辽宁省本溪地区南孤山子岩体锆石U-Pb年代学及其构造意义

王大千，石绍山，尤洪喜，李伫民

1.吉林大学地球科学学院，吉林长春130061；2.中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110034

辽宁省本溪地区南孤山子岩体锆石U-Pb年代学及其构造意义

王大千1，2，石绍山2，尤洪喜2，李伫民2

1.吉林大学地球科学学院，吉林长春130061；2.中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110034

南孤山子岩体位于辽宁省本溪县东南部，其岩性为中细粒碱长花岗岩.锆石U-Pb同位素年龄测试显示，该岩体形成于120～130 Ma的早白垩世，而不是前人认为的侏罗世.岩体的主量元素特征表明了它是高钾钙碱性系列.球粒陨石标准化稀土元素分配模式显示LREE相对富集，HREE相对亏损，具有较强亏损的负Eu异常.微量元素显示富集大离子亲石元素（LILE）Rb、Th、K，贫高场强元素（HFSE）Ta、P、Ti.碱长花岗岩微量元素组成表明本区的花岗岩岩浆形成压力小于0.8～1.0 GPa，源区物质存在于30～40 km的地壳深处，属于减薄型地壳，此时辽东陆块处于陆内伸展环境.上述研究充分地显示，我国东部早白垩世岩浆活动发育在伸展构造环境，并与岩石圈减薄存在密切的联系.

锆石U-Pb年龄；地球化学；构造环境；早白垩世；本溪县；辽宁省

0 前言

辽东半岛发育大面积的中生代花岗质岩石，前人认为这些花岗岩的产出时代为早中生代印支期.近年来，大量同位素年龄资料表明，它们主要发育在早白垩世［1-6］.这就为我们研究早白垩世构造背景提供了基础.

近年来，我国地质学家对中国东部中生代地质研究取得了重要进展.主要表现在岩浆活动在早白垩世极其发育［7］.大规模的成矿作用与这期岩浆活动相伴［8-9］，但对其产出构造环境缺乏相应的研究.有的学者［7，10-13］认为这种现象与我国东部岩石圈减薄或构造转折有密切的关系，其形成于伸展构造背景中；有的学者［1，14-16］提出中国东部中生代中酸性岩浆岩产于岛弧环境，是太平洋板块向西俯冲的产物；还有学者［17］认为是华北克拉通下地壳拆沉作用的产物.

1 区域地质背景

辽东半岛位于华北克拉通东部、郯庐断裂以东，以太古宙TTG岩系和古元古代辽河群浅变质沉积岩、火山岩为基底.新元古界—震旦系沉积岩广泛出露［18］.太古宙岩石为辽南变质核杂岩的主要组成部分［19-20］，由于中生代岩浆活动的影响，其零星分布于南部的金州、亮甲店一带.中生代由于大规模的岩浆活动，岩浆岩广泛发育［19-20］.自中元古代开始，辽东半岛经历了新元古代—古生代的沉积作用，形成一套沉积岩层.

图1 研究区地质简图Fig.1 Geological sketch map of the study area1—第四系（Quaternary）；2—早白垩世细粒碱长花岗岩（Early Cretaceous fine-grained alkali-feldspar granite）；3—早白垩世碱性杂岩（Early Cretaceous alkalic complex）；4—早白垩世正长花岗岩（Early Cretaceous syenogranite）；5—早白垩世火山岩（Early Cretaceous volcanic rock）；6—早白垩世中细粒碱长花岗岩（Early Cretaceous medium-fine grained alkali-feldspar granite）；7—早白垩世花岗斑岩（Early Cretaceous granite porphyry）；8—侏罗系沉积岩（Jurassic sedimentary rock）；9—中侏罗世闪长岩（Middle Jurassic diorite）；10—石炭－二叠系沉积岩（Carboniferous-Permian sedimentary rock）；11—寒武－奥陶系灰岩（Cambrian-Ordovician limestone）；12—青白口系石英岩（Qingbaikouan quartzite）；13—元古宙片麻状花岗岩（Proterozoic gneissic granite）；14—同位素采样点（sampling site）

研究区位于辽宁省东部山区，行政区划隶属辽宁省本溪市本溪县.南孤山子岩体位于本溪县东南部（图1），其岩性为中细粒碱长花岗岩，风化面为红灰色，新鲜面为肉红色，中细粒花岗结构，块状构造.主要矿物：石英，无色，他形粒状，粒度1.0～3.5 mm，含量40%～50%；钾长石，肉红色，半自形，板柱状，粒度1.5～3.0 mm，含量35%～45%；斜长石，白色，自形半自形粒状，粒度1.3～3.5 mm，含量1%～3%.暗色矿物为黑云母，含量1%～2%.

