, 杨宏智2, 寇林林21.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， 辽宁 沈阳 110034
收稿日期: 2015-05-20
基金项目: 国家自然科学基金青年基金资助项目(41502093)； 中国地质调查局项目(12120113058700).
作者简介: 张 朋(1983-)，男，辽宁盘锦人，吉林大学博士研究生。
摘要: 为深入研究辽宁盖州四张磙子花岗岩的形成时代、地质特征及意义，通过锆石LA-ICP-MS U-Pb定年系统和X射线荧光光谱仪，对四张磙子花岗岩进行年龄测试和主微量元素分析.锆石定年结果表明，四张磙子花岗岩侵位年龄为(1 871.2±9.3)Ma，属于古元古代产物.主微量元素结果表明，四张磙子花岗岩与矿洞沟正长岩及闪长岩的SiO2与K2O及Na2O基本呈现正相关，与TiO2，Al2O3，TFe2O3，CaO，MgO，MnO呈负相关，表明3种岩体可能具有亲缘关系.结合前人研究，认为四张磙子花岗岩与矿洞沟正长岩、闪长岩可能具有同一岩浆来源，四张磙子花岗岩为古元古代侵位的花岗岩体.
关键词：锆石U-Pb年龄四张磙子花岗岩矿洞沟岩体古元古代克拉通化
Discrimination and Its Significance of the Sizhanggunzi Granite in Kuangdonggou Area, Eastern Liaoning Province
ZHANG Peng1, ZHAO Yan2
, YANG Hong-zhi2, KOU Lin-lin21.College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China;
2.Shenyang Center of Geological Survey, China Geology Survey, Shenyang 110034, China
Corresponding author: ZHAO Yan, E-mail: cugzhaoyan@126.com
Abstract: To better understand the formation age, geological features and significance of the Sizhanggunzi granite in Gaizhou, Liaoning Province, formation age and major trace elements were studied by zircon LA-ICP-MS U-Pb dating system and X-ray fluorescence spectrometers. Zircon U-Pb dating yielded the emplacement age of (1 871.2±9.3)Ma, which indicates Sizhangguanzi granite is the product of Paleoproterozoic magmatism in Gaizhou. The results of major trace element testing on the target granite revealed the Sizhanggunzi granite and Kuangdonggou intrusions all intruded in Paleoproterozoic. In the Sizhanggunzi granite and syenite and diorite in Kuangdonggou reigon, SiO2 had a relevant positive correlation with K2O and Na2O and good negative correlations with TiO2，Al2O3，TFe2O3，CaO，MgO and MnO. This also represent the three intrusions probably have genetic relationship. Combining with previous studies, this study indicates Sizhanggunzi granite intruded in Paleoproterozoic and evolved from the identical magma of Kuangdonggou syenite and diorite.
Key Words: zircon U-Pb datingSizhanggunzi graniteKuangdonggou intrusionsPaleoproterozoiccratonization
辽宁盖州地区矿洞沟岩体(或称梁屯-矿洞沟岩体)是国内报道发现较早的碱性正长岩及闪长岩岩体，前人进行了锆石U-Pb及全岩Sm-Nd，Rb-Sr等年龄测试[1-2].四张磙子花岗岩与矿洞沟岩体具有密切的空间产出位置关系，前人认为四张磙子与周围较大面积出露的岩体均为中生代花岗岩体[1].本次研究通过详细的野外实地考察，发现四张磙子花岗岩与矿洞沟正长岩及闪长岩空间产出关系密切.通过典型标本岩相学观察、主微量元素分析及锆石U-Pb年龄测试，研究四张磙子岩体成岩年龄，揭示四张磙子花岗岩与矿洞沟岩体的关系.本次研究同时探讨四张磙子花岗岩体产出的地质背景.
1 地质背景辽东半岛位于华北克拉通东部，根据岩石建造又可划分为北部的太古宙鞍山-抚顺杂岩与南部金州太古宙杂岩及中部辽吉花岗岩带和辽河群变质沉积岩.辽东花岗岩带又分为三套岩石组合：以虎皮峪为代表的片麻状角闪正长花岗岩，侵位于2.16 Ga左右；以卧龙泉岩体为代表的似斑状花岗岩U-Pb年龄为(1 853±13)Ma；以矿洞沟岩体为代表的正长岩、花岗岩岩体，正长岩侵位年龄为1 879~1 870 Ma[3-4].关于最古老的正长岩体之一的矿洞沟岩体已有研究，本次研究的四张磙子花岗岩体呈岩株状侵位于矿洞沟碱性正长岩体与辽河群变质岩之中，出露面积约45 km2.
