冀西北早白垩世岩浆岩的地球化学特征及其地球动力学背景

李创举, 包志伟

(1. 中国科学院 广州地球化学研究所 矿物学与成矿学重点实验室, 广东 广州 510640; 2. 中国科学院 研究生院, 北京100049)

0 引 言

晚中生代华北克拉通北缘燕山构造带内发育了大面积的中酸性花岗岩和火山岩[1–5], 这些岩浆随着时间演化显示出不同的特点, 其中晚侏罗世-早白垩世中基性-酸性岩浆岩通常具有高Sr、低Y类似埃达克质岩石的特点, 如高锶花岗岩[2], 而在早白垩世以后形成了大面积的碱性岩浆, 如正长岩-碱性花岗岩、碱性粗面岩-流纹岩组合[5]。这些岩浆岩类型的演化可能暗示了早白垩世(约130 Ma)区域构造体制的转换, 标志着燕山构造带垮塌, 进入强烈伸展的构造环境[4]。开展这一构造转折期岩浆活动的详细研究, 对深入理解燕山陆内造山带的构造演化、晚中生代岩石圈壳幔相互作用以及区域动力学背景都具有重要意义。

冀西北张家口地区早白垩世爆发了强烈的中酸性岩浆活动, 其中张家口组火山岩在该地区出露最为广泛。前人曾对冀西北至辽西一带的张家口组火山岩进行过一些年代学研究, 但对其喷发时代仍存在不同的认识[6–11]。张家口地区还出露了早白垩世的碱性长石花岗岩(如北栅子岩体), 其年龄和地球化学特征显示可能与张家口组火山岩为同期岩浆作用的产物。对张家家口地区的张家口组火山岩和碱性长石花岗岩的地球化学以及同位素研究相对较少[3,6,11], 本文拟通过对张家口东北部的北栅子岩体以及附近出露的张家口组火山岩进行系统的地球化学, 锆石U-Pb年代学和Sr、Nd以及锆石Hf同位素研究, 揭示研究区早白垩世构造转折期岩浆活动的地球化学特征、岩石成因以及形成机制, 并结合前人研究资料, 进一步探讨该地区下地壳特征以及这些岩浆形成的构造背景。

1 地质背景

张家口地区位于华北克拉通北缘、燕山构造带的西部(图1)。区内广泛发育早前寒武纪麻粒岩相变质地体, 主要为太古宙和古元古代角闪岩相-麻粒岩相变质岩系[12–13]。显生宙以来, 区内岩浆活动频繁,其中早泥盆世的水泉沟碱性杂岩体[14–15]出露面积达340 km2, 其形成与晚加里东期-早海西期华北克拉通北侧的一次弧-陆碰撞事件相呼应[16]; 早中生代红花梁黑云母花岗岩和谷嘴子花岗岩以及小张家口超基性岩产于水泉沟碱性杂岩体周围, 可能与古亚洲洋的最终闭合有关[17–18]; 晚中生代上水泉碱性花岗岩、转枝莲辉石闪长岩以及北栅子花岗岩体侵位[17,19–20],伴随着大规模的安山质-流纹质的火山岩喷出活动[11];新生代汉诺坝碱性玄武岩喷发, 这些玄武岩携带的下地壳麻粒岩以及地幔橄榄岩包体的研究为探讨区域下地壳和岩石圈地幔特征提供了重要信息[21]。

北栅子岩体位于张家口东北部东坪金矿东侧,出露面积约20 km2。岩体北端侵入古生代水泉沟杂岩体, 南部侵入太古宙变质岩, 东西两侧为张家口组火山岩覆盖。北栅子岩体主要由碱性长石花岗岩组成, 普遍具有花岗结构。主要造岩矿物为碱性长石、石英和斜长石, 暗色矿物为黑云母, 角闪石少见。区内张家口组火山岩为一套中酸性的火山岩、火山碎屑岩, 由安山岩-英安岩-流纹岩组成。本次采集样品主要集中在张家口组二段-三段, 岩性主要为粗面岩-流纹岩, 大多样品显示斑状结构, 斑晶矿物主要为斜长石、钾长石、黑云母、石英等, 基质由微晶质-玻璃质组成。

