山東棲霞黃燕底閃長玢巖的地球化學特征、形成時代及地質意義*

靳立杰 李春稼 張存艷 遲乃杰王繼林 高繼雷 梁云漢 于春楠

（1.山東省第一地質礦產勘查院 濟南 250100；2.山東省富鐵礦勘查技術開發工程實驗室 濟南 250100；3.山東省地質科學研究院 濟南 250000；4.中國冶金地質總局山東局測試中心 濟南 250014）

膠東地區位于華北克拉通東南緣，是我國最大的黃金礦集區，一直以來受到國內外地質學家的廣泛關注（丁正江等，2015；萬渝生等，2017a；王瑞良等，2019；遲乃杰等，2021；高繼雷等，2021；宋明春等，2022）。前人研究發現膠東地區的巖漿活動主要集中在中太古代、新太古代、元古代、中生代，其中以中生代巖漿巖最為發育（宋明春等，2010；丁正江等，2015）。膠東地區中生代的巖漿活動主要集中在214～201 Ma、166～146 Ma、135～123 Ma 及123～108 Ma，形成了花崗巖類侵入巖、中基性—酸性脈巖和火山巖（丁正江等， 2015； 任天龍等， 2021； 宋明春等，2023）；脈巖多呈NE 或近NS 向展布，巖性包括閃長（玢）巖、煌斑巖、輝綠巖、偉晶巖等。其中，中基性脈巖因分布廣泛，且與膠東地區成礦期為120 Ma 的金礦成因相關而備受關注（范宏瑞等，2016；Deng et al.，2020；Zhang et al.，2020；宋明春等，2023）。前人對膠東地區中基性脈巖的研究主要集中在形成時代及大地構造背景，總結以往研究得到：中基性脈巖的形成時代主要集中在135～110 Ma（耿瑞等，2012；丁正江等，2015；梁亞運等，2017；李秀章等，2022），呈島弧型巖漿特征（耿瑞等，2012；梁亞運等，2017）；但對于中基性脈巖的源區特征和成因演化尚存爭議。劉燊（2004）認為中基性脈巖是富集地幔部分熔融后產生；Prelevi? et al.（2004）認為中基性脈巖為殼源和幔源巖漿混合而成；梁亞運等（2017）認為中基性脈巖的巖漿為地幔源區，受到俯沖板片流體影響，但并未遭受明顯的地殼物質混染；耿瑞等（2012）認為中基性脈巖的巖漿來源于俯沖帶流體交代形成的富集地幔的部分熔融，未受到明顯的地殼物質混染。

為查明中基性脈巖的成因和巖漿源區，本次對膠東地區棲霞市黃燕底村一處閃長玢巖展開研究，通過開展巖相學、地球化學和同位素年代學研究，對其巖漿成因、源區特征和大地構造環境進行了探討，為膠東地區的構造演化提供了約束，同時佐證了前人關于中基性脈巖形成時代的結論。

1 區域地質概況

膠東地區位于華北板塊東南緣，向西以郯廬斷裂帶為界與魯西隆起、渤海灣盆地相鄰，東南方向以五蓮—煙臺斷裂為界與蘇魯造山帶相接。研究區棲霞地區位于膠東地區中部（圖1），主要分布有早前寒武紀變質基底、中生代—新生代蓋層及中生代侵入巖（謝士穩等，2014；范宏瑞等，2016；宋英昕等，2019）。其中早前寒武紀變質基底主要包括中-新太古代TTG 巖系、新太古代膠東群、古元古代粉子山群等。中生代侵入巖主要為花崗巖，伴隨部分中基性巖脈。區內脆性斷裂與韌性斷裂均較為發育，其中脆性斷裂以貫穿全區的北東向斷裂為主，少量北西向斷裂；韌性斷裂以北西向為主，北東向較少。巖石受構造作用影響，片麻狀和條帶狀構造較為發育。