测年样品N-TW15采自南孤山子附近（东经124° 24′59″，北纬41°07′39″）；PM305TW采自黄家堡子南（东经124°18′59″，北纬41°10′19″）（图1）.

2 实验方法

单颗粒锆石分选工作在由国土资源部东北矿产资源监督检测中心完成.首先将样品用纯水洗净、烘干；经机械破碎后，手工淘洗分离出重矿物；经磁选和电选后，在双目镜下逐粒挑选.锆石阴极发光（CL）图像和锆石SHRIMP U-Pb定年在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心完成.在测年之前，将分选的单颗粒锆石粘在环氧树脂浇注的样品靶上，经打磨抛光后，在光学显微镜下进行反射光、透射光以及阴极发光图像采集.阴极发光（CL）图像采用GATAN公司Chroma阴极发光探头的HTACHIS-3000N扫描电镜完成；锆石SHRIMP U-Pb定年采用标准锆石TEM和M257用来进行206Pb/238U年龄和U、Th含量校正.根据实测204Pb校正普通Pb.测试点均采取5组扫描，单点误差为1σ，样品加权平均年龄误差为2σ，置信度95%.数据处理使用SQUID1.02和ISOPLOT2.49程序［21］，详细的分析原理及流程参见相关文献［22］.

全岩样品元素组成分析在国土资源部东北矿产资源监督检测中心室验室完成.主量元素用X荧光光谱法（XRF）测定，误差小于0.5%；微量元素Zr、Sr、Ba、Zn、Rb和Nb用X荧光光谱法完成，Ba元素误差为5%，其他元素小于3%；稀土元素及Ni、Co、Th、Ta和Hf用等离子体光质谱仪分析完成，误差小于5%.

3 南孤山子岩体形成时代

本研究对两个样品N-TW15和PM305TW锆石进行U-Pb同位素测试.结果见表1和图2.样品中锆石颗粒大都在100 μm左右，呈长柱状，长宽比为1∶2～1∶3，发育明显的振荡环带，是典型的岩浆锆石.

表1 南孤山子岩体锆石SHRIMP U-Pb年龄表Table 1 The SHRIMP U-Pb age of zircons from Nangushanzi intrusive rock

图2 南孤山子岩体锆石SHRIMP U-Pb谐和图Fig.2 The SHRIMP U-Pb concordia diagram of zircons from Nangushanzi intrusive rock

对N-TW15样品10颗锆石的10个数据点进行分析.U、Th含量和Th/U比值分别为168×10-6～1288× 10-6、169×10-6～2646×10-6、0.5～2.12（表1）.数据都落在谐和线上（图2a）.其中8个数据207Pb/206Pb加权平均年龄为（124±4）Ma（MSWD=2.1），代表岩体的形成年龄.

对样品PM305TW的15个锆石数据进行分析.U、Th含量和Th/U比值分别为59×10-6～719×10-6、63×10-6～714×10-6、0.47～2.02（表1）.数据集中分布谐和线上（图2b）.其中 14个数据的207Pb/206Pb加权平均年龄为（121.9±1.8）Ma（MSWD=1.7），代表岩体的形成时代.

4 岩石地球化学特征

南孤山子岩体主量元素、微量元素和稀土元素特征见表2.

