魯西沂山地區(qū)新太古代晚期高級深熔混合巖的源區(qū)特征*

李源 頡頏強 董春艷 王世進 萬渝生

1.中國地質科學院地質研究所北京離子探針中心, 北京 100037 2.合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院, 合肥 230009 3.山東省地質調查院, 濟南 250013

花崗巖的形成經歷了從地殼深部巖石部分熔融，到熔體抽提、聚集，巖漿上升、就位和結晶等作用過程(Brown, 1994, 2013; Sawyer, 1996; Johannesetal., 2003)。實驗巖石學研究表明，花崗質熔體不能直接由地幔橄欖巖部分熔融形成，主要為地殼物質部分熔融的產物(Taylor and McLennan, 1985; Wolf and Wyllie, 1994)。研究花崗巖的成因，首先需要了解其源區(qū)的性質和組成，不同的源區(qū)組成將形成不同的花崗巖。對于非原地的殼源花崗巖，由于巖漿形成的深度和就位的深度存在很大差異，其源區(qū)特征通常很難識別。對于原地-半原地的花崗巖(初級深熔混合巖、高級深熔混合巖和深熔花崗巖)，其源區(qū)中的熔融殘余物質或/和未熔融物質會以包體的形式被深熔熔體攜帶運移。由于運移距離不遠，可根據(jù)這些共生包體來研究源區(qū)特征和熔融過程(Zeck and Williams, 2002；Bitencourt and Nardi, 2004；Acosta-Vigiletal., 2010)。魯西地區(qū)新太古代晚期高級深熔混合巖和殼源花崗巖廣泛發(fā)育，但在源區(qū)組成方面的具體研究實例很少。本文對魯西沂山地區(qū)高級深熔混合巖中的包體進行了詳細的野外地質、地球化學、鋯石SHRIMP年代學和Hf同位素研究，為花崗質巖漿的起源和演化提供重要信息。

1 地質背景

魯西太古宙花崗-綠巖帶位于華北克拉通東部(圖1a)，總體上呈北西-南東向展布，其東緣被郯廬斷裂截切(圖1b)。根據(jù)不同時代、不同類型巖石的時空分布，魯西太古代基底可劃分為三個巖帶(Wanetal., 2010, 2011)：位于東北部的A帶主要為新太古代晚期(2.53～2.49Ga)的殼源花崗巖和混合巖；位于中部的B 帶主要為新太古代早期(2.75～2.60Ga)古老巖石組成，以TTG和表殼巖為主；位于西南部的C帶主要為新太古代晚期(2.56～2.50Ga)新生(juvenile)巖漿巖，以花崗閃長巖、石英閃長巖為主。魯西地區(qū)表殼巖的出露面積不足10%，常以透鏡狀、條帶狀零星出露于花崗質巖石中，遭受綠片巖相-角閃巖相變質(曹國權，1996；杜利林等，2003)。研究表明，原泰山巖群由不同時代的表殼巖組成，被重新劃分為新太古代早期(2.75～2.70Ga)雁翎關-柳杭巖系和新太古代晚期(2.55～2.52Ga)山草峪-濟寧巖系(Wanetal., 2012；萬渝生等，2012)。前者主要為變質基性巖(斜長角閃巖)和變質超基性巖。后者主要為黑云變粒巖、云母片巖和BIF以及變質中酸性火山巖。魯西地區(qū)深成侵入巖也可劃分為新太古代早期(2.75～2.60Ga)和新太古代晚期(2.55～2.49Ga)兩個部分(陸松年等，2008；Wangetal., 2009；Wanetal., 2010, 2011, 2014；Pengetal., 2012, 2013；任鵬等，2015；Renetal., 2016；Dongetal., 2017；Huetal., 2019；Lietal., 2020；Sunetal., 2020；李源等，2020)。新太古代早期以地幔物質的添加為主，形成大量 TTG 巖石和輝長巖；新太古代晚期更為復雜，殼幔相互作用和殼內再循環(huán)并存，形成 TTG、輝長-閃長巖、埃達克巖、贊岐巖和富鉀花崗巖及混合巖。

沂山位于A帶的東北部(圖1b, c)，是魯西新太古代晚期混合巖的典型出露區(qū)。按照熔體的含量和流變學性質，混合巖可分為初級深熔混合巖(metatexite)和高級深熔混合巖(diatexite)(Sawyer, 2008)。初級深熔混合巖的熔融程度相對較低，熔體與殘留體未明顯分離，可見熔融前的原始結構構造；高級深熔混合巖熔融程度較高，以新成體為主，原始結構基本消失，具有類似巖漿的流動構造。沂山地區(qū)發(fā)育大規(guī)模的高級深熔混合巖，并被新太古代末期(～2.49Ga)正長花崗巖和偉晶巖侵入切割(Wanetal., 2010)。這套高級深熔混合巖主要為含角閃石花崗質巖石，組成不均勻，具有巖漿流動構造特征，但幾乎未發(fā)生變形，是花崗質熔體聚集與運移過程中的中間產物，相當于半原地花崗巖。沂山高級深熔混合巖的化學組成主要為二長花崗質和正長花崗質成分，少數(shù)為英云閃長質和奧長花崗質成分。