2 分析方法主量及微量元素的分析测试在核工业北京地质研究院测试分析中心处完成.主量元素由X射线荧光光谱法(XRF)测定，采用等离子光谱和化学法测定进行相互检测.微量元素在电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)上测定.实验测试精度优于5%.
锆石单矿物分选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室通过标准重矿物分选技术完成，最后在双目镜下手工挑纯.将锆石样品放在玻璃板上用环氧树脂固定，抛光到锆石的中心面，经反射光与透光照相，后镀金，拍摄阴极发光(CL)图像来反映锆石颗粒内部结构及裂隙分布情况.锆石U-Pb同位素测年在天津地质矿产研究所同位素实验室完成，详细实验流程见文献[5].
3 分析结果3.1 主量元素地球化学四张磙子花岗岩具有高铝、高钾、低镁的特征，岩石A/CNK比值为0.99~1.07，铝质弱饱和；Mg#介于25.12~29.72之间.本次研究与前人在矿洞沟岩体获得的主量元素含量作Harker图解分析，四张磙子花岗岩与矿洞沟闪长岩、正长岩主量元素显示很好的相关性，总体上SiO2与Na2O和K2O呈现正相关性，与TiO2，Al2O3，TFe2O3，Cao，MgO和MnO呈现很好的负相关性.
3.2 微量元素地球化学将稀土元素分析结果结合前人数据，经球粒陨石标准化之后作配分曲线如图 1a所示.从稀土元素配分曲线来看，四张磙子花岗岩与矿洞沟正长岩及闪长岩配分模式一致，均为轻稀土富集、重稀土亏损的“右倾型”配分模式.岩石总稀土(∑REE)质量分数为144.6×10-6~159.12×10-6，平均为152.72×10-6；m(La)/m(Yb)N为39.02~44.53，轻稀土(LREE)强烈富集，重稀土(HREE)极度亏损，轻重稀土元素分馏明显；δEu值为0.84~0.901.四张磙子花岗岩及矿洞沟岩体原始地幔标准化微量元素蛛网图列入图 1b.四张磙子花岗岩的微量元素含量均较接近，富集大离子亲石元素(如Rb，Ba，Sr等)及活泼的不相容元素(Th，U)，亏损高场强元素(如Nb，Ta，HREE).
图 1(Fig. 1)
 | 图 1 矿洞沟地区古元古代侵入岩稀土元素配分模式图及微量元素蛛网图Fig.1 Chondrite-normalized REE distribution patterns and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams of the Kuangdonggou intrusions (a)—标准化数据来自文献[6]； (b)—标准化数据来自文献[2, 7]. |
3.3 锆石LA-ICP-MS年代学花岗岩锆石CL图像显示岩石样品中锆石晶型较好，多数呈长柱状，少数呈短柱状、浑圆状，可见明显的结晶环带和条带结构，为典型的岩浆锆石[8].本次研究共选择了24个测点的U-Pb同位素组成，其中单个数据点的误差均为1σ，所有样品均采用m(206Pb)/m(238U)加权平均年龄，加权平均值的置信度为95%.在锆石U-Pb年龄谐和图上锆石点位数据均落在谐和线上及附近，m(206Pb)/m(238U)的加权平均年龄为(1 871.2±9.3)Ma，MSWD=0.79(见图 2).测试结果表明四张磙子花岗岩的侵位时代是古元古代，与前人[2]报道的矿洞沟正长岩与石英闪长岩侵位时代(1 879~1 870 Ma)一致.
