中生代华北克拉通岩石圈减薄的证据——以河北武安固镇杂岩体为例*

霍延安 苏尚国杨誉博 顾大鹏

中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京100083

克拉通是地球上长期稳定的构造单元，约占陆地面积的50%。典型的克拉通岩石圈厚约为200km，具有低密度、低热流值和高刚性的特点，所以后期的地质改造对其影响很小(Pearson, 1999; 朱日祥等, 2011)。华北克拉通(North China Craton)于18亿年左右形成统一的结晶基底，至早中生代一直持续稳定的克拉通演化阶段(Gaoetal., 2002; 赵国春等, 2002)。但自中生代以来，NCC发生了大规模的岩浆活动以及构造变形，并且丢失了约120km的岩石圈地幔(Menziesetal., 1993; Fanetal., 2000)。目前，关于NCC岩石圈减薄主导机制存在着不同的观点(吴福元等，2008)，主要为：岩石圈拆沉(Gaoetal., 2004; 邓晋福等, 2006; Dengetal., 2007; Menziesetal., 2007; Liuetal., 2008; 许文良等, 2009)、热机械-化学侵蚀(Xuetal., 2004; Zhangetal., 2012; 李洪颜等, 2013)、地幔对流失稳(朱日祥等, 2011)和岩石圈地幔水化作用(Niuetal., 2005, 2015)。岩石圈减薄的时代为晚三叠世-早白垩世(Zhangetal., 2009；Yangetal., 2007; Wuetal., 2005; 朱日祥等, 2011; 李洪颜等, 2013; Niuetal., 2015;)。对于NCC岩石圈减薄的动力学背景也存在着不同的观点，但是古太平洋板块俯冲的重要影响已经被广泛接受。研究区河北省武安固镇位于NCC中部，就NCC中部来说：前人研究认为其岩石圈减薄机制主要为拆沉作用(邓晋福等, 2006；许文良等，2009；王玉，2018；霍腾飞等，2016)和热侵蚀作用(Xuetal., 2004; Zhangetal., 2012; 李洪颜等, 2013)；关于古太平洋板块俯冲的影响是否涉及到了中部，也存在着不同的见解(罗照华等, 1997; 陈斌等, 2005a, b; Niuetal., 2015; 孙熠, 2016)。那么导致NCC中部中生代岩石圈减薄的主导机制到底是拆沉还是热侵蚀？古太平洋板块俯冲的影响是否涉及到了中部？本文对固镇侵入杂岩体进行了野外地质调查、岩石学、矿物学、锆石U-Pb年代学、全岩地球化学和Lu-Hf同位素研究，详细讨论了各岩性的形成时代、源区及成因，以期得到关于NCC中部中生代岩石圈减薄的新启示。

1 区域地质背景

研究区武安位于华北克拉通中部的太行山南段，处于赞皇隆起带以南，东临太行山山前断裂，西接西柏峪深大断裂，是邯邢地区的重要成矿地带(图1)。该地区基底地层为太古宇赞皇群，上覆地层由老至新分别为：中元古代长城系，古生代寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生代三叠系、白垩系，新生代第三系、第四系，与基底地层呈角度不整合接触。研究区内广泛发育燕山期岩浆岩，出露面积约为350km2，岩体受北北东向深大断裂控制分为三个岩浆岩带，呈串珠状分布，分别为：东部岩浆岩带的新城岩体、洪山岩体、鼓山岩体，中部岩浆岩带的綦村岩体、矿山村岩体、武安岩体、固镇岩体，以及西部岩浆岩带的符山岩体。东部岩浆岩带主要岩性为正长岩，中部岩浆岩带为闪长岩-二长岩系列，西部岩浆岩带则为辉长岩-闪长岩系列，岩石自东向西基性程度逐渐增加(罗照华等, 1997；陈斌等，2005b)。

2 岩体地质和岩相学特征

固镇侵入杂岩体位于武安岩体南部，岩体附近地层为奥陶系马家沟组灰岩及第四系沉积物，侵入岩可分为闪长岩、二长岩、石英二长岩和正长岩。结合野外穿插关系和测年数据可以总结出侵入关系由新至老为似斑状闪长岩→中细粒闪长岩→中细粒二长岩→中细粒正长岩。似斑状石英二长岩侵入到中细粒石英二长岩中。岩体间常见渐变过渡，部分岩体间接触界线截然。隐爆角砾岩呈条带状、不规则状分布在杂岩体边缘(图2)。

图1 华北克拉通区域地质图(a)和研究区区域地质图(b)Fig.1 Regional geological map of the North China Craton (a) and regional geological map of study area (b)

图2 固镇侵入杂岩体地质图Fig.2 Geological maps of Guzhen intrusive complex

野外观察闪长岩体中流体脉发育(图3a)，部分地区分布密集，形成“流体脉墙”，暗示形成闪长岩的岩浆为一个富水的体系。等粒结构的闪长岩为灰白色，中细粒结构，块状构造，主要矿物为角闪石(35%～45%)和斜长石(45%～55%)，云母、绿帘石、磁铁矿及其他矿物含量约为5%～10%左右。似斑状闪长岩的斑晶为角闪石，多呈长柱状和六边形状，粒径约为3～7mm，含量约为5%～8%；基质主要为斜长石、角闪石、云母、碱性长石及少量其他矿物。镜下观察角闪石斑晶多呈长柱状和六边形状(图4i)，部分角闪石周围有磁铁矿圈。基质中的斜长石环带发育较少。

图3 固镇侵入杂岩体野外特征(a)闪长岩中的热液脉；(b)二长岩中的暗色微粒包体；(c)石英二长岩中的石英眼斑；(d)二长岩中发育反向脉的暗色微粒包体；(e)石英二长岩中的暗色微粒包体；(f)石英二长岩中的正长质“团块”Fig.3 Field characteristics of Guzhen intrusive complex

二长岩体中常见有不均匀现象，正长质岩浆呈团块状、阴影状、米级条带状存在于二长岩体中；暗色微粒包体也是十分常见的(图3b)，部分包体存在反向脉的切割(图3d)，即寄主二长岩质细脉穿切进暗色微粒包体的现象。二长岩，灰白色，中细粒结构，块状构造，主要矿物为斜长石、钾长石和角闪石。斜长石粒度约为2～3mm，含量约为40%～45%；角闪石粒度约为3～4mm，含量约为5%～10%；钾长石粒度约为2～3mm，含量约为35%～40%；石英含量约4%；副矿物为绿泥石、磁铁矿、榍石等，含量约为5%～7%。斜长石普遍发育聚片双晶和斜长石环带(图4d)，另发现部分斜长石核部发育针状磷灰石(图4g)，后被不具磷灰石的外圈包裹。二长岩中可见石英与辉石共生(图4e)、角闪石包裹长石等现象。暗色微粒包体(图4f)主要由粒度极细的角闪石和云母组成。

研究区石英二长岩暗色微粒包体发育，部分暗色微粒包体被寄主石英二长岩所晶出的长石切穿(图3e)。不均匀现象也十分常见，例如石英二长岩体中存在不规则状的正长岩团块(图3f)。石英二长岩中还可见石英眼斑，即石英斑晶周围镶有一圈暗色矿物微粒(图3c)。似斑状石英二长岩斑晶为角闪石，自形长柱状，粒度约为3～5mm，含量约为5%～8%，基质主要为钾长石(35%～40%)、斜长石(35%～40%)、石英(5%～10%)和少量绿帘石、磁铁矿等副矿物(5%～7%)。中细粒石英二长岩，灰白色，块状构造，主要矿物为斜长石、钾长石和角闪石。斜长石粒度约为2～3mm，含量约为40%～45%；角闪石粒度约为3～4mm，含量约为5%～10%；钾长石粒度约为2～3mm，含量约为35%～40%；石英含量约5%～10%；副矿物为磁铁矿、磷灰石等，含量约为5%～7%。石英二长岩中存在暗色微粒包体(图4a)，并且有短柱状磷灰石和针状磷灰石在其中共存(图4b)；斜长石环带发育，部分斜长石具有钠化边，呈现“膜长石”特征；部分斜长石晶形较为浑圆，周围有细粒的暗色矿物(角闪石)围绕生长(图4c)。

正长岩，浅肉红色，中细粒结构，块状构造，主要矿物为钾长石、斜长石和角闪石。钾长石粒径约为0.5～2.5mm，含量约为70%；斜长石粒度约为0.5～2.5mm，含量约为10%；角闪石粒径约为0.5～2.5mm，含量约为9%；石英含量约5%；其他矿物约占7%。镜下观察发现部分碱性长石具有绢云母化和高岭土化现象，斜长石可见显著的聚片双晶现象。