沂山地區(qū)高級深熔混合巖中保留了一些呈分散碎塊、團塊狀的古成體或殘留體包體，為深熔熔體(巖漿)從深部源區(qū)及圍巖攜帶運移的產物。規(guī)模較小，單個包體出露面積通常不足50×50cm2，與寄主巖的接觸關系既有截然的，也有漸變過渡的。包體分布可呈單個包體出現(xiàn)，也可成群產出，有的包體(通常為斜長角閃巖)之間可以拼接，指示部分小的包體是由大的包體打散而成。可見基性礦物(特別是角閃石)呈數(shù)毫米至數(shù)厘米大小的不規(guī)則簇狀分布，部分可能是基性包體被熔體打散與分解的結果。除斜長角閃巖外，還存在少量TTG片麻巖、石英閃長質片麻巖和表殼巖包體。前人報道了高級深熔混合巖中的英云閃長質片麻巖和石英閃長質片麻巖包體的形成時代，分別為～2.67Ga和～2.52Ga(Wanetal., 2014；Dongetal., 2017)。

2 樣品特征

本文對高級深熔混合巖中的各類包體進行了研究，共采集1個英云閃長質片麻巖、2個變質火山巖和6個斜長角閃巖樣品。所有樣品采自沂山地質公園及鄰區(qū)(圖1c)。

圖1 華北克拉通早前寒武紀巖石分布圖(a，據(jù)Dong et al., 2021修改)、魯西地區(qū)地質圖(b，據(jù)Wan et al., 2010, 2011修改)和魯西沂山地區(qū)地質簡圖(c，據(jù)山東省地質礦產局第一地質隊，1990(1)山東省地質礦產局第一地質隊.1990.1:5萬鄌郚-牛沐-蔣峪幅區(qū)域地質調查報告.濟南: 山東省地質礦產局, 1-271修改)

2.1 英云閃長質片麻巖

樣品S1024(36°11′07.85″N、118°38′13.07″E)以包體形式存在于高級深熔混合巖中，被淺色脈體切割(圖2a)，但英云閃長質片麻巖樣品(S1024)不含淺色脈體。英云閃長質片麻巖具片麻狀構造，主要由石英(25%～30%)、斜長石(50%～55%)和黑云母(5%～10%)、角閃石(5%～7%)組成(圖3a)。部分斜長石發(fā)育聚片雙晶，但多數(shù)發(fā)生絹云母化。黑云母呈長條狀，定向排列形成片麻狀構造。角閃石呈不規(guī)則狀，多具篩狀變晶結構，包含少量石英和黑云母等礦物包裹體。石英呈他形粒狀分布。

2.2 變質火山巖

在沂山地質公園北門附近的公路邊，高級深熔混合巖中出露寬度約30m的變質火山巖包體，被偉晶巖脈侵入(圖2b)。從露頭的東側至西側變質變形和深熔作用逐漸增強，東側巖石包體為變形較弱的黑云角閃變粒巖(S2022)，西側為變形較強的角閃斜長片麻巖(S2021)，可見原地深熔形成的淺色體(圖2c)，礦物粒度變粗，可能為變質深熔過程中加粗的結果。局部可見角閃斜長片麻巖與黑云角閃變粒巖互層。東側的黑云角閃變粒巖中可見兩種類型的淺色體，一類是順著片理/層理貫入的細窄條的淺色體，另一類是截切片理/層理的寬的淺色體，但相互關系為漸變過渡(圖2d)。角閃斜長片麻巖(S2021, 36°13′49.12″N、118°36′48.47″E)具有柱狀-粒狀變晶結構，片麻狀構造，主要由角閃石(35%～40%)、斜長石(30%～40%)、鉀長石(5%～15%)和石英(5%～10%)組成(圖3b)，幾乎無黑云母。角閃石呈短柱狀，定向排列構成片麻狀構造，部分綠泥石化。斜長石大多發(fā)生絹云母化和綠簾石化。石英呈他形粒狀分布在其它礦物間隙中。鉀長石具有格子雙晶，可能為深熔熔體結晶的產物。黑云角閃變粒巖(S2022)具有鱗片狀-粒狀變晶結構，弱片麻狀構造，主要由細粒礦物組成，粒度0.1～0.4mm，主要礦物組成為斜長石(40%～45%)、石英(20%～25%)、角閃石(15%～20%)和黑云母(10%～15%)(圖3c)。角閃石呈短柱狀或不規(guī)則狀，少數(shù)角閃石顆粒包含有細小的石英包裹體，黑云母呈長條狀，兩者定向排列分布。

