胶东崮庄闪长岩锆石U-Pb年代学和岩石地球化学研究

李杰，李世勇，宋英昕，姜梦瑶，毕明光，王珊珊，蒋雷，孙亮亮

(1.河北地质大学资源学院，河北 石家庄 050031；2.中国科学院海洋研究所深海研究中心，山东 青岛 266071；3.山东省物化探勘查院，山东 济南 250013；4.山东省地质科学研究院，山东 济南 250013；5.山东省第六地质矿产勘查院，山东 威海 264209)

胶东东部荣成市伟德山地区出露的花岗岩是中生代燕山晚期的一期重要岩浆活动产物，地质工作者把胶东地区与之时代和性质相近的花岗岩类称为伟德山序列花岗岩。伟德山序列花岗岩除在伟德山地区广泛出露外，还在胶东三佛山、院格庄、牙山、艾山、招虎山、龙王山、南宿、大泽山等地区广泛发育，出露总面积约1435km2，是胶东地区白垩纪最强烈的岩浆侵入活动。伟德山序列花岗岩主要由一套中性—中酸性—酸性侵入岩类组成，从早到晚经历了闪长岩—二长闪长岩—二长岩—石英二长岩—花岗闪长岩—二长花岗岩的演化。前人对其分布、侵位机制及岩石成因等作了研究[1-4]，但前人测得的成岩年龄变化范围较大(196.4～75.55Ma)[5]，加之其岩性复杂，地球化学性质多样，在一定程度上限制了对其成因及构造意义等的进一步研究。该文在前人研究的基础上，选择伟德山序列花岗岩之崮庄岩体开展年代学和地球化学研究，首次采用LA-ICP-MS锆石U-Pb法，精确测定了成岩时代，分析了岩石地球化学特征，讨论了岩浆源区、岩石成因及构造环境。

1 区域地质背景

崮庄岩体位于胶东东部荣成市伟德山地区，其大地构造位置处在大别-苏鲁造山带北东端的威海隆起区，该区域整体发育前寒武纪韧性变形，出露古元古代荆山群、中生代白垩纪青山群及新生代第四系，发育新元古代晋宁期和中生代燕山晚期岩浆岩，尤其是中生代以来构造岩浆活动强烈，是伟德山序列花岗岩的主要分布区。伟德山序列花岗岩自西向东依次发育崮庄、洛西头、大水泊、不落耩、崖西、虎头石等6个岩体，大致呈不对称的同心环状产出(图1)[6-7]。崮庄岩体呈岩株状发育，仅出露于伟德山岩体的北西部，规模相对较小，其岩性主要为黑云母闪长岩，是伟德山序列花岗岩岩浆演化早期阶段的产物。

1—中生代青山群；2—古元古代荆山群；3—新元古代荣成序列泊于单元花岗闪长质片麻岩；4—中生代早白垩纪埠柳序列崮庄单元细粒辉石角闪石英二长闪长岩；5—中生代早白垩纪埠柳序列洛西头单元含斑中粒角闪黑云石英二长岩；6—中生代早白垩纪埠柳序列大水泊单元斑状中细粒含黑云角闪石英二长岩；7—中生代早白垩纪埠柳序列不落耩单元巨斑状中粗粒含角闪石英二长岩；8—中生代早白垩纪伟德山序列崖西单元斑状中粒含角闪二长花岗岩；9—中生代早白垩纪伟德山序列虎头石单元细粒二长花岗岩；10—取样位置；11—铜/钼/铅/锌/金/银矿床(点)图1 胶东东部伟德山地区区域地质矿产简图(据丁正江等，2013；张增奇等，2014修改)

2 岩相学特征

崮庄岩体黑云母闪长岩呈灰白色，中—细粒柱粒状结构，主要矿物成分为斜长石(75%±)、黑云母(5%～7%)和角闪石(10%～13%)，其次含少量钾长石(2%±)、石英(1%～2%)和不透明矿物(4%±)。斜长石呈自形板状，粒度约0.2～4mm，聚片双晶和简单双晶发育，发生绢云母化和高岭土化蚀变，表面较脏；黑云母颜色浅棕色到深棕色，多色性和吸收性明显，呈片状，粒度0.1～4mm，平行消光，干涉色被自身颜色掩盖；角闪石颜色淡绿色到绿色，呈柱粒状或柱状，粒度0.1～2mm，解理发育，有的颗粒内部发生纤闪石化和黑云母化蚀变，局部析出团块状不透明矿物；钾长石呈不规则状，粒度约2mm，镶嵌于斜长石之间的空隙中，钾长石内部包含粒度较小的自形板条状斜长石；石英呈他形粒状，粒度0.05～0.3mm，分布于长石颗粒之间或内部；不透明矿物呈他形—自形立方体晶，粒度0.01～0.3mm，呈尘土状或集合体状聚集于暗色矿物中(图2)。