圖1 研究區地質簡圖（據萬渝生等，2017b）1.第四系；2.中生界—新近系；3.粉子山群（古元古代晚期）；4.膠東群（新太古代晚期）；5.中生代花崗巖；6.二長花崗巖（古元古代？）；7.英云閃長巖（新太古代晚期）；8.奧長花崗巖（新太古代晚期）；9.變質輝長巖（新太古代晚期）；10.英云閃長巖（新太古代早期）；11.奧長花崗巖（新太古代早期）；12.英云閃長巖（中太古代晚期）；13.奧長花崗巖（中太古代晚期）；14.煌斑巖脈；15.韌性剪切帶；16.斷層；17.樣品位置Fig.1 Geological map of the study area（after Wan et al.，2017b）

2 樣品采集及分析方法

樣品采自棲霞市黃燕底村的閃長玢巖巖體，巖體呈北東向展布，侵位于新太古代基底英云閃長巖中，并被一寬度約30 cm 產狀平直的長英質偉晶巖脈切割。巖石為淺灰綠色，斑狀結構，塊狀構造，斑晶主要為斜長石（5%～10%）及少量角閃石，基質主要為斜長石（40%～45%）、普通角閃石（35%～40%）、石英（5%～10%）和黑云母（5%～10%）等，可見少量磷灰石和金屬礦物等副礦物（圖2）。

圖2 黃燕底閃長玢巖的野外特征（a，b）與鏡下特征（c）Fig.2 Field（a，b）and microscopic（c）characteristics of Huangyandi diorite porphyrite

野外采集鋯石U-Pb 定年樣品1 件，巖石地球化學分析4 件，在中國冶金地質總局山東局測試中心完成了測試工作。

鋯石U-Pb 定年采用的激光剝蝕系統為Conherent 公司生產的GeoLas Pro 193 nm ArF 準分子系統， ICP-MS 為Thermo Fisher 公司生產的iCAPQ。測試過程中，激光束斑直徑為30 μm，剝蝕頻率為6 Hz，采用NIST SRM610 標準玻璃為成分標樣進行基體校正，標準鋯石91500 為外標進行同位素分餾校正，標準鋯石Plesovice 為監控樣監測測試質量，每6 個樣品點中間加測兩次標準鋯石91500。數據處理采用軟件ICPMSDataCal（Liu et al.，2010）完成，普通Pb 校正采用ComPbCorr#3_151 完成（Anderson，2002），加權年齡計算、諧和圖及概率分布圖繪制采用Isoplot 3.0 完成（Ludwig，2003）。

全巖主量元素采用ARL 9900XP 型X 射線熒光光譜儀進行分析，微量元素采用X SeriesⅡ電感耦合等離子體質譜儀進行分析（李鳳春等，2016）。主量元素分析相對誤差小于2%，微量元素分析相對誤差小于5%。

3 分析結果

3.1 巖石地球化學

4 件樣品的主量、微量及稀土元素分析結果見表1。 黃燕底閃長玢巖脈的SiO2= 62.92%～63.72%，平均值為63.40%，屬于中性巖范疇；Al2O3= 14.38%～14.57%， 平均值為 14.47%；（Na2O+K2O）= 6.87%～7.08%，平均值為6.93%；Na2O/K2O = 1.01～1.09，平均值為1.06；MgO =3.45%～3.51%，平均值為3.49%；TFe2O3= 5.08%～5.30%，平均值為5.20%；P2O5= 0.27%～0.29%，平均值為0.28%；TiO2= 0.68%～0.69%，平均值為0.69%。由上可知，研究區閃長玢巖具有高鉀、富鋁、貧磷、貧鈦的特征。

表1 棲霞黃燕底閃長玢巖主量/%、微量/×10-6及稀土/×10-6元素分析結果Table 1 Analysis results of major/%，trace /×10-6 and rare earth elements /×10-6 in diorite porphyrite from Huangyandi in Qixia City

在TAS 圖解中，4 件樣品均落入花崗閃長巖區域（圖3a）；K2O-SiO2圖解中，樣品均落入高鉀鈣堿性系列區域（圖3b）；研究區閃長玢巖的A/NK =1.49～1.53，A/CNK 為0.87～0.90，在A/CNK-A/NK圖解中，樣品均落入準鋁質區域（圖3c）。