圖2 魯西沂山地區(qū)高級深熔混合巖中包體的野外照片

圖3 魯西沂山地區(qū)高級深熔混合巖中包體的顯微照片

2.3 斜長角閃巖

樣品S1953(36°11′21.96″N、118°38′30.95″E)取自沂山地質公園公路邊，面積約40×50cm2(圖2e, f)，與淺色體為過渡關系，在包體周圍可見角閃石等暗色礦物逐漸進入淺色體的現(xiàn)象。樣品具有變余輝長結構，原巖可能為輝長巖，主要由角閃石(45%～55%)、斜長石(40%～50%)和少量石英(<5%)組成(圖3d, e)。角閃石顆粒較大，約1～2mm，呈半自形柱狀、不規(guī)則狀，具有篩狀變晶結構，普遍包含較多的不規(guī)則狀石英包裹體。斜長石1～2mm，半自形柱狀-粒狀，大都絹云母化和綠簾石化。部分淺色礦物呈尖角狀分布。結構特征表明巖石可能遭受了流體或熔體改造。

樣品S2031(36°12′15.51″N、118°39′30.87″E)取自沂山東鎮(zhèn)廟后山的公路邊。巖石以包體形式存在于高級深熔混合巖中，面積約100×150cm2(圖2g)，被偉晶巖脈切割。巖石遭受變質變形和深熔作用改造，局部可見少量淺色細脈。主要由角閃石(60%～70%)、斜長石(20%～25%)、石英(5%～10%)、黑云母(5%～7%)和少量鉀長石(5%～7%)組成(圖3f, g)。角閃石呈淺綠色-黃綠色，短柱狀，大多都包含有粒度不等的石英包裹體。斜長石多絹云母化，黑云母呈褐色，片狀。鉀長石具有格子雙晶，部分可見石英、角閃石等包裹物，可能代表了深熔熔體結晶的產物。

樣品S1931(36°11′00.48″N、118°38′04.28″E)取自沂山地質公園白石瀑布景點處。斜長角閃巖以包體形式存在于高級深熔混合巖中，面積約50×80cm2(圖2h)，二者接觸界線整體上相對平直，但局部也可見淺色體侵入斜長角閃巖，過渡漸變。樣品呈塊狀，細粒粒狀-柱狀變晶結構，主要由角閃石(65%～70%)、斜長石(20%～25%)和黑云母(5%～10%)組成(圖3h)。角閃石呈半自形-他形，部分蝕變?yōu)榫G泥石，斜長石呈他形粒狀，遭受絹云母化和綠簾石化，黑云母呈片狀分布。

樣品S1022(36°11′05.75″N、118°32′58.17″E)取自研究區(qū)西南部河口村的省道S224公路邊。包體規(guī)模相對較大，寬度約5m，可見花崗質脈體侵入其中(圖2i)。包體與高級深熔混合巖逐漸過渡。巖石整體均勻，中粗粒結構，發(fā)育弱片麻狀構造，主要礦物組成為角閃石(70%～75%)、斜長石(15%～20%)、黑云母(5%～7%)和磁鐵礦(1%～2%)(圖3i)。礦物蝕變嚴重，部分角閃石蝕變?yōu)榫G泥石，部分斜長石蝕變?yōu)榻佋颇负秃熓?/p>

樣品S2019(36°11′34.68″N、118°37′45.99″E)取自沂山地質公園公路邊，呈棱角狀，面積約20×30cm2(圖2j)。斜長角閃巖內有少量的長英質細脈，為深熔形成的淺色體。巖石呈中細粒結構，弱片麻狀構造，主要由角閃石(70%～75%)、斜長石(20%～25%)和少量單斜輝石(1%～3%)組成(圖3j, k)。單斜輝石呈殘余破碎狀分布在角閃石和斜長石之間。角閃石呈自形-半自形短柱狀，弱定向排列。斜長石呈半自形-他形粒狀，發(fā)育聚片雙晶，部分遭受綠簾石化和絹云母化。

樣品S1026(36°11′29.84″N、118°38′48.23″E)取自沂山地質公園南門水庫旁，露頭上的基性巖以大小不同的包體形式存在于高級深熔混合巖中(圖2k, l)。斜長角閃巖整體不均勻，部分為角閃石巖，長石含量很少。兩者互層狀產出，或者斜長角閃巖包裹角閃石巖。斜長角閃巖中局部存在淺色體聚集現(xiàn)象，可能與深熔作用有關。樣品主要由角閃石(75%～80%)、斜長石(20%～25%)組成(圖3l)，礦物普遍蝕變嚴重，大部分角閃石發(fā)生綠泥石化，大部分斜長石發(fā)生簾石化和絹云母化。

3 分析方法

全巖主、微量地球化學分析在國家地質實驗測試中心和武漢上譜分析科技有限責任公司完成。主量元素含量使用X射線熒光光譜儀(PW4400和日本理學Primus II)測定，分析誤差通常為1%～5%；微量和稀土元素使用等離子質譜儀(PE300D和Agilent7700e)測定，分析誤差一般在10%之下，誤差大小與元素含量有關。

