胶东郭家岭序列北截杂岩体SHRIMP锆石U-Pb年代学、岩石学、地球化学特征及构造意义

迟乃杰,2，韩作振2，单 伟，刘传娥3，熊玉新，舒 磊，李增胜，郭广军，马祥县

(1.山东省地质科学研究院 自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东 济南 250013；2.山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590；3.山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014)

胶东地区是中国最大的黄金生产基地，也是世界第三大金矿区，累计查明金资源量和产能多年来稳居全国第一，中国绝大多数超大型、大型金矿均集中于此。长期以来，胶东地区的金成矿研究一直是地学研究的热点问题，前人[1-4]在区域构造、成矿流体、岩浆演化、成矿机制等方面开展了一些研究，主要涉及典型成矿区岩浆岩的岩相学、矿物学、同位素地球化学、元素地球化学及流体包裹体的研究，但对构造-岩浆-成矿的研究相对欠缺。与胶东地区许多大型-特大型金矿关系密切的呈串珠状展布的郭家岭序列花岗岩在岩石成因方面还存在争议。曲晓明等[5]将郭家岭期的岩浆作用分为两个阶段，早期以花岗闪长岩为主，晚期以呈小岩株产出的石英闪长岩为主，认为郭家岭花岗岩是由壳幔物质混合形成。杨进辉等[6]认为郭家岭花岗闪长岩是由下地壳镁铁质岩石脱水部分熔融作用形成。常裕林等[7]指出郭家岭花岗岩应该属于幔源物质参加的同熔型花岗岩，可能经历了多期次构造-岩浆作用。因此，明确郭家岭花岗岩成因、阐明其形成机理和演化过程等对中国东部中生代深部构造格架、岩浆演化及金成矿过程与机制等研究具有重要意义。

本研究在胶东地区郭家岭期花岗闪长岩岩石学、地球化学、同位素年代学等的基础上，通过对郭家岭序列北截杂岩体的地质背景、SHRIMP 锆石U-Pb年代学、岩石学、地球化学的系统研究，探讨了地壳结构对岩浆演化的约束以及北截岩体的形成演化过程和成因，为胶东地区中生代以来地质体结构的形成以及地质作用过程的研究提供了新的视角。

1 区域地质背景

胶东地区是发育中生代构造-岩浆作用的内生热液金成矿集中区。胶东地处胶东半岛胶辽隆起区[8]，西为郯庐断裂带，南与大别-苏鲁超高压变质带相接。胶东地区地层主要为胶东岩群，是区内最古老的地层，呈包体形式残留于新太古代栖霞序列TTG中，呈东西向分布，主要岩石类型为斜长角闪岩、黑云变粒岩、斜长片麻岩等，是一套角闪岩相和角闪麻粒岩相的区域变质岩。胶东地区岩浆活动强烈，分布广泛，是由160～150 Ma的玲珑序列且原地重熔型钙碱性黑云二长花岗岩和132～126 Ma的郭家岭序列且壳幔混合成因的高钾钙碱性花岗闪长岩组成[9]；郭家岭序列花岗闪长岩岩体呈串珠状NEE方向侵入玲珑序列二长花岗岩中；郭家岭序列岩体自西向东出露规模依次增大，分别为三山岛岩体、上庄岩体、北截岩体、丛家岩体、曲家岩体和郭家岭岩体(图1(a))。

本次研究对象为招远市张星镇正西方向出露的郭家岭序列北截杂岩体(图1(b))，岩体内发育两种岩相不同的花岗闪长岩 (图2(a))，分别为似斑状中粗粒花岗闪长岩(图2(b))和似斑状细粒花岗闪长岩(图2(c))；二者的岩石类型及矿物组成均为含斑花岗闪长岩类，斑晶为钾长石，基质为斜长石、钾长石、石英、黑云母、角闪石、榍石、不透明矿物等(图2(d))，但基质的粒度及暗色矿物含量存在较大差异。中粗粒花岗闪长岩样品呈浅肉红色，钾长石斑晶粒径5～15 mm，含量15%～25%，基质包括石英(25%～30%)、斜长石(25%～35%)、钾长石(10%～15%)及少量黑云母(5%～7%)、角闪石(1%～5%)，矿物粒径为2.0～7.0 mm。细粒花岗闪长岩样品呈浅灰色，斑晶较小，直径3～8 mm，斑晶含量约10%～15%；石英、长石等矿物粒径一般小于3.0 mm，以中细粒为主；暗色矿物主要为黑云母(约10%)及角闪石(5%～10%)。