4.1 主量元素

南孤山子岩体主量元素中SiO2含量为68.73%～76.80%（平均72.46%），Na2O含量为3.90%～5.02%（平均4.45%），K2O含量为4.02%～5.17%（平均4.58%），里特曼指数σ＝1.94～3.52（平均2.81），Na2O-2

图3 南孤山子岩体K2O-SiO2图解（据文献［23］）Fig.3 The K2O-SiO2diagram for Nangushanzi intrusive rock（After Reference［23］）

4.2 微量元素

南孤山子岩体微量元素原始地幔标准化蛛网图（图4）整体呈右倾型，倾角较小，富集大离子亲石元素（LILE）Rb、Th、K，贫高场强元素（HFSE）Ta、P、Ti.Nb/ Ta比值为18.13～46.51，高于上地壳Nb/Ta（12）（Taylor, 1985）.Sr含量为126×10-6～319×10-6（平均含量178× 10-6）.

在球粒陨石标准化稀土元素配分图解（图5）上，岩体总体呈右倾分布.稀土总量较低（ΣREE=162.42× 10-6～285.08×10-6，平均219.84×10-6）；轻稀土（LREE）＝140.89×10-6～262.59×10-6（平均198.08×10-6）；岩石的轻重稀土比（LREE/HREE）=13.42～32.23（平均21.76），岩

石的（La/Yb）N=4.37～12.14（平均8.39），轻重稀土分异程度较强烈；具有轻亏损Eu负异常，δEu=0.07～0.71（平均0.35），岩浆的分异程度强.

表2 南孤山子岩体主量、微量元素和稀土元素分析结果表Table 2 Major,trace and rare earth element analysis results of the Nangushanzi intrusive rock

图4 南孤山子岩体微量元素原始地幔标准化蛛网图（标准化值据Wood,1979）Fig.4 Primitive mantle-normalized trace element spiderdiagram for Nangushanzi intrusive rock（Normalize value after Wood,1979）

图5 南孤山子岩体稀土元素球粒陨石标准化模式图（标准化来自Taylor and McLennan,1985）Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns for Nangushanzi intrusive rock（After Taylor and McLennan,1985）

5 讨论

5.1 岩石成因

南孤山子岩体具有高硅（SiO2平均含量为72.46%）、贫铝（Al2O3平均含量为13.56%）、低Sr（平均85.45× 10-6）、高Yb（平均3.74×10-6）、贫Ta、P、Ti高场强元素（HFSE），标准稀土元素具强负Eu异常（δEu平均0.35）.

Eu异常主要受控于长石且斜长石是主要的Sr富集矿物.斜长石在岩浆源区残留或分离结晶会使熔体Sr含量降低，Eu负异常增强.南孤山子岩体的低Sr含量和中等的Eu负异常特征暗示斜长石在岩浆源区主要作为残留相存在.

据Sr-Yb含量按照压力分类［24］，南孤山子岩体属于在低压下形成，在低压下斜长石稳定存在，无石榴子石，残留相为角闪岩相（斜长石+角闪石+辉石）的岩石.综上所述，可以推断源区的主要残留物为斜长石.依据熔体与残留相平衡理论，岩浆平衡的残留相主要是斜长石，其形成时压力应小于0.8～1.0 GPa［25］.

5.2 构造环境

南孤山子岩体中细粒碱长花岗岩，其时代归属在1∶20万区域地质测量报告宽甸幅❶❶辽宁省地质局区域地质测量队二分队.地质图说明书K-51-ⅩⅪⅩ（宽甸幅）.1976.中将其划归入晚侏罗世.此次两个锆石样品SHRIMP锆石U-Pb年龄为（124±4）Ma和（121.9±1.8）Ma将其形成时代归入早白垩世.

用花岗岩来判断地壳的厚度，主要考察Na2O/K2O的比值，如果该比值接近1，为高钾钙碱性系列或钾玄岩系，可以用来判断地壳厚度［25］.本溪县地区南孤山子中细粒碱长花岗岩Na2O/K2O平均值等于0.97，为高钾钙碱性系列.其形成的压力在0.8～1.0 GPa，推测本区的花岗岩岩浆形成时源区物质存在于30～40 km的地壳深处［25］，地壳较薄.在Rb-（Y+Nb）图解（图6）上落入板块内环境中，反映辽东陆块当时处在造山后期，陆内伸展环境中.