3 样品采集与分析方法

研究所用样品采自崮庄村北地表采石坑，岩性为黑云母闪长岩，呈灰白色，中细粒结构，块状构造，主要矿物成分为斜长石、黑云母、角闪石，其次为钾长石、石英等。

样品的主、微量元素测试由核工业北京地质研究院分析测试中心完成。主量元素采用ZetiumX射线荧光光谱仪测定，微量(包括稀土)元素采用ELEMENT XR等离子体质谱仪测定。主量元素分析精度和准确度优于5%，微量元素分析精度和准确度优于10%。

锆石挑选在河北省区域地质调查研究所实验室利用标准重矿物分离技术分选完成。制靶时，先在双目镜下挑选出表面平整光洁且具不同长宽比例、不同柱锥面特征、不同颜色的锆石颗粒，然后将这些锆石粘在双面胶上，用无色透明环氧树脂固定，待环氧树脂固化之后对其表面抛光至锆石中心。利用双目镜和阴极发光图像详细研究锆石的晶体形貌和内部结构特征，选择同位素分析的最佳点。锆石制靶、CL照相和锆石U-Pb年龄测定均在天津地调中心进行。测试采用的激光剥蚀束斑直径为35μm；具体测试过程详见丁正江等[7]；样品的同位素比值及元素含量计算采用ICPMSDATECAL程序[8-9]，年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot 3.0软件[10]。

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素

崮庄黑云母闪长岩主量元素分析结果见表1。闪长岩的SiO2含量为56.66%～58.21%，属中性岩。Na2O+K2O含量为6.09%～6.73%，在TAS分类图上，落于闪长岩-二长闪长岩-二长岩的过渡范围(图3a)。在K2O-SiO2图上都落于高钾钙碱性系列内(图3b)。K2O/Na2O=0.63～0.71，在K2O-Na2O图解(图3c)中位于钾玄岩系列。A/CNK=1.30～1.34，A/NK=2.48～2.70，在A/NK-A/CNK图解(图3d)中位于过铝质范围。MgO含量较高，为4.04%～4.96%，Mg#=55～57。地幔橄榄岩部分熔融的熔体往往具有较高的Mg#，而由下地壳岩石部分熔融形成的熔体的Mg#小于50[11]，崮庄闪长岩的Mg#较高，指示成岩物质与地幔部分熔融有关。岩石主量元素中CaO，MgO，FeOT，P2O5，TiO2与SiO2呈负相关，表明有辉石、磷灰石、钛铁矿等矿物的显著分离结晶作用[12]，K2O，Na2O与SiO2基本呈正相关。

表1 崮庄黑云母闪长岩主量元素含量及特征参数

4.2 微量元素

崮庄岩体闪长岩稀土元素含量及特征参数见表2。稀土总量介于(215.66～239.22)×10-6之间，平均值为226.54×10-6，LREE/HREE值介于13.82～14.59之间，轻、重稀土元素具有较大的分馏，(La/Yb)N值介于20.73～22.87之间，变化范围较小，表明后期岩浆分异不强烈。轻稀土(LREE)的含量与ΣREE呈同消长，而重稀土(HREE)含量变化小，表明岩体ΣREE的差别主要是由LREE引起的。δEu为0.79～0.91，呈弱的负异常，表明岩体经历了一定的斜长石分离结晶作用，或源区有一定量的斜长石残留。δCe为0.89～0.93，无明显异常。采用C1球粒陨石标准[13]对其进行标准化(图4a)，稀土配分曲线呈右倾型，富集LREE，轻、重稀土元素内部均无明显分异。各稀土配分曲线几近一致，显示同源岩浆演化特点。

a—SiO2-Na2O+K2O图解；b—SiO2-K2O图解；c—Na2O-K2O图解；d—A/CNK-A/NK图解图3 崮庄黑云母闪长岩岩石地球化学图解

样号GZ-1GZ-2GZ-3GZ-4GZ-5GZ-6La52.351.552.357.35555.2Ce94.792.290.199.994.8100Pr1110.510.411.710.711.4Nd42.339.741464445.5Sm6.396.196.176.96.937.32Eu1.61.751.641.681.81.99Gd5.585.285.295.775.596.05Tb0.7930.7670.7670.8480.8170.868Dy3.513.323.413.953.693.88Ho0.6190.5750.5930.680.640.681Er1.921.791.852.051.962.12Tm0.2720.2520.2650.2810.2630.307Yb1.811.621.641.91.751.83Lu0.2590.2330.2390.2620.2610.283Y18.116.61718.417.919.3ΣREE223.05215.68215.66239.22228.20237.43LREE208.29201.84201.61223.48213.23221.41HREE14.7613.8414.0515.7414.9716.02LREE/HREE14.1114.5914.3514.2014.2413.82LaN/YbN20.7322.8022.8721.6322.5421.64δEu0.800.910.860.790.860.89δCe0.920.920.890.890.900.93Rb67.270.374.567.860.370Ba195521001978202620601729Th7.136.396.217.095.936.76U1.41.411.471.71.081.55Ta0.4960.4470.4110.4650.370.425Nb9.288.288.068.5877.9Sr998105397599610931142Zr25.714.717.918.513.121.9Hf0.9240.6970.720.820.6210.873Rb/Sr0.0670.0670.0760.0680.0550.061Nb/Ta18.7118.5219.6118.4518.9218.59