3 样品分析测试方法

矿物主量元素分析在中国冶金地质总局山东测试中心完成，测试仪器型号为：日本电子[JEOL]JXA-8230探针仪。分析条件：15kV电压，20nA电流，40°检出角，分析束斑：1～5μm，校正方法为ZAF法校正。

全岩主微量分析在河北廊坊市更新地质有限公司完成。主量元素检测标准为GB/T14506.28-2010，使用检测仪器为AxiosmaxX射线荧光光谱仪；FeO含量为滴定法测得；其灼失量为DZG20-1，H2O-为GB/T14506.1-2010，H2O+仪器为GB/T14506.2-2010，检测仪器为P1245电子分析天平。全岩微量元素分析采用ICP-MS 溶液法分析。详细样品分析过程以及ICP测试条件见Qietal.(2000)。

本文部分锆石U-Pb测年在北京离子探针中心SHRIMP II上完成。测试时一次流O2-强度为3～5nA，测试束斑直径为25～30μm。标样为M257 (U=840×10-6) 和TEM年龄为417Ma(Blacketal., 2003),分别用于锆石U含量和年龄校正。另一部分锆石采用了LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年分析，在内蒙古自治区地质调查院分析测试中心完成，测试所用仪器为多接收电感耦合等离子体质谱仪(Neptune Plus)和激光剥蚀系统(GeoLasHD193nm)。GJ-1、Plešovice标准锆石为本次实验的锆石标样。

全岩Sr-Nd同位素分析在中国地质大学(北京)科学研究院同位素实验室完成。首先称量0.1～0.2g全岩粉末样品，使用混合酸(HF+HNO3+HClO4)溶样，待样品完全溶解后蒸干，加入6mol/L的HCl溶液，将样品转化为氯化物蒸干。然后用 0.5mol/L 的HCl溶液溶解，使用Rb-Sr、Sm-Nd交换柱进行元素分离提纯和元素提取。最后用ISOPROBE-T热电离质谱仪完成元素比值测定。

锆石原位Lu-Hf同位素测试分析工作在内蒙古自治区地质调查院分析测试中心完成。测试仪器为为多接收电感耦合等离子体质谱仪(Neptune Plus)和激光剥蚀系统(GeoLasHD193nm)。实验中激光剥蚀物质的载气是He， 剥蚀直径为32μm，标准锆石为GJ-1和Plešovice。

表1固镇杂岩体SHRIMP锆石U-Pb定年数据

Table 1 SHRIMP zircon U-Pb data of Guzhen intrusive complex

续表1

Continued Table 1

测点号206Pbc(%)(×10-6)UTh206Pb∗Th/U同位素比值207Pb∗206Pb∗±%207Pb∗235U±%206Pb∗238U±%误差相关系数204corr207corr206Pb/238U206Pb/238UAge (Ma)Age(Ma)-5.10.001163141.10.30.14000.997.991.60.41381.30.7942232.3±24.42233.2±29.7-4.20.032411131060.50.167740.5011.821.30.51091.20.9182660.4±25.42705.2±36.1-6.10.01865235.40.60.15711.510.362.10.47811.50.6992518.9±30.22546.8±40.9-7.10.0421211092.40.50.165620.5411.611.70.50831.60.9452649.2±33.92696.9±48.1-6.20.15794734.30.60.16290.9411.411.70.50781.40.8332647.3±30.92703.7±44.3-8.10.14914636.20.50.15630.969.951.70.46161.40.8202446.5±27.92454.7±36-7.20.101576161.50.40.15530.719.751.40.45571.30.8702420.4±25.32424.6±32.2-8.20.0416310870.80.70.16230.6511.291.40.50481.30.8932634.2±27.92687.5±39.6-10.1-0.08825136.00.60.17001.311.982.00.51101.50.7492660.9±32.22697.9±45.9-9.10.31592917.20.50.10791.95.072.40.34061.50.6281889.7±25.21906.3±29.1-10.2-0.021569366.10.60.16340.6411.101.40.49251.20.8882581.4±26.42610.5±36

图5 锆石阴极发光照片Fig.5 CL images of zircons

4 锆石年代学

本文针对固镇杂岩体的不同岩性，包括闪长岩、二长岩、石英二长岩和正长岩，进行了锆石U-Pb定年。测试结果详见表1和表2。

闪长岩样品(B6368-2和B7909)的锆石自形程度良好，以短柱状为主，表面光滑(图5)。其中B7909为中细粒闪长岩，Th/U值为0.30～0.67(Hermannetal., 2001)，结合锆石特征，显示为岩浆锆石，计算的206Pb/238U加权平均年龄为131.7±1.2Ma(图6)。B6368-2为似斑状闪长岩，Th/U值为1.20～3.19，显示出岩浆锆石特征(Hermannetal., 2001)，计算的206Pb/238U加权平均年龄为126.7±1.1Ma (图6)。

中细粒二长岩样品(B7909-1)的锆石形态以短柱状为主，并且发育有较为显著的震荡环带(图5)，Th/U值较高为0.81～6.94，计算的206Pb/238U加权平均年龄为133.7±3.2Ma(图6)。

石英二长岩样品(B7824和HY1-3A)的锆石自形程度良好，以短柱状为主，发育震荡环带(图5)。HY1-3A为中细粒石英二长岩，Th/U值为0.30～0.83，计算的206Pb/238U加权平均年龄为129.5±1.1Ma(图6)；B7824为似斑状石英二长岩，Th/U值较高为1.28～3.41，计算的206Pb/238U加权平均年龄为126.6±1.3Ma(图6)。

正长岩样品(ZZ0726-2和PM14-5b1)的锆石自形程度较差(图5)，Th/U比值低，显示继承锆石特征(Hermannetal., 2001)，年龄集中在2300～2700Ma，可能为岩浆源区的继承或捕获锆石。以上2个样品测试结果协和度不高，未生成有效协和图。有研究者对区内的正长岩进行测年，测得其形成时代为135.6±1.1 Ma(王玉，2018)，本文采用此年龄来进行后续讨论。

表2固镇杂岩体激光拉曼锆石U-Pb定年数据

Table 2 LA-MC-ICP-MS zircon U-Pb data of Guzhen intrusive complex

测点号含量(×10-6)PbThUTh/U同位素比值Age (Ma)Age (Ma)206Pb238U1σ207Pb235U1σ207Pb206Pb1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σB7824石英二长岩1113237132.20.020910.000260.24850.007420.084910.00221133.41.71313.550.4282334511.930.021660.000320.37760.02260.115560.00572138.12.11888.7893103266602.020.019580.000240.130220.004480.048220.001571251.5110.376.941748015093.140.01910.000230.137810.003630.052660.001361221.5314.258.751545010892.420.020070.000240.1770.004540.064030.0015128.11.5742.649.561951817663.410.019260.000230.137480.004020.051810.001431231.5277.163.3772534461.760.019890.000240.133060.005760.048710.002051271.5133.798.781646212662.740.020060.000250.144780.004270.052460.001441281.6305.362.6961672871.720.022420.000320.281880.012340.091780.00368142.921462.876.110133959622.440.020460.000260.142050.003960.050570.00133130.61.6221.461112260019393.230.019530.000230.137740.003080.051340.00107124.71.5256.347.81241541971.280.02120.000280.187370.009740.06380.00317135.21.873510513133589332.60.020920.000260.196620.006460.067110.00193133.41.7841.359.914133889852.540.020370.000250.135790.004690.048650.001681301.6130.881.3152363521393.370.019830.000240.134710.003010.049440.00101126.61.5168.747.61651862901.560.020030.000250.136570.006750.049670.00242127.81.6179.7113.51762193571.630.019820.000240.161870.007790.059220.00279126.51.5575.1102.318103377842.330.019810.000250.127330.004510.046860.00159126.41.64281.2191545412462.750.020050.000250.135410.003680.049030.001221281.6149.458.3201442611252.640.019890.000240.134910.003850.049440.001371271.5168.564.821123778232.180.019930.000250.160490.004920.058060.00159127.21.653260221749215713.190.019480.000230.154250.004350.057160.00147124.41.5497.556.7231648113462.80.019850.000240.127640.003470.046680.00118126.71.532.960.42441462211.520.020480.000250.234920.011360.083520.00392130.71.61281.491.525103037262.40.019980.000240.137540.004680.050250.00172127.51.5206.779.2B7909闪长岩161974120.480.02010.00040.14940.02030.05410.0073128.32.3376.8303.2261923540.540.02070.00040.15270.02520.05340.0086132.42.7346.7365.6392656490.410.02130.00040.15710.01710.0540.0059135.72.5369.6246.2451672930.570.02160.00070.22850.03780.07360.0108137.84.61029.4298562104140.510.02080.00040.13610.02180.04810.0079132.52.5103.3386672134710.450.02080.00040.15390.01910.05390.0065132.92.7366.9272.67103097090.440.02090.00030.14350.01820.04990.0064133.62192.5298.482666021770.30.02160.00050.15250.00760.05150.0026137.63.1263114.5972214270.520.02120.00040.19420.02160.06650.0073135.52.6823.62281082844260.670.02120.00040.14930.01620.0510.0055134.92.5242.1249.4111539010820.360.02170.00050.20620.0190.06760.0053138.33.5855.5162.91292626290.420.02110.00050.1470.01780.04970.0057134.73182.8268.51372114300.490.02110.00040.15640.02180.05330.0072134.32.5342.5306.614102937040.420.02060.00040.14770.01520.05230.0053131.32.5296.8231.115113508210.430.02020.00030.14860.01220.05330.0043129.21.8341.5183.916113696330.580.02040.00030.14980.01270.05340.0045130.12344.7190.917103026580.460.02070.00050.14890.01550.05180.0053132.32.9275.8233.21861953770.520.02090.00050.15290.02350.05280.00781332.9318.5334.51962134120.520.02020.00030.14630.02210.05250.008129.12308345.32092776790.410.02010.00030.14610.01810.05280.0065128.22.1319.1279.82162013540.570.0210.00040.15120.01990.05280.007133.72.7322.3301.222103196720.470.02030.00030.14960.01310.05350.0047129.62.1349197.923123588510.420.02120.00040.1440.01360.04930.0046135.22.6162.4216.524133959170.430.02030.00030.14860.01050.05330.0038129.52.1343.1162.2