图1 张家口地区地质简图(a)及研究区位置图(b)Fig.1 Simplified geological map of the Zhangjiakou region (a) and location of the study area (b)

2 分析方法

样品主元素、微量元素和Sr、Nd同位素的分析测试在中国科学院同位素年代学和地球化学国家重点实验室完成。主元素、微量元素分析分别是在Rigaku ZSX 100e型X射线荧光光谱仪(XRF)和PE Elan 6000型电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)上完成,其中主元素的分析误差总体为 1%, 微量元素的分析误差为5%～8%, 详细分析流程以及方法见刘颖等[22]。Sr、Nd 同位素分析在 MicroMass ISOPROBE型多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)上完成。Sr-Nd同位素分析的样品预处理中, 笔者采用了酸淋滤方法, 以减少后期蚀变作用对同位素比值的影响。取约130 mg全岩粉末样品, 加入纯化HF-HClO4酸, 在高温下完全溶解。Rb-Sr和 REE的分离和纯化是在装有5 mL AG 50W-X12交换树脂(200～400目)的石英交换柱上进行的, 而Sm和Nd的分离和纯化是在石英交换柱上用 1.7 mL Teflon®粉末为交换介质完成的。87Sr/86Sr和143Nd/144Nd比值分别用87Sr/86Sr = 0.1194和143Nd/144Nd = 0.7219校正。精度优于0.002%, 具体分析方法以及流程见Li et al.[23]。

用常规方法对待定年岩石样品进行锆石分选,然后在双目镜下挑纯。将挑纯的锆石颗粒置于DEVCON环氧树脂中, 待固结后抛磨至粒径的大约二分之一, 使锆石内部充分暴露, 然后进行锆石显微(反射光和透射光)照相。锆石阴极发光图像研究在中国科学院广州地球化学研究所电子探针实验室完成。

样品D-60的SHRIMP U-Pb年龄测定在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心SHRIMP Ⅱ上完成。测试过程采用的一次离子流强度约10 nA, 离子束斑直径约30 μm, 标样为SL13 (572 Ma,238U =238 μg/g)和TEM (417 Ma)。详细实验流程和原理参见刘敦一等[24]。样品D-89锆石U、Th和Pb同位素分析在中国科学院地质与地球物理研究所的Cameca SIMS-1280离子探针(SIMS)上进行。实验流程和数据处理详见Li et al.[25], 单点分析的同位素比值及年龄误差为1σ, 加权平均年龄误差为95%置信度。

锆石微区 Hf同位素分析在中国科学院地质与地球物理研究所 Neptune多接受器电感耦合等离子体质谱仪和193nm激光取样系统上进行, 分析时激光斑束直径为40 μm或60 μm, 激光剥蚀时间为26 s。测定时采用国际标样 91500作为外标, 激光脉冲速率为6-8Hz, 激光束脉冲能量为100 mJ。仪器运行条件和详细的分析流程见徐平等[26], 实验测定过程中,标样 91500的176Hf/177Hf值为 0.282318±0.000012,与文献报道[27]的数据在误差范围内基本一致。

3 实验结果

3.1 锆石年龄

碱性长石花岗岩样品D-60中的锆石, 晶型比较完好, 多呈短柱状(长宽比为 1.5 ∶ 1 ), CL 图像显示清晰的韵律环带, 明显为岩浆成因锆石(图 2a)。用SHRIMP方法对这些锆石进行Th、U、Pb同位素测定, 结果见表 1。所测锆石中并未发现继承性锆石,Th、U 含量变化较大, 分别在 62～2058 μg/g、57～952 μg/g之间, Th/U比值介于1.12～2.23之间。11个数据点均集中在207Pb/235U-206Pb/238U的U-Pb谐和线上或其附近(图3a),206Pb/238U年龄集中在126.1～137.9 Ma之间, 其加权平均值为(130.5±1.5) Ma (MSWD=1.5),此年龄值应代表岩体的结晶年龄。

