中條山諫水雜巖中TTG片麻巖的錯(cuò)石Hf同位素特征及其形成環(huán)境’

1、中條山諫水雜巖中TTG片麻巖的錯(cuò)石Hf同位素特征及其形成環(huán)境    中條山前寒武紀(jì)變質(zhì)雜巖位于華北克拉通南緣，是華北克拉通中部帶的一個(gè)重要組成部分，主要由新太古代到古元古代的諫水雜巖及其上覆的絳縣群、中條群、擔(dān)山石群變質(zhì)層狀巖系和未變質(zhì)的西洋河群沉積一火山巖系組成(圖1)，其中諫水雜巖分布于中條山的西北側(cè)，主要由英云閃長質(zhì)一奧長花崗質(zhì)一花崗閃長質(zhì)(竹G)片麻巖(西姚石英閃長質(zhì)片麻巖、寨子英云閃長質(zhì)片麻巖)、變質(zhì)鈣堿性花崗巖(橫嶺關(guān)花崗巖和北峪奧長花崗巖)、變質(zhì)亞堿性花崗巖以及變質(zhì)火山巖組成。盡管前人已經(jīng)做過部分地質(zhì)年代學(xué)研究，但是由于地質(zhì)條件復(fù)雜，目前可

2、靠的地質(zhì)年代學(xué)數(shù)據(jù)仍然不能建立清楚的地質(zhì)事件序列，導(dǎo)致諫水雜巖的成因和時(shí)代歸屬存在很大的爭(zhēng)論(白瑾等，1997，1996;孫大中和胡維興，1993;鄧晉福等，1999;Yu。tal.，2(X拓:Tian。tal.，20(拓;田偉等，2(X)5;趙鳳清和唐敏，1994;趙鳳清等，2以拓)，仍然需要進(jìn)行大量的地質(zhì)年代學(xué)的研究。此外，目前對(duì)華北克拉通中部帶的研究，大部分還集中在中部的恒山一太行一五臺(tái)、呂梁、遼東和內(nèi)蒙地區(qū)，對(duì)于南緣的研究相對(duì)滯后，制約了對(duì)中部帶的整體分布和演化的認(rèn)識(shí)，因此有必要對(duì)諫水雜巖做進(jìn)一步的研究。盡管近年來對(duì)諫水雜巖的巖石組合、SHRIMP錯(cuò)石U一Pb年代學(xué)，Sm一Nd同位素和

3、巖石地球化學(xué)的研究已經(jīng)取得了一些明顯的進(jìn)展(Yueral.，20()6;Tianetal.，2(X)6;田偉等，2005)，但是因?yàn)榭煽康哪甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)依然較少，一些巖體的年代并不清楚，特別是由于先前的巖石成因示蹤技術(shù)的限制，使得一些巖石成因問題存留了許多不確定性(Yu。;al.，2(X)6;Tianetal.，2006;田偉等，2005;真允慶，2001;趙鳳清和唐敏，1994;趙鳳清等，1997)。錯(cuò)石是各類中酸性巖石中常見的副礦物，是U一Pb同位素定年的重要對(duì)象，錯(cuò)石離子探針(SHRIMP)和激光探針(LA一ICPMS)成為目前U一Pb同位素定年和Lu一Hf同位素測(cè)定的重要手段。因?yàn)殄e(cuò)石中具

4、有較高的Hf含量，低Lu的含量，錯(cuò)石在形成后基本上沒有放射成因Hf的積累，而且錯(cuò)石抗風(fēng)化，Hf同位素體系封閉溫度高，所以我們可以利用錯(cuò)石形成時(shí)的Hf同位素組成對(duì)巖石成因進(jìn)行示蹤。近年來的研究表明，錯(cuò)石Hf同位素示蹤是目前最可靠的示蹤方法，我們可以用其單階段模式年齡和兩階段模式年齡分別計(jì)算源區(qū)的形成時(shí)代，有利于我們更好的示蹤源區(qū)特征(陳斌等，2006;汪相等，2003;wu，。tal.，2005;Gffin，20以;楊進(jìn)輝等，2005，2(X)6;楊岳衡等，2006;于津海等，20()5;Yangetal.，2007，Zoo6a，Zoo6b;Ame一in。tal.，20(X;鄭建平，2005:鄭