续表2

Continued Table 2

测点号含量(×10-6)PbThUTh/U同位素比值Age (Ma)Age (Ma)206Pb238U1σ207Pb235U1σ207Pb206Pb1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σB7909-1二长岩183183780264.370.021060.000260.143050.002460.049360.00069134.41.7164.832.823296418701.940.022460.000310.219730.007590.068620.00181143.22887.354.5356125854454.330.020780.000250.205180.003520.071740.00102132.61.6978.729490200091234.560.020830.000250.141110.002430.049180.00069132.91.6156.632.653283824332.90.021840.000270.161010.003060.053970.00099139.21.7369.741.461862580.940.247710.003763.694830.078280.107870.001621426.621.61763.727.572539541.40.486830.0061810.704810.187040.159530.00216255732.52450.622.981032063104255.050.021740.000270.254650.004810.08490.00128138.61.71313.229.291963193871.210.478090.0057610.811340.179330.164120.002152518.930.32498.522.1101152465126155.120.021010.000250.188340.003330.065090.000971341.6777.231.21149133335232.640.021590.000260.304740.005620.10210.00147137.71.71662.626.6122354520.980.358060.004267.449070.126610.1510.00209197323.52357.323.6132059415632.630.021050.000260.145050.003410.050010.00106134.31.6195.449.21465156470344.50.020240.000240.160250.002860.057440.00085129.21.5508.332.51576157274364.730.021970.000250.320.008730.105520.00264140.11.61723.54616891991620.810.379580.005217.797560.139630.1490.001942074.328.52334.522.3173080923202.870.021670.000290.362640.016250.115430.00447138.21.81886.669.818861652114556.940.021620.000290.629030.015160.207820.0038137.91.92888.629.61964129259154.580.022980.000310.585350.013610.182110.00303146.51.92672.127.52049144641432.870.020060.000250.275550.005490.099030.001491281.61605.928.1212777422972.970.020340.000240.163170.003320.058120.00101129.81.5534.238.22231106719901.870.020620.000260.144460.002910.050690.00082131.61.6226.837.42351124748953.930.020460.000250.143210.002590.050860.00078130.61.6234.535.4242852812172.310.027040.000630.945140.064210.21220.009517242922.472.525992132112905.30.019750.000240.262650.00490.097690.00187126.11.51580.435.8HY1-3A石英二长岩162263990.570.019890.000330.143430.018630.052440.006711272.1304.4291.4282335730.410.020330.000390.149950.019010.053520.0065129.72.5351274.333831000.830.022810.000720.349820.062990.107490.01883145.44.61757.3320.34102817790.360.020430.000430.150590.017620.054010.00621130.42.7371.5258.95102777550.370.021280.000380.17170.015770.059130.00557135.72.4572205641113837160.310.020010.000280.131850.00550.047770.00184127.71.887.891.57113318390.390.020390.000440.147440.013740.052660.00477130.12.8314.3205.981747514370.330.020530.000370.15190.010010.053920.003581312.3367.8149.5972633980.660.020090.000310.133520.018780.048110.00669128.22104.7328.51072224310.510.019890.000440.226630.028370.081770.009751272.81240233.61172093520.590.021630.000460.309440.025080.103780.007921382.91692.8140.6121951615160.340.02050.000350.140690.011960.049550.00405130.82.2174190.61392616620.390.0210.000390.151430.016870.052490.005811342.5306.72521461884270.440.020320.00040.142560.022710.051720.00806129.72.6272.9357.21582425060.480.021670.00050.222580.024820.073850.00752138.23.21037.4205.716154399080.480.020790.000610.233970.033230.079630.00897132.73.91187.9222.317103216030.530.020240.000390.133930.015450.048320.00563129.22.5115274.819113009210.330.020070.000380.143020.015480.051580.00522128.12.42672322093136150.510.020120.000330.146150.013540.053020.00486128.42.1329.720821123809090.420.020290.000310.135890.016760.048220.00565129.52110276.6221643411480.380.020770.000290.243560.027430.084770.00897132.51.81310.2205.42331011230.820.020820.000480.15170.037530.052490.0131132.93.1307568.524112698890.30.021940.00060.299580.028270.096070.00772139.93.81549.1150.9251847712830.370.021270.000370.231120.015120.078640.00491135.72.41163123.72682105090.410.020720.00050.379330.041610.129960.01297132.23.22097.4175.3

表3固镇杂岩体的主量元素(wt%)和稀土微量元素(×10-6)组成

Table 3 Major (wt%) and trace elements (×10-6) compositions for Guzhen intrusive complex