图6 南孤山子岩体Rb-（Y+Nb）图（据Pearce等,1984）Fig.6 Rb-（Y+Nb）diagram for Nangushanzi intrusive rock（After Pearce et al.,1984）WPG—板内花岗岩（within plate granite）；Syn-COLG—同碰撞花岗岩（syn-collisional granite）；VAG—火山弧花岗岩（volcanic arc granite）；ORG—洋脊花岗岩（oceanic ridge granite）

对于中国东部中生代中酸性岩浆岩产于岛弧环境，是太平洋板块的向西俯冲的产物的观点，目前没有发现中生代早期古太平洋板块向欧亚板块东缘发生俯冲的直接证据［26］，且当时中国东部构造是北向或北北东向［27］，而此时该区域岩石圈已处于强烈的北西-南东向的伸展及北北东向的左行走滑活动.因而认为中生代大规模的岩浆活动与太平洋消减事件不存在直接的时空与成因联系.

早白垩世，中国东部伸展作用异常强烈，辽东地块受到强烈的构造-岩浆活动的改造，是华北克拉通岩石圈减薄和克拉通破坏的结果，主要表现在辽南变质核杂岩构造的发育［28］.A型花岗岩的研究为其提供了有利的证据.辽东半岛的千山花岗岩和四平街岩体，通辽地区岗山岩体等近10个A型花岗岩岩体，以及在燕辽带中的A型花岗岩，大都是在120~130 Ma形成的［24］.虽然对华北克拉通东部早白垩世岩石圈减薄和克拉通破坏作用的地球动力学过程是否存在着拆沉［29-31］与热侵蚀作用［32］存在着争议，但是，可以肯定辽东半岛乃至整个华北克拉通在早白垩世的岩浆活动是东部岩石圈强烈减薄的结果.

6 结论

（1）南孤山子中细粒碱长花岗岩年龄为124 Ma左右，形成时代为早白垩世，而不是前人认为的晚侏罗世.

（2）南孤山子岩体是高钾高钙系列岩石，其形成压力在0.8～1.0 GPa，源区物质存在于30～40 km的地壳深处，反映辽东陆块当时处在造山后期陆内伸展环境中.

（3）结合前人的研究，辽东地区早白垩世存在岩浆活动事件是华北克拉通破坏、东部岩石圈强烈减薄的结果.

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ZIRCON U-Pb DATING OF THE NANGUSHANZI INTRUSIVE ROCK IN BENXI COUNTY,LIAONING PROVINCE：Tectonic implication

WANG Da-qian1,2,SHI Shao-shan2,YOU Hong-xi2,LI Zhu-min2

1.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China;
2.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China

The Nangushanzi intrusive rock,located in the southeastern Benxi County of Liaoning Province,is lithologically medium-fine grained alkali-feldspar granite.The zircon U-Pb isotopic dating result shows that the rock was formed in the Early Cretaceous Epoch of 120-130 Ma,but not the Jurassic Epoch as previously thought.The major element features indicate that the rock belongs to high-K calc-alkaline series.The chondrite-normalized REE patterns show enrichment of LREEs,depletion of HREEs,and strongly negative Eu anomalies.The trace elements are characterized by enriched largeion lithophile elements（LILE,such as Rb,Th and K）and depleted high field strength elements（HFSE,such as Ta,P and Ti）.The trace element compositions of alkali-feldspar granite suggest that the magma pressure be less than 0.8-1.0 GPa, derived from the depth of 30-40 km in the crust,belonging to thinning crust,when the Liaodong massif is under intracontinental extension environment.The study fully proves that the Early Cretaceous magmatism in eastern China developed in an extensional tectonic environment which was induced by thinning lithosphere.

zircon U-Pb age;geochemistry;tectonic environment;Early Cretaceous Epoch;Benxi County of Liaoning Province

1671-1947（2015）05-0453-08

P597；P544

A

2015－01－13；

2015-03-06.编辑：张哲．

中国地质调查局项目“辽宁1∶5万本溪县（K51E017017）、草河掌（K51E018017）、田师傅（K51E017018）、南孤山子（K51E018018）幅区调”（编号1212011120731）.

王大千（1983—），男，吉林大学在职硕士,地质工程专业,从事矿床成矿规律和成矿预测研究工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号，E-mal//27393081@qq.com

石绍山（1977—），男，硕士，从事矿产地质普查及地球化学专业工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号，E-mal// shishaoshan321@163.com