图2 锆石CL图像Fig.2 CL images of representative zircons from the analytical samples

表1 北栅子碱性长石花岗岩(D-60)锆石SHRIMP U-Pb测年分析结果Table 1 SHRIMP U-Pb zircon results for the Beizhazi granites (sample D-60)

图3 锆石U-Pb年龄谐和图Fig.3 U-Pb concordant diagrams of zircon grains from the analyzed samples (sample D-60 and D-89)

粗面质火山岩样品D-89的锆石颗粒较小, 长柱状到短柱状, CL图像显示了清晰的韵律环带, 为典型岩浆成因锆石(图 2b)。用 SIMS方法对这些锆石的Th、U、Pb同位素测定结果见表2。锆石的Th、U含量变化范围较小, 分别在20～233 μg/g和40～300 μg/g之间, Th/U比值介于0.30～1.76之间。所测锆石中有一颗锆石显示了老的年龄, 其207Pb/206Pb表面年龄为2326 Ma, 锆石特征显示可能为捕获的锆石;另外有两颗锆石显示了140 Ma左右的206Pb/238U年龄, 其中一位于岩浆锆石的增生边上的分析点所给出的年龄老于位于岩浆锆石核部分析点的年龄(130 Ma), 这可能为后期热事件对岩浆锆石的改造且有放射成因铅加入; 而另一颗锆石具有较好的环带,但是和其他岩浆锆石特征不同, 可能为上侵过程中捕获的锆石。在锆石207Pb/235U-206Pb/238U的U-Pb谐和图上, 所有数据点均集中在谐和线上或其附近(图3b), 其中8个数据点给出了206Pb/238U年龄加权平均年龄为(128±4) Ma, 这一结果与杨进辉等[6]对张家口组二段的测年结果(126 Ma)基本一致, 应为早白垩世岩浆作用的产物。

3.2 主元素特征

分析样品的主元素和微量元素组成见表 3。从表3可以看出, 张家口组火山岩SiO2含量具有较大的变化范围(58%～70%), 岩石从粗面安山岩-粗面岩-流纹岩; 而北栅子岩体具有相对均一的 SiO2含量(约70%), 与张家口组的流纹岩组成相当, 属于碱性长石花岗岩。这些岩石总体富碱(Na2O + K2O为8.34%～10.30%), 在TAS图解中, 均落在碱性演化线的上方, 属于偏碱性-碱性岩石系列(图 4a)。岩石整体富钾(K2O含量为3.70%～5.78%, Na2O/K2O = 0.76～1.15), 属于高钾-钾玄质岩石系列(图4b)。A/CNK =0.87～1.05, A/NK= 1.10～1.39, 属于准铝质-弱过铝质系列。岩石具有中等程度的 FeOT/MgO 比值(2.41～4.14), 中等低的 Mg#值(30～43), 在 FeOT/(FeOT+MgO)-SiO2图解中主要落在镁质岩石系列中(图 4c)。与粗面安山岩、粗面岩相比, 流纹岩和碱性长石花岗岩样品相对贫 CaO、TiO2、FeOT、MnO、MgO 和 P2O5。在 Harker图解(图 4d)中, TiO2、FeOT、MgO、CaO、P2O5的含量随着SiO2含量的增高而降低, K2O含量与SiO2含量呈正相关关系。

3.3 微量和稀土元素特征

样品总体上显示了较高的 REE含量(255～356 μg/g), 球粒陨石标准化模式为右倾平滑型(图 5a和5c)。LREE相对富集, 轻稀土和重稀土分馏明显,(La/Yb)N比值为 20.8～42.2, 重稀土分馏较弱,(Dy/Yb)N为 1.20～1.58。样品整体具有较弱的 Eu负异常, δEu比值主体在0.62～0.97之间(样品 D-89显示了Eu的正异常, δEu为1.33)。