(a)胶东地质简图；(b)北截杂岩体地质简图

2 分析方法

2.1 锆石SHRIMP年龄测定

研究区北截杂岩体锆石SHRIMP年龄样品的锆石单矿物挑选委托廊坊诚信地质服务公司完成。首先将样品机械破碎至80目，然后磁选、重液分选和锆石人工挑选，获得单颗粒锆石。锆石U-Pb测年工作委托中国地质科学院北京离子探针中心完成，先将挑选出的纯净锆石裱在不含U-Th-Pb的环氧树脂靶上，然后对样品靶表面进行抛光处理，之后用透射光和反光照相并喷金，最后是阴极发光(CL)照相，选择生长环带较好、无裂纹的锆石颗粒进行年龄测定。详细制靶和实验流程见宋彪等[10]。

本次共测试点位49个，对测定结果用标样U-Th-Pb同位素含量及年龄进行校正，普通铅根据实测的204Pb进行校正，单个数据点误差为1σ，加权平均年龄误差为95%可信度，数据处理采用Squid和Isoplot程序，由离子探针中心工作人员完成。

2.2 岩石地球化学分析

全岩主微量、稀土元素测试由国土资源部济南矿产资源监督检测中心完成。先将新鲜岩石样品(300 g左右)粉碎到200目，采用湿化学分析法进行主量元素分析，其中SiO2烧失量采用重量法；CaO、MgO、FeO采用容量法。微量元素和稀土元素分析采用等离子发射光谱仪(IRISIntrepidII)、原子吸收光谱仪(AASPE400，PE600)、原子荧光光谱仪(AFS-820)、等离子质谱仪(XSERIES2)等完成，采用国家标准GB/T 14506—2010《硅酸盐岩石化学分析方法》校正，微量元素的测定误差低于10%，主量元素的测定误差低于5%。

(a)北截岩体两种花岗闪长岩接触关系及(b)、(c)的采样位置；(b)中粗粒似斑状花岗闪长岩；(c)中细粒似斑状花岗闪长岩；(d)显微照片，主要造岩矿物为石英(Qtz)、斜长石(Pl)、黑云母(Bt)、角闪石(Hbl)

3 结果

3.1 锆石 SHRIMP测试结果

对采自郭家岭序列北截杂岩体的似斑状中粗粒花岗闪长岩(BJ-b3)和似斑状中细粒花岗闪长岩(BJ-b7)样品进行SHRIMP锆石U-Pb定年，锆石阴极发光CL图像均显示振荡环带结构发育，大多锆石具核幔结构，反映其继承性生长的特点。锆石颗粒较大，幔部生长结构清晰，环带规整，长宽比1∶3～1∶2，符合岩浆锆石的特征，内核多呈浑圆状、浅白色，部分颜色较深；部分锆石具暗色生长边，可能为后期流体作用所致。

似斑状中粗粒花岗闪长岩的锆石U含量为330～2 339 μg/g (表1)，Th含量12～227 μg/g，Th/U比值为0.02～0.44，变化范围中等。分析结果显示2个太古代年龄和2个侏罗纪年龄，锆石呈浑圆状特征表明这些年龄较老的锆石均为继承锆石，其他11个分析点的206Pb/238U年龄集中分布在128～136 Ma (图3)，加权平均值为(132.9±1.2) Ma(MSWD=1.6)，该年龄为似斑状中粗粒花岗闪长岩的结晶年龄。