5、建平等，2004)。本文對(duì)西姚竹G片麻巖進(jìn)行了SHRIMP錯(cuò)石u一Pb年代學(xué)分析并對(duì)西姚和寨子竹G片麻巖及橫嶺關(guān)和北峪鈣堿性花崗質(zhì)巖石的錯(cuò)石進(jìn)行了Lu一Hf同位素的綜合研究，重點(diǎn)討論了諫水雜巖的中太古代一古元古代的花崗質(zhì)巖石成因、地質(zhì)事件演化序列和形成環(huán)境。2地質(zhì)特征 諫水雜巖分布于中條山的西北部，是中條山前寒武紀(jì)雜巖最下部的一個(gè)巖性構(gòu)造單元，呈北東向分布于絳縣一聞喜一夏縣一解州一永濟(jì)一帶，以變質(zhì)的英云閃長巖一奧長花崗巖一花崗閃長巖(叮G)巖套為主，其中含有大小不等的變質(zhì)表殼巖包體，并見有少量的變質(zhì)基性巖墻群，遭受低角閃巖相至麻粒巖相的區(qū)域變質(zhì)作用。古元古代絳縣群、中條群，中元古代西

6、陽河群、汝陽群變質(zhì)層狀巖系與辣水雜巖的太古宙花崗質(zhì)片麻巖呈角度不整合接觸(圖1)。占元古代絳縣群分布于橫嶺關(guān)一上天井和黑巖底一銅礦峪一帶，由變質(zhì)泥質(zhì)一半泥質(zhì)巖、變質(zhì)火山巖和變質(zhì)凝灰質(zhì)沉積巖組成，與諫水雜巖呈構(gòu)造接觸，局部表現(xiàn)為角度不整合。古元古代中條群主要分布于楊家池一胡家峪一曹家莊一神仙齡一帶，為一套碳酸鹽沉積變質(zhì)巖系，含有少量的變質(zhì)火山巖和變質(zhì)碎屑巖，與辣水雜巖、絳縣群均呈角度不整合接觸;擔(dān)山石群主要是一套粗碎屑沉積巖、石英巖和變質(zhì)粉砂巖組成，與下伏的絳縣群和中條群以角度不整合接觸，局部可見斷層接觸關(guān)系，一般認(rèn)為中條群與擔(dān)山石群同屬于中條構(gòu)造層(白瑾等，1997)。中元古代的西陽河群主要分

7、布于西桑池一劉張一朱家莊一架桑一帶，是一套以未變質(zhì)的雙峰式火山巖為主體的沉積一火山巖系，與古元古代變質(zhì)巖層為明顯角度不整合接觸和斷層接觸，并與上覆汝陽群紅色粉砂巖呈低角度不整合接觸;汝陽群是一套以砂質(zhì)泥質(zhì)碎屑巖和碳酸鹽巖為主的沉積巖系(白瑾等，1997)。諫水雜巖中的花崗質(zhì)巖石主要分布在諫水雜巖的中部和東北部，包括西姚和寨子竹G片麻巖、橫嶺關(guān)花崗巖和北峪奧長花崗巖等，其中西姚片麻巖以石英閃長質(zhì)一英云閃長質(zhì)一奧長花崗質(zhì)片麻巖為主，與寨子英云閃長片麻巖具有一致的巖石組合和變形特征，橫嶺關(guān)花崗巖與北峪花崗巖的巖石組合和變形特征類似。西姚片麻巖和寨子片麻巖是諫水雜巖的主要組成部分，位于中條山東段，呈不

