁矿床的空白，而且对华北克拉通早期地壳演化具有重要的地质构造意义。研究结果表明华北克拉通与世界主要克拉通的演化历史相似，存在～2.7Ga 的BIF，只是成矿规模远逊于地球上其它主要克拉通～2.7Ga 的BIF 成矿作用;莱州-昌邑地区的条带状铁建造的确定为胶东地区建立新太古代早期(～2.7Ga)地层序列提供了物质基础，其物质组成与栖霞地区同时代岩石建造(郭格庄岩组)以及构造岩浆热事件演化的差异为新太古代早期构造环境研究提供了条件，其形成大地构造背景的研究无疑将为华北克拉通该阶段地壳演化提供新证据。特别是含铁建造中发现有埃达克质火山岩，有可能为早期板块构造体制研究提供新证据。含铁建造中碎屑锆石给出了～2.73Ga 和～2.9Ga 的两个峰值，甚至有的样品中～2.9Ga 的峰值更强烈(Lan et al.，2014a)，这意味着～2.7Ga 和～2.9Ga 均是胶北地块的重要生长期，～2.9Ga是胶北古陆核的初始形成阶段。莱州-昌邑地区的条带状铁建造中还存在一套成熟度较高的长石石英岩，表明新太古代早期胶北地块已经是较成熟的陆块。

致谢 本文成文过程中与天津地质矿产研究所沈保丰研究员、中国地质科学院地质研究所万渝生研究员、刘福来研究员、山东省地质科学研究院李洪奎研究员等就相关问题进行过多次讨论，受益匪浅。同时感谢审稿人提出的一些中肯意见。实验测试过程中得到了北京SHRIMP 中心和天津地质矿产研究所测试中心的大力支持和帮助，在此一并致谢。

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