似斑状中细粒花岗闪长岩的锆石U含量为75～1 555 μg/g(表1)，Th含量为3～255 μg/g，Th/U比值为0.03～1.09，变化范围较大。年龄结果中有2个为元古代年龄、1个为三叠纪年龄，为继承锆石的年龄，其他的10个分析点的206Pb/238U年龄在(125.9～136.5) Ma(图3)，加权平均值为(129.7±1.1) Ma(MSWD=1.5)，该年龄为似斑状中细粒花岗闪长岩的结晶年龄。

图3 北截杂岩体中粗粒花岗闪长岩与中细粒花岗闪长岩中锆石阴极发光图像和锆石U-Pb谐和图

3.2 全岩主微量元素特征

由表2所示，似斑状中细粒花岗闪长岩样品的SiO2含量为72.10%～73.36%，Na2O/K2O为1.52～3.68>1.0，表现为富钠特征；Na2O+K2O值为7.06%～8.23%，在TAS投点图中(图4(a))样品点落在花岗岩区；在K2O-SiO2图解(图4(b))中样品点落入高钾钙碱性系列区域。含铝指数A/CNK为0.94～0.98，在A/CNK-A/NK投点图上(图4(c))与郭家岭花岗岩及高Sr-Ba花岗岩类似，属于准铝质花岗岩。似斑状中粗粒花岗闪长岩样品SiO2含量为70.52%～74.10%，Na2O/K2O为1.09～1.53，具富钠特征；Na2O+K2O值为7.76%～8.77%，在TAS投点图中样品点落在花岗岩区(图4(a))；在K2O-SiO2投点图中(图4(b))落入高钾-中钾钙碱性系列区域。含铝指数A/CNK为0.90～1.05，在A/CNK-A/NK投点图上(图4(c))中落入准铝质-弱过铝质花岗岩。

在微量元素原始地幔标准化图解中(图5(a))，似斑状中粗粒花岗闪长岩岩体与似斑状中细粒花岗闪长岩岩体均明显富集Ba、Sr、K、Pb等大离子亲石元素(large ionic lithophile element，LILE)，亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素(high field strength element，HSFE)，高Sr/Y比值110.87～278.14，Rb/Sr比值为0.029～0.076，显示出典型的高Ba-Sr花岗岩所具有的地球化学特征，表现出大陆下地壳岩石部分熔融形成的酸性岩浆与早先幔源岩浆底侵作用形成的年轻镁铁质地壳部分熔融形成的中性岩浆混合形成的岩浆岩特征。

在球粒陨石标准化稀土元素(rare earth element，REE)配分图上(图5(b))，似斑状中细粒花岗闪长岩的稀土元素含量略高于似斑状中粗粒花岗闪长岩，二者的ΣREE分别为38.96～54.45 μg/g和33.40～85.20 μg/g。二者均具有富集轻稀土(light rare earth element，LREE)、亏损重稀土元素(heavy rare earth element，HREE)的特点，(La/Yb)N分别为21.76～37.77和16.07～26.47，LREE/HREE比值分别为11.91～21.50和10.59～17.35，轻、重稀土发生了明显的分馏。两类花岗闪长岩，均具有较明显的正铕异常(δEu为1.25～2.37)，表明岩浆演化过程中发生了长石的堆晶作用；δCe为0.79～1.32，具较高含量的Sr和La和较低含量的Y、Yb，表现出埃达克质岩石的特征。

表2 花岗闪长岩主量元素(%)、微量元素(μg/g)分析结果

图4 北截两种花岗闪长岩岩体的主量元素变异图

图5 北截杂岩体及相关岩体(标准化值据 Sun and McDonough, 1989[13])