鋯石SHRIMP U-Pb定年在中國地質科學院地質研究所北京離子探針中心SHRIMPⅡ儀器上完成。詳細的分析原理及方法見Williams(1998)。一次離子流O2-強度為3～5nA，束斑直徑為20～30μm。標準鋯石M257(U含量為840×10-6，Nasdalaetal., 2008)和TEM(年齡為416.8Ma，Blacketal., 2004)分別用于校正待測樣品的U、Th含量和206Pb/238U年齡。待測樣品數(shù)據(jù)點與標準鋯石TEM數(shù)據(jù)點分析比例為4:1，每個分析點均采取5組掃描，單點誤差為1σ，加權平均年齡為95%置信度。數(shù)據(jù)處理使用SQUID和ISOPLOT程序(Ludwig, 2001, 2003)。

鋯石Hf同位素分析在中國計量科學研究院采用LA-MC-ICP-MS(Neptune Plus)完成，詳細分析流程見Wuetal.(2006)。鋯石Hf同位素分析點與SHRIMP U-Pb年齡分析點的位置一致或選擇相同結構的鄰近位置，激光剝蝕直徑采用40μm，測試過程中使用標準鋯石Penglai和SA01作為參考物質來監(jiān)控儀器狀態(tài)，Penglai和SA01的176Hf/177Hf加權平均值分別為0.282910±0.000020(2σ)和0.282292±0.000012(2σ)，與參考值176Hf/177Hf=0.282906± 0.0000010(Lietal., 2010)和176Hf/177Hf=0.282291 ± 0.000026(Huangetal., 2020)在誤差范圍內是一致的。εHf(t)的計算采用176Lu衰變常數(shù)為1.867×10-11y-1(S?derlundetal., 2004)，球粒隕石176Hf/177Hf=0.282772，176Lu/177Hf=0.0332(Blichert-Toft and Albarède, 1997)；Hf虧損地幔模式年齡的計算采用現(xiàn)今的虧損地幔176Hf/177Hf=0.28325和176Lu/177Hf=0.0384(Griffinetal., 2004)。

4 分析結果

4.1 全巖地球化學

8個樣品的全巖地球化學分析結果見表1。樣品燒失量為0.51%～1.78%，均顯示較弱的蝕變特征。

表1 魯西沂山地區(qū)高級深熔混合巖中包體的主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)含量

英云閃長質片麻巖(S1024)SiO2含量為64.8%，TiO2為0.66%，F(xiàn)e2O3T為6.02%，MgO為2.11%，Na2O為4.96%，K2O為1.15%；稀土總量為177.2×10-6，輕重稀土分異不強[(La/Yb)N=12.23]，具有輕微的Eu負異常(Eu/Eu*=0.84)。

角閃斜長片麻巖(S2021)和黑云角閃變粒巖(S2022)SiO2含量為55.33%～61.05%，TiO2為0.63%～0.67%，F(xiàn)e2O3T為8.22%～9.36%，MgO為3.31%～6.88%，Na2O為3.37%～4.19%，K2O為1.20%～1.97%。在Nb/Y-Zr/TiO2圖解中，這兩個樣品(S2021和S2022)投點均位于安山巖區(qū)(圖4)。且具有非常相似的稀土配分模式(圖5a)，稀土總量、(La/Yb)N和Eu/Eu*值分別為160.9×10-6～144.2×10-6、5.72～6.45和0.72～0.79。

斜長角閃巖 SiO2含量為45.41%～54.29%，TiO2為0.43%～0.96%，F(xiàn)e2O3T、MgO含量分別為10.09%～14.35%和7.34%～11.51%，Na2O為1.11%～3.18%，K2O為0.37%～1.59%。在Nb/Y-Zr/TiO2圖解中，主要位于安山巖/玄武巖和亞堿性玄武巖區(qū)(圖4)，與它們的中基性-基性巖石組成特征相吻合。斜長角閃巖(S2019)的稀土總量較低(ΣREE=42.4×10-6)，輕重稀土分異較弱[(La/Yb)N=1.51]，幾乎無銪異常，(Eu/Eu*=1.01，圖5c)。其它斜長角閃巖(S1953、S2031、S1022、S1931和S1026)的稀土總量為76.0×10-6～233.7×10-6，具有較強的輕重稀土分異和微弱的Eu負異常，(La/Yb)N和Eu/Eu*值分別為4.63～15.54和0.73～0.98。在微量元素蛛網圖上(圖5b, d)，所有樣品均不同程度地富集大離子親石元素，普遍存在Nb、Ta、Ti等高場強元素的虧損特征。

圖4 魯西沂山地區(qū)高級深熔混合巖中包體的巖石分類圖解(據(jù)Winchester and Floyd, 1977)

圖5 魯西沂山地區(qū)高級深熔混合巖中包體的球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖和原始地幔標準化微量元素蛛網圖(標準化數(shù)值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