8、規(guī)則鑲嵌狀分布于泅交大廟、蔡家?guī)r頭、尚家坪、捻掌幅馬家廟及“短軸背斜西部”，在中條山西段以及解州幅西南大面積出露。主要巖石類型有黑云英云閃長質(zhì)片麻巖、角閃石石英閃長質(zhì)片麻巖為主體，含有少量的黑云角閃二長片麻巖，變形強(qiáng)烈，片麻理及條帶構(gòu)造發(fā)育，含有較多的變質(zhì)表殼巖包體。張兆琪等(2003)獲得西姚片麻巖單顆粒錯(cuò)石U一pb年齡為2453一2618Ma;田偉等(20()5)通過sHRIMP錯(cuò)石U一Pb法獲得寨子英云閃長質(zhì)片麻巖的年齡為2560土6Ma。橫嶺關(guān)花崗巖分布于冷口一煙莊一橫嶺關(guān)一帶，侵入于諫水雜巖中的寨子一西姚灰色片麻巖中以及北邊的冷口變質(zhì)火山巖中(圖1)，主要有兩個(gè)巖性組合，早期為奧長花

9、崗巖，晚期為鈣堿性二長花崗巖，二長花崗巖侵人于奧長花崗巖中。發(fā)育有變質(zhì)表殼巖和寨子一西姚竹G片麻巖的包體。北峪奧長花崗巖出露于胡家峪背斜核部，出露面積約為2.skm，侵人于降縣群銅礦峪組變質(zhì)酸性火山巖中，主要為一套中粗粒塊狀?yuàn)W長花崗巖和奧長花崗質(zhì)片麻巖，含有方柱黑云片巖等包體。Yueal.(20()6)通過SHRIMP錯(cuò)石U一Pb法獲得橫嶺關(guān)二長花崗巖和北峪奧長花崗巖的年齡分別為2436士12Ma和2477士SMa。解州以南至永濟(jì)一帶的諫水雜巖中存在大量古元古代亞堿性花崗質(zhì)巖石，被汝陽群不整合覆蓋(圖l)。其巖石組合主要為正長花崗巖，并有少量的二長閃長巖和石英二長巖。通過sHRIMP錯(cuò)石U一P

10、b定年法，獲得了1943一1968Ma的成巖年齡(Tianeal.，20()6;田偉等，2005)。3巖石學(xué)特征本文對(duì)諫水雜巖中西姚片麻巖(zT4013一)進(jìn)行了SHRIMP錯(cuò)石U一Pb同位素分析，結(jié)合前人的SHRIMP錯(cuò)石U一Pb年代學(xué)研究，對(duì)四個(gè)樣品(zT40132、2T4020一1、ZT4O31-l和ZT4034一3)(取樣位置見圖l)進(jìn)行了錯(cuò)石Lu一Hf同位素分析。各樣品巖石學(xué)特征描述如下:樣品21碑013一2，為西姚石英閃長質(zhì)片麻巖，取自解州南。巖石具花崗結(jié)構(gòu)，弱片麻狀構(gòu)造;主要礦物組合為斜長石(60%)、角閃石十黑云母(25%)、石英(巧%)，含有很少量的檐石。石英呈他形粒狀，斜長

11、石的絹云母化強(qiáng)烈，黑云母角閃石有一定程度的綠泥石化。樣品ZT4020一1，屬于寨子英云閃長質(zhì)片麻巖，取自諫水雜巖中部。巖石具不等粒結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造;主要礦物組合為:斜長石(65%)十石英(30%)、角閃石十黑云母(巧%)，含有很少量的檐石;斜長石沿雙晶面蝕變強(qiáng)烈。樣品21耳031一l，為橫嶺關(guān)花崗巖體的二長花崗巖。巖石具花崗結(jié)構(gòu)，弱片麻狀構(gòu)造;主要礦物組合為斜長石(40%)、微斜長石(30%)、云母(15%)、石英(15%)。微斜長石發(fā)育格子雙晶，斜長石發(fā)育聚片雙晶，黑云母普遍綠泥石化，表現(xiàn)為弱的定向排列，構(gòu)成片麻理。樣品ZT4034乃，為北峪奧長花崗巖。巖石具似斑狀結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造;主要礦物