样品号B6219B6368-1B6368-2HY1808B6436B6443H1607PM14H1-12H1815H1-3AH1813B6415B6215B6249B6546岩性闪长岩包体中细粒二长岩石英二长岩正长岩SiO252.9654.0452.8654.1656.6959.7559.5157.5962.6966.9466.1967.7260.3860.861.259.85Al2O315.8814.2714.6914.214.9316.8516.7316.4117.1815.9416.3616.3616.5517.4416.8616.78TiO20.850.650.740.80.70.590.590.710.50.370.40.360.50.610.610.54Fe2O34.333.084.025.233.943.813.925.063.181.912.370.933.44.563.973.92FeO4.484.523.924.053.622.422.482.351.781.051.130.532.261.231.581.87MnO0.180.140.140.250.130.110.110.070.090.050.060.030.070.080.070.07MgO5.968.387.495.985.532.692.793.451.581.071.220.812.941.651.812.87CaO6.96.186.956.885.585.055.384.734.152.422.932.673.352.172.723.25Na2O4.083.883.843.884.314.494.686.424.555.474.945.638.016.86.25.37K2O2.262.52.462.42.52.852.361.532.913.563.443.91.123.083.443.56P2O50.40.290.310.340.30.290.30.330.240.150.160.130.260.270.280.24LOI1.451.82.311.61.470.830.871.190.360.870.250.681.011.091.011.44Total99.7599.7299.7499.7599.7199.7399.7399.8399.7499.7899.7699.7599.8699.7899.7799.76Mg#55.9 67.2 63.9 54.9 57.9 45.1 45.3 47.1 37.8 40.8 40.0 51.4 49.6 35.5 38.5 48.7 A/CNK1.03 0.97 0.96 0.93 1.00 1.12 1.10 0.99 1.19 1.06 1.13 1.03 0.95 1.06 1.03 1.07 Li12.616.212.26.068.449.915.8310.76.456.334.84.967.169.753.719.91Rb42.262.742.148.9544.550.832.920.251.6544.266.1242.9233.756.461.250.8Ba93892711321215.51481138712744341452119516401674701119410761387Th1.912.532.752.24.852.912.683.253.324.874.374.533.062.772.652.91U0.40.660.560.910.970.610.560.640.91.131.050.831.250.990.950.61K1899321084208692020221041238571976412841243892983728750326609382258722887029994Cs0.491.090.330.530.370.320.120.110.30.240.330.40.10.130.130.32Nb6.20 4.415.039.135.956.035.635.078.87.829.188.455.267.297.976.03Sr698.0 618.0 437.0 570.0 738.0 842.0 894.0 751.0 794.6 445.5 647.7 482.4 457.0 454.0 514.0 842.0 P1766128513811503132612751320145510566607025721144119112341062Zr106.0 105.0 156.0 129.9 111.0 126.0 130.0 131.0 157.1 172.6 205.9 237.9 108.0 154.0 179.0 126.0 Ti5158395845334862425435663568430330262239241421773025370036963285Y21.60 14.40 17.20 27.07 16.00 15.40 14.90 17.10 16.75 16.48 15.80 19.16 13.50 15.20 15.50 15.40 V198.0 156.0 178.0 165.6 185.0 115.0 124.0 179.0 81.90 53.53 64.15 33.34 131.0 118.0 114.0 115.0 Cr169.0 383.0 296.0 181.9 245.0 29.40 37.70 43.80 7.14 10.28 8.84 7.92 47.20 25.40 20.10 29.40 Mn1393101399419251065854838510677369455249518535521854Fe65154567155862868110557354549246728536973610421536253781063241377414864007841984Ni88.40 212.00 142.00 31.43 67.70 13.80 20.10 23.30 7.02 6.92 5.82 5.87 19.00 12.10 11.80 13.80 Cu14.00 40.50 15.30 12.94 14.70 5.19 6.30 6.24 6.48 9.00 4.60 8.15 9.02 41.00 108.00 5.19 Zn81.10 83.40 75.30 92.97 69.40 56.60 51.10 34.80 45.84 21.04 32.71 20.56 30.60 57.80 31.80 56.60 Ga20.70 17.10 17.60 19.55 19.70 20.70 20.70 21.00 21.46 17.98 21.15 18.07 19.50 20.50 20.40 20.70 La27.40 23.20 27.30 31.23 31.50 29.20 29.80 22.40 33.67 31.38 33.19 33.61 22.30 35.70 36.40 29.20 Ce56.80 46.40 55.00 64.20 59.10 62.00 55.30 45.00 60.42 52.93 59.55 58.76 41.90 63.60 66.80 62.00 Pr7.56 5.83 7.00 8.83 7.26 7.57 6.90 6.62 7.34 6.33 6.94 7.27 5.12 7.21 7.77 7.57 Nd33.00 22.80 27.90 35.01 27.70 28.60 26.90 27.40 28.58 22.03 25.42 25.58 19.80 29.40 31.10 28.60 Sm6.35 4.39 5.37 7.06 5.38 5.00 5.03 5.21 4.99 3.88 4.27 4.38 3.88 5.02 5.26 5.00 Eu2.07 1.46 1.85 2.25 1.72 1.74 1.69 1.80 1.88 1.42 1.64 1.62 1.28 1.65 1.71 1.74 Gd6.02 3.99 4.70 5.69 4.05 3.91 3.99 4.72 4.39 3.40 3.74 3.77 3.38 4.26 4.41 3.91 Tb0.77 0.54 0.64 0.88 0.58 0.59 0.61 0.69 0.62 0.48 0.51 0.52 0.46 0.56 0.60 0.59 Dy4.32 2.89 3.46 4.73 3.14 3.00 3.01 3.62 3.03 2.51 2.55 2.72 2.50 3.07 3.05 3.00 Ho0.86 0.57 0.68 0.89 0.61 0.60 0.59 0.70 0.56 0.47 0.48 0.52 0.51 0.62 0.60 0.60 Er2.27 1.56 1.82 2.54 1.55 1.65 1.54 1.93 1.63 1.46 1.40 1.58 1.38 1.61 1.58 1.65 Tm0.34 0.23 0.28 0.45 0.24 0.26 0.26 0.31 0.27 0.26 0.25 0.29 0.22 0.24 0.25 0.26 Yb2.23 1.55 1.83 2.48 1.62 1.57 1.63 1.97 1.68 1.55 1.63 1.70 1.47 1.63 1.62 1.57 Lu0.31 0.23 0.28 0.40 0.24 0.25 0.25 0.30 0.25 0.26 0.24 0.27 0.22 0.23 0.24 0.25 L/H7.78 9.00 9.09 8.23 11.03 11.34 10.57 7.61 11.01 11.35 12.13 11.54 9.30 11.67 12.07 11.34 ∑REE150.3 115.6 138.1 166.6 144.7 145.9 137.5 122.7 149.3 128.4 141.8 142.6 104.4 154.8 161.4 145.9

图6 固镇侵入杂岩体U-Pb年龄协和图Fig.6 U-Pb age concordia diagram of Guzhen intrusive complex

图7 固镇侵入杂岩体SiO2-K2O图解(a)和TAS图解(b)Fig.7 SiO2 vs. K2O diagram (a) and TAS diagram (b) of Guzhen intrusive complex

5 地球化学特征

5.1 全岩主量元素

固镇侵入杂岩体的主量元素测试结果见表3。

闪长岩SiO2含量为52.9%～54.0%，Al2O3含量为14.3%～15.9%，K2O+Na2O含量为6.3%～6.4%，CaO含量为6.2%～7.0%，MgO含量为6.0%～8.4%。在TAS图解中(图7b)数据点均落入二长闪长岩区。在SiO2-K2O图解中(图7a)，样品点均落入高钾钙碱性区域。

表4固镇侵入杂岩体全岩Sr-Nd分析数据

Table 4 Whole-rock Sr and Nd isotopic data of Guzhen intrusive complex

样品号岩性Age (Ma)87Rb/86Sr87Sr/86Sr147Sm/144Nd143Nd/144NdIsrεNd(t)tDM(Ga)B6368-1闪长岩126.70.30240.7063430.11640.5117390.70580-16.32.20ZZ0726-1二长岩127.40.15090.7062950.11270.5116930.70602-17.02.19B6749b石英二长岩127.40.16280.7059920.11280.5118570.70570-13.91.95B6461正长岩1350.85660.7072850.09980.5115480.70575-19.72.14B6252正长岩1350.32380.7066800.10210.5116600.70610-17.62.03

表5固镇侵入杂岩体锆石Lu-Hf同位素测试结果

Table 5 Zircon Lu and Hf isotopic data of Guzhen intrusive complex

测点号Age(Ma)176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177HfεHf(t)tDM1(Ma)tDM2(Ma)fLu/Hf闪长岩B7909-2131.6 0.2015930.0084940.2829769.37488.5 627.1 0.74B7909-7134.4 0.1397730.0054610.2827993.42728.2 1067.3 0.84B7909-8132.6 0.1255360.0048320.2827993.43715.3 1070.2 0.85B7909-13134.3 0.1715180.0068370.2828645.6651.0 903.2 0.79B7909-18132.9 0.1315950.0051870.2827832.84748.3 1109.9 0.84B7909-21134.0 0.2143320.008690.28301310.7425.3 535.0 0.74二长岩B7907-12428.9 0.0146690.0005850.2813021.522690.8 2917.3 0.98B7907-22524.0 0.0073420.0002890.2812733.162709.0 2872.3 0.99B7907-32461.8 0.0522410.002150.28169613.652249.0 2084.9 0.94B7907-5139.9 0.1574630.005550.282561-4.91111.7 1661.5 0.83B7907-61893.0 0.0392290.0015150.2817584.472123.9 2310.6 0.95B7907-7147.0 0.1779960.006120.282609-3.121052.6 1533.7 0.82B7907-8130.4 0.1842160.0064260.282679-0.98948.2 1367.6 0.81B7907-92450.8 0.0069120.0002710.2812711.452710.3 2939.5 0.99B7907-102490.7 0.0350530.0013320.2813292.642705.6 2881.8 0.96石英二长岩HY16-1122.9 0.12270.0047060.282429-9.811289.3 2008.4 0.86HY16-2125.3 0.108320.0041060.282402-10.691309.0 2081.0 0.88HY16-3122.7 0.1620130.0062320.282602-3.831068.2 1564.2 0.81HY16-4122.4 0.225190.0085290.282844.41729.6 964.1 0.74HY16-5123.4 0.1931820.007040.282681-1.09963.3 1363.1 0.79HY16-6129.4 0.0774020.0031260.282317-13.521398.3 2301.3 0.91HY1-3-6127.7 0.1126410.0040760.282429-9.671266.1 2011.1 0.88HY1-3-9128.2 0.0720490.0027910.282243-16.131493.7 2493.0 0.92HY1-3-13134.0 0.0811090.0030960.282236-16.291516.7 2503.3 0.91HY1-3-19128.1 0.0712960.0027510.28225-15.891481.8 2475.8 0.92HY1-3-20128.4 0.0642060.0025020.282173-18.581583.3 2673.4 0.92HY1-3-21129.5 0.0917530.003480.282314-13.661416.8 2305.5 0.9

图8 固镇侵入杂岩体球粒陨石标准化稀土元素配分图(a-d,标准化值据McDonough and Sun, 1995)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(e-h,标准化值据Sun and McDonough, 1989)Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns (a-d, normalization values after Mcdonough and Sun, 1995) and primitive mantle-normalized trace element patterns (e-h, normalization values after Sun and McDonough, 1989) of Guzhen intrusive complex