4.2 鋯石SHRIMP U-Pb定年

本文中，根據(jù)鋯石陰極發(fā)光(CL)特征，將鋯石劃分為巖漿鋯石(MA)、重結晶鋯石(RC)和外來鋯石(X)等不同類型。其中，重結晶鋯石是指在熱和流體條件下原有結構發(fā)生了改變的鋯石，例如巖漿環(huán)帶消失或變得模糊；其U-Pb同位素體系可完全未重置，部分重置和完全重置。重結晶鋯石和巖漿鋯石之間存在過渡現(xiàn)象，一些情況下可結合定年結果進行劃分。U-Pb同位素組成和年齡見表2。

表2 魯西沂山地區(qū)高級深熔混合巖中包體的鋯石SHRIMP U-Pb年齡測試結果

4.2.1 英云閃長質片麻巖

樣品S1024的鋯石呈長柱狀，在CL圖像上普遍具有核-邊結構(圖6a)，多數(shù)核部鋯石發(fā)育震蕩環(huán)帶，由于遭受不同程度的重結晶作用導致部分環(huán)帶模糊化。對7顆鋯石進行了11個數(shù)據(jù)點分析。2個核部巖漿鋯石數(shù)據(jù)點(1.1MA和7.2MA)的U含量為85×10-6～161×10-6，Th/U比值為0.90～1.01。重結晶鋯石的U含量為310×10-6～959×10-6，Th/U比值為0.15～0.66。大多數(shù)鋯石存在強烈鉛丟失，但大致位于同一不一致線附近(圖7a)。僅數(shù)據(jù)點7.2MA位于諧和線附近，207Pb/206Pb年齡為2711±16Ma，可能接近英云閃長巖的形成時代。位于諧和線上的數(shù)據(jù)點6.1RC給出2503±6Ma的207Pb/206Pb年齡，該數(shù)據(jù)點所在位置的CL圖像顯示幾乎無巖漿環(huán)帶，該年齡可能為新太古代晚期(～2.5Ga)構造熱事件的年齡記錄。

圖6 魯西沂山地區(qū)高級深熔混合巖中包體的鋯石陰極發(fā)光圖像

4.2.2 角閃斜長片麻巖

樣品S2021的鋯石呈柱狀或短柱狀，具有巖漿震蕩環(huán)帶，部分發(fā)生重結晶作用(圖6b)。19顆鋯石進行了20個數(shù)據(jù)點分析。19個巖漿鋯石數(shù)據(jù)點的U含量和Th/U比值分別為210×10-6～1488×10-6和0.12～0.62，其207Pb/206Pb年齡主要集中在～2.5Ga，由于不同程度的鉛丟失而沿著不一致線分布(圖7b)，其上交點年齡為2511±17Ma(MSWD=3.5)，最靠近諧和線的兩個數(shù)據(jù)點(3.1MA和7.1MA)的207Pb/206Pb加權平均年齡為2511±14Ma(MSWD=1.9)，大致代表巖石的形成時代。數(shù)據(jù)點2.1X的207Pb/206Pb年齡較老，為2658±10Ma，解釋為外來鋯石。

圖7 魯西沂山地區(qū)高級深熔混合巖中包體的鋯石U-Pb諧和圖

4.2.3 斜長角閃巖

樣品S1953的鋯石大多呈長柱狀，在CL圖像上顯示發(fā)育典型的板狀環(huán)帶，部分具封閉振蕩環(huán)帶，多數(shù)環(huán)帶保存清晰，但也有部分環(huán)帶有一定的模糊化，可能是受到變質重結晶改造的結果，部分鋯石邊部具有變質重結晶明顯，環(huán)帶基本完全消失(圖6c)。對14顆鋯石進行了19個數(shù)據(jù)點分析。15個巖漿鋯石數(shù)據(jù)點的U含量和Th/U比值分別為76×10-6～332×10-6和0.41～0.84，數(shù)據(jù)點均位于諧和線上或附近(圖7c)，其中諧和且年齡最大的10個數(shù)據(jù)點的207Pb/206Pb加權平均年齡為2685±10Ma(MSWD=1.2)，該年齡解釋為斜長角閃巖原巖的形成時代。另外5個數(shù)據(jù)點的年齡略微年輕，或許是受到變質重結晶輕微改造的結果。4個重結晶鋯石數(shù)據(jù)點(3.2RC，6.1RC，11.1RC和12.1RC)的U含量和Th/U比值分別為87×10-6～259×10-6和0.25～1.01，207Pb/206Pb年齡變化范圍為2634～2510Ma。數(shù)據(jù)點6.1RC位于諧和線上，207Pb/206Pb年齡最小(2510Ma)，可能是最接近變質作用的時代。