微量元素组成上, 这些样品总体显示了大离子亲石元素(LILE; K、Rb、Ba)和Pb富集, 高场强元素(Nb、Ta、Ti和 P)不同程度亏损的特征(图5b和5d)。其中粗面安山岩和粗面岩样品相对高Sr、Ti、P, 低Rb、Th、U, Sr、P、Ti亏损不显著的特征, 而流纹岩和碱性长石花岗岩样品则显著亏损Sr、P、Ti。与火山岩和碱性长石花岗岩在主元素组成上连续变化的特征相似, 两者在微量元素组成及比值上亦有着同样的变化趋势: Sr含量随SiO2含量增加而逐渐降低(图6a); 和P2O5随SiO2增加而降低所显示出的火山岩-花岗岩I型特征一致, 图6b显示出岩石Rb含量随Th含量的增加而增加, 表现出与Lachlan褶皱带I型花岗岩相似的演化趋势; Ba含量与δEu及Rb与Sr之间的变化关系显示出结晶分异作用在岩石微量元素组成演化中可能起着重要作用(图 6c和 6d);另外, Nb-Ta、Zr-Hf协变关系亦显示出火山岩和花岗岩微量元素组成上连续演化的特征(图 5e～5f), 表明它们可能为同源岩浆演化的产物。

表2 张家口组粗面岩锆石SIMS U-Pb测年分析结果Table 2 SIMS zircon U-Pb results for the Zhangjiakou Formation trachyte (sample D-60)

表3 张家口组火山岩和北栅子岩体的主元素(%)和微量元素(μg/g)分析结果Table 3 Major (%) and trace element (μg/g) compositions for the Beizhazi granites and Zhangjiakou Formation volcanic rocks

图4 张家口组火山岩和北栅子岩体的岩石化学特征以及主元素-SiO2关系图解Fig.4 Maps showing major characteristics of the Beizhazi rocks and Zhangjiakou Formation volcanic rocks(a) TAS 图解; (b) K2O vs. SiO2图解; (c) FeOT/(FeOT+MgO) vs. SiO2图解; (d)～(i) Harker图解(据文献[28–30])。

张家口组火山岩中的流纹岩显示了A型花岗岩的特征, 如高的Na2O+K2O、Zr、Nb含量以及Ga/Al比值等, 但是所有样品均具有较高的Al2O3含量, 相对低的 FeOT/MgO 比值(2.41～4.14), FeOT/(FeOT+MgO)比值(0.71～0.81), 明显低于 A 型花岗岩(氧化型0.80～0.94; 还原型大于 0.88)[30]; Ga/Al×10000 比值为2.01～2.79, 也显著低于 A 型花岗岩的平均值 3.75[35];高Ba含量, 没有强烈的Sr亏损, 稀土元素显示了弱的Eu负异常(δEu = 0.62～0.97), 与典型A型花岗岩的特征也明显不同; 同时这些样品总体为准铝质,Rb含量低于160 μg/g, 又与S型花岗岩不同。因此这些火山岩和花岗岩应属于高钾钙碱性-钾玄质的 I型花岗岩(或火山岩)。

3.4 Sr-Nd-Hf同位素特征

张家口火山岩和北栅子岩体的Sr-Nd同位素分析结果见表 4。张家口组火山岩与北栅子碱性长石花岗岩的87Sr/86Sr初始值变化范围分别为 0.70726～0.70806和 0.70756～0.70799,143Nd/144Nd初始值分别为 0.511655～0.511772 和 0.511609～0.511654, 对应的 εNd(t)值分别为–15.9～ –13.6 和–16.8～ –15.9。

图5 张家口组火山岩和北栅子岩体的REE分布模式和微量元素蛛网图(球粒陨石值和初始地幔值引自Sun et al.[31])Fig.5 Chondrite normalized REE patterns and trace elements spider diagrams for the Beizhazi granites and Zhangjiakou Formation volcanic rocks