二长岩SiO2含量为56.7%～59.8%，Al2O3含量较高为14.9%～16.9%。K2O+Na2O含量为6.8%～7.9%。CaO含量为4.7%～5.6%。MgO含量为2.7%～5.5%。A/CNK值平均为1.0～1.1，表明研究区二长岩为准铝质岩石。在TAS图解(图7b)中落入二长岩区域。在SiO2-K2O图解中(图7a)，样品主要分布在高钾钙碱性系列，1个样品落入中钾钙碱性系列。

石英二长岩SiO2含量为62.7%～67.7%，Al2O3含量较高为15.9%～17.2%。K2O+Na2O含量为7.5%～9.5%。CaO含量为2.4%～4.2%。MgO含量为0.8%～1.6%。A/CNK值介于1.0～1.2，表明研究区石英二长岩为准铝质岩石。在TAS图解(图7b)中落入石英二长岩区域。在SiO2-K2O图解中(图7a)，样品分布在高钾钙碱性系列。

正长岩SiO2含量介于59.9%～61.2%之间，Al2O3含量为16.6%～17.4%，K2O+Na2O含量为8.9%～9.9%，CaO含量为2.2%～3.4%，MgO含量为1.7%～2.9%。A/CNK值为0.9～1.1，表明研究区正长岩为准铝质岩石。在TAS图解中(图7b)数据点均落入正长岩区域。在SiO2-K2O图解中(图7a)， 样品主要分布于高钾钙碱性系列，1个样品位于中钾钙碱性系列。

5.2 全岩微量元素和稀土元素

微量元素与稀土元素分析测试结果见表3。

固镇杂岩体各岩性球粒陨石标准化稀土元素配分曲线皆呈现“右倾”，且样品均无明显Eu异常或具有微弱Eu正异常(图8a-d)。原始地幔标准化微量元素蛛网图(图8e-h)显示，固镇杂岩体各岩性均富集Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，有较深的Nb-Ta槽。各岩性中，闪长岩的Cr、Ni含量远高于其他岩性。

5.3 全岩Sr-Nd同位素

Sr-Nd同位素测试结果见表4。

对研究区固镇杂岩体的闪长岩、二长岩、石英二长岩和正长岩进行了Sr-Nd同位素测试，结果如下：闪长岩ISr=0.70580，εNd(t)=-16.3，tDM=2.20Ga；二长岩ISr=0.70602，εNd(t)=-17.0，tDM=2.19Ga；石英二长岩ISr=0.70570，εNd(t)=-13.9，tDM=1.95Ga；正长岩ISr=0.70575～0.70610，εNd(t)=-19.7～-17.6，tDM=2.03～2.14Ga。

5.4 锆石Lu-Hf同位素

在对固镇侵入杂岩体闪长岩、二长岩和石英二长岩锆石进行Lu-Hf同位素的分析。固镇侵入杂岩体锆石Lu-Hf同位素组成测试结果详见表5。

固镇闪长岩(B7909)176Hf/177Hf值为0.282783～0.283013，εHf(t)值为2.84～10.70，tDM1值为425.3～748.3Ma，tDM2值为535～1109.9Ma。闪长岩中未发现老的继承锆石。

固镇二长岩(B7907)根据锆石年龄可分为两组：第一组年龄为130.4～147.0Ma，176Hf/177Hf值介于0.282561～0.282679之间。εHf(t)值介于-4.90～-0.98之间。tDM1值为948.2～1111.7Ma，tDM2值为1367.6～1661.5Ma。第二组年龄为1893.0～2524.0Ma，176Hf/177Hf值介于0.281271～0.281758之间。εHf(t)值介于1.45～13.65之间，tDM1值为2123.9～2710.3Ma，tDM2值为2084.9～2939.5Ma。

固镇石英二长岩(HY16和HY1-3):176Hf/177Hf值介于0.282173～0.28284之间，εHf(t)值介于-18.58～4.41之间，tDM1值为729.6～1583.3Ma，tDM2值为964.1～2673.4Ma。

有研究者对本区正长岩进行了Lu-Hf同位素组成测试，176Hf/177Hf值介于0.28217～0.28245，εHf(t)值介于-18.4～-14.0，tDM1值为1318.1～1580.4Ma，tDM2值为1930.2～2671.8Ma(蒋俊毅，未刊数据)。

5.5 矿物化学特征

角闪石和斜长石电子探针分析结果见表6和表7。

本文根据Ridolfietal. (2010)提出的钙质角闪石温压计计算公式，对研究区闪长岩和石英二长岩中的角闪石进行了一系列计算(表6)，所得结果如下：中细粒石英二长岩中角闪石结晶压力为129.3～180.4MPa，对应的结晶深度为5～6km；角闪石结晶时的熔体含水量为3.94%～4.87%。似斑状石英二长岩中角闪石斑晶核部结晶压力为323.0～324.8MPa，对应的结晶深度为12.20～12.27km，熔体含水量为5.05%～5.77%；角闪石斑晶边部和基质角闪石的结晶压力为54.58～81.13MPa，对应的结晶深度为2.06～3.06km，熔体含水量为3.68%～3.83%。似斑状闪长岩中角闪石斑晶核部结晶压力为419.4～449.6MPa，对应的结晶深度为15.84～17.01km，熔体含水量为6.12%～56.27%；角闪石斑晶边部和基质角闪石的结晶压力为65.4～81.9MPa，对应的结晶深度为2.47～3.10km，熔体含水量为4.52%～4.92%。

研究区二长岩和石英二长岩中均发育斜长石的异常环带(表7)。二长岩中发育反环带的斜长石：核部An牌号介于35～37之间，边部突然增长至47～60>45。石英二长岩中部分斜长石环带为正环带，但是从核部到边部An牌号呈陡然降低的趋势，核部An牌号介于50～53之间，边部陡然降低至33～36；另有部分斜长石为反环带，核部An=23～24，边部An牌号升至47～52。

6 讨论

6.1 岩体的形成时代

固镇杂岩体中细粒闪长岩和似斑状闪长岩的206Pb/238U加权平均年龄分别为131.7±1.2Ma(图6)和126.7±1.1Ma (图6)；中细粒二长岩的206Pb/238U加权平均年龄为133.7±3.2Ma；中细粒石英二长岩和似斑状石英二长岩的206Pb/238U加权平均年龄分别为129.5±1.1Ma(图6)和126.6±1.3Ma(图6)；前人对区内的中细粒正长岩进行测年，测得其形成时代为135.6±1.1Ma(王玉，2018)。

根据以上测试结果，本文认为研究区岩体形成时代和岩石结构有一定关联性，总体看，等粒结构岩体的形成时代早于似斑状结构岩体，岩浆活动可分为两个期次：第一期次岩浆活动形成等粒结构的深成岩体，包括中细粒闪长岩、中细粒二长岩、中细粒石英二长岩和中细粒正长岩，形成时代约为130～135Ma； 第二期次岩浆活动形成浅成的似斑状岩体，包括似斑状闪长岩、似斑状石英二长岩，形成时代约为127Ma。

6.2 岩石成因及源区

Sr-Nd同位素通常被认为可以指示岩石的源区。本文中所有样品在ISr-εNd(t)图解中(图9)，均落在壳幔混合区域，且εNd(t)值相差不大。Leisher(1990)通过实验证明，当有不同物质组分的端元加入岩浆时，同位素的交换明显的快于元素的交换和混合；不相容元素的交换快于主量元素。Sr-Nd同位素的交换是在瞬间完成的。是以本文认为，研究区所有样品εNd(t)特征所能明确的仅仅是固镇杂岩体各岩性的Sr、Nd同位素已然达到了混染后十分均一的状态，表明固镇杂岩体经历了壳幔相互作用，对于原始源区的性质，已经不具备指示意义。而Hf同位素则不同，锆石的Hf同位素体系封闭温度很高，即使在高级变质条件下仍可保持最初的Hf同位素组成，使Hf同位素示踪具有一定的优越性，能更好的显示原始的源区性质(吴福元等，2007)。故而本文采用Hf同位素来进行有关岩石源区的讨论。

表7固镇侵入杂岩体斜长石探针数据分析结果(wt%)

Table 7 Major elements compositions (wt%) of feldspars for Guzhen intrusive complex