圖3 棲霞黃燕底閃長玢巖地球化學判別圖解a.TAS 圖解（據Middlemost，1994 修改）；b.SiO2-K2O 圖解（據Peccerillo et al.，1976；Middlemost，1985 修改）；c.A/CNK-A/NK 圖解（據Maniar et al.，1989 修改）數據來源：膠北基性巖脈據梁亞運，2017；棲霞閃長玢巖據耿瑞等，2012Fig.3 Geochemical discrimination diagrams of diorite porphyrite from the study area

研究區閃長玢巖微量/稀土元素分布特征與耿瑞等（2012）、梁亞運（2017）報道的樣品特征相近，微量元素原始地幔標準化蛛網圖（圖4a）整體呈右傾，Rb、Sr、Ba、Pb 等元素明顯富集，虧損Nb、Ta、Ti；稀土配分曲線（圖4b）表現為輕稀土元素富集、重稀土元素相對平坦的特點，與島弧玄武巖的稀土元素特征近似；稀土元素總量在248×10-6～287×10-6之間，輕稀土的總量在232×10-6～270×10-6之間，重稀土的總量范圍為17×10-6～18×10-6，LREE/HREE = 13.54～15.41，（La/Yb）N= 20.5～24.6，平均值為22.04，說明輕重稀土分餾明顯；（La/Sm）N= 3.83～4.36 之間，平均值為4.02，指示輕稀土元素分餾較好；（Eu/Yb）N= 3.46～3.61 之間，平均值為3.54，指示重稀土元素分餾較好；δCe = 1.08～1.11，弱正Ce 異常，δEu = 0.91～0.93，具有弱負Eu 異常。

圖4 棲霞黃燕底閃長玢巖微量元素蛛網圖（a）和稀土元素配分圖（b）數據來源：膠北基性巖脈據梁亞運，2017；棲霞閃長玢巖據耿瑞等，2012Fig.4 Distribution maps of trace elements（a）and rare earth elements（b）of diorite porphyrite

3.2 鋯石U-Pb 定年

黃燕底閃長玢巖中鋯石特征多樣（圖5），多呈自形—半自形短柱—長柱狀，粒徑分布在70～250 μm 之間，透明，包裹體及裂隙較少，振蕩環帶發育程度不一，個別鋯石具明顯的核邊結構；鋯石特征顯示閃長玢巖中鋯石成因及來源具有多樣性。本次共分析60 個測點，詳細的分析結果見表2、表3，測點3、24、27、30、39、51、52、55 因諧和度低于90%或單點年齡不確定度較大等原因不予討論，其余測點均有效（圖6a）。測試得到鋯石年齡跨度較大，為避免鉛丟失對定年結果的影響，大于1 000 Ma 的鋯石采用207Pb/206Pb 年齡。有效點年齡可分為6 個年齡段：141～135 Ma（6 個測點）、163～144 Ma（13 個測點）、228 Ma（1 個測點）、1 858～1 765 Ma（2 個測點）、2 539～2 352 Ma（29 個測點）、2 918 Ma（1 個測點）。

表2 棲霞黃燕底閃長玢巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡分析結果Table 2 The LA-ICP-MS zircon U-Pb analysis data for diorite porphyrite in Huangyandi in Qixia City

表3 棲霞黃燕底閃長玢巖鋯石微量元素分析結果/×10-6Table 3 Zircon analysis results of trace elements /×10-6 in Huangyandi diorite porphyrite from Qixia City

黃燕底閃長玢巖中鋯石具有多樣性，結合晶型、振蕩環帶發育情況、Th/U 比值及鋯石微量元素（表3）等多種特征對鋯石成因進行判別，本文通過分析認為141～135 Ma 年齡段具備典型巖漿鋯石的特征：1）大部分呈長柱狀，較自形；2）具有明顯振蕩環帶；3） Th = 9×10-6～321×10-6、U =84×10-6～1 309×10-6、Th/U = 0.02～0.83；4）稀土元素配分曲線具有輕稀土虧損、重稀土富集的陡左傾模式（圖6c），且具有明顯的正Ce 異常（δCe =5.18～161.38）和負Eu 異常（δEu = 0.24～0.59），其年齡可以代表閃長玢巖的形成時間；其余鋯石均為捕獲鋯石。