锆石Hf同位素分析结果见表5, 所有锆石颗粒的176Lu/177Hf比值均很低(小于 0.001)说明锆石形成后放射成因Hf同位素积累量很低, 能有效地代表岩石源区性质[36–38]。其中, 碱性长石花岗岩(D-60)锆石分析点的176Hf/177Hf比值在 0.281999～0.282178之间,较为均一。取 T = 130 Ma 计算, εHf(t)的值为–24.7～–18.4, 平均值为–22.2; 单阶段 Hf模式年龄为1.58～1.85 Ga, 二阶段 Hf模式年龄为 2.34～2.74 Ga。粗面质火山岩样品(D-89)分析点的176Hf/177Hf的初始值在0.282170～0.282374之间, 也较为均一。εHf(t)的值为–18.7～ –11.3, 平均值为–16.0; 单阶段 Hf 模式年龄为1.24～1.54 Ga, 二阶段Hf模式年龄为1.90～2.36 Ga。由于这些锆石的Lu/Hf比值显著小于大陆地壳 Lu/Hf比值, 二阶段模式年龄能更好的反映其源区物质从亏损地幔被抽取的时间或其源区物质在地壳的存留年龄。

这些样品的同位素特征和该地区 140 Ma左右出露的酸性侵入岩(上水泉花岗岩)以及相对基性的辉石闪长岩(转枝莲岩体)相似[17], 并且在 Sr-Nd同位素图解(图 7a)中它们都投在汉诺坝下地壳基性麻粒岩包体的范围, 这说明该地区早白垩世岩浆活动与区域下地壳关系密切。

4 讨 论

4.1 岩石源区

区内张家口组火山岩从粗面安山岩-粗面岩到流纹岩-碱性长石花岗岩其主量元素含量总体上显示了从中性到酸性岩浆的结晶分异特征(图4d～4i)。TiO2、FeO、MgO、CaO、P2O5含量随着 SiO2含量的增高而逐渐减少, 可能与岩浆演化过程中角闪石,铁钛氧化物以及磷灰石的分离结晶作用有关。其微量元素组成也显示出结晶分异作用的影响。张家口组火山岩和北栅子岩体在Sr、Y含量, K2O/Na2O、Sr/Y比值, 重稀土亏损程度等特征上与东部燕山期高Sr低Y的埃达克质中酸性火成岩有着显著的不同,反映其熔融条件(如温度, 压力, 水含量, 氧逸度以及残留相)存在较大的差异。区内张家口组火山岩和北栅子花岗岩形成深度可能较东部燕山期埃达克质中酸性火成岩略浅[42]。微量元素蛛网图上显著的Nb、Ta亏损表明残留相中可能存在钛铁矿等, 但是根据粗面安山岩较弱的Ti负异常, Nb、Ta亏损更可能是对源区特征的继承。

图6 火山岩和花岗岩微量元素含量及比值变化图解(据文献[32–34])Fig.6 Diagrams of trace element concentration and ratio variations for the volcanic rocks and granites (from references [32–34])

表4 张家口组火山岩和北栅子岩体的Sr-Nd同位素分析结果Table 4 Sr-Nd isotope compositions of the Beizhazi granites and Zhangjiakou Formation volcanic rocks

表5 北栅子岩体和张家口组火山岩的锆石Hf同位素分析结果Table 5 Zircon Hf isotope compositions of the Beizhazi granites and Zhangjiakou Formation volcanic rocks

图7 张家口组火山岩和北栅子岩体的Sr-Nd同位素(a)与锆石Hf同位素图解(b)Fig.7 Sr-Nd and Hf isotopic features of the Beizhazi rocks and Zhangjiakou Formation volcanic rocks汉诺坝下地壳麻粒岩包体数据引自文献[39–41], 区内麻粒岩据文献[17,41]。