测点号SiO2TiO2Al2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OTotalAnAb二长岩B6443-158.28 0.00 25.42 0.30 0.05 0.04 7.21 6.62 0.43 98.55 37 61 B6443-258.68 0.06 25.09 0.31 0.01 0.02 7.03 6.75 0.4898.44 35 62 B6443-356.56 0.06 26.82 0.31 0.00 0.00 9.05 5.76 0.33 99.00 46 52 B6443-455.43 0.03 27.11 0.34 0.01 0.02 9.45 5.65 0.26 98.41 47 51 石英二长岩HY1-4-154.83 0.00 28.28 0.25 0.01 0.02 10.44 5.45 0.22 99.52 51 48 HY1-4-254.82 0.01 28.70 0.34 0.00 0.00 10.89 5.41 0.21 100.41 52 47 HY1-4-356.03 0.05 28.23 0.27 0.00 0.01 9.67 5.66 0.24 100.15 48 51 HY1-4-455.71 0.00 27.93 0.22 0.00 0.00 9.72 5.86 0.23 99.71 47 52 HY1-4-562.38 0.00 23.95 0.22 0.03 0.00 4.99 8.57 0.53 100.66 24 73 HY1-4-661.72 0.00 23.91 0.25 0.05 0.00 4.69 8.35 0.46 99.48 23 74 HY1-5-154.21 0.00 28.51 0.27 0.00 0.00 10.57 5.56 0.20 99.34 51 48 HY1-5-254.66 0.00 28.51 0.22 0.01 0.00 10.81 5.23 0.24 99.67 53 46 HY1-5-354.80 0.00 27.82 0.22 0.00 0.02 10.43 5.54 0.23 99.08 50 48 HY1-5-458.74 0.03 25.39 0.22 0.03 0.01 6.97 7.36 0.38 99.12 34 64 HY1-5-558.79 0.00 25.78 0.16 0.00 0.01 7.33 7.10 0.27 99.45 36 63 HY1-5-660.19 0.01 25.42 0.22 0.01 0.01 6.74 7.49 0.28 100.37 33 66

图9 固镇侵入杂岩体εNd(t)-Isr图解(底图据张旗等，2008)Fig.9 εNd(t) vs. Isr diagram for Guzhen intrusive complex (base map after Zhang et al., 2008)

图10 固镇侵入杂岩体La-La/Sm图解Fig.10 La vs. La/Sm diagram for Guzhen intrusive complex

图11 固镇闪长岩微量元素构造判别图解(据Pearce et al., 1996)Fig.11 Tectonic setting discrimination diagram with trace elemental plots of Guzhen diorites(after Pearce et al., 1996)

La-La/Sm图解(图10)可以指示岩浆过程中是否存在分离结晶作用，因为La为超岩浆元素，固-液相分配系数很低(与0.2～0.5比较可以忽略不计)，在分离结晶过程中浓度变化缓慢，在部分熔融过程中浓度变化大；而Sm为亲岩浆元素，固-液相分配系数大于超岩浆元素，但与1比较可仍忽略不计，所以在分离结晶过程中同样浓度变化缓慢，而在部分熔融过程中浓度的变化小于La (韩吟文等, 2003)。如果本文岩浆经历了分离结晶过程，La-La/Sm图解中的轨迹应为图示水平虚线。在La-La/Sm图解中(图10)，研究区不同岩性的样品La与La/Sm为正相关关系，说明它们之间不具结晶分异关系。

通过Sr-Nd同位素特征明确了固镇杂岩体各岩性都经历了壳幔相互作用，通过La-La/Sm图解明确了研究区不同岩性之间不具结晶分异关系，下面本文将分别讨论固镇杂岩体不同岩性的源区和成因。

6.2.1 闪长岩

高镁安山岩(High-Mg andesites)是指比典型的岛弧安山岩具有更高的MgO(>5%)和Mg#(>45)，更低的Al2O3(<16%)和CaO(<10%)的安山岩，高镁闪长岩是与之对应的侵入岩(Tatsumi, 2001)。从地球化学特征来看，固镇闪长岩富镁(6.0%～8.4%)，高Mg#值(56～67)，Al2O3含量为14.3%～15.9%，CaO含量为6.2%～7.0%。从形成的构造环境来看，太行山造山带被认为是中生代环太平洋岩浆弧的组成部分(罗照华等，1997)，138Ma左右古太平洋板块俯冲的弧岩浆前锋移至太行山(陈斌等，2005a)，在微量元素构造判别图解(图11)中所有闪长岩样品均落入火山弧花岗岩区域。以上特征说明固镇闪长岩属于高镁闪长岩(Tatsumi, 2001)。高镁闪长岩有可能是非高镁闪长岩质岩浆形成的堆晶岩，经观察，固镇闪长岩中并不存在堆晶结构，判断其不是堆晶岩，而是岩浆直接结晶产生的，可以用全岩化学成分对本区的高镁闪长岩成因展开进一步的讨论。

关于高镁闪长岩的成因的观点，目前并不统一，有观点认为它的形成是俯冲板片洋壳部分熔融的熔体和/或脱水产生的流体与地幔楔交代的结果(Tatsumietal., 1982; Kelemenetal., 1995 2003; Tatsumi, 1995)；也有研究认为，富硅熔体与地幔橄榄岩相互作用也可以形成高镁闪长岩，富硅质熔体可能来自于地壳，也可能来自于俯冲板片的部分熔融(Xuetal., 2002, 2008; Gaoetal., 2004)。相同的是，两种假说的主要源区都是交代地幔(Yinetal., 2010)。

固镇高镁闪长岩Mg#值较高(56～67)，而地壳部分熔融形成的岩石Mg#值不会大于42(Wolfetal., 1992; Rappetal., 1995)。εHf(t)值大于0(图12)，176Hf/177Hf介于0.28310～0.28297之间，与Schmidbergeretal. (2002)所测得的加拿大Somerset岛橄榄岩176Hf/177Hf值相近也表明其幔源特征。同时固镇闪长又表现出富Na以及富含Cr、Ni、Co等过渡族元素的特征，Zr/Nb的值介于17～31之间，远远大于OIB的Zr/Nb值(5.83)，以上特征均表明初始岩浆并非来自于软流圈地幔，而是源自岩石圈地幔。那么交代岩石圈地幔的物质是俯冲板片脱水流体？来自洋壳部分熔融产生的熔体？还是地壳部分熔融产生的富硅质熔体？须进行进一步讨论解决。

图12 固镇侵入杂岩体U-Pb年龄与εHf(t)图解符山辉长岩-闪长岩样品引自Chen et al., 2008；正长岩样品引自蒋俊毅，未刊数据Fig.12 U-Pb ages vs. εHf(t) diagram for Guzhen intrusive complex

华北克拉通已发现较多源自SCLM (Subcontinental Lithospheric mantle)的岩石，可以作为了解其化学成分的窗口。部分岩石起源于低金云母/单斜辉石比率的SCLM最上部(Schimidtetal., 1999; Guoetal., 2003)，具有低的87Sr/86Sr(0.7039～0.7058)和低的143Nd/144Nd(0.5114～0.5123)(Guoetal., 2001)，岩性主要为辉长岩和玄武岩，分布于太行地区、NCC北缘以及山东西部等地；部分岩石起源于受扬子克拉通俯冲改造的地幔橄榄岩(Zhangetal., 2002; Yingetal., 2004)，具有较高的87Sr/86Sr(0.7061～0.7118)和低的143Nd/144Nd(0.5114～0.5121)(Zhangetal., 2002; Yingetal., 2004; Yangetal., 2004)，岩性主要为玄武岩、安山岩碳酸岩等，分布在山东东部、山东西部等地。而本文中以及部分NCC其他地区(如鲁西等地)的高镁闪长岩与以上两种均有不同，具有中等的87Sr/86Sr(0.7053～0.7074)和较高的143Nd/144Nd(0.5117～0.51247)(Xuetal., 2004)，表明源区地幔经历了不同的改造过程。

固镇高镁闪长岩中有大量的黑云母和角闪石，暗示岩浆源区存在较高的水逸度。本文利用Ridolfietal. (2010)总结出的钙质角闪石温压计对固镇似斑状高镁闪长岩中的角闪石进行了相关计算，结果显示角闪石斑晶在16～17km深度结晶时，岩浆含水量高达6%左右，即使在浅部定位后，含水量也大于4%。而研究区西侧地幔源区受拆沉地壳影响的高镁闪长岩(许文良等，2009)，用同样方法测得的岩浆含水量仅为2%左右，部分小于1%(孙熠，2016)。微量元素的比值(La/Yb、Th/Yb、Ba/La、La/Nb等)被广泛应用于识别含水流体和俯冲带沉积物(Hawkesworthetal., 1991; Pearce and Peate, 1995)。Ba比LREE更易溶于流体，另一方面Th和Yb在含水流体中不易迁移，因此当俯冲板片的流体加入到地幔楔源区中时，Ba/La值应升高，Th/Yb不变。本文中高镁闪长岩样品具有较低且集中的Th/Yb值和升高的Ba/La值，样品分布呈现出俯冲板片流体加入的趋势。以上特征均表明固镇高镁闪长岩的形成过程中可能有俯冲板片脱水产生的流体加入。且实验岩石学已证明，地幔橄榄岩的局部熔融只能产生玄武岩，然而在含水条件下，顽火辉石发生不一致熔融可以产生镁橄榄石和SiO2，从而形成富Si富Mg的高镁闪长岩(邓晋福等，2004)，与本文讨论结果相一致。