樣品S2031的鋯石顆粒在CL圖像上普遍呈橢圓狀，顆粒細小，粒徑30～100μm，個別(顆粒10)呈長柱狀(圖6d)。結構上顯示均勻的成分域(顆粒1、6、11和14)，部分鋯石(顆粒8和13)保留了巖漿環(huán)帶，部分鋯石(顆粒9)受到重結晶影響顯示殘留核。對14顆鋯石進行了16個數(shù)據(jù)點分析，U含量為119×10-6～299×10-6，Th/U比值為0.42～0.84，其中6個巖漿鋯石數(shù)據(jù)點集中分布諧和線上(圖7d)，給出的207Pb/206Pb加權平均年齡為2533±9Ma(MSWD=0.92)，大致代表了斜長角閃巖原巖的形成時代。

樣品S1931的鋯石在CL圖像上呈長柱狀或橢圓狀，發(fā)育板狀環(huán)帶，普遍遭受強烈的重結晶作用改造，顯示不同發(fā)光性的成分域(圖6e)。對13顆鋯石進行了16個數(shù)據(jù)點分析。3個巖漿鋯石數(shù)據(jù)點的U含量和Th/U比值分別為283×10-6～383×10-6和0.41～0.47，均位于諧和線上(圖7e)，其207Pb/206Pb加權平均年齡為2532±9Ma(MSWD=0.4)，代表了斜長角閃巖原巖的形成時代。13個重結晶鋯石數(shù)據(jù)點的U含量和Th/U比值分別為160×10-6～580×10-6和0.37～0.62，除去位于諧和線之下的數(shù)據(jù)點12.1RC，其它數(shù)據(jù)點均集中分布在諧和線上，給出的207Pb/206Pb加權平均年齡為2515±5Ma(MSWD=0.61)，大致代表了樣品遭受變質作用的時代。

樣品S1022的鋯石呈長柱狀或橢圓狀，在CL圖像上顯示具有板狀環(huán)帶，發(fā)育雙錐結構，個別鋯石遭受變質重結晶改造(圖6f)。對11顆鋯石進行了12個數(shù)據(jù)點分析。8個巖漿鋯石數(shù)據(jù)點的U含量和Th/U比值分別為110×10-6～491×10-6和0.22～1.41，6個數(shù)據(jù)點位于諧和線上(圖7f)，其中年齡最大4個的數(shù)據(jù)點給出207Pb/206Pb加權平均年齡為2530±6 Ma(MSWD=0.09)，代表了斜長角閃巖原巖的形成時代。另外2個數(shù)據(jù)點(7.1MA和10.1MA)的年齡略微年輕，可能是受到變質重結晶輕微改造的結果。4個重結晶鋯石數(shù)據(jù)點的U含量和Th/U比值分別為107×10-6～623×10-6和0.28～1.2，其中1個位于諧和線上數(shù)據(jù)點(9.1RC)的207Pb/206Pb年齡為2510±6 Ma，大致代表了樣品遭受變質作用的時代。

樣品S2019的鋯石在CL圖像上呈橢圓狀或不完整粒狀，具有扇狀結構或組成均一，遭受變質重結晶影響，少數(shù)鋯石(顆粒8和12)呈長柱狀，具封閉振蕩環(huán)帶(圖6g)，為外來鋯石。對16顆鋯石進行了16個數(shù)據(jù)點分析。12個重結晶鋯石數(shù)據(jù)點的U含量為91×10-6～1186×10-6，Th/U比值存在較大變化，為0.02～1.2。Th/U比值變化大可能與變質重結晶過程中Th、U元素的重新分配有關。其中位于諧和線上的8個數(shù)據(jù)點給出的207Pb/206Pb加權平均年齡為2522±7Ma(MSWD=0.94，圖7g)，代表巖石遭受變質作用的時代。2顆呈長柱狀的鋯石(8.1RC和12.1RC)，遭受重結晶作用導致環(huán)帶模糊化，207Pb/206Pb年齡分別為2632±15Ma和2477±112Ma。

樣品S1026的鋯石在CL圖像上呈長柱狀或橢圓狀，多數(shù)鋯石具有板狀環(huán)帶，個別鋯石(5.1MA)具有寬的封閉環(huán)帶(圖6h)。對12顆鋯石進行了14個數(shù)據(jù)點分析。11個巖漿鋯石數(shù)據(jù)點的U含量和Th/U比值分別為38×10-6～158×10-6(4.1MA為326×10-6)和0.79～1.72，所有數(shù)據(jù)點均位于諧和線上(圖7h)，給出的207Pb/206Pb加權平均年齡為2511±6Ma(MSWD=0.39)，代表了其形成時代。3個重結晶鋯石數(shù)據(jù)點的U含量和Th/U比值分別為60×10-6～164×10-6和0.25～0.83，其中2個位于諧和線上數(shù)據(jù)點(1.2RC和8.1RC)的207Pb/206Pb加權平均年齡為2496±23Ma(MSWD=1.11)。變質重結晶鋯石的年齡與巖漿鋯石類似，表明巖漿侵位后就立即發(fā)生了重結晶。