4 讨论

4.1 北截杂岩体形成时代

近年来，随着高精度同位素测年技术的成熟与应用，前人[14-16]对胶东早白垩世花岗岩做了大量的同位素年代学研究，认为胶东郭家岭序列花岗闪长岩的形成时间大致限定在123～132 Ma，年龄集中在127～130 Ma，表明它们近于同时期或前后时期相继侵位，平均值127.9 Ma作为代表郭家岭序列花岗闪长岩形成的统一年龄。本次工作测得北截杂岩体两种不同岩性花岗闪长岩岩石SHRIMP 锆石 U-Pb年龄分别为(129.7±1.1) Ma和(132.9±1.2) Ma，略老于郭家岭序列其他岩体的侵入时间，说明北截岩体是郭家岭型序列花岗闪长岩中较早期的侵入岩体。

4.2 北截杂岩体的岩浆物质来源与成因

锆石熔融温度较高，早期形成的变质热液锆石或岩浆结晶锆石在后期中酸性岩浆演化过程中保留下来成为继承锆石，是复杂地质演化过程中的良好物源指示器。本次研究测得北截杂岩体中的似斑状中粗粒花岗闪长岩的继承锆石年龄主要为2 788、2 418、180和167 Ma，其中：2 788 Ma年龄与2.8 Ga的唐家庄岩群[8]或中太古代的十八盘序列、官地洼序列[17-18]形成年龄一致；2 418 Ma年龄与新太古代的官道序列形成时代[18]或胶东岩群黑云变粒岩单颗粒锆石年龄一致；167～180 Ma年龄接近于玲珑序列的锆石年龄值。似斑状中细粒花岗闪长岩的继承锆石年龄主要为1 781、1 440、220、158 Ma，1 781 Ma年龄与元古代莱州序列或芝罘群地层形成时代一致[17-18]；1 440 Ma年龄表明胶东地区可能存在1.4 Ga未出露的中新元古代陆壳或TTG片麻岩；220 Ma年龄与三叠纪柳林庄序列[18]的花岗岩形成时代一致，同时与胶南—威海造山带在加里东期和印支期的高压-超高压变质作用时间相同[19]，结合其岩浆锆石的性质，认为该年龄的锆石更可能来源于柳林庄序列的花岗岩的捕获锆石；158 Ma年龄与侏罗纪玲珑序列的花岗岩形成时代一致。因此，推断北截岩体花岗闪长岩的岩浆物质来源十分复杂，两类花岗闪长岩中继承锆石的年龄区间有一定的差别，表明岩浆穿越的路径略有不同，似斑状中粗粒花岗闪长岩的岩浆经过太古代的侵入岩体或沉积变质地层形成，而似斑状中细粒花岗闪长岩的岩浆经过了元古代的侵入岩体或沉积变质地层而形成；两种母岩浆共同经历了近地表较浅的侏罗纪玲珑序列的侵入。

从哈克图解(图6)中可以看出，两种不同岩性花岗闪长岩的主、微量元素及其比值具有良好的线性关系，结合前文提到的二者具有相似的稀土元素配分模式和微量元素，表明二者可能为同源岩浆演化的结果，因此北截杂岩体是由同源的多个单一侵入体相继侵入形成。

图6 北截岩体花岗闪长岩哈克图解

前人[20]岩相学研究表明，北截岩体花岗质岩石中的钾长石与斜长石存在反环带现象，并认为这反映了幔源区成份注入的特征。此外，Wyllie等[21]和Xu等[22]对北截杂岩体花岗闪长岩的研究也指出这些花岗闪长岩为岩浆混合成因。本次分析的似斑状中粗粒花岗闪长岩与似斑状中细粒花岗闪长岩样品均具有相对高的Cr、Ni、Co、Sc含量并明显贫Zr含量特征，与幔源岩浆注入的特征相吻合，表明北截杂岩体的两期花岗闪长质岩浆是早先幔源岩浆底侵作用形成的年轻镁铁质地壳部分熔融形成的中性岩浆和胶北地体的基底岩石胶东群变质岩部分熔融形成的酸性岩浆混合作用的结果。