研究区西侧的符山高镁闪长岩的地幔源区经历了拆沉下地壳的强烈改造(许文良等，2009)，致使其εHf(t)值小于0，在Hf同位素图解中主要分布在-10～-20区间(图12)，与之相比，固镇高镁闪长岩的εHf(t)值则大于0。另外，固镇闪长岩具有更高的Mg#值(56～67)和过渡族元素(Cr、Ni、Co等)含量。同时值得注意的是，符山高镁闪长岩中存在大量的下地壳继承锆石，而研究区闪长岩中并未发现。以上特征说明固镇高镁闪长岩的地幔源区并没有经历地壳物质的强烈改造，其受地壳物质改造的程度远远小于符山高镁闪长岩。那么造成其明显富集LILE亏损HFSE的应当另有其他原因。

地幔橄榄岩中，各残留相的KdYbmin/liq远远小于1，使Yb表现为极不相容元素，典型的岛弧英安岩中Yb含量平均为4.4×10-6，而源区为地幔橄榄岩的固镇高镁闪长岩Yb含量较低(1.6×10-6～2.2×10-6)，推测其亏损HREE是由于源区残留相中存在KdYbmin/liq>1的矿物，而石榴子石是地幔中能使岩浆富集LILE亏损HREE的矿物。已有研究表明，被俯冲板片熔体交代的地幔橄榄岩能大规模的转化为辉石+石榴子石+角闪石+金云母组合(Prouteauetal., 2001)，此矿物组合在后续的熔融过程中，以3:1的比例产生石榴子石和单斜辉石(Francis and Ludden, 1995)，这个过程使石榴子石得以在更大的熔融程度下保持稳定，进而产生像固镇高镁闪长岩一样的富集LILE亏损HREE的岩浆。同时，由于源区石榴子石在较大区间保持稳定，大量的Lu存留在石榴石中，而Hf则进入熔体相，导致熔体相具相对较高的176Hf/177Hf和较低的176Lu/177Hf，也可以解释研究区εHf(t)值较高的现象(Patchettetal., 1981; Bizimisetal., 2003; Schmitzetal., 2004)。另外，即使固镇高镁闪长岩显示出明显的Nb、Ta亏损，但其Nb的浓度(4.41×10-6～6.2×10-6)大于地幔Nb含量(通常<1×10-6)，Nb在流体中不易迁移(Tatsumietal., 1986)，却能够跟随熔体转移，推测一定量的Nb元素跟随俯冲板片熔体进入了地幔橄榄岩。综上所述，固镇高镁闪长岩源区地幔橄榄岩可能经历了俯冲板片富硅熔体的交代。

根据上述讨论得出，固镇高镁闪长岩是被俯冲板片熔体和流体交代后的地幔橄榄岩部分熔融的产物，且高镁闪长质岩浆在上升途中与地壳发生了较弱的同化混染。

6.2.2 正长岩

邯邢地区正长岩出露将对较少，主要出露在研究区东侧的永安县洪山地区，武安地区也有少量出露，目前研究最多的为洪山正长岩体，认为其源区为EMI型富集地幔(陈斌等，2005b)。而对武安杂地壳的正长岩则缺少研究。那么武安的固镇正长岩具有怎样的成因呢？

研究区正长岩εHf(t)值介于-18.4～-14.0之间，显示壳源特征，不同于源区为EM1型富集地幔的洪山正长岩(εHf(t)值介于-7.0～-10.0之间, 陈斌等，2005b)。对固镇杂岩体样品进行SHRIMP定年，发现正长岩样品所测定的大部分锆石均为介于2300～2700Ma的继承锆石(表1)，也说明了固镇正长岩的源区可能为华北地台古老下地壳，幔源的洪山岩体则从未发现过大规模的继承锆石。实验岩石学已证明，地壳中玄武质岩石部分熔融形成花岗岩类Mg#值不大于42(Wolfetal., 1992; Rappetal., 1995)，而研究区部分正长岩样品Mg#较高(35.5～49.6)，证明了幔源物质的贡献。推测是由于幔源岩浆的底侵作用(以固镇闪长岩为代表)导致了幔源物质的混入。

固镇正长岩稀土元素球粒陨石标准化图解中(图8c)可见Eu几乎无异常或呈Eu正异常，表明源区无斜长石残留，重稀土元素的亏损，表明源区有石榴子石残留，根据残留相推断研究区高Sr低Yb型正长岩形成深度可能大于40km(张旗等, 2006)。即使有幔源组分的加入，本文中正长岩样品的Nb/La比值仍很低(平均0.2)，等同于华北下地壳岩石Nb/La的下限，推测下地壳部分熔融可能发生于金红石稳定的条件，指示研究区正长岩起源于增厚地壳。另，Condie (1973)提出了安山质岩石SiO2为60%时K2O的质量分数K60与地壳厚度的关系，而后周珣若和吴克隆(1994)将其扩大到成分近似安山质的侵入岩中，证明具有较好的可移植性。基于K60与地壳厚度的依赖关系(邓晋福等，2004)，可以从岩石系列得到地壳厚度的总体框架：低钾钙碱性系列地壳厚度<17km，中钾钙碱性系列地壳厚度为17～40km，高钾钙碱性系列地壳厚度为40～67km。在SiO2-K2O图解中(图7a)，固镇正长岩样品点主要落入高钾钙碱性系列，推测地壳厚度在40～67km之间。仅一个样品落入中钾钙碱性系列，此样品在野外和镜下均显示经历了强烈的钠化作用，钠化作用导致了K2O含量的降低。综上所述，固镇正长岩形成于加厚陆壳的部分熔融，地壳厚度约为40～67km。

6.2.3 二长岩和石英二长岩

二长岩以及石英二长岩在本文固镇研究区广泛出露。在野外地质勘查过程中，就发现了固镇二长岩和石英二长岩具有极其显著的岩浆混合成因的野外宏观特征，具体描述如下：

暗色微粒包体(Mafic microgranular enclave)是指分布于花岗质岩石之中，暗色、细粒的，且比寄主岩石更富铁镁矿物的岩石包体，是岩浆混合最重要的特征(王德滋等，2008)。研究区二长岩、石英二长岩中普遍发育闪长质暗色微粒包体(MME)，呈水滴状、椭圆状、不规则状等形态(图3b, d, e；图4a, f)，与寄主岩体接触边界多不截然，表明包体进入寄主岩浆中时，二者均为塑性的或处于流动状态。部分包体发育反向脉，这是由于淬冷导致MME突然冷凝收缩形成了不规则裂缝，使寄主岩浆得以注入到包体之中(图3d)。二长岩和石英二长岩体中混合导致的成分不均匀现象也十分常见(Barharin, 1999; 王涛, 2000)，如：正长岩呈团块状包卷在石英二长岩体中；正长岩呈阴影状、不规则状赋存与二长岩中(图3f)；石英二长岩岩体中有米级正长岩条带等，体现出不同端元岩浆共存时的塑性状态，甚至是紊流状态。区内二长岩、石英二长岩内亦可见石英斑晶外圈被细小的暗色矿物镶边(图3c)，这种现象通常称为石英眼斑，也是一种典型的岩浆混合现象，当偏基性岩浆中已经结晶的石英由于岩浆混合而进入偏基性端元时，作为捕掳晶的石英会发生融解变得浑圆，并吸收岩浆中的结晶潜热，使其晶体周围形成一个局部过冷的环境，致使暗色矿物围绕其结晶。以上现象的普遍存在，使我们不得不考虑，研究区的二长岩以及石英二长岩是岩浆混合的产物。

图13 固镇侵入杂岩Harker图解Fig.13 Harker diagrams of Guzhen intrusive complex

研究区的二长岩以及石英二长岩的岩浆混合成因也得到了地球化学和同位素的支持。在Harker图解中(图13)，固镇二长岩与区内高镁闪长岩和正长岩呈现出良好的成分过渡关系，在Hf同位素图解中(图12)，二长岩样品分布在闪长岩和正长岩之间，结合野外特征可以推测二长岩是由区内正长岩和闪长岩混合形成的，二者分别为酸性端元和基性端元。与固镇二长岩不同，研究区石英二长岩的SiO2含量大于正长岩，很显然不可能是正长岩与闪长岩混合的产物。同时对石英二长岩中的基性包体做了地球化学测试，结果显示其与区内高镁闪长岩具有相似的地球化学性质(图8a, e)，故而推测石英二长岩的基性端元与二长岩相同，均为区内闪长岩，其酸性端元可能是一种比区内正长岩更富Si的岩浆，在混合过程中已经耗尽或者未出露地表。在Hf同位素图解中(图12)，石英二长岩的样品分布在较大的区间，也可以用岩浆混合作用来解释(吴福元等，2007)。