图 2(Fig. 2)
 | 图 2 四张磙子花岗岩U-Pb年龄谐和图及加权平均年龄Fig.2 Zircon U-Pb concordia diagram and weighted average ages diagram from the Sizhanggunzi granite (a)—锆石U-Pb年龄谐和图； (b)—锆石U-Pb加权平均年龄图. |
4 讨论4.1 岩浆源区与演化辽东盖州矿洞沟地区四张磙子花岗岩体属高钾钙碱性系列，Al2O3质量分数介于14.07%~14.71%之间，Na2O质量分数为3.97%~4.21%，w(Al2O3)/ w(Na2O+ K2O+CaO)为1.41~1.51.花岗岩呈轻稀土元素富集，重稀土元素亏损的“右倾型”配分模式；δEu异常不明显，且富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，上述特征指示岩石可能来自深部地壳.四张磙子花岗岩与矿洞沟正长岩及闪长岩Harke图解显示：SiO2与Na2O和K2O基本呈现正相关性，与TiO2，Al2O3，TFe2O3，CaO，MgO和MnO呈现很好的负相关性.这显示三者具有同一岩浆来源的特征，从闪长岩到正长岩、花岗岩反映了岩浆结晶分异演化的趋势.
在矿洞沟地区古元古代侵入岩稀土元素配分模式图中(见图 1a)，可以看出，虽然∑REE含量有差别，但是矿洞沟闪长岩、正长岩与四张磙子花岗岩的3种地质体稀土配分模式很接近.同样的情况在微量元素原始地幔标准化蛛网图(见图 1b)体现更为明显.稀土元素以在各种低级变质作用及风化作用中的惰性而被认为可以反映岩石的地球化学特征，只有在高级变质及强烈蚀变的岩石中才存在一定偏差[9].精确的年龄测试是研究地球上古老岩石的有效方法，3种岩石中锆石U-Pb年龄极为一致，矿洞沟正长岩与闪长岩的冷却年龄为1 879~1 870 Ma，本次研究发现四张磙子花岗岩的冷却年龄为(1 871.2±9.3)Ma.故而推测矿洞沟地区古元古代侵位的闪长岩-正长岩-花岗岩为同一岩浆来源，可能是同一岩浆演化的产物.
杨进辉等[2]认为矿洞沟正长岩与闪长岩可能来自不同源区，原因是二者具有不均一的锆石Hf组成.但根据其研究矿洞沟闪长岩与正长岩的锆石Hf元素含量其实差别不大，在Hf同位素组成及演化线图中有体现[2]，且正长岩与花岗岩具有很一致的Sr-Nd同位素含量组成，推测闪长岩与正长岩应为同一岩浆来源.根据本次研究，很可能是早期岩浆在经历了岩浆结晶分异作用后，形成了稍早的矿洞沟正长岩、闪长岩，之后岩浆演化为四张磙子花岗岩.
4.2 四张磙子岩体成岩时代与意义辽东矿洞沟地区四张磙子花岗岩体过去未进行高精度岩石成岩时代研究，Xu等[1]曾认为该岩体为中生代侵入岩.根据野外实地考察，认为四张磙子花岗岩与毗邻的矿洞沟闪长岩关系密切，锆石m (206Pb)/m(238U)的加权平均年龄为(1 871.2±9.3)Ma，MSWD=0.79(见图 2)，与文献[2]报道的矿洞沟正长岩与石英闪长岩侵位时代(1 879~1 870 Ma)极为一致.研究表明四张磙子花岗岩与矿洞沟正长岩与闪长岩的侵位时代同为古元古代.
四张磙子花岗岩归属古元古代辽吉花岗岩带内，该花岗岩带与华北克拉通形成初期裂谷发育及微板块碰撞有关.华北克拉通在~2.5 Ga早期克拉通化之后经历了一次陆内裂谷事件，形成裂谷带[10-11].裂谷带形成之后经历了后期碰撞造山作用，形成了稳定的华北克拉通[12-14].辽吉古元古代花岗岩带内矿洞沟碱性正长岩岩体的产出可能反映了一种地块拼合或者裂谷闭合后区域伸展作用，标志了造山作用的结束[15]，进而反映了华北克拉通北部辽东地区克拉通化的完成.
5 结论1) 获得辽东矿洞沟地区四张磙子花岗岩中锆石LA-ICP-MS U-Pb加权平均年龄为(1 871.2±9.3)Ma，MSWD为0.79，为古元古代侵位岩体.
2) 四张磙子花岗岩与矿洞沟正长岩、闪长岩可能为同一岩浆来源，起源于深部地壳.
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