尽管张家口组火山岩和北栅子花岗岩在主元素和微量元素组成及演化上显示出同源岩浆结晶分异的趋势, 但全岩Nd同位素组成及锆石Hf同位素特征存在显著的差异。火山岩和花岗岩的87Sr/86Sr初始比值差别较小, 其平均值分别为0.7075和0.7078;但在全岩 εNd(t)及锆石 εHf(t)特征上有明显差别: 火山岩 εNd(t) = –15.9～ –13.6、εHf(t) = –18.7～ –13.5, 而花岗岩εNd(t)及εHf(t)则显著低于火山岩, 分别为εNd(t) =–16.8～ –15.9 和–24.7～ –18.4。这些样品同位素特征与 SiO2含量无明显的线性关系, 说明中上地壳物质的混染不显著, 全岩Nd和锆石Hf同位素的差异可能反应了源区组成的不同。

张家口组火山岩和北栅子岩体整体较高的87Sr/86Sr 初始比值(0.70726～0.70806)和低的全岩εNd(t) (–13.6～–16.8)及锆石 εHf(t) (–24.7～ –11.3)的同位素特征, 表明其源区可能为下地壳物质或者富集的岩石圈地幔。而火山岩和花岗岩样品高 SiO2, 低Cr, Ni含量以及 Mg#值的特征表明其主体不太可能来源于富集的岩石圈地幔。在Sr-Nd同位素图解(图7a)中, 张家口组火山岩和北栅子岩体的投影位置偏离华北古老下地壳[43], 而落在汉诺坝下地壳基性麻粒岩包体的范围。依据其锆石Hf同位素特征, 张家口组火山岩和北栅子岩体显示了相对较老锆石 Hf模式年龄(t2DM＞ 1.8 Ga), 在 εHf(t)-tDM(age)图解中,这些样品均落在新太古代到古元古代下地壳演化线之间(图 7b)。

区内大面积出露的张家口组火山岩、北栅子花岗岩及早白垩世侵入岩的地球化学以及同位素特征表明, 它们主要来源于基性下地壳的部分熔融, 这些岩石的同位素特征表明部分熔融的下地壳应是经历了强烈改造的下地壳。前人资料显示[44–45], 华北克拉通最下部地壳部分或大部已经被中生代的下地壳置换(或称换底作用)。邻区的新生代汉诺坝玄武岩下地壳麻粒岩包体的研究表明该地区下地壳包括中生代底侵的玄武质岩石和强烈改造的前寒武纪下地壳物质[21,39–41,46–51]。

综合火山岩和花岗岩密切的时空联系和主元素、微量元素特征演化趋势及其在 Nd、Hf同位素组成上的差异, 笔者认为可能存在不同源区岩浆混合过程[52–53]。由中生代的底侵玄武质岩浆形成的下地壳物质部分熔融形成的中酸性岩浆与经历强烈改造的前寒武下地壳物质部分熔融为主的酸性岩浆端元混合而形成了这种在主元素、微量元素特征上连续演化的岩浆岩组合。其中张家口组中相对基性的火山岩源区含有较多的新生地幔物质, 而酸性程度较高的流纹岩和花岗岩则相对的以经受过强烈改造的前寒武纪古老下地壳为主。另外, 实验岩石学研究结果亦表明, 中基性变质火山岩或者基性变质岩的部分熔融可以形成这类高钾的中酸性岩浆[54-55]。