12、組合為斜長石(60%)、石英(30%)、黑云母(10%)。其中石英顆粒很大，呈他形斑晶，也有少量的較小顆粒在基質(zhì)中出現(xiàn)。斜長石絹云母化強(qiáng)烈，顆粒較小，呈基質(zhì)分布。黑云母弱定向排列，構(gòu)成片麻理。4實(shí)驗(yàn)方法對(duì)西姚片麻巖(樣品ZT4013一)進(jìn)行了SHRIMP錯(cuò)石U一Pb同位素定年，對(duì)西姚和寨子片麻巖(樣品21悶習(xí)13一2、Zr戶舊20一l)及橫嶺關(guān)和北峪鈣堿性花崗質(zhì)巖石(樣品Z】4()31一1和zT4034一3)進(jìn)行以一MC一ICPMS錯(cuò)石Lu一Hf同位素原位測(cè)定。其中sHRIMP錯(cuò)石u一Pb同位素定年的樣品制備過程為:將重約skg的新鮮巖石樣品粉碎至60一100目，用水將顆粒表面的灰塵洗凈，烘干

13、，然后用磁選和重液法分離出錯(cuò)石顆粒，并在雙目鏡下手選挑純，與標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)石(TEM)一起粘結(jié)在樹脂柱上制成靶，并打磨、拋光和鍍金。錯(cuò)石的陰極發(fā)光(CL)圖像分析在北京大學(xué)電子學(xué)系的FEIPHILIPSX匕0型掃描電鏡上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)條件為12kV，12A，圖像特征見圖2。U一Th一Pb同位素分析在北京離子探針中心采用SHRIMPH進(jìn)行，分析流程見宋彪等(2002)和Wil一iams(1998)。應(yīng)用參考樣TEM(417Ma)進(jìn)行分餾校正，應(yīng)用SL13(年齡為572Ma;u質(zhì)量分?jǐn)?shù)為238x10一“)標(biāo)定樣品的u、Th和Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。普通鉛校正采用204Pb，數(shù)據(jù)處理采用Ludwig的SQuIDI.o及

14、IsoPLoT程序(Ludwig，1996)完成，其置信度為2，置信水平為95%。分析結(jié)果列于表1。LA一MC一ICPMS錯(cuò)石Lu一Hf同位素原位測(cè)量在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所的NePtime多接收電感鍋合等離子體質(zhì)普儀(LA一MC一ICPMS)上進(jìn)行，激光斑束直徑為63林m或31林m，激光剝蝕時(shí)間為265，脈沖頻率4一SHz，脈沖能量100tnJ，測(cè)定時(shí)采用錯(cuò)石國際標(biāo)樣9巧oo做外標(biāo)。詳細(xì)的分析流程見xu。taz.(2(X)4)。計(jì)算。H(t)和模式年齡時(shí)采用以下參數(shù):(”6L叮”7Hf)。u。=0.0332，(”6H廠”7Hf)、二H。=0.252772(Bliehert一Toft。nd

15、Alba沱de，1997)，(”6L“”，Hf)lM=0.0354，(，6H“”7Hf)。、=0.28325(G石ffinezal.，2000)，6L?！保琀f)=1.867x10=0.015(Veeversetal.，2005)，入(76Lu)(Soderlundetal.，2004)。錯(cuò)石Lu一Hf同位素分析和計(jì)算結(jié)果列于表2。5分析結(jié)果5.1SHRxMP錯(cuò)石U一Pb年代學(xué)5.2錯(cuò)石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)所測(cè)定的四個(gè)樣品錯(cuò)石Lu一Hf同位素?cái)?shù)據(jù)列于表2，計(jì)算結(jié)果見圖4。tDM(Hf)變化范圍為2621一285lMa，平均值為2704Ma;tcC變化范圍為2659一3045Ma，平均值為2800Ma

16、，同樣表明源區(qū)可能存在約2650Ma的來源于虧損地慢的初生地殼物質(zhì)，同時(shí)有更老的地殼物質(zhì)加人。麻劣u一Pb年齡為2321士ZMa(孫大11和胡維興，1993;趙鳳清等，1992，2006)。西姚片麻巖與寨子英云閃長巖具有一致的巖石組合和變形特征，而從前人所測(cè)得數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)它們的形成年齡有明顯的差異。本文采用SHRIMP錯(cuò)石u一Pb定年技術(shù)測(cè)得西姚片麻巖(樣品ZT4013一2)年齡為2536士SMa，寨子英云閃長巖(樣品zT4020一1)成巖年齡為2560士6Ma，二者年齡相近，即諫水雜巖中竹G片麻巖主體形成于新太古代而不是古元古代。諫水雜巖西南段永濟(jì)粉紅色細(xì)粒二長花崗巖樣品，細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，弱的片麻