原始地幔标准化微量元素蛛网图(图4b)显示，闪长岩微量元素配分模式较为一致[14]。相对于原始地幔，岩石富集大离子亲石元素(如K，Ba，Rb)和活泼的不相容元素(如Th，U)，相对亏损高场强元素(如Nb，Ta，Ti，P)，显示岛弧或活动大陆边缘弧岩浆特点。Ta，Nb和Ti具负异常，P和Ti的亏损可能受到了磷灰石和钛铁矿分离结晶作用的影响。Rb/Sr比值为0.055～0.076，Nb/Ta比值为18.45～19.61。

5 锆石LA-ICP-MS U-Pb测年

锆石呈无色或浅黄褐色，以长柱或等轴状半自形—自形晶为主，粒径60～120μm，长短轴之比为1∶1～2∶1。锆石阴极发光图像显示大部分锆石具有典型岩浆锆石的韵律环带[15-16]，少数锆石具有极窄的增生边及云雾状分带，总体显示为典型岩浆锆石特征(图5)。根据锆石的内部结构，选取31颗锆石开展微区U-Pb测年分析，分析结果见表3。

6 讨论

6.1 岩浆源区和岩石成因

图4 崮庄闪长岩稀土元素球粒陨石标准化配分图(a.标准化值，据Boynton,1984)和原始地幔标准化蛛网图(b.标准化值据Sun and McDonough,1989)

测点号含量(×10-6)PbUTh/U同位素比值年龄(Ma)207Pb/206Pblσ207Pb/235Ulσ206Pb/238Ulσ207Pb/206Pblσ207Pb/235Ulσ206Pb/238Ulσ12620.91370.07060.01110.19650.03310.02020.000394632218231129221490.84350.15390.00910.44730.02570.02110.0003239010037522134232540.80220.19620.01360.61320.04850.02270.0005279511448638144342970.80280.04800.00680.11570.01640.01750.00039933711116112252920.85510.04670.00610.11340.01470.01760.00023231610914113161560.99810.04830.00790.11530.01820.01730.000211438811118111271301.01740.04780.00910.11340.01800.01720.000389453109171102841760.88440.04790.00240.11420.00590.01730.0001931191106111191401.08100.04800.01870.12600.03370.01900.00051019211203212131021230.75420.04950.00370.11800.00880.01730.000217217211381101111541.34180.04790.01030.11440.02190.01730.000295509110211112122681.04790.04660.00920.11270.01940.01750.000229472108191122131461.31980.04910.01090.12680.02350.01870.0003153519121221202142720.94450.04650.00490.11270.01190.01760.000226253108111121152760.95920.04720.01080.11470.02500.01760.000362545110241122162730.96430.04870.00650.11840.01470.01760.0002133316114141131171370.93110.04910.01310.12700.02740.01870.0003155624121261202181340.81240.24000.02260.77150.06340.02330.00053120150581481493191690.06280.07260.01330.11960.04910.01990.000510043721854512732031060.66240.08210.00600.22800.01800.02010.00021248143209171291211470.84240.06950.01740.18370.04540.01920.00059145161714212232231350.67630.07400.00570.19940.01540.01950.00021042155185141251232750.77340.04790.00350.11580.00870.01750.00029417411181121241590.93520.04880.00950.11860.02270.01760.00031394591142211322521190.64560.04720.00410.11500.01000.01770.000261208111101131262920.91960.04560.00270.11170.00660.01770.0002-21143107611312731041.05490.04800.01130.11430.03480.01730.0006975581103311142831290.79130.04670.00410.11300.00980.01750.00023521010991121294630.82500.36390.01001.48470.05220.02960.00053766429243318833021200.65680.04910.00530.11710.01280.01730.00021542521121211013131780.74770.04880.00610.11710.01490.01740.0002138295112141111

图5 锆石阴极发光图像

伟德山序列花岗岩岩石组合主体包括闪长岩至二长花岗岩的演化序列，在区域上侵入到前寒武纪变质基底中。崮庄闪长岩岩石化学组成显示其为高钾钙碱性岩系岩石，岩石中出现晶体较大的斜长石斑晶，针状发育的磷灰石显示了岩浆的快速冷却，表明岩浆具混合作用特点。这与前人对荣成、胶南等地伟德山序列花岗岩及暗色闪长质微粒包体的研究结论一致[3-4]。