4.2 早白垩世构造背景

前人研究资料显示, 高钾钙碱性岩浆可形成于多种构造背景, 但通常是与区域构造体制的转变有关[56–58]。北栅子岩体以及近同期的张家口组火山岩显示了高钾钙碱性-钾玄质岩浆岩特征, 一些流纹岩样品显示了A型花岗岩的地球化学特征, 这些岩浆的大面积出露表明当时的构造体制可能由挤压构造格局转变为伸展构造格局。燕山地区晚中生代变质变形构造研究资料亦显示, 晚侏罗世到早白垩世主要为挤压构造背景, 发育NNE(NE)展布的深层次韧性剪切带、逆冲推覆构造以及一系列褶皱变形[59–63]。如张长厚等[62]对燕山西段以及北京西山地区晚中生代逆冲构造的研究显示, 逆冲构造变形主要发生在140～130 Ma; 而在白垩世初期强烈的收缩变形之后,130～110 Ma发育了一系列的变质核杂岩、断陷盆地等伸展变形构造[61]。而区域岩浆活动资料显示, 燕山构造带埃达克质岩浆活动结束和碱性岩浆活动开始时间为130～120 Ma[4], 在130 Ma以后区域上开始出现大量碱性-偏碱性的岩浆活动, 如冀北白查A型花岗岩、八达岭杂岩中的碱性花岗岩以及燕山大面积的碱性系列的火山岩[5,64,65]。130 Ma之后变质核杂岩、断陷盆地的发育以及大面积的碱性岩浆活动的出现表明, 130 Ma左右区域岩石圈开始进入强烈伸展背景, 也标志着燕山构造带的垮塌。张家口组火山岩和北栅子岩体形成时代(约130 Ma)以及地球化学特征说明, 它们是在这一挤压向伸展转折期岩浆活动的产物。

早白垩世是华北东部构造转折的关键时期, 这一时期(130～110 Ma)也是华北克拉通减薄(或破坏)的高峰期[45,66–68]。燕山构造带在这一时间开始垮塌,并由挤压向伸展转变可能与整个华北东部构造体制的转折是一致的。已有研究表明, 华北东部晚侏罗世整体性抬升和早白垩世构造体制的转变与华北-蒙古板块和西伯利亚碰撞、Izanaqi板块运动方向以及速度的转变有关, 是邻近块体综合作用的结果[45,68]。

总体来说, 北栅子岩体以及早白垩世张家口组火山岩形成于早白垩世由挤压向伸展转折的构造背景。这一时期燕山构造带的陆壳挤压增厚结束并开始垮塌, 强烈的岩石圈减薄导致幔源玄武质岩浆底侵诱使下地壳发生部分熔融作用是这些岩浆形成的主要机制。同时这些大面积火成岩的同位素特征暗示基性下地壳源区中明显存在幔源玄武质组分的贡献, 这也印证了晚中生代区域上发生了强烈的壳幔相互作用。

5 结 论

(1) 北栅子岩体的 SHRIMP 锆石 U-Pb年龄为(130.5±1.5) Ma, 张家口组粗面岩的SIMS锆石U-Pb年龄为(127.8±3.5) Ma, 为早白垩世岩浆作用的产物。

(2) 张家口组火山岩与北栅子花岗岩体属于高钾钙碱性-钾玄质系列, 富碱, 准铝质-弱过铝质, 中等低的 Mg#值; LREE相对富集((La/Yb)N比值为20.8～42.2), 弱的 Eu 负异常(δEu为 0.62～0.97); 微量元素上LILE相对富集和高场强元素(Nb、Ta、Ti和P)不同程度亏损。火山岩和花岗岩的Sr同位素组成差别较小,87Sr/86Sr初始值的平均值分别为0.7075和0.7078, 但两者εNd(t)和锆石εHf(t)的差异显著, 火山岩εNd(t) = –15.9～ –13.6、εHf(t) = –18.71～ –13.49, 而花岗岩 εNd(t)及 εHf(t)则显著低于火山岩, 分别为–16.8～–15.9和–24.7～ –18.4。同位素以及地球化学特征表明, 形成张家口组火山岩及北栅子花岗岩的岩浆可能存在源区混合过程, 它们均主要源于经强烈改造的下地壳物质的部分熔融, 但张家口组粗面岩可能含有较多的年轻地幔物质。

(3) 张家口组火山岩与北栅子花岗岩体是燕山构造带挤压向伸展转变过程中, 岩石圈强烈减薄导致的玄武质岩浆底侵所诱发的下地壳部分熔融作用的结果。

赵振华研究员参加了部分野外工作; 室内研究阶段得到张绍立、陈林丽、胡光黔等老师的支持和帮助; 两位审稿专家提出了建设性的修改意见, 在此谨致谢忱。

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