17、狀構(gòu)造，Tianetal.(2006)用SHnIMP錯(cuò)石U一Pb法定年，給出巖漿成巖年齡分別為19科一2064Ma。以上新的年代學(xué)數(shù)據(jù)表明諫水雜巖經(jīng)歷了三個(gè)階段的形成演化，旱期石英閃長巖一英云閃長巖形成于2536-2560Ma，橫嶺關(guān)和北峪鈣堿性花崗巖形成于2436一2477Ma，晚期紅色正長花崗巖形成于1944一2064Ma，基本建立了中條山地區(qū)諫水雜巖的年代學(xué)格架。6討論6.1花崗質(zhì)片麻巖年齡討論6.2花崗片麻巖成因討論張兆琪等(2003)分析西姚片麻巖的化學(xué)成分特點(diǎn)為高鋁型，NaZo明顯大于KZO，顯示出較早期巖漿成分特點(diǎn)。寨子英云閃長質(zhì)片麻巖發(fā)育透入性片麻理，在地球化學(xué)上具強(qiáng)烈的輕重稀

18、土分異和Sr含量高，與太古宙竹G巖石的化學(xué)特點(diǎn)相似(趙鳳清等，2006)。田偉等(2005)通過巖石主量和微量元素巖石地球化學(xué)分析，認(rèn)為新太古代具有島弧特征的竹G類巖石為新太古代島弧體系中洋殼在高溫條件下的重熔產(chǎn)物。橫嶺關(guān)花崗巖主要存在兩個(gè)巖性組合，早期為奧長花崗巖，晚期為鈣堿性二長花崗巖。北峪奧長花崗巖的巖石學(xué)特征與橫嶺關(guān)花崗巖中早期的奧長花崗巖相似，錯(cuò)石U一Pb年齡接近，它們都是諫水雜巖的一部分。Yuetal.(2006)對(duì)橫嶺關(guān)花崗巖和北峪奧長花崗巖進(jìn)行了詳細(xì)的地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為橫嶺關(guān)奧長花崗巖和北峪奧長花崗巖為在大陸島弧背景下由新生的玄武質(zhì)下地殼部分熔融產(chǎn)生，并受到了古老大陸地殼物

19、質(zhì)的混染;而橫嶺關(guān)二長花崗巖則為島弧環(huán)境下古老大陸地殼物質(zhì)重熔的產(chǎn)物，源區(qū)中可能含有少量的初生地殼物質(zhì)。樣品ZT4031一l的錯(cuò)石。Hf(t)(r=2436Ma)均為正值(最高達(dá)十5.7)，表明其源區(qū)有相當(dāng)比例的來自于虧損地慢的物質(zhì)，而這些數(shù)據(jù)點(diǎn)又都落在虧損地慢演化線之下，位于3.0-2.6Ga平均地殼演化線范圍內(nèi)，說明其源區(qū)可能有3OGa的玄武質(zhì)地殼物質(zhì)的加人;其Hf單階段模式年齡為2543-2754Ma，結(jié)合約2633Ma繼承錯(cuò)石內(nèi)核的存在，進(jìn)一步證明其源區(qū)存在2650Ma的初生地殼，并有老地殼物質(zhì)加人。樣品zT4o34一3的巖漿錯(cuò)石。f(t)(t=2477Ma)均為正值，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)幾乎都落在虧損地鰻演化線之下，位于2.9-2.7Ga平均地殼演化線范圍內(nèi)，說明有源區(qū)也有地殼物質(zhì)的加人;其Hf單階段模式年齡為2653一2720Ma，與樣品中三個(gè)繼承錯(cuò)石年齡(2633士84Ma)一致，反映了源區(qū)部分物質(zhì)的年齡，即源區(qū)存在來源于虧損地慢的初生地殼(Juvenilecrust)物質(zhì)。另一些老于2800Ma