6個斜長角閃巖包體的鋯石CL圖像及SHRIMP定年結果顯示，樣品S1953的鋯石類型主要為基性巖漿鋯石，重結晶較弱，巖漿鋯石年齡為2.69Ga；其余5個樣品的巖漿鋯石年齡主要為2.53～2.51Ga，遭受不同程度的變質重結晶，重結晶鋯石年齡主要為2.52～2.50Ga。

4.3 鋯石Hf同位素

對定年樣品中的1個變質火山巖和4個斜長角閃巖進行了鋯石Lu-Hf同位素分析。分析結果見表3和圖8。大部分測試點與U-Pb定年的分析位置一致，少數(shù)點為相同結構的鄰近部位。鋯石Hf同位素計算時，使用巖石的形成年齡。對于巖漿鋯石采用加權平均年齡，而外來鋯石則使用其所測的單點207Pb/206Pb年齡。對于重結晶鋯石，也采用巖漿鋯石的加權平均年齡，因為巖漿鋯石在形成后很短時間內(<20Myr)就遭受了重結晶作用，并且鋯石的Hf同位素相對Pb同位素更為穩(wěn)定(Cherniak, 2010)。

表3 魯西沂山地區(qū)高級深熔混合巖中包體的鋯石Hf同位素組成

圖8 魯西沂山地區(qū)高級深熔混合巖中包體的鋯石年齡-εHf(t)值相關圖

角閃斜長片麻巖(S2021)的5個巖漿鋯石數(shù)據(jù)點的εHf(t)值為-1.2～+3.1，一階段虧損地幔Hf模式年齡tDM1為2893～2707Ma，平均值為2779Ma；1個外來鋯石數(shù)據(jù)點的εHf(t)值和一階段虧損地幔Hf模式年齡分別為+5.8和2730Ma。斜長角閃巖(S1953)的巖漿鋯石的εHf(t)值為+4.8～+8.1，一階段虧損地幔Hf模式年齡tDM1為2792～2662Ma，平均值為2740Ma。斜長角閃巖(S2031)的巖漿鋯石εHf(t)值為0～+5.4，多數(shù)分析點靠近球粒隕石演化線附近，一階段虧損地幔Hf模式年齡tDM1為2832～2631Ma，平均值為2770Ma；斜長角閃巖(S1931)巖漿鋯石的εHf(t)值為+1.8～+5.5，一階段虧損地幔Hf模式年齡tDM1為2758～2619Ma，平均值為2700Ma。斜長角閃巖(S2019)的變質鋯石εHf(t)值為+1.8～+7.8，一階段虧損地幔Hf模式年齡tDM1為2735～2535Ma，平均值為2677Ma；1個外來鋯石數(shù)據(jù)點的εHf(t)值和一階段虧損地幔Hf模式年齡分別為+4.6和2753Ma。斜長角閃巖普遍具有正的εHf(t)值，顯示虧損地幔源區(qū)的組成特征。

5 討論

英云閃長質片麻巖(S1024)形成年齡為～2.7Ga。前人報道了高級深熔混合巖中的英云閃長質片麻巖和石英閃長質片麻巖包體的形成時代分別為～2.67Ga和～2.52Ga(Wanetal., 2014；Dongetal., 2017)。這些英云閃長質片麻巖包體的巖石外貌類似，都遭受強烈變質變形改造，被淺色體侵入切割。角閃斜長片麻巖(S2021)與黑云角閃變粒巖(S2022)互層狀產出。在角閃斜長片麻巖中可見原地深熔特征，在鏡下可見少量鉀長石呈填隙狀分布在其他顆粒之間(圖3b)，代表了深熔熔體結晶的產物。根據(jù)成層性特征，推斷片麻巖和變粒巖的原巖為火山巖。角閃斜長片麻巖的巖漿鋯石年齡為2.51Ga，代表其形成年齡。新太古代晚期表殼巖主要存在于魯西地區(qū)B帶(Wanetal., 2012；萬渝生等，2012)，在A帶中也有少量分布。本研究在A帶發(fā)現(xiàn)了～2.5Ga表殼巖包體，不僅擴大了新太古代表晚期表殼巖的分布范圍，而且表明，除新太古代早期和晚期TTG巖石外，新太古代晚期表殼巖也是殼源花崗巖物源區(qū)組成之一。英云閃長質片麻巖和表殼巖包體盡管遭受不同程度深熔作用改造，但原巖特征仍較好保留。它們很可能是深熔熔體向上運移了一定距離才被捕獲的，而不是來自于物源熔融區(qū)。但是，類似巖石應為物源區(qū)的主要組成，真正來自物源區(qū)的殘余體組成上已發(fā)生了很大改造。