4.3 成矿构造环境分析

元素Nb、Y、Yb、Ta、Sr/Yb的相关比值能有效区分花岗岩形成的构造环境。在花岗岩Nb-Y和Yb-Ta构造环境判别图解上(图7)，北截杂岩体的细粒花岗闪长岩和粗粒花岗闪长岩样品全部落入火山弧花岗岩范围内；北截杂岩体的花岗闪长岩Sr、Y、Yb含量具有与玲珑花岗岩相似的埃达克岩特征。高Ba-Sr的北截杂岩体花岗闪长岩形成于张性或者非挤压的构造背景中，包括岩石圈拉张环境或碰撞造山后与重力垮塌作用有关的构造环境等[23]。

图7 北截杂岩体两种花岗闪长岩的构造环境判别图解

研究表明，在早期NW向挤压环境下(图8(a))，存在推覆逆冲构造，同时挤压机制使地壳或岩石圈破裂。地壳破裂形成的构造样式符合新华夏系构造岩相体系模式。多组构造中主要发育NE向延伸的左旋压扭性走滑断裂。郯庐断裂带大规模的左旋走滑，不仅是主构造带的活动，在郯庐断裂带两侧的地质体内部，也广泛发育同种机制形成的次级构造，例如玲珑岩体东西两侧切割了整个地壳的左旋走滑断裂，深部对应于莫霍面的破裂、错动与叠置。同时配套发育NW向张扭性断裂。在两组断裂的交汇处，可见中生代的岩体分布。

在NW-SE向伸展环境下(图8(b))，小位移量的走滑断裂面的伸展或可形成岩浆上涌的通道[24]。从而形成NE向延伸的岩浆岩带，伸展机制与这些后期的岩浆岩带的叠加改造，掩盖/破坏了先期构造性质和岩体特征。这一结论与区域内岩浆和断裂构造的多期次活动吻合。

胶东地区广泛分布类似特征的断裂，例如控制臧家庄盆地的栖霞断裂、切割牙山岩体的桃村断裂以及金牛山断裂等，该系列断裂均具有高陡倾角，部分地段倾向发生反转的特征。断裂带周边多分布有内生金矿床或多金属矿床。由此推断，胶东地体以深切割的走滑断裂为边界，由多个斜列的块体拼合而成。而断裂的形成与活动可能存在多阶段、多期性，从而导致该区域岩浆活动的多期次性，是北截杂岩体及其他串状分布岩体形成的根本原因。块体之间多期次的岩浆及其相关热液作用强烈，诱发了大规模的成矿作用，成矿物质在与走滑断裂连通的伸展断裂中富集成矿。上述认识为胶东地区中生代以来地质体的形成以及地质作用过程研究提供了新的视角。

(a)晚侏罗世挤压变形期：在NW-SE向挤压环境下，胶北地块缩短、破裂变形；浅部三山岛断裂、招平断裂为逆冲构造，反向发育焦家断裂，同时地质体破裂符合新华夏系构造岩相体系规律，形成NE向和近E-W向的破裂面，深部由于挤压错动形成莫霍面的破裂、叠置和错动；(b)早白垩世伸展与裂谷阶段：伸展环境下，早期形成了断裂面处于张性状态，形成岩浆和热液上升通道；郭家岭期花岗闪长岩侵位，岩体两侧及顶部发育局部伸展构造

5 结论

1) 北截杂岩体似斑状中细粒花岗闪长岩和似斑状中粗粒花岗闪长岩SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为(129.7±1.1) Ma和(132.9±1.2) Ma，略老于郭家岭序列其他岩体的年龄，说明北截岩体是郭家岭型序列中较早期的侵入岩体。

2) 北截杂岩体两期花岗闪长质岩浆物质来源十分复杂，两种不用岩性的岩浆经过的路径略有不同，但主量元素具有良好的线性关系，且具有相似的微量元素特征，呈典型的同源岩浆演化特征。此外，岩石中较高的Cr、Ni含量及反环带特征斜长石的发育反映了岩浆演化过程中存在幔源物质的加入。

3) 高Ba-Sr的北截杂岩体花岗闪长岩形成于张性的或者非挤压的构造背景中，小位移量的走滑断裂面的伸展为多期次岩浆上涌的通道。