4 討 論

4.1 閃長玢巖的形成時代

本次鋯石U-Pb定年共獲得141～135 Ma、163～144 Ma、228 Ma、1 858～1 765 Ma、2 539～2 352 Ma、2 918 Ma 等6 個年齡段。其中年齡介于141～135 Ma的有效測點共6 個，6 個測點年齡均位于諧和線上及附近，206Pb/238Pb 加權平均年齡為138.5±1.7 Ma（MSWD = 0.89）（圖6b），因此認為黃燕底閃長玢巖的形成年齡為138.5±1.7 Ma，這一年齡與學者報道的中基性脈巖形成時代一致（劉燊，2004；梁亞運等，2017），佐證了前人結論。

本次樣品中還存在大量繼承鋯石，對繼承鋯石的可能來源進行了分析：163～144 Ma 在區域上與玲瓏期花崗巖166～146 Ma 的時代相一致（侯建華等，2021），指示這些鋯石可能來源于玲瓏期花崗巖，但研究區周圍出露的花崗巖時代為122～118 Ma，說明在研究區可能存在隱伏的玲瓏期花崗巖；228 Ma 鋯石無明顯振蕩環帶且重稀土相對平坦，指示其為變質成因，蘇魯造山帶在三疊紀時期形成了大量變質巖，228 Ma 的變質鋯石可能指示閃長玢巖的巖漿源區受到了蘇魯造山帶物質的混染；1 858～1 765 Ma 的鋯石振蕩環帶發育，為典型巖漿鋯石，而區域上僅蘇魯超高壓變質帶中存在1 800～1 700 Ma的物質記錄，膠北在1 900～1 700 Ma 發生過強烈的構造變質事件（宋英昕等，2018），因此1 858～1 765 Ma 的鋯石可能來自于此；2 539～2 352 Ma 的鋯石多數具有明顯的振蕩環帶，Th/U = 0.16～1.38，指示其主要為巖漿成因，這一年齡與膠東太古宙—古元古代早-中期巖漿巖時代相一致，同時研究區粉子山群、荊山群中普遍存在2 500～2 400 Ma 的年齡峰值（謝士穩等，2014），說明閃長玢巖的巖漿活動過程存在地殼物質的強烈混染；2 918 Ma 鋯石具有明顯的振蕩環帶、Th/U 值為0.75，為典型的巖漿鋯石，這與棲霞地區TTG 片麻巖的時代（2.9～2.7 Ga）相一致（萬渝生等，2017a）。

4.2 巖石成因與巖漿源區

關于膠東地區中基性脈巖的源區特征和成因演化，主要有兩種認識：劉燊（2004）、耿瑞等（2012）、梁亞運（2017）認為中基性脈巖的巖漿來自地幔源區，受到俯沖板片流體影響，但未遭受明顯的地殼物質混染；而Prelevi? et al.（2004）認為中基性脈巖為殼源和幔源巖漿混合而成。

本次得到研究區閃長玢巖富集輕稀土元素和Rb、Sr、Ba、Pb 大離子親石元素，虧損重稀土元素和Nb、Ta、Ti 高場強元素；無明顯負Eu 異常（δEu = 0.91～0.93），說明巖漿源區未發生明顯的斜長石分離結晶；Zr/Hf= 33.78～38.45，平均值為34.99，明顯高于大陸地殼值（11），與原始地幔值（37）更接近；Nb/Ta = 11.91～13.74，平均值為13.16，介于下地殼Nb/Ta 比值（8.3）和原始地幔Nb/Ta 比值（17.39）之間（Sun and McDonough，1989；Plank，2005）；Rb/Sr = 0.031～0.040，與地幔值（0.034）更為接近，遠低于地殼值（0.35）；以上特征均指示研究區閃長玢巖巖漿應來源于地幔。

在（La/Yb）N-YbN圖解中樣品均落入經典島弧巖石區域（圖7a）；在Sr/Y-Y 圖解中，2 個樣品落入經典島弧巖石區域，2 個樣品落入經典島弧與埃達克巖的重疊區域（圖7b）；因此認為研究區閃長玢巖具有經典島弧巖石特征。在Th/Yb-Ba/La 圖解中，各樣品呈近橫向分布，指示閃長玢巖形成過程中受到俯沖板片流體的影響（圖7c）。上述投圖結果佐證了學者已得出的結論（耿瑞等，2012；梁亞運，2017），即中基性脈巖的巖漿來自地幔源區，且受到俯沖板片流體影響。