高級深熔混合巖中變質基性巖(斜長角閃巖)包體的比例相對較高，深熔改造程度較低，可能與變質基性巖相對于中酸性巖更難熔融有關。從巖石結構和變質作用特征可以將斜長角閃巖分為3類：(1)第一類斜長角閃巖(S2031、S1931和S2019)。發(fā)育典型的粒狀-柱狀變晶結構，具高級變質巖的結構特征。其中樣品S2019最為典型，角閃石呈綠色-黃綠色，有鈦鐵礦出溶，其溫度可能到750～800℃或者更高些。鋯石也大都具扇形結構(圖6g)，顯示高溫變質鋯石特征。這些巖石可能是在較深部源區(qū)捕獲的。斜長角閃巖(S2019)中出現(xiàn)單斜輝石，顆粒較小，出現(xiàn)在角閃石和斜長石之間(圖3j)，可能記錄的變質反應為Hbl = Cpx+Pl+熔體，但這種角閃石脫水熔融對熔體的貢獻不大(魏春景等，2017)。(2)第二類斜長角閃巖(S1953)。樣品具有變余輝長結構，原巖應為輝長巖，其中角閃石存在較多石英包體，可能與輝長巖受到富硅熔體或流體注入時發(fā)生變質有關，變質反應為Cpx+Opx+Pl+富硅熔體/流體 = Hbl+Qtz(魏春景等，2017)，所以樣品的鉀、硅和輕稀土含量偏高。變質條件相當于角閃巖相，或許小于700℃。其鋯石以基性巖漿鋯石為主，重結晶弱(圖6c)，巖漿鋯石年齡為2.69Ga，是新太古代早期的基性侵入巖。該巖石發(fā)育片理，且與圍巖片理高角度相交。巖石包體可能是在淺部源區(qū)捕獲的，與英云閃長質片麻巖和表殼巖的深度相似。(3)第三類斜長角閃巖(S1022和S1026)。樣品為低角閃巖相的礦物組合，粒狀變晶結構，變質溫度較低，一般低于600℃，其鋯石為典型的基性巖漿鋯石，原巖為輝長巖。這兩個斜長角閃巖包體的變質溫度都遠低于基性巖的飽水固相線(Vielzeuf and Schmidt, 2001；Weinberg and Hasalová, 2015)，沒有經歷部分熔融。因此，他們可能為深熔熔體向上運移了較遠的距離才被捕獲的。

大多數(shù)斜長角閃巖的巖漿鋯石年齡為2.53～2.51Ga，與變質作用和殼源花崗巖形成時代(2.52～2.49Ga)大致相同，但起始時間略微偏早。在魯西地區(qū)，～2.5Ga基性巖漿作用以往主要在西南部(C帶)被確定(Wanetal., 2010)，最近馬銘株等(2020)在東北部(A帶)西北側的七星臺地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了～2.5Ga基性巖漿作用。本研究在A帶的東部確定～2.5Ga基性巖漿作用存在，具有重要意義。研究區(qū)的基性巖包體為高級深熔混合巖從不同地殼層次攜帶而來，表明A帶中可能存在大規(guī)模的～2.5Ga基性巖。不僅可為大規(guī)?；旌蠋r和殼源花崗巖形成提供大量熱源，而且進一步支持了～2.5Ga地幔巖漿底侵作用在整個魯西地區(qū)都發(fā)育廣泛的認識(馬銘株等，2020)。雖然這些基性巖是高級深熔混合巖的源區(qū)組成類型之一，但不是殼源花崗巖形成的主要物質來源。

英云閃長質片麻巖巖和表殼巖的地球化學組成與前人報道的類似(Huetal., 2019；Gaoetal., 2020)。斜長角閃巖的輕重稀土分異程度存在較大變化，普遍顯示出富集大離子親石元素、虧損Nb、Ta、Ti等高場強元素的組成特征(圖5c, d)，可能與后期富硅熔體或流體改造有關。這與部分樣品中存在外來鋯石一致。對于遭受深熔作用改造的巖石，地球化學分析結果已不能完全代表原巖的地球化學組成，在開展有關巖石成因討論時應持謹慎態(tài)度。

6 結論

(1)魯西沂山地區(qū)高級深熔混合巖的源區(qū)組成不是單一的，至少包括了新太古代早期(～2.7Ga)英云閃長片麻巖和變質輝長巖以及新太古代晚期(～2.5Ga)石英閃長質片麻巖、變質火山巖和變質輝長巖(斜長角閃巖)等巖石類型。

(2)高級深熔混合巖中的包體是從不同地殼層次攜帶上來的，經歷了不同程度的變質作用改造。

(3)～2.5Ga基性巖漿作用在魯西地區(qū)廣泛發(fā)育，為新太古代晚期深熔作用及大規(guī)模殼源花崗巖的形成提供了熱源。

致謝鋯石靶由北京離子探針中心江南、楊淳制作，鋯石CL圖像由北京離子探針中心張志超完成，鋯石SHRIMP U-Pb定年分析得到北京離子探針中心劉建輝工程師的幫助；鋯石Hf同位素分析得到中國計量科學研究院高鈺涯老師的幫助；兩位評審專家提供了寶貴的修改意見和建議，對論文質量的提高起了重要作用。在此深表謝意！