崮庄闪长岩的主量元素CaO，MgO，FeOT，P2O5，TiO2与SiO2呈负相关，K2O，Na2O与SiO2基本呈正相关，岩浆具有一致的演化趋势，表明它们为同源岩浆演化的产物。岩石富集大离子亲石元素(如K，Ba，Rb)、LREE和活泼的不相容元素(如Th，U)，相对亏损高场强元素(如Nb，Ta，Ti，P)，显示岛弧或活动大陆边缘弧岩浆特点。

Ta，Nb和Ti具“TNT”负异常，主要显示俯冲带幔源岩石的成分特点[13]。P和Ti的亏损可能受到了磷灰石和钛铁矿分离结晶作用的影响。Rb/Sr=0.055～0.076，介于上地幔值(0.034)与地壳值(0.35)之间[17]，反映出壳幔混合源的特点。Nb/Ta为18.45～19.61，高于地幔平均值17.5[13]，亦显示壳幔混合的特点。

综上所述，崮庄黑云母闪长岩是由交代地幔部分熔融形成的基性岩浆与地壳物质熔融形成的酸性岩浆混合形成的，是该岩浆演化序列早期阶段的产物。

6.2 成岩年龄

崮庄岩体黑云母闪长岩中锆石的U含量为(30～178)×10-6，主要集中在(70～120)×10-6之间，Th/U比值除了19号点的值极低(0.0628)外，其余均分布在0.6456～1.3418之间，大于0.6，小于4，具有明显的岩浆锆石特点[18-19]。206Pb/238U年龄大部分集中在110～113Ma之间，其加权平均年龄为(111.7±0.6)Ma(MSWD=0.64，n=19)(图6)，与前人用全岩K-Ar法测得的年龄(113Ma)在误差范围内一致*山东省地矿局第六地质队，1∶5万威海九幅区域地质调查报告，1995年。。，因此，该年龄能更为精确地代表崮庄岩体的成岩年龄。

图6 崮庄岩体锆石U-Pb年龄谐和曲线

前人对胶东地区中生代花岗岩年代学作了大量研究[20-25]。近些年来，许多学者用锆石U-Pb法得到了更加精确的年龄数据，如玲珑花岗岩的锆石U-Pb年龄为160～140Ma[26]，郭家岭岩体SHRIMP锆石U-Pb年龄为130～126Ma[21,27]，金矿成矿年龄主要集中于123～110Ma[28-33]。其余点的206Pb/238U年龄大致可分为3组：149～144Ma，134～127Ma和125～120Ma，分别记录了该区域与之相对应的3期地质事件，即玲珑花岗岩成岩、郭家岭花岗岩成岩和胶东金矿成矿事件。

6.3 成岩构造环境判别

元素Nb，Y和Ta，Yb能有效地区分不同大地构造环境的花岗岩[34]，因而被用来区分火山弧花岗岩(VAG)、同碰撞花岗岩(Syn-COLG)、板内花岗岩(WPG)和洋脊花岗岩(ORG)。在花岗岩Nb-Y和Ta-Yb构造环境判别图解上(图7)，崮庄闪长岩投点落在火山弧花岗岩范围，暗示中生代早白垩世伟德山序列花岗岩与古太平洋板块向欧亚板块俯冲密切相关。与前人研究的郭家岭花岗岩之郭家岭岩体和上庄岩体的成岩构造环境一致[35]。

图7 崮庄闪长岩及郭家岭花岗岩Nb-Y(a)和Ta-Yb(b)构造环境判别图解(据Pearce et al.,1984和罗贤冬等，2014修改)

7 结论

(1)崮庄岩体黑云母闪长岩属过铝质、高钾钙碱性系列岩石，具有低SiO2、高Al2O3、高Na2O/K2O、高Mg#的地球化学特征。岩石中CaO，MgO，FeOT，P2O5，TiO2与SiO2呈负相关，K2O和Na2O与SiO2基本呈正相关，岩浆具有一致的演化趋势，为同源岩浆演化的产物。

(2)岩石富集大离子亲石元素(如K，Ba，Rb)、LREE和活泼的不相容元素(如Th、U)，相对亏损

高场强元素(如Nb，Ta，Ti，P)，Rb/Sr，Nb/Ta等特征显示岩浆具壳幔混合特点。

(3)崮庄闪长岩的成岩构造环境显示为火山弧花岗岩，暗示伟德山序列花岗岩与古太平洋板块向欧亚板块俯冲密切相关。

(4)崮庄岩体黑云母闪长岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为(111.7±0.6)Ma，属早白垩世。

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