圖7 閃長玢巖（La/Yb）N-YbN圖解（a.底圖據Defant and Drummond，1990）、Sr/Y-Y 圖解（b.底圖據Defant and Drummond，1990）和Th/Yb-Ba/La 圖解（c.底圖據Woodhead et al.，2001）數據來源：膠北基性巖脈據梁亞運，2017；棲霞閃長玢巖據耿瑞等，2012Fig.7 （La/Yb）N-YbN diagram（a.modified after Defant and Drummond，1990），Sr/Y-Y diagram（b.modified after Defant and Drummond，1990）and Th/Yb-Ba/La diagram（c.modified after Woodhead et al.，2001）of diorite porphyrite

關于膠東地區中基性脈巖源區特征和成因爭論的焦點，即是否遭受了地殼物質的混染，本次研究發現的大量繼承鋯石給出了答案。本次發現了大量高諧和度繼承鋯石，這些鋯石年齡分散，部分鋯石振蕩環帶不發育，稀土元素配分曲線也具有明顯差異（圖6d～圖6f），認為這些鋯石為巖漿上升侵位過程中的捕虜鋯石，這也是閃長玢巖巖漿活動過程中受到殼源物質混染的直接證據。另外，張招崇等（2004）的研究表明，La/Sm 值會隨著地殼混染程度的增大而顯著增高，一般在5 以上，而研究區閃長玢巖La/Sm = 5.93～6.76，也說明其曾遭受地殼混染。

本次根據閃長玢巖的微量/稀土元素特征，佐證了前人得出的膠東地區中基性脈巖的巖漿來自地幔源區，且受到俯沖板片流體影響的結論；同時，大量繼承鋯石的發現及其La/Sm 值大于5，均指示閃長玢巖巖漿活動上升侵位過程中受到了地殼物質的強烈混染，與前人認識有所不同。

4.3 構造環境

本次研究的閃長玢巖呈北東向展布，與膠東地區區域構造線方向一致。閃長玢巖的形成時代為138.5±1.7 Ma，早于膠東地區金成礦期；這一時期，膠東地區所處的華北克拉通東部正處于巖石圈伸展減薄的過程中，地幔及軟流圈物質上涌造成了大規模的巖漿活動；研究區所在的膠東地區處在板塊構造運動的活躍部位，形成了大量的中生代花崗巖及中基性巖脈；可通過中基性脈巖的地球化學特征恢復其大地構造環境。在Yb-Ta 圖解（圖8a）中，樣品全部落入火山弧花崗巖范圍內；在Y-Nb 圖解（圖8b）中，樣品全部落入火山弧花崗巖與同碰撞花崗巖的共同范圍內；在Rb/10-Hf-3Ta與Rb/30-Hf-3Ta 圖解（圖8c、圖8d）中，樣品均位于火山弧花崗巖區域。綜合認為，研究區閃長玢巖是在太平洋板塊向華北板塊俯沖過程中形成，構造環境為板塊碰撞前的火山弧環境。

圖8 研究區閃長玢巖構造環境判別圖解a、b.據Pearce et al.，1984；c.據Batchelor and Bowden，1985；d.據Harris et al.，1986Fig.8 Discriminant diagrams of tectonic environment

5 結 論

（1）鋯石LA-ICP-MS U-Pb 定年結果得到年齡介于141～135 Ma 的鋯石6 顆，206Pb/238Pb 加權平均年齡為138.5±1.7 Ma（MSWD = 0.89），因此認為其形成于早白堊世。

（2） 本次通過閃長玢巖的微量/稀土元素特征，佐證了前人得出的膠東地區中基性脈巖的巖漿來自地幔源區，且受到俯沖板片流體影響的結論；同時，大量繼承鋯石的發現及大于5 的La/Sm值，均指示閃長玢巖巖漿活動上升侵位過程中受到了地殼物質的強烈混染，與前人認識有所不同。

（3）研究區閃長玢巖形成于太平洋板塊向華北板塊俯沖期間，構造環境為板塊碰撞前的火山弧環境。