除野外宏观特征和地球化学特征以外，矿物的显微构造和化学成分的变化能更好的为岩浆混合作用的发生提供有力证据。镜下观察二长岩和石英二长岩中普遍发育具有岩浆混合特征的显微构造，如：暗色微粒包体以及其中共存的短柱状磷灰石和针状磷灰石(图4a, b)(Wyllieetal., 1962)；辉石、石英和云母共生的不平衡矿物共生现象(图4e)；斜长石核部发育针状磷灰石后被无磷灰石的边部包裹(图4g)(Wyllieetal., 1962)；暗色矿物聚集生长(图4h)等。另外，斜长石的异常环带也普遍存在于二长岩和石英二长岩之中，斜长石存在两种异常环带：第一种就是我们通常说得“反环带”——斜长石核部An牌号低为，二长岩集中在35～37，石英二长岩集中在23～33，外圈被富Ca的长石包裹，An牌号增至>45；第二种异常环带从核部到边部整体看来是An牌号降低的正环带，但是这种牌号的变化并不是渐变的，而是突变的，通常是核部的牌号为50左右，到边部陡然降低到<40，最低可达<30。一般认为，当结晶环境较为稳定和封闭时，会形成斜长石的正环带，或者岩浆房内的对流将斜长石带到岩浆房的不同部位导致结晶条件的微弱变化会导致斜长石具有震荡环带(Viccaroetal., 2010)，但总体来说，斜长石An牌号的变化幅度较小，不会超过10。本文中二长岩和石英二长岩的斜长石呈现的An牌号异常，暗示晶体形成于开放的岩浆系统，有基性岩浆的注入(Tepleyetal., 2000)。

6.3 对华北克拉通中部中生代岩石圈减薄的指示意义

部分研究认为，古太平洋板块俯冲的影响没有涉及到华北克拉通中部，因为华北克拉通中部距海岸线距离过远，超过了1000km。并且有研究表明，NCC中部的下部为贫水地幔(夏群科等，2017)，另外，在山东铁铜沟发育有直接源自俯冲板片熔融的花岗岩(Martinetal., 2005)，而研究区则未见出露。然而有地球物理数据显示，克拉通下滞留在地幔过渡带的古太平洋板块属于水平俯冲(陈斌等，2005a)，板块水平俯冲的影响可以远至2000km的距离，如果将中生代以来中国东部巨大的伸展量以及新生代形成的日本海的距离去除，太行山当时距离古太平洋俯冲带的距离应该小于2000km(陈斌等，2005b)。本文研究的固镇高镁闪长岩是被俯冲板片熔体和流体交代后的地幔橄榄岩部分熔融的产物，是古太平洋板块俯冲影响涉及到了NCC中部的印证，本文未发育类似山东铁铜沟直接由俯冲板片熔融形成的花岗岩(Martinetal., 2005)，可能是由于体量较少，在交代岩石圈地幔时已经耗尽。综上所述，本文认为古太平洋板块俯冲作用的影响也涉及到了NCC中部，但受影响的程度小于NCC东部。

Kayetal.(1993)提出，当地壳厚度>50km时，下地壳可向榴辉岩相转变，使下地壳密度大于地幔，进而导致下地壳的拆沉作用。经上文讨论，固镇正长岩形成于加厚陆壳的部分熔融，形成深度约为40～67km，显然研究区的地壳已具备拆沉作用发生的厚度。同时，下地壳熔出正长质岩浆后，留下比重较大的榴辉岩相，会导致重力失稳而促进下地壳的拆沉。不仅本文研究区，华北克拉通中部的其他地区也存在加厚陆壳部分熔融所形成的岩体，例如，武安地区西石门正长岩(135Ma)(王玉, 2018)、山西省运城的蚕坊岩体和孤峰岩体(130Ma)(齐玥等, 2016)等。以上区域加厚地壳熔出富含易熔组分的岩浆后，都会导致下地壳向榴辉岩相的转变，进而很可能产生拆沉作用的发生。并且在华北克拉通中部也确实有多处成因与拆沉作用相关的岩体，且形成时代集中在126～130Ma之间，正是既加厚陆壳熔融成因的岩体形成时代之后，例如位于华北克拉通南部临汾市万荣岩体、万峰山岩体、狐偃山岩体和黄龙垴岩体等，均形成于127～130Ma之间(霍腾飞等, 2016)；太行山南段的符山高镁闪长岩(126Ma)中包含有被地壳物质改造的幔源包体，被认为是地壳拆沉导致的结果(许文良等, 2009)。

那么是否可以对NCC中部拆沉作用发生的时间做出制约呢？研究区固镇杂岩体存在中细粒结构岩体与似斑状结构岩体密切共生的现象，对固镇杂岩体似斑状闪长岩、似斑状石英二长岩和中细粒石英二长岩中的角闪石进行全铝温压计计算(Ridolfietal., 2010)，从计算结果(表6)可知：中细粒石英二长岩中角闪石结晶深度，即等粒结构岩体的就位深度为5～6km。似斑状闪长岩中角闪石核部的结晶深度为16～17km，角闪石斑晶边部和基质角闪石的结晶深度为3km(似斑状闪长岩定位深度)；似斑状石英二长岩角闪石斑晶核部的结晶深度为12km，角闪石斑晶边部和基质角闪石的结晶深度为2～3km(似斑状石英二长岩定位深度)。综合研究区锆石U-Pb测年数据结果(表1、表2)：等粒结构岩体的形成时代集中在130～135Ma，形成最晚的等粒结构的岩体(中细粒石英二长岩)年龄约为130Ma；随后，似斑状结构的岩体集中形成于127Ma。也就是说，在大约3Myr之间，地壳的隆升剥蚀达2～4km。这说明研究区的此次的地壳隆升剥蚀是快速的、剧烈的、突发的，这很有可能与拆沉作用有关。拆沉作用具有“灾变性”(邓晋福等, 2006)，引起地壳减薄和隆升的过程是突然的，而不是缓慢的，与本文研究区所体现的隆升过程一致。研究区似斑状岩体的快速上升侵位均发生在127Ma，暗示发生拆沉作用的时间节点在127Ma左右。总结前人的研究资料发现： NCC中部中生代岩浆活动主要集中在138～124Ma，源自加厚地壳部分熔融或富集地幔的岩体形成时代区间为138～130Ma，源自加厚陆壳拆沉或经历了快速上升侵位的岩体形成时代集中在127Ma左右，个别为130Ma(蔡剑辉等，2003；许文良等，2004；陈斌等，2005a, b；苏尚国等，2006；刘玲等，2009；霍腾飞等，2016；齐玥等，2016；)，与本文所得的127Ma时间节点相一致。推测NCC中部在127Ma爆发了大规模的拆沉作用，130Ma可能为此次大规模拆沉的前奏。

综上所述，古太平洋板块俯冲作用的影响也涉及到了NCC中部，但受影响的程度小于NCC东部；拆沉作用在NCC中部岩石圈减薄过程中发挥重要作用，大规模拆沉作用发生的时间节点为127Ma。

7 结论

(1)研究区岩体形成时代和岩石结构有一定关联性，总体来看，等粒结构的岩体形成时代早于似斑状结构岩体，研究区岩浆活动可分为两个期次：第一期次岩浆活动形成等粒结构的深成岩体，包括中细粒闪长岩、二长岩、石英二长岩和正长岩，形成时代约为130～135Ma；第二期次岩浆活动形成浅部的似斑状岩体，包括似斑状闪长岩和石英二长岩，形成时代约为127Ma。

(2)结合野外观察、岩相学、矿物学、地球化学等特征，讨论分析了固镇杂岩体的成因：固镇闪长为高镁闪长岩，是被俯冲板片熔体和流体交代后的地幔橄榄岩部分熔融的产物，岩浆在上升途中与地壳发生了较弱的同化混染。固镇正长岩形成于加厚陆壳的部分熔融，地壳厚度约为40～67km。固镇二长岩是由区内正长岩和闪长岩混合形成。研究区石英二长岩是区内闪长岩与另一种更富硅的岩浆混合形成。

(3)俯冲板片物质(流体+熔体)对固镇高镁闪长岩的形成有重要贡献，显示出古太平洋板块俯冲作用的影响也涉及到了NCC中部，但受影响的程度小于NCC东部；正长岩形成于加厚陆壳部分熔融，显示出拆沉作用在NCC中部岩石圈减薄过程中发挥重要作用。结合角闪石温压计计算结果和前人研究成果可以推测， NCC中部大规模拆沉作用发生的时间节点为127Ma。

致谢感谢邓晋福老师、罗照华老师在成文过程中以及野外工作时的教导与帮助；同时感谢师门的同学们在野外工作过程中的帮助！